CN115404055B - 环保钻井液体润滑剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田钻井液用润滑剂技术领域，提出了环保钻井液体润滑剂，包括以下重量份数的组分：脂肪酸酯90～100份、长链脂肪醇5～10份、二氧化硅微球3～5份、表面活性剂0.5～1份、纳米碳化硼3～6份、分散剂0.5～1份。还提出了环保钻井液体润滑剂的制备方法，包括以下步骤：S1、按所述重量份数的原料备料；S2、将脂肪酸酯、长链脂肪醇、二氧化硅微球、表面活性剂、纳米碳化硼、分散剂混合，搅拌，得到环保钻井液体润滑剂。通过上述技术方案，解决了现有技术中液体润滑剂的抗磨性能差、润滑性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及油田钻井液用润滑剂技术领域，具体的，涉及环保钻井液体润滑剂。
背景技术
钻井液是一种在钻井过程中具有携带钻屑、冷却润滑钻头、平衡地层压力、保护井壁稳定、保护油层不受伤害等多种作用的工作流体，其性能严重影响钻井效率、井下安全和成本控制，是钻井工程技术的重要组成部分。
近年来，定向井、水平井、大位移井施工作业不断增多，水平段长也逐渐增大，高摩阻扭矩问题日益突出，容易造成钻具磨损、卡钻及延误钻井周期等复杂问题，给安全高效钻井带来了较大的技术挑战。钻井过程中摩阻扭矩的影响因素较多，但主要取决于钻具和井壁之间的接触面积和接触方式。目前降摩减阻的方法，主要是通过加入合适的钻井液润滑剂以改善钻井液的润滑性能。
国内外常用的钻井液用润滑剂按相态可分为固体类和液体类，钻井液体润滑剂是一种重要的钻井液化学处理剂，具有改善钻井液润滑性，降低井壁与钻具间的摩擦，降低钻柱旋转扭矩和起下钻阻力的作用，目前常用的钻井液体润滑剂有矿物油类、改性动物油类、表面活性剂类、多元醇和聚合醇类，但其油类处理剂普遍存在不易分散、容易析出油相等缺点，致使钻井液体润滑剂存在抗磨性能差、润滑性差的问题。
发明内容
本发明提出环保钻井液体润滑剂，解决了相关技术中液体润滑剂的抗磨性能差、润滑性差的问题。
本发明的技术方案如下：
环保钻井液体润滑剂，包括以下重量份数的组分：脂肪酸酯90～100份、长链脂肪醇5～10份、二氧化硅微球3～5份、表面活性剂0.5～1份、纳米碳化硼3～6份、分散剂0.5～1份。
作为进一步的技术方案，所述脂肪酸酯是含有16～22个碳原子的脂肪酸酯。
作为进一步的技术方案，所述长链脂肪醇是碳链长度为15～20个碳原子的脂肪醇。
作为进一步的技术方案，所述二氧化硅微球的粒径为100～150nm。
作为进一步的技术方案，所述表面活性剂包括OP-10、司盘40、司盘60、司盘80中的一种或多种。
作为进一步的技术方案，所述纳米碳化硼的粒径为50nm。
作为进一步的技术方案，所述分散剂为1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸盐。
作为进一步的技术方案，所述1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸盐的质量比为8:1。
作为进一步的技术方案，所述硼酸盐包括硼酸镁、硼酸钙和硼酸锌中的一种或多种。
本发明还提出了环保钻井液体润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、按所述重量份数的原料备料；
S2、将脂肪酸酯、长链脂肪醇、二氧化硅微球、表面活性剂、纳米碳化硼、分散剂混合，搅拌，得到环保钻井液体润滑剂。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明通过优化钻井液体润滑剂组分中的脂肪酸酯和长链脂肪醇，使钻井液体润滑剂具有优异的润滑性和抗磨性能。
2、本发明中1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸盐复配作为钻井液体润滑剂的分散剂，阻止二氧化硅微球在液体润滑剂体系中聚集、沉淀，起到分散的作用，此外1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸盐配伍使用，对于提高液体润滑剂的润滑系数降低率，降低摩擦系数，具有协同效果，提高了润滑剂的抗磨性能和润滑性。
3、本发明通过粒径为100～150nm的二氧化硅微球和粒径为50nm的碳化硼配合使用，一方面分散剂使大粒径的二氧化硅微球在基体中均匀分散，小粒径的碳化硼贯穿于大粒径的二氧化硅微球缝隙中，避免了碳化硼易聚集、不易分散的问题，同时有效填充了摩擦表面的缝隙，形成了一层保护膜；另一方面在进行摩擦磨损时，首先磨损的是大粒径的二氧化硅微球，待进一步磨损严重时，小粒径的碳化硼与二氧化硅微球配合会进一步减轻磨损，从而降低摩擦系数，延长抗磨耐磨时间，提高了液体润滑剂的抗磨性能和润滑性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
