本發明涉及一種鉆井液用潤滑劑及其制備方法與應用，特別涉及一種高密度鉆井液用低毒環保型潤滑劑及其制備方法與應用，屬于石油化工領域。
背景技術：
：鉆井液的潤滑性對鉆井作業影響很大，特別是在超深井、大斜度大位移井、長井段水平井和叢式井的施工中，鉆具的旋轉阻力和提拉阻力會大幅度增加，特別是鉆井液密度高時摩擦阻力更大，嚴重影響機械的鉆速和鉆井的安全。加入潤滑劑是提高潤滑性能的最有效措施之一，而目前常規潤滑劑存在抗溫性能差、與基漿配伍性差和毒性偏高等問題，尤其是在高密度鉆井液中易造成體系黏度增大、潤滑效果明顯下降，難以滿足現代深井、大斜度大位移井、頁巖氣水平井鉆井的需求。針對上述問題，研制一種高密度鉆井液用低毒環保型潤滑劑具有重要的現實意義。技術實現要素：為解決上述技術問題，本發明提供了一種鉆井液用潤滑劑及其制備方法與應用。該鉆井液用潤滑劑易生物降解，無毒，有利于環保，且制備方法簡單，能夠滿足現代深井、大斜度大位移井、頁巖氣水平井鉆井的需求。為達到上述目的本發明提供了一種鉆井液用潤滑劑的制備方法，其包括以下步驟：在氮氣保護下，植物油酸、有機溶劑和縮合劑加入反應容器中在20-100℃條件下反應0.5-6h；然后向反應容器中加入醇胺，在30-50℃條件下反應1-36h，得到中間產物，該中間產物為含醇羥基的酰胺縮合物；向所述含醇羥基的酰胺縮合物中加入抗氧抗腐蝕劑，在30-70℃下反應0.5-1.5h，得到鉆井液用潤滑劑。在上述制備方法中，優選地，所述植物油酸、醇胺和縮合劑的摩爾比為(1-1.3):(0.3-1):(0.5-1)。在上述制備方法中，有機溶劑的用量沒有特別限定。在上述制備方法中，優選地，抗氧抗腐蝕劑的質量為所述中間產物的質量的0.5-5％。在上述制備方法中，優選地，所述醇胺包括化合物A和化合物B中的一種或幾種的組合；其中，化合物A的結構通式如式1所示R1-NH-(CH2)n-OH式1；化合物B的結構通式如式2所示R2-CH(OH)-CH2-NH2式2；在式1中，n為1-3；R1為C1-C18的直鏈烷基、—(CH2)mOH或—(CH2)mNH2；優選地，所述m為0-3；在式2中，R2為C1-C12的直鏈烷基或在上述制備方法中，優選地，所述醇胺包括氨基乙基乙醇胺、二乙醇胺、異丙醇胺、N-乙基乙醇胺、N-(2-氨基乙基)乙醇胺、N-芐基乙醇胺、N-苯基乙醇胺和羥苯乙醇胺中的任一種或幾種的組合。在上述制備方法中，優選地，所述植物油酸包括花生油酸、大豆油酸、椰子油酸、蓖麻油酸和棕櫚油酸中的一種或幾種的組合。在上述制備方法中，優選地，所述縮合劑包括N,N′-羰基二咪唑或碳二亞胺。在上述制備方法中，優選地，所述有機溶劑包括二甲基亞砜、二氯甲烷或N,N-二甲基甲酰胺。在上述制備方法中，抗氧抗腐蝕劑主要用來避免或減輕潤滑劑的氧化，避免或減輕氧化產品對鉆具的腐蝕，提高潤滑劑的潤滑穩定性和抗高溫性能；優選地，所述抗氧抗腐蝕劑包括化合物C和化合物D中的一種或幾種的組合；其中，所述化合物C的結構通式如式3所示：所述化合物D的結構通式如式4所示：在式3和式4中，R1、R2為相同或不同的烷基，所述烷基的碳數優選為C2-C16；M為金屬，更優選為鋅、鎳、鉬、錫或鎘。