一種鉆井液用潤(rùn)滑劑及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種潤(rùn)滑劑，包括以下組分：大分子硫化酯、硅烷偶聯(lián)劑、乳化劑和基礎(chǔ)油，其中所述大分子硫化酯選自含至少一個(gè)雙鍵的C16-C24直鏈脂肪酸多元醇酯的硫化物。根據(jù)本發(fā)明提供的潤(rùn)滑劑，能大幅度降低高密度基漿的極壓潤(rùn)滑系數(shù)，對(duì)鉆井液流變性影響小，利于形成薄而韌的泥餅，降低失水量，可用于水平井、大斜度井及大位移井的鉆進(jìn)作業(yè)。
【專利說明】一種鉆井液用潤(rùn)滑劑及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種石油鉆井用助劑，具有涉及一種鉆井液用潤(rùn)滑劑。本發(fā)明還涉及 所述潤(rùn)滑劑的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源需求的不斷加大以及石油鉆井技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，超深井、叢式井、大位移 井以及長(zhǎng)水平段的水平井不斷增加。然而在造斜段、水平段鉆進(jìn)時(shí)，由于摩阻和扭矩大、托 壓嚴(yán)重，特別在鉆井液體系密度較高時(shí)，極易發(fā)生粘卡事故。為了有效降低鉆井中的摩阻， 保障鉆井作業(yè)的順利進(jìn)行，高密度鉆井液用潤(rùn)滑劑得到逐步重視。
[0003] 目前現(xiàn)場(chǎng)在用的鉆井液潤(rùn)滑劑種類較多，石墨、塑料小球、玻璃微珠屬固體潤(rùn)滑 齊U，以球形顆粒在接觸面之間滾動(dòng)或片狀石墨的自潤(rùn)滑作用降低摩擦系數(shù)，在普通密度和 高密度鉆井液中均可發(fā)揮一定的潤(rùn)滑作用。目前現(xiàn)場(chǎng)常用的液體類潤(rùn)滑劑，如以礦物油、植 物油等為主要成分的潤(rùn)滑劑，在常規(guī)密度(小于I. 8g/cm3)的鉆井液中有比較好的將摩阻效 果，但是在高固相含量的高密度(大于I. 8g/cm3)鉆井液中的潤(rùn)滑效果不理想，而且在加大 用量時(shí)對(duì)高密度鉆井液的流變性能影響較大，不能滿足高密度鉆井液對(duì)潤(rùn)滑性的要求。
[0004] 關(guān)于鉆井液潤(rùn)滑劑，國(guó)內(nèi)外期刊和專利有諸多報(bào)道，但是涉及適用于高密度和超 高密度鉆井液所需的潤(rùn)滑劑的文獻(xiàn)較少。已有專利公開了一種鉆井液潤(rùn)滑劑，其是以長(zhǎng)鏈 有機(jī)酸、合成酯、乳化劑和基礎(chǔ)油為主要組分的適用于高密度鉆井液的潤(rùn)滑劑，加量為3% (重量百分比）時(shí)可使2. 4g/cm3的高密度鉆井液的摩擦系數(shù)和粘附系數(shù)降低，降低率分別為 38. 7%和64%。但是長(zhǎng)鏈有機(jī)酸組分會(huì)使高密度鉆井液的粘切增高，對(duì)鉆井液的流變性產(chǎn)生 較大的影響，難以推廣使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種鉆井液用潤(rùn)滑劑，其用于鉆井液中的潤(rùn) 滑效果好，尤其是極壓潤(rùn)滑能力高；即使是用于高密度鉆井液，其潤(rùn)滑效果依然良好，極壓 潤(rùn)滑能力高，且對(duì)鉆井液的流變性能影響小。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種鉆井液用潤(rùn)滑劑，包括以下組分：大分子硫化 酯、硅烷偶聯(lián)劑、乳化劑和基礎(chǔ)油，其中所述大分子硫化酯選自含至少一個(gè)雙鍵的C16-C24直 鏈脂肪酸多元醇酯的硫化物。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明所提供的鉆井液用潤(rùn)滑劑，由于組成潤(rùn)滑劑的各個(gè)組分的共同作用， 得到的最終潤(rùn)滑劑具有非常好的潤(rùn)滑效果，即使是用于高密度鉆井液，其潤(rùn)滑效果依然良 好，極壓潤(rùn)滑能力高，且對(duì)鉆井液的流變性能影響小。
