钻井液润滑剂、制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及石油、天然气钻井技术领域，特别涉及一种钻井液润滑剂、制备方法及其应用。


背景技术：

2.在石油钻井作业中，不同工况作业下钻头、钻具与井壁产生各种磨擦，造成设备磨损、摩阻増大，进一步増加井下风险。为了减少井下风险、机械零部件在运行中因摩擦而产生的能量损失及设备损坏，世界各国积极研制各种用以降低摩擦阻力、减缓其磨损的润滑介质，即钻井液润滑剂，以达到润滑减阻的目的。
3.目前钻井液润滑剂主要使用有毒性的矿物油材料(如柴油，沥青等)作为基础原料，然后辅助添加一些封堵剂和粗颗粒堵漏剂等。
4.发明人发现相关技术至少存在以下技术问题：
5.随着环保要求的日益严格，钻井液润滑剂的用量也不断增加，钻井液润滑剂润滑效果低，需要通过增加钻井液润滑剂用量来提高其润滑效果，如此导致了钻井液润滑剂成本的升高，同时也加重了对环境的污染，增加了后期废弃钻井液润滑剂处理成本。


技术实现要素：

6.本发明实施例提供了一种钻井液润滑剂、制备方法及其应用，可解决钻井液润滑剂成本的升高，同时也加重了对环境的污染，增加了后期废弃钻井液润滑剂处理成本的技术问题。具体技术方案如下：
7.一方面，提供了一种钻井液润滑剂制备方法，所述钻井液润滑剂制备方法包括：
8.将重量百分比为7％～9％的聚丙二醇、14％～18％的多元混合醇、14％～17％的正辛醇以及56％～61％的脂肪酸混合搅拌均匀；
9.加热使反应体系温度升至第一参考温度后调节ph值为8～10；
10.当温度达到第二参考温度后恒温反应参考时间，冷却后得到所述钻井液润滑剂；
11.其中，所述第一参考温度小于所述第二参考温度；所述脂肪酸为单不饱和脂肪酸。
12.在一种可选地实施方式中，所述加热使反应体系温度升至第一参考温度后调节ph值为8～10，包括：加热使反应体系温度升至第一参考温度后加入重量百分比为0.2～0.32％的氢氧化钠调节ph值为8～10。
13.在一种可选地实施方式中，所述单不饱和脂肪酸为油酸。
14.在一种可选地实施方式中，所述多元混合醇为c
12
～c
14
的混合醇。
15.在一种可选地实施方式中，所述聚丙二醇的分子量为900～1100。
16.在一种可选地实施方式中，所述第一参考温度为45℃～55℃。
17.在一种可选地实施方式中，所述第二参考温度为180℃～190℃。
18.在一种可选地实施方式中，所述参考时间为5小时～7小时。
19.另一方面，提供了一种钻井液润滑剂，所述钻井液润滑剂根据上述任一所述的钻
井液润滑剂制备方法制备得到，所述钻井液润滑剂包括以下重量百分比的组分：
20.7％～9％的聚丙二醇、14％～18％的多元混合醇、14％～17％的正辛醇以及56％～61％的脂肪酸。
21.还一方面，提供了一种钻井液润滑剂的应用，所述钻井液润滑剂的应用包括：将上述任一所述的钻井液润滑剂制备方法制备得到的钻井液润滑剂与钻井液一起注入井内，进行石油和天然气的开发。
22.本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
23.本技术实施例提供的钻井液润滑剂制备方法制备得到的钻井液润滑剂，通过聚丙二醇、多元混合醇以及正辛醇中的极性基团在管道表面能产生物理吸附和化学吸附，形成一层牢固的吸附膜(界油膜)，使管道摩擦表面受到保护，降低管道金属表面的摩擦阻力；钻井液润滑剂加入钻井液中，极性基团能牢固地吸附在粘土颗粒表面上，形成一层多分子吸附膜，又可以在粘土和金属表面形成致密的油膜，从而降低摩擦力，减小磨损，提高整个钻井液润滑剂的润滑效果。本技术实施例提供的钻井液润滑剂在标准基浆中加量0.5％，极压润滑系数降低率大于80％，显著提高各种水基钻井液的综合润滑性能，减少钻具摩阻和扭矩，提高了钻井速度和降低了井下事故。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明实施例提供的钻井液润滑剂制备方法流程示意图。
