一種具有優異減摩性能的鉆井液潤滑劑的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種W生物柴油和少量礦物油為基礎油，添加合適的表面活性劑、抗 磨減摩添加劑和抗泡劑等添加劑調和而成的一種具有優異抗磨性能的鉆井液潤滑劑及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 在石油鉆井完井作業中，鉆頭鉆進時避免不了會產生各種摩擦，造成設備磨損。鉆 井液潤滑劑的主要功用是降低泥餅的摩擦、減少粘附卡鉆和扭矩傳遞損失。改善鉆井液的 潤滑性能可降低水力摩阻、泥餅粘滯系數、鉆柱轉矩、軸向阻力、能耗，縮短起下鉆時間，W 及減小鉆頭工作阻力，延長鉆頭壽命，從而提高鉆井技術經濟指標。
[0003] 隨著深井、定向井鉆井技術的發展，對鉆井液潤滑劑的要求愈來愈高。鉆垂直井 時，鉆柱旋轉產生的扭矩阻力和起下鉆的摩擦阻力用普通鉆井液就能克服，不需另加潤滑 劑。但在使用加重鉆井液時，扭矩阻力和摩擦阻力則不容忽視，并且鉆井液密度越大其阻力 也越大，故不加潤滑劑就會造成卡鉆。在定向井和水平井施工中，隨著井斜角的增大，鉆具 和井壁的接觸面積W及摩擦阻力和扭矩阻力隨之增大。為適應各種不同的鉆井條件和工藝 技術，必須研發具有優異摩擦性能的鉆井液潤滑劑。
[0004] 降低鉆井過程中的摩阻，一是盡量減少鉆具和井壁的接觸面積，二是通過添加合 適的潤滑劑來改善鉆井液潤滑性能。在定向井和水平井中，不可能減少鉆具和井壁的接觸 面積，只有研制開發高效鉆井液潤滑劑是解決問題最有效的途徑。
[00化]常用的鉆井液潤滑劑由基礎油、抗磨劑、表面活性劑、抗泡劑等添加劑組成。基礎 油主要有動植物油脂、礦物油、復合基礎油或硫憐等活性元素活化的基礎油，如原油、高分 子脂肪酸類、氧化乙締和脂肪獻胺、硫化植物油、硫化脂肪酸、脂肪醇混合物、橫化物等。由 于地質錄井要求鉆井液潤滑劑低巧光，故在鉆井液中加原油、柴油等礦物油來改善潤滑性 能的作法受到限制。用未改性的植物油代替礦物油的結果并不理想。生物柴油度iodiesel) 又名脂肪酸甲醋，是W油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂W及動物油脂、 餐飲垃圾油等為原料油通過醋交換工藝制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴 油是生物質利用熱裂解等技術得到的一種長鏈脂肪酸的單烷基醋，有良好的潤滑性，硫含 量低。生物柴油是含氧量極高的復雜有機成分的混合物，運些混合物主要是一些分子量大 的有機物。本發明主要采用生物柴油為基礎油，具有良好的抗磨性能，也具有較好的生物降 解性，并且來源廣泛，尤其可來源于地溝油等廢油，所W價格低廉，是一種環境友好的鉆井 液潤滑劑的基礎油。
[0006] 表面活性劑的主要作用是將鉆井液潤滑劑的各組分乳化，形成穩定的乳狀液。鉆 井液潤滑劑使用的本命活性劑主要有陰離子型表面活性劑和非離子表面活性劑或復合表 面活性劑。應用最廣泛的陰離子型表面活性劑有油酸鋼、松香酸鋼、環燒酸鋼、十二烷基苯 橫酸鋼，一些下腳料（如尼龍1010)也可作乳化劑。可作乳化劑的非離子型表面活性劑的 種類更多，如0P-10、吐溫-80、司盤-80、化型乳化劑（聚氧乙締麻油）等。選用乳化劑時 需注意乳化劑的HLE值在8-18之間的乳化劑，而配制油包水型乳狀液則要求選用HLB值在 3-6之間的乳化劑。
