一种高效钻井液用改性聚酰胺极压润滑剂的制备方法
技术领域
本发明涉及钻井液用润滑剂技术领域，尤其涉及一种高效钻井液用改性聚酰胺极压润滑剂的制备方法。
背景技术
在石油钻井过程中，由于钻具高速旋转，会与井壁和套管产生摩擦，摩擦阻力过大，不仅会降低钻速，井壁也容易形成键槽。为减少这种阻力，现场常加入润滑剂提高钻井液的润滑性，从而减少这种摩擦阻力。现场常用的润滑剂，如矿物油、植物油、聚醚和石墨等。矿物油类具有良好的抗温性，且不宜引起起泡，但其加量大，润滑性差。植物油相对于矿物油润滑效果好，低温也不宜起泡，但其不抗温，高温下易皂化起泡，润滑效果会降低。聚醚类，加量大，易起泡。石墨类，加量大，润滑效果差。为解决现场润滑剂的加量大、润滑效果差、不抗温、易起泡等问题，当前亟需一种高效钻井液用改性聚酰胺极压润滑剂。
发明内容
为了克服现有技术中相关产品的不足，本发明提出一种高效钻井液用改性聚酰胺极压润滑剂的制备方法，提供在钻井过程中低加量、高效、耐高温、不起泡的一种高效钻井液用改性聚酰胺极压润滑剂。
本发明提供了一种高效钻井液用改性聚酰胺极压润滑剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将重量份为50-70的脂肪酸加入反应器中；
2)再将重量份为10-20的多乙烯多胺加入反应器中混合搅拌，升温至180℃；
3)加入重量份为0.8-1.2的催化剂，在温度为180℃捏合反应2h；
4)向反应器加入重量份为10-15的酸酐，同时加入重量份为0.5-0.8的对甲苯磺酸催化剂，升温到210℃-230℃，反应时间为1.5-2h；
5)向反应器中加入重量份为5-10的含磷极压剂，再加入重量份为5-10的含硫极压剂，反应温度为210℃-230℃，反应时间1.5h-2.5h，并降低反应器温度至150℃；
6)向反应器中加入重量份为1-2泡沫改性剂，在150℃下反应1h-2h；
7)减压抽滤并循环水降低反应器温度至50℃。
在本发明的某些实施方式中，步骤2所述的多烯多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或几种。
在本发明的某些实施方式中，步骤3所述的催化剂为三氯氧磷中、氯化锌、硫酸钨的一种或几种。
在本发明的某些实施方式中，步骤4所述的酸酐为丙酸酐、顺丁烯二酸酐的一种。
在本发明的某些实施方式中，步骤4所述反应的温度为210℃-230℃，反应时间为1.5-2h。
在本发明的某些实施方式中，步骤5所述的含磷极压剂为磷酸三丁酯、磷酸三辛酯、三(氯乙基)磷酸酯的一种或几种。
在本发明的某些实施方式中，步骤5所述的含硫极压剂为硫脲、十二烷基硫代磷酸锌、十二烷基硫代磷酸钼的一种或几种。
在本发明的某些实施方式中，步骤6所述的泡沫改性剂为有机硅、聚醚改性硅的一种或几种。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
1、本发明所制备的改性聚酰胺极压润滑剂，其吸附基团为酰胺，而酰胺基团在高温下不宜分解，且在高温下仍能吸附于金属的表面，使其在高温下具有良好的润滑性。另外其还含有较长的疏水碳链，且引入环状结构，进一步提高了该产品的抗温性能。
2、该润滑剂的结构为小分子梳型结构，该结构能够在加量很少的情况下，迅速且牢固的吸附于金属的表面，另外还引入了含磷和含硫基团，进一步增强其润滑性，从而在较少的加量下，具有良好的润滑性能。
3、该润滑剂引入了泡沫改性剂，该改性剂一方面参与反应，降低了润滑剂的HLB值，另一方面起到整体的控制泡沫的特点，从而使得润滑剂在常温和高温下均不起泡。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