在上述制備方法中，優選地，所述抗氧抗腐蝕劑包括二烷基二硫代磷酸鋅、二烷基二硫代氨基甲酸鋅、二烷基二硫代氨基甲酸鎳、二烷基二硫代磷酸鉬、二烷基二硫代氨基甲酸鉬和二烷基二硫代磷酸鎳中的一種或幾種的組合。在本發明提供的技術方案中，本發明提供的由上述制備方法得到的鉆井液用潤滑劑主要是由中間產物(所述中間產物為含醇羥基的酰胺縮合物)和抗氧抗腐蝕劑組成混合后的組合物；其中，含醇羥基的酰胺縮合物同時包含酰胺基和醇羥基，兼具乳化和潤濕功效，能夠改善重晶石的表面性能，使其在高密度鉆井液中不易團聚，且具有良好的分散性和懸浮穩定性，使高密度鉆井液的流變性和沉降穩定性獲得改善，從而使潤滑劑在高密度鉆井液中最大程度地發揮潤滑作用。本發明提供的技術方案解決了現有潤滑劑在高密度鉆井液中大量吸附重晶石，導致高密度鉆井液在高溫作用下產生發生大量重晶石沉淀或鉆井液增稠的技術難題。此外，本發明提供的鉆井液用潤滑劑里的抗氧抗腐蝕劑，有助于提高潤滑劑的潤滑穩定性和抗高溫性能。本發明還提供了一種由上述制備方法得到的鉆井液用潤滑劑，該潤滑劑抗溫達200℃，EC50大于20000mg/L。本發明提供的鉆井液用潤滑劑能夠應用于水基鉆井液中，優選地，所述水基鉆井液的密度為1.2-2.0g/cm3；更優選地，潤滑劑在水基鉆井液中的質量百分比含量為0.2-5.0％。本發明的有益效果：1)本發明提供的鉆井液用潤滑劑其主要原料為大自然生物鏈中的植物油，易生物降解，無毒，有利于環保；2)本發明提供的鉆井液用潤滑劑用于鉆井液的適用密度范圍廣，潤滑性能優異，對鉆井液的流變性和降濾失性影響較小，尤其能夠應用于高密度鉆井液；3)本發明提供的鉆井液用潤滑劑劑抗溫達200℃，適應性能好，且制備方法簡單，能夠滿足現代深井、大斜度大位移井、頁巖氣水平井鉆井的需求。具體實施方式為了對本發明的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施范圍的限定。實施例1本實施例提供了一種鉆井液用潤滑劑，其是由以下方法制備得到的：1)在氮氣保護下，將大豆油酸溶解于有機溶劑二氯甲烷中，然后置于反應容器中，加入縮合劑N,N′-羰基二咪唑，在室溫下攪拌反應3h；然后加入二乙醇胺，在50℃條件下進行縮合反應，反應6h后進行過濾，得到含醇羥基的酰胺縮合物；其中，大豆油酸、二乙醇胺和縮合劑的摩爾比為1.1:0.5:1；2)向上述獲得的含醇羥基的酰胺縮合物中加入抗氧抗腐蝕劑二烷基二硫代磷酸鋅，在55℃條件下攪拌1h，得到鉆井液用潤滑劑；其中，抗氧抗腐蝕劑的加入量為含醇羥基的酰胺縮合物的質量的1％。實施例2本實施例提供了一種鉆井液用潤滑劑，其是由以下方法制備得到的：1)在氮氣保護下，向反應容器中加入大豆油酸、縮合劑N,N′-羰基二咪唑和二氯甲烷，在50℃下攪拌反應2h；然后向其中加入復合醇胺(該復合醇胺為N-乙基乙醇胺和異丙醇胺的混合物，兩者的質量比為40:60)，在40℃下縮合反應15h后進行過濾，得到含醇羥基的酰胺縮合物；其中，大豆油酸、復合醇胺和縮合劑的摩爾比為1:0.6:0.8；2)向上述獲得的含醇羥基的酰胺縮合物中加入抗氧抗腐蝕劑二烷基二硫代氨基甲酸鋅，在45℃條件下攪拌1h，得到鉆井液用潤滑劑；其中，抗氧抗腐蝕劑的加入量為含醇羥基的酰胺縮合物質量的1.2％。