一种水基钻井液用非硫磷润滑剂

技术领域

本发明涉及水基钻井液润滑剂技术领域。

背景技术

当前，世界各地油气钻井有80%以上的进尺是采用水基钻井液完成的。为了提高钻速，减少事故和井下复杂情况，降低钻井成本，润滑剂对水基钻井液来说是必不可少的。

硫、磷元素在润滑剂、表面活性剂中应用十分普遍，但会对环境造成一定的危害。

目前，水基钻井液仍然是油田钻井的首选，为了实现钻井作业的安全快速与高效的综合利益，研制既满足钻井要求，又不污染环境的水基钻井液用润滑剂是十分必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水基钻井液用非硫磷润滑剂，该润滑剂配伍性好，抗盐、抗高温、抗高酸碱值，润滑性能好，不污染环境，能很好的分散在水中，不产生漂浮油花，适用于各类水基钻井液体系和所有井型的油气开发井，可用于探井。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种水基钻井液用非硫磷润滑剂，以重量百分比计包括以下组份：

三羟甲基丙烷油酸酯 C型 8～12%，

植物油脂肪酸乙酯或植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物 35～41%，

合成脂肪酸树脂 45～55%，

span-800.8～1.2%，

OP-100.8～1.2%，

经搅拌均匀制得的。

优选的，水基钻井液用非硫磷润滑剂，以重量百分比计包括以下组份：

三羟甲基丙烷油酸酯 C型 10%，

植物油脂肪酸乙酯或植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物 38%，

合成脂肪酸树脂 50%，

span-801%，

OP-101%。

优选的，合成脂肪酸树脂是将脂肪酸、季戊四醇、聚醚多元醇、过氧化苯甲酰全部加入反应釜，通入CO₂置换出反应釜中的氧气后，搅拌，升温、保温反应制成的。

优选的，植物油脂肪酸乙酯为豆油脂肪酸乙酯、棕榈油脂肪酸乙酯、菜籽油脂肪酸乙酯中的一种或几种。

优选的，植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物的制备方法为：

将植物油脂肪酸与质量浓度98%的浓硫酸加热到80±5℃，加入无水乙醇，在80±5℃反应6-8小时，静止分层，分出下层的硫酸层，上层转移到蒸馏釜，80±5℃蒸馏除乙醇，得到植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物；植物油脂肪酸为豆油脂肪酸、棕榈油脂肪酸、菜籽油脂肪酸中的一种或几种。

进一步优选的，植物油脂肪酸与无水乙醇的摩尔比为1:28-35，质量浓度98%的浓硫酸的加入量为植物油脂肪酸质量的4%-6%。

更进一步优选的，植物油脂肪酸与无水乙醇的摩尔比为1:30，质量浓度98%的浓硫酸的加入量为植物油脂肪酸质量的5%。

优选的，合成脂肪酸树脂的制备方法包括下列步骤：

① 将脂肪酸、季戊四醇、聚醚多元醇、过氧化苯甲酰全部加入反应釜，通入CO₂置换出反应釜中的氧气后，搅拌，升温至175～185℃，保温1～2h；

② 升温至200～220℃，保温反应，抽样测酸值达10mgKOH/g为反应终点；

③ 达到反应终点后，停止加热；

④ 搅拌均匀，80～90℃过滤，收于贮罐，待用；

脂肪酸为动物油脂肪酸、豆油脂肪酸、棕榈油脂肪酸、菜籽油脂肪酸中的一种或几种。

进一步优选的，合成脂肪酸树脂的制备方法中原料质量比为：脂肪酸：季戊四醇：聚醚多元醇：过氧化苯甲酰=68～62:32～28:5.5～3.5:0.5～0.25。

更进一步优选的，合成脂肪酸树脂的制备方法中原料质量比为：脂肪酸：季戊四醇：聚醚多元醇：过氧化苯甲酰=65:29.7:5:0.3。

span-80，中文名为司盘80，化学成分为失水山梨糖醇脂肪酸酯。

OP-10是一种化工原料，成分是烷基酚聚氧乙烯醚。

本发明润滑剂的用法和用量为：可均匀按循环周直接加入水基钻井液（循环泥浆）中。推荐加量为水基钻井液质量的1.0％～3.0％，斜度大的井可增加加量。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本发明润滑剂为淡黄色、透明液体，能很好的分散在水中，不产生漂浮油花。

