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一种 钻井液用 润滑剂及其应用

阅读：966发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种钻井液用润滑剂及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种钻井液用润滑剂及其应用，所述润滑剂包括如下重量份数的原料：植物油酸低级醇酯5-60份；植物油酸高级醇酯30-94份和非离子表面活性剂 1-20份。所述钻井液用润滑剂应用在水基钻井液中，优选的润滑剂在水基钻井液中的用量为1％-5％(w/v)；本发明提供的润滑剂通过植物油酸低级醇酯和植物油酸高级醇酯以及非离子表面活性剂三者协同增效作用，在金属表面互插吸附，使形成的疏水膜更致密，使其抗磨性更强。复配作用的润滑效果显著地优于单一组分的润滑效果。，下面是一种钻井液用润滑剂及其应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种钻井液用润滑剂，其中，所述润滑剂包括如下重量份数的原料：植物油酸低级醇酯5-60份；植物油酸高级醇酯30-94份和非离子表面活性剂1-20份。
2.根据权利要求1所述的钻井液用润滑剂，其中，所述润滑剂包括如下重量份数的原料：植物油酸低级醇酯20-40份；植物油酸高级醇酯40-80份和非离子表面活性剂5-20份。
3.根据权利要求1或2所述的钻井液用润滑剂，其中，所述植物油酸低级醇酯为油酸、亚麻油酸、蓖麻油酸、棕榈酸和硬脂酸中的一种或多种与甲醇或乙醇中的一种或两种进行酯化反应制备得到。
4.根据权利要求1或2所述的钻井液用润滑剂，其中，所述植物油酸高级醇酯为油酸、亚麻油酸、蓖麻油酸、棕榈酸和硬脂酸中的一种或多种与C4-C8脂肪醇中的一种或多种进行酯化反应制备得到。
5.根据权利要求4所述的钻井液用润滑剂，其中，所述C4-C8脂肪醇包括三羟甲基丙烷、新戊二醇、1,2,5-戊三醇、季戊四醇和异辛醇中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的钻井液用润滑剂，其中，当所述C4-C8脂肪醇为多羟基脂肪醇时，所述植物油酸高级醇酯可以为单植物油酸酯，也可以为多植物油酸酯。
7.根据权利要求1、2或5所述的钻井液用润滑剂，其中，所述非离子表面活性剂选自失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇双油酸酯、失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单双酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯、三聚甘油单油酸酯、五聚甘油单油酸酯、六聚甘油单油酸酯、八聚甘油单油酸酯和十聚甘油单油酸酯中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的钻井液用润滑剂，其中，所述非离子表面活性剂的HLB值为6-
15。
9.一种权利要求1至8中任一项所述的钻井液用润滑剂在水基钻井液中的应用。
10.根据权利要求9所述的钻井液用润滑剂在水基钻井液中的应用，其中，所述钻井液用润滑剂在水基钻井液中的用量为1％～5％(w/v)。

说明书全文

一种钻井液用 润滑剂及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种润滑剂，更具体地说，涉及一种钻井液用润滑剂及其应用。

背景技术

[0002] 钻井液的润滑性能对钻井工作影响很大。特别是在钻深井、定向井、水平井和丛式井中，钻柱的旋转阻力和提拉阻力会大幅度提高。由于影响钻井扭矩和阻力以及钻具磨损的主要可调节因素是钻井液的润滑性能。因此钻井液的润滑性能对减少卡钻等井下复杂情况，保证安全、快速钻井起着至关重要的作用。

[0003] 钻井液用润滑剂的选择应满足以下基本要求：(1)润滑剂必须能润滑金属表面，并在其表面形成边界膜和次生结构；(2)应与基浆有良好的相容性，对钻井液的流变性和滤失性不产生不良影响；(3)不降低岩石破碎的效率；(4)具有良好的热稳定性和耐寒稳定性；(5)不腐蚀金属，不损坏密封材料；(6)不污染环境，易于生物降解，价格合理，且来源充足。
钻井液润滑剂除了主要提高钻具的寿命及其工作指标外，还应不影响对地层资料的分析和评价，即润滑剂应具有低荧光或无荧光的性质。因此，润滑剂基础材料的选择应注意不使用含苯环，特别是多芳香烃的有机物质，而原油，尤其是重馏分、釜残物、沥青等因含荧光物质较多，避免使用。

[0004] 大量文献报道了钻井液用润滑剂制备方法。

[0005] 何远信等以天然植物油为原料，经中高温(130-180℃)化学改性，提高其抗温抗盐能力后，再在中低温(70-90℃)条件下进行乳化，制备了环保润滑剂。(何远信，陶士先.环保型高效润滑剂(GLub)的研制与应用[J]，探矿工程(岩石钻掘工程),2006,4:48,49)。

