一种钻井液用极压润滑脂及其制备方法与流程

1.本发明属于油田钻井液助剂技术领域，具体涉及一种钻井液用极压润滑脂及其制备方法。

背景技术：

2.随着油气勘探开发的不断发展，长裸眼水平钻井逐渐增多，受压水平段也越来越长，因此对钻井用钻头和钻具使用寿命的要求也越来越高。钻井液用极压润滑脂为钻头和钻具在极高压力下的泥浆润滑剂，其能够在摩擦的钻头和钻具表面吸附，形成一层极压保护膜，对钻头和钻具起保护作用，有效降低压差卡钻和钻头泥包的可能性。
3.目前，现有技术中的极压润滑剂主要是各种植物油脂与矿物油、表面活性剂等的复配产物，其在实际使用过程中逐渐暴露出各种各样的问题，如抗极压润滑效果差、有荧光、且加入钻井液中会产生泡沫、增加钻井液的粘度并降低钻井液的密度，极大地影响了钻井施工的正常进行。

技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种钻井液用极压润滑脂，其具有优良的极压润滑性能，并且在泥浆中无荧光、不会起泡、对钻井液的粘度、密度的影响较小。
5.本发明的目的还在于提供一种钻井液用极压润滑脂的制备方法，其操作简单，适合规模化生产，制备所得极压润滑脂综合性能优异，能够满足钻井液的使用需求。
6.为实现上述发明目的，本发明提供的钻井液用极压润滑脂，采用包括以下步骤的方法制备得到：
7.以质量份数计，将100～300份酸化油、40～100份甘油、30～35份硼酸、15～35份单质硫、1.5～2.0份催化剂混合搅拌均匀，然后于145～155℃搅拌反应2～4h，即得。
8.本发明以酸化油、甘油、硼酸、单质硫为原料，使之在催化剂作用下进行反应，得到一种硫化硼酸脂肪酸甘油酯类极压润滑脂。实验证明，本发明所得极压润滑脂无荧光，极压润滑性好，润滑系数降低率大于90％，泥浆起泡率为零，且对钻井液粘度、密度基本无影响，综合解决了现有常规润滑剂有荧光、极压润滑效果差、且容易起泡、还会影响钻井液性能的问题，远超石油行业标准“q/sy 17088-2016”对于钻井液用液体润滑剂技术规范中规定的限值要求。
9.本发明中，采用酸化油作为原料之一，能够达到废物再利用的目的。酸化油是油脂精炼厂所生产的副产品皂脚，进行酸化处理得到的油，其成分主要为脂肪酸以及少量的甘油三酯、甘油二酯、甘油单酯、素、杂质等。本发明针对酸化油的再利用要求，首次提出了一种基于酸化油的钻井液用极压润滑脂的制备思路，其不仅原料价廉易得，而且所得润滑脂兼具优异的综合性能，极大地满足了钻井施工的应用需要，能够对钻头和钻具起到有效的保护作用，降低压差卡钻和钻头泥包的可能性。
10.为了保证极压润滑脂的成功制备以及制备所得极压润滑脂的综合性能，优选地，
所述酸化油为大豆酸化油、葵花籽酸化油、油菜籽酸化油、玉米酸化油中的一种或几种。
11.根据厂家提供的产品质量说明书，市售酸化油大多是经过初步炼制除去素、甘油酯和杂质的直链不饱和脂肪酸。为了保证本发明制备所得极压润滑脂的性能，优选地，本发明中，所述酸化油中不饱和脂肪酸的含量在90％以上。
12.搅拌反应过程中，为了提高反应效率，需要添加催化剂来促进整个反应体系的反应进程，由此得到无荧光、在泥浆中不会起泡、具有优良极压润滑性能的产品。优选地，所述催化剂为对甲苯磺酸。
13.作为进一步优选的方案，在制备钻井液用极压润滑脂时，所述搅拌反应在敞口容器中进行。
14.本发明的钻井液用极压润滑脂的制备方法，采用的技术方案，包括以下步骤：
15.以质量份数计，将100～300份酸化油、40～100份甘油、30～35份硼酸、15～35份单质硫、1.5～2.0份催化剂混合搅拌均匀，然后于145～155℃搅拌反应2～4h，即得。
16.进一步地，为了保证极压润滑脂的成功制备以及制备所得极压润滑脂的综合性能，优选地，所述酸化油为大豆酸化油、葵花籽酸化油、油菜籽酸化油、玉米酸化油中的一种或几种。
17.根据厂家提供的产品质量说明书，市售酸化油大多是经过初步炼制除去素、甘油酯和杂质的直链不饱和脂肪酸。为了保证本发明制备所得极压润滑脂的性能，优选地，本发明中，所述酸化油中不饱和脂肪酸的含量在90％以上。
18.搅拌反应过程中，为了提高反应效率，需要添加催化剂来促进整个反应体系的反应进程，由此得到无荧光、在泥浆中不会起泡、具有优良极压润滑性能的产品。优选地，所述催化剂为对甲苯磺酸。