2、适合于有机盐泥浆体系。

3、抗盐，可用于海水钻井，而且海水、淡水润滑性基本无变化。

4、抗高温，通过180度老化24小时，润滑性无变化。

5、抗高酸碱值，pH=10～11润滑性无变化。

6、配伍性好。

7、密度0.89左右g/cm³。

8、无毒，不含硫、磷元素，不污染环境。

9、润滑性能好。180℃老化16h淡水浆润滑系数降低率，80%以上，180℃老化16h海水浆润滑系数降低率，80%以上。

10、本润滑剂适用于各类水基钻井液体系。

11、本润滑剂适用于所有井型的油气开发井，可用于探井。

12、本润滑剂通过有关质检部门、国外钻井液公司的评价，能够很好的符合海洋钻井的要求。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

三羟甲基丙烷油酸酯 C型的生产厂家为聊城瑞捷化工有限公司；

实施例1

一种水基钻井液用非硫磷润滑剂，以重量百分比计包括以下组份：

三羟甲基丙烷油酸酯 C型 10%，

植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物38%，

合成脂肪酸树脂50%，

span-80 1%，

OP-10 1%。

上述水基钻井液用非硫磷润滑剂的制备方法为：

（1）植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物的制备方法为：

将植物油脂肪酸与质量浓度98%的浓硫酸加热到80±5℃，加入无水乙醇，在80±5℃反应6小时，静止分层，分出下层的硫酸层，上层转移到蒸馏釜，80±5℃蒸馏除乙醇，得到植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物；植物油脂肪酸为豆油脂肪酸、棕榈油脂肪酸和菜籽油脂肪酸的混合物，植物油脂肪酸要求无水；植物油脂肪酸与无水乙醇的摩尔比为1:30，质量浓度98%的浓硫酸的加入量为植物油脂肪酸质量的5%。

（2）合成脂肪酸树脂的制备方法包括下列步骤：

① 将脂肪酸、季戊四醇、聚醚多元醇、过氧化苯甲酰全部加入反应釜，通入CO₂置换出反应釜中的氧气后，搅拌，升温至180℃，保温1h；

② 升温至200～220℃，保温2h，抽样测酸值达10mgKOH/g为反应终点。如果达不到，继续保温，每30min抽样复测；

③ 达到反应终点后，停止加热

④ 搅拌均匀（30min），80～90℃过滤，收于贮罐，待用；

脂肪酸为动物油脂肪酸、豆油脂肪酸、棕榈油脂肪酸和菜籽油脂肪酸的混合物（或地沟油），脂肪酸要求无水；原料质量比为：脂肪酸：季戊四醇：聚醚多元醇：过氧化苯甲酰=65:29.7:5:0.3。

（3）将合成脂肪酸树脂、三羟甲基丙烷油酸酯C型、植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物、span-80以及 OP-10 按比例依次加入反应釜，搅拌30min，放料包装即得水基钻井液用非硫磷润滑剂。本润滑剂润滑性能好。180℃老化16h淡水浆润滑系数降低率，90%，180℃老化16h海水浆润滑系数降低率，90%。

实施例2

一种水基钻井液用非硫磷润滑剂，以重量百分比计包括以下组份：

三羟甲基丙烷油酸酯 C型8%，

植物油脂肪酸乙酯40%，

合成脂肪酸树脂50%，

span-80 0.8%，

OP-10 1.2%。

上述水基钻井液用非硫磷润滑剂的制备方法为：

（1）植物油脂肪酸乙酯的制备方法为：

将植物油脂肪酸与质量浓度98%的浓硫酸加热到80±5℃，加入无水乙醇，在80±5℃反应6小时，静止分层，分出下层的硫酸层，上层转移到蒸馏釜，80±5℃蒸馏除乙醇，再升温170～200℃，蒸馏得到产品植物脂肪酸乙酯及残渣副产品植物沥青；植物油脂肪酸为豆油脂肪酸，植物油脂肪酸要求无水；植物油脂肪酸与无水乙醇的摩尔比为1:30，质量浓度98%的浓硫酸的加入量为植物油脂肪酸质量的5%。

