本發(fā)明涉及一種鉆井液用液體潤(rùn)滑劑，屬于石油鉆井助劑，特別是一種鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑。本發(fā)明還涉及所述鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑的制備方法。
背景技術(shù)：
在石油天然氣鉆井工程中，尤其是超深井、大斜度井、水平井和叢式井過程中，鉆柱的旋轉(zhuǎn)阻力和提拉阻力會(huì)大幅提高。為了降低鉆具與井壁以及套管的摩擦阻力、減少鉆柱磨損成為鉆井工程中急需解決的問題。
鉆井液的潤(rùn)滑性能通常包括泥餅的潤(rùn)滑性能和鉆井液流體本身的潤(rùn)滑性能兩個(gè)方面。鉆井液和泥餅的摩阻系數(shù)，是評(píng)價(jià)鉆井液潤(rùn)滑性能的兩個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)。
常見的鉆井液用液體潤(rùn)滑劑包括油基潤(rùn)滑劑和水基(乳化)潤(rùn)滑劑兩大類。這兩大類潤(rùn)滑劑中能同時(shí)大幅度降低鉆井液和泥餅?zāi)ψ柘禂?shù)的在市場(chǎng)中不多見。其中水基潤(rùn)滑劑的使用受溫度的限制比較大，且長(zhǎng)時(shí)間存放會(huì)破乳影響使用。油基潤(rùn)滑劑中的植物油類潤(rùn)滑劑無毒、降解性好、熒光級(jí)別低等優(yōu)點(diǎn)，是比較有應(yīng)用前景的環(huán)境友好型的鉆井液用潤(rùn)滑劑。
但是，目前常用的植物油類潤(rùn)滑劑成本高，在泥漿中易起泡，熱穩(wěn)定性差。為了改善植物油類潤(rùn)滑劑的性能，使之能同時(shí)降低鉆井液和泥餅的摩阻系數(shù)需要對(duì)其進(jìn)行物理化學(xué)改性，改性的主要方法包括復(fù)合乳化、環(huán)酯化改性等。
發(fā)明人檢索到以下相關(guān)專利文獻(xiàn)：CN103031118A公開了一種鉆井液用聚合物降濾失劑，它的制成方法是，將腈綸廢料、氫氧化鈉、硫氰酸鈉和水送入反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行水解反應(yīng)；將水解反應(yīng)所得物、三乙醇胺、油酸、斯盤-80、硫酸氫鈉、植物油脂送入捏合機(jī)內(nèi)，進(jìn)行共聚、捏合反應(yīng)；將共聚、捏合所得物切開、造粒，然后烘干、粉碎，制得降濾失劑。CN103045187A公開了一種基于再生油脂及其衍生物的鉆井液用低熒光油基潤(rùn)滑劑及其制備方法，將廢棄油脂進(jìn)行酯化反應(yīng)后在進(jìn)行消光反應(yīng)后獲得。該技術(shù)雖然獲得了低熒光的、能同時(shí)降低鉆井液和泥餅?zāi)ψ柘禂?shù)的潤(rùn)滑劑，但是其反應(yīng)過程復(fù)雜，反應(yīng)過程中用到濃硫酸、固體硝酸，反應(yīng)過程存在危險(xiǎn)，同時(shí)反應(yīng)周期長(zhǎng)，成本高，對(duì)鉆井液的摩阻系數(shù)降低率不高。CN1743404A公開了一種鉆井液潤(rùn)滑添加劑及其制備方法，特點(diǎn)是按植物油下腳料20％～40％，三乙醇胺1％～2％，燒堿(NaOH)4％～8％，壬基苯酚聚氧乙烯醚(OP－10)0.5％～0.8％，其余是水。它用植物油下腳料先皂化在乳化的方法獲得。該方法獲得的產(chǎn)品雖然能對(duì)鉆井液自身的摩阻系數(shù)有很好的降低，但是對(duì)泥餅的摩阻系數(shù)降低不到50％，并且由于是水基潤(rùn)滑劑，它的使用收到季節(jié)的限制。CN101486896A公開了一種鉆井液潤(rùn)滑劑，包括以下組份：1～35％的長(zhǎng)鏈有機(jī)酸型油性劑；1～35％的合成酯型油性劑；0.1～8％的乳化劑；25～90％的基礎(chǔ)油。它主要是由長(zhǎng)鏈有機(jī)酸型油性劑、合成脂型油性劑、乳化劑、基礎(chǔ)油乳化獲得，它的成本高，主要用于高密度井漿中，該產(chǎn)品雖然能同時(shí)降低泥餅的粘附系數(shù)和摩擦系數(shù)，但是降低率均不高。
以上這些技術(shù)對(duì)于如何使鉆井液用潤(rùn)滑劑能同時(shí)降低鉆井液本身的摩阻系數(shù)和泥餅的粘附系數(shù)，并且低熒光不影響地質(zhì)錄井，其生物降解性好，并未給出具體的指導(dǎo)方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑，該鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑能同時(shí)降低鉆井液本身的摩阻系數(shù)和泥餅的粘附系數(shù)，并且低熒光不影響地質(zhì)錄井，其生物降解性好。