[0008] 在上述潤(rùn)滑劑中，所述大分子硫化酯為5?80重量份，所述硅烷偶聯(lián)劑為1?15 重量份，乳化劑為1?15重量份，所述基礎(chǔ)油為10?90重量份。在上述潤(rùn)滑劑的一個(gè)具 體實(shí)施例中，所述大分子硫化酯為10?70重量份，優(yōu)選30?60重量份；所述硅烷偶聯(lián)劑 為2?15重量份,優(yōu)選5?10重量份；乳化劑為2?15重量份,優(yōu)選3?10重量份；所述 基礎(chǔ)油為20?80重量份，優(yōu)選30?70重量份。在上述數(shù)據(jù)范圍，所述潤(rùn)滑劑具有更好的 潤(rùn)滑效果，對(duì)鉆井液的流變性影響較小。
[0009] 在上述潤(rùn)滑劑的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述大分子硫化酯選自選自含至少一個(gè)雙鍵 的C18-C22直鏈脂肪酸多元醇酯的硫化物，如可選自油酸、亞油酸和亞麻酸的多元醇酯硫化 物，優(yōu)選選自硫化乙二醇油酸酯、硫化丙三醇油酸酯、硫化季戊四醇油酸酯、硫化新戊二醇 油酸酯，硫化乙二醇亞油酸酯、硫化丙三醇亞油酸酯、硫化季戊四醇亞油酸酯、硫化新戊二 醇亞油酸酯，硫化乙二醇亞麻酸酯、硫化丙三醇亞麻酸酯、硫化季戊四醇亞麻酸酯和硫化新 戊二醇亞麻酸酯。在上述潤(rùn)滑劑中，所述大分子硫化酯的使用能夠改善潤(rùn)滑劑在鉆具表面 的吸附特性，原因在于分子中的硫原子可增強(qiáng)其在鋼質(zhì)極壓面上的吸附能力，在極壓面間 形成一層牢固的吸附膜，降低摩擦阻力，提高潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑效率，以有效減小鉆井中鉆桿 的摩阻。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述大分子硫化酯的制備方法為：取含至少一個(gè)雙鍵的 C16-C24直鏈脂肪酸的多元醇酯100重量份，加入5?10重量份的硫磺，攪拌下升溫到130? 170°C，保溫反應(yīng)3?6小時(shí)，得到所述大分子硫化酯。
[0010] 在上述潤(rùn)滑劑中，所述硅烷偶聯(lián)劑能夠在水中水解成大分子極性物，從而使?jié)櫥?劑牢固吸附于金屬表面，以進(jìn)一步降低極壓面的摩擦阻力，提高潤(rùn)滑能力。在一個(gè)具體實(shí)施 例中，所述硅烷偶聯(lián)劑的通式為Y(CH2)nSiX3，其中，0 <η< 3;X為可水解的集團(tuán)，如可選 自氯、甲氧基、乙氧基和乙酰氧基；Y為有機(jī)基團(tuán)，如可選自乙烯基、氨基、環(huán)氧基、甲基丙烯 醜氧基、疏基和脈基。
[0011] 在上述潤(rùn)滑劑中，所述乳化劑容易使?jié)櫥瑒┬纬伤腿橐?，使?jié)櫥瑒┰阢@井液 中分散乳化均勻，其可以為單一乳化劑，也可以為混合乳化劑。優(yōu)選所述乳化劑的HLB值為 8?18,所述HLB值為親水親油平衡值，在所述HLB范圍內(nèi)，具有更好的乳化效果。所述乳 化劑可以為非離子型表面活性劑和陰離子型表面活性劑等。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述 乳化劑選自山梨糖醇油酸酯、石油磺酸鹽和聚氧乙烯脂肪醇醚。
[0012] 在上述潤(rùn)滑劑中，所述基礎(chǔ)油選自礦物型基礎(chǔ)油和動(dòng)植物型基礎(chǔ)油。如選自柴油、 汽油、航空煤油、白油、大豆油、玉米油、花生油、菜籽油、蓖麻油和棉籽油。所述動(dòng)植物型基 礎(chǔ)油還可以是回收經(jīng)初步處理的地溝油，有利于環(huán)保和降低成本?；A(chǔ)油也可減少所述潤(rùn) 滑劑對(duì)高密度鉆井液流變性的影響。
[0013] 在上述潤(rùn)滑劑的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述潤(rùn)滑劑中還可包括消泡劑。加入消泡劑， 能夠降低乳化劑起泡對(duì)鉆井液流變性的影響。所述消泡劑選自硅油類消泡劑、聚醚類消泡 劑和改性聚醚類消泡劑。所述消泡劑的加入量為2?20重量份，優(yōu)選3?10重量份。
