一种用于钻井液的无荧光白油润滑剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及油田钻井液用润滑剂技术领域，具体涉及一种用于钻井液的无荧光白油润滑剂及其制备方法。

背景技术

随着石油勘探开发技术的不断发展，钻井工程中面临的复杂情况日益突出，特别是在超深井、大斜度井、水平井等的施工中，钻具的旋转阻力和提拉阻力会大幅度提高，因此对钻井液的润滑性能提出了更高的要求。目前大多数润滑剂均或多或少具有荧光性，容易对地质录井造成负面影响，严重影响录井工作人员在探井施工中发现新油气层；现有较多润滑剂毒性高, 难以生物降解，不能满足环境保护的要求。

CN102676127A公开了一种钻井液用低荧光润滑剂，在反应釜中放入水，然后升温并不断搅拌下加入十二烷基苯磺酸钠、松香酸钠、油酸和白油，然后搅拌反应一段时间，使物料充分混合均匀，即得钻井液用低荧光润滑剂。该文献中并未相关实验表明润滑剂具有低荧光性，并且可以预见，该润滑剂具有较高的起泡率。

CN102391848A公开了一种钻井液用无毒无荧光润滑剂，该润滑剂由粗脂肪酸甲酯、白油、表面活性剂平平加、乳化剂和水组成，其中各组成成分的重量比为：粗脂肪酸甲酯∶白油∶表面活性剂平平加∶乳化剂∶水＝10～45∶10～30∶5～10∶5～10∶10～12。该润滑剂极压润滑系数降低率在室温时为75-87%、在 150℃时为75-85%，可见润滑效果并非特别显著，并且该润滑剂荧光级别为4，也仅是勉强满足低荧光要求。

因此，有必要开发一种润滑效果好、无荧光，可满足定向井、水平井和大斜度井的润滑及录井等特殊作业的钻井液用润滑剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于钻井液的无荧光白油润滑剂，其将常规植物油与固体润滑剂石墨复配，并采用特殊表面活性剂组合显著降低体系表面张力，与多元醇脂肪酸酯协同作用，使用于钻井液的无荧光白油润滑剂具有优异的润滑性能及较低的起泡率，并且无荧光，可用于定向井、水平井和大斜度井的润滑及录井等特殊作业。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于钻井液的无荧光白油润滑剂，其特征在于，所述润滑剂由如下重量百分比的原料制成：白油45-70wt%、石墨0.5-1.5wt%、表面活性剂6-14wt%、多元醇脂肪酸酯35-55wt%、消泡剂2-8wt%。

进一步地，所述润滑剂由如下重量百分比的原料制成：白油52-62wt%、石墨0.8-1.1wt%、表面活性剂9-12wt%、多元醇脂肪酸酯35-50wt%、消泡剂4-7wt%。

进一步地，所述表面活性剂为含氟表面活性剂和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的组合，以表面活性剂总重量计，所述含氟表面活性剂含量为2-4wt%、所述2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇含量为96-98wt%，优选地，所述含氟表面活性剂为SIFAST@SF-333（来源于广州标美硅氟新材料有限公司）、全氟壬烯氧基苯磺酸钠（Fluorosurfactant OBS，来源于上海市有机氟材料研究所）中的一种或两种混合。

进一步地，所述多元醇脂肪酸酯为由麦芽糖醇与蓖麻油酸酯化反应制成的蓖麻油酸麦芽糖醇酯。

所述蓖麻油酸麦芽糖醇酯制备方法为：称取适量麦芽糖醇与蓖麻油酸，在通氮气条件下将麦芽糖醇和蓖麻油酸加入反应容器，加入适量催化剂，140℃下恒温搅拌1-3.5h，搅拌完成后降温至90-110℃保温0.5-2h，即得所述蓖麻油酸麦芽糖醇酯。

进一步地，所述催化剂为SO

进一步地，所述消泡剂为聚醚消泡剂、有机硅消泡剂中的一种或两种。

本发明还提供了一种用于钻井液的无荧光白油润滑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：按比例称取白油、石墨、表面活性剂、多元醇脂肪酸酯、消泡剂；

S2：向反应釜中加入白油和表面活性剂，加热至35-45℃，搅拌混合均匀，得混合物A；

S3：待混合物A降至室温后加入石墨，搅拌30-60min，再加入多元醇脂肪酸酯及消泡剂，搅拌至均一、无分层，即得所述用于钻井液的无荧光白油润滑剂。

进一步地，步骤S3中多元醇脂肪酸酯为边搅拌边加入。

本发明的有益效果：通过将液体润滑剂原料与固体润滑剂原料混合复配，综合了二者在润滑、安全性、稳定性等方面的优势，使润滑剂具有优异的润滑性能。采用特殊表面活性剂组合，显著降低了体系表面张力，提升了固体润滑剂原料与油相原料的相容性，使得固体润滑剂原料得以均匀分散并稳定存在，进一步提升了润滑剂的润滑效果。本发明采用特定制备方法获得了蓖麻油酸麦芽糖醇酯，与其他常见多元醇脂肪酸酯相比，本发明蓖麻油酸麦芽糖醇酯可更有效地提高润滑降低系数，并且具有较低的起泡性。本发明用于钻井液的无荧光白油润滑剂，具有无荧光、润滑性能优异、低泡等优点，并且润滑剂易于生物降解，产品成本合理，满足钻井液用润滑剂技术指标要求，具有良好应用前景。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。下面具体的实施方式对本发明作进一步的描述。

