一种钻井液用高效抗温抗盐润滑剂及其生产和检测方法与流程

2021-02-02 16:02:09|

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本发明涉及一种润滑剂，具体地说是一种钻井液用高效抗温抗盐润滑剂及其生产和检测方法，属于润滑剂领域。

背景技术：

目前市售抗温抗盐润滑剂大多都是针对淡水浆中抗高温并且抗盐性能虽有达到抗饱和盐的地步，但是满足以上两项指标的同时还能够在高密度钻井液中使用的，并且由于液体润滑剂自身特点都会增加试验浆的滤失量，尤其是在高密度泥浆中几乎所有液体润滑剂都无法降低试验浆的滤失量。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明设计了一种钻井液用高效抗温抗盐润滑剂及其生产和检测方法，抗污染能力强，抗高温性能优异，在高密度钻井液中能有效的降低摩阻，能够在一定程度上降低试验浆的滤失量。

本发明的技术方案为：

一种钻井液用高效抗温抗盐润滑剂，由以下重量份的原料制备而成：

由以下重量份的原料制备而成：

30-40份工业油酸，10-15份乳化植物沥青，20份原油，8份水溶性调节剂，7-22软化水；

所述工业油酸为十六烯酸至十八烯酸或其混合物；

所述原油的成分为含水量低于0.5%的轻质原油；

所述乳化植物沥青为植物沥青与山梨醇在200℃，催化剂条件下发生酯化反应，生成高级脂肪酸酯，使其拥有乳化性能，与普通植物沥青相比，其更具有乳化性能；

所述水溶性调节剂为农用尿素；

所述软化水为硬度为0的水。

原油在本发明润滑剂配方中起到了良好的消泡作用，因为油酸及乳化植物沥青都存在着起泡率较高的问题，因此配方中加入适当的原油控制成品的起泡率。

软化水在本发明中主要作用是溶解添加剂尿素，因为尿素属于非油溶性物质，并且油酸与尿素的反应必须在水中反应。

一种钻井液用高效抗温抗盐润滑剂的生产方法，包括以下步骤：

s1、在反应容器中加入工业油酸35-40份，再加入乳化植物沥青15-25份，搅拌均匀后加入原油20份，最后将所有物料搅拌均匀；

s2、在另一反应容器中加入水溶性调节剂8份，再加入软化水7-22份，将所有物料搅拌均匀；

s3、将步骤s2所得混合液缓慢加入至步骤s1所得混合液中，常温下搅拌40min，即得成品润滑剂。

工业油酸与尿素常温下在水中发生化学反应形成“特殊”的酰胺类物质，该类物质在高温下会进一步反应形成更加稳定的酰胺结构，具体反应如下：

常温下反应

（1）

高温下反应，随着钻井深度的增加，井底温度会随着井深的增加而升高，当温度超过120℃时发生以下化学反应：

（2）

在润滑剂成品中润滑沥青占比15-25份，反应（s1）的产物占比40-50份，原油占10-20份，其余部分均为水，当润滑剂成品在井下作业时由于温度的升高反应（s1）中的产物在温度超过120℃后会按照反应（s2）继续进行反应，此时润滑剂成分为反应（s2）的产物占比40-50份、乳化植物沥青占比15-25份，原油占比10-20份，其余部分均为水。

作用原理：相比于传统润滑剂加入大量的乳化剂提升其抗温性能，本发明润滑剂分两部分提升润滑效果：

（1）乳化植物沥青是以植物沥青与山梨醇为原料反应而来，植物沥青中的高级脂肪酸与山梨醇反应生成具有极强乳化性能与高润滑性能的高级脂肪酸山梨醇酯，由于高级脂肪酸的特点决定了生成的高级脂肪酸山梨醇酯同样具有“粘附”作用，因此其会“粘附”在钻井液中的固相颗粒表面，将所用的固相颗粒包裹，降低固相颗粒表面的电荷，同时将固相颗粒“转变”为“类固体润滑剂”结构，此结构的形成能够大幅度降低体系的摩阻系数，并且降低体系中固相颗粒的沉降速度，因此能够在一定程度上降低体系的滤失量。因此在高密度泥浆中或在水中重晶石颗粒会被包裹成为“类固体润滑剂”，所以在含有本发明的润滑剂的水中重晶石能够更好的悬浮；

（2）工业油酸本就具有良好的润滑性能，但由于油酸属于长链脂肪酸类，因此油酸属于非水溶性酸，以此油酸作为润滑剂其抗盐和抗钙能力极差，因此添加剂的加入能够有效的改善油酸无法水溶的现象，并且不会影响油酸的润滑性能。

