CN101705079B - 一种新型钻井液用固体润滑微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型钻井液用固体润滑微球及其制备方法，主要是在塑料材质中添加廉价的层状无机填料，使塑料中的聚合物链能够插层到无机材料层之间，通过无机材料片层对聚合物链段运动的限制作用来改善复合材料的热稳定性能。本发明方法成本低廉、工艺简单，制得的新型钻井液用固体润滑复合微球具有优异的润滑性能、耐热性能以及耐磨耐腐蚀性能，适合于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及钻井液用润滑材料，具体地，是一种新型钻井液用固体润滑复合微球及其制备方法。
背景技术
随着石油勘探工作的发展，钻井深度不断增加，钻具磨损日益严重，各类卡钻事故频繁发生，在钻井液中加入高效润滑剂是降低钻具扭矩、减少钻具磨损、避免卡钻事故发生的常用手段。钻井液用润滑剂主要分为液体润滑剂和固态润滑剂两种，其中固体润滑剂又因具有高负荷、耐腐蚀等优点而日益受到人们的青睐。目前应用较多的固体润滑剂主要有石墨、二硫化钼、塑料小球、玻璃微珠等，其中石墨和二硫化钼由于是粉末状的，易漂在液体表面，因此利用度低，浪费资源且污染环境；玻璃微珠所能承受的压力小，破碎率高，圆球率亦比较低；比较而言，塑料小球是一种比较高效的钻井液用固体润滑剂，具有无毒、无荧光、可回收利用等优点，但是纯塑料材质的耐热性并不好，在钻井过程中产生的大量热量极易使塑料发生软化变形。如果能研制出一种既具备塑料无毒、无荧光、可回收利用等优点，又具有良好耐热性的钻井液用固态润滑剂，则必将对石油勘探工程的发展起到巨大的推进作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钻井液用固体润滑复合微球及其制备方法，主要是在塑料材质中添加廉价的层状无机填料，使塑料中的聚合物链能够插层到无机材料层之间，通过无机材料片层对聚合物链段运动的限制作用来改善复合材料的热稳定性能。
上述目的是通过如下技术方案实现的：
(1)制备改性有机蒙脱土
①将钠基蒙脱土及其质量8～15倍的去离子水加入到锥形瓶中，超声波搅拌均匀(约需30～60min)后备用；
②将季铵盐及其质量10～20倍的去离子水加入到烧杯中，加热使之充分溶解，配置成季铵盐水溶液；
③将步骤(1)②的季铵盐水溶液倒入步骤(1)①的锥形瓶中，在75℃下超声波搅拌3～8h；
④用去离子水洗涤并抽滤3～5次，直到检测不到Br离子，然后分离过滤物，真空干燥后研磨成粉末，得到季铵盐改性的有机蒙脱土，备用；
(2)制备钻井液用固体润滑复合微球
①将分散剂加入到去离子水中，在70℃～85℃(优选80℃)下搅拌使之充分溶解，制得浓度为0.5g/L～1g/L的分散剂水溶液I，备用；
②按照1∶3～1∶5的质量体积比，对应分散剂水溶液I的体积称取苯乙烯，再称取苯乙烯质量2％～10％(优选10％)的二乙烯苯，将苯乙烯与二乙烯苯混合得到溶液II；
③将步骤1得到的季铵盐改性的有机蒙脱土加入到溶液II中，所加改性的有机蒙脱土的量为苯乙烯质量的3％～8％(优选5％)，然后在75℃下超声波分散0.5～1h，以使有机小分子充分进入蒙脱土层间，得混合溶液III，备用；
④将引发剂及混合溶液III均加入到分散剂水溶液I中，所加引发剂与所加混合溶液III中苯乙烯单体的摩尔比为1∶200，保持温度在70℃～85℃(优选80℃)，不断搅拌以引发小分子在蒙脱土层间进行链增长反应，反应6～12h后即形成插层型蒙脱土纳米复合物；
⑤将上述产物过滤、洗涤、制粒、真空干燥12h即得本发明的新型钻井液用固体润滑复合微球。
所述步骤(1)②中的季铵盐优选十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵。
所述步骤(2)①中的分散剂优选聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮等表面活性剂。
所述步骤(2)③中的引发剂优选过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈等油溶性引发剂。
本发明的新型钻井液用固体润滑复合微球主要是选用价低易得的原材料，经过简单环保的生产方法制备得到，不但极大地降低了生产成本，而且在生产过程对环境无任何毒害作用，同时具有优异的润滑性能、耐热性能以及耐磨耐腐蚀性能。
具体实施方式
以下通过具体实施方式进一步描述本发明，由技术常识可知，本发明也可通过其它的不脱离本发明技术特征的方案来描述，因此所有在本发明范围内或等同本发明范围内的改变均被本发明包含。
