一种缔合型润滑剂及含有该润滑剂的水基钻井液的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种缔合型润滑剂，本发明还设及一种含有缔合型润滑剂的水基钻井 液，属于石油钻井技术领域。
【背景技术】
[0002] 传统水基钻井液体系的润滑剂W原油、柴油、机油等矿物油为主。其中，原油在高 溫高压等极限条件下能够在钻具和岩壁的受力面形成稳定的油膜。由于原油中大量的高粘 度胶质存在，油膜在高溫极压的苛刻环境下仍能够保持润滑性能，成为钻井作业面对高难 度井的井下复杂情况，提高润滑效果最为有效的选择。
[0003] 而面对日益严格的环保要求，使用原油润滑技术已经受到越来越严格的限制。为 了保护生态环境，符合环保法规的要求，国内外一直在寻找能够替代原油的环保型润滑剂。
[0004] 美国专利US4181617早在1980年就开发了 W菜巧油为基础油的水基钻井液润滑 剂。至今大部分油田服务企业仍在一些结构较简单的井中使用该类型产品。由于使用的植 物油属于食用油脂，存在着与民争食的问题，同时成本较高。 阳0化]公开号为CN103045183A的中国发明专利公开了一种地沟油润滑剂，采用地沟油 为基础油制成润滑剂，该润滑剂能够有效解决钻井过程中降扭矩和摩阻问题。但地沟油成 分比较复杂，不但含有植物油，还有饱和程度较高的动物油脂，游离脂肪酸，卵憐脂等杂质 成分。由于运些组分的存在，使得W地沟油为主要成分的润滑油在气溫较高时容易腐化变 质，效果下降；气溫较低时又容易凝固结块，影响在钻井液中的分散，给施工作业造成不必 要的麻烦。
[0006][0007] 为了改善油脂分散问题，公开号为CN102952528A中国发明专利申请，公开了一种 可降解的钻井液润滑剂，在80~90%的生物柴油中加入5~10%的乳化剂和一定量的水进行 乳化，依靠表面活性剂把油脂分散在钻井液中，目前国内大部分油性润滑剂均属于运种类 型。公开号为CN103756651A的中国发明专利申请，采用特种非离子表面活性剂分散油相， 该表面活性剂可将油相分散为纳米尺寸的乳滴，改善了该类型润滑剂的存放问题。公开号 为CN103756651A的中国发明专利申请，将粘滞系数较高的石蜡分散为纳米乳滴，改善了油 性材料在钻井液、钻具表面和井壁的分散问题。由于油性材料被分散成纳米颗粒，因而在钻 具和井壁表面分散更均匀，润滑性与粗分散的大尺寸油性乳滴相比得到了显著提高。然而 润滑剂油相形成的乳滴在钻井过程中相当于具有弹性的颗粒，会对钻井液的流变性造成不 良影响，同时在摩擦层面的分布状态受乳滴分散程度的影响较大，不容易在受力面形成均 匀的润滑层，从而导致其在大斜度井、超深井等复杂结构井中使用效果不明显。
[0008] 上述环保型润滑剂在面对水平井、大位移井等复杂结构井时仍不能有效解决或降 低井下复杂情况。兼具环保，集润滑、抑制、配伍等多功能为一体的润滑剂开发较少，尤其是 在高难度复杂工况下能够具有关键润滑性能的润滑剂仍处于空白状态。
【发明内容】
[0009] 本发明的首要目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种缔合型润滑剂，可 吸附于钻具和井壁表面，润滑效果好，抗高溫高压能力强，可极大降低发生井下事故的几 率。
[0010] 为解决W上技术问题，本发明的一种缔合型润滑剂，其原料组分及重量含量如下， 合成油：100份、脂肪酸径锭：（3~5)份、烷基咪挫嘟：（3~8)份、咪挫嘟季锭盐：（2~5) 份和藍麻油横酸钢：（3~6)份；所述合成油为C18~C22脂肪酸甲醋中的任意一种或为任 意两种的混合物。