本发明下述实施例中，样品配制方法包括以下步骤：

S1：按比例称取白油、石墨、表面活性剂、多元醇脂肪酸酯、消泡剂；

S2：向反应釜中加入白油和表面活性剂，加热至35-45℃，搅拌混合均匀，得混合物A；

S3：待混合物A降至室温后加入石墨，搅拌30-60min，再加入多元醇脂肪酸酯及消泡剂，其中，多元醇脂肪酸酯为边搅拌边加入，搅拌至均一、无分层，即得所述用于钻井液的无荧光白油润滑剂。

实施例1

按照表1中重量百分比配制待测样品，根据Q/SY TZ 0022-2015中测试方法测定各样品的润滑系数降低率。表1中，各组分对应数据为其重量百分比。

表1 石墨含量对润滑性能的影响

固体润滑剂具有无荧光、无毒、耐压耐温等优点，加入润滑剂中可有效降低荧光等级，提高润滑剂稳定性。由表1测试结果可知，加入少量石墨即可提高润滑剂组合物的润滑性能，并且在一定用量范围内，润滑性能随石墨用量增大而改善，但当石墨用量达到2wt%时，润滑性能开始下降，可能是由于石墨用量相对较大造成石墨不易分散，难以发挥良好润滑功效。

实施例2

石墨在体系中是否良好分散，对润滑剂能否起到理想润滑作用至关重要。根据物质分散规律，采用表面活性剂降低体系表面张力，改善石墨与润滑剂体系的相容性，从而提高石墨的分散性能。然而，表面活性剂种类繁多且价格相对较高，需选择适宜的表面活性剂，既能使得表面张力明显下降，又不能使得润滑剂成本大幅上升。

按照表2所示用量百分比分别配制1%的表面活性剂溶液，利用表面张力仪在室温条件下测定不同表面活性剂的表面张力，条件不变重复测试三次，取其平均值，结果如表2所示。

表2 不同表面活性剂的表面张力

含氟表面活性剂的表面活性很好，并且氟原子半径较氢原子更大，导致其屏蔽碳原子的能力很强，从而提高碳-碳键的稳定性，因此含氟表面活性剂与其他表面活性剂性比具有更好的化学稳定性和热稳定性。但是，含氟表面活性剂的价格较高，因此采用含氟表面活性剂与其他表面活性剂复配的方式降低使用成本。

由表2结果可知，含氟表面活性剂SIFAST@SF-333、OBS与其他表面活性剂2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、AEO-9、直链烷基苯磺酸钠复配均可在一定程度上降低体系表面张力，其中，含氟表面活性剂与2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇搭配可取得更好的效果（相较于含氟表面活性剂与AEO-9或直链烷基苯磺酸钠搭配），而在含氟表面活性剂与2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的组合中，OBS与2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇搭配的效果更好（相较于SIFAST@SF-333与2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇搭配）。2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇为传统的碳氧表面活性剂，虽然其表面活性不如含氟表面活性剂，但在含氟表面活性剂剂量很少的情况下，加入碳氧表面活性剂以一定比例复配，两者产生相互协同作用，含氟表面活性剂降低了碳氧表面活性剂的表面张力，碳氧表面活性剂的表面活性得以提高，从而达到利用碳氧表面活性剂替代部分含氟表面活性剂的效果，进而使得含氟表面活性剂用量大幅减少，降低了实际生产使用成本。

表3 不同含氟表面活性剂含量表面活性剂组合的表面张力

由表3可知，当增加含氟表面活性剂OBS在表面活性剂组合中的用量时，表面活性剂组合呈现的表面张力逐渐减小，但含氟表面活性剂用量大于4wt%时，表面活性剂组合的表面张力下降并不显著，反而会造成产品成本上升，因此含氟表面活性剂用量选择2-4wt%为宜。

按照表4中重量百分比配制待测样品，根据Q/SY TZ 0022-2015中测试方法测定各样品的润滑系数降低率。表4中，各组分对应数据为其重量百分比。

表4 不同石墨含量润滑剂的润滑性能

由表4结果可知，4wt% 含氟表面活性剂OBS与96wt% 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的表面活性剂组合可显著降低体系表面张力，使得固体润滑剂石墨在体系中良好分散，即使石墨用量达到2wt%及以上，依然具有良好的分散性，从而使得组合物样品的润滑性能随石墨用量增大而逐渐上升。但通过实验发现，石墨用量大于1.5wt%时，组合物样品的润滑系数降低率上升并不显著，因此石墨用量选择0.5-1.5wt%为宜。