一种钻井液用高效抗温抗盐润滑剂的检测方法，包括以下步骤：

（1）检测用基浆的配制：400ml蒸馏水中加入0.2g无水碳酸钠（分析纯），搅拌至无水碳酸钠完全溶解后加入20.0g实验用钠土，11000r/min高速搅拌20min，24℃条件下密闭养护24h；

（2）氯化钠污染浆配制：取步骤（1）中已养护24h后的基浆400ml，分别向其中加入分析纯氯化钠145g，11000r/min高速搅拌20min配制成饱和氯化钠污染浆；

（3）氯化钙污染浆配制：取步骤（1）中已养护24h后的基浆400ml，分别向其中加入分析纯氯化钙1.1g，11000r/min高速搅拌20min配制成1000mg/l氯化钙污染浆；

（4）分别取步骤（1）、（2）、（3）中的基浆各2份，其中一份加入润滑剂试样2.0ml，另一份作为空白，分别在室温、100℃、120℃、150℃、180℃、200℃条件下热滚16h，取出后冷却至室温，按照公式（1）计算润滑系数降低率室温条件下，用极压润滑仪分别测定基浆及加样浆在0.7mpa(150inch·lbf力矩，1.5inch力臂)压力、60r/min转速下的扭矩读值；并按照公式1计算润滑系数降低率：

(1)

式中：

r——润滑系数降低率，％；

k0——基浆的扭矩读值；

k1——加样浆的扭矩读值；

（5）取步骤（1）中基浆，分别加入高密度重晶石粉将其密度调至2.3g/cm³，取两份密度已调至2.3g/cm³的试验浆各400ml，取其中一份试验浆加入1.0%本发明润滑剂试样，另一份作为空白试验浆，分别将空白试验浆和加样浆高速搅拌10min后用摩阻系数仪在4.0mpa条件下压制泥饼20min，压制泥饼结束后在5.0mpa的压力进行黏附盘与泥饼的吸附，吸附时间10min，用扭矩仪测定空白浆与加样浆的扭矩，并按照公式（2）计算试样的粘附系数降低率：

本发明的有益效果为：

1、抗污染能力强，相比于市售抗温抗盐润滑剂润滑剂本发明润滑剂在抗饱和盐污染能力方面有明显提高，在1000mg/l钙离子污染浆中润滑系数降低率比市售抗温抗盐润滑剂高5倍以上；

2、抗高温性能优异，200℃老化后性能几乎无变化尤其是钙离子污染浆老化后润滑性能几乎无下降，市售抗温抗盐润滑剂已失效；

3、在高密度钻井液中能有效的降低摩阻；

4、能够在一定程度上降低试验浆的滤失量。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例同类型润滑剂性能对比；

图2为本发明实施例同类型润滑剂在高密度试验浆中性能对比；

图3为本发明实施例同类型润滑剂抗高温性能对比；

图3-1为本发明实施例同类型润滑剂在饱和盐水浆中抗高温性能对比；

图3-2为本发明实施例同类型润滑剂在1000mg/l钙离子污染浆中抗高温性能对比；

图4为本发明实施例油酸加量对试样抗高温性能的影响；

图5为本发明实施例油酸加量对试样抗盐、抗高温性能的影响；

图6为本发明实施例油酸加量对试样抗钙离子污染性能的影响；

图7为本发明实施例油酸加量对试样在高密度试验浆中润滑性能的影响；

图8为本发明实施例乳化植物沥青加量对试样抗高温性能的影响；

图9为本发明实施例油酸加量对试样抗盐、抗高温性能的影响；

图10为本发明实施例油酸加量对试样抗钙离子污染性能的影响；

图11为本发明实施例乳化植物沥青加量对试样抗钙离子污染性能的影响。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种钻井液用高效抗温抗盐润滑剂，由以下重量份的原料制备而成：

30-40份工业油酸，10-15份乳化植物沥青，20份原油，8份水溶性调节剂，7-22软化水；

所述工业油酸为十六烯酸至十八烯酸或其混合物；

所述原油的成分为含水量低于0.5%的轻质原油；

所述水溶性调节剂为农用尿素；

所述软化水为硬度为0的水。

软化水在本发明中主要作用是溶解添加剂（尿素），因为尿素属于非油溶性物质，并且油酸与尿素的反应必须在水中反应。

一种钻井液用高效抗温抗盐润滑剂的生产方法，包括以下步骤：

s1、在反应容器中加入工业油酸35-40份，再加入乳化植物沥青15-25份，搅拌均匀后加入原油20份，最后将所有物料搅拌均匀；

s2、在另一反应容器中加入水溶性调节剂8份，再加入软化水7-22份，将所有物料搅拌均匀；

s3、将步骤s2所得混合液缓慢加入至步骤s1所得混合液中，常温下搅拌40min，即得成品润滑剂。

工业油酸与尿素常温下在水中发生化学反应形成“特殊”的酰胺类物质，该类物质在高温下会进一步反应形成更加稳定的酰胺结构，具体反应如下：

常温下反应

作用原理：相比于传统润滑剂加入大量的乳化剂提升其抗温性能，本发明润滑剂分两部分提升润滑效果：

一种钻井液用高效抗温抗盐润滑剂的检测方法，包括以下步骤：

（2）氯化钠污染浆配制：取步骤（1）中已养护24h后的基浆400ml，分别向其中加入分析纯氯化钠145g，11000r/min高速搅拌20min配制成饱和氯化钠污染浆；

