本发明涉及油气井开采
技术领域：
，尤其涉及一种抗高温抗饱和盐生物质润滑剂及其制备方法。
背景技术：
：现今，随着石油勘探开发领域的日益扩大，钻探地层不断加深，钻探方式不断翻新，钻探难度也逐渐增加。深井、超深井、定向井、水平井、大位移井、小井眼井、高密度长裸眼井等特殊条件的井日益增多，钻井速度需要大幅度提高，使用钻井液用润滑剂能够解决这些复杂问题。随着钻遇高温、高压、膏岩层及各种复杂地层的几率愈来愈高，一般要求润滑剂不仅能抗磨和降磨阻，还需要具有良好的耐温、抗盐性能。此外，还要求其配伍性好，不腐蚀金属，不污染环境，不影响对地层资料的分析和评价，无毒或低毒，无荧光或低荧光，易生物降解，不起泡，不增粘，对钻井液的流变性无明显影响。我国油气钻井行业目前使用的钻井液抗高温润滑剂品种相对较少，而且都有一定的局限性。如有些在钻井液中混原油、白油等矿物油，不环保；有些钻井液在ph高于10时分解失效；有些使钻井液起泡；有些在盐水中难于分散等等。然而在实际应用中，许多地区钻井时必须要考虑高温高压、钻井液起泡、无机盐侵蚀等多种问题。因此，集绿色、强润滑、抗温、抗盐以及配伍性等多功能于一体的润滑剂的开发具有十分重要的现实意义。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抗高温抗饱和盐生物质润滑剂及其制备方法，本发明提供的润滑剂具有绿色、抗高温、抗饱和盐的优良性能。本发明提供了一种抗高温抗饱和盐生物质润滑剂，以重量份计，包括：60～80份的月桂醇烷基醚；13～37份的油酸钾溶液；2～5份的乳化剂；1～2份的增粘剂。在本发明中，所述月桂醇烷基醚的重量份数优选为65～75份，更优选为68～72份，最优选为70份。在本发明中，所述月桂醇烷基醚优选具有式i所示的结构式：式i中，r为碳原子数为1～10的烷基。在本发明中，所述r优选为碳原子数为1～8的烷基，更优选为碳原子数为2～6的烷基，最优选为碳原子数为3～5的烷基。本发明对所述月桂醇烷基的来源没有特殊的限制，按照本领域技术人员熟知的月桂醇烷基的制备方法制备得到即可。在本发明中，所述油酸钾溶液的重量份数优选为15～35份，更优选为20～30份，最优选为25份。在本发明中，所述油酸钾溶液优选为油酸钾水溶液。在本发明中，所述油酸钾溶液的质量浓度优选为10～25％，更优选为15～20％，最优选为16～18％。本发明采用油酸钾溶液作为润滑剂的成分，本发明中的油酸钾溶液与月桂醇烷基醚具有协同作用，在其相互配合共同作用下，能够使得到的润滑剂具有良好的综合性能。在本发明中，所述乳化剂的重量份数优选为3～4份，更优选为3.5份。在本发明中，所述乳化剂优选为山梨醇酐单油酸酯、丙二醇单硬脂酸酯、双乙酰酒石酸单甘油酯和硬脂酸乳酸盐中的一种或几种。在本发明中，所述硬脂酸乳酸盐优选为硬脂酸乳酸钠、硬脂酸乳酸钙和硬脂酸乳酸钠-钙中的一种或几种。在本发明中，所述增粘剂的重量份数优选为1.2～1.8份，更优选为1.4～1.6份。在本发明中，所述增粘剂优选为高粘羧甲基纤维素钠，即cmc-hv，所述高粘羧甲基纤维素钠中葡萄糖的聚合度优选为200～600，更优选为250～550，更优选为300～500，更优选为350～450，最优选为400。本发明优选采用上述高粘羧甲基纤维素钠作为增粘剂，本发明中的高粘羧甲基纤维素钠与月桂醇烷基醚具有协同作用，在其相互配合共同作用下，能够使本发明提供的润滑剂具有更好的综合性能。本发明提供了一种上述技术方案所述的抗高温抗饱和盐生物质润滑剂的制备方法，包括：将月桂醇烷基醚、油酸钾溶液、乳化剂和增粘剂混合，得到抗高温抗饱和盐生物质润滑剂。在本发明中，所述月桂醇烷基醚、油酸钾溶液、乳化剂和增粘剂的用量与上述技术方案所述月桂醇烷基醚、油酸钾溶液、乳化剂和增粘剂的重量份数一致，在此不再赘述。在本发明中，所述月桂醇烷基醚、油酸钾溶液、乳化剂和增粘剂的种类和来源与上述技术方案所述月桂醇烷基醚、油酸钾溶液、乳化剂和增粘剂的种类和来源一致，在此不再赘述。在本发明中，所述混合优选在反应釜中进行。在本发明中，所述混合的温度优选为40～60℃，更优选为45～55℃，最优选为50℃。