[0007] 鉆井液中需要加入抗磨劑W增加鉆井液的減摩抗磨性能，鉆井液工作過程中，該 類產品能在金屬表面形成一層堅固的化學膜，W降低金屬接觸界面的摩阻，故更適應水平 井中高壓力情況下的降摩阻需要。在邊界摩擦條件下，如果摩擦面上沒有邊界膜（潤滑油 膜）存在，鉆柱與井壁之間會發生嚴重的摩擦磨損，使回轉阻力增大，鉆柱傳遞功率下降， 鉆井效率降低。鉆井液中加入潤滑劑的目的之一就是要使摩擦面（鉆桿、巖石）上能形成 一層與介質性質不同的薄膜，運層薄膜叫邊界膜，它應具有良好的潤滑性和一定的強度，邊 界膜的潤滑性能取決于運層膜的性質。潤滑系數的高低意味著減摩阻能力的大小，潤滑油 膜強度的高低意味著承載能力的大小。
[0008] 目前國內比較薄弱的潤滑劑主要是減摩添加劑，無論在品種和性能上都難W和國 外相比；此外，能被用戶廣泛接受的合成潤滑劑也不多，國內主要的減摩添加劑主要為含 硫、憐等活性元素的添加劑或改性石墨固體添加劑，還缺少像TorqTrim(脂肪酸甘油S酸 醋）那樣高效的合成潤滑劑，因此，研發具有較好減摩抗磨性能的鉆井液，是目前需要解決 的問題。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的是提供一種具有優異抗磨性能的鉆井液潤滑劑，W生物柴油和少量 礦物油為基礎油，添加合適的表面活性劑和抗磨添加劑調和而成一種具有優異抗磨性能鉆 井液潤滑劑，并提供其制備方法。
[0010] 本發明提供的鉆井液潤滑劑的組分主要包括W生物柴油和礦物油調和而成的 基礎油，加入Span-80山梨糖醇酢油酸醋和十二烷基苯橫酸S乙胺ABSN等表面活性 劑，減摩抗磨劑和消泡劑等添加劑。各組分的質量百分含量為：生物柴油（30-50%)， 礦物油（10-20% )，Span-80山梨糖醇酢油酸醋（10-30% )，十二烷基苯橫酸S乙胺 ABSN(10-30% )，減摩抗磨添加劑（1-5% )，消泡劑（0. 5-1% )。
[0011] 制備方法：在可W加熱、攬拌的反應蓋中，首先加入生物柴油，攬拌加熱至 60-80°C，再加入Span-80山梨糖醇酢油酸醋（10-30 % )和十二烷基苯橫酸S乙胺 ABSN(10-30% )，攬拌1小時，隨后加入抗磨添加劑，攬拌均勻后，最后加入消泡劑，繼續攬 拌1小時，得淺黃色粘稠狀液體，即為本發明提供的鉆井液潤滑劑。
[0012] 本發明提供的鉆井液潤滑劑是W生物柴油為基礎油，加入減摩抗磨劑、陰離子表 面活性劑、非離子型表面活性劑W及消泡劑調和而成，具有優異的抗磨性能，對鉆井液的其 它性能，如粘度、失水量等沒有明顯影響。
[0013] 本發明提供的潤滑劑成本低、調和工藝簡單。根據鉆井液類型和所鉆地層巖性特 點，本潤滑劑加入量為鉆井液質量的0. 5% -3. 0%。
[0014] 潤滑性能評價
[0015] 潤滑劑的潤滑性能按行標SY/T 6094進行評價。將不同濃度的潤滑劑加入標準規 定的基漿中，測定添加潤滑劑前后的潤滑系數，計算潤滑系數的降低率。計算公式為Rk = (Ko-Ki)/K〇X 100%，其中Rk為潤滑系數降低率，K。為基漿的潤滑系數，Ki為基漿中加入潤滑 劑后的摩擦系數。實驗結果如表1所示，當加入本發明提供的潤滑劑的質量分數為1. 0% 時，潤滑系數降低率就達到了 73. 5% ;當加入本發明提供的潤滑劑的質量分數為2. 0%時， 潤滑系數降低率達到了 85. 0%，說明本發明提供的潤滑劑具有優異的減摩性能。
