一种润滑剂及制备方法和应用与流程

本发明涉及石油工业的油田化学，具体而言，涉及一种润滑剂及制备方法和应用。

背景技术：

1、目前石油天然气勘探开发领域不断扩大和深入，钻井工程逐步向复杂井身结构方向发展，定向井、大位移井、丛式井、深井及超深井等特殊井身结构越来越多。随着井深增加、井斜角的增大，钻具和井壁的接触面积增加导致摩阻和扭矩随之增大，极大降低了机械钻速，并造成起下钻的困难，甚至会导致断钻、黏附卡钻等钻井安全事故。通过向钻井液中添加优质润滑剂以降低井下摩阻是预防和解决钻井安全问题的主要技术手段之一。水基钻井液中常用的液体润滑剂主要通过在钻具及井壁表面吸附，形成致密的润滑膜起到润滑作用，改善钻井液的润滑性能，降低钻井摩阻扭矩，以减少或避免井下复杂事故。

2、随着盐水钻井液体系推广应用，在高矿化度条件下尤其钙离子存在容易引起润滑剂水解、皂化，导致润滑剂效能降低。同时盐水钻井液体系尤其钙离子导致膨润土分散差，影响泥饼质量，同样会造成润滑剂效能降低，以上问题对钻井液润滑剂的性能提出了更高的要求，必须具有良好的抗温抗盐钙性能。

3、目前钻井液液体类润滑剂产品较多，主要包括矿物油类、植物油类、脂肪酸酯类、表面活性剂类等，普通润滑剂产品的抗温抗盐钙性能普遍较差，尤其抗钙性能差。特殊类型润滑剂产品少，主要针对高密度及饱和盐类钻井液，同样也存在抗钙问题。

4、单锴，邱正松，钟汉毅等利用环保性能较好的改性基础油、极压耐磨成膜材料、复合表面活性剂以及复合抗氧化剂等，研制了一种高温高矿化度高密度钻井液润滑剂。润滑剂抗温达200℃，加量3％在饱和盐水基浆及6000mg/l钙的饱和盐水基浆中润滑系数降低率均大于80％。

5、王琳，董晓强，杨小华等采用多元醇、含双键的长链脂肪酸、矿物原料等为原料合成一种高密度钻井液用润滑剂，其为一种接入具有极压抗摩能力化学元素的大分子酯。性能评价结果表明，润滑剂加量为1％、2％和3％时，润滑系数降低率为24.2％、33.6％、38.3％，具有良好的润滑性，抗温达180℃，抗盐达30％。

6、王承俊针对现今植物油基钻井液润滑剂在摩擦表面吸附能力低，润滑性能差的问题，通过植物油硫化改性，助剂筛选，开发了以硫化植物油、吐温85、司盘80以及油酸为主要成分的高性能钻井液润滑剂。该润滑剂采用了一种新型的级联吸附润滑机理即油酸自组装成膜完成金属表面疏水改性，硫化植物油自动富集并在极压条件替代油酸吸附于钻具表面形成更为牢固的润滑膜，从而提升润滑性能。

7、中国专利200710158398.1公开了一种用动植物油脂制备钻井液用抗高温润滑剂方法。具体是用重量份为50-70份的废弃油脂与3-10份的乙醇胺、5-20份二乙二醇进行脂化反应；然后采用1-3份硫磺进行硫化反应；向反应产物再加入2-5份的油溶性树脂和10-30份的石墨粉，混合、搅拌均匀，即制得钻井液用抗高温润滑剂。

8、中国专利200810055861.4公开了一种钻井液用的水基润滑剂及其制备方法，润滑剂的配方为：水100-300份，乳化剂10-30份，蓖麻油50-300份，白油50-400份，油酸皂50-600份，消泡剂50-200份。

9、中国专利01102104.7公开了一种钻井液用润滑剂，该润滑剂的成份是高分子润滑材料5％-10％、表面活性剂0.1％-0.5％，加入水至100％：该高分子润滑材料包括聚氧乙烯壬基苯酚醚、聚氧乙烯壬基苯二酚醚、聚氧乙烯癸基苯酚醚、聚氧乙烯癸基苯二酚醚、聚氧丙烯癸基苯酚醚、聚氧丙烯壬基苯酚醚：活性剂选自np-10、op-10、np-6或吐温80。

10、中国专利01106275.4公开了一种用于石油钻井工程的水溶性钻井液润滑剂及其制备方法。此种钻井液润滑剂采用轻质润滑油、白油或0号柴油作为原料，加入一定比例的分散剂、渗透剂、乳化剂、消泡剂加热、搅拌后加水复配而成。

11、中国专利202110989477.7公开了一种适用于水基钻井液抗高温和强吸附键合润滑剂的嵌段聚合物，该嵌段聚合物包括含羧酸酯类结构单元和含苯结构单元的嵌段，以及与之连接的含丙烯酰胺类结构单元的嵌段。