[0006] 中国专利200710158398.1公开了一种用动植物油脂制备钻井液用抗高温润滑剂方法。是用重量份为50-70份的废弃油脂与3-10份的乙醇胺、5-20份二乙二醇进行脂化反应；然后采用1-3份硫磺进行硫化反应；向反应产物再加入2-5份的油溶性树脂和10-30份的石墨粉，混合、搅拌均匀，即制得钻井液用抗高温润滑剂。

[0007] 中国专利200810055861.4公开了一种钻井液用的水基润滑剂及其制备方法，润滑剂的配方为：水100-300份，乳化剂10-30份，蓖麻油50-300份，白油50-400份，油酸皂50-600份，消泡剂50-200份。

[0008] 中国专利01102104.7公开了一种钻井液用润滑剂，其特征是所述润滑剂的成份是高分子润滑材料5％-10％、表面活性剂0.1％-0.5，加入水至100；所述高分子润滑材料包括聚氧乙烯壬基苯酚醚、聚氧乙烯壬基苯二酚醚、聚氧乙烯癸基苯酚醚、聚氧乙烯癸基苯二酚醚、聚氧丙烯癸基苯酚醚、聚氧丙烯壬基苯酚醚；所述活性剂选自NP-10，OP-10，NP-6或吐温80。

[0009] 中国专利201611054061.1公开一种利用泔水油生产多羟基植物油的方法，以泔水油为原料，先经过环氧化反应生成环氧泔水油，然后以环氧泔水油为原料经羟基化反应合成多羟基植物油。所述专利的优点是，采用所述方法生产的多羟基植物油由泔水油提炼得到，合理利用废弃资源，能源得到最大化利用，同时还保护了环境，降低了生产成本；本方法简便、有效、成本低、后处理不繁琐，而且无有害物排放，是真正绿色环保工艺，这种工艺生产出的羟基油在环保润滑剂基础油和添加剂上有广阔的应用前景。

[0010] 钻井液用润滑剂现有技术中，有些使用矿物油(如：白油、柴油、煤油等)，但矿物油毒性偏高，且不易生物降解，环保性能差；有些为了降低成本，使用地沟油或泔水油为原料，经化学改性制备而成，地沟油或泔水油中存在对环境有害的物质，经化学改性后的产物环保性能不达标。

[0011] 随着我国环境保护法规日益严格，对钻井液用润滑剂的环保性能提出了更高的要求。特别是海上钻井，对钻井液材料的生物毒性限值提出强制规定。根据GB18420.1，对于水基钻井液，一级海域的生物毒性限值为30000mg/L，二级海域的生物毒性限值为20000mg/L。这就要求水基钻井液中添加的润滑剂的生物毒性不能超过上述限值。

[0012] 因此，需要一种生物毒性符合要求的水基钻井液用环保润滑剂。

发明内容

[0013] 本发明提供了一种钻井液用润滑剂及其应用，可以著降低钻具磨阻、扭矩，并改善钻井液的润滑性。

[0014] 本发明提供了一种钻井液用润滑剂，所述润滑剂包括如下重量份数的原料：植物油酸低级醇酯5-60份；植物油酸高级醇酯30-94份和非离子表面活性剂1-20份。

[0015] 可选地，植物油酸低级醇酯20-40份；植物油酸高级醇酯40-80份和非离子表面活性剂5-20份；

[0016] 优选地，植物油酸低级醇酯15-30份；植物油酸高级醇酯65-80份和非离子表面活性剂5-10份。

[0017] 在本发明提供的钻井液用润滑剂中，植物油酸选自油酸、亚麻油酸、蓖麻油酸、棕榈酸和硬脂酸中的一种或多种。

[0018] 在本发明提供的钻井液用润滑剂中，优选地，所述钻井液用润滑剂由上述植物油酸低级醇酯、植物油酸高级醇酯和非离子表面活性剂组成。

[0019] 在本发明提供的钻井液用润滑剂中，所述植物油酸低级醇酯为油酸、亚麻油酸、蓖麻油酸、棕榈酸和硬脂酸中的一种或多种，与甲醇或乙醇中的一种或两种酯化反应制备。

[0020] 在本发明提供的钻井液用润滑剂中，所述植物油酸高级醇酯为油酸、亚麻油酸、蓖麻油酸、棕榈酸和硬脂酸中的一种或多种，与C4-C8脂肪醇中的一种或多种酯化反应制备。