实施例1
本发明提供了一种高效钻井液用改性聚酰胺极压润滑剂的制备方法，包括如下步骤，1)将50g的油酸加入反应器中，启动搅拌器进行搅拌；2)边搅拌边将10g的二乙烯三胺用恒压漏斗缓慢滴入反应器中，待搅拌均匀后，升温至180℃；3)缓慢加入0.8g的催化剂，在温度为180℃捏合反应2h，抽真空至0.08KPa，抽出反应所产生的水分；4)向反应器加入10g的丙酸酐，同时加入重量份为0.5的对甲苯磺酸催化剂，升温到210℃，反应1.5h；5)向反应器中加入5g的磷酸三丁酯，待混合均匀后，再加入重量份为5g的硫脲，保持反应温度为210℃，反应1.5h，反应完成后，用循环水降低反应器温度至150℃；6)向反应器中加入1g含有不饱和键的聚二甲基硅烷，在150℃下反应1h；7)减压抽滤除去反应过程中所产生的水分和挥发性物质，循环水降低反应器温度至50℃以下，得到一种油状液体，即为改性聚酰胺润滑剂。
实施例2
本发明提供了一种高效钻井液用改性聚酰胺极压润滑剂的制备方法，包括如下步骤，1)将60g的油酸加入反应器中，启动搅拌器进行搅拌；2)边搅拌边将20g的三乙烯四胺用恒压漏斗缓慢滴入反应器中，待搅拌均匀后，升温至180℃；3)缓慢加入0.8g的催化剂，在温度为180℃捏合反应2h，抽真空至0.08KPa，抽出反应所产生的水分；4)向反应器加入15g的丙酸酐，同时加入重量份为0.8的对甲苯磺酸催化剂，升温到220℃，反应1.5h；5)向反应器中加入5g的磷酸三辛酯，待混合均匀后，再加入重量份为5g的十二烷基硫代磷酸锌，保持反应温度为210℃，反应2h，反应完成后，用循环水降低反应器温度至150℃；6)向反应器中加入1g聚醚改性硅，在150℃下反应1h；7)减压抽滤除去反应过程中所产生的水分和挥发性物质，循环水降低反应器温度至50℃以下，得到一种油状液体，即为改性聚酰胺润滑剂。
实施例3
本发明提供了一种高效钻井液用改性聚酰胺极压润滑剂的制备方法，包括如下步骤，1)将70g的油酸加入反应器中，启动搅拌器进行搅拌；2)边搅拌边将15g的三乙烯四胺用恒压漏斗缓慢滴入反应器中，待搅拌均匀后，升温至180℃；3)缓慢加入1.2g的催化剂，在温度为180℃捏合反应2h，抽真空至0.08KPa，抽出反应所产生的水分；4)向反应器加入15g的顺丁烯二酸酐，同时加入重量份为0.8的对甲苯磺酸催化剂，升温到220℃，反应2h；5)向反应器中加入10g的三(氯乙基)磷酸酯，待混合均匀后，再加入重量份为5g的十二烷基硫代磷酸钼，保持反应温度为220℃，反应2h，反应完成后，用循环水降低反应器温度至150℃；6)向反应器中加入2g含有不饱和键的聚二甲基硅烷，在150℃下反应1h；7)减压抽滤除去反应过程中所产生的水分和挥发性物质，循环水降低反应器温度至50℃以下，得到一种油状液体，即为改性聚酰胺润滑剂。
实施例4
本发明提供了一种高效钻井液用改性聚酰胺极压润滑剂的制备方法，包括如下步骤，1)将70g的油酸加入反应器中，启动搅拌器进行搅拌；2)边搅拌边将15g的四乙烯五胺用恒压漏斗缓慢滴入反应器中，待搅拌均匀后，升温至180℃；3)缓慢加入0.8g的催化剂，在温度为180℃捏合反应2h，抽真空至0.08KPa，抽出反应所产生的水分；4)向反应器加入10g的顺丁烯二酸酐，同时加入重量份为0.8的对甲苯磺酸催化剂，升温到230℃，反应2h；5)向反应器中加入5g的三(氯乙基)磷酸酯，待混合均匀后，再加入重量份为10g的十二烷基硫代磷酸钼，保持反应温度为230℃，反应2.5h，反应完成后，用循环水降低反应器温度至150℃；6)向反应器中加入2g聚醚改性硅，在150℃下反应2h；7)减压抽滤除去反应过程中所产生的水分和挥发性物质，循环水降低反应器温度至50℃以下，得到一种油状液体，即为改性聚酰胺润滑剂。