19.作为进一步优选的方案，在制备钻井液用极压润滑脂时，所述搅拌反应在敞口容器中进行。
20.本发明的钻井液用极压润滑脂的制备方法，原料易得，简单可行、成本低，适合批量化生产。
21.目前，采用地质录井的主要方法，是通过捞取钻井过程中钻屑的砂样，测试其是否有荧光，从而作为发现地下有无石油的主要手段。而钻井过程中，若使用的润滑剂有荧光，它会黏附在钻屑的砂样上，干扰地质录井，影响石油的发现。因此对于钻井液用极压润滑脂的使用要求，除了要求其具有优良的极压润滑性能外，还需要保证其不能产生荧光。
22.本发明提供的钻井液用极压润滑脂的制备方法中，同时采用特定用量的酸化油、甘油、硼酸、单质硫，作为原料反应。其中，本发明通过综合调控原料配比，使得甘油分别与硼酸、酸化油中的脂肪酸进行反应，生成硼酸脂肪酸甘油酯，同时使得单质硫与酸化油中的不饱和双键也能进行充分反应以生成含硫的单键，从而在提高产品的抗极压耐磨润滑性能的同时，还能达到有效消除脂肪酸双键产生荧光的双重目的。
23.此外，实验中发现，采用酸化油作为原料制备得到的润滑脂，其在加入到钻井液后，容易产生起泡现象，并对钻井液密度、粘度造成不利影响。而本发明通过对酸化油用量和反应条件(145～155℃反应2～4h)的综合控制，能够在实现润滑脂有效制备的同时还能有效破坏反应体系中容易引起钻井液起泡的成分(如酸化油中的皂甙等)，使得相关产品加到钻井液中后，不会起泡、也不会造成钻井液性能变化。因此，本发明制备所得极压润滑脂，
兼具优良的极压润滑性能，并且在泥浆中不会起泡、无荧光，能够有效延长钻具和钻头的使用寿命，减少钻井事故，提高钻井效益，极大地满足了钻井液用极压润滑脂的行业要求。
具体实施方式
24.以下结合实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，但不应把它们理解为对本发明保护范围的限定。以下实施例中，搅拌反应过程采用df-101sz集热式恒温加热磁力搅拌器进行，酸化油均通过市售渠道获得，酸化油中不饱和脂肪酸的含量在90％以上。
25.实施例1
26.本实施例的钻井液用极压润滑脂，采用包括如下步骤的方法制备：
27.将甘油46.0g、葵花籽酸化油141.0g、硼酸31.0g、单质硫16.0g、对甲苯磺酸1.5g，添加到500ml三角烧瓶中，再加入磁子搅拌棒，然后放入加有导热油的加热磁力搅拌器中，启动搅拌10min，搅拌均匀后，搅拌加热至150℃，恒温搅拌反应3h，得褐油状产物，即为实施例1的钻井液用极压润滑脂产品。
28.实施例2
29.本实施例的钻井液用极压润滑脂，采用包括如下步骤的方法制备：
30.将甘油92.0g、大豆酸化油141.0g、硼酸31.0g、单质硫16.0g、对甲苯磺酸1.5g，添加到500ml三角烧瓶中，再加入磁子搅拌棒，然后放入加有导热油的加热磁力搅拌器中，启动搅拌10min，搅拌均匀后，搅拌加热至150℃，恒温搅拌反应3h，得褐油状产物，即为实施例2的钻井液用极压润滑脂产品。
31.实施例3
32.本实施例的钻井液用极压润滑脂，采用包括如下步骤的方法制备：
33.将甘油92.0g、油菜籽酸化油282.0g、硼酸31.0g、单质硫32.0g、对甲苯磺酸2.0g，添加到500ml三角烧瓶中，再加入磁子搅拌棒，然后放入加有导热油的加热磁力搅拌器中，启动搅拌10min，搅拌均匀后，搅拌加热至150℃，恒温搅拌反应3h，得褐油状产物，即为实施例3的钻井液用极压润滑脂产品。
34.对比例1
35.本对比例的润滑脂，为现有技术中常用的油菜籽植物油、白油质量比5:5的复合润滑脂。
36.对比例2
37.本对比例的润滑脂，为现有技术中常用的棉籽植物油、机油质量比4:6的复合润滑脂。
38.对比例3
39.本对比例的润滑脂，与实施例1中润滑脂的制备方法基本相同，唯一区别在于：原料搅拌均匀后，搅拌加热至140℃，恒温搅拌反应3h。
40.对比例4
41.本对比例的润滑脂，与实施例1中润滑脂的制备方法基本相同，唯一区别在于：采用等质量的磷酸代替硼酸。
42.对比例5
43.本对比例的润滑脂，与实施例1中润滑脂的制备方法基本相同，唯一区别在于：将
