CN112322260A - 一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂及其生产和检测方法 - Google Patents

一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂及其生产和检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂及其生产和检测方法，由植物油酸、添加剂、软化水制备而成，生产方法为原料混合、搅拌等步骤；检测方法包括检测用基浆的配制、氯化钠污染浆配制以及检测等步骤；本发明的优点在于：在氯化钠污染浆中表现优异，抗温性能良好，环保性能优良，生物毒性极低。

Description

一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂及其生产和检测方法
技术领域
本发明涉及一种润滑剂，具体地说是一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂及其生产和检测方法，属于润滑剂领域。
背景技术
目前，国内外润滑剂主要采用矿物油、植物油以及合成油制备，其中大部分矿物油类润滑剂润滑效率高、抗温耐盐，但荧光等级和毒性均较高；植物油类润滑剂相对较环保且常温下润滑效果较好，但抗温性能低，高温老化后的润滑性能下降明显且易发泡；合成油类润滑剂荧光等级低、抗温耐盐且毒性低，但昂贵的价格限制了其大规模应用，因此目前国内环保润滑剂大多将荧光级别、金属离子含量以及润滑系数降低率和4%氯化钠污染浆中润滑系数降低率作为环保润滑剂检测指标，由于生物毒性和生物降解性检测费用及检测周期较长，所以大多数地方标准只选择其中一项作为环保材料检测指标，为了满足标准要求，国内大多数环保润滑剂均是按照低荧光、生物毒性低，能够在4%-10%氯化钠污染浆中润滑性系数降低率大于70%作为环保润滑剂检测标准，在抗高温方面，国内环保润滑剂大多在180℃左右便会出现润滑性能下降甚至失去润滑效果的情况。
发明内容
为了解决上述问题，本发明设计了一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂及其生产和检测方法，在氯化钠污染浆中表现优异，抗温性能良好，环保性能优良，生物毒性极低。
本发明的技术方案为：
一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂，由以下重量份的原料制备而成：
30-40份植物油酸，10-15份添加剂，45-60份软化水；
所述植物油酸为疆北油脂化工厂生产：由植物油包括棉籽油、菜籽油等经高温精炼制得；
所述添加剂为尿素与烧碱按照质量比3:1的混合物；
所述软化水为硬度为0的水。
一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂的生产方法，包括以下步骤：
S1、向反应容器中加入30-40份植物油酸。
S2、在另一反应容器中加入10-15份添加剂，再加入45-60份软化水，搅拌至添加剂完全溶解；
S3、将步骤S2所得添加剂溶液缓慢加入至步骤S1所得混合液中，室温下不断搅拌使其反应完全变为乳白色即为反应完全。
本发明植物油酸与添加剂中的烧碱常温下在水中迅速发生皂化反应，生成油酸钠，油酸钠再与尿素发生化学反应形成“特殊”的酰胺类物质，该类物质在高温下会进一步反应形成更加稳定的酰胺结构，具体反应如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂的检测方法，包括以下步骤：
A、检测用基浆的配制：400ml蒸馏水中加入0.2g无水碳酸钠（分析纯），搅拌至无水碳酸钠完全溶解后加入20.0g实验用钠土，11000r/min高速搅拌20min，24℃条件下密闭养护24h；
B、氯化钠污染浆配制：取步骤A中已养护24h后的基浆400mL，分别向其中加入分析纯氯化钠0g、20g、40g、60g、80g、100g、120g、145g，11000r/min高速搅拌20min配制成0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、饱和氯化钠污染浆；
C、分别取步骤A中淡水基浆及步骤B中各浓度氯化钠污染浆各2份，其中一份加入本发明润滑剂试样2.0mL，另一份作为空白，室温条件下，用极压润滑仪分别测定基浆及加样浆在0.7MPa(150inch·lbf力矩，1.5inch力臂)压力、60r/min转速下的扭矩读值；并按照公式（1）计算润滑系数降低率：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
(1)
式中：
R--润滑系数降低率，％；
K0--基浆的扭矩读值；
K1--加样浆的扭矩读值；
D、分别取A中的基浆2份其中一份加入2.0mL润滑剂试样，另一份作为空白，将试样浆、基浆分别装入老化罐中，分别在100℃、120℃、150℃、180℃、200℃、220℃、250℃条件下热滚16h，取出后冷却至室温，按照公式（1）计算润滑系数降低率。
本发明的有益效果为：
1、本发明在氯化钠污染浆中表现优异，随着氯化钠污染浆中氯化钠含量的增加润滑性能无下降；
2、本发明抗温性能良好，高温老化前后性能几乎无变化；
