專利名稱：一種鉆井液用水基潤滑劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種潤滑劑及其制備方法，更具體地說，涉及ー種鉆井液用水基潤滑劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鉆井液是指油氣鉆井過程中以其多功能滿足鉆井工作需要的各種循環(huán)流體的總稱，俗稱“泥漿”。鉆井液的基本功能有(I)攜帯和懸浮鉆屑；(2)穩(wěn)定井壁和平衡地層壓力；(3)冷卻和潤滑鉆頭鉆具；(4)傳遞水動力。根據(jù)配制鉆井液所用的基液，鉆井液可分為水基鉆井液和油基鉆井液。鉆井液的潤滑性能對鉆井工作影響很大。特別是在鉆深井、定向井、水平井和叢式 井中，鉆柱的旋轉(zhuǎn)阻力和提拉阻力會大幅度提高。由于影響鉆井扭矩和阻力以及鉆具磨損的主要可調(diào)節(jié)因素是鉆井液的潤滑性能。因此鉆井液的潤滑性能對減少卡鉆等井下復(fù)雜情況，保證安全、快速鉆井起著至關(guān)重要的作用。鉆井液用潤滑劑的選擇應(yīng)滿足以下基本要求⑴潤滑劑必須能潤滑金屬表面，并在其表面形成邊界膜和次生結(jié)構(gòu)；(2)應(yīng)與基漿有良好的相容性，對鉆井液的流變性和濾失性不產(chǎn)生不良影響；(3)不降低巖石破碎的效率；(4)具有良好的熱穩(wěn)定性和耐寒穩(wěn)定性；(5)不腐蝕金屬，不損壞密封材料；(6)不污染環(huán)境，易于生物降解，價格合理，且來源充足。鉆井液潤滑劑除了主要提高鉆具的壽命及其工作指標(biāo)外，還應(yīng)不影響對地層資料的分析和評價，即潤滑劑應(yīng)具有低熒光或無熒光的性質(zhì)。因此，潤滑劑基礎(chǔ)材料的選擇應(yīng)注意不使用含苯環(huán)，特別是多芳香烴的有機物質(zhì)，而原油，尤其是重餾分、釜殘物、浙青等因含熒光物質(zhì)較多，避免使用。隨著世界日益嚴(yán)格的環(huán)境保護法規(guī)和要求，對鉆井液用潤滑劑的環(huán)保性能提出了更高的要求。目前市場上使用的鉆井液用液體類潤滑劑可分為油基潤滑劑和水基潤滑剤。油基潤滑劑是以潤滑性能較好的各種基礎(chǔ)油為原料復(fù)配各種協(xié)同增效劑制成，其使用的基礎(chǔ)油有礦物油、植物油及其脂類等。水基潤滑劑以水溶液為基液，復(fù)配各種協(xié)同增效劑制成。大量文獻報道了鉆井液用潤滑劑制備方法。中國專利200510043869. 5公開了ー種鉆井液用顆粒穩(wěn)定乳液體系，外觀為乳白色乳狀液，平均粒徑在5 μ m 40 μ m，以100重量份計，組分為礦物油或固體石蠟10 40份，陰離子型表面活性劑O. 5 I. O份，活性納米固體顆粒O. 5 5份，余量為水。還公開了顆粒穩(wěn)定乳液體系的制備方法，即將活性納米固體顆粒先分散于水中，攪拌，然后靜置，備用；將礦物油或固體石蠟加入反應(yīng)器，把上述制各好的活性納米固體顆粒懸浮液加入反應(yīng)器中，攪拌，同時將陰離子表面活性劑逐步加入到反應(yīng)器中；攪拌轉(zhuǎn)速逐漸提高到4000 5000rpm，溫度升高到40°C 60°C，攪拌時間為30 60min ;即得顆粒穩(wěn)定乳液體系。中國專利200510069192. 2公開了ー種鉆井液用固體潤滑劑，該固體潤滑劑是由下述重量％的原料制成鈉基膨潤土 60% 80%、陽離子表面活性劑10% 20%、陰離子表面活性劑10% 20%和少量消泡劑。在膨潤土鉆井液中加入O. 5%該產(chǎn)品，同時加入5%的柴油，鉆井液摩阻系數(shù)可從原來的O. 36降低到O. 062，而且加入后，鉆井液流變性沒有大的變化。該產(chǎn)品所用原材料成本較低，制備方法簡單，易于實施，其潤滑性、流變性、抗高溫性均優(yōu)于現(xiàn)有類似鉆井液用固體潤滑劑。中國專利200510106571. 4公開了ー種鉆井液用低熒光潤滑劑及其生產(chǎn)方法。將航空煤油50 90份、エ業(yè)白油15 75份加入反應(yīng)釜，用水套爐加熱升溫至70 90°C并攪拌30 60分鐘，加入硫磺粉O. 5 2. 5份，攪拌并繼續(xù)加溫至90 100°C，再加入油酸
3.5 8. 5份，攪拌30 60分鐘，溫度降至70 80°C，加入3. 5 8. 5份聚氧こ烯醚和