实施例3

称取适量麦芽糖醇与蓖麻油酸，在通氮气条件下将麦芽糖醇和蓖麻油酸加入反应容器，以麦芽糖醇与蓖麻油酸的总质量计，加入0.6wt%催化剂SO

将所得蓖麻油酸麦芽糖醇酯与常用多元醇脂肪酸酯蓖麻油酸季戊四醇酯、蓖麻油酸山梨糖醇酯分别加入润滑剂组合物中，根据Q/SY TZ 0022-2015中测试方法测定各样品的润滑系数降低率及起泡率，结果见表5。表5中，各组分对应数据为其重量百分比。

表5 含不同多元醇脂肪酸酯的润滑剂的润滑及泡沫性能

由表5结果可知，相比于其他多元醇脂肪酸酯，本发明制备的蓖麻油酸麦芽糖醇酯可使润滑剂组合物具有明显更加优异的润滑性能和更低的起泡率。

实施例4

按照下述方法制备本发明润滑剂组合物样15-18，根据Q/SY TZ 0022-2015中测试方法测试各样品技术性能指标，结果见表6。

一种用于钻井液的无荧光白油润滑剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：按比例称取白油、石墨、表面活性剂、多元醇脂肪酸酯、消泡剂；

S2：向反应釜中加入白油和表面活性剂，加热至40℃，搅拌混合均匀，得混合物A；

S3：待混合物A降至室温后加入石墨，搅拌60min，再加入多元醇脂肪酸酯及消泡剂，其中，多元醇脂肪酸酯为边搅拌边加入，搅拌至均一、无分层，即得所述用于钻井液的无荧光白油润滑剂。

所述蓖麻油酸麦芽糖醇酯制备方法为：称取适量麦芽糖醇与蓖麻油酸，在通氮气条件下将麦芽糖醇和蓖麻油酸加入反应容器，以麦芽糖醇与蓖麻油酸的总质量计，加入0.8wt%催化剂SO

样15

一种用于钻井液的无荧光白油润滑剂，其特征在于，所述润滑剂由如下重量百分比的原料制成：白油50wt%、石墨0.5wt%、表面活性剂8wt%、蓖麻油酸麦芽糖醇酯39.5wt%、消泡剂2wt%，表面活性剂为含氟表面活性剂OBS和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的组合，以表面活性剂总重量计，所述含氟表面活性剂OBS含量为4wt%、所述2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇含量为96wt%，所述消泡剂为二甲基硅油。

样16

一种用于钻井液的无荧光白油润滑剂，其特征在于，所述润滑剂由如下重量百分比的原料制成：白油50wt%、石墨1wt%、表面活性剂8wt%、蓖麻油酸麦芽糖醇酯39wt%、消泡剂2wt%，表面活性剂为含氟表面活性剂OBS和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的组合，以表面活性剂总重量计，所述含氟表面活性剂OBS含量为4wt%、所述2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇含量为96wt%，所述消泡剂为二甲基硅油。

样17

一种用于钻井液的无荧光白油润滑剂，其特征在于，所述润滑剂由如下重量百分比的原料制成：白油45wt%、石墨1wt%、表面活性剂10wt%、蓖麻油酸麦芽糖醇酯42wt%、消泡剂2wt%，表面活性剂为含氟表面活性剂OBS和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的组合，以表面活性剂总重量计，所述含氟表面活性剂OBS含量为4wt%、所述2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇含量为96wt%，所述消泡剂为二甲基硅油。

样18

一种用于钻井液的无荧光白油润滑剂，其特征在于，所述润滑剂由如下重量百分比的原料制成：白油52wt%、石墨1wt%、表面活性剂8wt%、蓖麻油酸麦芽糖醇酯37wt%、消泡剂2wt%，表面活性剂为含氟表面活性剂OBS和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的组合，以表面活性剂总重量计，所述含氟表面活性剂OBS含量为4wt%、所述2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇含量为96wt%，所述消泡剂为二甲基硅油。

表6 本发明用于钻井液的无荧光白油润滑剂的技术性能

由表6结果可知，本发明用于钻井液的无荧光白油润滑剂在淡水浆中表观黏度升高值小于5.0mPa.s，可见本发明润滑剂对淡水基浆的表观黏度影响较小，在淡水浆中本发明润滑剂的润滑系数降低率可达95%以上，表现出优异的润滑效果，并且本发明润滑剂起泡率较低，综合性能优异。

样19

一种用于钻井液的无荧光白油润滑剂，其特征在于，所述润滑剂由如下重量百分比的原料制成：白油56wt%、石墨1wt%、表面活性剂6wt%、多元醇脂肪酸酯35wt%、消泡剂2wt%，表面活性剂为含氟表面活性剂OBS和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的组合，以表面活性剂总重量计，所述含氟表面活性剂OBS含量为4wt%、所述2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇含量为96wt%，所述消泡剂为二甲基硅油。

样20

一种用于钻井液的无荧光白油润滑剂，其特征在于，所述润滑剂由如下重量百分比的原料制成：白油43wt%、石墨1wt%、表面活性剂12wt%、多元醇脂肪酸酯40wt%、消泡剂4wt%，表面活性剂为含氟表面活性剂OBS和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的组合，以表面活性剂总重量计，所述含氟表面活性剂OBS含量为2wt%、所述2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇含量为98wt%，所述消泡剂为二甲基硅油。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其他方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。