[0011] 相对于现有技术，本发明取得了 W下有益效果：①合成油构成吸附于钻具和井壁 表面的油膜主体；脂肪酸径锭起到把水分散的咪挫嘟季锭盐和藍麻油横酸钢均匀分散至油 相的作用，随着润滑剂加入水基钻井液中，分散功能弱化，吸附功能体现，可将润滑剂吸附 于金属钻具和井壁表面，当脂肪酸径锭在润滑剂中的含量超过5%时，对钻井液流变性会造 成不良影响。②烷基咪挫嘟可W提高金属表面的油膜强度；藍麻油横酸钢可W提高润滑剂 抗极限压力的能力，且价格便宜，使润滑剂具有高性能和低成本的优点。③该缔合型润滑剂 无毒无害，能够在高溫下提供足够润滑W降低摩擦阻力，在水基钻井液中加入3~5%本发明 的缔合型润滑剂，可使水基钻井液的抗溫能力从120°C提高至180°C，在180°C下仍可保持 润滑效果，而普通乳滴型润滑剂只能耐溫120°C，在180°C下会失效。④本发明缔合型润滑 剂的极压润滑降低率明显优于传统润滑剂，对泥岩的抑制性远高于传统润滑剂，且对钻井 液流变性能的影响明显小于传统润滑剂。⑥本发明的缔合型润滑剂可有效降低钻具在钻井 时遇到的扭矩和阻力，在钻具表面形成高强度保护油膜，不但能够帮助钻具对抗极端的溫 度、压力和重量，还可W预防异物的侵蚀和水、沙及其他硬物带来的伤害。⑧本发明的缔合 型润滑剂能够在井壁形成稳定油膜，与钻井液中的CoaterlO协同作用可阻止井壁水化膨 胀，与钻井液中的降失水剂化istemp协同作用可抗地层渗漏。
[0012] 作为本发明的优选方案，所述脂肪酸径锭的制备方法如下：首先将植物油脂肪酸 和醇胺W(2~4):1的重量比加入反应蓋中，在揽拌状态下，将反应蓋中的物料加热至50~ 60°C，反应至颜色透明出料即得所述脂肪酸径锭。①脂肪酸簇基与醇胺的胺基反应生成端 基带有径基的脂肪酸锭皂化物，该皂化物属于油包水乳化剂范围，在润滑剂油相环境下能 够有效分散藍麻油横酸钢的亲水组分，形成稳定分散体系；②当润滑剂分散到水基钻井液 水相时，该皂化物因具有阳离子特性，可在金属钻具表面稳定吸附，作为吸附油膜的基底 层；③形成的脂肪酸径锭皂在钻井液的碱性环境下性能稳定，当钻井完毕后需清除井壁的 泥饼时，改变井壁周围抑值至酸性，油膜可轻松脱除，使泥饼清除变得更简单，为后续的完 井工作提供方便。
[0013] 作为本发明的优选方案，所述植物油脂肪酸衍生自藍麻油、油菜巧油、栋桐油和花 生油中的任意一种或者为任意几种的组合；所述醇胺为二乙醇胺或=乙醇胺。二乙醇胺或 =乙醇胺的分子链长决定了其与脂肪酸形成的皂化物的亲水亲油平衡值，使该皂化物为油 包水的乳化剂，不选择该范围的醇胺无法使藍麻油横酸钢在油相中稳定分散。
[0014] 作为本发明的优选方案，所述烷基咪挫嘟的烷基链段为C18~C22的直链烷基中 的任意一种或者为任意几种的组合。C18~C22直链烷基链段的烷基咪挫嘟具有较好的粘 性指数，在较宽的井底溫度范围均能够起到良好的润滑效果，烷基咪挫嘟的亲水链段主要 起吸附井壁和钻具作用，其疏水链段与本发明采用合成油的碳链长度相当，可W形成稳定 的油膜。
[0015] 作为本发明的优选方案，所述咪挫嘟季锭盐至少包含通式（a)和通式（b)中的一 种或两种的混合物，混合物中各组分W任意重量比混合：