O.5 2. 5份SP-80，攪拌30-60分鐘即制得該發(fā)明的鉆井液用低熒光潤滑剤。何遠(yuǎn)信等以天然植物油為原料，經(jīng)中高溫(130 180°C)化學(xué)改性，提高其抗溫抗 鹽能力后，再在中低溫(70 90°C )條件下進行乳化，制備了環(huán)保潤滑剤。(何遠(yuǎn)信，陶土先·環(huán)保型高效潤滑劑(GLub)的研制與應(yīng)用[J]，探礦工程(巖石鉆掘工程)，2006，4:48，49)。中國專利200710158398. I公開了ー種用動植物油脂制備鉆井液用抗高溫潤滑劑方法。是用重量份為50 70份的廢棄油脂與3 10份的こ醇胺、5 20份ニこニ醇進行脂化反應(yīng)；然后采用I 3份硫磺進行硫化反應(yīng)；向反應(yīng)產(chǎn)物再加入2 5份的油溶性樹脂和10 30份的石墨粉，混合、攪拌均勻，即制得鉆井液用抗高溫潤滑剤。中國專利200810055861. 4公開了ー種鉆井液用的水基潤滑劑及其制備方法，潤滑劑的配方為水100 300份，乳化劑10 30份，蓖麻油50 300份，白油50 400份，油酸皂50 600份，消泡劑50 200份。中國專利01102104. 7公開了ー種鉆井液用潤滑劑，其特征是所述潤滑劑的成份是高分子潤滑材料5% 10%、表面活性劑O. I % 0.5%，加入水至100% ;所述高分子潤滑材料包括聚氧こ烯壬基苯酚醚、聚氧こ烯壬基苯ニ酚醚、聚氧こ烯癸基苯酚醚、聚氧こ烯癸基苯ニ酚醚、聚氧丙烯癸基苯酚醚、聚氧丙烯壬基苯酚醚；所述活性劑選自NP-10、0P-10、NP-6 或吐溫 80。中國專利01106275. 4公開了ー種用于石油鉆井工程的水溶性鉆井液潤滑劑及其制備方法。此種鉆井液潤滑劑采用輕質(zhì)潤滑油、白油或O號柴油作為原料，加入一定比例的分散劑、滲透劑、乳化剤、消泡劑加熱、攪拌后加水復(fù)配而成。上述油基潤滑劑中，有些使用礦物油(如白油、柴油、煤油等)，但礦物油毒性偏高，且不易生物降解；有些采用化學(xué)改性法制備產(chǎn)品，生產(chǎn)成本偏高；有些為了降低成本，使用粗油酯為原料，存在不愉快的氣味。上述公開的水基潤滑劑包括兩種一種為水包油乳液型潤滑劑，另外一種為純水基潤滑劑。其中水包油乳液型潤滑劑的內(nèi)相含有礦物油，不利于環(huán)保；純水基潤滑劑的潤滑效果一般達(dá)不到油基潤滑劑的潤滑效果。因此，需要ー種符合環(huán)保要求、改進的鉆井液用水基潤滑劑及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鉆井液用水基潤滑剤。本發(fā)明的另ー個目的是提供制備上述鉆井液用水基潤滑劑的方法。本發(fā)明的又ー個目的是提供上述水基潤滑劑在配制鉆探油氣井用的水基鉆井液中的應(yīng)用。
具體地，本發(fā)明提供了一種鉆井液用水基潤滑劑，其中所述水基潤滑劑包括如下重量份數(shù)的原料水7-80份；多元醇0-72份；植物油脂6-64份；乳化剤1_19份。其中，各原料的重量份數(shù)優(yōu)選為水8-40份；多元醇27-72份；植物油脂14_42份；乳化劑5-16份。其中，各原料的重量份數(shù)更優(yōu)選為水12-36份；多元醇27-50份；植物油脂24_42份；乳化剤5-9份。其中，所述水可選自淡水、海水或鹽水。所述鹽水是氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣或其組合的水溶液，且氯化鈉、氯化鉀和氯化鈣在水溶液中的濃度是1% (w/w)至飽和。優(yōu)選地,所 述水為淡水。其中，所述多元醇可選自こニ醇、丙ニ醇、丙三醇、丁ニ醇、丁三醇、丁四醇和季戊 四醇中的ー種或其組合。優(yōu)選地，所述多元醇選自こニ醇、丙ニ醇、丙三醇中的ー種或其組 ム
ロ ο其中，所述植物油脂可選自C12 C30羧酸甲酷、C12 C30羧酸こ酯和C12 C30羧酸氯甲酯中的ー種或其組合。優(yōu)選地，所述植物油脂選自C16 C18羧酸甲酯和/或C16 C18羧酸氯甲酷。其中，所述乳化劑是HLB = 1-7的非離子表面活性劑與HLB = 10-16的非離子表面活性劑的復(fù)合表面活性剤，且所述復(fù)合表面活性劑是HLB = 5-12的復(fù)合表面活性剤。同時，所述HLB = 1-7的非離子表面活性劑選自司班85、司班65、司班80、司班60和司班40中的ー種或其組合；所述HLB = 10-16的非離子表面活性劑選自吐溫85、吐溫80、吐溫60和吐溫40中的ー種或其組合。