CN103289656B - 一种钻井液用有机硅润滑剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井液用有机硅润滑剂及其制备方法和应用。该有机硅润滑剂含有有机改性层状硅酸盐和油，该有机改性层状硅酸盐通过以下方法制备得到：将层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应得到的产物进行固液分离，并将得到的固相产物进行洗涤和干燥。该钻井液用有机硅润滑剂的制备方法包括：（1）将层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应得到的产物进行固液分离，并将得到固相产物进行洗涤和干燥；（2）将步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐与油进行接触。本发明提供的有机硅润滑剂具有良好的润滑性能、稳定的抗温性能的优点。

Description

一种钻井液用有机硅润滑剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种钻井液用有机硅润滑剂、钻井液用有机硅润滑剂的制备方法以及所述有机硅润滑剂在钻井液中的应用。

背景技术

钻井液是钻井工程的血液，其最重要的功能之一是润滑钻具，倘若钻井液润滑性能欠佳，则会使钻柱与井壁之间的摩擦力迅速增加，扭矩相应变得很大，这样不仅增加能耗，严重时更会造成卡钻，甚至扭断钻杆。目前，通过向钻井液中添加优质的润滑剂降低井下摩阻是预防和解决钻井安全问题的主要技术手段之一。润滑剂在降低钻具与井壁之间的摩擦，减小钻井扭矩和减小起下钻摩阻中起到关键作用。

近年来，随着水平井、定向井等复杂结构的增多，进一步加大了钻具和岩屑的接触面积，导致扭矩和摩阻增大；随着井深的增加导致的泥浆密度的增大和钻井液温度的升高，对润滑剂性能也提出更高的要求。

目前，国内外钻井液用润滑剂种类繁多，主要分为液体润滑剂和固体润滑剂。常见的液体润滑剂种类有矿物油类，改性动植物油类，表面活性剂类，多元醇类，聚合醇类，沥青类等。固体润滑剂主要有塑料小球，玻璃小球，石墨，炭黑等。但这些润滑剂均有自身的不足，固体润滑剂如塑料小球，玻璃小球等这类润滑剂由于受固体尺寸的限制，在钻井过程中很容易被固控设备清除，而且在钻杆的挤压或拍打下，有破坏或变形的可能，使得其润滑性能下降，且这些固体润滑剂对环境有副作用，因此在使用上受到一定的限制；表面活性剂类润滑剂在高载荷下，润滑性能也不理想，价格较贵，且易起泡，影响泥浆泵工作；多元醇及聚合醇类润滑剂不抗冻，抗温稳定性较差；油类润滑剂的润滑性能和抗温稳定性能也不理想，难以满足日益增长的现场施工要求，并且其中的矿物油和沥青类润滑剂荧光级别高，具有较大的毒性，应用已越来越少。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷提供一种钻井液用有机硅润滑剂及其制备方法以及所述有机硅润滑剂在钻井液中的应用。

本发明提供一种钻井液用有机硅润滑剂，其中，所述有机硅润滑剂含有油和分散在油中的有机改性层状硅酸盐，所述有机改性层状硅酸盐通过以下方法制备得到：将层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应得到的产物进行固液分离，得到固相产物，并将得到的固相产物进行洗涤和干燥。

本发明还提供一种钻井液用有机硅润滑剂的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：

（1）有机改性层状硅酸盐的制备：将层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应得到的产物进行固液分离，得到固相产物，并将得到固相产物进行洗涤和干燥；

（2）将步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐与油进行接触，所述接触的条件使得步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐分散在油中。

此外，本发明还提供所述有机硅润滑剂在钻井液中的应用。

本发明采用油与分散在油中的有机改性层状硅酸盐配合使用作为钻井液用有机硅润滑剂的组分，使得该钻井液用有机硅润滑剂具有良好的润滑性能和稳定的抗温性能的优点，当进一步优选所述油为无毒油相即大豆油、白油、二甲基硅油和妥尔油中的一种或多种时，所述钻井液有机硅润滑剂具有无荧光和对环境无危害的特点，且润滑性能和抗温性能更佳。