[0014] 在一個(gè)具體的實(shí)施例中，本發(fā)明的鉆井液潤(rùn)滑劑的制備方法如下：將制備的大分 子硫化酯、基礎(chǔ)油泵入反應(yīng)釜，攪拌下加熱至50?80°C，依次加入硅烷偶聯(lián)劑、乳化劑和必 要時(shí)的消泡劑，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)0. 5?2小時(shí)，得黃黑色液體。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，所述潤(rùn)滑劑為鉆井液用潤(rùn)滑劑，特別是高密度(大 于I. 8g/cm3)鉆井液用潤(rùn)滑劑。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明提供的潤(rùn)滑劑，利用大分子硫化酯、硅烷偶聯(lián)劑、乳化劑和基礎(chǔ)油（以 及必要時(shí)的消泡劑）的共同作用，使得潤(rùn)滑劑在鉆井液中均勻分散，潤(rùn)滑劑能夠在鉆具(鋼 制）表面的強(qiáng)力吸附形成牢固的吸附膜，提高潤(rùn)滑性，并降低潤(rùn)滑劑對(duì)鉆井液流變性的影 響。上述組分共同作用能大幅度降低高密度鉆井液的極壓潤(rùn)滑系數(shù)，對(duì)鉆井液的流變性影 響小，并利于形成薄而韌的泥餅，降低失水量。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供了上述潤(rùn)滑劑在鉆井液中的應(yīng)用，尤其是在高 密度鉆井液中的應(yīng)用。所述潤(rùn)滑劑加入鉆井液中，尤其是高密度鉆井液中，能夠大大降低鉆 井液的接觸摩擦力，具有非常好的潤(rùn)滑效果。所述潤(rùn)滑劑的加入量根據(jù)實(shí)際需要而調(diào)整。在 一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述潤(rùn)滑劑可按如〇. 5%?3%重量體積比的量加入到鉆井液中。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明提供的潤(rùn)滑劑，在高密度鉆井液中潤(rùn)滑能力好、對(duì)高密度鉆井液流變 性影響小，可用于深井、超深井、大斜度井、深水平井鉆探所需的高密度鉆井液中，可大幅度 提高高密度鉆井液的極壓潤(rùn)滑性能，并通過在金屬鉆桿和套管表面形成牢固的吸附膜，降 低接觸摩擦力，降低鉆具磨損。本發(fā)明提供的潤(rùn)滑劑，能夠用于深井、超深井、深水平井鉆探 等的高密度水基鉆井液。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不僅限于下述實(shí)施例。
[0020] 所用設(shè)備：美國(guó)Fann212極壓潤(rùn)滑儀。
[0021] 具體評(píng)價(jià)方法如下：
[0022] ①高密度基漿配制：在300ml水中加入I. 5gLV-PAC(低粘度-聚陰離子纖維素)， 溶解完全后加入〇. 3g碳酸鈉和6g試驗(yàn)用鈉膨潤(rùn)土，高速攪拌20min，室溫下靜置養(yǎng)護(hù)24h。 攪拌下加入600g重晶石，高速攪拌IOmin后得高密度基漿，備用。（高密度基漿的密度為 2. 05g/cm3)
[0023] ②取兩份配制的高密度基漿，一份基漿作為對(duì)比樣，高速攪拌IOmin后測(cè)潤(rùn)滑系 數(shù)F1;在第二份基漿中加入合成的潤(rùn)滑劑樣品加入，高速攪拌IOmin后測(cè)潤(rùn)滑系數(shù)F2。潤(rùn)滑 系數(shù)降低率Y按下式計(jì)算。 },= "FZχ|〇〇 F'
[0025] 大分子硫化酯的制備：
[0026] 將100重量份含至少一個(gè)雙鍵的C18-C22直鏈脂肪酸的多元醇酯加入反應(yīng)釜，攪拌 下加入5?10重量份的硫磺，升溫到140?150°C，保溫反應(yīng)3?6小時(shí)，降溫得大分子硫 化酯的棕黑色粘稠液體。所用原料及反應(yīng)條件見表1。表1中，
[0027] 油酸：天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所 乙二醇：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司
[0028] 丙三醇：北京化工廠 季戊四醇：天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所
[0029] 亞油酸：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司亞麻酸：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司
