CN1407073A - 高扭矩钻具螺纹脂 - Google Patents

Abstract

螺纹脂是石油天然气钻探中的主要消耗材料，性能直接影响钻探成本。高摩擦系数螺纹脂对提高钻具性能、降低生产成本，有重大意义。目前国内外无此产品。本发明高摩擦系数螺纹脂特征是：由重量38－48％的00#复合锂基脂及52－62％的固体粉料组成，前者由占自身重量7.55％的12－羟基硬脂酸1.55％癸二酸、0.91％硼酸、2.55％氢氧化锂、添加78.44％基础油经皂化、辅加9％的添加剂经调合、均质等工艺制得，后者由占组合物重量18－28％的α－Al₂O₃粉、4－6.5％γ－Al₂O₃粉、10－15％高岭土粉、5－10％钙粉、2－3％氧化铬绿粉，5－10％的鳞片石墨粉，2－5％湿法白云母粉、2－5％的氟化稀土粉组成；产品无毒无害不易燃不易燥、涂刷性好、在－40℃～180℃内不干涸，适于陆地、海洋石油天然气的各种钻井作业中使用。

Description

高扭矩钻具螺纹脂

技术领域：

本发明涉及一种钻具螺纹脂，特别是在石油、天然气钻探中，所用钻具使用的螺纹脂。

背景技术：

钻具螺纹脂是在石油、天然气钻探中，钻具必须使用的一种消耗性材料，其性能的好坏关系着钻具的使用寿命、维修费用、钻具的消耗费用，直接影响到钻探成本。传统钻具螺纹脂的技术性能虽然已由国家石油天然气行业标准SY/T5198-1996规定，但是其关键性的一个技术指标—摩擦系数，长期以来一直无法测定。尽管在该标准中推荐使用美国石油学会推荐的《旋转台肩接头螺纹脂试验推荐作法》-1992年第一版，但由于该方法所存在的问题及其失效等原因，国内至今没有任何单位采用过。因此，严格说钻具螺纹脂摩擦系数的测定方法，在本研究工作完成前一直是个空白。国内生产钻具螺纹脂的厂家，从来没有规范测定过这一技术指标，以至成为导致国内钻具维修费高、钻具寿命短、钻具消耗量大的一个重要因素。在美国石油学会推荐的APIRP7G《钻柱设计和操作限定的推荐作法》中，给出了钻柱旋转台肩连接(常规接头)的扭矩计算公式： $T_y=\frac{\mathrm{YmA}}{12}(\frac{P}{2\mathrm{\π}}+\frac{\mathrm{Rtf}}{\cos \mathrm{\θ}}+\mathrm{Rsf})$ 式中：T_y-屈服要求的转矩或扭矩

  Y_m-材料的最小屈服强度

  P-螺矩

  f-配合面(螺纹和台肩)摩擦系数

  θ-螺纹半角

  R_t-螺纹当量半径

  R_s-台角面当量半径公式中f就是钻具螺纹脂摩擦系数，钻具传递的扭矩T_y几乎与f成正比，这足以表明摩擦系数是何等重要。在生产实践中，由于无法测定出螺纹脂的摩擦系数值，必然造成钻具的大量消耗，特别是随着大位移钻井技术的发展，做不出高摩擦系数的螺纹脂就必然要大幅度地提高钻具材料的强度，也必然导致大幅度地增加钻具成本。于是，研制具有高摩擦系数的钻具螺纹脂，对于提高钻具性能、降低生产成本具有重大的现实意义。而高扭矩高摩擦系数钻具螺纹脂的发明，须以获得能科学、准确地测定出螺纹脂摩擦系数的实用方法为前提。发明人经过多年的实验研究，提出了GB3142-82标准方法，圆满地解决了这个重大的技术难题，为本发明奠定了坚实的技术基础。依此法对国内外现有常规钻具螺纹脂的品种实测结果表明：①所有产品其摩擦系数均在0.06-0.09之间，目前没有高摩擦系数的产品；②国外钻具螺纹脂产品摩擦系数稳定、重复性好；③国内钻具螺纹脂产品摩擦系数不稳定，重复性差，在极压状态下稳定性极差。按钻探技术实践的要求，高性能钻具螺纹脂的性能特征应是：相对摩擦系数高即数值不小于1，在极压状态下动摩擦系数、临界摩擦系数和静摩擦系数趋于一致。具有这种性能的钻具螺纹脂最有利于钻具的使用，其上、卸扣性能好，不易发生粘扣、螺纹表面不易划伤，台角面不易磨损，密封性能好，母扣不易胀大，公扣不易钻扣。国外只有个别名牌产品其性能可以达到大部分要求，而国内产品达不到。

发明内容：

本发明目的在于：解决目前钻具螺纹脂产品摩擦系数低，钻具消耗量大的实际问题，为用户提供一种高扭矩钻具使用的具有高摩擦系数，在极压状态下其动摩擦系数，临界摩擦系数和静摩擦系数趋于一致的高性能螺纹脂产品。