[0021] 在本发明提供的钻井液用润滑剂中，所述C4-C8脂肪醇包括三羟甲基丙烷、新戊二醇、1,2,5-戊三醇、季戊四醇和异辛醇中的一种或多种。

[0022] 在本发明提供的钻井液用润滑剂中，当所述C4-C8脂肪醇为多羟基脂肪醇时，所述植物油酸高级醇酯可以为单植物油酸酯，也可以为多植物油酸酯。

[0023] 在本发明提供的钻井液用润滑剂中，所述非离子表面活性剂选自失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇双油酸酯、失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单双酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯、三聚甘油单油酸酯、五聚甘油单油酸酯、六聚甘油单油酸酯、八聚甘油单油酸酯和十聚甘油单油酸酯中的一种或多种。

[0024] 在本发明提供的钻井液用润滑剂中，所述非离子表面活性剂的HLB值为6-15。

[0025] 另一方面，本发明提供了上述钻井液用润滑剂在水基钻井液中的应用。

[0026] 本发明的水基钻井液用环保润滑剂可用于多种油田常用的水基钻井液体系中，例如淡水钻井液、盐水钻井液和海水钻井液。在油田现场使用时，可向泥浆池中加入1％～5％(w/v)(基于泥浆总体积)的环保润滑剂。

[0027] 本发明技术方案的有益效果：

[0028] 本发明的水基钻井液用环保润滑剂含有植物油酸低级醇酯和植物油酸高级醇酯能在钻具、套管等金属表面吸附，形成疏水膜，降低钻具旋转的摩擦阻力，提高水基钻井液润滑性。

[0029] 植物油酸低级醇酯和植物油酸高级醇酯以及非离子表面活性剂，具有协同增效作用，它们在金属表面互插吸附，使形成的疏水膜更致密，使其抗磨性更强。复配作用的润滑效果显著地优于单一组分的润滑效果。

[0030] 本发明水基钻井液用环保润滑剂环保性能优良，为一种环境友好型产品。

[0031] 因此，本发明的水基钻井液用环保润滑剂应用于水基钻井液时，能显著降低钻具磨阻、扭矩，并改善钻井液的润滑性。

[0032] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。附图说明

[0033] 附图用来提供对本发明技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

[0034] 图1为本发明实施例制备的钻井液用润滑剂图片。

具体实施方式

[0035] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

[0036] 本发明实施例中提供了一种钻井液用润滑剂，所述润滑剂包括如下重量份数的原料：植物油酸低级醇酯5-60份；植物油酸高级醇酯30-94份和非离子表面活性剂1-20份。

[0037] 在本发明实施例中，所述润滑剂包括如下重量份数的原料：植物油酸低级醇酯20-40份；植物油酸高级醇酯40-80份和非离子表面活性剂5-20份；最优选地，植物油酸低级醇酯15-30份；植物油酸高级醇酯65-80份和非离子表面活性剂5-10份。

[0038] 在本发明实施例中，植物油酸选自油酸、亚麻油酸、蓖麻油酸、棕榈酸和硬脂酸中的一种或多种。

[0039] 在本发明实施例中，优选地，所述钻井液用润滑剂由上述植物油酸低级醇酯、植物油酸高级醇酯和非离子表面活性剂组成。

[0040] 在本发明实施例中，所述植物油酸低级醇酯为油酸、亚麻油酸、蓖麻油酸、棕榈酸和硬脂酸中的一种或多种，与甲醇或乙醇中的一种或两种酯化反应制备。

[0041] 在本发明实施例中，所述植物油酸高级醇酯为油酸、亚麻油酸、蓖麻油酸、棕榈酸和硬脂酸中的一种或多种，与C4-C8脂肪醇中的一种或多种酯化反应制备。

[0042] 在本发明实施例中，所述C4-C8脂肪醇包括三羟甲基丙烷、新戊二醇、1,2,5-戊三醇、季戊四醇和异辛醇中的一种或多种。

[0043] 在本发明实施例中，当所述C4-C8脂肪醇为多羟基脂肪醇时，所述植物油酸高级醇酯可以为单植物油酸酯，也可以为多植物油酸酯。

[0044] 在本发明实施例中，所述非离子表面活性剂选自失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇双油酸酯、失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单双酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯、三聚甘油单油酸酯、五聚甘油单油酸酯、六聚甘油单油酸酯、八聚甘油单油酸酯和十聚甘油单油酸酯中的一种或多种。

[0045] 在本发明实施例中，所述非离子表面活性剂的HLB值为6-15。

[0046] 另一方面，本发明实施例中提供了上述钻井液用润滑剂在水基钻井液中的应用。

[0047] 本发明的水基钻井液用环保润滑剂可用于多种油田常用的水基钻井液体系中，例如淡水钻井液、盐水钻井液和海水钻井液。在油田现场使用时，可向泥浆池中加入1％～5％(w/v)(基于泥浆总体积)的环保润滑剂。

