一種仿原油型生物潤(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)及一種仿原油型生物潤(rùn)滑劑，本發(fā)明還設(shè)及一種含有仿原油型生物潤(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，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，提供一種仿原油型生物潤(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)明的一種仿原油型生物潤(rùn)滑劑，其原料組分及重量含 量如下，合成油：100份、松焦油徑錠：（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直鏈燒控中的任意一種 或?yàn)槿我鈨煞N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；松焦油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)松焦油徑錠在潤(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該仿原油型 生物潤(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)明的仿原油型生物潤(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)明仿原油型生物潤(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)明的仿原油型生 物潤(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)明的仿原油型生物潤(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。⑦松焦油中高粘樹(shù)脂成分可在油相中模擬原油的膠質(zhì)組分，可在井下鉆具與巖 壁受力面形成抗擠壓潤(rùn)滑層，有效降低水平井、大位移井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的井下復(fù)雜情況。
[0012] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述松焦油徑錠的制備方法如下：首先將松焦油和醇胺 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松焦油徑錠。①松焦油酸簇基與醇胺的胺基反應(yīng)生成端基帶 有徑基的松焦油酸錠皂化物，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形成的松焦油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。④松焦油既可提供松焦油酸源，其中樹(shù)脂成分又可模擬原油膠質(zhì)組分，可在 井下鉆具與巖壁受力面形成抗擠壓潤(rùn)滑層。
[0013] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述醇胺為二乙醇胺或Ξ乙醇胺。二乙醇胺或Ξ乙醇胺 的分子鏈長(zhǎng)決定了其與松焦油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，R1為C18~C22的直鏈烷基；Rz為C1~C3