3、本发明环保性能优良，生物毒性极低，生物降解性指标大于易降解指标5倍。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明实施例同类型产品氯化钠污染浆中性能对比；
图2为本发明实施例同类型产品抗高温性能对比；
图3为本发明实施例同类型产品环保性能对比；
图4为本发明实施例油酸加量对试样抗氯化钠污染能力的影响；
图5为本发明实施例油酸加量对试样抗温性能的影响；
图6为本发明实施例油酸加量对试样环保性能影响；
图7为本发明实施例添加剂加量对试样抗氯化钠污染性能影；
图8为本发明实施例添加剂加量对试样抗高温性能影响；
图9为本发明实施例添加剂加量对试样环保性能影响。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂，由以下重量份的原料制备而成：
30-40份植物油酸，10-15份添加剂，45-60份软化水；
所述植物油酸为疆北油脂化工厂生产：由植物油（棉籽油、菜籽油等可使用油）经高温精炼制得；
所述添加剂为尿素与烧碱按照质量比3:1的混合物；
所述软化水为硬度为0的水。
一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂的生产方法，包括以下步骤：
S1、向反应容器中加入30-40份植物油酸。
S2、在另一反应容器中加入10-15份添加剂，再加入45-60份软化水，搅拌至添加剂完全溶解；
S3、将步骤S2所得添加剂溶液缓慢加入至步骤S1所得混合液中，室温下不断搅拌使其反应完全变为乳白色即为反应完全。
本发明植物油酸与添加剂中的烧碱常温下在水中迅速发生皂化反应，生成油酸钠，油酸钠再与尿素发生化学反应形成“特殊”的酰胺类物质，该类物质在高温下会进一步反应形成更加稳定的酰胺结构，具体反应如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂的检测方法，包括以下步骤：
A、检测用基浆的配制：400ml蒸馏水中加入0.2g无水碳酸钠（分析纯），搅拌至无水碳酸钠完全溶解后加入20.0g实验用钠土，11000r/min高速搅拌20min，24℃条件下密闭养护24h；
B、氯化钠污染浆配制：取步骤A中已养护24h后的基浆400mL，分别向其中加入分析纯氯化钠0g、20g、40g、60g、80g、100g、120g、145g，11000r/min高速搅拌20min配制成0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、饱和氯化钠污染浆；
C、分别取步骤A中淡水基浆及步骤B中各浓度氯化钠污染浆各2份，其中一份加入本发明润滑剂试样2.0mL，另一份作为空白，室温条件下，用极压润滑仪分别测定基浆及加样浆在0.7MPa(150inch·lbf力矩，1.5inch力臂)压力、60r/min转速下的扭矩读值；并按照公式（1）计算润滑系数降低率：
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
(1)
式中：
R--润滑系数降低率，％；
K0--基浆的扭矩读值；
K1--加样浆的扭矩读值；
D、分别取A中的基浆2份其中一份加入2.0mL润滑剂试样，另一份作为空白，将试样浆、基浆分别装入老化罐中，分别在100℃、120℃、150℃、180℃、200℃、220℃、250℃条件下热滚16h，取出后冷却至室温，按照公式（1）计算润滑系数降低率。
环保性能按照标准SY/T6787-2010的要求进行检测。
试样总金属离子含量为标准中要求测定的所有金属离子检测值的总和。
如图1所示，随着氯化钠含量的增加市售环保润滑剂均出现性能下降的情况，本发明环保润滑剂润滑性能几乎无变化。
如图2所示，随着老化温度的升高，本发明环保润滑剂性能几乎无变化，市售环保润滑剂性能明显下降。
如图3所示，与市售环保润滑剂相比，本发明环保润滑剂金属离子总量远低于市售环保润滑剂，生物毒性（EC50）要明显高于市售环保润滑剂，生物降解性更是高于市售环保润滑剂5倍以上。
实验例1：
固定配方添加剂10份、植物油酸分别为30份、32份、34份、46份、38份、40份，其余成分用软化水补全。分别检测试样的抗温、抗盐性能，并且按照 SY/T 6787-2010的要求测定试样的总金属离子含量、EC50值以及生物降解性（Y=BOD/CODcr的比值），具体实验结果如下：
如图4所示，随着油酸加量的增加试样在同等浓度的氯化钠污染浆中润滑性能有所增加，但随着试验浆中氯化钠含量的增加其润滑系数降低率呈下降趋势。
如图5所示，随着油酸加量的增加试样在相同温度下润滑性能有所增加，但老化温度超过150℃后试样润滑性能出现明显的下降趋势。
如图6所示，随着油酸加量的变化，试样的环保性能未出现较大的波动。
实验例2：
固定配方中植物油酸加量38份，添加剂加量分别为10份、11份、12份、13份、14份、15份，其余成分用软化水补全。分别检测试样的抗温、抗盐性能，并且按照 SY/T 6787-2010的要求测定试样的总金属离子含量、EC50值以及生物降解性（Y=BOD/CODcr的比值），具体实验结果如下：
如图7所示，随着添加剂加量的增加，试样的抗氯化钠污染能力随之增强，添加剂加量达到14%时试样抗氯化钠污染能力达到最强。
如图8所示，随着添加剂加量的增加试样的抗高温性能随之增强，当添加剂加量达到14%时抗高温性能达到最大值.
如图9所示，随着添加剂加量的增加试样的生物毒性和金属离子总量几乎无变化，生物降解性随添加剂加入量的增加而降低。