在本发明中，所述混合的时间优选为1～3小时，更优选为1.5～2.5小时，最优选为2小时。在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度优选为1200～1800r/min，更优选为1300～1700r/min，更优选为1400～1600r/min，最优选为1500r/min。本发明提供的抗高温抗饱和盐生物质润滑剂其抗温可达240℃，在水基钻井液中稳定性好；能显著降低极压润滑系数，淡水浆润滑系数降低率≥90％，饱和盐水浆润滑系数降低率≥75％，其对减少卡钻等井下复杂情况，保证安全、优质、快速钻井起着至关重要的作用。本发明提供的抗高温抗饱和盐生物质润滑剂在基浆中添加量为1％时，表观粘度变化小，气泡率＜3％，表面张力降低率≥50％，在水基钻井液中配伍性好，加入钻井液中不起泡不增粘，对钻井液的流变性无明显影响。本发明提供的生物质润滑剂不腐蚀金属、不污染环境，不影响对地层资料的分析和评价，低荧光，荧光级别≤3级。本发明提供的生物质润滑剂加入钻井液后其滤失量基本无变化，对稳定井壁起着重要作用。本发明提供的生物质润滑剂绿色无毒、价格低廉，制备方法简单、快捷、高效。本发明提供的抗高温抗饱和盐生物质润滑剂能够解决现有钻井液高温高压稳定性差等问题，同时具有抗高温、抗饱和盐、环保无毒、易生物分解、无荧光、价格低廉等特性，且能够与水基钻井液配伍性好，尤其适用于大位移井、斜井及水平井等特殊钻井作业。本发明提供的抗高温抗饱和盐生物质润滑剂具有绿色、抗高温、抗饱和盐，加入钻井液不起泡、不增粘，对钻井液流变性无明显影响等特性，适用于直井、斜井及水平井等井型，以及淡水、海水及饱和盐水体系。具体实施方式下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。本发明以下实施例所用到的原料均为市售商品。实施例1将1mol月桂醇、0.15mol氯乙烷、0.15mol氢氧化钠和0.25mol的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体催化剂加入带有搅拌、冷凝和加热装置的反应釜中，搅拌混合均匀。在60℃、200rpm的条件下反应16小时，降至室温，纯化后得到月桂醇乙醚，所述月桂醇乙醚的结构式为：未给出的端基为甲基。将60重量份的月桂醇乙醚、37重量份的质量浓度为10％的油酸钾水溶液、2重量份的山梨醇酐单油酸酯和1重量份的高粘羧甲基纤维素钠(cmc-hv)加入到搅拌罐中，在温度为40℃、1200r/min的速度下搅拌3小时，使其混合均匀，得到生物质润滑剂。实施例2将1mol月桂醇、0.15mol氯丁烷、0.15mol氢氧化钠和0.25mol的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体催化剂加入带有搅拌、冷凝和加热装置的反应釜中，搅拌混合均匀。在80℃、300rpm的条件下反应16小时，降至室温，纯化后得到月桂醇丁醚，所述月桂醇丁醚的结构式为：未给出的端基为甲基。将80重量份的月桂醇丁醚、13重量份的质量浓度为15％的油酸钾水溶液、5重量份的丙二醇单硬脂酸酯和2重量份的高粘羧甲基纤维素钠(cmc-hv)加入到搅拌罐中，在温度为60℃、1800r/min的速度下搅拌1小时，使其混合均匀，得到生物质润滑剂。实施例3将1mol月桂醇、0.15mol氯己烷、0.15mol氢氧化钠和0.25mol的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体催化剂加入带有搅拌、冷凝和加热装置的反应釜中，搅拌混合均匀。在100℃、300rpm的条件下反应16小时，降至室温，纯化后得到月桂醇己醚，所述月桂醇己醚的结构式为：未给出的端基为甲基。将70重量份的月桂醇己醚、25重量份的质量浓度为20％的油酸钾水溶液、4重量份的双乙酰酒石酸单甘油酯和1重量份的高粘羧甲基纤维素钠(cmc-hv)加入到搅拌罐中，在温度为50℃、1500r/min的速度下搅拌2小时，使其混合均匀，得到生物质润滑剂。