CN111484835B

CN111484835B - 一种水溶性油基钻井液润滑剂及其制备方法

Info

Publication number: CN111484835B
Application number: CN202010328101.7A
Authority: CN
Inventors: 张文龙; 艾克热木; 徐俊博; 李万杰; 贾学军; 田忠
Original assignee: Xinjiang Tarim Oilfield Construction Engineering Co ltd
Current assignee: Xinjiang Tack Deep Earth Energy Technology Development Co., Ltd.
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2023-02-03
Anticipated expiration: 2040-04-23
Also published as: CN111484835A

Abstract

本发明公开了一种水溶性油基钻井液润滑剂及其制备方法，该润滑剂可以溶解于水基钻井液中，能够大幅度提升润滑剂在水基钻井液中使用周期，且润滑性能强、起泡低。该润滑剂的原料为工业油酸、原油、添加剂以及工业乙醇构成的混合液；其中，所述工业油酸的质量份数为30～35％；原油的质量份数为50～60％、添加剂的质量份数为5～10％；工业乙醇的质量份数为5％。

Description

一种水溶性油基钻井液润滑剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工生产技术领域，具体涉及一种水溶性油基钻井液润滑剂。

背景技术

传统油基润滑剂存在着无法水溶的问题，因此在使用时必须配合大量的乳化剂使用，但油基润滑剂所用的基础油种类过多，而现场常用的乳化剂种类很少，基于常规油基润滑剂是以大量矿物油或植物油加入一定量具有润滑作用的油溶性物质混合而成，因此常规油基润滑剂不能溶解或分散在水基钻井液中，通常采用高速搅拌等方法使油基润滑剂形成细小的油滴状，加上不停的搅拌使油基润滑剂形成的油滴分散与钻井液中形成“假乳化”现象，一旦搅拌停止或遇到高温、高矿化度等情况“假乳化”现象会立即被破坏，从而失去润滑剂应有的润滑作用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种水溶性油基钻井液润滑剂，该润滑剂可以溶解于水基钻井液中，能够大幅度提升润滑剂在水基钻井液中使用周期，且润滑性能强、起泡低。

同时，本发明还提供了一种生产工艺简单的水溶性油基钻井液润滑剂的制备方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种水溶性油基钻井液润滑剂，其原料为工业油酸、原油、添加剂以及工业乙醇构成的混合液；所述工业油酸的质量份数为30～35％；原油的质量份数为50～60％、添加剂的质量份数为5～10％；工业乙醇的质量份数为5％。

进一步地，上述工业油酸的质量份数为32％；原油的质量份数为55％、添加剂的质量份数为8％；工业乙醇的质量份数为5％。

进一步地，上述添加剂为含5个结晶水的四甲基氢氧化铵结晶。

进一步地，上述工业油酸为十六烯酸、十七烯酸、十八烯酸中的一种或任意几种的混合物。

进一步地，上述原油的成分为含水量低于0.5％的轻质原油。

本发明还提供了一种水溶性油基钻井液润滑剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、在反应容器中加入30—35％的工业油酸溶液，向反应容器中再加入50—60％的原油，从而得到混合溶液A；

S2、在另一反应容器中加入5—10％添加剂，向反应容器中再加入5％工业乙醇，然后在常温下搅拌至添加剂完全溶解，从而得到混合溶液B；

S3、将步骤S2所得混合溶液A缓慢加入至步骤S1所得混合溶液B中，常温下搅拌30min，从而生成润滑剂。

进一步地，上述添加剂为含5个结晶水的四甲基氢氧化铵结晶；其中，叔胺类物质在特定条件下可与羧酸类或酰胺类物质发生化学反应生成相应的季铵盐。

进一步地，上述原油的成分为含水量低于0.5％的轻质原油。

使用过程中的作用原理：添加剂(即叔胺类物质)与油酸在水中接触后会迅速发生化学反应，生成季铵盐，而在无水存在的情况下，二者则不会进行反应，当将该润滑剂加入井下时遇水进行“化学反应”

RCOOH+(CH₃)₄NOH→RCOON(CH₃)₄+H₂O (1)

添加剂与工业油酸在水的存在下按照反应(1)进行化学反应，其反应产物能够进一步提升油酸的润滑性能改变了油酸不能水溶的情况，因此反应(1)的产物不仅能大幅度提升试样的润滑性能，也能够提升试样在淡水浆中的稳定性以及在盐水浆中润滑能力以及稳定性。原油作为一种非水溶性油，但其具有良好的消泡能力，因此本发明中引入原油用以降低润滑剂成品的起泡率，工业乙醇的作用是用来溶解四甲基氢氧化铵结晶。

