一种液体润滑剂和一种钻井液

摘要

本发明提供了一种液体润滑剂。本发明以二烷基二硫代氨基甲酸钼和二烷基二硫代磷酸钼作为液体润滑剂重要组分，二者均为油溶性有机钼化合物，在钻具与井壁接触形成的高压下会在摩擦表面形成次级结构膜，不易被破坏，呈现良好的润滑减摩效果；并且液体润滑剂中的炭黑在钻井过程中能够形成一层薄片层，在挤压状态下，炭黑薄片层层分离，从而能够起到更好的润滑减摩作用；同时，表面活性剂使液体润滑剂在钻井液体系中形成适度的乳化效应，从而使得所述液体润滑剂能够充分均匀分散，提高其润滑减阻能力。本发明还提供了一种钻井液，包括所述液体润滑剂，在高温条件下具有润滑减磨效果良好。

权利要求

1.一种液体润滑剂，包括基础油、表面活性剂、炭黑和有机钼化合物；

所述有机钼化合物含有具有式I所示结构的二烷基二硫代氨基甲酸钼和具有式II所示结构的二烷基二硫代磷酸钼；

其中，式I中R1～R4分别为丙烷基、C7的烷基、丁烷基和C9的烷基；X1～X4分别为O、O、S和S；

式II中R5～R8分别为C6的烷基、丁烷基、丙烷基和C8的烷基；

所述炭黑的质量为液体润滑剂总质量的10～20％；所述炭黑的粒径为50～150μm。

2.根据权利要求1所述的液体润滑剂，其特征在于，所述有机钼化合物的质量为液体润滑剂总质量的5～20％；所述有机钼化合物中二烷基二硫代氨基甲酸钼和二烷基二硫代磷酸钼的质量比为(0.05～40)：1。

3.根据权利要求1或2所述的液体润滑剂，其特征在于，所述基础油的质量为液体润滑剂总质量的60～75％；所述基础油包括白油、柴油、植物油和矿物油中的一种或多种。

4.根据权利要求1或2所述的液体润滑剂，其特征在于，所述表面活性剂的质量为液体润滑剂总质量的4～15％。

5.根据权利要求4所述的液体润滑剂，其特征在于，所述表面活性剂包括离子型表面活性剂，所述离子型表面活性剂包括石油磺酸钠、十六烷基溴化铵和季铵盐中的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的液体润滑剂，其特征在于，所述表面活性剂包括非离子型表面活性剂，所述非离子型表面活性剂包括脱水山梨醇脂肪酸酯类表面活性剂或OP-10烷基酚聚氧乙烯醚。

7.一种钻井液，包括钻井液基浆和钻井液液体润滑剂，其特征在于，所述钻井液液体润滑剂为权利要求1～6任一项所述液体润滑剂。

8.根据权利要求7所述的钻井液，其特征在于，所述钻井液液体润滑剂的质量为钻井液总质量的0.5～3.0wt％。

9.根据权利要求7所述的钻井液，其特征在于，所述钻井液基浆包括淡水基浆或盐水基浆；

以质量份计，所述淡水基浆包括3～5份钠基膨润土和100份水；

所述盐水基浆包括20～30份钠基膨润土、12～15份无机盐和100份水。

说明书

一种液体润滑剂和一种钻井液

技术领域

[0001] 本发明涉及石油钻井液技术领域，尤其涉及一种液体润滑剂和一种水基钻井液。

背景技术

[0002] 在钻井及完井作业过程中，钻具与井壁、套管之间，钻井流体与钻具、井壁、套管壁之间均会产生摩擦。在水平井、定向井的钻井过程中，重力的作用使岩屑和钻具向井壁下部聚集，这样进一步加大了钻具和岩屑的接触面积，导致扭矩、摩阻的增大，从而引起卡钻等井下复杂事故。钻井液质量是决定整个钻井工程能否成功的关键，润滑剂可以大幅度降低钻井液的摩擦阻力，因此，在水平井、定向井的钻探过程对钻井液中润滑剂的润滑性能有着更高的要求。