实施例4将1mol月桂醇、0.15mol氯辛烷、0.15mol氢氧化钠和0.25mol的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体催化剂加入带有搅拌、冷凝和加热装置的反应釜中，搅拌混合均匀。在110℃、300rpm的条件下反应16小时，降至室温，纯化后得到月桂醇辛醚，所述月桂醇辛醚的结构式为：未给出的端基为甲基。将65重量份的月桂醇辛醚、30重量份的质量浓度为25％的油酸钾水溶液、3重量份的硬脂酰乳酸钠-钙和2重量份的高粘羧甲基纤维素钠(cmc-hv)加入到搅拌罐中，在温度为50℃、1400r/min的速度下搅拌2小时，使其混合均匀，得到生物质润滑剂。实施例5将1mol月桂醇、0.15mol氯癸烷、0.15mol氢氧化钠和0.25mol的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体催化剂加入带有搅拌、冷凝和加热装置的反应釜中，搅拌混合均匀。在120℃、200rpm的条件下反应16小时，降至室温，纯化后得到月桂醇癸醚，所述月桂醇癸醚的结构式为：未给出的端基为甲基。将75重量份的月桂醇癸醚、19重量份的质量浓度为12％的油酸钾水溶液、5重量份的山梨醇酐单油酸酯和1重量份的高粘羧甲基纤维素钠(cmc-hv)加入到搅拌罐中，在温度为60℃、1600r/min的速度下搅拌3小时，使其混合均匀，得到生物质润滑剂。实施例6将1mol月桂醇、0.15mol氯丁烷、0.15mol氢氧化钠和0.25mol的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体催化剂加入带有搅拌、冷凝和加热装置的反应釜中，搅拌混合均匀。在80℃、300rpm的条件下反应16小时，降至室温，纯化后得到月桂醇癸醚，所述月桂醇丁醚的结构式为：未给出的端基为甲基。将80重量份的月桂醇丁醚、16重量份的质量浓度为18％的油酸钾水溶液、2重量份的丙二醇单硬脂酸酯和2重量份的高粘羧甲基纤维素钠(cmc-hv)加入到搅拌罐中，在温度为50℃、1700r/min的速度下搅拌1小时，使其混合均匀，得到生物质润滑剂。比较例1按照实施例6所述的方法制备得到的生物质润滑剂，与实施例6的区别在于，生物质润滑剂中不添加油酸钾水溶液，并采用96重量份的月桂醇丁醚替换实施例6中的80重量份的月桂醇丁醚。比较例2按照实施例6所述的方法制备得到的生物质润滑剂，与实施例6的区别在于，生物质润滑剂中不添加高粘羧甲基纤维素钠，并采用82重量份的月桂醇丁醚替换实施例6中的80重量份的月桂醇丁醚。实施例7对本发明实施例和比较例制备得到的生物质润滑剂进行润滑性能测试，方法如下：分别于1#、2#、3#、4#、5#和6#高搅杯中加入淡水基浆300ml，将1#、3#和5#高搅杯基浆高搅5min，倒入1#、3#和5#老化罐中；分别取3g本发明实施例和比较例制备得到的生物质润滑剂加入2#、4#、6#高搅杯基浆中(即总共进行8次实验，每次实验是将一个实施例或比较例制备的生物质润滑油同时加入2#、4#和6#高搅杯中)，高搅5min，倒入2#、4#、6#老化罐中。将1#～6#老化罐在240℃的滚子加热炉中热滚16小时，取出冷却至室温，高搅5min，测试其润滑系数(采用环球(香港)科技有限公司提供的ofite型号的数显式极压润滑仪进行测试)，检测结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备的生物质润滑剂在淡水基浆中的润滑性能。分别与1#、2#、3#、4#、5#、6#高搅杯中加入淡水基浆300ml，向1#、3#、5#高搅杯中加入108g的nacl，高搅5min，倒入1#、3#、5#老化罐中；向2#、4#、6#高搅杯中加入108g的nacl，高搅5min，加入3g实施例和比较例制备得到的生物质润滑剂(同样也是进行8次实验，每次实验将一个实施例或比较例制备得到的生物质润滑剂同时加入2#、4#和6#高搅杯中)，再高搅5min倒入2#、4#、6#老化罐中，将1#～6#老化罐在240℃滚子加热炉中热滚16小时，取出冷却至室温，高搅5min，测试其润滑系数(检测仪器同上)，检测结果如表2所示，表2为本发明实施例和比较例制备的生物质润滑剂在盐水基浆中的润滑性能。