实施例5
本发明提供了一种高效钻井液用改性聚酰胺极压润滑剂的制备方法，包括如下步骤，1)将60g的油酸加入反应器中，启动搅拌器进行搅拌；2)边搅拌边将10g的四乙烯五胺用恒压漏斗缓慢滴入反应器中，待搅拌均匀后，升温至180℃；3)缓慢加入1.2g的催化剂，在温度为180℃捏合反应2h，抽真空至0.08KPa，抽出反应所产生的水分；4)向反应器加入15g的顺丁烯二酸酐，同时加入重量份为0.5的对甲苯磺酸催化剂，升温到220℃，反应2h；5)向反应器中加入5g的三(氯乙基)磷酸酯，待混合均匀后，再加入重量份为5g的十二烷基硫代磷酸钼，保持反应温度为230℃，反应2.5h，反应完成后，用循环水降低反应器温度至150℃；6)向反应器中加入2g含有不饱和键的聚二甲基硅烷，在150℃下反应2h；7)减压抽滤除去反应过程中所产生的水分和挥发性物质，循环水降低反应器温度至50℃以下，得到一种油状液体，即为改性聚酰胺润滑剂。
在室内对比评价了现场常用几种类型的润滑剂的理化性能和在5％坂土浆中的性能，结果见表1。
表1几种润滑剂的对比
分别通过测定膨润土浆和试样浆的润滑系数，并计算相应的润滑系数降低率来测定润滑系数降低率％；将配制好的膨润土浆和试样浆在200℃下老化16小时后，分别通过测定膨润土浆和试样浆的润滑系数，并计算相应的润滑系数降低率来测定高温润滑系数降低率％；分别通过测定膨润土浆和试样浆高速搅拌前后的密度，并计算出相应的密度变化值；将配制好的膨润土浆和试样浆在200℃下老化16小时后，分别通过测定膨润土浆和试样浆的密度，并计算相应的密度变化值来测定高温密度变化值；分别对比膨润土浆和实验浆的表观粘度，计算其表观粘度升高值。
从表1中可以看出，在加量仅为0.3％时，改性聚酰胺润滑剂润滑系数降低率达91.7％，高温润滑系数降低率达95.2％，远高于其他几种加量更高的润滑剂，显示出其具有低加量高润滑性的特点；在密度变化值和高温密度变化值上，改性聚酰胺润滑剂也远远高于其他几种润滑剂，显示出其具有良好的低泡性能，现场要求密度变化值小于0.08，能够满足现场的需求；加入了改性聚酰胺润滑剂后，试验浆的表观粘度升高值为0，表明该润滑剂加入后对钻井液的性能影响小。
本发明制备的高效钻井液用改性聚酰胺极压润滑剂，解决了现场润滑剂的加量大、润滑效果差、不抗温、易起泡等问题，是采用脂肪酸和多烯多胺，再加入各种改性剂，得到的一种改性聚酰胺类的润滑剂，所合成的产品中含有-O-，-CONH-，-NH2-，-COOH等强极性基团，这些极性基团能够有效的吸附在金属的表面，且其疏水端为18碳链，能够形成较厚的润滑层，从而起到良好的润滑效果。其采用小分子多烯多胺与有机酸反应形成小分子的聚酰胺，酰胺基团具有很好的抗温能力，在高温下仍能有效的吸附在金属的表面，亲油端为长碳链，也具有良好的抗温性能，再通过酸酐引入环状抗温基团，进一步增强该处理剂的抗温能力；引入的含膦和含硫极压剂，能够使得该产品在加量很少的情况，仍然具有良好的极压润滑性能；泡沫改性剂的引入，可以适当调节该产品的HLB值，从而使得该产品具有较低的起泡性。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书内容所做的等效替换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。