本发明提供的制备的方法具有制备步骤简单的优点。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种钻井液用有机硅润滑剂，其中，所述有机硅润滑剂含有油和分散在油中的有机改性层状硅酸盐，所述有机改性层状硅酸盐通过以下方法制备得到：将层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应得到的产物进行固液分离，得到固相产物，并将得到的固相产物进行洗涤和干燥。

本发明的发明人发现，将油和分散在油中的有机改性层状硅酸盐配合使用作为钻井液用有机硅润滑剂的组分，并且，所述有机改性层状硅酸盐通过以下方法制备得到：将层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应得到的产物进行固液分离，得到固相产物，并将得到的固相产物进行洗涤和干燥，可以使该钻井液用有机硅润滑剂获得优异的润滑性能和稳定的抗温性能。

在本发明中，有机改性层状硅酸盐是指使有机物与层状硅酸盐反应，形成具有有机特性的物质。

根据本发明，尽管所述有机改性层状硅酸盐和所述油的重量比可以在较宽的范围内变动，并只要所述有机改性层状硅酸盐和所述油配合使用能够使得所述有机硅润滑剂具有优良的润滑性能和稳定的抗温性能，但优选情况下，相对100重量份的所述有机改性层状硅酸盐，所述油的含量为300-1000重量份；进一步优选情况下，相对100重量份的所述有机改性层状硅酸盐，所述油的含量为300-500重量份。

根据本发明，所述油可以为本领域中用于钻井液用润滑剂的各种油。例如，所述油可以选自矿物油、植物油和合成油中的一种或多种，其中，所述矿物油可以选自白油、柴油和煤油中的一种或多种；所述植物油可以选自大豆油、妥尔油和棕榈油中的一种或多种；所述合成油可以为二甲基硅油、乙基硅油和甲基含氢硅油中的一种或几种。考虑到所述有机硅润滑剂能够具有良好的环保性能（即无荧光和对环境无危害）和润滑性能以及稳定的抗温性能，优选情况下，所述油选自大豆油、白油、二甲基硅油和妥尔油中的一种或多种。

根据本发明，所述有机改性层状硅酸盐通过以下改性方法制备得到：将层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应得到的产物进行固液分离，得到固相产物，并将得到的固相产物进行洗涤和干燥。

根据本发明，所述层状硅酸盐、有机铵盐和水的重量比可以在较宽的范围内变动，只要使有机铵盐能够将所述层状硅酸盐在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下进行化学改性即可，优选情况下，所述层状硅酸盐、有机铵盐和水的重量比为1:1.2-5:50-100，进一步优选的情况下，所述层状硅酸盐、有机铵盐和水的重量比为1:1.2-2:50-80。

根据本发明，所述层状硅酸盐可以为本领域中常规的层状硅酸盐，优选情况下，所述层状硅酸盐为δ-层状结晶二硅酸钠和/或层状偏硅酸钠。考虑到使制备得到的有机改性硅酸盐更好地分散在油中，优选情况下，所述层状硅酸盐的粒径为100-900μm，进一步优选为500-900μm。

根据本发明，所述有机铵盐的主要作用是对层状硅酸盐进行化学改性，所述有机铵盐可以为本领域中可以对层状硅酸盐进行化学改性的常规有机铵盐。优选情况下，所述有机铵盐选自双辛烷基二甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵和二癸基二甲基氯化铵中的一种或多种；进一步优选的情况下，所述有机铵盐选自双辛烷基二甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵和二癸基二甲基氯化铵中的一种或多种。

根据本发明，层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应，使得有机胺盐对层状硅酸盐进行化学改性，优选情况下，层状硅酸盐、有机胺盐与水在65-75℃和pH值为8.5-9的条件下反应。所述反应的条件还包括：反应时间为1-5h，优选为3-5h。

根据本发明，对所述固液分离的方法没有特别的限定，所述固液分离的方法可以为本领域所公知的各种常规的固液分离方法，例如可以为过滤分离和/或离心分离。优选情况下，所述固液分离为离心分离。在本发明中，对所述离心的条件没有特别地限定，只要可以实现将层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应得到的产物进行固相和液相分离即可。优选情况下，所述离心的条件可以包括：离心的转速为1000-3000转/min，离心的时间为5-20min，进一步优选情况下，所述离心的条件包括：离心的转速为2000-3000转/min，离心的时间为8-10min。

