CN1165595C

CN1165595C - 水基泥浆极压润滑剂

Info

Publication number: CN1165595C
Application number: CNB011159065A
Authority: CN
Inventors: 李银素; 张菊芬
Original assignee: China Oilfield Services Ltd
Current assignee: ZHONGHAI OIL FIELD SERVICE CO Ltd
Priority date: 2001-04-30
Filing date: 2001-04-30
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2021-04-30
Also published as: CN1329124A

Abstract

本发明涉及一种当钻具在极高压力下作业中使用的泥浆极压润滑剂，其组成包括：5-20%的硫化脂肪酸或硫化油、0-40%的脂肪酸、10-50%的脂肪酸酯、0.5-3%的表面活性剂、30-60%的闪点高于80℃的白油，该润滑剂可以在钻具承受极高负荷的条件下，在摩擦的钻具表面形成坚固的化学膜，延长钻头寿命，减少对钻具的磨损，可广泛应用于油气田开发的钻井作业中，尤其适合在斜井和定向井的钻井作业中使用。

Description

水基泥浆极压润滑剂

技术领域

本发明涉及一种用于钻井作业的泥浆润滑剂，尤其涉及一种当钻具在极高压力下作业中使用的泥浆极压润滑剂。

背景技术

在钻井过程中，为了减少扭矩，提高钻速，延长钻头使用寿命，减少起下钻次数，减少钻头和钻铤的泥包，降低泵压，常常使用泥浆润滑剂，使泥浆形成水包油乳化泥浆，降低油水界面张力，并使钻具的金属表面具有良好的油润湿，减少钻头和钻铤的泥包，减少粘附卡钻的可能性。

在一定的钻压和钻速条件下，使用普通的泥浆润滑剂，可以降低钻具的旋转扭矩，延长钻头的使用寿命，但是在钻具承受极高负荷的条件下，即使最好的普通泥浆润滑剂也不能满足钻头轴承的润滑要求，这时钻头经常先期磨损，因而不得不在钻头牙齿完全磨钝以前起钻，以防轴承极度磨损可能使牙轮掉到井里，为了防止这种情况，必须加入特殊的添加剂，使钻具在极高压力条件下，能在摩擦的金属钻具表面形成坚固的化学膜，对钻具表面起到保护作用，延长钻头寿命，减少起下钻次数，降低钻杆扭矩，提高钻速，减轻对钻杆和钻头的磨损，提高钻井效率。

发明内容

本发明的目的在于针对所述普通泥浆润滑剂的缺陷，提供一种泥浆极压润滑剂，该润滑剂尤其适用于水基泥浆，在钻具承受极高负荷的条件下使用，能在摩擦的金属钻具表面形成坚固的化学膜，达到保护钻具表面，延长钻头寿命的目的。

本发明的泥浆极压润滑剂中，选择了硫化脂肪酸或硫化油脂作为原料。即，该泥浆极压润滑剂由一种硫化脂肪酸或硫化油、一种脂肪酸、一种脂肪酸的酯、一种表面活性剂和闪点高于80℃的白油组成。

本发明提供的泥浆极压润滑剂是一种用于水基钻井液的泥浆极压润滑剂，其组成包括：5-20％的硫化脂肪酸或硫化油、0-40％的脂肪酸、10-50％的脂肪酸酯、0.5-3％的表面活性剂、30-60％的闪点高于80℃的白油，各组分之和为100重量％。

本发明提供的泥浆极压润滑剂是一种特殊的添加剂，它能在承受摩擦的金属表面形成坚固的化学膜，这种化学膜可以减轻接触面之间的摩擦和磨损。在相同条件下，把本发明的极压添加剂加到普通润滑剂中，被摩擦的金属表面能变得光滑，可以使钻具变成油润湿以减少压差卡钻的可能性，尤其在不规则的井径和斜井以及定向井中，可以减轻对钻杆和钻铤的磨损。

本发明所述硫化脂肪酸选自植物油混合脂肪酸的硫化物、单一脂肪酸的硫化物或动物油脂肪酸的硫化物，其中，植物油混合脂肪酸如蓖麻油脂肪酸，豆油脂肪酸，棉籽油脂肪酸、亚麻油脂肪酸等，单一脂肪酸如亚油酸、油酸等，动物油脂肪酸如猪油脂肪酸、牛油脂肪酸、羊油脂肪酸等；硫化油选自动物油或植物油的硫化物，其中，植物油如蓖麻油、豆油、棉籽油、菜籽油等，动物油如猪油、牛油、羊油等。

本发明所用的脂肪酸可以是上面谈到的植物油混合脂肪酸。而脂肪酸酯组分中所述脂肪酸亦优选所述凝固点较低的植物油混合脂肪酸，如豆油脂肪酸，蓖麻油脂肪酸，菜籽油脂肪酸，棉籽油脂肪酸。脂肪酸酯则优选为脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯。

