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氨解改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂

孙丙向 李文博

孙丙向,李文博. 氨解改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂[J]. 钻井液与完井液,2022,39(2):164-170 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.02.006
引用本文: 孙丙向,李文博. 氨解改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂[J]. 钻井液与完井液,2022,39(2):164-170 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.02.006
SUN Bingxiang, LI Wenbo.Ammonolysis modified soybean lecithin as a drilling fluid lubricant[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2022, 39(2):164-170 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.02.006
Citation: SUN Bingxiang, LI Wenbo.Ammonolysis modified soybean lecithin as a drilling fluid lubricant[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2022, 39(2):164-170 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.02.006

氨解改性大豆卵磷脂钻井液润滑剂

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.02.006
基金项目: 中石化石油工程公司项目“中石化石油工程公司‘十四五’科技发展规划研究”(SG19-19J)、“中石化石油工程公司科研体系与运行机制研究”(SG17-30J)
详细信息
    作者简介:

    孙丙向,高级工程师,1971 年生,1993 年毕业于石油大学(华东)钻井工程专业,2000 年获南京大学商学院工商管理专业硕士学位,主要从事石油钻井新技术研究与科技管理工作。E-mail: sunbingxiang1971@163.com

  • 中图分类号: TE254.4

Ammonolysis Modified Soybean Lecithin as a Drilling Fluid Lubricant

  • 摘要: 大豆卵磷脂为双脂肪酸甘油磷脂衍生物,结构中富含磷酸酯基、羟基、氨基等润滑吸附基团,但是其结构中双脂肪酸甘油酯疏水性过强、分散性过低,无法直接作为钻井液润滑剂。将大豆卵磷脂、醇胺、催化剂、矿物油分散剂混合加热反应获得改性磷脂润滑剂,采用红外光谱与核磁共振磷谱分析了醇胺氨解大豆卵磷脂的机理。通过摩擦磨损实验确定了改性磷脂润滑剂的抗磨耐磨能力。对比其他市售润滑剂,分别测试了改性磷脂润滑剂的润滑性能、高温稳定性能、抗盐抗钙性能,最终测试了改性磷脂润滑剂对聚磺钻井液的配伍性能以及润滑提升能力。氨解改性工艺中醇胺的最佳加量为10%~25%,醇胺能够氨解大豆卵磷脂中脂肪酸酯形成脂肪酰胺,从而降低其结构中疏水脂肪链成分,提升其水分散性。氨解所形成的羟基进一步与磷酸酯阴离子发生分子内酯化反应形成五元环状磷酸酯,掩蔽磷酸酯阴离子。所形成的改性磷脂润滑剂具有优异的润滑性能、高温稳定性能、抗盐抗钙性能以及钻井液配伍性能,具有潜在钻井液润滑应用前景。

     

  • 图  1  大豆卵磷脂通式结构

    图  2  氨解改性前后大豆卵磷酯红外光谱图

    图  3  氨解前后大豆卵磷脂红外光谱峰变化图

    图  4   氨解改性前后大豆卵磷脂核磁共振磷谱图(31P-NMR)与对应结构图

    图  5  醇胺氨解改性大豆卵磷脂润滑剂反应机理

    图  6  不同处理剂中摩擦球磨痕状态与磨斑直径图

    图  7  矿物油分散剂与改性磷脂润滑剂摩擦系数随时间的变化图

    表  1  不同醇胺加量形成的氨解改性卵磷脂的润滑性能与乳化分散性能

    醇胺/%润滑系数润滑系数
    降低率/%
    乳化分散性
    5 0.328 47.8 棕色油滴漂浮
    10 0.185 70.5 均匀分散
    15 0.082 86.9 均匀分散
    25 0.073 89.3 均匀分散,部分泡沫
    30 0.214 68.6 大量细泡,体积膨胀
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    表  2  不同处理剂在淡水基浆中的润滑与热稳定性能对比

    处理
    实验
    条件
    极压润
    滑系数
    润滑系数
    降低率/%
    黏附
    系数
    黏附系数
    降低率/%
    空白 老化前 0.682 0.14
    120 ℃、16 h 0.674 0.15
    160 ℃、16 h 0.652 0.15
    改性磷脂
    润滑剂
    老化前 0.073 89.3 0.03 78.6
    120 ℃、16 h 0.085 87.4 0.02 86.7
    160 ℃、16 h 0.094 85.6 0.03 80.0
    市售
    润滑剂A
    老化前 0.054 92.1 0.04 71.4
    120 ℃、16 h 0.051 92.4 0.02 86.7
    160 ℃、16 h 0.072 89.0 0.02 86.7
    市售
    润滑剂B
    老化前 0.126 81.5 0.03 78.6
    120 ℃、16 h 0.113 83.2 0.03 80.0
    160 ℃、16 h 0.149 77.1 0.04 73.3
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    表  3  不同处理剂在不同基浆中的润滑性能对比

    处理剂测试浆润滑系数润滑系数降低率/%
    空白 4%盐水基浆 0.694
    2%氯化钙基浆 0.701
    改性磷脂
    润滑剂
    4%盐水基浆 0.092 86.7
    2%氯化钙基浆 0.092 86.9
    市售
    润滑剂A
    4%盐水基浆 0.156 77.5
    2%氯化钙基浆 0.327 53.4
    市售
    润滑剂B
    4%盐水基浆 0.136 80.4
    2%氯化钙基浆 0.143 79.6
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    表  4  不同改性磷脂润滑剂加量对聚磺钻井液性能的影响

    润滑剂/
    %
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    FLAPI/
    mL
    FLHTHP/
    mL
    润滑
    系数
    0 13.0 10 3.0 0.5/3.5 8.8 24 0.174
    1 13.5 10 3.5 0.5/3.5 9.0 24 0.152
    2 14.0 11 3.0 0.5/4.0 9.0 25 0.112
     注:聚磺钻井液的配方为3%膨润土浆+0.2%干粉+1%磺化
    褐煤+1.5%磺化酚醛树脂+1%磺化沥青
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-23
  • 修回日期:  2021-12-28
  • 录用日期:  2021-11-28
  • 刊出日期:  2022-06-23

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