優(yōu)選地，所述復(fù)合表面活性劑的HLB = 6-8 ;所述HLB = 1-7的非離子表面活性劑選自司班85、司班65、司班80中的ー種或其組合；所述HLB = 10-16的非離子表面活性劑選自吐溫85、吐溫80、吐溫60中的ー種或其組合。另外，本發(fā)明還提供了制備上述水基潤滑劑的方法，該方法包括以下步驟(I)按照各重量份數(shù)稱取各原料并一起投入到容器中；(2)用乳化機或乳化泵剪切乳化步驟(I)的原料，持續(xù)5 240分鐘?；?I)按照各重量份數(shù)稱取各原料；(2)將步驟(I)所稱取的所述植物油脂和所述乳化劑一起投入到裝有攪拌裝置的容器中，并攪拌至完全溶解；(3)將步驟(I)所稱取的所述水和所述多元醇一起投入到裝有攪拌裝置的另ー個容器中，并攪拌至完全溶解；(4)在開動乳化剪切機或乳化剪切泵下，在10-60分鐘內(nèi)，將步驟⑵配制的原料液加入到步驟(3)配制的原料液中，加完后繼續(xù)剪切乳化5-240分鐘。或(I)按照各重量份數(shù)稱取各原料；(2)將步驟(I)所稱取的所述水和所述多元醇一起投入到裝有攪拌裝置的容器中，并攪拌至完全溶解；(3)將步驟(I)所稱取的所述植物油脂和所述乳化劑一起投入到裝有攪拌裝置的另ー個容器中，并攪拌至完全溶解；(4)在開動乳化剪切機或乳化剪切泵下，在10-60分鐘內(nèi)，將步驟⑵配制的原料液加入到步驟(3)配制的原料液中，加完后繼續(xù)剪切乳化5-240分鐘。其中，物料的剪切乳化可在室溫下進行，也可在將物料加熱至不超過70°C的條件下進行。物料溫度越高，越有利于植物油脂的乳化分散，剪切乳化所需時間越短。本發(fā)明的鉆井液用水基潤滑劑為水包油型乳液，在乳化劑和剪切機械能的作用下，所含植物油脂以液滴形式穩(wěn)定分散在水相中，穩(wěn)定時間超過3個月。本發(fā)明的鉆井液用水基潤滑劑加入水基鉆井液中，無需攪拌，即能均勻地分散。在鉆井過程中，植物油脂在乳化劑和多元醇的協(xié)同作用下，能在金屬、巖石和粘土表面吸附形成疏水膜，使鉆柱與井壁泥餅及巖石之間的固-固摩擦變?yōu)槭杷ぶg的摩擦來大大降低 摩擦阻力及鉆具的回轉(zhuǎn)阻カ，極大地改善了鉆井液潤滑性。本發(fā)明的鉆井液用水基潤滑劑選用無毒、無味、易生物降解的原料制備而成，緑色環(huán)保，符合鉆井液用潤滑劑的選擇要求。本發(fā)明的鉆井液用水基潤滑劑可用于多種油田常用的水基鉆井液體系中，例如淡水鉆井液、鹽水鉆井液和海水鉆井液。在油田現(xiàn)場使用時，可向泥漿池中加入1% 5% (w/v)(基于泥漿總體積)的水基潤滑剤。因此，本發(fā)明的鉆井液用水基潤滑劑是ー種可生物降解的環(huán)境友好型水基潤滑齊U，其在應(yīng)用于水基鉆井液時，能顯著降低鉆具磨阻、扭矩，并改善鉆井液的潤滑性。
具體實施例方式下面通過實施例來描述本發(fā)明的實施方式，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這些具體的實施例僅表明為了達(dá)到本發(fā)明的目的而選擇的實施技術(shù)方案，并不是對技術(shù)方案的限制。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)對本發(fā)明技術(shù)方案的改進是顯然的，都屬于本發(fā)明保護的范圍。以下實施例中采用的原料均可由市售獲得。
實施例I蒸餾水26. 5份こニ醇26. 5 份油酸甲酯42. 2份乳化剤:3. 2份司班85、I. 6份吐溫60 (共4. 8份)制備方法(I)按照上述重量份數(shù)稱取各原料；(2)將稱取的こニ醇和蒸餾水?dāng)嚢枞芙猓?3)將稱取的乳化劑和油酸甲酯在另ー個200mL的燒杯中攪拌溶解；(4)在開啟乳化剪切機且在10000 15000rpm轉(zhuǎn)速條件下，將步驟⑵配制的原料液與步驟(3)配制的原料液混合，然后繼續(xù)剪切乳化5分鐘，得到乳白色溶液。實施例2 9制備方法同實施例1，各物料量見下表。
權(quán)利要求