根据本发明，将层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应得到的产物进行固液分离后得到固相产物还需进行洗涤和干燥，以除去杂质。所述洗涤的方法可以为本领域常规洗涤方法，例如可以为水洗。

根据本发明，所述干燥的方式可以为本领域常规的干燥方式，只要可以使经过固液分离所得的固相产物中的水分除尽即可。例如可以为真空减压干燥和/或自然干燥。优选情况下，所述干燥的方式为常温常压自然干燥。在本发明中，所述常温常压干燥是指在25℃和0.1MPa的条件下进行干燥。

根据本发明，为了使所述润滑剂具有更好的润滑性能，所述有机硅润滑剂还含有表面活性剂。

在本发明中，所述表面活性剂的加入可以进一步降低界面的表面张力，以有利于有机改性层状硅酸盐分散在油中，因此，对所述表面活性剂的种类和用量没有特别的限定，只要能够满足上述优选的要求即可。而且，所述表面活性剂的具体的用量可以根据需要的用量进行选择。优选情况下，相对100重量份的所述有机改性层状硅酸盐，所述表面活性剂的含量为1-5重量份；进一步优选情况下，相对100重量份的所述有机改性层状硅酸盐，所述表面活性剂的含量为1-2重量份。

根据本发明，所述表面活性剂可以为本领域中使表面张力降低的各种表面活性剂，优选情况下，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚和失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或多种。进一步优选情况下，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、失水山梨醇脂肪酸酯和脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。

在本发明中，所述钻井液可以为本领域所熟知的各种钻井液，考虑到所述有机硅润滑剂可以起到更好的润滑性能，优选情况下，所述钻井液为水基钻井液。

在本发明中，所述水基钻井液是以水为主要基质并添加各种添加剂所组成的多相分散体系。所述水基钻井液可以为本领域技术人员所熟知的各种水基钻井液，例如所述水基钻井液可以选自分散钻井液、钙处理钻井液、盐水钻井液和聚合物钻井液中的一种或多种。其中，所述分散钻井液是指用淡水、膨润土和各种对粘土与钻屑起分散作用的处理剂（简称为分散剂）配制而成的水基钻井液；所述钙处理钻井液可以为本领域技术人员所熟知的各种钙处理钻井液，例如可以为石灰钻井液、石膏钻井液、氯化钙钻井液和钾石灰钻井液中的一种或多种；所述盐水钻井液可以为本领域技术人员所熟知的各种盐水钻井液，例如可以为普通盐水钻井液（含盐量为1重量%至饱和之前）、饱和盐水钻井液和海水钻井液的一种或多种。所述聚合物钻井液可以为本领域技术人员所熟知的各种聚合物钻井液，所述聚合物钻井液中的聚合物可以选自聚丙烯酰胺及其衍生物、醋酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物和磺化苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物中的一种或多种。

本发明还提供一种钻井液用有机硅润滑剂的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：

（1）有机改性层状硅酸盐的制备：将层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应得到的产物进行固液分离，得到固相产物，并将得到固相产物进行洗涤和干燥；

（2）将步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐与油进行接触，所述接触的条件使得步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐分散在油中。

根据本发明，步骤（1）中，所述层状硅酸盐、有机铵盐和水的重量比可以在较宽的范围内变动，只要使有机铵盐能够将所述层状硅酸盐在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下进行化学改性即可，优选情况下，所述层状硅酸盐、有机铵盐和水的重量比为1:1.2-5:50-100，进一步优选的情况下，所述层状硅酸盐、有机铵盐和水的重量比为1:1.2-2:50-80。

根据本发明，所述层状硅酸盐可以为本领域中常规的层状硅酸盐，优选情况下，所述层状硅酸盐为δ-层状结晶二硅酸钠和/或层状偏硅酸钠。考虑到使制备得到的有机改性硅酸盐更好地分散在油中，优选情况下，所述层状硅酸盐的粒径为100-900μm，进一步优选为500-900μm。

