CN111704897B - 一种钻井液用抗温抗盐润滑减阻剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钻井液用抗温抗盐润滑减阻剂及其制备方法，包括以下组分及其质量份数：基础油60~80份、脂肪酸酰胺20~40份、油酸单甘脂3~5份、脂肪酸醇胺1~3份，所述基础油包括生物柴油、白油、植物油、动物油、矿物油中的任意一种或几种的混合物，所述脂肪酸醇胺包括C4‑8醇胺、三乙醇胺、C10‑18脂肪酸混合物中的任意一种或几种的混合物，制备方法为：量取基础油，置于反应器中；向基础油中加入脂肪酸酰胺，搅拌均匀；添加油酸单甘脂，搅拌均匀；添加脂肪酸醇胺，搅拌均匀；继续搅拌反应30min。本发明可大大降低钻柱与岩石之间的摩阻，减少钻具和其它金属部件的磨损，降低回转阻力，具有抗温、抗盐、降低摩阻、降低粘附系数等优点，能满足油气钻顺利开发的需要。
Description
技术领域
本发明涉及钻井液制造技术领域，具体涉及一种能提高钻井液润滑性的钻井液用抗温抗盐润滑减阻剂及其制备方法。
背景技术
随着石油勘探开发的不断加速，在复杂地层、超深井、大斜度井、水平井和丛式井等高难度井的钻进过程中，高温、高盐和高摩阻(钻柱的旋转阻力和提拉阻力会大幅度提高)的情况时常发生。因此，对具有耐高温、抗盐和降低高摩阻的润滑减阻剂的研发已成为一种趋势。美国ProOne公司利用分子和电荷相关技术研制出一种新型润滑剂XPL+，通过带正电荷的分子结构实现润滑剂分子与金属表面的紧密吸附，克服了常规润滑剂在高温高压下效果不佳的问题。美国奇科能源有限公司开发出的缔合型钻井液应用润滑剂DFL，可减少钻具与井壁的摩擦阻力，通过改变钻井液在流动界面的涡流提高钻井液润滑性能。中国石化南京化工研究院有限公司研发的NH-EPL1型润滑剂，润滑效果较好，在淡水泥浆中润滑系数降低率可达95％以上。
公开号为CN 201811353030的中国发明专利公开了一种高密度钻井液用抗温抗盐极压润滑剂及其制备方法。该润滑剂使用酯类基础油、长链脂肪酸、极压添加剂、摩擦副表面改性剂、乳化剂及消泡剂制备而成，用于解决在高温、饱和盐条件下润滑性问题。但该润滑剂成分中使用酯类作为基础油与长链脂肪酸反应，酯类基础油与长链脂肪酸普遍存在不饱和成分多，易氧化，衰减快，抗氧化性差，长效性差，不耐用。同时价格高，不耐低温。相对来讲，在实际使用中不实用，在现场应用中受到限制。
公开号为CN201811237896的中国发明专利公开了一种钻井液用抗盐润滑剂及其制备方法。该润滑剂采用二甲基硅油、蓖麻油、烷基酚聚氧乙烯醚等制备而成。采用该钻井液用抗盐润滑剂，抗温能够达到150℃，同时在氯化钙浓度20％，氯化钾浓度5％钻井液中，泥饼系数小于0.05。该润滑剂抗温、抗盐效果一般，比较平庸。目前，润滑剂抗高温水平均可达到180℃-200℃，同时润滑剂抗盐效果普遍能达到在饱和盐水浆中提高润滑性能的效果，远远高于该专利中提到的氯化钙浓度20％。
然而，目前能同时满足耐高温、抗盐、降低高摩阻、无荧光等多种需求的润滑减阻剂较少，油气井的钻探开发过程中普遍使用单一功能，不能同时满足复杂工况的要求。特别是在润滑剂基础材料的选择方面，含有苯环、多芳香烃有机物等含荧光物质不利于地层资料分析及评价等。部分润滑剂产品出现易起泡、抗盐不足、高温老化后润滑性下降等问题。尤其是多功能型的钻井液润滑剂种类少，价格偏高，对钻井液性能容易产生不利影响。因此，有必要对现有技术进行改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种钻井液用抗温抗盐润滑减阻剂及其制备方法，采用基础油、脂肪酸酰胺、油酸单甘脂和脂肪酸醇胺制备，可大大降低钻柱与岩石之间的摩阻，减少钻具和其它金属部件的磨损，降低回转阻力，具有抗温、抗盐、降低摩阻、降低粘附系数等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种钻井液用抗温抗盐润滑减阻剂，包括以下组分及其质量份数：基础油60～80份、脂肪酸酰胺20～40份、油酸单甘脂3～5份、脂肪酸醇胺1～3份。