[0003] 目前钻井液润滑剂主要分为固体和液体两类。固体类润滑剂主要有塑料小球、玻璃微珠及坚果圆粒等；液体类润滑剂一般选用植物油类，例如，豆油、蓖麻油、亚麻油或者棉子油等。其中，固体类润滑剂在使用过程中，极易被固控设备清除，使得钻井安全性降低。液体类润滑剂能够较好地与钻井浆液混于一体，不存在固体类液体润滑剂极易被固控设备清除降低安全性的弊端，但是在高温条件下润滑效果普遍较差，难以满足现代钻井的需求。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种液体润滑剂和一种钻井液，本发明提供的液体润滑剂在高温条件下润滑减磨效果良好。

[0005] 为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

[0006] 本发明提供了一种液体润滑剂，包括基础油、表面活性剂、炭黑和有机钼化合物；

[0007] 所述有机钼化合物含有具有式I所示结构的二烷基二硫代氨基甲酸钼和具有式II所示结构的二烷基二硫代磷酸钼；

[0008]

[0009]

[0010] 其中，式I中R1～R4独立地为C1～C20的烷基；X1～X4独立地为O或S；

[0011] 式II中R5～R8独立地为C3～C10的烷基。

[0012] 优选的，所述有机钼化合物的质量为液体润滑剂总质量的5～20％；所述有机钼化合物中二烷基二硫代氨基甲酸钼和二烷基二硫代磷酸钼的质量比为(0.5～40)：1。

[0013] 优选的，所述基础油的质量为液体润滑剂总质量的60～75％；所述基础油包括白油、柴油、植物油和矿物油中的一种或多种。

[0014] 优选的，所述炭黑的质量为液体润滑剂总质量的10～20％；所述炭黑的粒径为50～150μm。

[0015] 优选的，所述表面活性剂的质量为液体润滑剂总质量的4～15％。

[0016] 优选的，所述表面活性剂包括离子型表面活性剂，所述离子型表面活性剂包括石油磺酸钠、十六烷基溴化铵和季铵盐中的一种或多种。

[0017] 优选的，所述表面活性剂包括非离子型表面活性剂，所述非离子型表面活性剂包括脱水山梨醇脂肪酸酯类表面活性剂或OP-10烷基酚聚氧乙烯醚。

[0018] 本发明还提供了一种钻井液，包括钻井液基浆和钻井液液体润滑剂，所述钻井液液体润滑剂为上述技术方案所述液体润滑剂或者上述技术方案所述制备方法制备得到的液体润滑剂。

[0019] 优选的，所述钻井液液体润滑剂的质量为钻井液总质量的0.5～3.0wt％。

[0020] 优选的，所述钻井液基浆包括淡水基浆或盐水基浆；

[0021] 以质量份计，所述淡水基浆包括3～5份钠基膨润土和100份水；

[0022] 所述盐水基浆包括20～30份钠基膨润土、12～15份无机盐和100份水。本发明提供了一种液体润滑剂，包括基础油、表面活性剂、炭黑和有机钼化合物。本发明以二烷基二硫代氨基甲酸钼和二烷基二硫代磷酸钼作为液体润滑剂重要组分，二者均为油溶性有机钼化合物，在钻具与井壁接触形成的高压下会在摩擦表面形成次级结构膜，不易被破坏，呈现良好的润滑减摩效果；并且液体润滑剂中的炭黑在钻井过程中能够形成一层薄片层，在挤压状态下，炭黑薄片层层分离，从而能够起到更好的润滑减摩作用；同时，表面活性剂使液体润滑剂在钻井液体系中形成适度的乳化效应，从而使得所述液体润滑剂能够充分均匀分散，提高其润滑减阻能力；本发明液体润滑剂中有机钼混合物是一种耐高温物质，在高温条件下，仍然能保持其结构的物质，使得液体润滑剂仍能保持正常的润滑效果。实施例的结果表明，本发明液体润滑剂具有较强的抗温能力，在120℃条件下钻井液的泥饼粘滞系数以及摩擦系数均能够保持在较低的水平，具有优异的润滑性。