Claims (3)

1.一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：
30-40份植物油酸，10-15份添加剂，45-60份软化水；
所述添加剂为尿素与烧碱按照质量比3:1的混合物；
所述软化水为硬度为0的水。
2.一种如权利要求1所述的一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、向反应容器中加入30-40份植物油酸；
S2、在另一反应容器中加入10-15份添加剂，再加入45-60份软化水，搅拌至添加剂完全溶解；
S3、将步骤S2所得添加剂溶液缓慢加入至步骤S1所得混合液中，室温下不断搅拌使其反应完全变为乳白色即为反应完全。
3.一种如权利要求1所述的一种钻井液用抗温抗盐环保润滑剂的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、检测用基浆的配制：400ml蒸馏水中加入0.2g无水碳酸钠(分析纯)，搅拌至无水碳酸钠完全溶解后加入20.0g实验用钠土，11000r/min高速搅拌20min，24℃条件下密闭养护24h；
B、氯化钠污染浆配制：取步骤A中已养护24h后的基浆400mL，分别向其中加入分析纯氯化钠0g、20g、40g、60g、80g、100g、120g、145g，11000r/min高速搅拌20min配制成0％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、饱和氯化钠污染浆；
C、分别取步骤A中淡水基浆及步骤B中各浓度氯化钠污染浆各2份，其中一份加入本发明润滑剂试样2.0mL，另一份作为空白，室温条件下，用极压润滑仪分别测定基浆及加样浆在0.7MPa(150inch·lbf力矩，1.5inch力臂)压力、60r/min转速下的扭矩读值；并按照公式(1)计算润滑系数降低率：
Figure RE-FDA0002848627880000021
式中：
R--润滑系数降低率，％；
K0--基浆的扭矩读值；
K1--加样浆的扭矩读值；
D、分别取A中的基浆2份其中一份加入2.0mL润滑剂试样，另一份作为空白，将试样浆、基浆分别装入老化罐中，分别在100℃、120℃、150℃、180℃、200℃、220℃、250℃条件下热滚16h，取出后冷却至室温，按照公式(1)计算润滑系数降低率。
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