[发明专利]一种抗磨增效剂及制备方法、润滑剂组合物和应用

说明书

本发明提出了一种抗磨增效剂及制备方法和应用，该抗磨增效剂由氯乙酸、1,4‑丁二醇和含氮杂环化合物为原材料反应制得，该抗磨增效剂基于含氮杂环类化合物结构中的氮原子可以与金属表面原子形成稳定的表面吸附膜，这种化学吸附膜可以有效提高抗磨剂的抗磨减阻性能，应用在水基钻井液润滑剂中可以有效提高润滑剂整体的极压、抗磨能力。

技术领域

本发明涉及油田钻井液技术领域，尤其涉及一种抗磨增效剂及制备方法和应用。

背景技术

润滑剂是钻井液的核心处理剂之一，可显著降低钻具与井壁之间的摩擦、减小钻进扭矩和起下钻摩阻，可有效提高钻速，大大提升作业效率。随着油气勘探的发展，钻井工程中采用水平井、定向井、长裸眼深井、复杂结构井逐渐增多，作业时钻柱与井壁接触面积明显增大，摩阻增加，从而现代钻井作业对水基钻井液的极压抗磨、润滑性能提出了更高的要求。目前，现场应用的常规润滑剂大多选用矿物油或白油、植物油和合成脂类作为水基钻井液用的润滑剂的基础油，其中植物油和合成脂的生物降解性最好，矿物油和白油的生物降解性最差，易对生态环境造成污染。植物油类润滑剂相对较环保且常温下润滑效果好，但抗温耐盐能力相对较差，而且植物油和合成脂类润滑剂的极压抗磨性能有待提高。

在高速、高温和高负荷等恶劣工况的井下钻井环境中，抗磨增效剂是水基钻井液用润滑剂的重要组成部分。极压抗磨剂目前种类主要有S型、P型、Cl型、Mo型、N型、B型、有机金属型、稀土化合物型和纳米粒子型，其中S型、P型、Cl型极压抗磨剂属于传统类型，主要与金属反应生成化合物膜，两者之间可复合使用，具有一定的协同效果，但是环保性较差。Mo型、N型、B型属于新型的环保类极压抗磨剂，其可在金属表面以化学键形式生成化学吸附膜，但是目前在钻井液润滑剂中使用较少，可作为提升水基钻井液抗磨减阻性能的重点研究方向。

随着石油工程的发展和能源绿色、高效开发要求的提升，对于水基钻井液润滑剂的性能要求也越来越高。因此，开发出一种性能优异、环境友好、可以提升水基钻井液抗磨减阻性能的处理剂，对于加快我国油气高效、绿色开发具有重要的现实意义。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种抗磨增效剂及制备方法和应用。

第一方面，本发明提出了一种抗磨增效剂，该抗磨增效剂结构式为：

式1中，R为

该抗磨增效剂基于含氮杂环类化合物结构中N原子能与金属表面的Fe原子形成稳定的配位键，含氮杂环类化合物以化学键的形式吸附在钢铁表面，在钢铁表面形成稳定的吸附膜，这种化学吸附膜可以有效提高抗磨剂的抗磨减阻性能。

第二方面，本发明提供了一种抗磨增效剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：以六水合氯化铁为催化剂，丁二醇与氯乙酸发生酯化反应，得到中间体；

S2：以碳酸氢钠作为碱性催化剂，步骤S1得到的中间体与含氮杂环化合物反应，得到抗磨增效剂。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S1中，所述丁二醇与氯乙酸的摩尔比为1:2～4，优选地，摩尔比为1:2.2。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S1中，所述酯化反应温度为70～90℃；所述酯化反应时间为8～12h。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S1中，所述中间体的结构式为：

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S2中，所述含氮杂环化合物为哌嗪及其衍生物；所述哌嗪及其衍生物优选为哌嗪、N-甲基哌嗪。

所述中间体与含氮杂环化合物的摩尔比为1:1～3，优选地，摩尔比为1:1.4。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S2中，所述反应温度为60～80℃；反应时间为4～8h。