CN1743404A - 一种钻井液润滑添加剂及其制备方法 - Google Patents

一种钻井液润滑添加剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钻井液润滑添加剂及其制备方法，特点是按植物油下脚料20％～40％，三乙醇胺1％～2％，烧碱(NaOH)4％～8％，壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP－10)0.5％～0.8％，其余是水，该润滑剂利用精炼食用植物油时的脚料替代石油类产品，经两步皂化形成一种集阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及非离子表面活性剂于一体，具有良好的润滑减阻效果，并且其抵抗盐、钙离子侵蚀的能力很强。更为重要的是，这种润滑添加剂不含任何非生物降解的矿物油类物质，能够满足环保的要求，而且解决了污染环境的植物油下脚料处理问题，其使用方便，可直接添加到已配好的钻井液中。

Description

一种钻井液润滑添加剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种利用精练食用植物油的下脚料替代石油类产品的钻井液润滑添加剂及其制备方法。
背景技术
随着我国石油开发步伐的加快，特别是“稳定东部，发展西部”战略规划的实施，深井、超深井及复杂结构井钻井任务量迅速增加，钻井时钻具所受的摩阻也随之大幅度增加，能耗加大，并且由此而产生的钻具磨损和失效事故也呈上升之势。为解决此问题，目前通常的作法是在钻井液中添加一定量的润滑减阻剂，以降低钻头与井底岩石、钻柱与井壁岩石、钻柱与表层或技术套管之间的摩擦阻力，提高钻速，降低能耗。先后有人利用废柴油、废机油、白油等石油类产品开发出各种钻井润滑剂，但是，这些产品要么减阻效果不理想，要么加入钻井液后稳定性差，容易出现因破乳而失去润滑作用的现象。更为重要的是这些石油类产品，大都不能生物降解，难于满足现代环保。个别润滑剂产品虽然是低荧光或无荧光润滑剂，但价格太高，没法满足低成本钻井的要求，并且，现有技术的产品所含表面活性剂种类单一，难于满足高亢盐、抗钙的性能要求，如：中国专利CN95119619.7公开了一种由主要物料组分为选自油酸、脂肪酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈酸、棕榈油酸、十四烷酸及其混合物组成的一组物质，它是一种人工提取、人工复配的多元混合物，润滑剂组合物仅仅是主要物料单独使用或者是与一种叔胺如三乙醇胺联合使用，不仅性能单一，而且原料成本也很高，不适宜做钻井液润滑添加剂使用。
发明内容
本发明的目的是利用精练食用植物油的下脚料替代石油类产品，研制一种性能优越、价格低廉、使用方便的钻井液润滑添加剂，同时提供制备该润滑剂的方法。
本发明的润滑剂各组分的重量百分比为：植物油下脚料20％～40％，三乙醇胺1％～2％(植物油脚料的5％)，烧碱(NaOH)4％～8％(植物油脚料的20％)，壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)0.5％～0.8％，其余是水。
制备方法：在一个可以加热、搅拌的反应器，如反应釜中加入上述配方中要求的水(留适量的水配置烧碱溶液)和植物油下脚料，在加热的同时将烧碱配置成30％的水溶液，当反应釜内温度达到55℃时，徐徐加入配置好的烧碱溶液，边加入边搅拌，加完后保持55°～60℃温度，并不停的搅拌60～80分钟，然后去掉热源，有条件时用循环水冷却反应釜，无条件时让其自然冷却，当温度降到40℃以下时，加入比例要求的三乙醇胺进行皂化反应，壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)，再搅拌均匀即可得到本发明的润滑添加剂。
本发明提供的钻井液润滑添加剂是一种淡黄色粘稠状液体，水溶性极好，只要根据井场技术要求取适当重量的本发明的润滑剂，直接加入已经配置好的钻井液或钻井液循环系统中即可自行分散，起到良好的润滑减阻作用。
本发明所提供的润滑添加剂集阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及两性表面活性剂于一体，具有良好的润滑减阻效果，并且其抵抗盐、钙离子侵蚀的能力很强。更为重要的是，这种润滑添加剂不含任何非生物降解的矿物油类物质，能够满足环保的要求。
本发明所提供的润滑剂除了能大大降低钻井液的摩阻外，对钻井液其它性能，如粘度、失水量、切力等几乎没有影响。
本发明所提供的新型钻井液润滑剂因原料成本低廉，制备工艺简单，使用方便，因此，综合成本低，可以满足钻井的低成本要求，而且解决了植物油的下脚料污染环境的问题，可谓一举两得。
一、对蒸馏水润滑性能的改善
在蒸馏水中分别加入不同浓度的本发明润滑剂，然后，分别用API极压润滑性能测定仪(NR-1)和申请号为85200204的中国专利提供的专用仪器(ZC-1)两种仪器测定其摩擦系数，如表1所示。
        表1不同浓度的本发明润滑剂的摩擦系数
Figure A20041007405700061
二.抗盐、钙及抗岩粉能力评价
先用蒸馏水配置0.2％的本发明润滑剂水液，然后分别加入不同浓度的NaCl、CaCl2·2H2O、过200目的碳酸钙岩粉，用NR-1仪器测定其摩擦系数。结果如表2所示。
                                   表2抗盐、钙及抗岩粉能力
               NaCl(g/l)        CaCl2·2H2O(g/l)        碳酸钙岩粉(g/l)
 5   10   20     过饱和   6     10   20   10     40     100
  摩擦系数(NR-1测得) 0.10 0.12 0.15 0.18 0.13 0.15 0.18 0.09 0.17 0.28
二、加入本发明的润滑剂后对钻井液基浆润滑性能的改善
用两种基浆加入不同浓度的本发明润滑剂，测定其摩擦系数和粘附系数。结果分别如表3、表4所示。其中，基浆1配方为：3％高阳土+5％面碱(土量计)+0.2g/l水解聚丙烯酰胺+1g/l羧甲基纤维素钠盐。基浆2配方为：5％高阳土+6％面碱(土量计)。
   表3不同浓度的本发明润滑剂对基浆摩擦系数的影响(NR-1仪器测得)
Figure A20041007405700071
                     表4失水量和粘附系数测定
Figure A20041007405700072
基浆2+0.5％本发明润滑剂     17     0.050
三、加入本发明的润滑剂后对钻井液后性能的影响
所用钻井液是取自钻井现场的低固相分散泥浆。加入不同浓度的本发明润滑剂，用NR-1测定其有关性能，结果如表5所示。
        表5本发明的润滑剂对钻井液性能的影响
Figure A20041007405700081
从上述性能测试结果可以看出按照典型配方研制的本发明润滑剂，除了能大大降低钻井液的摩阻外，对钻井液其它性能，如粘度、失水量、密度等几乎没有影响。可以满足钻井液对润滑剂的性能要求。
具体实施方式
实施例1
按下述配方配料：
植物油下脚料30％，三乙醇胺1.5％，烧碱(NaOH)6％，壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)0.6％，其余是水，在一个可以加热、搅拌的反应器，如反应釜中加入上述配方中要求的水(留适量的水配置烧碱溶液)和植物油下脚料，在加热的同时将烧碱配置成30％的水溶液，当反应釜内温度达到55℃时，徐徐加入配置好的烧碱溶液，边加入边搅拌，加完后保持55°～60℃温度，并不停的搅拌80分钟，然后去掉热源，有条件时用循环水冷却反应釜，无条件时让其自然冷却，当温度降到40℃以下时，加入比例要求的三乙醇胺和壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)，再搅拌均匀即可得到本发明的润滑添加剂。
实施例2
按下述配方配料：
植物油下脚料40％，三乙醇胺2％，烧碱(NaOH)8％，壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)0.8％，其余是水，在一个可以加热、搅拌的反应器，如反应釜中加入上述配方中要求的水(留适量的水配置烧碱溶液)和植物油下脚料，在加热的同时将烧碱配置成30％的水溶液，当反应釜内温度达到55℃时，徐徐加入配置好的烧碱溶液，边加入边搅拌，加完后保持55°～60℃温度，并不停的搅拌60分钟，然后去掉热源，有条件时用循环水冷却反应釜，无条件时让其自然冷却，当温度降到40℃以下时，加入比例要求的三乙醇胺和壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)，再搅拌均匀即可得到本发明的润滑添加剂。
实施例3
按下述配方配料：
植物油下脚料20％，三乙醇胺1％，烧碱(NaOH)4％，壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)0.5％，其余是水，在一个可以加热、搅拌的反应器，如反应釜中加入上述配方中要求的水(留适量的水配置烧碱溶液)和植物油下脚料，在加热的同时将烧碱配置成30％的水溶液，当反应釜内温度达到55℃时，徐徐加入配置好的烧碱溶液，边加入边搅拌，加完后保持55°～60℃温度，并不停的搅拌70分钟，然后去掉热源，有条件时用循环水冷却反应釜，无条件时让其自然冷却，当温度降到40℃以下时，加入比例要求的三乙醇胺和壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)，再搅拌均匀即可得到本发明的润滑添加剂。