上述植物油脂肪酸乙酯也可以按照现有常规方法制备。

（2）合成脂肪酸树脂的制备方法包括下列步骤：

① 将脂肪酸、季戊四醇、聚醚多元醇、过氧化苯甲酰全部加入反应釜，通入CO₂置换出反应釜中的氧气后，搅拌，升温至175℃，保温2h；

② 升温至200～220℃，保温2h，抽样测酸值达10mgKOH/g为反应终点。如果达不到，继续保温，每30min抽样复测；

③ 达到反应终点后，停止加热

④ 搅拌均匀（30min），80～90℃过滤，收于贮罐，待用；

脂肪酸为动物油脂肪酸和豆油脂肪酸的混合物，脂肪酸要求无水；原料质量比为：脂肪酸：季戊四醇：聚醚多元醇：过氧化苯甲酰=65:29.7:5:0.3。

（3）将合成脂肪酸树脂、三羟甲基丙烷油酸酯C型、植物油脂肪酸乙酯、span-80以及 OP-10 按比例依次加入反应釜，搅拌30min，放料包装即得水基钻井液用非硫磷润滑剂。本润滑剂润滑性能好。180℃老化16h淡水浆润滑系数降低率，83%，180℃老化16h海水浆润滑系数降低率，83%。

实施例3

一种水基钻井液用非硫磷润滑剂，以重量百分比计包括以下组份：

三羟甲基丙烷油酸酯 C型12%，

植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物41%，

合成脂肪酸树脂45%，

span-80 1.2%，

OP-10 0.8%。

上述水基钻井液用非硫磷润滑剂的制备方法为：

（1）植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物的制备方法为：

将植物油脂肪酸与质量浓度98%的浓硫酸加热到80±5℃，加入无水乙醇，在80±5℃反应8小时，静止分层，分出下层的硫酸层，上层转移到蒸馏釜，80±5℃蒸馏除乙醇，得到植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物；植物油脂肪酸为棕榈油脂肪酸，植物油脂肪酸要求无水；植物油脂肪酸与无水乙醇的摩尔比为1:28，质量浓度98%的浓硫酸的加入量为植物油脂肪酸质量的6%。

（2）合成脂肪酸树脂的制备方法包括下列步骤：

① 将脂肪酸、季戊四醇、聚醚多元醇、过氧化苯甲酰全部加入反应釜，通入CO₂置换出反应釜中的氧气后，搅拌，升温至185℃，保温1.5h；

② 升温至200～220℃，保温2h，抽样测酸值达10mgKOH/g为反应终点。如果达不到，继续保温，每30min抽样复测；

③ 达到反应终点后，停止加热

④ 搅拌均匀（30min），80～90℃过滤，收于贮罐，待用；

脂肪酸为动物油脂肪酸、豆油脂肪酸和棕榈油脂肪酸的混合物，脂肪酸要求无水；原料质量比为：脂肪酸：季戊四醇：聚醚多元醇：过氧化苯甲酰=68:28:3.5:0.5。

（3）将合成脂肪酸树脂、三羟甲基丙烷油酸酯C型、植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物、span-80以及 OP-10 按比例依次加入反应釜，搅拌30min，放料包装即得水基钻井液用非硫磷润滑剂。本润滑剂润滑性能好。180℃老化16h淡水浆润滑系数降低率，89%，180℃老化16h海水浆润滑系数降低率，88%。

实施例4

一种水基钻井液用非硫磷润滑剂，以重量百分比计包括以下组份：

三羟甲基丙烷油酸酯 C型8%，

植物油脂肪酸乙酯35%，

合成脂肪酸树脂55%，

span-80 0.9%，

OP-10 1.1%。

上述水基钻井液用非硫磷润滑剂的制备方法为：

（1）植物油脂肪酸乙酯的制备方法为：

将植物油脂肪酸与质量浓度98%的浓硫酸加热到80±5℃，加入无水乙醇，在80±5℃反应7小时，静止分层，分出下层的硫酸层，上层转移到蒸馏釜，80±5℃蒸馏除乙醇，再升温到170～200℃，蒸馏得到产品植物脂肪酸乙酯及残渣副产品植物沥青；植物油脂肪酸为菜籽油脂肪酸，植物油脂肪酸要求无水；植物油脂肪酸与无水乙醇的摩尔比为1:35，质量浓度98%的浓硫酸的加入量为植物油脂肪酸质量的4%。