本发明提供的泥浆极压润滑剂的作用原理一是使泥浆形成水包油乳化泥浆，降低油水界面张力；二是在金属表面形成坚固的化学膜。本发明使用的表面活性剂为具有乳化功能的添加剂，优选可以是阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂，更优选，阴离子表面活性剂选用石油磺酸盐或石油苯磺酸盐，即，该磺酸盐或苯磺酸盐的碳链为石油裂解产物，优选为其中C₁₀-C₁₅的烷基的磺酸盐或苯磺酸盐；非离子型的表面活性剂优选为烷基酚的聚氧乙烯醚，其中的烷基可以是C₈-C₁₄的烷基，且聚氧乙烯的分子量优选在约200-600。

本发明的极压润滑剂中还可包括适当量的消泡剂，使用量在0.5-2％左右，该消泡剂优选为硅油或硬脂酸铝，或效果相近的产品。

各项试验结果表明，本发明的极压润滑剂除具有普通泥浆润滑剂的作用外，还可以在钻具承受极高负荷的条件下，在摩擦的钻具表面形成坚固的化学膜，从而有效降低钻具扭矩，提高钻速，延长钻头寿命，减少对钻具的磨损，可广泛应用于油气田开发的钻井作业中，尤其适合在斜井和定向井的钻井作业中使用。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细说明本发明，但不对本发明构成任何限定。

实施例1

按照下述配方将各物质混合制备本发明的极压润滑剂。

硫化豆油脂肪酸 12.5％

蓖麻油酸甲酯 40％

白油(闪点高于80℃) 45.5％

壬基酚聚氧乙烯醚(聚氧乙烯醚的分子 1.0％

量在200-600)

硅油 1.0％

实施例2

按照下述配方将各物质混合制备本发明的极压润滑剂。

硫化豆油 12.5％

亚麻油脂肪酸 20％

蓖麻油脂肪酸乙酯 21％

白油(闪点高于80℃) 45％

壬基酚聚氧乙烯醚(聚氧乙烯醚的分子 1.5％

量在200-600)

实施例3

按照下述配方将各物质混合制备本发明的极压润滑剂。

硫化豆油 11.5％

蓖麻油脂肪酸 20％

蓖麻油脂肪酸乙酯 21％

白油(闪点高于80℃) 45％

石油磺酸钠(烷基部分为C₁₀-C₁₅的石油 1.5％

裂解物)

硬酯酸铝 1％

实验例部分

泥浆的配制

按照下述配方，先将土配成8％的淡水

土浆，水化16小时后，用海水稀释至3％，然后加入其它处理剂，密闭水化16小时，即可制得泥浆(海水土泥浆)。配方中余量为海水。

土 3％

NaOH(氢氧化钠) 0.2％

Na₂CO₃(碳酸钠) 0.2％

N-PAN(聚丙烯氰铵) 0.5％

DFD(改性淀粉) 1％

PAC-HV(聚阴离子纤维素-高粘) 0.3％

PF-TEX(磺化沥青) 2％

PF-PLUS(80A51) 0.3％

KCl(氯化钾) 5％

海水至100％

实验例1

配制6％的土浆，按不同比例加入实施例1制备的极压润滑剂，搅拌均匀，用E-P极压润滑联用仪测定实施例1制备的极压润滑剂在海水土基浆中的扭矩，计算扭矩降，其中基浆是

土在淡水中造浆后加入海水配成6％的

土浆，结果如表1所示。

扭矩降计算公式为：

扭矩降＝(基浆扭矩-基浆中加润滑剂后扭矩)/基浆扭矩×100％

表1 极压润滑剂在海水

土浆中的扭矩降

基浆(6％海基浆+1％极压基浆+2％极压基浆+3％极压

项目

水土浆) 润滑剂润滑剂润滑剂

扭矩读数 54 5.0 3.1 2.3

扭矩降(％) 91.7 94 95.7

润滑系数 0.54 0.050 0.031 0.023

实验例2

将上述方法(实验例)配制的泥浆高速搅拌5分钟，按不同比例加入实施例1制备的极压润滑剂，搅拌均匀，用E-P极压润滑联用仪测定泥浆加极压润滑剂前后的扭矩，参照实验例2的公式计算扭矩降，结果如表2所示。

表2 极压润滑剂在海水泥浆中的扭矩降

项目未加润滑剂加润滑剂1％加润滑剂2％加润滑剂3％

扭矩读数 13.5 9.6 8.7 7.0

扭矩降(％) 0 28 36 48

润滑系数 0.135 0.096 0.087 0.072

实验例3

配制6％的淡水

土基浆，按不同比例加入实施例1制备的极压润滑剂，搅拌均匀，用E-P极压润滑联用仪测定淡水土基浆中加入实施例2制备的极压润滑剂前后的扭矩，参照实验例2的公式计算扭矩降，结果如表3所示。