Claims (5)

1.一种钻井液润滑添加剂的制备方法，其特征在于：按各组分的重量百分比配料，分别为：植物油下脚料20％～40％，三乙醇胺1％～2％，烧碱(NaOH)4％～8％，壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)0.5％～0.8％，其余是水；
在一个可以加热、搅拌的反应器中加入上述配方中要求的水(留适量的水配置烧碱溶液)和植物油下脚料，在加热的同时将烧碱配置成30％的水溶液，当反应釜内温度达到55℃时，徐徐加入配置好的烧碱溶液皂化，边加入边搅拌，加完后保持55～60℃温度，并不停的搅拌70分钟，然后去掉热源，有条件时用循环水冷却反应釜，无条件时让其自然冷却，当温度降到40℃以下时，加入比例要求的三乙醇胺皂化，然后再添加壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)，搅拌均匀即可得到本发明的润滑添加剂。
2.根据权利要求1所述的一种钻井液润滑添加剂的制备方法，其特征在于：按各组分的重量百分比配料，分别为：植物油下脚料30％，三乙醇胺1.5％，烧碱(NaOH)6％，壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10)0.6％，其余是水。
3.根据权利要求1所述的一种钻井液润滑添加剂的制备方法，其特征在于：添加的三乙醇胺为植物油脚料重量的5％。
4.根据权利要求1所述的一种钻井液润滑添加剂的制备方法，其特征在于：添加的烧碱(NaOH)是植物油脚料重量的20％。
5.一种钻井液润滑添加剂，其特征在于：它是根据权利要求1所述的方法制备的，具有阴离子、阳离子和非离子表面活性剂特征的三性表面活性剂。
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