為此，本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題在于，提供一種上述鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑的制備方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑(鉆井液用潤(rùn)滑劑)，其技術(shù)方案在于它是由下述重量配比的原料(經(jīng)高溫酯化)制成的：
上述的乳化劑選自三乙醇胺、硬脂酸鋁、斯盤-80中的一種或者幾種(的組合)；
所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑的制備方法包括如下工藝步驟：①按上述重量配比稱取原料油酸、乳化劑、丙三醇、環(huán)氧丙烷，將各原料(可以依次)加入反應(yīng)釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后對(duì)混合料進(jìn)行酯化過程(酯化反應(yīng))，酯化溫度為200～250℃，酯化時(shí)間為1～3h，反應(yīng)后冷卻至室溫得到酯化產(chǎn)物；③之后對(duì)所得的酯化產(chǎn)物進(jìn)行乳化過程，乳化溫度為80～100℃，乳化時(shí)間為1～2h；④將上述乳化過程進(jìn)行完后的產(chǎn)物降溫，在50℃時(shí)加入2～5份消泡劑，使之充分混勻，降至室溫后放料即得鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案可以是，所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑是由下述重量配比的原料制成的：
上述的乳化劑可以選用三乙醇胺與硬脂酸鋁的組合，三乙醇胺與硬脂酸鋁的重量配比為2∶1。
優(yōu)選的技術(shù)方案還可以是，所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑是由下述重量配比的原料制成的：
上述的乳化劑選用三乙醇胺與硬脂酸鋁的組合，三乙醇胺與硬脂酸鋁的重量配比為1∶2，消泡劑可以采用二甲基硅油(或者聚二甲基硅氧烷或者聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚)；
所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑的制備方法包括如下工藝步驟：①按上述重量配比稱取原料油酸、乳化劑、丙三醇、環(huán)氧丙烷，將各原料(可以依次)加入反應(yīng)釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后對(duì)混合料進(jìn)行酯化過程(酯化反應(yīng))，酯化溫度為200℃，酯化時(shí)間為1h，反應(yīng)后冷卻至室溫得到酯化產(chǎn)物；③之后對(duì)所得的酯化產(chǎn)物進(jìn)行乳化過程，乳化溫度為100℃，乳化時(shí)間為1h；④將上述乳化過程進(jìn)行完后的產(chǎn)物降溫，在50℃時(shí)加入2份消泡劑，使之充分混勻，降至室溫后放料即得鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案還可以是，所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑是由下述重量配比的原料制成的：
上述的乳化劑選用三乙醇胺與硬脂酸鋁的組合，三乙醇胺與硬脂酸鋁的重量配比為2∶1，消泡劑可以采用聚二甲基硅氧烷(或者二甲基硅油或者聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚)；
所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑的制備方法包括如下工藝步驟：①按上述重量配比稱取原料油酸、乳化劑、丙三醇、環(huán)氧丙烷，將各原料(可以依次)加入反應(yīng)釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后對(duì)混合料進(jìn)行酯化過程(酯化反應(yīng))，酯化溫度為250℃，酯化時(shí)間為3h，反應(yīng)后冷卻至室溫得到酯化產(chǎn)物；③之后對(duì)所得的酯化產(chǎn)物進(jìn)行乳化過程，乳化溫度為100℃，乳化時(shí)間為2h；④將上述乳化過程進(jìn)行完后的產(chǎn)物降溫，在50℃時(shí)加入5份消泡劑，使之充分混勻，降至室溫后放料即得鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案還可以是，所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑是由下述重量配比的原料制成的：