具体实施方式
26.除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
28.随着对油气资源需求的加速增长，油气勘探开发也进一步向技术要求苛刻的地区和地层延伸，使得深井、超深井、多分支井、大位移井、水平井等数量急剧增多，井位布局也开始向人口稠密、环境要求高的地区进行。要求绿色开发油气资源，减少对环境污染，迫使钻井液润滑剂与钻井液配合不仅要能高效的完成钻井施工要求，还要具有低毒、环保的要求。
29.目前钻井液润滑剂主要使用有毒性的矿物油材料(如柴油，沥青等)作为基础原料，这必然会被日益严格的环境保护要求所限制。随着深井、超深井、水平井开发规模不断扩大，高密度、高固相含量钻井液体系的增加，钻井液润滑剂的用量也不断增加，常用的矿物油基和改性沥青类润滑剂不能有效提高钻井液润滑效果，因此现场往往通过增加钻井液润滑剂用量来提高钻井液的润滑效果，即导致了钻井液成本的升高，同时也加重了对环境的污染，增加了后期废弃钻井液处理费用。本技术实施例提供的钻井液润滑剂旨在解决上
述技术问题。
30.一方面，本技术实施例提供了一种钻井液润滑剂制备方法，如图1所示，钻井液润滑剂制备方法包括：
31.步骤101、将重量百分比为7％～9％的聚丙二醇、14％～18％的多元混合醇、14％～17％的正辛醇以及56％～61％的脂肪酸混合搅拌均匀。
32.步骤102、加热使反应体系温度升至第一参考温度后调节ph值为8～10。
33.步骤103、当温度达到第二参考温度后恒温反应参考时间，冷却后得到钻井液润滑剂；
34.其中，第一参考温度小于第二参考温度；脂肪酸为单不饱和脂肪酸。
35.本技术实施例提供的钻井液润滑剂制备方法制备得到的钻井液润滑剂，通过聚丙二醇、多元混合醇以及正辛醇中的极性基团在管道表面能产生物理吸附和化学吸附，形成一层牢固的吸附膜(界油膜)，使管道摩擦表面受到保护，降低管道金属表面的摩擦阻力；钻井液润滑剂加入钻井液中，极性基团能牢固地吸附在粘土颗粒表面上，形成一层多分子吸附膜，又可以在粘土和金属表面形成致密的油膜，从而降低摩擦力，减小磨损，提高整个钻井液润滑剂的润滑效果。本技术实施例提供的钻井液润滑剂在标准基浆中加量0.5％，极压润滑系数降低率大于80％，显著提高各种水基钻井液的综合润滑性能，减少钻具摩阻和扭矩，提高了钻井速度和降低了井下事故。
36.以下将通过可选地实施例进一步描述本技术实施例提供的方法。
37.作为一种示例，步骤101中，聚丙二醇的重量百分比为7％～9％，示例的，可以为7％、7.5％、8％、8.5％、9％等；多元混合醇的重量百分比为14％～18％，示例的，可以为14％、15％、16％、17％、18％等；正辛醇的重量百分比为14％～17％，示例的，可以为14％、15％、16％、17％等；脂肪酸的重量百分比为56％～61％，示例的，可以为56％、57％、58％、59％、60％、61％等。
38.可选地，本技术实施例提供的聚丙二醇的分子量为900～1100。
39.需要说明的是，聚丙二醇的分子为(c3h6o)
n
，分子量一般在400～2050之间。聚丙二醇分子两端的羟基能酯化生成单酯或双酯。可以与脂肪酸酯化反应生成酯。而当聚丙二醇的分子量过大时，聚丙二醇碳链会增长，与脂肪酸反应时会生成分子量更大的酯，进而导致制备的钻井液润滑剂的浓度过大，过于黏稠，流动性不好，进而降低钻井液润滑剂的润滑效果。聚丙二醇的分子量也不能太小，分子量太小会导致与油酸不能完全反应。因此，本技术实施例通过控制聚丙二醇的分子量为900～1100，即保证了聚丙二醇与脂肪酸的酯化反应，也使得制备的钻井液润滑剂具有很好的润滑效果。另一方面，由于聚丙二醇无毒性，其与脂肪酸反应生成的钻井液润滑剂不具有毒性，不会对环境产生破坏。
