一种改性植物油、制备方法及其在水基钻井液润滑剂中的应用与流程

本发明涉及油田化学领域，具体涉及一种改性植物油、制备方法及其在水基钻井液润滑剂中的应用。

背景技术：

1、随着深井、超深井、长水平井和大位移井钻探越来越多，井下情况越来越复杂，其中由于井下钻具与地层岩石摩擦导致的卡钻托压等问题愈发显著，对于长水平井和大位移井尤为突出。为降低钻井过程中的摩阻和扭矩，提高钻井速率，常常向钻井液中添加润滑剂。在造斜段和水平段钻进更需要加入润滑剂，以降低摩阻和扭矩、减少卡钻等复杂情况并提高钻速。

2、现有的普通的润滑剂有植物油、矿物油类、石蜡、乙二醇、聚乙二醇类等，这些润滑剂存在一个重要的缺陷：只能在低负荷下起作用，在高载荷条件下抗磨及润滑性能不理想，钻头经常会先期磨损。常规的钻井液用润滑剂大多为白油等矿物油，由于生物降解性较差，容易对生态造成污染。常规润滑剂还存在发泡率高、荧光级别高、不可再生等问题，这些问题不仅会对录井造成荧光干扰，而且大大增加了废弃钻井液的处理难度和成本，若处理不当还会造成严重的环境事故。

3、目前解决润滑剂环保性能差的手段，主要是使用植物油作为润滑剂基油。植物油中的羰基官能团具有较强的极性，使其能够牢固地吸附在带正电的金属钻杆表面，形成一层强韧的润滑膜，从而赋予其相比矿物油和合成油更为优异的润滑性能。此外，植物油还具有无毒、可再生、易降解、成本低、低挥发性、高闪点、低倾点等诸多优点，因此其作为钻井液润滑剂的应用潜力也激发了研究人员的兴趣。但植物油中的甘油基和不饱和双键导致植物油在高温下容易氧化变质，使得润滑性能降低，甚至导致钻井液性能恶化。此外，植物油极易水解，且低温流动性和热稳定性差，这些缺点使其难以直接作为钻井液润滑剂使用，往往需要进行化学改性。故需要研制一种针对水基钻井液的抗高温环保型改性植物油润滑剂。

4、由于植物油含有不饱和双键，可以通过化学改性提高其高温稳定性和润滑性。目前商业化的改性方法大多使用环氧法和酯交换法。但环氧改性后的植物油稳定性较差，这是由于环氧基在酸或碱的条件下很容易与活泼氢发生开环反应。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种改性植物油、制备方法及其在水基钻井液润滑剂中的应用。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种改性植物油的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)基于酯交换法对植物油进行改性，得到植物油甲酯；

5、(2)基于环氧法对所述植物油甲酯进行改性，得到环氧植物油甲酯；

6、(3)将所述环氧植物油甲酯中加入甲苯、催化剂阳离子交换树脂和三甲基乙酰氯，在室温-40℃进行反应，反应5h以上，反应完成后，将产物洗涤至中性，除水干燥，得到改性植物油。

7、进一步的，步骤(1)中，所述植物油为花生油、菜籽油、蓖麻油和棕榈油中的一种或多种。

8、进一步的，步骤(3)中，所述催化剂阳离子交换树脂为amberlyst-15阳离子交换树脂或pd206阳离子交换树脂。

9、进一步的，步骤(3)中，每40-60g环氧植物油甲酯中，加入300g甲苯、0.1-0.2g催化剂阳离子交换树脂和12-15g三甲基乙酰氯。

10、进一步的，步骤(1)的具体操作为：

11、将植物油中加入甲苯和催化剂，之后滴加甲醇，在60-80℃进行反应3h以上，反应完毕后，将产物洗涤至中性，干燥，得到酯交换产物植物油甲酯；

12、每40-60g植物油中，加入100g甲苯、0.25-0.5g的催化剂和60-100g甲醇。

13、进一步的，所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠或浓硫酸。

14、进一步的，步骤(2)的具体操作为：

15、称取40-80g所述植物油甲酯，加入80-100g甲苯，然后加入0.1g催化剂阳离子交换树脂、4-6g乙酸和2.5-5g过氧化氢，在60℃下反应3h，反应完毕后，将产物洗涤至中性，除水干燥，得到环氧菜籽油甲酯。

16、一种改性植物油的制备方法，根据本发明的制备方法制备得到。

17、进一步的，在水基钻井液作为润滑剂应用。

18、进一步的，用于温度高达180℃的水基钻井液环境中。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明的改性植物油的制备方法，制备过程简洁，反应可控，能够大范围推广。

21、本发明的改性植物油，在环氧改性的基础上，使用烷基酰氯对其进行改性，进一步提高了高温稳定性、水解稳定性和润滑性。另一方面，改性植物油润滑剂具有荧光级别低、无生物毒性、生物降解性好的特点。本发明解决了钻井液润滑剂不能兼具荧光级别低、环保性能、高温稳定性和润滑性的问题。

22、本发明的改性植物油在水基钻井液润滑剂中的应用，在温度高达180℃时，还稳定存在，且对环境无污染。

技术特征：

1.一种改性植物油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种改性植物油的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述植物油为花生油、菜籽油、蓖麻油和棕榈油中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种改性植物油的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述催化剂阳离子交换树脂为amberlyst-15阳离子交换树脂或pd206阳离子交换树脂。

4.根据权利要求1所述的一种改性植物油的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，每40-60g环氧植物油甲酯中，加入300g甲苯、0.1-0.2g催化剂阳离子交换树脂和12-15g三甲基乙酰氯。

5.根据权利要求1所述的一种改性植物油的制备方法，其特征在于，步骤(1)的具体操作为：

6.根据权利要求5所述的一种改性植物油的制备方法，其特征在于，所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠或浓硫酸。

7.根据权利要求1所述的一种改性植物油的制备方法，其特征在于，步骤(2)的具体操作为：

8.一种改性植物油的制备方法，其特征在于，根据权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到。

9.根据权利要求8所述的改性植物油的制备方法的应用，其特征在于，在水基钻井液作为润滑剂应用。

10.根据权利要求9所述的改性植物油的制备方法的应用，其特征在于，用于温度高达180℃的水基钻井液环境中。

技术总结
本发明公开了一种改性植物油、制备方法及其在水基钻井液润滑剂中的应用，涉及油田化学领域。本发明的改性植物油的制备方法，制备过程简洁，反应可控，能够大范围推广。本发明的改性植物油，在环氧改性的基础上，使用烷基酰氯对其进行改性，进一步提高了高温稳定性、水解稳定性和润滑性。另一方面，改性植物油润滑剂具有荧光级别低、无生物毒性、生物降解性好的特点。本发明的改性植物油在水基钻井液润滑剂中的应用，在温度高达180℃时，还稳定存在，且对环境无污染。

技术研发人员：刘洪涛,周波,梁红军,廖华林,周理志,黄贤斌,朱金智,董仁,刘永旺,王孝亮,张端瑞,赵俊,邵长春,王涛,董晓东
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10