上述的乳化劑選用三乙醇胺與硬脂酸鋁的組合，三乙醇胺與硬脂酸鋁的重量配比為1∶1，消泡劑可以采用聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚(或者聚二甲基硅氧烷或者二甲基硅油)；
所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑的制備方法包括如下工藝步驟：①按上述重量配比稱取原料油酸、乳化劑、丙三醇、環(huán)氧丙烷，將各原料(可以依次)加入反應(yīng)釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后對(duì)混合料進(jìn)行酯化過程(酯化反應(yīng))，酯化溫度為220℃，酯化時(shí)間為1.5h，反應(yīng)后冷卻至室溫得到酯化產(chǎn)物；③之后對(duì)所得的酯化產(chǎn)物進(jìn)行乳化過程，乳化溫度為90℃，乳化時(shí)間為2h；④將上述乳化過程進(jìn)行完后的產(chǎn)物降溫，在50℃時(shí)加入2份消泡劑，使之充分混勻，降至室溫后放料即得鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案還可以是，所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑是由下述重量配比的原料制成的：
上述的乳化劑選用三乙醇胺與硬脂酸鋁的組合，三乙醇胺與硬脂酸鋁的重量配比為2∶1。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案還可以是，所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑是由下述重量配比的原料制成的：
上述的乳化劑選用三乙醇胺、硬脂酸鋁、斯盤-80三者的組合，三乙醇胺、硬脂酸鋁、斯盤-80的重量配比為2∶1∶2，消泡劑可以采用二甲基硅油(或者聚二甲基硅氧烷或者聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚)；
所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑的制備方法包括如下工藝步驟：①按上述重量配比稱取原料油酸、三乙醇胺、硬脂酸鋁、斯盤-80、丙三醇、環(huán)氧丙烷，將各原料(可以依次)加入反應(yīng)釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后對(duì)混合料進(jìn)行酯化過程(酯化反應(yīng))，酯化溫度為240℃，酯化時(shí)間為1.5h，反應(yīng)后冷卻至室溫得到酯化產(chǎn)物；③之后對(duì)所得的酯化產(chǎn)物進(jìn)行乳化過程，乳化溫度為95℃，乳化時(shí)間為1.5h；④將上述乳化過程進(jìn)行完后的產(chǎn)物降溫，在50℃時(shí)加入3份消泡劑，使之充分混勻，降至室溫后放料即得鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案可以是，步驟②中所述的酯化溫度選用240～250℃，酯化時(shí)間選用2h；步驟③中乳化溫度選用90～100℃，乳化時(shí)間選用1.5h。
本發(fā)明提供的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑(即本發(fā)明提供的基于油酸及其衍生物的鉆井液用雙功能潤(rùn)滑劑)性能良好，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)該潤(rùn)滑劑由可降解的植物油脂制成，生物降解性好，不污染環(huán)境。
(2)該潤(rùn)滑劑具有良好的潤(rùn)滑性能，能顯著降低鉆井液的潤(rùn)滑系數(shù)和粘附系數(shù)，在水基泥漿中的添加量為0.5％(重量百分比)時(shí)，潤(rùn)滑系數(shù)降低率高于80％，粘附系數(shù)降低率高于70％。
(3)通過對(duì)油酸的酯化改性，能提高油酸的熱穩(wěn)定性，使得該潤(rùn)滑劑具有良好的抗高溫潤(rùn)滑性和低熒光性能。
本發(fā)明能抗200℃以上高溫，既能降低鉆井液的摩阻系數(shù)，也能降低鉆井液的粘附系數(shù)，熒光級(jí)別低。
綜上所述，本發(fā)明能同時(shí)降低鉆井液本身的摩阻系數(shù)和泥餅的粘附系數(shù)，并且低熒光不影響地質(zhì)錄井，其生物降解性好。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：本發(fā)明的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑是由下述重量配比的原料制成的：
上述的乳化劑選用三乙醇胺與硬脂酸鋁的組合，三乙醇胺與硬脂酸鋁的重量配比為1∶2，消泡劑采用二甲基硅油(或者可以采用聚二甲基硅氧烷或者聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚)。
