一種締合型潤(rùn)滑劑及含有該潤(rùn)滑劑的水基鉆井液的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種締合型潤(rùn)滑劑，本發(fā)明還設(shè)及一種含有締合型潤(rùn)滑劑的水基鉆井 液，屬于石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)水基鉆井液體系的潤(rùn)滑劑W原油、柴油、機(jī)油等礦物油為主。其中，原油在高 溫高壓等極限條件下能夠在鉆具和巖壁的受力面形成穩(wěn)定的油膜。由于原油中大量的高粘 度膠質(zhì)存在，油膜在高溫極壓的苛刻環(huán)境下仍能夠保持潤(rùn)滑性能，成為鉆井作業(yè)面對(duì)高難 度井的井下復(fù)雜情況，提高潤(rùn)滑效果最為有效的選擇。
[0003] 而面對(duì)日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，使用原油潤(rùn)滑技術(shù)已經(jīng)受到越來(lái)越嚴(yán)格的限制。為 了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，符合環(huán)保法規(guī)的要求，國(guó)內(nèi)外一直在尋找能夠替代原油的環(huán)保型潤(rùn)滑劑。
[0004] 美國(guó)專(zhuān)利US4181617早在1980年就開(kāi)發(fā)了 W菜巧油為基礎(chǔ)油的水基鉆井液潤(rùn)滑 劑。至今大部分油田服務(wù)企業(yè)仍在一些結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的井中使用該類(lèi)型產(chǎn)品。由于使用的植 物油屬于食用油脂，存在著與民爭(zhēng)食的問(wèn)題，同時(shí)成本較高。 陽(yáng)0化]公開(kāi)號(hào)為CN103045183A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種地溝油潤(rùn)滑劑，采用地溝油 為基礎(chǔ)油制成潤(rùn)滑劑，該潤(rùn)滑劑能夠有效解決鉆井過(guò)程中降扭矩和摩阻問(wèn)題。但地溝油成 分比較復(fù)雜，不但含有植物油，還有飽和程度較高的動(dòng)物油脂，游離脂肪酸，卵憐脂等雜質(zhì) 成分。由于運(yùn)些組分的存在，使得W地溝油為主要成分的潤(rùn)滑油在氣溫較高時(shí)容易腐化變 質(zhì)，效果下降；氣溫較低時(shí)又容易凝固結(jié)塊，影響在鉆井液中的分散，給施工作業(yè)造成不必 要的麻煩。
[0006][0007] 為了改善油脂分散問(wèn)題，公開(kāi)號(hào)為CN102952528A中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)，公開(kāi)了一種 可降解的鉆井液潤(rùn)滑劑，在80~90%的生物柴油中加入5~10%的乳化劑和一定量的水進(jìn)行 乳化，依靠表面活性劑把油脂分散在鉆井液中，目前國(guó)內(nèi)大部分油性潤(rùn)滑劑均屬于運(yùn)種類(lèi) 型。公開(kāi)號(hào)為CN103756651A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)，采用特種非離子表面活性劑分散油相， 該表面活性劑可將油相分散為納米尺寸的乳滴，改善了該類(lèi)型潤(rùn)滑劑的存放問(wèn)題。公開(kāi)號(hào) 為CN103756651A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)，將粘滯系數(shù)較高的石蠟分散為納米乳滴，改善了油 性材料在鉆井液、鉆具表面和井壁的分散問(wèn)題。由于油性材料被分散成納米顆粒，因而在鉆 具和井壁表面分散更均勻，潤(rùn)滑性與粗分散的大尺寸油性乳滴相比得到了顯著提高。然而 潤(rùn)滑劑油相形成的乳滴在鉆井過(guò)程中相當(dāng)于具有彈性的顆粒，會(huì)對(duì)鉆井液的流變性造成不 良影響，同時(shí)在摩擦層面的分布狀態(tài)受乳滴分散程度的影響較大，不容易在受力面形成均 勻的潤(rùn)滑層，從而導(dǎo)致其在大斜度井、超深井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井中使用效果不明顯。
[0008] 上述環(huán)保型潤(rùn)滑劑在面對(duì)水平井、大位移井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井時(shí)仍不能有效解決或降 低井下復(fù)雜情況。兼具環(huán)保，集潤(rùn)滑、抑制、配伍等多功能為一體的潤(rùn)滑劑開(kāi)發(fā)較少，尤其是 在高難度復(fù)雜工況下能夠具有關(guān)鍵潤(rùn)滑性能的潤(rùn)滑劑仍處于空白狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的首要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種締合型潤(rùn)滑劑，可 吸附于鉆具和井壁表面，潤(rùn)滑效果好，抗高溫高壓能力強(qiáng)，可極大降低發(fā)生井下事故的幾 率。