[0030] 硫磺：天津市福晨化學(xué)試劑廠
[0031]表1
[0032]

【權(quán)利要求】
1. 一種鉆井液用潤(rùn)滑劑，包括以下組分：大分子硫化酯、硅烷偶聯(lián)劑、乳化劑和基礎(chǔ) 油，其中所述大分子硫化酯選自含至少一個(gè)雙鍵的c16-c24直鏈脂肪酸多元醇酯的硫化物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的潤(rùn)滑劑，其特征在于，所述大分子硫化酯為5?80重量份， 優(yōu)選為10?70重量份，更優(yōu)選為30?60重量份；所述硅烷偶聯(lián)劑為1?15重量份，優(yōu)選 為2?15重量份，更優(yōu)選為5?10重量份；乳化劑為1?15重量份，優(yōu)選為2?15重量 份，更優(yōu)選3?10重量份；所述基礎(chǔ)油為10?90重量份,優(yōu)選為20?80重量份,更優(yōu)選 30?70重量份。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的潤(rùn)滑劑，其特征在于，所述大分子硫化酯選自含至少一 個(gè)雙鍵的C18-C22直鏈脂肪酸多元醇酯的硫化物，優(yōu)選選自油酸、亞油酸和亞麻酸的多元醇 酯硫化物，更優(yōu)選選自硫化乙二醇油酸酯、硫化丙三醇油酸酯、硫化季戊四醇油酸酯、硫化 新戊二醇油酸酯，硫化乙二醇亞油酸酯、硫化丙三醇亞油酸酯、硫化季戊四醇亞油酸酯、硫 化新戊二醇亞油酸酯，硫化乙二醇亞麻酸酯、硫化丙三醇亞麻酸酯、硫化季戊四醇亞麻酸酯 和硫化新戊二醇亞麻酸酯。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項(xiàng)所述的潤(rùn)滑劑，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑的通式 為Y (CH2)nSiX3，其中，0彡n彡3 ;X選自氯、甲氧基、乙氧基和乙酰氧基；Y選自乙烯基、氨 基、環(huán)氧基、甲基丙稀醜氧基、疏基和脈基。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4中任意一項(xiàng)所述的潤(rùn)滑劑，其特征在于，所述乳化劑的HLB值為 8 ?18。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?5中任意一項(xiàng)所述的潤(rùn)滑劑，其特征在于，所述乳化劑選自非離子 型表面活性劑和陰離子型表面活性劑，優(yōu)選選自山梨糖醇油酸酯、石油磺酸鹽和聚氧乙烯 脂肪醇醚。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1?6中任意一項(xiàng)所述的潤(rùn)滑劑，其特征在于，所述基礎(chǔ)油選自礦物型 基礎(chǔ)油和動(dòng)植物型基礎(chǔ)油，優(yōu)選選自柴油、汽油、航空煤油、白油、大豆油、玉米油、花生油、 菜籽油、蓖麻油和棉籽油。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1?7中任意一項(xiàng)所述的潤(rùn)滑劑，其特征在于，所述潤(rùn)滑劑中包括消泡 齊U，所述消泡劑選自硅油類消泡劑、聚醚類消泡劑和改性聚醚類消泡劑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1?8中任意一項(xiàng)所述的潤(rùn)滑劑，其特征在于，所述消泡劑的加入量為 2?20重量份，優(yōu)選3?10重量份。
10. -種根據(jù)權(quán)利要求1?9中任意一項(xiàng)所述潤(rùn)滑劑在鉆井液中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C09K8/035GK104342090SQ201310336631
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】王琳, 楊小華, 董曉強(qiáng), 薛玉志, 錢曉琳, 李勝 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院