所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑的制備方法包括如下工藝步驟：①按上述重量配比稱取原料油酸、乳化劑、丙三醇、環(huán)氧丙烷，將各原料(可以依次)加入反應(yīng)釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后對(duì)混合料進(jìn)行酯化過程(酯化反應(yīng))，酯化溫度為200℃，酯化時(shí)間為1h，反應(yīng)后冷卻至室溫得到酯化產(chǎn)物；③之后對(duì)所得的酯化產(chǎn)物進(jìn)行乳化過程，乳化溫度為100℃，乳化時(shí)間為1h；④將上述乳化過程進(jìn)行完后的產(chǎn)物降溫，在50℃時(shí)加入2份消泡劑，使之充分混勻，降至室溫后放料即得鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑。
實(shí)施例2：本發(fā)明的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑是由下述重量配比的原料制成的：
上述的乳化劑選用三乙醇胺與硬脂酸鋁的組合，三乙醇胺與硬脂酸鋁的重量配比為2∶1，消泡劑采用聚二甲基硅氧烷(或者可以采用二甲基硅油或者聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚)。
所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑的制備方法包括如下工藝步驟：①按上述重量配比稱取原料油酸、乳化劑、丙三醇、環(huán)氧丙烷，將各原料(可以依次)加入反應(yīng)釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后對(duì)混合料進(jìn)行酯化過程(酯化反應(yīng))，酯化溫度為250℃，酯化時(shí)間為3h，反應(yīng)后冷卻至室溫得到酯化產(chǎn)物；③之后對(duì)所得的酯化產(chǎn)物進(jìn)行乳化過程，乳化溫度為100℃，乳化時(shí)間為2h；④將上述乳化過程進(jìn)行完后的產(chǎn)物降溫，在50℃時(shí)加入5份消泡劑，使之充分混勻，降至室溫后放料即得鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑。
實(shí)施例3：本發(fā)明的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑是由下述重量配比的原料制成的：
上述的乳化劑選用三乙醇胺與硬脂酸鋁的組合，三乙醇胺與硬脂酸鋁的重量配比為1∶1，消泡劑采用聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚(或者可以采用聚二甲基硅氧烷或者二甲基硅油)。
所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑的制備方法包括如下工藝步驟：①按上述重量配比稱取原料油酸、乳化劑、丙三醇、環(huán)氧丙烷，將各原料(可以依次)加入反應(yīng)釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后對(duì)混合料進(jìn)行酯化過程(酯化反應(yīng))，酯化溫度為220℃，酯化時(shí)間為1.5h，反應(yīng)后冷卻至室溫得到酯化產(chǎn)物；③之后對(duì)所得的酯化產(chǎn)物進(jìn)行乳化過程，乳化溫度為90℃，乳化時(shí)間為2h；④將上述乳化過程進(jìn)行完后的產(chǎn)物降溫，在50℃時(shí)加入2份消泡劑，使之充分混勻，降至室溫后放料即得鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑。
實(shí)施例4：本發(fā)明的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑是由下述重量配比的原料制成的：
上述的乳化劑選用三乙醇胺與硬脂酸鋁的組合，三乙醇胺與硬脂酸鋁的重量配比為2∶1。消泡劑采用聚二甲基硅氧烷(或者可以采用二甲基硅油或者聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚)。
本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例2。
實(shí)施例5：本發(fā)明的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑是由下述重量配比的原料制成的：
上述的乳化劑選用三乙醇胺、硬脂酸鋁、斯盤-80三者的組合，三乙醇胺、硬脂酸鋁、斯盤-80的重量配比為2∶1∶2，消泡劑采用二甲基硅油(或者可以采用聚二甲基硅氧烷或者聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚)。
