[发明专利]可降解的钻井液润滑剂及制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及钻井过程中使用的钻井液润滑剂及制备方法领域，特别是一种可降解的钻井液润滑剂。

技术背景

钻井液润滑剂是钻井液中最重要的处理剂之一，其主要功用是减轻钻具与井壁之间的摩擦阻力，进一步降低发生卡钻事故的风险。特别是在定向井及水平井的施工中，随着井斜角的增大，钻具和井壁的接触面积及摩擦阻力和扭矩阻力不断增大，此时必须保证钻井液足够的润滑性，即通过添加合适的润滑剂来改善钻井液的润滑性能。

钻井液润滑剂在国外有十余类，100多个品种，在国内也有十余类40余种，主要有矿物油、植物油及其油脚的改性产物、表面活性剂与有机物的混合物、合成脂类等精细化工产品及固体润滑剂组成。过去钻井液润滑剂的选用首先是满足钻井要求，再是成本问题，还要满足环境保护和油气层保护问题。随着生态环境的保护日益为人们所重视，当前处理剂的研发和使用，首要考虑的是环境保护和油气层保护问题。因此，利用油脂工业下脚料进行精细化工合成是钻井液润滑剂发展的主要趋势。

当前，国内外出现的可生物降解润滑剂主要有以下几类。

（1）植物油类。植物油的主要成分是甘油和脂肪酸形成的甘油酯。植物油具有下述主要物理和化学特性：氧化稳定性差；挥发度低；具有较好的粘温特性和很高的粘度指数；植物油可在金属和岩石表面形成吸附膜，吸附膜可起润滑作用。植物油具有无毒、生物降解性能好、资源可再生、良好的润滑性能、工艺处理能耗低、向环境的扩散少和价格比较适中等优点。植物油的不良性能可通过采取生物和化学改性的手段来改善。

（2）聚醚类。用作润滑剂的聚醚是以醇或胺为起始剂，由环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、四氢呋喃和长链a-烯烃氧化物等其中的一种或几种单体加成（共）聚合而得的（共）聚合物。聚醚的口服毒性非常低，其降解性取决于分子量的大小和支链化程度。

（3）酯类。酯类分子结构中含有较高活性的酯基基团，易于吸附在金属表面形成牢固的润滑剂膜，具有较好的摩擦润滑性能。酯类突出的优点是具有较好的热稳定性、低温性能、生物降解性和低毒性。酯类具有较宽的液体范围，较高的粘度指数，优良的粘温性能和低温性能。酯类的物理化学性质与其结构组成有密切的联系，其粘度与粘度指数主要取决于分子形态。酯类的链长增加，粘度、粘度指数和倾点升高；加入侧链，粘度升高，倾点下降，粘度指数也有提高；侧链的位置离酯基越远，对粘度与粘度指数影响越小。

（4）聚a-烯烃(PAO)类。PAO是a-癸烯的低聚物，与传统的矿物油相比，液体PAO具有优越的物理性质，如高闪点、高燃点、低倾点、高粘度指数和低挥发度等。与很多合成的和天然的酯类相比，PAO具有十分良好的热稳定性、氧化稳定性和水解稳定性。液体PAO的生物降解性与其粘度有关，粘度增大，生物降解速度减慢。液体PAO对哺乳动物是无毒的，且没有刺激性。

以上四大类润滑剂如果从可持续角度出发，植物油改性和酯类是最重要的研究方向。生物柴油来源于动植物油，其主要成分是脂肪酸甲酯，因此其既集合了植物油和酯类的优点，又克服了这两类产品的不足。

生物柴油来源于生物质提炼，是一种取之不尽，用之不竭的能源，在资源日益稀少的今天，有望取代石油成为替代燃料。此外，石油柴油燃烧不完全，对空气污染严重，产生大量颗粒粉尘，碳排放量高，生物柴油克服了以上缺点，有害物排放大幅降低至10%，是一种优质的清洁能源。

发明内容

本发明的目的是在针对现有常用钻井液油基润滑剂原油、白油、柴油等降解缓慢、不可再生的不足，提供一种将生物柴油复配表面活性剂的可降解的钻井液润滑剂及制备方法。

本发明通过以下技术方案达到的：

一种可降解的钻井液润滑剂，是由下列体积百分比的原料组成： 生物柴油为80~90%；表面活性剂为5~10%；水分为5~10%。所述生物柴油为利用动物或植物油脂生产的脂肪酸甲酯含量≥80%，凝点≤0℃，闪点≥140℃，十六烷值≥49；所述表面活性剂为两种或多种非离子表面活性剂的复配组合。

可降解的钻井液润滑剂制备方法是：(1) 将生物柴油置于搅拌釜，控制釜温在25-30℃；(2) 避光、密封搅拌，至生物柴油成无沉淀均匀液体；(3) 将复配非离子表面活性剂按照比例与水混合；(4) 将表面活性剂的水溶液，缓慢滴入搅拌的生物柴油中；(5) 滴加完毕， 25-30℃保温、避光、密封搅拌20-30分钟；(6) 至形成均匀油包水乳状液得产品。