實施例3本實施例提供了一種鉆井液用潤滑劑，其是由以下方法制備得到的：1)在氮氣保護下，向反應容器中加入大豆油酸、縮合劑N,N′-羰基二咪唑和二甲基亞砜，在60℃下攪拌反應1.5h，然后加入N-芐基乙醇胺，45℃下縮合反應18h后，過濾溶劑，得到含醇羥基的酰胺縮合物；其中，大豆油酸、N-芐基乙醇胺和縮合劑的摩爾比為1:0.9:0.8。2)向上述獲得的含醇羥基的酰胺縮合物中加入抗腐蝕劑二烷基二硫代氨基甲酸鎳，在50℃條件下攪拌2h，得到鉆井液用潤滑劑；其中，抗氧抗腐蝕劑的用量為含醇羥基的酰胺縮合物質量的1.5％。實施例4本實施例提供了一種鉆井液用潤滑劑，其是由以下方法制備得到的：1)在氮氣保護下，向反應容器中加入大豆油酸、縮合劑N,N′-羰基二咪唑和二甲基亞砜，在80℃下攪拌反應2h；然后向其中加入復合醇胺(該復合醇胺為二乙醇胺和異丙醇胺的混合物，兩者的質量比為55:45)，在50℃下縮合反應7h后進行過濾，得到含醇羥基的酰胺縮合物；其中，大豆油酸、復合醇胺和縮合劑的摩爾比為1:0.8:1。2)向上述獲得的含醇羥基的酰胺縮合物中加入抗氧抗腐蝕劑二烷基二硫代磷酸鋅，在53℃條件下攪拌1.5h，得到鉆井液用潤滑劑；其中，抗氧抗腐蝕劑的用量為含醇羥基的酰胺縮合物質量的該縮合物質量的5％。對比例1本對比例提供了一種鉆井液用潤滑劑，其是由以下方法制備得到的：在氮氣保護下，向反應容器中加入78g大豆油酸和42g二乙醇胺，攪拌使其混合，同時升溫至155-165℃，加熱反應1-1.5h，得到油酸酯和酰胺的混合物，即為鉆井液用潤滑劑。下面對實施例1-4和對比例1提供的鉆井液用潤滑劑進行了應用測試，其中，不同基漿的配制，潤滑系數的測定及潤滑系數降低率的計算如下所述：1)不同基漿的配制①膨潤土基漿的配制：在1000mL蒸餾水中加入50g懷安膨潤土、2g碳酸鈉，攪拌30min，室溫下預水化處理24h，備用。②低密度基漿的配制：取300mL預水化好的膨潤土基漿，攪拌下，加入0.3g低粘聚陰離子纖維素、6g褐煤樹脂、6g水解聚丙烯腈胺鹽、4g磺甲基酚醛樹脂，84g重晶石，高速(11000r/min)攪拌30min后得到密度為1.2g/cm3的基漿。③高密度基漿的配制：取300mL預水化好的膨潤土基漿，攪拌下，加入1.5g低粘羧甲基纖維素、3g抗高溫改性淀粉，580g重晶石，高速(11000r/min)攪拌30min后得到密度為2.0g/cm3的基漿。2)潤滑系數的測定及潤滑系數降低率的計算潤滑系數的測定：根據行標SY/T6094-94，采用極壓潤滑儀來測定鉆井液的潤滑系數，計算公式為：f＝(N1×34)/(100×N2)；式中：f為潤滑系數；N1為鉆井液的潤滑讀數；N2為清水的潤滑讀數，34是校正因子。潤滑系數降低率的計算：R＝(f0-f1)/f0×100％；式中：R為潤滑系數降低率，f0為加入潤滑劑前的鉆井液潤滑系數，f1為加入潤滑劑后的鉆井液潤滑系數。應用例1本應用例將實施例1-4制備得到的鉆井液用潤滑劑加入上述膨潤土基漿中進行相應的測試，測試過程如下所述：將實施例1-4制備得到的鉆井液用潤滑劑加入上述膨潤土基漿中，潤滑油在膨潤土基漿中的質量百分比含量為1％，分別高速攪拌20分鐘，然后測定潤滑系數，并計算潤滑系數降低率，結果如表1所示。