[发明专利]降极压摩阻和泥饼粘附摩阻的钻井液润滑剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气及地质勘探领域，特别是涉及一种钻井作业中用的具有降极压摩阻和降泥饼粘附摩阻双重功能的钻井液润滑剂的制备方法。

背景技术

在钻井作业中，因摩擦而损失的能量占各种机动设备产生总能量的70%以上，如此大的能量损失足以制约着定向井、水平井和大位移井的工程成败。因此，降低摩擦损耗对钻井工程具有重要意义。降低摩擦损耗的方法有多种，采用向钻井液中添加润滑剂的方法是主要技术手段之一。

按照钻井液润滑剂在降低钻具与井壁之间摩阻的机理，可将其分为两大类：一类是降低钻具与套管两金属之间摩擦的极压润滑剂，它通常是含有S、P、N、B、O、Cl等元素的物质，在极压条件下，润滑剂可在钻具和套管的金属表面发生化学反应，形成一层致密、抗极压且具有降低摩阻性质的化学膜，进而降低钻具与套管之间的摩擦；另一类是降低钻具与裸眼井壁之间的摩擦、防止压差卡钻的泥饼粘附润滑剂，它是通过改善泥饼质量，提高泥饼的油滑性，进而降低钻具与井壁之间的摩擦。

目前国内外对钻井液润滑剂的研究主要集中在润滑剂的极压润滑性能方面，极压润滑性能已经做得非常出色，但是在泥饼粘附润滑方面的研究相对较少。目前的极压润滑剂主要为添加了极压添加剂的乳化油类产品；而钻井液泥饼粘附润滑剂主要为沥青改性产品和乳化油类产品。以上两种类型的润滑剂产品都只在一种润滑功能上达到要求，未见有降极压摩阻和降泥饼粘附摩阻两方面全部达标的润滑剂产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种同时具有降极压摩阻和泥饼粘附摩阻功能的钻井液润滑剂的制备方法，满足目前钻井工程对高性能润滑产品的需要。

为此，本发明的技术方案如下：

一种降极压摩阻和泥饼粘附摩阻的钻井液润滑剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）有机醇单取代磷酸或其盐的制备：

将有机醇与多聚磷酸混合于反应容器中，加热，并搅拌至反应完毕，得到极压润滑添加剂有机醇单取代磷酸；

或者将制得的有机醇单取代磷酸与相应的碱金属氢氧化物、碱金属氧化物、氨气或胺反应得到有机醇单取代磷酸盐。这样得到的产物中会含有一定量的原料醇和磷酸副产物，但是反应不需要进行提纯处理，可直接作为极压添加剂和乳化剂使用。

（2）钻井液润滑剂的制备：

将质量分数为0.1～15%的泥饼润滑改善剂、质量分数为0～4%的三乙醇胺、质量分数为0.5～30%的有机醇单取代磷酸或有机醇单取代磷酸盐和余量的油加入到反应容器中，加热至20～150℃，搅拌至固体完全溶解，之后冷却至室温，得到钻井液润滑剂。

其中，所述有机醇为烷基醇、烷基醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚中的一种；

所述泥饼润滑改善剂为具有以下结构的化合物中的一种，或其中两种或两种以上以任意比的混合物：

(RCO₂)_{x_y}(OH)_yM

其中：R为C8-C20的饱和或不饱和的直链或支链烷基；

M为+2价、+3价或+4价的金属离子;

x、y为整数，2≤x≤4，0≤y≤2，且y＜x；

所述的M为所述M为Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Zr⁴⁺或Ti⁴⁺。

所述多聚磷酸为磷酸的4聚体。4、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中的加热、搅拌采用一步法或二步法，所述一步法为：加热至80-150℃，搅拌0.5～3小时；所述二步法为：先加热至50-80℃，搅拌0.5～1小时，然后升温至90-150℃，搅拌0.2～2小时。

优选的是，所述泥饼润滑改善剂的质量分数为1～8%。

优选的是，所述极压添加剂的质量分数为3～15%。

优选的是，所述三乙醇胺的质量分数为0～1%。

所述油为矿物油、植物油、废机油、经植物油改性的油或回收的地沟油。