本发明的有益效果是：

1、润滑性能高，使用周期长；本发明采用的润滑剂相比于传统油基润滑剂润滑性能明显提高，在水基钻井液中使用周期较传统油基润滑剂有大幅度提升。

2、抗盐性好；本发明润滑剂在4％氯化钠污染浆中润滑性能相比于传统油基润滑剂性能明显提高。

3、稳定性好；本发明润滑剂在水基钻井液中稳定性极佳(在静置72h后润滑性能几乎无改变)，在氯化钠污染浆中静置72h后润滑性能几乎无改变。

附图说明

图1为本发明润滑剂与市售润滑剂在基浆中起泡率、润滑系数降低率检测的对比图；

图2为本发明润滑剂与市售润滑剂在盐水浆中润滑系数降低率检测的对比图；

图3为本发明润滑剂与市售润滑剂在淡水浆中稳定性检测的对比图；

图4为本发明润滑剂与市售润滑剂在盐水浆中稳定性检测的对比图；

图5为本发明润滑剂与市售润滑剂在室内模拟油田现场钻井环境下使用周期的检测对比图；

图6为实施例一所制备的润滑剂在淡水浆环境下随工业油酸质量份数变化其性能变化图；

图7为实施例一所制备的润滑剂在4％盐水浆环境下随工业油酸质量份数变化其性能变化图；

图8为实施例二所制备的润滑剂在淡水浆环境下随添加剂质量份数变化其性能变化图；

图9为本实施例二所制备的润滑剂在4％盐水浆环境下随添加剂质量份数变化其性能变化图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

为了验证本发明的润滑剂性能，本发明通过以下方法对该润滑剂的性能和现有市售润滑剂进行了对比检测：

A、配制检测用基浆：400ml蒸馏水中加入0.2g无水碳酸钠(分析纯)，搅拌至无水碳酸钠完全溶解后加入20.0g实验用钠土，11000r/min高速搅拌20min，24℃条件下密闭养护24h。

B、基浆中起泡率、润滑系数降低率检测：取步骤A中已养护完成的基浆400mL，加入本发明的润滑剂试样2.0mL，高速搅拌(转速为11000r/min)5.0min(同时做空白试验)，测定加样浆的起泡率，并用极压润滑仪分别测定基浆及加样浆在0.7MPa(50inch·lbf力矩，1.5inch力臂)压力、60r/min转速下的扭矩读值。并按照公式1计算润滑系数降低率。

式中：

R——润滑系数降低率，％；

K₀——基浆的扭矩读值；

K₁——加样浆的扭矩读值。

按照B过程再对市售的三种润滑剂进行基浆中性能检测，通过图1可以看出，本发明润滑剂起泡率明显低于三种市售润滑剂，且润滑系数降低率明显高于市售润滑剂。

C、盐水浆中润滑系数降低率检测：取步骤A中已养护完成的基浆每％400ml，向每％基浆中加入分析纯氯化钠16.0g高速搅拌(转速为11000r/min)5.0min，此为4％氯化钠污染基浆，向其中一％4％氯化钠污染浆(盐水浆)中加入润滑剂试样2.0mL，另一％作为空白，分别将加样浆与空白浆高速搅拌(转速为11000r/min)10.0min，用极压润滑仪分别测定基浆及加样浆在0.7MPa(150inch·lbf力矩，1.5inch力臂)压力、60r/min转速下的扭矩读值。并按照公式1计算润滑系数降低率。

按照C过程再对市售的三种润滑剂进行氯化钠污染基浆中性能检测，通过

图

2可以看出，本发明润滑剂在4％盐水浆中润滑系数降低率明显高于市售润滑剂。

D、淡水浆中稳定性检测：按照步骤B的要求进行加样浆与基浆的配制，将加样浆和基浆用保鲜膜封口，分别在24℃条件下静置0h、16h、32h、48h、64h、72h后，不进行搅拌直接按照步骤B中润滑系数降低率的测定方法测定试样静置后的扭矩读值，并按照公式(1)进行润滑系数降低率的计算。

按照D过程再对市售的三种润滑剂进行淡水浆中稳定性检测，通过图3可以看出，本发明润滑剂在淡水浆中静置72h润滑性能几乎无变化，市售润滑剂随着静置时间的延长性能急剧下降。

E、盐水浆中稳定性检测：取步骤A中已养护完成的基浆每％400ml，向每％基浆中加入分析纯氯化钠16.0g高速搅拌(转速为11000r/min)5.0min，此为4％氯化钠污染基浆，向其中一％4％氯化钠污染浆中加入润滑剂试样2.0mL，另一％作为空白，分别将加样浆与空白浆高速搅拌(转速为11000r/min)10.0min，高搅结束后加样浆和基浆分别用保鲜膜封口，分别在24℃条件下静置0h、16h、32h、48h、64h、72h后，静置结束后不进行搅拌直接按照步骤B中润滑系数降低率的测定方法测定试样静置后的扭矩读值，并按照公式(1)进行润滑系数降低率的计算。

按照E过程再对市售的三种润滑剂进行盐水浆中稳定性检测，通过图4可以看出，本发明润滑剂在4％氯化钠污染浆中静置72h润滑性能几乎未发生变化，市售润滑剂最多在静置48h后失去润滑效果。