40.可选地，本技术实施例提供的多元醇的碳原子数量为c
12
～c
14
的混合醇。
41.需要说明的是，多元醇与脂肪酸发生酯化反应，如果混合醇的碳原子数量过大，则会导致多元醇与脂肪酸反应生成的酯分子量过大，使得钻井液润滑剂的稠度过大，降低钻井液润滑剂的流动性，进而降低钻井液润滑剂的润滑效果。因此，本技术实施例将多元醇的碳原子数限定在12～14之间，保证了酯化反应时的碳链长度，使得钻井液润滑剂的分子结构保持在一定的范围内，即钻井液润滑剂分子结构既不会过大，不会影响钻井液润滑剂的润滑效果，也不因为钻井液润滑剂的分子结构过小，而降低钻进液润滑剂与金属管道表面
之间的粘附作用。
42.而通过选用正辛醇，基于正辛醇的碳原子数为8个，正辛醇的碳原子数小于混合醇中的碳原子数，当混合醇与正辛醇以及聚丙二醇混合后，正辛醇可以填补混合醇之间的空隙，提高钻井液润滑剂的结构强度，使其能够以更强的吸附力吸附在金属管道的表面以及粘土的表面，进一步提高钻井液润滑剂的润滑效果。
43.可选地，本技术实施例提供的c
12
～c
14
混合醇技术要求满足酸值≤0.1mgkoh/g、皂化值≤0.4mgkoh/g、羟值298－302mgkoh/g、水分≤0.1％。
44.可选地，本技术实施例提供的正辛醇的技术要求满足酸值≤0.1mgkoh/g、皂化值≤0.5mgkoh/g、羟值425－432mgkoh/g、水分≤0.2％。
45.可选地，本技术实施例提供的聚丙二醇的酸值≤0.5mgkoh/g，羟值102～125mgkoh/g，水分≤0.5％。
46.可选地，本技术实施例提供的单不饱和脂肪酸为油酸。
47.需要说明的是，脂肪酸根据碳氢链饱和与不饱和可分为三类，即：饱和脂肪酸，碳氢上没有不饱和键；单不饱和脂肪酸，其碳氢链有一个不饱和键；多不饱和脂肪酸，其碳氢链有二个或二个以上不饱和键。需要说明的是，本技术实施例提供的油酸需要满足qb/t 2153-2010《工业油酸通用技术要求》。
48.作为一种示例，当选用多不饱和脂肪酸时，由于多不饱和脂肪酸的碳氢链上有二个或二个以上不饱和键，更容易与多个醇发生反应，提供多个反应点，进而导致反应速率难以控制，以及反应得到酯的结构太大，导致制备的钻井液润滑剂稠度过高，流动形成差，进而导致其润滑效果差。
49.而本技术实施例通过选用脂肪酸为单不饱和脂肪酸，可以控制脂肪酸与聚丙二醇、混合醇以及正辛醇酯化反应的位置以及反应得到的酯结构的大小。
50.可选地，步骤102包括：加热使反应体系温度升至第一参考温度后加入重量百分比为0.2～0.32％的氢氧化钠调节ph值为8～10。
51.需要说明的是，将上述组分按照各自的重量百分比混合搅拌均匀后，对反应体系进行加热，当反应体系的温度升至第一参考温度，作为一种示例，第一参考温度可以为45℃～55℃，例如45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、5℃、53℃、54℃、55℃等，加入0.2～0.32％的氢氧化钠调节ph值为8～10。示例的，加入氢氧化钠的重量百分比为可以为0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％等，调节ph值为碱性，即ph值为8～10。
52.需要说明的是，钻井液的性质为碱性，当钻井液润滑剂与钻井液一同使用时，需要与钻井液的性质保持一致，也才可以使得钻井液润滑剂发挥作用。而使钻井液与钻井液润滑剂同时保持碱性可以抑制地层中的硫化氢和二氧化碳对井下设备的腐蚀。另一方面，还可以防止地层膨胀，避免在钻井循环过程中出现事故；还一方面，还可以起到防止地层中的产出液对管道造成腐蚀。
53.可选地，步骤103中第二参考温度为180℃～190℃。
