[發(fā)明專利]一種改性大豆卵磷脂鉆井液潤滑劑及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011513795.8
• 申請日: 2020-12-19
• 公開（公告）號: CN114644910B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設計）人: 王承俊;李緒鋒;孫浩玉;李公讓;李文博;劉振東;李卉
• 申請（專利權(quán)）人: 中石化石油工程技術服務有限公司;中石化勝利石油工程有限公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
• 主分類號: C09K8/035
• 分類號: C09K8/035;C09K8/22;C07F9/09;C07F9/117;C07F9/6506;C07F9/6539;C07F9/6518
• 代理公司: 東營雙橋?qū)＠碛邢挢熑喂?37107
• 代理人: 侯華頌

本發(fā)明涉及石油鉆井液領域，具體涉及一種改性大豆卵磷脂鉆井液潤滑劑及其制備方法，采用氨解改性提升大豆卵磷脂的水分散能力，使?jié)櫥瑒┠軌蚓鶆蚍稚⒂谒@井液中從而充分發(fā)揮潤滑效果。采用含氮雜環(huán)修飾提升潤滑劑與摩擦面的結(jié)合能力，從而提升潤滑劑的潤滑能力。其制備方法包括：（1）將大豆卵磷脂、胺、質(zhì)子酸、低級醇溶劑混合加熱攪拌反應，（2）在上述反應液中加入環(huán)氧氯丙烷，加熱攪拌反應，（3）在上述溶液中加入含氮雜環(huán)化合物與縛酸劑，混合攪拌加熱后，蒸餾出溶劑低級醇得到最終改性大豆卵磷脂鉆井液潤滑劑。本發(fā)明提供的大豆卵磷脂改性潤滑劑合成原料易得，合成過程較為簡單，水分散能力強，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，環(huán)保耐高溫，潤滑效果優(yōu)異。

技術領域

本發(fā)明涉及石油鉆井液領域，具體涉及一種改性大豆卵磷脂鉆井液潤滑劑及其制備方法。

背景技術

石油鉆井過程中，隨著斜井、大位移井、水平井等復雜井的鉆探力度不斷加大，高摩阻扭矩，托壓、卡鉆等問題嚴重制約了鉆井工作的開展，高效鉆井液潤滑劑的需求不斷加大。鉆井液潤滑劑的潤滑機理是潤滑劑吸附于鉆具、井壁、套管表面上，并形成一層疏水潤滑膜以提供潤滑效果。目前，鉆井液潤滑劑的構(gòu)建策略通常是由極壓材料、抗磨材料以及具有長鏈烴基結(jié)構(gòu)的材料通過復配、合成以及復合成的形式形成鉆井液潤滑劑。組分中的極壓劑、抗磨劑是潤滑劑吸附于摩擦表面并形成牢固潤滑吸附膜的保證，例如，含有硫、磷酸酯、硼酸酯、醇羥基、酰胺基的化合物能夠在金屬表面以化學反應與絡合作用的形式牢固地吸附于金屬鉆具、套管表面。具有長鏈烴基結(jié)構(gòu)的材料能夠提供疏水潤滑膜，降低摩擦副之間的剪切力。這類化合物的類型主要有白油、柴油、氣制油等礦物油材料以及以植物油及其衍生為主體結(jié)構(gòu)的天然烴類化合物材料。

目前，以復合成的形式在長鏈烴基結(jié)構(gòu)上修飾吸附基團是高效鉆井液潤滑劑的研究開發(fā)策略。大豆卵磷脂是一種以脂肪酸酯與磷脂為主要結(jié)構(gòu)的天然產(chǎn)物，具有來源豐富，環(huán)保的獨特優(yōu)勢。大豆卵磷脂結(jié)構(gòu)中含有的長鏈烴基脂肪酸酯結(jié)構(gòu)非常適合作為潤滑劑疏水潤滑膜的組成成分。值得注意的是，大豆卵磷脂的多磷脂結(jié)構(gòu)非常有利于卵磷脂吸附于金屬表面，可以有效增強潤滑劑形成潤滑膜的強度。因此，大豆卵磷脂非常適合開發(fā)作為鉆井液潤滑劑。但是，單一的大豆卵磷脂作為鉆井液潤滑劑仍然存在一些掣肘問題。首先，單分子卵磷脂結(jié)構(gòu)中含有兩個脂肪酸酯結(jié)構(gòu)，使卵磷脂表現(xiàn)出較強的脂溶性，而鉆井液潤滑劑所要求的水分散能力仍然欠缺。其次，大豆卵磷脂結(jié)構(gòu)中的磷脂結(jié)構(gòu)所提供的潤滑效果依然有限，需要再次引入吸附基團提升潤滑效果。最后，大豆卵磷脂是由磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、磷脂酰甘油等磷脂化合物組成，結(jié)構(gòu)富含酯基、羥基、氨基等可修飾活性基團，整體結(jié)構(gòu)易被改性修飾形成適用于鉆井液的潤滑劑結(jié)構(gòu)。目前，已經(jīng)有基于大豆卵磷脂改性以及基于磷脂結(jié)構(gòu)的鉆井液潤滑劑的研究與發(fā)明公開。

發(fā)表于期刊鉆井液與完井液的文章《改性大豆卵磷脂在水基鉆井液中的潤滑性能》中采用乳酸、雙氧水體系對卵磷脂進行羥基化改性，提升潤滑劑的水溶性與潤滑性能。

中國專利CN?110791365?A依然采用雙氧水、乳酸羥基化改性的卵磷脂為主要成分，混合氨基硅烷復合改性的木粉以及防銹劑三乙醇胺、十二烷基硫酸鈉、碳酸亞鐵、多羥基化改性的石墨烯以及表面改性處理的碳纖維，混合強力攪拌得到木粉-大豆卵磷脂改性的水基潤滑液。

美國專利US?7094738?B2公開了一種水基鉆井液的磷酸脂潤滑劑，該磷酸酯潤滑劑是模擬天然磷酰膽堿的結(jié)構(gòu)，人工合成了雙脂肪酰胺磷酸雙酯雙膽堿的潤滑劑。

由以上專利與文章可以看出，目前，大豆卵磷脂在改性成為鉆井液潤滑劑過程中首先需要解決的問題是其脂溶性太強、水溶性過低的問題。目前的改性策略通常是對大豆卵磷脂結(jié)構(gòu)中的不飽和雙鍵進行環(huán)氧化水解開環(huán)形成雙羥基結(jié)構(gòu)，提升大豆卵磷脂的親水性質(zhì)。但是，該改性方案引入的親水基團較少，對于卵磷脂水分散能力的提高程度有限。而通過合成的形式構(gòu)建磷酸酯類鉆井液潤滑劑降低了現(xiàn)有廉價原料大豆卵磷脂的利用率。針對以上問題，本發(fā)明對大豆卵磷脂進行氨解含氮雜環(huán)改性，提升大豆卵磷脂的水分能力與潤滑效果。

發(fā)明內(nèi)容