根据以上方案，所述基础油包括生物柴油、白油、植物油、动物油、矿物油中的任意一种或一种以上的混合物。
根据以上方案，所述基础油为白油。
根据以上方案，所述脂肪酸酰胺的制备方法为：将质量比为2:1～4:1的植物油脂肪酸与醇胺加入反应釜中，在搅拌下将反应釜中的物料加热至50～60℃，反应至颜色透明，出料，即得成品脂肪酸酰胺。
根据以上方案，所述油酸单甘脂的制备方法为：将摩尔比为1:2的油酸甲酯与甘油加入反应釜中，在215～220℃真空状态下搅拌反应2h，既得油酸单甘脂及其衍生物。
根据以上方案，所述脂肪酸醇胺包括C4-8醇胺、三乙醇胺、C10-18脂肪酸混合物中的任意一种或一种以上的混合物。
一种钻井液用抗温抗盐润滑减阻剂的制备方法，包括如下步骤：
1)量取基础油，置于反应器中；
2)向基础油中加入脂肪酸酰胺，搅拌反应5～10min；
3)添加油酸单甘脂，搅拌反应5～10min；
4)添加脂肪酸醇胺，搅拌反应5～10min；
5)继续搅拌反应30min。
本发明的有益效果是：
1)本发明采用矿物油、生物柴油、白油等为润滑剂基础油，特别是白油为一种无色透明油状液体，基本组成为饱和烃结构，而芳香烃、双键有机物如含氮、氧、硫等物质含量近似于零。产品中基础油占比60％-80％，大大提高润滑减阻剂的耐高温能力，饱和烃结构，烃链足够长，不带支链，形成致密的油膜。
2)本发明的脂肪酸酰胺，使用酰胺类润滑剂与极压抗磨剂产生协同作用，改善常规润滑剂极压膜强度低，润滑效性差的问题，同时使润滑减阻剂兼具阴离子、非离子的活性剂各方面优点，不但达到润滑效果，同时减少外界阳离子的影响，抗盐能力强。同时非离子活性剂可使润滑减阻剂pH适用范围扩大，更为广谱。
3)本发明的产品在高温，高盐情况下使用时，酰胺类润滑剂与极压抗磨剂产生协同作用，使回转钻柱与岩石之间的摩阻大大降低，减少钻具和其它金属部件的磨损，降低回转阻力，具有抗温、抗盐、降低摩阻、降低粘附系数等功能，能满足油气钻顺利开发的需要。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案进行说明。
实施例1：
本发明提供一种钻井液用抗温抗盐润滑减阻剂，包括以下组分及其质量份数：基础油(白油)60ml、脂肪酸酰胺40g、油酸单甘脂3g、脂肪酸醇胺(三乙醇胺)2g，其制备方法包括如下步骤：
1)量取基础油，置于反应器中；
2)向基础油中加入脂肪酸酰胺，搅拌反应8min，至搅拌均匀；
3)添加油酸单甘脂，搅拌反应8min，至搅拌均匀；
4)添加脂肪酸醇胺，搅拌反应8min，至搅拌均匀；
5)继续搅拌反应30min。
进一步地，所述脂肪酸酰胺的制备方法为：将质量比为2:1的植物油脂肪酸与醇胺加入反应釜中，在搅拌下将反应釜中的物料加热至55℃，反应至颜色透明，出料，即得成品脂肪酸酰胺。
进一步地，所述油酸单甘脂的制备方法为：将摩尔比为1:2的油酸甲酯与甘油加入反应釜中，在218℃真空状态下搅拌反应2h，既得油酸单甘脂及其衍生物。
实施例2：
本发明提供一种钻井液用抗温抗盐润滑减阻剂，包括以下组分及其质量份数：基础油(白油)65ml、脂肪酸酰胺35g、油酸单甘脂3g、脂肪酸醇胺2g(三乙醇胺1g、乙二胺四乙酸混合物1g)，其制备方法同实施例1。
实施例3：
本发明提供一种钻井液用抗温抗盐润滑减阻剂，包括以下组分及其质量份数：基础油(白油)70ml、脂肪酸酰胺30g、油酸单甘脂3g、脂肪酸醇胺2g(三乙醇胺1g、乙二胺四乙酸混合物1g)，其制备方法同实施例1。
实施例4：
本发明提供一种钻井液用抗温抗盐润滑减阻剂，包括以下组分及其质量份数：基础油(白油)75ml、脂肪酸酰胺25g、油酸单甘脂3g、脂肪酸醇胺2g(三乙醇胺1g、乙二胺四乙酸混合物1g)，其制备方法同实施例1。