具体实施方式

[0023] 本发明提供了一种液体润滑剂，包括基础油、表面活性剂、炭黑和有机钼化合物；

[0024] 所述有机钼化合物含有具有式I所示结构的二烷基二硫代氨基甲酸钼和具有式II所示结构的二烷基二硫代磷酸钼；

[0025]

[0026] 其中，式I中R1～R4独立地为C1～C20的烷基；X1～X4独立地为O或S；

[0027] 式II中R5～R8独立地为C3～C10的烷基。

[0028] 在本发明中，所述液体润滑剂包括基础油；所述基础油优选包括白油、柴油、植物油和矿物油中的一种或多种。在本发明中，所述基础油的质量优选为液体润滑剂总质量的60～75％，进一步优选为62～72％，更优选为65～70％。本发明对所述基础油的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。在本发明中，所述基础油为所述表面活性剂、炭黑以及有机钼化合物提供分散基体。

[0029] 在本发明中，所述液体润滑剂包括炭黑；所述炭黑的质量优选为液体润滑剂总质量的10～20％，进一步优选为12～18％，更优选为15％。在本发明中，所述炭黑的粒径优选为50～150μm，进一步优选为60～120μm，更优选为80～100μm。本发明对所述炭黑的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。在本发明中，所述液体润滑剂作为钻井液液体润滑剂使用，用于钻井过程中，所述炭黑能够形成一层薄片层，在挤压状态下，炭黑薄片层层分离，从而能够起到更好的润滑减摩作用。

[0030] 在本发明中，所述液体润滑剂包括表面活性剂；所述表面活性剂的质量优选为液体润滑剂总质量的4～15％，进一步优选为5～12％，更优选为6～10％。在本发明中，所述表面活性剂优选包括离子型表面活性剂，所述离子型表面活性剂进一步优选包括石油硫酸钠；在本发明中，所述表面活性剂优选包括非离子型表面活性剂，所述非离子型表面活性剂进一步优选包括脱水山梨醇脂肪酸酯类表面活性剂或OP-10烷基酚聚氧乙烯醚。本发明对所述脱水山梨醇脂肪酸酯类表面活性剂的种类没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可，可以为由山梨醇和脂肪酸酯化反应得到的表面活性剂，例如，可以为脱水山梨醇单月桂酸酯(Span 20)、脱水山梨醇单棕榈酸酯(Span40)、脱水山梨醇单硬脂酸酯(Span 60)、脱水山梨醇单油酸酯(Span 80)或脱水山梨醇三油酸酯(Span 85)。在本发明中，所述表面活性剂使液体润滑剂在钻井液体系中形成适度的乳化效应，从而使得所述液体润滑剂能够充分均匀分散，提高其润滑减阻能力。

[0031] 在本发明中，所述液体润滑剂包括有机钼化合物；所述有机钼化合物的质量优选为液体润滑剂总质量的5～20％，进一步优选为6～18％，更优选为10～15％。在本发明中，所述有机钼化合物含有二烷基二硫代氨基甲酸钼和二烷基二硫代磷酸钼。在本发明中，所述有机钼化合物中二烷基二硫代氨基甲酸钼和二烷基二硫代磷酸钼的质量比优选为(0.5～40)：1，进一步优选为(0.6～35)：1，更优选为(0.67～30)：1，最优选为(8～10)：1。