1.一種鉆井液用水基潤滑劑，其特征在于，所述水基潤滑劑包括如下重量份數(shù)的原料水7-80份；多元醇0-72份；植物油脂6-64份；乳化剤1_19份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水基潤滑劑，其中各原料的重量份數(shù)如下水8-40份；多元醇27-72份；植物油脂14-42份；乳化剤5_16份。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水基潤滑劑，其中各原料的重量份數(shù)如下水12-36份；多元醇27-50份；植物油脂24-42份；乳化剤5_9份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的水基潤滑劑，其特征在于，所述水選自淡水、海水或鹽水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水基潤滑劑，其特征在于，所述鹽水是氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣或其組合的水溶液，且氯化鈉、氯化鉀和氯化鈣在水溶液中的濃度是1% (w/w)至飽和。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的水基潤滑劑，其特征在于，所述多元醇選自こニ醇、丙ニ醇、丙三醇、丁ニ醇、丁三醇、丁四醇和季戊四醇中的ー種或其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的水基潤滑劑，其特征在于，所述植物油脂選自C12 C30羧酸甲酷、C12 C30羧酸こ酯和C12 C30羧酸氯甲酯中的ー種或其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的水基潤滑劑，其特征在于，所述乳化劑是HLB=1-7的非離子表面活性劑與HLB = 10-16的非離子表面活性劑的復(fù)合表面活性剤。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水基潤滑劑，其特征在于，所述復(fù)合表面活性劑是HLB=5-12的復(fù)合表面活性剤。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水基潤滑劑，其特征在于，所述HLB= 1-7的非離子表面活性劑選自司班85、司班65、司班80、司班60和司班40中的ー種或其組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水基潤滑劑，其特征在于，所述HLB= 10-16的非離子表面活性劑選自吐溫85、吐溫80、吐溫60和吐溫40中的ー種或其組合。
12.—種制備權(quán)利要求1-3中任一項所述的水基潤滑劑的方法，其特征在于，所述方法包括 (1)按照各重量份數(shù)稱取各原料并混合； (2)剪切乳化步驟(I)的原料，持續(xù)5 240分鐘。
13.ー種制備權(quán)利要求1-3中任一項所述的水基潤滑劑的方法，其特征在于，所述方法包括 (1)按照各重量份數(shù)稱取各原料； (2)將步驟(I)所稱取的所述植物油脂和所述乳化劑混合并攪拌至完全溶解； (3)將步驟(I)所稱取的所述水和所述多元醇混合并攪拌至完全溶解； (4)將步驟(2)配制的原料液與步驟(3)配制的原料液在剪切乳化的條件下于10-60分鐘內(nèi)混合,然后繼續(xù)剪切乳化5-240分鐘。
14.權(quán)利要求1-3中任一項所述的水基潤滑劑在配制鉆探油氣井用的水基鉆井液中的應(yīng)用。
15.如權(quán)利要求14所述的應(yīng)用，其中所述水基潤滑劑的用量為基于泥漿總體積的I % 5 % (w/V)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉆井液用水基潤滑劑，其中所述水基潤滑劑包括如下重量份數(shù)的原料水7-80份；多元醇0-72份；植物油脂6-64份；乳化劑1-19份。還公開了該水基潤滑劑的制備方法及其應(yīng)用。該水基潤滑劑是一種可生物降解的環(huán)境友好型水基潤滑劑，其在應(yīng)用于水基鉆井液時，能顯著降低鉆具磨阻、扭矩，改善鉆井液的潤滑性。
文檔編號C09K8/035GK102676129SQ20121011937
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者冀騰, 夏小春, 孫強, 段連超, 王健, 耿鐵, 胡進軍, 項濤 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司