为了对本发明产品的性能进行比对测试，选取一种极压润滑剂，由中国石化南京化工研究院有限公司研发的NH-EPL1型润滑剂作为对比例1；选取一种极压润滑剂，由中昊晨光化工研究院有限公司研发的601型润滑剂作为对比例2。
评价本发明产品及对比产品的润滑性能选取三种基浆：选用淡水膨润土基浆、饱和盐水膨润土基浆、饱和盐水井浆评价抗温抗盐润滑减阻剂性能(结果见表1至表3)，三种基浆具体配置方法如下：
1、淡水基浆：每份加入400g蒸馏水，20g试验用钠膨润土(在恒温干燥箱内105℃±5℃干燥4h)，0.8g无水碳酸钠，高速搅拌20min，其间至少停下两次，以刮下粘附在容器壁上的粘附物，室温条件下在密闭容器中静置养护24h。
2、饱和盐水基浆：每份加入400g蒸馏水，20g试验用钠膨润土(在恒温干燥箱内105℃±5℃干燥4h)，0.8g无水碳酸钠，高速搅拌20min，其间至少停下两次，以刮下粘附在容器壁上的粘附物，加入高粘羧甲基纤维素钠盐的加量为2.8g，确定表观粘度为30mpa.s时高粘羧甲基纤维素钠盐的加量(g/L)，取配好的基浆，加入120g的分析纯NaCl，高速搅拌20min，其间至少停下两次，以刮下粘附在容器壁上的粘附物，室温条件下在密闭容器中静置养护24h。
3、饱和盐水井浆：取井号为广3斜-22井，井深2280米，含盐量308339.53mg/L，井温63℃，pH8.5。
评价抗温、抗盐润滑减阻剂性能的具体实验步骤如下：
(1)取两份400ml基浆①②，在②中加入4.0g抗温抗压润滑减阻剂试样，然后将基浆高速搅拌5min，按GB/T16783.1的方法测定膨润土基浆①及膨润土基浆加试样后②的旋转粘度计600r/min下的读值R600，计算表观粘度升高值。
(2)取两份膨润土浆，分别加入4g的抗温抗压润滑减阻剂试样，用搅拌器搅拌10min后用极压润滑仪测定其润滑系数，计算润滑系数降低率。
高温老化具体实验步骤如下：
取膨润土基浆，加入4.0g试样，然后将该基浆高速搅拌5min后装入老化罐，放入滚子炉中，于150℃恒温滚动老化16h。取出冷却至室温，计算表观粘度升高值及润滑系数降低率。
表1淡水基浆中润滑性评价
表1中各参数说明：Ф600：旋转粘度计600r/min下的读值R600；AV：表观粘度值，mPa.s；ΔAV：表观粘度升高值；K基浆：基浆润滑系数；K样：将入润滑剂后润滑系数。
表2饱和盐水基浆中润滑性评价
注：表中各参数说明同表1。
表3饱和盐水井浆中润滑性评价
注：表中各参数说明同表1。
从上表1、表2、表3可见，本发明所得抗温抗盐润滑减阻剂具备抗高温、抗高盐和降低高摩阻等优异性能。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (1)
1.一种钻井液用抗温抗盐润滑减阻剂的制备方法，其特征在于，钻井液用抗温抗盐润滑减阻剂包括以下组分及其质量份数：基础油 60~80 份、脂肪酸酰胺20~40 份、油酸单甘脂 3~5 份、脂肪酸醇胺1~3 份；
所述基础油为白油；所述脂肪酸酰胺的制备方法为：将质量比为 2:1~4:1的植物油脂肪酸与醇胺加入反应釜中，在搅拌下将反应釜中的物料加热至50~60℃，反应至颜色透明，出料，即得成品脂肪酸酰胺；所述油酸单甘脂的制备方法为：将摩尔比为 1:2 的油酸甲酯与甘油加入反应釜中，在215~220℃真空状态下搅拌反应2h，既得油酸单甘脂及其衍生物；所述脂肪酸醇胺为C4-8醇胺、三乙醇胺中的一种或两种；
制备方法包括如下步骤：
1）量取基础油，置于反应器中；
2）向基础油中加入脂肪酸酰胺，搅拌反应5~10min；
3）添加油酸单甘脂，搅拌反应5~10min；
4）添加脂肪酸醇胺，搅拌反应5~10min；
5）继续搅拌反应30min。
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