12、中国专利cn202110422660公开了一种钻井液用润滑剂及其制备方法通过优选润滑剂基础油，并选定特殊的表面活性剂，得到可以有效增强润滑性和耐高温性的润滑剂基础油，再通过制备改性润滑微米球颗粒，通过其自身的润滑性能以及和润滑剂基础油之间的协同增效效果，进一步优化润滑剂的润滑性能和耐高温性能。

13、中国专利cn202010081895公开了一种钻井液用润滑剂及其制备方法和应用，通过脂肪酸酯、长链脂肪醇的配合使用，以及金属氧化物、纳米硼酸盐和有机金属化合物的配合使用，使得所提供的钻井液用润滑剂兼具优异的润滑性、抗温性和抗盐性。

14、目前，多数润滑剂产品由基础油经表面活性剂改性制备，主要使用长链脂肪酸作为吸附剂，由于羧基与钻杆表面具有较强的物理及化学吸附作用，因而能起到吸附润滑作用。但在盐水钻井液中，含钙镁离子会与脂肪酸作用产生钙皂沉淀，严重降低润滑效果。脂肪酸酯类作为吸附剂效果较差，存在抗温差、水解等问题。部分产品引入固体粒子配合提高润滑性能，但缺少对基础油、改性剂抗钙性能研究，难以制备出抗钙型抗高温润滑剂产品。

技术实现思路

1、为解决现有技术中润滑剂在盐水钻井液，尤其是钙处理钻井液体系中吸附性能下降，抗温抗盐钙润滑效果差的技术问题，本发明的目的之一在于提供一种润滑剂，该润滑剂包含吸附改进剂组分，该吸附改进剂可以提高吸附剂的抗温抗盐钙吸附能力，进而提高润滑剂的抗温抗盐钙性能，满足润滑剂在高温高矿化度条件下的应用需求。

2、本发明的目的之二在于提供一种润滑剂的制备方法，该制备方法生产条件相对温和，生产工艺简单。

3、本发明的目的之三在于提供一种上述的润滑剂或上述的制备方法制备的润滑剂在钻井液领域中的应用。

4、为实现上述目的之一，本发明采取的技术方案如下：

5、一种润滑剂，包括基础油、吸附剂、吸附改进剂和乳化剂；所述吸附改进剂为所述吸附剂先后经硫化改性和酰胺化改性后制得。

6、在本发明的一些优选实施例中，所述润滑剂以质量百分比计，包括：基础油70-85％、吸附剂5-10％、吸附改进剂5-10％和乳化剂5-10％。一方面，在该比例条件下，吸附剂、吸附改进剂及乳化剂对基础油改性充分；另一方面，吸附剂、吸附改进剂的量使润滑剂吸附成膜能力强，产品极压润滑性能优良，同时具有良好的水溶性。

7、在本发明的一些优选实施例中，所述基础油包括白油、硫化脂肪酸酯、硫化棉籽油和硫化猪油中的一种或多种。使用硫化脂肪酸酯和矿物油使基础油具有更优良的抗温性，可以降低对钻井液流变性的影响；同时硫化脂肪酸酯能够提高基础油的抗钙吸附性能，及抗高温极压润滑性能。

8、在本发明的一些优选实施例中，当基础油为白油和硫化脂肪酸酯时，白油和硫化脂肪酸酯的质量比例为(3-8):(2-7)。

9、在本发明的一些优选实施例中，所述白油在40℃时的运动粘度为4-35mm2/s。该粘度范围内基础油的流动性好，与其它组分相容性好。

10、在本发明的一些优选实施例中，所述白油为5#白油和/或32#白油。5#白油40℃时的运动粘度为4.14-5.06mm2/s，32#白油40℃时的运动粘度为28.8-35.2mm2/s，5#白油流动性和与其它组分的相容性优于32#白油，32#白油碳氢链较5#白油长，形成的油膜厚，润滑性较好，因此两种型号的白油复配使用能够调节润滑剂的流动性、各组分相容性及润滑性。

11、在本发明的一些优选实施例中，所述吸附剂包括分子主链含双键的不饱和脂肪酸。

12、在本发明的一些优选实施例中，所述吸附剂包括油酸、妥尔油脂肪酸和棕榈油酸中的一种或多种。

13、在本发明的一些优选实施例中，所述乳化剂为司盘80、司盘60、吐温80、吐温60和op-10中的一种或多种。乳化剂可以提高润滑剂的亲水性。

14、在本发明的一些优选实施例中，以重量份计，所述吸附改进剂由包括以下重量份的各原料制备而成：吸附剂90-95份、硫化反应剂5-10份和酰胺化反应剂5-15份。

15、因反应分步进行，且酰胺化反应会有水生成并挥发，为了便于控制改性程度，选择吸附剂和硫化反应剂重量比为(90-95):(5-10)，酰胺化反应剂的重量为吸附剂和硫化反应剂重量之和的5-15％。