（2）合成脂肪酸树脂的制备方法包括下列步骤：

① 将脂肪酸、季戊四醇、聚醚多元醇、过氧化苯甲酰全部加入反应釜，通入CO₂置换出反应釜中的氧气后，搅拌，升温至180℃，保温1h；

② 升温至200～220℃，保温2h，抽样测酸值达10mgKOH/g为反应终点。如果达不到，继续保温，每30min抽样复测；

③ 达到反应终点后，停止加热

④ 搅拌均匀（30min），80～90℃过滤，收于贮罐，待用；

脂肪酸为动物油脂肪酸，脂肪酸要求无水；原料质量比为：脂肪酸：季戊四醇：聚醚多元醇：过氧化苯甲酰=62:32:5.5:0.5。

（3）将合成脂肪酸树脂、三羟甲基丙烷油酸酯C型、植物油脂肪酸乙酯、span-80以及 OP-10 按比例依次加入反应釜，搅拌30min，放料包装即得水基钻井液用非硫磷润滑剂。本润滑剂润滑性能好。180℃老化16h淡水浆润滑系数降低率，81%，180℃老化16h海水浆润滑系数降低率，80%。

实施例5

一种水基钻井液用非硫磷润滑剂，以重量百分比计包括以下组份：

三羟甲基丙烷油酸酯 C型9%，

植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物39%，

合成脂肪酸树脂 50%，

span-80 1.1%，

OP-10 0.9%。

上述水基钻井液用非硫磷润滑剂的制备方法为：

（1）植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物的制备方法为：

将植物油脂肪酸与质量浓度98%的浓硫酸加热到80±5℃，加入无水乙醇，在80±5℃反应6小时，静止分层，分出下层的硫酸层，上层转移到蒸馏釜，80±5℃蒸馏除乙醇，得到植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物；植物油脂肪酸为豆油脂肪酸和棕榈油脂肪酸的混合物，植物油脂肪酸要求无水；植物油脂肪酸与无水乙醇的摩尔比为1:32，质量浓度98%的浓硫酸的加入量为植物油脂肪酸质量的5%。

（2）合成脂肪酸树脂的制备方法包括下列步骤：

① 将脂肪酸、季戊四醇、聚醚多元醇、过氧化苯甲酰全部加入反应釜，通入CO₂置换出反应釜中的氧气后，搅拌，升温至180℃，保温1h；

② 升温至200～220℃，保温2h，抽样测酸值达10mgKOH/g为反应终点。如果达不到，继续保温，每30min抽样复测；

③ 达到反应终点后，停止加热

④ 搅拌均匀（30min），80～90℃过滤，收于贮罐，待用；

脂肪酸为豆油脂肪酸，脂肪酸要求无水；原料质量比为：脂肪酸：季戊四醇：聚醚多元醇：过氧化苯甲酰=66:29:4.75:0.25。

（3）将合成脂肪酸树脂、三羟甲基丙烷油酸酯C型、植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物、span-80以及 OP-10 按比例依次加入反应釜，搅拌30min，放料包装即得水基钻井液用非硫磷润滑剂。本润滑剂润滑性能好。180℃老化16h淡水浆润滑系数降低率，88%，180℃老化16h海水浆润滑系数降低率，88%。

实施例6

一种水基钻井液用非硫磷润滑剂，以重量百分比计包括以下组份：

三羟甲基丙烷油酸酯 C型11%，

植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物36%，

合成脂肪酸树脂51.4%，

span-80 0.8%，

OP-10 0.8%。

上述水基钻井液用非硫磷润滑剂的制备方法为：

（1）植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物的制备方法为：

将植物油脂肪酸与质量浓度98%的浓硫酸加热到80±5℃，加入无水乙醇，在80±5℃反应6小时，静止分层，分出下层的硫酸层，上层转移到蒸馏釜，80±5℃蒸馏除乙醇，得到植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物；植物油脂肪酸为棕榈油脂肪酸和菜籽油脂肪酸的混合物，植物油脂肪酸要求无水；植物油脂肪酸与无水乙醇的摩尔比为1:30，质量浓度98%的浓硫酸的加入量为植物油脂肪酸质量的5%。

