环保天然材料改性水基钻井液用化合物及其制备方法和应用、钻井液

本发明涉及钻井液领域，具体涉及环保天然材料改性水基钻井液用化合物及其制备方法和应用、钻井液。

背景技术：

1、随着油气勘探技术的发展以及钻井过程中各种复杂条件下的大位移井、水平井的开发，以及钻井深度的增加使设备的操作更加复杂化。深井、超深井通常存在高温、高摩阻扭矩的特点；大位移井、水平井中钻杆与井壁的接触面积和接触几率呈大幅度增加趋势，存在高摩阻扭矩的问题。高摩阻问题的出现，容易引起卡钻、托压等更复杂事故的发生，进而阻碍钻井进度、导致作业成本增加，更严重的情况会导致井口废弃。与此同时，随着石油工业高质量发展、环保理念进步以及环保要求日益严苛，钻井液技术被赋予了更高的环保要求。

2、在现场的钻井作业中，通常采用混加白油、柴油等措施，以提高钻井中的润滑性，降低摩阻。但该方法不仅作用效果有限，且使用量较高，而且对于废弃钻井液的处理成本及后续地质改善成本也在加大。也有的一部分施工人员选择在钻井液中添加固体润滑剂，虽然可以改善润滑性，但是在钻井液循环的过程中引起较差的吸附能力，可能会被振动筛筛除，且在作业过程中对施工人员的身体健康产生影响。

3、近年来，国内外的众多学者基于钻井过程中的高摩阻问题研发了一系列适合水基钻井液用的润滑剂，包括以原油为原料的精致矿物润滑油、酯类润滑剂、醇类润滑剂等。到现在结合环保政策和纳米技术的发展研发的环保润滑剂、纳米润滑剂等。不同种类的润滑剂针对的现场技术要求、适应地质条件不同，作用效果也天差地别。

4、针对不断进步的环保生产要求，总体来说，基于目前高温高压、高密度等复杂工况下的高摩阻扭矩技术难题，优良的钻井液润滑剂应同时具备环保性好、抗高温、润滑性能优良等主要特点。而经过天然材料改性的润滑剂拥有成本低、无毒、可降解、抗磨减阻效果好等优势，已成为众多科研单位的主要研发重点，例如cn114644910a公开了一种改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂及其制备方法，采用含氮杂环修饰提升润滑剂与摩擦面的结合能力，从而提升润滑剂的润滑能力。又例如cn115746801a公开了一种环保型钻井液润滑剂及其制备方法和应用，通过对含黏液的植物材料进行改性，增加了聚丙二醇侧链结构，提升在固相表面的吸附作用，提升其在水基钻井液中的润滑作用。

5、通过使用由天然材料改性的润滑剂，不仅能够实现生物基的高值化利用，而且能够大大减轻现场环境负担、降低废弃钻井液的生产成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术存在的高温高压、高密度等复杂钻井工况下的高摩阻扭矩问题。

2、为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种环保天然材料改性水基钻井液用化合物，该化合物具有式(i)所示的结构，

3、

4、其中，在式(i)中，n1为1、2、3、4、5、6或7，n2为0或1；r1、r2、r3各自独立地选自h、式(ii)所示的基团；式(ii)中的n3为0-2的整数；且r1、r2、r3不同时为h；r4选自c1-c6的烷基。