表3 极压润滑剂在淡水土浆中的扭矩降

基浆(6％淡水基浆+1％极基浆+2％极基浆+3％极压

项目

土浆) 压润滑剂压润滑剂润滑剂

扭矩读数 52 4.2 3.0 1.9

扭矩降(％) 92 94 96

润滑系数 0.52 0.042 0.030 0.019

实验例4

用E-P极压润滑联用仪测定6％海水

土基浆中加入实施例2制备的极压润滑剂前后的扭矩，参照实验例2的公式计算扭矩降，其中基浆是土在淡水中造浆后加入海水配成6％的

土浆，结果如表4所示。

表4 极压润滑剂在海水土浆中的扭矩降

基浆(6％海水

基浆+1％极压基浆+2％极基浆+3％极

项目

土浆) 润滑剂压润滑剂压润滑剂

扭矩读数 54 5.2 3.2 2.1

扭矩降(％) 90 94 96

润滑系数 0.54 0.052 0.032 0.021

实验例5

润滑剂在泥浆中的润滑性能实验

将按前述方法制备得到的泥浆高速搅拌5分钟，按不同比例加入实施例2制备的极压润滑剂，搅拌均匀，用E-P极压润滑联用仪测定泥浆中加入极压润滑剂前后的扭矩，同实验例2的公式计算扭矩降，该常温润滑性能的测试结果如表5所示。再将泥浆和加入润滑剂的泥浆倒进老化罐中，120℃下在滚子加热炉中热滚16小时，冷却后用E-P极压润滑联用仪测定该极压润滑剂在泥浆中热滚120℃×16h后的扭矩，同样计算扭矩降，结果如表6所示。

表5 极压润滑剂在泥浆中的扭矩降

项目未加润滑剂加润滑剂1％加润滑剂2％加润滑剂3％

扭矩读数 13.5 9.8 8.6 7.2

扭矩降(％) 0 27 36 46

润滑系数 0.135 0.098 0.086 0.072

表6 极压润滑剂在泥浆中热滚120℃×16h后的扭矩降

项目未加润滑剂加润滑剂1％加润滑剂2％加润滑剂3％

扭矩读数 12.6 6.8 5.6 4.2

扭矩降(％) 0 46 55 66

润滑系数 0.126 0.068 0.056 0.042

实验例6

极压值的测定

将按照前述方法制备得到的泥浆取两份高速搅拌5分钟，其中一份加入2％的实施例2制备的极压润滑剂，搅拌均匀，在转速为1000转/分、施加扭矩为100inch-pounds、时间为5min的条件下，用E-P极压润滑联用仪测定该泥浆的极压值以及加2％极压润滑剂的泥浆的极压值，结果如表8所示。

表8 泥浆及加有2％极压润滑剂的泥浆的极压值

极压值施加扭矩	泥浆泥浆+2％极压润滑剂
极压值施加扭矩	泥浆泥浆+2％极压润滑剂	100inch-pounds	7000psi 13500psi

从表1-8实验数据可以看出，该极压润滑剂在海水

土浆、淡水

土浆以及泥浆中都具有极好的润滑性，加2％极压润滑剂的泥浆具有较高的极压值。该产品可广泛应用于油气田开发的钻井作业中，尤其是在斜井和定向井的钻井作业中更为有效。

Claims

1、一种用于水基钻井液的极压润滑剂，其组成包括：5-20％的硫化脂肪酸或硫化油、0-40％的脂肪酸、10-50％的脂肪酸酯、0.5-3％的表面活性剂、30-60％的闪点高于80℃的白油，各组分之和为100重量％。

2、权利要求1所述的极压润滑剂，其中，所述硫化脂肪酸选自植物油混合脂肪酸的硫化物、单一脂肪酸的硫化物或动物油脂肪酸的硫化物；硫化油选自动物油或植物油的硫化油。

3、权利要求1所述极压润滑剂，其中，所述脂肪酸选自植物油混合脂肪酸。

4、权利要求1所述的极压润滑剂，其中，所述脂肪酸酯为脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯，其中的脂肪酸为植物油混合脂肪酸。

5、权利要求1所述的极压润滑剂，其中，表面活性剂选自具有乳化功能的阴离子型或非离子型表面活性剂。

6、权利要求1所述极压润滑剂，其中还包括有0.5-2％的消泡剂。

7、权利要求2所述的极压润滑剂，其中，植物油混合脂肪酸选自蓖麻油脂肪酸、亚麻油脂肪酸、豆油脂肪酸、或棉籽油脂肪酸；动物油脂肪酸选自猪油脂肪酸、牛油脂肪酸或羊油脂肪酸；单一脂肪酸选自亚油酸、油酸。

8、权利要求5所述的极压润滑剂，其中，阴离子表面活性剂为C10-C15的石油裂解物的烷基磺酸盐或烷基苯磺酸盐；非离子表面活性剂为烷基酚的聚氧乙烯醚。

9、权利要求8所述的极压润滑剂，其中，烷基酚的聚氧乙烯醚分子中的烷基为C₈-C₁₄的烷基，且聚氧乙烯的分子量在200-600。

10、权利要求6所述的极压润滑剂，其中，消泡剂是硅油或硬脂酸铝。