54.本技术实施例提供的方法，通过使聚丙二醇、多元醇、正辛醇以及脂肪酸在180℃～190℃下发生酯化反应，使得制备的钻井液润滑剂具有闪点高、低温流动行好、高温稳定性好等特点。且本技术实施例提供的方法制备的钻井液润滑剂颜色为棕褐色液体，荧光级
别低，生物降解性能好，对环境无污染，满足当前对环境保护的要求。
55.作为一种示例，第二参考温度可以为180℃、181℃、182℃、183℃、184℃、185℃、186℃、187℃、188℃、189℃、190℃等。
56.需要说明的是，步骤103中的反应时间不能太长，反应时间过长会导致副反应产生，反应时间过短会导致酯化反应不完全。因此，本技术实施例提供的步骤103中的参考时间为5小时～7小时。即上述聚丙二醇、多元醇、正辛醇以及脂肪醇在第二参考温度下反应时间可以为5小时、5.5小时、6小时、6.5小时、7小时等。
57.本技术实施例提供的钻井液醇和脂肪酸的聚合物，环境友好、具有生物降解性能，可以避免在钻井液体系中引入矿物油等物质，可以很大程度降低处理钻井液废弃物费用，更可以缓解废弃钻井液给环境带来的不利影响。
58.另一方面，本技术实施例还提供了一种钻井液润滑剂，该钻井液润滑剂根据上述任一的钻井液润滑剂制备方法制备得到，钻井液润滑剂包括以下重量百分比的组分：
59.7％～9％的聚丙二醇、14％～18％的多元混合醇、14％～17％的正辛醇以及56％～61％的脂肪酸。
60.本技术实施例提供的钻井液润滑剂通过聚丙二醇、多元混合醇以及正辛醇中的极性基团在管道表面能产生物理吸附和化学吸附，形成一层牢固的吸附膜(界油膜)，使管道摩擦表面受到保护，降低管道金属表面的摩擦阻力；钻井液润滑剂加入钻井液中，极性基团能牢固地吸附在粘土颗粒表面上，形成一层多分子吸附膜，又可以在粘土和金属表面形成致密的油膜，从而降低摩擦力，减小磨损，提高整个钻井液润滑剂的润滑效果。本技术实施例提供的钻井液润滑剂在标准基浆中加量0.5％，极压润滑系数降低率大于80％，显著提高各种水基钻井液的综合润滑性能，减少钻具摩阻和扭矩，提高了钻井速度和降低了井下事故。
61.还一方面，本技术实施例提供了一种钻井液润滑剂的应用，该钻井液润滑剂的应用包括：将上述任一的钻井液润滑剂制备方法制备得到的钻井液润滑剂与钻井液一起注入井内，进行石油和天然气的开发。
62.以下将通过可选地实施例进一步描述本技术提供的钻井液润滑剂制备方法和钻井液润滑剂。
63.聚丙二醇的产品代号可以为ppg-100，本技术实施例对聚丙二醇、c
12
～c
14
混合醇、正辛醇的厂家或者产品代号不做限定。
64.实施例1
65.将不锈钢电加热的反应釜清洗干净，在搅拌下分别加入聚丙二醇80kg、c
12
～c
14
混合醇160kg、正辛醇160kg，再加入油酸600kg，搅拌均匀；
66.开通加热装置升温，当反应物料升温到50℃，加入0.3％烧碱3kg，继续升温；
67.当升温到180℃，恒温反应6h真空脱水，冷却得到钻井液润滑剂。
68.实施例2
69.将不锈钢电加热的反应釜清洗干净，搅拌条件下分别向反应釜中加入以下重量百分比的组分：7％的聚丙二醇、14％多元混合醇、14％的正辛醇以及56％的油酸混合搅拌均匀；
70.开通加热装置升温，当反应物料升温至51℃，加入0.3％烧碱调节ph值为8；
71.当升温到190℃，恒温反应5h真空脱水，冷却得到钻井液润滑剂。
72.实施例3
73.将不锈钢电加热的反应釜清洗干净，搅拌条件下分别向反应釜中加入以下重量百分比的组分：9％的聚丙二醇、15％多元混合醇、16％的正辛醇以及57％的油酸混合搅拌均匀；
74.开通加热装置升温，当反应物料升温至55℃，加入0.3％烧碱调节ph值为10；
75.当升温到190℃，恒温反应6h真空脱水，冷却得到钻井液润滑剂。
76.实施例4
77.将不锈钢电加热的反应釜清洗干净，搅拌条件下分别向反应釜中加入以下重量百分比的组分：8％的聚丙二醇、16％多元混合醇、16％的正辛醇以及60％的油酸混合搅拌均匀；