[0016] 表1加入潤滑劑后滑系數降低率降低率
[0017]
【具體實施方式】：
[0018] 實施例一：在可W加熱、攬拌的反應蓋中，首先加入生物柴油40. 0千克，礦物油 10. 0千克，攬拌均勻，加熱至50-70°C，再加入Span-80山梨糖醇酢油酸醋24. 0千克，十二 烷基苯橫酸S乙胺ABSN 24. 0千克，攬拌0. 5-1小時，隨后加入抗磨添加劑1. 5千克，充分 攬拌均勻后，最后加入消泡劑0. 5千克，繼續攬拌0. 5-1小時，得淺黃色粘稠狀液體，即得本 發明提供的鉆井液潤滑劑。
[0019] 實施例二：在可W加熱、攬拌的反應蓋中，首先加入生物柴油40. 0千克，礦物油 10. 0千克，攬拌均勻，加熱至50-70°C，再加入Span-80山梨糖醇酢油酸醋20. 0千克，十二 烷基苯橫酸S乙胺ABSN 27. 0千克，攬拌0. 5-1小時，隨后加入抗磨添加劑2. 5千克，攬拌 均勻后，最后加入消泡劑0. 5千克，繼續攬拌0. 5-1小時，得淺黃色粘稠狀液體，即得本發明 提供的鉆井液潤滑劑。
[0020] 實施例=:在可W加熱、攬拌的反應蓋中，首先加入生物柴油40. 0千克，礦物油 10. 0千克，攬拌均勻，加熱至50-70°C，再加入Span-80山梨糖醇酢油酸醋25. 0千克，十二 烷基苯橫酸S乙胺ABSN 23. 0千克，攬拌0. 5-1小時，隨后加入抗磨添加劑1. 0千克，攬拌 均勻后，最后加入消泡劑1. 0千克，繼續攬拌0. 5-1小時，得淺黃色粘稠狀液體，即得本發明 提供的鉆井液潤滑劑。
【主權項】
1. 一種具有優異減摩性能的鉆井液潤滑劑，其特征在于潤滑劑各組分的質量百分含量 為：生物柴油（30-50% )，礦物油（10-20% )，Span-80山梨糖醇酐油酸酯（10-30% )，十二 烷基苯磺酸三乙胺ABSN(10-30% )，減摩抗磨添加劑（1-5% )，消泡劑（0. 5-1% )。2. 根據權利要求1所述，生物柴油添加質量百分含量為30-50%，礦物油添加質量百分 含量為10-20%。3. 根據權利要求1所述，加入表面活性劑Span-80山梨糖醇酐油酸酯，添加質量百分含 量為 10-30%。4. 根據權利要求1所述，加入表面活性劑十二烷基苯磺酸三乙胺ABSN添加質量百分含 量為 10-30%。5. 根據權利要求1所述，加入抗磨劑的質量百分含量為1-5%。6. 本潤滑劑加入量為鉆井液質量的0. 5% -3. 0%。
【專利摘要】本發明屬于油田化學領域，涉及一種以生物柴油和少量礦物油為基礎油，添加合適的表面活性劑、減摩抗磨添加劑和抗泡劑等添加劑調和而成的一種具有優異抗磨性能的鉆井液潤滑劑及其制備方法。本發明提供的潤滑劑各組分的質量百分含量為：生物柴油(30-50％)，礦物油(10-20％)，Span-80山梨糖醇酐油酸酯(10-30％)，十二烷基苯磺酸三乙胺ABSN(10-30％)，減摩抗磨添加劑(1-5％)，消泡劑(0.5-1％)。本發明提供的鉆井液潤滑劑具有優異的減摩性能，潤滑系數降低率達到了85.0％左右。
【IPC分類】C09K8/035
【公開號】CN105713580
【申請號】CN201510061776
【發明人】劉長斌
【申請人】北京鑫翔源長順潤滑油有限責任公司