将95份棕榈酸甲酯、5份十五烷醇、4份120nm的二氧化硅微球、0.5份司盘40、5份粒径50nm的碳化硼、0.5份分散剂混合，在75℃下搅拌90min，得到环保钻井液体润滑剂，所述分散剂由质量比为8:1的1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸镁组成。
实施例2
将90份花生酸甲酯、7份棕榈醇、4份100nm的二氧化硅微球、0.8份司盘60、3份粒径50nm的碳化硼、0.5份分散剂混合，在75℃下搅拌90min，得到环保钻井液体润滑剂，所述分散剂由质量比为8:1的1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸锌组成。
实施例3
将90份棕榈酸甲酯、10份十八醇、3份150nm的二氧化硅微球、1份司盘80、3份粒径50nm的碳化硼、0.8份分散剂混合，在75℃下搅拌90min，得到环保钻井液体润滑剂，所述分散剂由质量比为8:1的1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸钙组成。
实施例4
将100份山嵛酸甲酯、8份花生醇、5份120nm的二氧化硅微球、0.7份OP-10、6份粒径50nm的碳化硼、1份分散剂混合，在75℃下搅拌90min，得到环保钻井液体润滑剂，所述分散剂由质量比为8:1的1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸锌组成。
实施例5
将95份肉豆蔻酸甲酯、5份十五烷醇、4份120nm的二氧化硅微球、0.5份司盘40、5份粒径50nm的碳化硼、0.5份分散剂混合，在75℃下搅拌90min，得到环保钻井液体润滑剂，所述分散剂由质量比为8:1的1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸镁组成。
实施例6
将95份木蜡酸甲酯、5份十五烷醇、4份120nm的二氧化硅微球、0.5份司盘40、5份粒径50nm的碳化硼、0.5份分散剂混合，在75℃下搅拌90min，得到环保钻井液体润滑剂，所述分散剂由质量比为8:1的1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸镁组成。
实施例7
将95份棕榈酸甲酯、5份十四醇、4份120nm的二氧化硅微球、0.5份司盘40、5份粒径50nm的碳化硼、0.5份分散剂混合，在75℃下搅拌90min，得到环保钻井液体润滑剂，所述分散剂由质量比为8:1的1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸镁组成。
实施例8
将95份棕榈酸甲酯、5份二十一醇、4份120nm的二氧化硅微球、0.5份司盘40、5份粒径50nm的碳化硼、0.5份分散剂混合，在75℃下搅拌90min，得到环保钻井液体润滑剂，所述分散剂由质量比为8:1的1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸镁组成。
对比例1
与实施例1的区别仅在于不添加分散剂。
对比例2
与实施例1的区别仅在于分散剂为1,8-萘二甲酰亚胺。
对比例3
与实施例1的区别仅在于分散剂为硼酸锌。
润滑系数降低率的测试方法：按照SY/T 6094-94《钻井液用润滑剂评价程序》和Q/SY 1088-2012《钻井液用液体润滑剂技术规范》要求，配置试验用评价基浆，并将实施例1～8及对比例1～3得到的钻井液体润滑剂按照0.5g/100mL分别加入每份评价基浆中，测试基浆加样前后的润滑系数。
润滑系数降低率(％)＝(加样后的润滑系数-基浆的润滑系数)/基浆的润滑系数×100
表观粘度变化值的测试方法：将实施例1～8及对比例1～3所提供的钻井液体润滑剂按照0.5g/100mL分别加入每份评价基浆中。采用六速旋转粘度计测试基浆加样前后的表观粘度。
表观粘度变化值＝加样后的表观密度-基浆的表观密度
测试结果记录在表1中。
抗磨耐磨性能测试：分别将实施例1～8和对比例1～3提供的钻井液体润滑剂按照0.5g/100mL分别加入至每份评价基浆中，8000rpm条件下高速搅拌20min，备用；利用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机，模拟现场井下钻进情况(采用球-盘摩擦副，钢球为440C不锈钢，盘为N80钢/d＝48mm)，试验条件：载荷为100N，温度为120℃，转速为350rpm，测试钻井液的摩擦系数，测试结果记录在表2中。
表1钻井液体润滑剂常规性能评价结果
| 表观粘度变化值/mPa·s | 润滑系数降低率/％ | |
| 指标 | ≤5.0 | ≥80.0 |
| 实施例1 | 3.0 | 91.5 |