通式（a)或通式（b)中，Rl为C18~C22的直链烷基；Rz为Cl~C3的直链烷基；n为 1~3的整数。咪挫嘟季锭盐的Rl选择C18~C22直链烷基，具有较好的粘性指数，在较 宽的井底溫度范围均能够起到良好的润滑效果；咪挫嘟季锭盐为亲水链段主要起吸附井壁 作用，C18~C22直链烷基为疏水链段与本发明合成油的碳链长度相当，可W形成稳定的油 膜；咪挫嘟季锭盐可插入粘±间层，形成牢固的吸附点。
[0016] 本发明的另一个目的在于，提供一种含有缔合型润滑剂的水基钻井液，能够降低 钻具的钻进阻力，在井壁形成稳定油膜。
[0017] 为解决W上技术问题，本发明提供了一种含有缔合型润滑剂的水基钻井液，所述 水基钻井液的原料组分及重量含量如下，清水：100份、膨润上粉：（4~6)份、肥150增粘 剂：（0. 3 ~0. 8 份)、降失水剂 Dristemp : (0. 5 ~1)份、包被剂 Coater-IO : (0. 1 ~0. 2) 份、纯碱：（0. 1~0. 3)份和缔合型润滑剂：（3~6)份。
[0018] 相对于现有技术，本发明取得了如下有益效果：①合成油构成吸附于钻具和井壁 表面的油膜主体；脂肪酸径锭起到把水分散的咪挫嘟季锭盐和藍麻油横酸钢均匀分散至油 相的作用，随着润滑剂加入水基钻井液中，分散功能弱化，吸附功能体现，可将润滑剂吸附 于金属钻具和井壁表面，当脂肪酸径锭在润滑剂中的含量超过5%时，对钻井液流变性会造 成不良影响；②烷基咪挫嘟可W提高金属表面的油膜强度；藍麻油横酸钢可W提高润滑剂 抗极限压力的能力，且价格便宜，使缔合型润滑剂具有高性能和低成本的优点。③该缔合型 润滑剂无毒无害，能够在高溫下提供足够润滑W降低摩擦阻力，在水基钻井液中加入3~5% 本发明的缔合型润滑剂，可使水基钻井液的抗溫能力从120°C提高至180°C，在180°C下仍 可保持润滑效果，而普通乳滴型润滑剂只能耐溫120°C，在180°C下会失效。④本发明缔合 型润滑剂的极压润滑降低率明显优于传统润滑剂，对泥岩的抑制性远高于传统润滑剂，且 对钻井液流变性能的影响明显小于传统润滑剂。⑥本发明的缔合型润滑剂可有效降低钻具 在钻井时遇到的扭矩和阻力，在钻具表面形成高强度保护油膜，不但能够帮助钻具对抗极 端的溫度、压力和重量，还可W预防异物的侵蚀和水、沙及其他硬物带来的伤害。⑧本发明 的缔合型润滑剂能够在井壁形成稳定油膜，与钻井液中的CoaterlO协同作用可阻止井壁 水化膨胀，与钻井液中的降失水剂化iStemp协同作用可抗地层渗漏。
[0019] 作为本发明的优选方案，所述水基钻井液的原料组分及重量含量如下，清水：100 份、膨润上粉：4份、肥150增粘剂：0. 3份、降失水剂Dristemp :0. 5份、包被剂Coater-IO : 0. 1份、纯碱：〇. 1份和缔合型润滑剂：3份；所述缔合型润滑剂的原料组分及重量含量如 下，合成油：100份、脂肪酸径锭：3份、烷基咪挫嘟：3份、咪挫嘟季锭盐：2份和藍麻油横酸 钢：3份；所述合成油为C18的脂肪酸甲醋。
[0020] 作为本发明的优选方案，所述水基钻井液的原料组分及重量含量如下，清水：1〇〇 份、膨润±粉：5份、肥150增粘剂：0. 5份、降失水剂Dristemp :0. 8份、包被剂Coater-IO : 0. 15份、纯碱：0. 2份和缔合型润滑剂：4份；所述缔合型润滑剂的原料组分及重量含量如 下，合成油：100份、脂肪酸径锭：4份、烷基咪挫嘟：5份、咪挫嘟季锭盐：4份和藍麻油横酸 钢：5份；所述合成油为C20的脂肪酸甲醋。
[0021] 作为本发明的优选方案，所述水基钻井液的原料组分及重量含量如下，清水：100 份、膨润上粉：6份、肥15