[0010] 為解決W上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種締合型潤(rùn)滑劑，其原料組分及重量含量如下， 合成油：100份、脂肪酸徑錠：（3~5)份、烷基咪挫嘟：（3~8)份、咪挫嘟季錠鹽：（2~5) 份和藍(lán)麻油橫酸鋼：（3~6)份；所述合成油為C18~C22脂肪酸甲醋中的任意一種或?yàn)槿?意兩種的混合物。
[0011] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明取得了 W下有益效果：①合成油構(gòu)成吸附于鉆具和井壁 表面的油膜主體；脂肪酸徑錠起到把水分散的咪挫嘟季錠鹽和藍(lán)麻油橫酸鋼均勻分散至油 相的作用，隨著潤(rùn)滑劑加入水基鉆井液中，分散功能弱化，吸附功能體現(xiàn)，可將潤(rùn)滑劑吸附 于金屬鉆具和井壁表面，當(dāng)脂肪酸徑錠在潤(rùn)滑劑中的含量超過(guò)5%時(shí)，對(duì)鉆井液流變性會(huì)造 成不良影響。②烷基咪挫嘟可W提高金屬表面的油膜強(qiáng)度；藍(lán)麻油橫酸鋼可W提高潤(rùn)滑劑 抗極限壓力的能力，且價(jià)格便宜，使?jié)櫥瑒┚哂懈咝阅芎偷统杀镜膬?yōu)點(diǎn)。③該締合型潤(rùn)滑劑 無(wú)毒無(wú)害，能夠在高溫下提供足夠潤(rùn)滑W降低摩擦阻力，在水基鉆井液中加入3~5%本發(fā)明 的締合型潤(rùn)滑劑，可使水基鉆井液的抗溫能力從120°C提高至180°C，在180°C下仍可保持 潤(rùn)滑效果，而普通乳滴型潤(rùn)滑劑只能耐溫120°C，在180°C下會(huì)失效。④本發(fā)明締合型潤(rùn)滑 劑的極壓潤(rùn)滑降低率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑，對(duì)泥巖的抑制性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑，且對(duì)鉆井 液流變性能的影響明顯小于傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑。⑥本發(fā)明的締合型潤(rùn)滑劑可有效降低鉆具在鉆井 時(shí)遇到的扭矩和阻力，在鉆具表面形成高強(qiáng)度保護(hù)油膜，不但能夠幫助鉆具對(duì)抗極端的溫 度、壓力和重量，還可W預(yù)防異物的侵蝕和水、沙及其他硬物帶來(lái)的傷害。⑧本發(fā)明的締合 型潤(rùn)滑劑能夠在井壁形成穩(wěn)定油膜，與鉆井液中的CoaterlO協(xié)同作用可阻止井壁水化膨 脹，與鉆井液中的降失水劑化istemp協(xié)同作用可抗地層滲漏。
[0012] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述脂肪酸徑錠的制備方法如下：首先將植物油脂肪酸 和醇胺W(2~4):1的重量比加入反應(yīng)蓋中，在攬拌狀態(tài)下，將反應(yīng)蓋中的物料加熱至50~ 60°C，反應(yīng)至顏色透明出料即得所述脂肪酸徑錠。①脂肪酸簇基與醇胺的胺基反應(yīng)生成端 基帶有徑基的脂肪酸錠皂化物，該皂化物屬于油包水乳化劑范圍，在潤(rùn)滑劑油相環(huán)境下能 夠有效分散藍(lán)麻油橫酸鋼的親水組分，形成穩(wěn)定分散體系；②當(dāng)潤(rùn)滑劑分散到水基鉆井液 水相時(shí)，該皂化物因具有陽(yáng)離子特性，可在金屬鉆具表面穩(wěn)定吸附，作為吸附油膜的基底 層；③形成的脂肪酸徑錠皂在鉆井液的堿性環(huán)境下性能穩(wěn)定，當(dāng)鉆井完畢后需清除井壁的 泥餅時(shí)，改變井壁周?chē)种抵了嵝?，油膜可輕松脫除，使泥餅清除變得更簡(jiǎn)單，為后續(xù)的完 井工作提供方便。
[0013] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述植物油脂肪酸衍生自藍(lán)麻油、油菜巧油、棟桐油和花 生油中的任意一種或者為任意幾種的組合；所述醇胺為二乙醇胺或=乙醇胺。二乙醇胺或 =乙醇胺的分子鏈長(zhǎng)決定了其與脂肪酸形成的皂化物的親水親油平衡值，使該皂化物為油 包水的乳化劑，不選擇該范圍的醇胺無(wú)法使藍(lán)麻油橫酸鋼在油相中穩(wěn)定分散。
[0014] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述烷基咪挫嘟的烷基鏈段為C18~C22的直鏈烷基中 的任意一種或者為任意幾種的組合。C18~C22直鏈烷基鏈段的烷基咪挫嘟具有較好的粘 性指數(shù)，在較寬的井底溫度范圍均能夠起到良好的潤(rùn)滑效果，烷基咪挫嘟的親水鏈段主要 起吸附井壁和鉆具作用，其疏水鏈段與本發(fā)明采用合成油的碳鏈長(zhǎng)度相當(dāng)，可W形成穩(wěn)定 的油膜。
[0015] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述咪挫嘟季錠鹽至少包含通式（a)和通式（b)中的一 種或兩種的混合物，混合物中各組分W任意重量比混合：