78.开通加热装置升温，当反应物料升温至55℃，加入0.3％烧碱调节ph值为8；
79.当升温到190℃，恒温反应6h真空脱水，冷却得到钻井液润滑剂。
80.实施例5
81.将不锈钢电加热的反应釜清洗干净，搅拌条件下分别向反应釜中加入以下重量百分比的组分：8％的聚丙二醇、16％多元混合醇、14％的正辛醇以及56％的油酸混合搅拌均匀；
82.开通加热装置升温，当反应物料升温至55℃，加入0.3％烧碱调节ph值为8；
83.当升温到185℃，恒温反应6h真空脱水，冷却得到钻井液润滑剂。
84.实施例6
85.将不锈钢电加热的反应釜清洗干净，搅拌条件下分别向反应釜中加入以下重量百分比的组分：8％的聚丙二醇、18％多元混合醇、17％的正辛醇以及56％的油酸混合搅拌均匀；
86.开通加热装置升温，当反应物料升温至55℃，加入0.3％烧碱调节ph值为8；
87.当升温到190℃，恒温反应6h真空脱水，冷却得到钻井液润滑剂。
88.实施例7
89.将不锈钢电加热的反应釜清洗干净，搅拌条件下分别向反应釜中加入以下重量百分比的组分：7％的聚丙二醇、14％多元混合醇、18％的正辛醇以及60％的油酸混合搅拌均匀；
90.开通加热装置升温，当反应物料升温至55℃，加入0.3％烧碱调节ph值为8；
91.当升温到190℃，恒温反应5h真空脱水，冷却得到钻井液润滑剂。
92.实施例8
93.将不锈钢电加热的反应釜清洗干净，搅拌条件下分别向反应釜中加入以下重量百分比的组分：8％的聚丙二醇、16％多元混合醇、18％的正辛醇以及56％的油酸混合搅拌均匀；
94.开通加热装置升温，当反应物料升温至54℃，加入0.3％烧碱调节ph值为8；
95.当升温到190℃，恒温反应6h真空脱水，冷却得到钻井液润滑剂。
96.实施例9
97.将不锈钢电加热的反应釜清洗干净，搅拌条件下分别向反应釜中加入以下重量百
分比的组分：8.5％的聚丙二醇、15％多元混合醇、16％的正辛醇以及56％的油酸混合搅拌均匀；
98.开通加热装置升温，当反应物料升温至54℃，加入0.3％烧碱调节ph值为8；
99.当升温到1850℃，恒温反应5h真空脱水，冷却得到钻井液润滑剂。
100.实施例10
101.将不锈钢电加热的反应釜清洗干净，搅拌条件下分别向反应釜中加入以下重量百分比的组分：7％的聚丙二醇、16％多元混合醇、16％的正辛醇以及60％的油酸混合搅拌均匀；
102.开通加热装置升温，当反应物料升温至55℃，加入0.3％烧碱调节ph值为8；
103.当升温到190℃，恒温反应5h真空脱水，冷却得到钻井液润滑剂。
104.应用实施例
105.将上述实施例1得到的钻井液润滑剂按q/sy 17088-2016《钻井液用液体润滑剂技术规范》标准进行检测，极压润滑系数降低率84.5％，泥饼粘附系数降低率58.5％，满足标准指标要求。
106.将上述实施例1得到的润滑剂，参照gb/t 15441-1995《水质急性毒性的测定发光细菌法》，测得对发光杆菌的抑光性(t％)<30％，参照水质急性毒性等级的划分标准，毒性级别属于低毒，毒性等级为i级；颜色为棕褐色，荧光级别低，生物降解性能好，对环境无污染。
107.将上述实施例1得到的润滑剂，在室内进行了抗温、抗盐效果评价，在不同钻井液体系和井浆中均具有高效的润滑效果，良好的配伍性。
108.将上述实施例1得到的润滑剂，在现场井浆试用，具有较好的润滑效果，与处理剂配伍性良好，对钻井液流变性无负面影响，对钻井液滤失量有降低的效果，钻井中摩阻和扭矩小，井下正常，得到了现场认可。
109.以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，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。