专利名称：一种生物柴油钻井液润滑剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于油田化学领域，具体涉及一种以生物柴油为基础的适用于水基钻井液的润滑剂及其制备方法。
背景技术：
钻井液是钻探过程中使用的循环介质。钻井液在钻井过程中主要完成悬浮、压力控制、岩层稳定性、浮力、润滑和冷却的任务。钻井液具有清洁井底、携带岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；平衡井壁岩石侧压力、封闭和稳定井壁；平衡地层压力；降低岩屑沉降速度；在地面能沉除砂子和岩屑；有效传递水力功率；承受钻杆和套管的部分重力；提供所钻地层的大量资料；通过水力破碎岩石等重要作用。随着石油天然气及地质勘探开发的飞速发展，现代钻井技术对钻井液提出了更高的要求。钻井液按分散介质(连续相)可分为油基钻井液、水基钻井液、气体型钻井流体等。 前两者为目前实际应用中常用的钻井液。钻井液主要由液相、固相和化学处理剂组成。液相可以是水(淡水、盐水)、油(原油、柴油)或乳状液(混油乳化液和反相乳化液);固相包括有用固相(膨润土、加重材料)和无用固相(岩石);化学处理剂包括无机、有机及高分子化合物。油基钻井液是以油(主要是柴油或原油)为分散介质，以加重剂、各种化学处理剂及水等为分散相的溶胶悬浮混合体系。中国专利CN102040973A、CN1506435A均公开了一种油基钻井液。油基钻井液具有润滑性能优良、抑制性强、井壁稳定性好和抗温性能好等优点；但是由于其是以柴油或原油为分散介质，难以降解，会污染环境；另一方面，由于油的燃点较低，高温易燃烧的特点，更有可能存在安全隐患；且配制成本较高。水基钻井液是以水作为分散介质、以粘土 (膨润土)、加重剂及各种化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。中国专利CN101501159A即公开了一种水基钻井液。水基钻井液具有来源丰富、成本较低、污染低等优点，但是受限于作为载体的水的粘度较低、成膜性较差、承载能力低，使得水基钻井液始终难以突破润滑性不足、抗压性能差的瓶颈，因此在钻井过程中，为了提高钻速，延长钻头寿命，减少起下钻次数，减少钻头和钻挺的泥包， 实现优快钻井，必须加入润滑剂以降低扭矩和泥饼的粘附系数。目前，钻井液润滑剂有多种多样，目前常用的钻井液润滑剂分为矿物油润滑剂和植物油润滑剂两大类，均是以提高扭矩降低率为主。矿物油润滑剂的主要成分为原油、柴油或白油，这些油品虽然润滑性能较好，但因为含有芳烃、闪点低、难降解等因素，在生产和使用过程中存在环境污染和安全隐患；植物油润滑剂的主要成分为棉籽油、菜籽油等，虽然相对易降解比较环保，但却存在高温稳定性差、润滑性能略差等问题。另外还有一些钻井液润滑剂是单纯的表面活性剂的水溶液，加在钻井液中形成水包油的乳化钻井液，降低钻井液的表面张力，但表面活性剂本身的性质则限制了其润滑性能。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的适用于水基钻井液的润滑剂不能同时满足易降解及润滑性能较好的问题，提供了一种润滑性能优良，环保易降解，成本低廉的生物柴油钻井液润滑剂。本发明还提供了上述生物柴油钻井液润滑剂的制备方法。为解决上述技术问题，本发明公开了一种生物柴油作为水基钻井液润滑剂的应用。本发明还公开了一种钻井液润滑剂包括如下组分 生物柴油；
水，每IOOmL生物柴油添加水80-120mL ； 乳化剂，每IOOmL生物柴油添加所述乳化剂4-10g ； 消泡剂，每IOOmL生物柴油添加所述消泡剂2-6g。所述钻井液润滑剂包括如下组分 生物柴油；