通式（a)或通式（b)中，Rl為C18~C22的直鏈烷基；Rz為Cl~C3的直鏈烷基；n為 1~3的整數(shù)。咪挫嘟季錠鹽的Rl選擇C18~C22直鏈烷基，具有較好的粘性指數(shù)，在較 寬的井底溫度范圍均能夠起到良好的潤(rùn)滑效果；咪挫嘟季錠鹽為親水鏈段主要起吸附井壁 作用，C18~C22直鏈烷基為疏水鏈段與本發(fā)明合成油的碳鏈長(zhǎng)度相當(dāng)，可W形成穩(wěn)定的油 膜；咪挫嘟季錠鹽可插入粘±間層，形成牢固的吸附點(diǎn)。
[0016] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種含有締合型潤(rùn)滑劑的水基鉆井液，能夠降低 鉆具的鉆進(jìn)阻力，在井壁形成穩(wěn)定油膜。
[0017] 為解決W上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種含有締合型潤(rùn)滑劑的水基鉆井液，所述 水基鉆井液的原料組分及重量含量如下，清水：100份、膨潤(rùn)上粉：（4~6)份、肥150增粘 劑：（0. 3 ~0. 8 份)、降失水劑 Dristemp : (0. 5 ~1)份、包被劑 Coater-IO : (0. 1 ~0. 2) 份、純堿：（0. 1~0. 3)份和締合型潤(rùn)滑劑：（3~6)份。
[0018] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明取得了如下有益效果：①合成油構(gòu)成吸附于鉆具和井壁 表面的油膜主體；脂肪酸徑錠起到把水分散的咪挫嘟季錠鹽和藍(lán)麻油橫酸鋼均勻分散至油 相的作用，隨著潤(rùn)滑劑加入水基鉆井液中，分散功能弱化，吸附功能體現(xiàn)，可將潤(rùn)滑劑吸附 于金屬鉆具和井壁表面，當(dāng)脂肪酸徑錠在潤(rùn)滑劑中的含量超過(guò)5%時(shí)，對(duì)鉆井液流變性會(huì)造 成不良影響；②烷基咪挫嘟可W提高金屬表面的油膜強(qiáng)度；藍(lán)麻油橫酸鋼可W提高潤(rùn)滑劑 抗極限壓力的能力，且價(jià)格便宜，使締合型潤(rùn)滑劑具有高性能和低成本的優(yōu)點(diǎn)。③該締合型 潤(rùn)滑劑無(wú)毒無(wú)害，能夠在高溫下提供足夠潤(rùn)滑W降低摩擦阻力，在水基鉆井液中加入3~5% 本發(fā)明的締合型潤(rùn)滑劑，可使水基鉆井液的抗溫能力從120°C提高至180°C，在180°C下仍 可保持潤(rùn)滑效果，而普通乳滴型潤(rùn)滑劑只能耐溫120°C，在180°C下會(huì)失效。④本發(fā)明締合 型潤(rùn)滑劑的極壓潤(rùn)滑降低率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑，對(duì)泥巖的抑制性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑，且 對(duì)鉆井液流變性能的影響明顯小于傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑。⑥本發(fā)明的締合型潤(rùn)滑劑可有效降低鉆具 在鉆井時(shí)遇到的扭矩和阻力，在鉆具表面形成高強(qiáng)度保護(hù)油膜，不但能夠幫助鉆具對(duì)抗極 端的溫度、壓力和重量，還可W預(yù)防異物的侵蝕和水、沙及其他硬物帶來(lái)的傷害。⑧本發(fā)明 的締合型潤(rùn)滑劑能夠在井壁形成穩(wěn)定油膜，與鉆井液中的CoaterlO協(xié)同作用可阻止井壁 水化膨脹，與鉆井液中的降失水劑化iStemp協(xié)同作用可抗地層滲漏。
[0019] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述水基鉆井液的原料組分及重量含量如下，清水：100 份、膨潤(rùn)上粉：4份、肥150增粘劑：0. 3份、降失水劑Dristemp :0. 5份、包被劑Coater-IO : 0. 1份、純堿：〇. 1份和締合型潤(rùn)滑劑：3份；所述締合型潤(rùn)滑劑的原料組分及重量含量如 下，合成油：100份、脂肪酸徑錠：3份、烷基咪挫嘟：3份、咪挫嘟季錠鹽：2份和藍(lán)麻油橫酸 鋼：3份；所述合成油為C18的脂肪酸甲醋。
[0020] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述水基鉆井液的原料組分及重量含量如下，清水：1〇〇 份、膨潤(rùn)±粉：5份、肥150增粘劑：0. 5份、降失水劑Dristemp :0. 8份、包被劑Coater-IO : 0. 15份、純堿：0. 2份和締合型潤(rùn)滑劑：4份；所述締合型潤(rùn)滑劑的原料組分及重量含量如 下，合成油：100份、脂肪酸徑錠：4份、烷基咪挫嘟：5份、咪挫嘟季錠鹽：4份和藍(lán)麻油橫酸 鋼：5份；所述合成油為C20的脂肪酸甲醋。
[0021] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述水基鉆井液的原料組分及重量含量如下，清水：100 份、膨潤(rùn)上粉：6份、肥15