16、在本发明的一些优选实施例中，所述酰胺化反应剂包括多胺基化合物。

17、在本发明的一些优选实施例中，所述多胺基化合物包括两个以上伯胺基和/或仲胺基。

18、在本发明的一些优选实施例中，所述酰胺化反应剂选自三乙烯四胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺中的一种或多种。

19、在本发明的一些优选实施例中，所述酰胺化反应剂为二乙烯三胺。

20、在本发明中所述硫化反应剂为硫磺。硫磺作为硫化剂产品来源广泛，常温下为固体、性能稳定，反应条件要求简单，使用方便，无副产物。其他无机硫化剂如一氯化硫及有机硫化剂如含硫有机氧化物等，部分对反应条件要求高，价格较高，容易对人体产生伤害，且反应会引入副产物。

21、在本发明的一些优选实施例中，所述吸附改进剂的制备方法包括：

22、在真空条件下，使吸附剂与硫化反应剂进行第一次加热反应，得改性产物；将所述改性产物与酰胺化反应剂进行第二次加热反应，生成所述吸附改进剂。

23、上述制备方法包括：将吸附剂和硫化反应剂经过式(1)所示第一改性反应得到第一改性产物a，将第一改性产物a与酰胺化反应剂经式(2)所示第二改性反应得到具有b结构的吸附改进剂，涉及的反应式如下：

24、式(1)：

25、

26、式(2)：

27、

28、硫化改性是通过硫与含双键的不饱和脂肪酸发生硫的交联反应，形成网状结构，不饱和脂肪酸双键打开接入硫元素，硫能提高分子的抗温性能，同时硫元素作为一种极压剂，耐磨能力强，能够提高极压润滑效果。酰胺化反应式通过酰胺化反应剂中的胺基与脂肪酸中的羧基发生酰胺化反应生成酰胺基，酰胺基稳定性强，抗温性优于羧基，有更强的吸附性能。酰胺化反应剂含两个以上胺基，发生酰胺化反应同时可进一步起到交联作用。交联形成的网状结构能够大幅降低盐水对吸附剂的影响。本发明主要通过对不饱和脂肪酸进行硫化和酰胺化改性两个改性反应共同提高吸附剂的抗温抗盐钙吸附性能，制备出吸附改进剂。

29、在本发明的一些优选实施例中，所述第一次加热反应的条件包括：反应温度为150-160℃，反应时间为3-4h。该反应条件下，硫与双键加成硫化效率高，且不会取代氢释放出硫化氢。

30、在本发明的一些优选实施例中，所述第二次加热反应的条件包括：反应温度为180-200℃，反应时间为6-8h。该反应条件下，脂肪酸不易分解，酰胺化反应进行充分。

31、在本发明的一些优选实施例中，所述第一次加热反应和所述第二次加热反应均在搅拌的条件下进行。搅拌转速本发明不作限定，只要使反应原料混合均匀，反应充分即可。

32、为实现上述目的之二，本发明采取的技术方案如下：

33、一种润滑剂的制备方法，包括：向基础油中依次加入吸附剂、吸附改进剂、乳化剂，混合搅拌，即得所述润滑剂。将吸附改进剂在吸附剂之后添加，此时吸附剂已经很好的分散在基础油中，吸附剂具有极性，与吸附改进剂相容性好，更有利于吸附改进剂在基础油中分散。

34、在本发明的一些优选实施例中，当所述基础油为多种时，所述基础油与所述吸附剂混合前，先将多种所述基础油在40-50℃下混合。该温度范围内基础油的流动性较好，且不会对基础油造成影响，条件容易实现。

35、为实现上述目的之三，本发明采取的技术方案如下：

36、一种上述的吸附改进剂或上述的制备方法制备的吸附改进剂在钻井液领域中的应用。

37、相对于现有技术，本发明至少具有如下优点或有益效果：

38、1、本技术提供的一种润滑剂包含吸附改进剂组分，该吸附改进剂具有交联网状结构，含有多个羧基、酰胺基吸附基团，因此具有更强的吸附能力，抗盐钙能力优良，吸附成膜后抗温及极压润滑能力更优异，进而提高润滑剂的抗温抗盐钙性能，能够有效满足勘探开发难度增加的需求，有利于减少钻井施工中的润滑问题，提高钻井效率。

39、2、该润滑剂选用硫化脂肪酸酯和矿物油作为基础油，两者均具有良好的抗高温性能，同时硫化脂肪酸酯具有较强的抗钙性能，能够提高润滑剂的抗钙吸附性能。

40、3、本技术提供的一种润滑剂的制备方法，所需用的主要材料易于获得，生产条件相对温和，生产工艺简单，且用该制备方法制得的润滑剂产品抗温抗盐钙性能优异。