F、使用周期的检测：在室内模拟油田现场钻井环境，按照现场常用钻井液配方配制实验用钻井液，按照现场泥浆配方中润滑剂加量分别加入润滑剂试样，另单独制作一％不加润滑剂试样的空白试验浆，按照4.0h为一个循环周期进行实验，每循环一个周期后分别将空白试验浆和加样浆高速搅拌10min后用摩阻系数仪在4.0MPa条件下压制泥饼20min，压制泥饼结束后在5.0MPa的压力进行黏附盘与泥饼的吸附，吸附时间10min，用扭矩仪测定空白浆与加样浆的扭矩，并按照公式(2)计算试样的粘附系数降低率。

式中：

A——润滑系数降低率，％；

T₀——基浆的扭矩读值；

T₁——加样浆的扭矩读值。

按照F过程再对市售的三种润滑剂进行使用周期检测，通过图5可以看出，本发明润滑剂在室内模拟现场钻井试验中表现优异，循环7次后泥饼粘附系数降低率仍大于50％，市售润滑剂最多在5个循环后彻底失效。

以上A-F的检测试验中本发明所述润滑剂试样的各组分配比为：工业油酸的质量份数为32％；原油的质量份数为55％、添加剂的质量份数为8％；工业乙醇的质量份数为5％。

为了验证润滑剂中添加剂和工业油酸的质量份数对润滑性能是否有影响，下面通过两个具体实施例进行了验证。

实施例1

固定配方中添加剂(本实施例选择含5个结晶水的四甲基氢氧化铵)质量份数为8％，油酸质量份数分别为30％、31％、32％、33％、34％、35％，工业乙醇质量份数为5％，其余不足部分用原油补全，分别检测试样的淡水浆中稳定性、4％盐水浆中稳定性。具体实验结果为：

如图6所示，随着工业油酸质量份数的增加试样的润滑性能随之增加，但油酸加量对试样在淡水浆中的稳定性影响不大。

如图7所示，随着工业油酸质量份数的增加试样的润滑性能随之增加，但油酸加量对试样在4％盐水浆中的稳定性影响不大。

实施例2

固定配方中工业油酸质量份数为35％，添加剂(本实施例选择含5个结晶水的四甲基氢氧化铵)质量份数分别为5％、6％、7％、8％、9％、10％，工业乙醇质量份数为5％，其余不足部分用原油补全，分别检测试样的淡水浆中稳定性、4％盐水浆中稳定性。具体实验结果为：

如图8所示，随着添加剂质量份数的增加，试样的润滑性能以及在淡水浆中稳定性均随之增加，当添加剂加量达到7％时试样在淡水浆中稳定性不在下降，当添加剂加量达到8％时，试样润滑性能以及试样在淡水浆中稳定性达到最高点并不再随着添加剂加入量的增加而发生变化。

如图9所示，随着添加剂质量份数的增加，试样的润滑性能以及在4％盐水浆中稳定性均随之增加，当添加剂加量达到8％时试样在淡水浆中稳定性不再下降，当添加剂加量超过8％时，试样在4％盐水浆中润滑性能会有少量的提升但在4％盐水浆中稳定性不会发生改变。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种水溶性油基钻井液润滑剂，其特征在于，其原料为工业油酸、原油、添加剂以及工业乙醇构成的混合液；其中，所述工业油酸的质量份数为30~35%；原油的质量份数为50~60%、添加剂的质量份数为5~10%；工业乙醇的质量份数为5%；所述添加剂为含5个结晶水的四甲基氢氧化铵结晶。

2.根据权利要求1所述的水溶性油基钻井液润滑剂，其特征在于，所述工业油酸的质量份数为32%；原油的质量份数为55%、添加剂的质量份数为8%；工业乙醇的质量份数为5%。

3.根据权利要求1或2所述的水溶性油基钻井液润滑剂，其特征在于，所述工业油酸为十六烯酸、十七烯酸、十八烯酸中的一种或任意几种的混合物。

4.根据权利要求1或2所述的水溶性油基钻井液润滑剂，其特征在于，所述原油的成分为含水量低于0.5%的轻质原油。

5.一种权利要求1所述的水溶性油基钻井液润滑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在反应容器中加入30—35%的工业油酸溶液，向反应容器中再加入50—60%的原油，从而得到混合溶液A；

S2、在另一反应容器中加入5—10%添加剂，向反应容器中再加入5%工业乙醇，然后在常温下搅拌至添加剂完全溶解，从而得到混合溶液B；所述添加剂为含5个结晶水的四甲基氢氧化铵结晶；

6.根据权利要求5所述的水溶性油基钻井液润滑剂的制备方法，其特征在于，所述工业油酸为十六烯酸、十七烯酸、十八烯酸中的一种或任意几种的混合物。

7.根据权利要求5所述的水溶性油基钻井液润滑剂的制备方法，其特征在于，所述原油的成分为含水量低于0.5%的轻质原油。