（2）合成脂肪酸树脂的制备方法包括下列步骤：

① 将脂肪酸、季戊四醇、聚醚多元醇、过氧化苯甲酰全部加入反应釜，通入CO₂置换出反应釜中的氧气后，搅拌，升温至180℃，保温1h；

② 升温至200～220℃，保温2h，抽样测酸值达10mgKOH/g为反应终点。如果达不到，继续保温，每30min抽样复测；

③ 达到反应终点后，停止加热

④ 搅拌均匀（30min），80～90℃过滤，收于贮罐，待用；

脂肪酸为棕榈油脂肪酸和菜籽油脂肪酸的混合物，脂肪酸要求无水；原料质量比为：脂肪酸：季戊四醇：聚醚多元醇：过氧化苯甲酰=65:29.7:5:0.3。

（3）将合成脂肪酸树脂、三羟甲基丙烷油酸酯C型、植物油脂肪酸乙酯和植物沥青混合物、span-80以及 OP-10 按比例依次加入反应釜，搅拌30min 放料包装即得水基钻井液用非硫磷润滑剂。本润滑剂润滑性能好。180℃老化16h淡水浆润滑系数降低率，90%，180℃老化16h海水浆润滑系数降低率，90%。

实施例7

一种水基钻井液用非硫磷润滑剂，以重量百分比计包括以下组份：

三羟甲基丙烷油酸酯 C型12%，

植物油脂肪酸乙酯37%，

合成脂肪酸树脂48.6%，

span-80 1.2%，

OP-10 1.2%。

上述水基钻井液用非硫磷润滑剂的制备方法为：

（1）植物油脂肪酸乙酯的制备方法为：

将植物油脂肪酸与质量浓度98%的浓硫酸加热到80±5℃，加入无水乙醇，在80±5℃反应6小时，静止分层，分出下层的硫酸层，上层转移到蒸馏釜，80±5℃蒸馏除乙醇，再升温到170～200℃，蒸馏得到产品植物脂肪酸乙酯及残渣副产品植物沥青；植物油脂肪酸为豆油脂肪酸和菜籽油脂肪酸的混合物，植物油脂肪酸要求无水；植物油脂肪酸与无水乙醇的摩尔比为1:30，质量浓度98%的浓硫酸的加入量为植物油脂肪酸质量的5%。

（2）合成脂肪酸树脂的制备方法包括下列步骤：

① 将脂肪酸、季戊四醇、聚醚多元醇、过氧化苯甲酰全部加入反应釜，通入CO₂置换出反应釜中的氧气后，搅拌，升温至180℃，保温1h；

② 升温至200～220℃，保温2h，抽样测酸值达10mgKOH/g为反应终点。如果达不到，继续保温，每30min抽样复测；

③ 达到反应终点后，停止加热

④ 搅拌均匀（30min），80～90℃过滤，收于贮罐，待用；

脂肪酸为豆油脂肪酸、棕榈油脂肪酸和菜籽油脂肪酸的混合物，脂肪酸要求无水；原料质量比为：脂肪酸：季戊四醇：聚醚多元醇：过氧化苯甲酰=65:29.7:5:0.3。

（3）将合成脂肪酸树脂、三羟甲基丙烷油酸酯C型、植物油脂肪酸乙酯、span-80以及 OP-10 按比例依次加入反应釜，搅拌30min 放料包装即得水基钻井液用非硫磷润滑剂。本润滑剂润滑性能好。180℃老化16h淡水浆润滑系数降低率，82%，180℃老化16h海水浆润滑系数降低率，83%。

本水基钻井液用非硫磷润滑剂

一、概况

硫、磷元素在润滑剂、表面活性剂中应用十分普遍，但会对环境造成一定的危害。本润滑剂是自主研制开发的不含硫、磷元素抗盐、抗高温钻井液用润滑剂。通过有关质检部门、国外钻井液公司的评价，能够很好的符合海洋钻井的要求。

二、适用范围

本润滑剂适用于各类水基钻井液体系；

本润滑剂适用于所有井型的油气开发井，可用于探井。

三、性能特点：

1、淡黄色、透明液体，能很好的分散在水中，不产生漂浮油花；

2、适合于有机盐泥浆体系；

3、抗盐，可用于海水钻井，而且海水、淡水润滑性基本无变化；

4、抗高温，通过180度老化24小时，润滑性无变化；

5、抗高酸碱值，pH=10~11润滑性无变化；

6、配伍性好；

7、密度0.89左右g/cm³>

四、用法和用量

可均匀按循环周直接加入水基钻井液中。推荐加量为水基钻井液量的1.0％～3.0％，斜度大的井可增加加量。

五、包装与贮存

采用塑料桶包装，每桶净重180kg。

贮存于阴凉、干燥、通风处。保质期为2年。

六、安全与防护

本润滑剂无毒，但避免与眼睛、皮肤和衣服接触，否则用大量的清水冲洗。不可内服。

七、本发明润滑剂均符合表1规定：

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