钻井液用复合型植物油润滑剂的乳化、分散和摩擦学性能研究

摘要

随着钻采工艺的进一步提高，为准确判断油气田的产量，保证油气田的合理开发，原有的在钻井过程中会对录井造成荧光影响的润滑剂己经不符合生产和对环境保护的要求，这就使得原来现场使用的矿物油钻井液用润滑剂等有荧光污染的高效润滑剂使用受到限制。
　　 以植物油为基础油的润滑剂，摩擦系数低，可生物降解，无污染，同时低荧光，不影响对地质资料的分析和评价。但其氧化稳定性和热稳定性差，不耐高温和高压，为了解决植物油在高温下易氧化而失去其良好抗磨损性能这一难题，将层状固体润滑剂加入植物油中，研制出钻井液用复合型植物油润滑剂，该润滑剂以植物油下脚料、石墨、蛇纹石等原料合成。该钻井液润滑剂可以使钻头与岩石之间的摩阻降低，减少钻具和其它金属部件的磨损，降低钻具回转阻力。经过适当处理，此润滑剂具有良好的乳化、分散及减摩抗磨性能。
　　 本文利用721分光光度计研究了润滑剂中固体添加剂石墨的分散性能和润滑剂的乳化性能；利用UMT-2型球盘式摩擦试验机和MR-S10B四球摩擦试验机研究了润滑剂的摩擦学性能。结果表明：
　　 (1)高分子聚合物羧甲基纤维素钠(CMC)可以提高润滑剂中的固体润滑剂石墨和蛇纹石在水中的分散稳定性，其分散机理是：添加少量的羧甲基纤维素钠后，这时羧甲基纤维素钠吸附在粒子表面，形成一层吸附层；当大量的分散剂将分散粒子完全包覆，形成一层厚厚的吸附层，这时可以克服高分子链侧向运动带来的分散剂脱落问题，此时分散体系更稳定。
　　 (2)与普通植物油润滑剂相比，此润滑剂具有优异的减摩抗磨性能，在高温下，仍具有减摩抗磨能力。通过钻探模拟，普通植物润滑剂钻4个通孔就磨损严重，经改性的复合型润滑剂钻6个通孔后，磨损较少，仍然可以继续使用。其摩擦机理是：当载荷较低，摩擦时间较短时，此时润滑剂中的植物油分子在摩擦金属表面形成物理和化学吸附膜，减小摩擦和磨损；随着载荷和摩擦时间的增加，此时石墨和蛇纹石进入到摩擦副之间，并在摩擦副表面形成一层牢固的薄片状物理吸附膜，隔离了两个摩擦副的直接接触，从而起到减摩抗磨作用。
　　 (3)该润滑剂在十二烷基硫酸钠(SDS)和山梨醇酐单油酸酯(Span80)两种乳化剂复配后的亲水亲油平衡(HLB)值为13.2时，具有良好的乳化性能，且无明显的分层现象。其乳化机理：当乳化剂的HLB值减小，分散相的平均粒径减小，界面面积和分散相颗粒之间的作用增加，分散相同连续相的作用也增加，因而乳化油粘度增加，随之减少了分散相颗粒的扩散系数，并导致碰撞频率和聚结速率的降低，有利于乳状液的稳定。
　　 (4)通过对钻井液用复合型植物油润滑剂性能的检测，说明此润滑剂在钻井液中具有较好的润滑性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2植物油作为润滑剂的研究

1.2.1化学改性改善植物油性能的研究

1.2.2利用添加剂改善植物油性能的研究

1.3摩擦与润滑

1.3.1常见的摩擦类型

1.3.2植物油的摩擦学特性

1.3.3常用抗磨添加剂润滑机理

1.4课题的提出及研究意义

1.5课题的主要研究内容

第二章钻井液用润滑剂的制备

2.1引言

2.2常用的钻井液用处理剂

2.3钻井液用润滑剂的制备

2.3.1试验所需的药品

2.3.2润滑剂制备过程

第三章添加剂的分散性和稳定性

3.1引言

3.2添加剂的分散性和稳定性

3.2.1团聚现象

3.2.2添加剂的分散方法

3.2.3常用的分散稳定性方法和机理

3.3表面活性剂的选择

3.3.1表面活性剂的性能

3.3.2表面活性剂的分类

3.4试验部分

3.4.1试验所需的药品

3.4.2固体添加剂的结构

3.4.3试验的仪器和设备

3.4.4试验过程

3.4.5测试原理

3.5试验结果与讨论

3.5.1石墨在水中分散体系

3.5.2蛇纹石在水分散体系

3.5.3分散机理讨论

3.6本章小结

第四章润滑剂的摩擦学原理

4.1引言

4.2试验部分

4.2.1试验设备

4.2.2试验过程

4.3试验结果与讨论

4.3.1石墨作为润滑油添加剂的摩擦性能

4.3.2蛇纹石作为润滑油添加剂的摩擦性能

4.3.3石墨和蛇纹石复配作为润滑油添加剂的摩擦性能

4.3.4钻探模拟试验

4.3.5润滑剂的抗磨性能试验

4.3.6润滑剂的摩擦机理：

4.4本章小结

第五章润滑剂的乳化性能试验

5.1乳状液

5.1.1乳状液的概念及分类

5.1.2乳状液的稳定性

5.1.3乳化液的制备方法

5.2试验结果与分析

5.2.1 Span80和Tween80作为复合乳化剂

5.2.2 Span80和SDS作为复合乳化剂

5.2.3两种复合乳化剂比较

5.2.4乳化机理

5.3本章小结

第六章钻井液用润滑剂的性能试验

6.1评价钻井液的各种参数

6.1.1钻井液的流变性能

6.1.2钻井液的造壁性能

6.1.3钻井液的润滑性能

6.2测定方法

6.2.1流变性能的测定

6.2.2润滑性能的测定

6.2.3滤失量的测定

6.3加入钻井液润滑剂前后钻井液性能变化

6.4本章小结

第七章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和专利