（3）氯化钙污染浆配制：取步骤（1）中已养护24h后的基浆400ml，分别向其中加入分析纯氯化钙1.1g，11000r/min高速搅拌20min配制成1000mg/l氯化钙污染浆；

（4）分别取步骤（1）、（2）、（3）中的基浆（试验用膨润土浆的统称）各2份，其中一份加入润滑剂试样2.0ml，另一份作为空白，分别在室温、100℃、120℃、150℃、180℃、200℃条件下热滚16h，取出后冷却至室温，按照公式（1）计算润滑系数降低率室温条件下，用极压润滑仪分别测定基浆及加样浆在0.7mpa(150inch·lbf力矩，1.5inch力臂)压力、60r/min转速下的扭矩读值；并按照公式1计算润滑系数降低率：

(1)

式中：

r——润滑系数降低率，％；

k0——基浆的扭矩读值；

k1——加样浆的扭矩读值；

(2)

式中：

a——润滑系数降低率，％；

t0——基浆的扭矩读值；

t1——加样浆的扭矩读值。

如图1所示，在淡水浆中润滑性能方面，本发明润滑剂相比于其他市售润滑剂性能相对较好，在饱和氯化钠污染浆中润滑系数降低率方面本发明润滑剂具有较明显优势，在1000mg/l钙离子污染浆中本发明润滑剂润滑系数降低率相比于同类型其他产品高5倍以上。

如图2所示，本发明润滑剂在高密度试验浆中摩阻系数降低率明显优于同类型其他产品，在试验浆滤失量方面明显低于同类型其他产品。

如图3所示，本发明润滑剂在高温老化后性能变化明显低于其他同类型产品；如图3-1所示，仅市售抗温抗盐润滑剂3与本发明润滑剂在不同温度老化后性能变化不大，其他的同类产品均随着温度的升高而润滑性能下降，但本发明润滑剂在饱和氯化钠污染浆中润滑性能明显高于其他同类型产品（各温度下）；如图3-2所示，本发明润滑剂在1000mg/l钙离子污染浆中润滑性能随着老化温度的升高几乎无变化，市售同类型产品随着老化温度的升高，润滑性能急剧下降，在150℃以上时全部失效。

实验例1：

固定配方中添加剂加量为8份，原油加量为20份，乳化植物沥青加量为25份，油酸加量分别为35份、36份、37份、38份、39份、40份，其余不足部分用软化水补全，分别检测试样的淡水浆、饱和盐水浆、1000mg/l钙离子污染浆中各温度下润滑系数降低率以及加重浆中粘附系数降低率。具体实验结果如下：

如图4所示，随着油酸加量的增加试样的润滑性能明显增加，并且随着油酸加量的增加试样抗高温性能变化不大。

如图5所示，随着油酸加量的增加试样在饱和盐污染浆中润滑性能明显增加，并且随着油酸加量的增加试样在饱和氯化钠污染浆中润滑性能变化不大。

如图6所示，油酸加量的改变对试样在1000mg/l钙离子污染浆中润滑性能几乎无影响。

如图7所示，随着油酸加量的增加，试验浆的滤失量以及摩阻系数降低率无变化.

实验例2：

固定配方中添加剂加量为8份，原油加量为20份，油酸加量为38份，乳化植物沥青加量分别为25份、27份、29份、31份、33份、35份，其余不足部分用软化水补全，分别检测试样的淡水浆、饱和盐水浆、1000mg/l钙离子污染浆中各温度下润滑系数降低率以及加重浆中粘附系数降低率。具体实验结果如下：

如图8所示，随着乳化植物沥青的加量对试样抗高温性能无任何影响。

如图9所示，随着乳化植物沥青的加量对试样抗高温、抗盐性能无任何影响.

如图10所示，随着乳化植物沥青加量的增加试样的抗钙离子污染的能力也随之增长，并且随着老化温度的升高，试样在钙离子污染浆中的稳定性也随之增加。

如图11所示，随着乳化植物沥青加量的增加试样在高密度钻井液中的摩阻系数降低率随之增加、滤失量随之降低。