[0032] 在本发明中，所述二烷基二硫代氨基甲酸钼具有式I所示结构。本发明所述式I中R1～R4独立地为C1～C20的烷基，优选为C1～C10的烷基，进一步优选为C2～C8的烷基；所述式I中X1～X4独立地为O或S。在本发明的实施例中，所述二烷基二硫代氨基甲酸钼的结构可以具体为：式I中R1为C2的烷基，R2为C7的烷基，R3为C1的烷基，R4为C4的烷基，X1至X4全部为O；或式I中，R1为C5的烷基，R2为C1的烷基，R3为C3的烷基，R4为C6的烷基，X1为O，X2为O，X3为S，X4为O；或式I中，R1为C2的烷基，R2为C4的烷基，R3为C7的烷基，R4为C8的烷基，X1至X4全部为S。

[0033] 本发明对所述二烷基二硫代氨基甲酸钼的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。在本发明的实施例中，所述二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)具体为由Vanderbilt Company公司生产的国外牌号为MolyvanlA/Molyvan 807，国内牌号为T351的MoDTC；MolyvanlA/Molyvan807具有式(I)所示，其中，R1～R4分别为丙基、庚基、丁基和壬基，X1～X4分别为O、O、S和S。

[0034] 在本发明中，所述二烷基二硫代磷酸钼具有式II所示结构。本发明所述式II中R5～R8独立地为C3～C10的烷基，优选为C3～C8的烷基，进一步优选为C4～C6的烷基。在本发明的实施例中，所述二烷基二硫代磷酸钼的结构可以具体为：式II中，R5为C4的烷基，R6为C4的烷基，R7为C6的烷基，R8为C5的烷基；或式II中，R5为C5的烷基，R6为C6的烷基，R7为C4的烷基，R8为C6的烷基。

[0035] 本发明对所述二烷基二硫代磷酸钼的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品或按照本领域技术人员所熟知的方式自行制备得到。在本发明的实施例中，所述二烷基二硫代磷酸钼(MoDDP)具体为由吉林市美达科技开发有限公司生成的牌号为T463A(MD-1012)的二烷基二硫代磷酸钼，其具有式(II)所示的结构，其中，R5～R8分别为己基、丁基、丙基和辛基。

[0036] 在本发明中，所述二烷基二硫代氨基甲酸钼和二烷基二硫代磷酸钼均为油溶性有机钼化合物；所述液体润滑剂作为钻井液液体润滑剂，在钻井过程中，这两种有机钼化合物在钻具与井壁接触形成的高压下发生一系列反应，其中这两种有机钼化合物分子中的一些极性原子或基团能够形成一层含MoS2、FeSO4和FeS物质的油膜，这些物质垂直吸附于摩擦表面并呈直线排列，形成次级结构膜，且形成的次级结构膜具有一定的厚度，不易被破坏，呈现良好的润滑减摩效果。

[0037] 本发明对所述液体润滑剂的制备方法没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的组合物的混合制备方法即可。在本发明中，所述液体润滑剂的制备方法优选包括：将所述基础油、表面活性剂、炭黑和有机钼化合物混合，得到液体润滑剂。本发明对所述混合的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的混合方式即可。在本发明中，所述混合的温度优选为50～60℃，进一步优选为52～55℃；所述混合的时间优选为1～1.5h。本发明在所述温度条件下将所述原料混合，能够使得液体润滑剂中的各组分实现分子级的混合，从而使得到的液体润滑剂具有更好的润滑性能。

[0038] 本发明还提供了一种钻井液，包括钻井液基浆和钻井液液体润滑剂，所述钻井液液体润滑剂为上述技术方案所述液体润滑剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的液体润滑剂。在本发明中，所述钻井液液体润滑剂的质量优选为钻井液总质量的0.5～3.0wt％，进一步优选为1.0～2.0wt％。

[0039] 本发明对所述钻井液中钻井液基浆的组分没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的钻井液用常规组分即可。

[0040] 在本发明中，所述钻井液基浆优选包括淡水基浆或盐水基浆；在本发明中，以质量份计，所述淡水基浆优选包括3～5份钠基膨润土和100份水，进一步优选包括3.5～4份钠基膨润土和100份水。本发明对所述钠基膨润土的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的钻井液用钠基膨润土即可。在本发明中，所述淡水基浆优选还包括纯碱；以所述100质量份的水为基准，所述淡水基浆优选包括0.4份纯碱。本发明对所述纯碱的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。