5、本发明的第二方面提供一种制备所述的环保天然材料改性水基钻井液用化合物的方法，该方法包括：在保护气氛下，

6、(1)在催化剂和抗氧剂存在下，将式(1)所示的化合物与式(2)所示的化合物接触以进行除水反应，得到混合物i；

7、(2)在无溶剂存在下，将所述混合物i进行加热反应，所述加热反应的温度不低于120℃；

8、

9、其中，在式(1)和式(2)中，n1、n2、n3和r4的定义与第一方面所述的定义对应相同。

10、本发明的第三方面提供第一方面中所述的环保天然材料改性水基钻井液用化合物作为润滑剂的应用。

11、本发明的第四方面提供一种环保天然材料改性水基钻井液，该钻井液中含有水和润滑剂；所述润滑剂为本发明第一方面中所述的环保天然材料改性水基钻井液用化合物。

12、通过上述技术方案，本发明的方案至少具有以下优点：

13、(1)配伍性好

14、本发明提供的环保天然材料改性水基钻井液用化合物能够通过酯化反应脱水缩合得到的，分子量小且分子上存在多个水性官能团，作为水基钻井液中的润滑剂时不会出现分层转相等问题，更不会对原本钻井液体系的流变和降滤失性能产生负面影响，甚至能够改善水基钻井液的流变及降滤失性能。

15、(2)润滑性好

16、本发明提供的环保天然材料改性水基钻井液用化合物能够采用天然材料植物油改性的方法得到，分子量小，含有多个吸附基团，能够在钻井液循环中吸附在固相颗粒上，在固相颗粒表面形成一层保护膜，改变其润滑性。

17、本发明提供的环保天然材料改性水基钻井液用化合物能够在钻井作业收到高摩阻位置形成一层润滑膜，由于其吸附基团的存在，能够保证润滑膜吸附于钻具表面，降低钻具的磨损及电化学腐蚀。

18、(3)抗温性好

19、本发明提供的环保天然材料改性水基钻井液用化合物作为天然材料植物油改性后的产物，天然材料本身含有丰富的不饱和脂肪酸，具有三脂肪酸结构，使得分子在空间中的排布更加紧密，使其在高温下不容易发生分解或氧化。本发明在天然材料上引入了醌式结构，其分子内部存在共轭结构，增强了分子稳定性。因此，即使在高温下，依然能够保持高润滑的特性。

20、(4)环保性好

21、本发明提供的环保天然材料改性水基钻井液用化合物作为天然材料植物油改性后的产物，能够在自然状态下降解，且无毒，大大降低了水基钻井液对环境的负面影响，以及可以降低后续废弃钻井液的处理成本。

22、本发明的天然材料改性水基钻井液用化合物作为润滑剂具有良好的抗磨减阻效果，能够适用于不同地质条件下的钻井作业，并解决钻井过程中存在的高摩阻问题。

技术特征：

1.一种环保天然材料改性水基钻井液用化合物，其特征在于，该化合物具有式(i)所示的结构，

2.根据权利要求1所述的环保天然材料改性水基钻井液用化合物，其特征在于，在式(i)中，

3.根据权利要求1所述的环保天然材料改性水基钻井液用化合物，其特征在于，式(i)所示的结构选自以下中的任意一种：

4.一种制备权利要求1-3中任意一项所述的环保天然材料改性水基钻井液用化合物的方法，其特征在于，该方法包括：在保护气氛下，

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述催化剂选自二月硅酸基二丁基锡、二正丁基氧化锡、辛酸亚锡中的至少一种；

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述除水反应的条件包括：温度为100-120℃，时间为0.5-1h；

7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述加热反应的条件包括：温度为150-170℃，时间为6-8h。

8.权利要求1-3中任意一项所述的环保天然材料改性水基钻井液用化合物作为润滑剂的应用。

9.一种环保天然材料改性水基钻井液，其特征在于，该钻井液中含有水和润滑剂；所述润滑剂为权利要求1-3中任意一项所述的环保天然材料改性水基钻井液用化合物；

10.根据权利要求9所述的环保天然材料改性水基钻井液，其中，该钻井液中还含有添加剂；所述添加剂包括膨润土、na2co3；

技术总结
本发明涉及油田化学领域，公开了环保天然材料改性水基钻井液用化合物及其制备方法和应用、钻井液，该化合物具有式(I)所示的结构。本发明的环保润滑剂具有良好的抗磨减阻效果，能够适用于不同地质条件下的钻井作业，并解决钻井过程中存在的高摩阻问题。

技术研发人员：杨丽丽,邱士鑫,蒋官澄,张岳崎,董腾飞,张毅
受保护的技术使用者：中国石油大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23