一种具有优异减摩性能的钻井液润滑剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种W生物柴油和少量矿物油为基础油，添加合适的表面活性剂、抗 磨减摩添加剂和抗泡剂等添加剂调和而成的一种具有优异抗磨性能的钻井液润滑剂及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 在石油钻井完井作业中，钻头钻进时避免不了会产生各种摩擦，造成设备磨损。钻 井液润滑剂的主要功用是降低泥饼的摩擦、减少粘附卡钻和扭矩传递损失。改善钻井液的 润滑性能可降低水力摩阻、泥饼粘滞系数、钻柱转矩、轴向阻力、能耗，缩短起下钻时间，W 及减小钻头工作阻力，延长钻头寿命，从而提高钻井技术经济指标。
[0003] 随着深井、定向井钻井技术的发展，对钻井液润滑剂的要求愈来愈高。钻垂直井 时，钻柱旋转产生的扭矩阻力和起下钻的摩擦阻力用普通钻井液就能克服，不需另加润滑 剂。但在使用加重钻井液时，扭矩阻力和摩擦阻力则不容忽视，并且钻井液密度越大其阻力 也越大，故不加润滑剂就会造成卡钻。在定向井和水平井施工中，随着井斜角的增大，钻具 和井壁的接触面积W及摩擦阻力和扭矩阻力随之增大。为适应各种不同的钻井条件和工艺 技术，必须研发具有优异摩擦性能的钻井液润滑剂。
[0004] 降低钻井过程中的摩阻，一是尽量减少钻具和井壁的接触面积，二是通过添加合 适的润滑剂来改善钻井液润滑性能。在定向井和水平井中，不可能减少钻具和井壁的接触 面积，只有研制开发高效钻井液润滑剂是解决问题最有效的途径。
[00化]常用的钻井液润滑剂由基础油、抗磨剂、表面活性剂、抗泡剂等添加剂组成。基础 油主要有动植物油脂、矿物油、复合基础油或硫憐等活性元素活化的基础油，如原油、高分 子脂肪酸类、氧化乙締和脂肪献胺、硫化植物油、硫化脂肪酸、脂肪醇混合物、横化物等。由 于地质录井要求钻井液润滑剂低巧光，故在钻井液中加原油、柴油等矿物油来改善润滑性 能的作法受到限制。用未改性的植物油代替矿物油的结果并不理想。生物柴油度iodiesel) 又名脂肪酸甲醋，是W油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂W及动物油脂、 餐饮垃圾油等为原料油通过醋交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴 油是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基醋，有良好的润滑性，硫含 量低。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，运些混合物主要是一些分子量大 的有机物。本发明主要采用生物柴油为基础油，具有良好的抗磨性能，也具有较好的生物降 解性，并且来源广泛，尤其可来源于地沟油等废油，所W价格低廉，是一种环境友好的钻井 液润滑剂的基础油。
[0006] 表面活性剂的主要作用是将钻井液润滑剂的各组分乳化，形成稳定的乳状液。钻 井液润滑剂使用的本命活性剂主要有阴离子型表面活性剂和非离子表面活性剂或复合表 面活性剂。应用最广泛的阴离子型表面活性剂有油酸钢、松香酸钢、环烧酸钢、十二烷基苯 横酸钢，一些下脚料（如尼龙1010)也可作乳化剂。可作乳化剂的非离子型表面活性剂的 种类更多，如0P-10、吐溫-80、司盘-80、化型乳化剂（聚氧乙締麻油）等。选用乳化剂时 需注意乳化剂的HLE值在8-18之间的乳化剂，而配制油包水型乳状液则要求选用HLB值在 3-6之间的乳化剂。
[0007] 钻井液中需要加入抗磨剂W增加钻井液的减摩抗磨性能，钻井液工作过程中，该 类产品能在金属表面形成一层坚固的化学膜，W降低金属接触界面的摩阻，故更适应水平 井中高压力情况下的降摩阻需要。在边界摩擦条件下，如果摩擦面上没有边界膜（润滑油 膜）存在，钻柱与井壁之间会发生严重的摩擦磨损，使回转阻力增大，钻柱传递功率下降， 钻井效率降低。钻井液中加入润滑剂的目的之一就是要使摩擦面（钻杆、岩石）上能形成 一层与介质性质不同的薄膜，运层薄膜叫边界膜，它应具有良好的润滑性和一定的强度，边 界膜的润滑性能取决于运层膜的性质。润滑系数的高低意味着减摩阻能力的大小，润滑油 膜强度的高低意味着承载能力的大小。
[0008] 目前国内比较薄弱的润滑剂主要是减摩添加剂，无论在品种和性能上都难W和国 外相比；此外，能被用户广泛接受的合成润滑剂也不多，国内主要的减摩添加剂主要为含 硫、憐等活性元素的添加剂或改性石墨固体添加剂，还缺少像TorqTrim(脂肪酸甘油S酸 醋）那样高效的合成润滑剂，因此，研发具有较好减摩抗磨性能的钻井液，是目前需要解决 的问题。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种具有优异抗磨性能的钻井液润滑剂，W生物柴油和少量 矿物油为基础油，添加合适的表面活性剂和抗磨添加剂调和而成一种具有优异抗磨性能钻 井液润滑剂，并提供其制备方法。