上述润滑系数检测过程中，高搅时高速搅拌器的转速为11000±300r/min；淡水基浆的制备方法为:在高搅杯中加入300ml蒸馏水、0.6g的无水碳酸钠、15g的钠膨润土，高搅20min，期间至少中断两次以刮下粘附在杯壁上的粘附物，在(25±1℃)下补养护24小时，使其表观粘度达到(13～15)mpa.s，如果达不到可适当调节膨润土的加入量。表1本发明实施例和比较例制备的生物质润滑剂在淡水浆中的润滑性能表2本发明实施例和比较例制备的生物质润滑剂在饱和盐水浆中的润滑性能由表1和表2可以看出，本发明制备的生物质润滑剂在240℃高温条件下的淡水浆润滑系数降低率大于90％，饱和盐水润滑系数降低率大于75％，说明生物质润滑剂的润滑性、抗温、抗盐性能优良。实施例8对本发明实施例和比较例制备得到的生物质润滑油进行气泡率测试，具体方法为：按照实施例7所述的方法制备得到淡水基浆，将300ml的淡水基浆加入到1#、3#、5#高搅杯中，向高搅杯中加入3g实施例和比较例制备得到的生物质润滑油(进行8次实验，每次实验将一个实施例或比较例制备的生物质润滑油同时加入到1#、3#和5#高搅杯中)，高搅5min，搅拌停止后开始计时，在20s内将浆液倒入500ml的量筒中，30s内读出体积，计算起泡率，检测结果如表3所示，表3为本发明实施例和比较例制备的生物质润滑剂在淡水基浆中的起泡性能。表3本发明实施例和比较例制备的生物质润滑剂在淡水浆中的起泡性能由表3可以看出，在基浆中加入本发明制备的生物质润滑剂后，起泡率≤4.0％，说明本发明中的润滑剂与水基钻井液配伍性好，基本不起泡。实施例9对本发明实施例制备得到的生物质润滑剂进行荧光级别测试，在洁净烘干的编号为1#、2#、3#的100ml的烧杯中加入20ml的三氯甲烷，加入1g实施例和比较例制备得到的生物质润滑剂(进行8次实验，每次试验将一个实施例或比较例制备的生物质润滑剂同时加入1#、2#、3#高搅杯中)，摇匀、放置、澄清，倒出10～15ml澄清液于干净试管中，在地质荧光仪下观看荧光与相关标准系列对比确定应该级别，检测结果如表4所示，表4为本发明实施例制备的生物质润滑剂的荧光性能。表4本发明实施例制备的生物质润滑剂的荧光性能由表4可以看出，本发明制备的生物质润滑剂具有低荧光的特性，荧光级别≤3级，说明加入本发明的生物质润滑剂后，无荧光干扰，有利于勘探时发现储层。实施例10对本发明实施例和比较例制备的生物质润滑剂进行表观粘度和滤失量进行测试，具体方法为：按照实施例7所述的方法制备得到淡水基浆，将400ml的淡水基浆分别加入1#、2#、3#、4#、5#、6#高搅杯中，将1#、3#、5#高搅杯搅拌基浆5min，在2#、4#、6#中加入本发明实施例和比较例制备的生物质润滑剂4g(总共进行8次实验，每次试验将一个实施例或比较例制备的生物质润滑剂同时加入2#、4#、6#高搅杯中)，测试1#～6#高搅杯中的浆液在600转的读数(采用青岛德顺电子机械有限公司提供的znn-d6b型的电动六速粘度计测定)，计算得到表观粘度，并测试浆液的中压滤失量(采用青岛德顺电子机械有限公司提供的sd-4型的多联中压滤失仪测定)，检测结果如表5和表6所示。表5本发明实施例和比较例制备的生物质润滑剂在淡水浆中的表观粘度性能由表5可知，在淡水浆中加入本发明制备的生物质润滑剂后，其表观粘度略有降低，因此，本发明制备的生物质润滑剂对钻井液流变性能没有明显影响。表6本发明实施例制备的生物质润滑剂在淡水浆中的降滤失性能由表6可知，在淡水基浆中加入本发明制备的生物质润滑剂后其滤失量变化较小，表明本发明提供的生物质润滑剂对稳定井壁起着重要作用。实施例11对本发明实施例和比较例制备得到的生物质润滑剂进行表面张力测试，具体方法为：将样品杯中倒入50ml的蒸馏水，按润湿接触角测定仪的使用方法测试蒸馏水的表面张力值，在样品杯中倒入50ml的蒸馏水，加入0.75g的本发明实施例和比较例制备的生物质润滑剂(总共进行8次实验，每次试验加入一个实施例或比较例制备的生物质润滑剂)，用玻璃棒搅拌5min，按照润湿接触角测定仪的使用方法测试含有润滑剂的水溶液的表面张力值，检测结果如表7所示。