[0048] 以下实施例中采用的原料均可由市售获得。

[0049] 实施例1

[0050] 油酸甲酯35份

[0051] 新戊二醇双油酸酯60份

[0052] 吐温80 5份(HLB值为15)

[0053] 将上述原料投入反应釜，室温搅拌0.5～2小时，出料即可。

[0054] 实施例2-5、对比例1-4

[0055] 制备方法同实施例1，各物料量见表1。十聚甘油单油酸酯的HLB值为12.5。

[0056] 表1：实施例2-5和对比例1-4的组成及其用量

[0057]

[0058] 性能评价：

[0059] 测试例1：润滑性能评价

[0060] 配制2份聚合物泥浆：量取308mL海水，加入0.7g烧碱、0.7g纯碱、7g 淀粉、1g黄原胶、1.4g包被剂PF-BIOCAP(天津中海油服化学有限公司)、10.5g抑制剂PF-BIOTROL(天津中海油服化学有限公司)、34g 氯化钠、55g重晶石，于11000r/min的转速高速搅拌20min，即为基浆；于其中一份泥浆中加入7g实施例或对比例制备得到的试样，于11000r/min的转速高速搅拌20min，即为试验浆；在极压润滑仪上，分别测定蒸馏水、基浆和试验浆在20℃-30℃时的扭矩读数，极压润滑仪测定时间不得小于5min，读取稳定值。测试结果如表2所示。

[0061] 摩擦系数按下式进行计算。

[0062]

[0063] 式中：K——试样的摩擦系数；T——试样的扭矩值之读数；f——校正系数，为34与蒸馏水试验扭矩值读数之比值。

[0064] 表2：基浆、蒸馏水、实施例和对比例摩擦系数统计表

[0065] 摩擦系数基浆 0.20
蒸馏水 0.34
实施例1 0.12
实施例2 0.14
实施例3 0.10
实施例4 0.10
实施例5 0.13
对比例1 0.16
对比例2 0.18
对比例3 0.16
对比例4 0.17

[0066] 由表2可知，在基浆中加入7g实施例样后，可将基浆的摩擦系数由0.20降至0.10-0.14，均有一定降低钻井液摩擦系数能力，其中实施例3样和实施例4样降低钻井液摩擦系数的能力最强。比较加入对比例1样、实施例2样、实施例3样、实施例4样、实施例5样、对比例
2样实验浆的摩擦系数，随着样品中油酸乙酯含量的增加，实验浆的摩擦系数先降低，后增加，摩擦系数最低的为加入实施例3样、实施例4样的实验浆，其摩擦系数为0.10。比较加入实施例3样、对比例3样实验浆的摩擦系数，当十聚甘油单油酸酯含量降低至零时，实验浆的摩擦系数由0.10升高至0.16。这说明油酸乙酯、季戊四醇四油酸酯与十聚甘油单油酸酯具有协同增效作用，三者合适的配比使得产品具有最好的润滑效果。

[0067] 测试例2：分散性能评价

[0068] 在水中加入5％实施例1样，经SILVERSON剪切乳化机于5000rpm剪切5min，以模拟现场钻井液循环至水眼的剪切，装入具塞量筒观察30天。30天后实施例1样在水中的分散状态见图1。

[0069] 由图1可知，实施例1样能在水中均匀分散，分散稳定时间长。

[0070] 测试例3：生物毒性评价

[0071] 对比了中国专利201210119376.5实施例1样和本专利实施例4样。

[0072] 试样生物毒性测试根据GB/T 18420.2-2009《海洋石油勘探开发污染物生物毒性第2部分：检验方法》进行72h静水式生物毒性检验。测试生物为卤虫。卤虫的孵化方法为：在灭菌的烧杯(1L)中加入1L人工海水，加入1g卤虫卵，和适量小球藻溶液(浓度为1*105个/ml)烧杯口用保鲜膜密封，加入通气管。在25度，光照强度为2000lx的恒温培养箱中进行充氧孵化24h。24h后，卤虫卵孵化率可达85％以上。实验结果见表3。

[0073] 表3：生物毒性评价结果统计

[0074] 72h半致死浓度LC50/(mg/L)中国专利201210119376.5实施例1样 36000
本专利实施例3样 1500000

[0075] 由上表可知，本专利实施例3样对卤虫72h半致死浓度LC50为1500000mg/L，远远大于对比样，也远远高于国标GB4914-2008对海洋石油勘探开发污染物的排放浓度限值(一级海域为30000mg/L)，对卤虫没有生物毒性，体现出优良的环保性能。

[0076] 本发明可用其它的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方式都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都认为是包括在权利要求书的范围内。

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