表1鉆井液用潤滑劑在膨潤土基漿中的潤滑系數和潤滑系數降低率潤滑劑潤滑系數潤滑系數降低率膨潤土基漿0.473-實施例10.07883.5％實施例20.08781.6％實施例30.09180.7％實施例40.08681.8％由表1可知，實施例1-4中制備的潤滑劑能夠大幅提高膨潤土基漿的潤滑性能，潤滑系數降低率大于80％。應用例2本應用例將實施例1-4和對比例1制備得到的鉆井液用潤滑劑加入上述高密度基漿中進行相應的測試，測試過程如下所述：按照應用例1中潤滑系數的測定方法，將實施例1-4和對比例1制備得到的潤滑劑加入上述高密度基漿中，潤滑劑在高密度基漿中的質量百分比含量為2％，測定體系在150℃下熱滾16h后的密度、表觀粘度、API濾失量、潤滑系數，并計算潤滑系數降低率，結果如表2所示。由表2可知，實施例1-4中制備的潤滑劑加入高密度基漿150℃/16h老化后，表觀粘度變化較小，濾失量有所降低，潤滑系數大幅減小，無沉降現象。而對比例1制備的潤滑劑加入高密度基漿150℃/16h老化后，潤滑系數略有減小，但引起鉆井液沉淀，且有增稠現象，這對現場施工及其不利，同時說明該潤滑劑的抗溫不足150℃。表2鉆井液用潤滑劑在高密度基漿中的潤滑系數和潤滑系數降低率應用例3本應用例將實施例1和3制備得到的鉆井液用潤滑劑加入上述低密度基漿中進行相應的測試，測試過程如下所述：按照應用例1中潤滑系數的測定方法，分別將實施例1、實施例3中制備得到的潤滑劑加入上述密度為1.2g/cm3的低密度基漿中，潤滑劑在低密度基漿中的質量百分比含量為2％，測定體系在120℃、150℃、180℃、200℃下熱滾16h后的潤滑系數，并計算潤滑系數降低率，結果如表3所示。表3鉆井液用潤滑劑的抗溫性評價結果潤滑劑實驗條件潤滑系數潤滑系數降低率1.2g/cm3基漿室溫0.223-實施例1120℃/16h0.06969.1％實施例1150℃/16h0.05874.0％實施例1180℃/16h0.05177.1％實施例1200℃/16h0.04878.5％實施例3120℃/16h0.09358.3％實施例3150℃/16h0.08561.9％實施例3180℃/16h0.07865.0％實施例3200℃/16h0.07168.2％由表3可知，實施例1和實施例3中制備的潤滑劑加入1.2g/cm3基漿后，潤滑系數大幅減小，200℃/16h老化后，潤滑系數降低率均大于65％，表明實施例中制備的潤滑劑能夠抗溫達200℃。應用例4本應用例對實施例1-4制備得到的鉆井液用潤滑劑進行了生物毒性評價，評價過程如下所述：1)生物毒性評價：根據油田化學劑及鉆井液的生物毒性容許值規定，如果生物毒性檢驗結果不小于20000mg/L，便符合生物毒性要求。對實施例1-4中制備的潤滑劑進行了發光桿菌生物毒性試驗，結果如表4所示。表4鉆井液用潤滑劑的生物性能測試結果潤滑劑實施例1實施例2實施例3實施例4EC50/mg·L-162400621006070061500根據表4可知，本發明實施例1-4潤滑劑的EC50均大于20000mg/L，沒有毒性，利于環境保護。當前第1頁1 2 3