[0010] 本发明提供的钻井液润滑剂的组分主要包括W生物柴油和矿物油调和而成的 基础油，加入Span-80山梨糖醇酢油酸醋和十二烷基苯横酸S乙胺ABSN等表面活性 剂，减摩抗磨剂和消泡剂等添加剂。各组分的质量百分含量为：生物柴油（30-50%)， 矿物油（10-20% )，Span-80山梨糖醇酢油酸醋（10-30% )，十二烷基苯横酸S乙胺 ABSN(10-30% )，减摩抗磨添加剂（1-5% )，消泡剂（0. 5-1% )。
[0011] 制备方法：在可W加热、揽拌的反应蓋中，首先加入生物柴油，揽拌加热至 60-80°C，再加入Span-80山梨糖醇酢油酸醋（10-30 % )和十二烷基苯横酸S乙胺 ABSN(10-30% )，揽拌1小时，随后加入抗磨添加剂，揽拌均匀后，最后加入消泡剂，继续揽 拌1小时，得浅黄色粘稠状液体，即为本发明提供的钻井液润滑剂。
[0012] 本发明提供的钻井液润滑剂是W生物柴油为基础油，加入减摩抗磨剂、阴离子表 面活性剂、非离子型表面活性剂W及消泡剂调和而成，具有优异的抗磨性能，对钻井液的其 它性能，如粘度、失水量等没有明显影响。
[0013] 本发明提供的润滑剂成本低、调和工艺简单。根据钻井液类型和所钻地层岩性特 点，本润滑剂加入量为钻井液质量的0. 5% -3. 0%。
[0014] 润滑性能评价
[0015] 润滑剂的润滑性能按行标SY/T 6094进行评价。将不同浓度的润滑剂加入标准规 定的基浆中，测定添加润滑剂前后的润滑系数，计算润滑系数的降低率。计算公式为Rk = (Ko-Ki)/K〇X 100%，其中Rk为润滑系数降低率，K。为基浆的润滑系数，Ki为基浆中加入润滑 剂后的摩擦系数。实验结果如表1所示，当加入本发明提供的润滑剂的质量分数为1. 0% 时，润滑系数降低率就达到了 73. 5% ;当加入本发明提供的润滑剂的质量分数为2. 0%时， 润滑系数降低率达到了 85. 0%，说明本发明提供的润滑剂具有优异的减摩性能。
[0016] 表1加入润滑剂后滑系数降低率降低率
[0017]
【具体实施方式】：
[0018] 实施例一：在可W加热、揽拌的反应蓋中，首先加入生物柴油40. 0千克，矿物油 10. 0千克，揽拌均匀，加热至50-70°C，再加入Span-80山梨糖醇酢油酸醋24. 0千克，十二 烷基苯横酸S乙胺ABSN 24. 0千克，揽拌0. 5-1小时，随后加入抗磨添加剂1. 5千克，充分 揽拌均匀后，最后加入消泡剂0. 5千克，继续揽拌0. 5-1小时，得浅黄色粘稠状液体，即得本 发明提供的钻井液润滑剂。
[0019] 实施例二：在可W加热、揽拌的反应蓋中，首先加入生物柴油40. 0千克，矿物油 10. 0千克，揽拌均匀，加热至50-70°C，再加入Span-80山梨糖醇酢油酸醋20. 0千克，十二 烷基苯横酸S乙胺ABSN 27. 0千克，揽拌0. 5-1小时，随后加入抗磨添加剂2. 5千克，揽拌 均匀后，最后加入消泡剂0. 5千克，继续揽拌0. 5-1小时，得浅黄色粘稠状液体，即得本发明 提供的钻井液润滑剂。
[0020] 实施例=:在可W加热、揽拌的反应蓋中，首先加入生物柴油40. 0千克，矿物油 10. 0千克，揽拌均匀，加热至50-70°C，再加入Span-80山梨糖醇酢油酸醋25. 0千克，十二 烷基苯横酸S乙胺ABSN 23. 0千克，揽拌0. 5-1小时，随后加入抗磨添加剂1. 0千克，揽拌 均匀后，最后加入消泡剂1. 0千克，继续揽拌0. 5-1小时，得浅黄色粘稠状液体，即得本发明 提供的钻井液润滑剂。
【主权项】
1. 一种具有优异减摩性能的钻井液润滑剂，其特征在于润滑剂各组分的质量百分含量 为：生物柴油（30-50% )，矿物油（10-20% )，Span-80山梨糖醇酐油酸酯（10-30% )，十二 烷基苯磺酸三乙胺ABSN(10-30% )，减摩抗磨添加剂（1-5% )，消泡剂（0. 5-1% )。2. 根据权利要求1所述，生物柴油添加质量百分含量为30-50%，矿物油添加质量百分 含量为10-20%。3. 根据权利要求1所述，加入表面活性剂Span-80山梨糖醇酐油酸酯，添加质量百分含 量为 10-30%。4. 根据权利要求1所述，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸三乙胺ABSN添加质量百分含 量为 10-30%。5. 根据权利要求1所述，加入抗磨剂的质量百分含量为1-5%。6. 本润滑剂加入量为钻井液质量的0. 5% -3. 0%。
【专利摘要】本发明属于油田化学领域，涉及一种以生物柴油和少量矿物油为基础油，添加合适的表面活性剂、减摩抗磨添加剂和抗泡剂等添加剂调和而成的一种具有优异抗磨性能的钻井液润滑剂及其制备方法。本发明提供的润滑剂各组分的质量百分含量为：生物柴油(30-50％)，矿物油(10-20％)，Span-80山梨糖醇酐油酸酯(10-30％)，十二烷基苯磺酸三乙胺ABSN(10-30％)，减摩抗磨添加剂(1-5％)，消泡剂(0.5-1％)。本发明提供的钻井液润滑剂具有优异的减摩性能，润滑系数降低率达到了85.0％左右。
【IPC分类】C09K8/035
【公开号】CN105713580
【申请号】CN201510061776
【发明人】刘长斌
【申请人】北京鑫翔源长顺润滑油有限责任公司