表7本发明实施例和比较例制备的生物质润滑剂在水溶液中的表面张力由表7可以看出，加入本发明制备的生物质润滑剂后表面张力降低，且降低率≥56％，该性能对防止泥页岩水化膨胀、分散，防止井壁坍塌等均具有重要作用。实施例12对本发明实施例制备的生物质润滑剂进行生物毒性测试，具体方法为：将本发明实施例制备的生物质润滑剂用质量浓度为3％的氯化钠溶液配制成50000mg/l的溶液200ml，在12000r/min的转速下搅拌30min，使样品充分溶解，用该溶液配制质量含量为0、10000mg/l、25000mg/l、50000mg/l、100000mg/l、200000mg/l的本发明实施例制备的生物质润滑剂各10ml(总共进行6次实验，每次试验测试一个实施例制备的生物质润滑剂)，静置60min，然后向上述不同生物质润滑剂浓度的溶液中加入发光细菌t3粉末10mg，充分震荡混匀后，以质量浓度为3％的氯化钠溶液作为对比分别测试发光菌与带有生物质润滑剂的溶液接触15min后的相对发光值ec50，检测结果如表8所示，表8为本发明实施例制备的生物质润滑剂的生物毒性测试结果。表8本发明实施例8制备的生物质润滑剂的生物毒性测试结果实施例123456ec50，mg/l164400174200175000165500161800177000由表8可以看出，本发明制备的生物质润滑剂样品的ec50值≥164400mg/l(远远超过国家环保规定的无毒指标30000mg/l)，表明本发明制备的生物质润滑剂绿色无毒。实施例13对本发明实施例制备的生物质润滑剂进行动物毒性测试，具体方法为：采用卫生部《消毒技术规范》(2002年版)中急性经口毒性实验方法，利用小白鼠进行动物毒性实验，具体的测试方法为：(a)材料和动物动物来源：清洁级昆明种小鼠，20只，体重18～22g，由中国人民解放军军事医学科学院实验动物中心提供的。动物饲养环境：室温(20～22.6)℃，相对湿度(44.0～57.3)％rh，群笼饲养，10只/笼。(b)实验方法检测依据：卫生部《消毒技术规范》(2002年版)2.3.1部分：受试动物配制方法：称取本发明实施例制备的生物质润滑剂5g(进行6次实验，每次试验测试一个实施例制备的生物质润滑剂)，加入玉米油10ml，混匀后直接灌胃；按“一次最大限度试验”要求，选健康成年小鼠20只，雌雄各半，剂量设计按雌性为5000mg/kgbw，雄性为5000mg/kgbw，按0.2ml/10gbw经口灌胃给予受试物，灌胃前动物禁食16小时，自由饮水，灌胃后给予正常饮食，观察14天，记录中毒体征及死亡情况，检测结果如表9所示，表9为本发明实施例制备的生物质润滑剂的动物毒性检测结果。表9本发明实施例制备的生物质润滑剂的动物毒性检测结果由表9可知，试验期内，实验动物生长正常，未见中毒体征或死亡，大体解剖未见异常。可见，雌雄小鼠急性经口ld50大于5000mg/kg。根据卫生部《消毒技术规范》(2002年版)中化学品急性经口毒性分级标准判定，本发明提供的生物质润滑剂对动物没有危害，无毒环保。通过上述实验测试可知，本发明制备的钻井液用生物质润滑剂，抗温可达240℃，淡水浆润滑系数降低率≥90％，饱和盐水润滑系数降低率≥75％；淡水浆中加入润滑剂后表观粘度变化小，滤失量变化小，起泡率≤4％，表面张力降低率≥56％；低荧光，荧光级别≤3级；生物毒性为ec50≥164400mg/l，动物ld50≥5000mg/l，环保性好。与水基钻井液混合无沉淀，有良好的配伍性，具有抗高温、环保无毒等特性。由以上实施例可知，本发明提供了一种抗高温抗饱和盐生物质润滑剂，以重量份计，包括：60～80份的月桂醇烷基醚；13～37份的油酸钾溶液；2～5份的乳化剂；1～2份的增粘剂。本发明提供的润滑剂中月桂醇烷基醚和油酸钾溶液具有协同，二者相互配合共同作用，能够使得到的润滑剂具有抗高温、抗饱和盐的效果，而且本发明提供的润滑剂绿色无毒、易于生物分解，尤其适用于储层埋藏深、高温高压的油气井，适用于大位移井、移井、斜井及水平井等特殊井作业。以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3