所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑的制備方法包括如下工藝步驟：①按上述重量配比稱取原料油酸、三乙醇胺、硬脂酸鋁、斯盤-80、丙三醇、環(huán)氧丙烷，將各原料(可以依次)加入反應(yīng)釜中，使各原料充分混合，得到混合料；②然后對(duì)混合料進(jìn)行酯化過程(酯化反應(yīng))，酯化溫度為240℃，酯化時(shí)間為1.5h，反應(yīng)后冷卻至室溫得到酯化產(chǎn)物；③之后對(duì)所得的酯化產(chǎn)物進(jìn)行乳化過程，乳化溫度為95℃，乳化時(shí)間為1.5h；④將上述乳化過程進(jìn)行完后的產(chǎn)物降溫，在50℃時(shí)加入3份消泡劑，使之充分混勻，降至室溫后放料即得鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑。
所述的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑的制備方法包括如下工藝步驟：①按上述重量配比稱取原料油酸、三乙醇胺、硬脂酸鋁、斯盤-80、丙三醇、環(huán)氧丙烷，將各原料加入反應(yīng)釜中，使各原料充分混合；②然后進(jìn)行乳化及酯化過程，乳化溫度為95℃，酯化溫度為240℃，乳化及酯化時(shí)間為3h；③將上述乳化及酯化過程進(jìn)行完后的產(chǎn)物降溫，在50℃時(shí)加入3份消泡劑，使之充分混勻，降至室溫后放料即得鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑。
采用本實(shí)施例5制得的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑能抗220℃高溫，既能降低鉆井液的摩阻系數(shù)，也能降低鉆井液的粘附系數(shù)，熒光級(jí)別低。
以下為本發(fā)明的試驗(yàn)部分：
在400ml蒸餾水中加入20g鈉膨潤(rùn)土，0.8g碳酸鈉，在高速攪拌器上(11000r/min)攪拌20min后，在25±2℃養(yǎng)護(hù)24h，既得淡水基漿。
在基漿中分別加入0.5％的潤(rùn)滑劑，高速攪拌(11000r/min)5min，分別用EP-B型極壓潤(rùn)滑儀測(cè)定加樣后的潤(rùn)滑系數(shù)；用泥餅粘附系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定加樣后的泥餅粘附系數(shù)。
潤(rùn)滑系數(shù)降低率計(jì)算公式為：
其中，RK為潤(rùn)滑系數(shù)降低率，單位為百分?jǐn)?shù)(100％)；
K0——基漿潤(rùn)滑系數(shù)；
K1——加樣漿的潤(rùn)滑系數(shù)。
泥餅粘附系數(shù)計(jì)算公式為：
μ＝M×0.845×10-2
其中，μ為粘附系數(shù)；M為扭矩(N·m).
泥餅粘附系數(shù)降低率計(jì)算公式為：
K—泥餅粘附系數(shù)降低率，用百分?jǐn)?shù)表示；
μ0—基漿泥餅粘附系數(shù)；
μ1—加樣后的泥餅粘附系數(shù)；
密度變化值和表觀粘度變化值按GB/T 16783.1石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試第1部分：水基鉆井液測(cè)試；
熒光級(jí)別用OFA-Ⅱ熒光測(cè)試儀測(cè)定。
根據(jù)上述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做了詳細(xì)描述。需要說明的是，以上實(shí)施例僅僅為了舉例本說明而已。在不偏離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出本發(fā)明的多種替換方案和改進(jìn)方案，其均應(yīng)被理解為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。參見下面的表1。
采用本發(fā)明的以上各實(shí)施例制得的鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑能抗200℃以上高溫，既能降低鉆井液的摩阻系數(shù)，也能降低鉆井液的粘附系數(shù)，熒光級(jí)別低。與已有相關(guān)的潤(rùn)滑劑相比，本發(fā)明(以上各實(shí)施例)的制造成本皆降低了22％以上。本發(fā)明中油酸為是仿生材料，故本發(fā)明的(產(chǎn)品)名稱為鉆井液用仿生液體潤(rùn)滑劑。
綜上所述，本發(fā)明能同時(shí)降低鉆井液本身的摩阻系數(shù)和泥餅的粘附系數(shù)，并且低熒光不影響地質(zhì)錄井，其生物降解性好。
表1