本发明的高扭矩钻具螺纹脂，具有上述高性能螺纹脂的全部优点。作为一种组合物，其特征在于：它由占重量百分比为38-48％的00^#复合锂基脂及52-62％的固体粉末辅料组成，其中00^#复合锂基脂，则由占自身重量7.55％的12-羟基硬脂酸、1.55％的癸二酸、0.91％的硼酸、2.55％的氢氧化锂、添加78.44％的基础油N-100(或减3B)经皂化、并辅加9％的添加剂经调合、均质、脱气工艺而制得，添加剂可采用5％的油溶性石油磺酸钡、0.5％的苯并三氮唑、1.5％的二丁基二硫代氨基甲酸锑、0.5％烯基丁二酸、1％二壬基萘磺酸钡及0.5苯三唑十八胺盐；其固体粉辅料则由占螺纹脂组合物重量18-28％的α-Al₂O₃，4-6.5％的γ-Al₂O₃，10-15％的高岭土，5-10％的超细钙粉，2-3％的氧化铬绿，5-10％的鳞片石墨，2-5％的湿法白云母粉，2-5％的氟化稀土粉组成。

本发明的制备工艺，由制备作为载体的00^#复合锂基脂及将制成的该基脂与上面所述的固体粉辅料按比例混合搅拌均匀，然后在胶体磨中将其磨匀而成。

本发明的优点在于：用上述配比制备出的高扭矩钻具螺纹脂，其相对摩擦系数可达1.50，根据用户需要可在1.03-1.50间调整，并在极压状态下其动摩擦系数、临界摩擦系数和静摩擦系数趋于一致，其阻漏压力达53MPa，在-40℃-180℃温度范围内不干涸，涂刷性良好，且不含重金属，无毒无害、不易燃不易爆，具有高性能螺纹脂的全部性能特征，适于在陆地、海洋的石油天然气浅井、深井、超深井、大位移井等各种钻井作业中使用。

具体实施方式：

实施例1：极压状态下摩擦系数为0.12的高扭矩钻具螺纹脂：本螺纹脂组合物中，00^#复合锂基脂含量占48％，固体粉料含量占52％；其中在00^#复合锂基脂的成份中有：

12-羟基硬脂酸                   3.62％

癸二酸                          0.74％

硼酸                            0.44％

氢氧化锂                        1.23％

N-100(或减3B)                   37.65％

添加剂成份中：

油溶性石油磺酸钡                2.40％

苯并三氮唑                      0.24％

二丁基二硫代氨基甲酸锑          0.72％

烯基丁二酸                      0.24％

二壬基萘磺酸钡                  0.48％

苯三唑十八胺盐                  0.24％在固体粉料成份中有：

α-Al₂O₃                             28％

超细高岭土                             12％

氧化铬绿                               3.4％

鳞片石墨粉                             3％

湿法白云母粉                           1％

氟化稀土粉                             4.6％制备方法：

先将所用比例的12-羟基硬脂酸、癸二酸、硼酸、氢氧化锂及三分之二用量的基础油N-100(或减3B)混合在一起进行皂化，皂化完成后，再添加所述组份及比例的添加剂和三分之一用量的基础油进行调和，调和完成后通过剪切器均质，经脱气出料即成所需用的00#复合锂基脂，然后再将其与所述组份及比例的固体粉料在锥形搅拌斧中混料搅拌，最后在胶体磨中磨匀，出料包装即成产品。经测定其主要技术参数如下：

相对摩擦系数1.5(用GB3142-82标准方法测定)

工作锥入度(25℃，150g)             275-305

滴点      (℃)                     ≥200

分油量    (65℃、24小时)％         ＜5

涂刷      (℃)                     ≮-40实施例2：极压状态下摩擦系数为0.1的高扭矩螺纹脂组合物中：00^#复合锂基脂含量占45％，固体粉料占55％。其中00^#复合锂基脂成份中：

12-羟基硬脂酸                      3.40％

癸二酸                             0.70％

硼酸                               0.41％

氢氧化锂                           1.15％

基础油N-100(或减3B)                35.29％

添加剂成份中：

油溶性石油磺酸钡T701               2.26％

苯并三氮唑                         0.22％

二丁基二硫代氨基甲酸锑             0.67％

烯基丁二酸                             0.22％

二壬基萘磺酸钡                         0.46％

苯三唑十八胺盐                         0.22％

固体粉料成份：

α-Al₂O₃                             18.68％

γ-Al₂O₃                             6.22％

超细煅烧高岭土                         19.74％

氧化铬绿                               3.36％

鳞片石墨粉                             3％

湿性白云母粉                           1％

氟化稀土粉                             3％

制备方法同实施例1。由GB3142-82标准法测定其相对摩擦系数为1.25

Claims (2)

1、一种高扭矩钻具螺纹脂组合物，其特征在于：由占重量38-48％的00#复合锂基脂及52-62％的固体粉辅料组成，其中00#复合锂基脂，由占自身重量7.55％的12-羟基硬脂酸，1.55％的癸二酸，0.91％的硼酸，2.55％的氢氧化锂，添加78.44％的基础油N-100或减3B经皂化、并辅加9％的添加剂经调合、均质、脱气而制得，其固体粉辅料由占该螺纹脂组合物重量18-28％的α-Al₂O₃，4-6.5％的γ-Al₂O₃，10-15％的高岭土，5-10％的超细钙粉，2-3％的氧化铬绿，5-10％的鳞片石墨，2-5％的湿法白云母粉，2-5％的氟化稀土粉组成。

2、按照权利要求1所述的高扭矩钻具螺纹脂组合物，其特征在于：00#复合锂基脂制备中，皂化后辅加9％的添加剂，可以是占该复合锂基脂重量5％的油溶性石油磺酸钡，0.5％的苯并三氮唑、1.5％的二丁基二硫化氨基甲酸锑，0.5％白烯基丁二酸、1％的二壬基萘磺酸钡及0.5％的苯三唑十八胺盐。