水，每IOOmL生物柴油添加水IOOmL ； 乳化剂，每IOOmL生物柴油添加所述乳化剂6g ； 消泡剂，每IOOmL生物柴油添加所述消泡剂4g。所述生物柴油为以脂肪酸甲酯为主要成分的生物柴油。所述乳化剂选择钻井液制备领域中常用的表面活性剂即可，例如烷基苯磺酸钠、 甘油或多元醇脂肪酸酯类表面活性剂等。所述乳化剂为HLB值9. 5-10. 5的表面活性剂。HLB值又称亲水亲油平衡值，具体是指表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲和力。亲水亲油平衡值的概念主要应用于表面活性剂应用领域。任何物质在广义上都存在其自身的相对亲水亲油平衡值，其亲水亲油平衡值决定了其物质的亲水或亲油性。所述乳化剂优选由斯班-85和油酸钠以重量份比1:1的比例组成。所述消泡剂可选用现有技术中常使用消泡剂，优选为多元醇磷酸酯。所述的水为自来水或地下、地表的淡水。本发明所述的生物柴油钻井液润滑剂的制备方法为分别按选定的重量分数将生物柴油，乳化剂和消泡剂以及其他辅料添加剂加入水中，高速搅拌制成水包油乳状液，或用胶体磨乳化。其中各添加剂的加入顺序没有严格限制。本发明说明书中所述《钻井液用液体润滑剂技术要求》是中国石油天然气集团公司企业标准，标准编号为Q/CNPC 88-2003，发布日期为2003年7月1日。生物柴油(biodiesel fuel)是生物质能的一种形式，它是以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料，是优质的燃料代用品。生物柴油其主要成份为通过动植物油脂转化而来的高级脂肪酸低碳烷基酯的混合物，比如高级脂肪酸甲酯。常见生物柴油是指动植物油与甲醇进行酯交换生成的脂肪酸甲酯，是一种洁净的生物燃料，也称之为“再生燃油”。目前，国际上对生物柴油的开发形势看好，而制造生物柴油的途径主要有三条一是利用食用油生产生物柴油；二是利用甘蔗渣发酵生产柴油 ’三是利用“工程微藻”生产柴油。本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点1、本发明以生物柴油代替原油、柴油，用以研制适用于水基钻井液的生物柴油钻井液润滑剂，不仅具有与油基润滑剂相近似的润滑性能，而且可以与钻井液中的水相以任意比例完美互溶，整个体系分散性良好；
2、本发明所述的生物柴油钻井液润滑剂用于水基钻井液中时只需较少的添加量 (0. 5%)即可达到《钻井液用液体润滑剂技术要求》中规定的摩阻系数降低率> 65%的性能要求，润滑性能要明显优于一般的水基润滑剂(添加量为2%)的润滑性能；
3、所述钻井液润滑剂无毒、且极易生物降解，对整个钻井体系无污染，安全环保；
4、本发明所述的钻井液润滑剂添加HLB值9.5-10. 5的表面活性剂作为乳化剂，充分达到水油平衡，保证了整个体系的稳定性；
5、鉴于现今生物柴油燃料领域的大力发展，使得生物柴油具有成本较低，原料来源广泛等优点，本发明所述的生物柴油润滑剂具有成本低，原料来源广泛等优点，可大幅度的降低地钻井液的成本，减少对环境的污染，因而具有很大的应用潜力。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步说明。各实施例中的百分比如无特别指出，均为重量百分比，所用的原料均可市场商购得到。1.生物柴油山东华阳油业有限公司；
2.多元醇磷酸酯山东泰和水处理有限公司；
3.油酸钠天津化学试剂一厂；
4.斯班-85:天津五福同泰化工有限公司； 实施例1
取IOOmL生物柴油，以及IOg乳化剂、6g消泡剂添加至120mL水中，高速搅拌均勻，待各组分充分乳化，即得所需的生物柴油钻井液润滑剂。按中国石油天然气集团公司企业标准Q/CNPC 88-2003《钻井液用液体润滑剂技术要求》，在5%基浆(每IOOmL水溶解5g膨润土，下同)中加入洲(每IOOmL基浆加入2g所述润滑剂，下同)上述制备的生物柴油钻井液润滑剂，测得钻井液的摩阻系数降低率为82. 86%， 远高于标准所要求的彡65%。说明本发明所述生物柴油钻井液润滑剂的润滑性能良好。实施例2
取IOOmL生物柴油，以及IOg乳化剂、6g消泡剂添加至120mL水中，高速搅拌均勻，待各组分充分乳化，即得所需的生物柴油钻井液润滑剂。按中国石油天然气集团公司企业标准Q/CNPC 88-2003《钻井液用液体润滑剂技术要求》中记载的测试方法，在5%基浆(每IOOmL水溶解5g膨润土，下同)中加入0. 5% (每 IOOmL基浆加入0. 5g所述润滑剂)上述制备的生物柴油钻井液润滑剂，测得钻井液的摩阻系数降低率为72. 1%，高于标准所要求的> 65%。实施例2的测试数据表明，本发明所述的生物柴油钻井液润滑剂用于水基钻井液中时只需较少的添加量即可达到《钻井液用液体润滑剂技术要求》中规定的摩阻系数降低率> 65%的性能要求。润滑性能要明显优于一般的水基润滑剂(添加量为2%)的润滑性能， 同时也能够与水相实现完美互溶，性质稳定。
实施例3