[0041] 在本发明中，所述盐水基浆优选包括20～30份钠基膨润土、12～15份无机盐和100份水，进一步优选包括22～25份钠基膨润土、12～15份无机盐和100份水。本发明对所述盐水基浆中钠基膨润土的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。在本发明中，所述无机盐优选包括氯化钙、氯化镁和氯化钠；所述氯化钙、氯化镁和氯化钙的质量比优选为0.4:2.4:9.4。

[0042] 本发明对所述钻井液的制备方法没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的钻井液的制备方式即可。

[0043] 下面结合实施例对本发明提供的液体润滑剂和一种钻井液进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

[0044] 以下实施例和对比例中的粘滞系数采用NZ-3A粘滞系数测定仪进行测定，其中，测试过程中采用长方体滑块；摩阻系数采用Fann212型极压润滑仪进行测定。

[0045] 以下实施例采用的二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)具体为由Vanderbilt Company公司生产的国外牌号为MolyvanlA/Molyvan 807，国内牌号为T351的MoDTC；MolyvanlA/Molyvan 807具有式(I)所示，其中，R1～R4分别为丙烷基、C7的烷基、丁烷基和C9的烷基，X1～X4分别为O、O、S和S。

[0046] 采用的二烷基二硫代磷酸钼(MoDDP)具体为由吉林市美达科技开发有限公司生成的牌号为T463A(MD-1012)的二烷基二硫代磷酸钼，其具有式(II)所示的结构，其中，R5～R8分别为C6的烷基、丁烷基、丙烷基和C8的烷基。

[0047] 实施例1

[0048] 将60g白油、10g脱水山梨醇单硬脂酸酯(Span 60)、10g炭黑(粒径为50～150微米)、8.5g的MoDTC、1.5g的MoDDP(即MoDTC与MoDDP的重量比为5.7：1)在50℃下混合均匀，得到液体润滑剂R1。

[0049] 实施例2

[0050] 将75g柴油、5g脱水山梨醇单油酸酯(Span 80)、15g炭黑(粒径为50～150微米)、9g的MoDTC、1g的MoDDP(即MoDTC与MoDDP的重量比为9：1)在60℃下混合均匀，得到液体润滑剂R2。

[0051] 实施例3

[0052] 将70g矿物油、10g脱水山梨醇单月桂酸酯(Span 20)、18g炭黑(粒径为50～150微米)、8g的MoDTC、1g的MoDDP(即MoDTC与MoDDP的重量比为8：1)在55℃下混合均匀，得到液体润滑剂R3。

[0053] 实施例4

[0054] 将75g白油、15g十六烷基溴化铵(1631)、10g炭黑(粒径为50～150微米)、0.3g的MoDTC、5.3g的MoDDP(即MoDTC与MoDDP的重量比为0.05：1)在53℃下混合均匀，得到液体润滑剂R4。

[0055] 实施例5

[0056] 将70g白油、15g石油磺酸钠、15g炭黑(粒径为50～150微米)、24.4g的MoDTC、0.6g的MoDDP(即MoDTC与MoDDP的重量比为40：1)在54℃下混合均匀，得到液体润滑剂R5。

[0057] 实施例6

[0058] 将70g白油、15g季铵盐、15g炭黑(粒径为50～150微米)、15g的MoDTC、9g的MoDDP(即MoDTC与MoDDP的重量比为5：3)在50℃下混合均匀，得到液体润滑剂R6。