实施例1：
(1)将50g的钠基蒙脱土与500mL去离子水加入到锥形瓶中，超声波搅拌45min，备用；将13g十六烷基三甲基溴化铵和200mL去离子水加入到烧杯中，加热充分溶解后，制得十六烷基三甲基溴化铵水溶液；将十六烷基三甲基溴化铵水溶液倒入盛有钠基蒙脱土的锥形瓶中，75℃下超声波搅拌4h；用去离子水洗涤并抽滤3～5次，直到检测不到Br离子，然后分离过滤物，真空干燥后研磨成粉末，得到改性的有机蒙脱土，备用；
(2)将0.2g的聚乙烯醇加入到200mL去离子水中，在80℃下搅拌使之充分溶解，制得浓度为1g/L的聚乙烯醇水溶液I，备用；将2.5g步骤(1)得到的改性的有机蒙脱土加入到50g苯乙烯与5g二乙烯苯的混合溶液II中，在75℃下超声波分散0.5h，以使有机小分子充分进入蒙脱土层间，得混合溶液III，备用；将引发剂过氧化苯甲酰0.08g及混合溶液III均加入到聚乙烯醇水溶液I中，保持温度在80℃，不断搅拌以引发小分子在蒙脱土层间进行链增长反应，反应8～10h后即形成插层型蒙脱土纳米复合物；将上述产物过滤、洗涤、制粒、真空干燥12h即得到钻井液用固体润滑复合微球。
Claims (9)
1.一种钻井液用固体润滑微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备改性有机蒙脱土
①将钠基蒙脱土及其质量8～15倍的去离子水加入到锥形瓶中，需30～60min超声波搅拌均匀后备用；
②将季铵盐及其质量10～20倍的去离子水加入到烧杯中，加热使之充分溶解，配置成季铵盐水溶液；
③将步骤(1)②的季铵盐水溶液倒入步骤(1)①的锥形瓶中，在75℃下超声波搅拌3～8h；
④用去离子水洗涤并抽滤3～5次，直到检测不到Br离子，然后分离过滤物，真空干燥后研磨成粉末，得到季铵盐改性的有机蒙脱土，备用；
(2)制备钻井液用固体润滑复合微球
①将分散剂加入到去离子水中，在70℃～85℃下搅拌使之充分溶解，制得浓度为0.5g/L～1g/L的分散剂水溶液I，备用；
②按照1∶3～1∶5的质量体积比，对应分散剂水溶液I的体积称取苯乙烯，再称取苯乙烯质量2％～10％的二乙烯苯，将苯乙烯与二乙烯苯混合得到溶液II；
③将步骤1得到的季铵盐改性的有机蒙脱土加入到溶液II中，所加改性的有机蒙脱土的量为苯乙烯质量的3％～8％，然后在75℃下超声波分散0.5～1h，以使有机小分子充分进入蒙脱土层间，得混合溶液III，备用；
④将引发剂及混合溶液III均加入到分散剂水溶液I中，所加引发剂与所加混合溶液III中苯乙烯单体的摩尔比为1∶200，保持温度在70℃～85℃，不断搅拌以引发小分子在蒙脱土层间进行链增长反应，反应6～12h后即形成插层型蒙脱土纳米复合物；
⑤将上述产物过滤、洗涤、制粒、真空干燥12h即得所述钻井液用固体润滑复合微球。
2.根据权利要求1所述的钻井液用固体润滑微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)②中的季铵盐为十六烷基三甲基溴化铵或者十八烷基三甲基溴化铵。
3.根据权利要求1所述的钻井液用固体润滑微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)①中的分散剂为聚乙烯醇或者聚乙烯吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的钻井液用固体润滑微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)①中的温度为80℃。
5.根据权利要求1所述的钻井液用固体润滑微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)②中二乙烯苯的质量为苯乙烯质量的10％。
6.根据权利要求1所述的钻井液用固体润滑微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)③中所加改性的有机蒙脱土的量为苯乙烯质量的5％。
7.根据权利要求1所述的钻井液用固体润滑微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)④中的引发剂为过氧化苯甲酰或者偶氮二异丁腈。
8.根据权利要求1所述的钻井液用固体润滑微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)④中的温度为80℃。
9.根据权利要求1所述方法制备得到的钻井液用固体润滑微球。
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