取IOOmL脂肪酸甲酯生物柴油，以及6g乳化剂、2g多元醇磷酸酯消泡剂添加至SOmL水中，高速搅拌均勻，待各组分充分乳化，即得所需的生物柴油钻井液润滑剂，其中所述乳化剂由斯班-85和油酸钠以重量份比1:1的比例组成。按中国石油天然气集团公司企业标准Q/CNPC 88-2003《钻井液用液体润滑剂技术要求》，在5%基浆中加入1%上述制得的生物柴油钻井液润滑剂，再加入4%NaCl形成盐水环境，测得加入前后所述钻井液的摩阻系数降低率为81. 32%，远高于标准所要求的> 65%。说明本发明所述生物柴油钻井液润滑剂在盐水钻井液中的润滑性能良好。实施例4
取IOOmL脂肪酸甲酯生物柴油，以及4g乳化剂、4g多元醇磷酸酯消泡剂加至IOOmL水中，选用胶体磨乳化，待各组分充分乳化，即得所需的生物柴油钻井液润滑剂。在5%基浆中加入m所制得的生物柴钻井液油润滑剂，经150°C热滚16h之后，测得加入前后所述钻井液的摩阻系数降低率为82. 08%。说明本发明所述生物柴油钻井液润滑剂的抗温性能良好。实施例5
取IOOmL生物柴油，以及6g乳化剂、4g多元醇磷酸酯消泡剂加至IOOmL水中，选用胶体磨乳化，待各组分充分乳化，即得所需的生物柴油钻井液润滑剂，其中所述乳化剂由斯班-85和油酸钠以重量份比1:1的比例组成。按中国石油天然气集团公司企业标准Q/CNPC 88-2003《钻井液用液体润滑剂技术要求》，配制5%的基浆，并根据《水基钻井液现场测试程序》中公布的国家标准方法测定其API滤失量为16mL，表观粘度为9. OmPas，塑性粘度为 4. 5mPas，动切力为4. 5Pa。在5%基浆中加入1%所制得的生物柴油钻井液润滑剂，测定其 API滤失量为15mL，表观粘度为9. 2mPas，塑性粘度为5. OmPas，动切力为4. 2Pa。说明本发明所述生物柴油钻井液润滑剂对钻井液的流变性和滤失性基本无影响。实施例6
在配制的5%基浆中加入1%实施例4所述制得的生物柴油钻井液润滑剂，高速搅拌前后体积无变化，说明本发明所述生物柴油钻井液润滑剂在钻井液中不起泡。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
权利要求
1.一种生物柴油作为水基钻井液润滑剂的应用。
2.一种钻井液润滑剂，其特征在于，所述钻井润滑剂包括如下组分 生物柴油；水，每IOOmL生物柴油添加水80-120mL ； 乳化剂，每IOOmL生物柴油添加所述乳化剂4-10g ； 消泡剂，每IOOmL生物柴油添加所述消泡剂2-6g。
3.根据权利要求2所述的钻井液润滑剂，其特征在于，所述钻井液润滑剂包括如下组分生物柴油；水，每IOOmL生物柴油添加水IOOmL ； 乳化剂，每IOOmL生物柴油添加所述乳化剂6g ； 消泡剂，每IOOmL生物柴油添加所述消泡剂4g。
4.根据权利要求2或3所述的钻井液润滑剂，其特征在于 所述生物柴油为以脂肪酸甲酯为主要成分的生物柴油。
5.根据权利要求2或3所述的钻井液润滑剂，其特征在于 所述乳化剂为HLB值9. 5-10. 5的表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的钻井液润滑剂，其特征在于所述乳化剂由斯班-85和油酸钠以重量份比1:1的比例组成。
7.根据权利要求2或3所述的钻井液润滑剂，其特征在于 所述消泡剂为多元醇磷酸酯。
8.一种制备权利要求2-7任一所述的钻井液润滑剂的方法，其特征在于分别按选定的重量分数将生物柴油，乳化剂和消泡剂加入水中，乳化后即得。
全文摘要
本发明属于油田化学领域，具体涉及一种以生物柴油为基础的适用于水基钻井液的润滑剂及其制备方法。本发明所述的生物柴油钻井液润滑剂，包括生物柴油，以及每100mL生物柴油添加水80-120mL、乳化剂4-10g、消泡剂2-6g。本发明以生物柴油代替白油、柴油，用以研制适用于水基钻井液的生物柴油钻井液润滑剂，不仅具有与油基润滑剂相近似的润滑性能，而且可以与钻井液的水相完美互溶，整个体系分散性良好。
文档编号C09K8/035GK102391841SQ20111030148
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年10月9日
发明者商红岩, 孙明波, 林殷平, 薛真真 申请人:中国石油大学(华东), 山东华阳油业有限公司