[0059] 对比例1

[0060] 按照实施例1的方法制备液体润滑剂，不同的是，将MoDDP用相同重量份的MoDTC替代，得到参比液体润滑剂DR1。

[0061] 对比例2

[0062] 按照实施例4的方法制备液体润滑剂，不同的是，将炭黑用相同重量份的白油替代，得到参比液体润滑剂DR2。

[0063] 对比例3

[0064] 按照实施例1的方法制备液体润滑剂，不同的是，所述炭黑的粒径为400～600微米，得到液体润滑剂DR3。

[0065] 润滑性的测试：

[0066] 实施例7

[0067] 配制淡水基浆配制：将5.5g钠基膨润土(胜利油田博友泥浆技术有限责任公司产钻井液试验用钠基膨润土，下同)和0.4g纯碱溶于100mL自来水中，然后在室温20℃下养护24小时，得到淡水钻井液。

[0068] 取多份淡水钻井液，然后分别往该淡水钻井液中加入液体润滑剂R1～R6以及参比液体润滑剂DR1～DR3，并考察不同液体润滑剂及其加入量对泥饼粘滞系数和摩阻系数的影响，所得结果如表1所示。

[0069] 其中，泥饼粘滞系数降低率(％)＝(加入液体润滑剂前的泥饼粘滞系数-加入液体润滑剂后的泥饼粘滞系数)÷加入液体润滑剂前的泥饼粘滞系数×100％；

[0070] 摩阻系数降低率(％)＝(加入液体润滑剂后的摩阻系数-加入液体润滑剂前的摩阻系数)÷加入液体润滑剂前的摩阻系数×100％，下同。

[0071] 表1淡水钻井液中不同液体润滑剂及加入量对泥饼粘滞系数和摩阻系数的影响[0072]

[0073]

[0074] 注：表1中液体润滑剂的用量均以淡水钻井液的总重量为基准。

[0075] 实施例8

[0076] 配制基浆：将28g钠基膨润土溶于100mL蒸馏水中，然后在室温30℃下养护24小时，得到淡水浆；将0.4g的CaCl2、2.4g的MgCl2·2H2O、9.4g的NaCl溶于300mL的蒸馏水中，得到盐水浆。然后将上述淡水浆和盐水浆混合，并在100r/min的转速下搅拌10min，得到复合盐水钻井液。

[0077] 取多份复合盐水钻井液，然后分别往得到的复合盐水钻井液中加入液体润滑剂R1～R6以及参比液体润滑剂DR1～DR3，并考察不同液体润滑剂及其加入量对摩阻系数的影响，所得结果如表2所示。

[0078] 表2复合盐钻井液中不同液体润滑剂及其加入量对摩阻系数的影响

[0079]

[0080]

[0081] 实施例9

[0082] 将4g钠基膨润土和0.4g纯碱溶于100mL自来水中，然后在室温30℃下养护24小时，得到淡水钻井液。

[0083] 取多份淡水钻井液，然后分别往该淡水钻井液中加入重量为淡水钻井液重量的1％的液体润滑剂R1～R6以及参比液体润滑剂DR1～DR3，对在不同温度下老化16小时后钻井液的泥饼粘滞系数以及摩阻系数进行测试，测试结果如表3所示。

[0084] 表3在不同温度下，淡水钻井液中不同液体润滑剂及其加入量对摩阻系数的影响[0085]

[0086]

[0087] 从表1和表2的结果可以看出，本发明提供的液体润滑剂在淡水钻井液和复合盐水钻井液中均具有很好的润滑效果，基本没有受到矿化度的影响，是一种很好的减摩液体润滑剂。从表3的结果可以看出，在较高温度下老化一定时间之后，钻井液的泥饼粘滞系数以及摩擦系数均能够保持在较低的水平，这表明温度对本发明提供的液体润滑剂的影响较小，该液体润滑剂具有较强的抗温能力。

[0088] 由以上实施例可知，本发明液体润滑剂具有较强的抗温能力，在120℃条件下钻井液的泥饼粘滞系数以及摩擦系数均能够保持在较低的水平。

[0089] 本发明提供的液体润滑剂的制备方法简便可行，制备温度不超过70℃，条件温和可控。

[0090] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。