| 实施例2 | 2.0 | 93.8 |
| 实施例3 | 3.0 | 92.1 |
| 实施例4 | 2.5 | 92.7 |
| 实施例5 | 3.0 | 89.3 |
| 实施例6 | 4.0 | 88.6 |
| 实施例7 | 3.5 | 89.7 |
| 实施例8 | 3.5 | 89.1 |
| 对比例1 | 4.0 | 86.5 |
| 对比例2 | 3.0 | 88.9 |
| 对比例3 | 3.5 | 87.7 |
由表1可以看出，本发明实施例1～8提供的钻井液体润滑剂的表观粘度变化值、润滑系数降低率指标均满足目前钻井液用润滑剂标准要求，在较低加量0.5g/100mL的条件下，润滑系数降低率均在88.6％以上，具有优异的润滑性能。
在本发明中实施例1～4使用优选的润滑剂组分，提供的钻井液体润滑剂润滑系数降低率达到91.5％以上，优于实施例5～8的润滑系数降低率，比实施例5～8得到的钻井液体润滑剂的润滑性能更好。
对比例1不添加分散剂；对比例2分散剂为1,8-萘二甲酰亚胺；对比例3分散剂为硼酸锌，虽然对比例1～3提供的液体润滑剂表观粘度变化值、润滑系数降低率指标均满足目前钻井液用润滑剂标准要求，但是其润滑系数降低率远低于实施例1，润滑性能不如实施例1提供的钻井液体润滑剂，此外将1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸盐复配作为分散剂使用，具有协同效果，提高了钻井液体润滑剂的润滑性能。
表2实施例1～8及对比例1～3的摩擦系数和抗磨耐磨时间
| 平稳期摩擦系数 | 抗磨耐磨时间/s | |
| 基浆 | 0.18 | ＜400 |
| 实施例1 | 0.032 | ＞4400 |
| 实施例2 | 0.025 | ＞4400 |
| 实施例3 | 0.028 | ＞4400 |
| 实施例4 | 0.027 | ＞4400 |
| 实施例5 | 0.038 | ＞4400 |
| 实施例6 | 0.041 | ＞4400 |
| 实施例7 | 0.036 | ＞4400 |
| 实施例8 | 0.039 | ＞4400 |
| 对比例1 | 0.051 | 3200～3400 |
| 对比例2 | 0.042 | 3800～4000 |
| 对比例3 | 0.046 | 3400～3600 |
根据表2可以看出，本发明实施例1～8提供的钻井液体润滑剂的实验浆的摩擦系数在0.025～0.041范围内，具有较低的摩擦系数、且抗磨耐磨时间大于4400s，实施例1～4使用优选的润滑剂组分，提供的钻井液体润滑剂的实验浆的摩擦系数在0.025～0.032范围内，低于实施例5～8钻井液体润滑剂的摩擦系数。
由于对比例1没有使用分散剂，对比例2～3使用单一组分的分散剂，导致钻井液体润滑剂的实验浆的摩擦系数大于实施例1，抗磨耐磨性能也低于实施例1，此外将1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸盐复配作为分散剂使用，具有协同效果，大大降低了摩擦系数，提高了抗磨性能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.环保钻井液体润滑剂，其特征在于，包括以下重量份数的组分：脂肪酸酯90~100份、长链脂肪醇5~10份、二氧化硅微球3~5份、表面活性剂0.5~1份、纳米碳化硼3~6份、分散剂0.5~1份；
所述脂肪酸酯是含有16~22个碳原子的脂肪酸酯；
所述长链脂肪醇是碳链长度为15~20个碳原子的脂肪醇；
所述二氧化硅微球的粒径为100~150nm；
所述表面活性剂包括OP-10、司盘40、司盘60、司盘80中的一种或多种；
所述纳米碳化硼的粒径为50nm；
所述分散剂为1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸盐；
所述1,8-萘二甲酰亚胺和硼酸盐的质量比为8:1。
2.根据权利要求1所述的环保钻井液体润滑剂，其特征在于，所述硼酸盐包括硼酸镁、硼酸钙和硼酸锌中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的环保钻井液体润滑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按所述重量份数的原料备料；
S2、将脂肪酸酯、长链脂肪醇、二氧化硅微球、表面活性剂、纳米碳化硼、分散剂混合，搅拌，得到环保钻井液体润滑剂。
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| CN202211119405.8A CN115404055B (zh) | 2022-09-13 | 2022-09-13 | 环保钻井液体润滑剂 |
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