硼酸的用量降低至15.0g。
44.对比例6
45.本对比例的润滑脂，与实施例1中润滑脂的制备方法基本相同，唯一区别在于：将单质硫的用量降低8.0g。
46.实验例
47.将上述实施例1～3和对比例1～6制备所得的润滑脂进行极压润滑性、荧光级别、表观粘度变化、密度变化性能测试，上述指标的测试方法参照石油行业标准“q/sy 17088-2016钻井液用液体润滑剂”进行。其中，极压润滑性测定使用美国进口的“ep/lubricity tester model21200”测试仪器。钻井液基浆为蒸馏水加0.2％纯碱和5％膨润土。根据标准要求，润滑脂加量为0.5％的情况下，测定加样浆的各项性能与基浆的各项性能的比值。荧光测试采用“zf-b型紫外分析仪”，样品荧光级别与标准荧光试液级别对比得出。泥浆起泡率测试方法为：用500ml量筒，量取配置的基浆300ml，将其倒入高搅杯中，然后采用2.0ml的注射器量取1.5ml实施例或对比例的润滑脂样品，加入到高搅杯的泥浆中，以11000转/min高速搅拌5min，然后倒入量筒中量取体积数。泥浆的起泡率百分数＝100*(读取的体积数-300)/300。结果如表1所示。
48.表1润滑脂的主要性能测试结果
[0049][0050]
从表1可知，本发明制备方法制备得到的钻井液用极压润滑脂产品，与现在常用的植物油基钻井液润滑剂相比(对比例1～2)，相同加量条件下，荧光低3～6个级别，钻井液表观粘度升高值，降低2～4mp
·
s，密度变化值小0.03～0.04g/cm3，润滑系数降低率提高10％左右，且无起泡。并且，与对比例3～6的润滑脂相比，本发明的润滑脂具有优良的综合性能，远超石油行业标准“q/sy 17088-2016”对于钻井液用液体润滑剂规定的限值要求，在钻井液用润滑脂中具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种钻井液用极压润滑脂，其特征在于，采用包括以下步骤的方法制备得到：以质量份数计，将100～300份酸化油、40～100份甘油、30～35份硼酸、15～35份单质硫、1.5～2.0份催化剂混合搅拌均匀，然后于145～155℃搅拌反应2～4h，即得。2.如权利要求1所述的钻井液用极压润滑脂，其特征在于，所述酸化油为大豆酸化油、葵花籽酸化油、油菜籽酸化油、玉米酸化油中的一种或几种。3.如权利要求1或2所述的钻井液用极压润滑脂，其特征在于，所述酸化油中不饱和脂肪酸的含量在90％以上。4.如权利要求1所述的钻井液用极压润滑脂，其特征在于，所述催化剂为对甲苯磺酸。5.如权利要求1所述的钻井液用极压润滑脂，其特征在于，所述搅拌反应在敞口容器中进行。6.一种钻井液用极压润滑脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以质量份数计，将100～300份酸化油、40～100份甘油、30～35份硼酸、15～35份单质硫、1.5～2.0份催化剂混合搅拌均匀，然后于145～155℃搅拌反应2～4h，即得。7.如权利要求6所述的钻井液用极压润滑脂的制备方法，其特征在于，所述酸化油为大豆酸化油、葵花籽酸化油、油菜籽酸化油、玉米酸化油中的一种或几种。8.如权利要求6或7所述的钻井液用极压润滑脂的制备方法，其特征在于，所述酸化油中不饱和脂肪酸的含量在90％以上。9.如权利要求6所述的钻井液用极压润滑脂的制备方法，其特征在于，所述催化剂为对甲苯磺酸。10.如权利要求6所述的钻井液用极压润滑脂的制备方法，其特征在于，所述搅拌反应在敞口容器中进行。

技术总结

本发明属于油田钻井液助剂技术领域，具体涉及一种钻井液用极压润滑脂及其制备方法。本发明提供的钻井液用极压润滑脂，是将以质量份数计的100～300份酸化油、40～100份甘油、30～35份硼酸、15～35份单质硫、1.5～2.0份催化剂混合搅拌均匀，然后于145～155℃搅拌反应2～4h制备得到。本发明的润滑脂，属于硫化硼酸脂肪酸甘油酯类极压润滑脂，其无荧光，极压润滑性好，润滑系数降低率大于90％，泥浆起泡率为零，远超石油行业标准“Q/SY17088-2016”对于钻井液用液体润滑剂规定的限值要求。井液用液体润滑剂规定的限值要求。