根据本发明，所述有机铵盐的主要作用是对层状硅酸盐进行化学改性，所述有机铵盐可以为本领域中可以对层状硅酸盐进行化学改性的常规有机铵盐。优选情况下，所述有机铵盐选自双辛烷基二甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵和二癸基二甲基氯化铵中的一种或多种；进一步优选的情况下，所述有机铵盐选自双辛烷基二甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵和二癸基二甲基氯化铵中的一种或多种。

根据本发明，步骤（1）中，将所述层状硅酸盐、所述有机胺盐与水反应的方式没有特别的限定，优选情况下，先将所述层状硅酸盐、所述有机胺盐与水进行搅拌混合后再进行反应。本发明对所述搅拌混合的条件没有特别的限定，可以在较宽的范围内变动，只要可以使所述层状硅酸盐、所述有机铵盐和水能够均匀混合即可，优选情况下，所述搅拌混合的条件包括：搅拌的转速为500-1000rpm，搅拌的时间为5-20min；进一步优选情况下，所述搅拌混合的条件包括：搅拌的转速为800-1000rpm，搅拌的时间为8-10min。

根据本发明，层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应，使得有机胺盐对层状硅酸盐进行化学改性，优选情况下，层状硅酸盐、有机胺盐与水在65-75℃和pH值为8.5-9的条件下反应。根据本发明，所述反应的条件还包括：反应时间为1-5h，优选为3-5h。

根据本发明，所述有机铵盐对层状硅酸盐进行化学改性的反应需要在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下进行。为了使层状硅酸盐、有机铵盐和水发生反应实现有机铵盐对层状硅酸盐的化学改性，优选情况下，将层状硅酸盐、有机铵盐和水进行搅拌混合后的所得混合物进行pH值调节。考虑到所述有机铵盐的碱性较强，所述pH值优选通过无机酸来调节。所述无机酸可以选自盐酸和/或硫酸。

根据本发明，层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应，使得有机胺盐对层状硅酸盐进行化学改性，优选情况下，将层状硅酸盐、有机铵盐和水进行搅拌混合后并将所得混合物的pH值调节至8-9.5后，进行加热至60-80℃以使层状硅酸盐、有机胺盐与水发生反应，所述加热可以通过水浴加热的方式来实施。

根据本发明，步骤（1）中，所述固液分离的方法可以为本领域所公知的各种常规的固液分离方法，例如可以为过滤分离和/或离心分离。优选情况下，所述固液分离为离心分离。在本发明中，对所述离心的条件没有特别的限定，只要可以实现将反应后的所得产物进行固相和液相的分离即可。优选情况下，所述离心的条件包括：离心的转速为1000-3000转/min，离心的时间为5-20min，进一步优选情况下，所述离心的条件包括：离心的转速为2000-3000转/min，离心的时间为8-10min。

根据本发明，将层状硅酸盐、有机胺盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应得到的产物进行固液分离后得到固相产物还需要进行洗涤并干燥，以除去杂质。所述洗涤方法可以为本领域常规的洗涤方法。例如可以为水洗。

根据本发明，所述干燥的方式可以为本领域常规的干燥方式，只要可以使经过固液分离所得的固体中的水分除尽即可。例如可以为真空减压干燥和/或常压干燥。优选情况下，所述干燥的方式为常温常压干燥。在本发明中，所述常温常压干燥是指在25℃和0.1MPa的条件下进行干燥。

根据本发明，步骤（2）中，所述步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐与所述油的重量比可以在较宽的范围内变动，只要可以使最终制得的有机硅润滑剂具有良好的润滑性能和稳定的抗温性能即可。优选情况下，所述步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐与所述油的重量比为1:3-10；进一步优选情况下，所述步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐与所述油的重量比为1:3-5。

根据本发明，所述油可以为本领域中用于钻井液用润滑剂的各种油。例如，所述油可以选自矿物油、植物油和合成油中的一种或多种，例如，所述矿物油可以选自白油、柴油和煤油中的一种或多种；所述植物油可以选自大豆油、妥尔油和棕榈油中的一种或多种；所述合成油可以选自二甲基硅油、乙基硅油和甲基含氢硅油中的一种或几种。考虑到所述有机硅润滑剂能够具有良好的环保性能（即无荧光和对环境无危害）和润滑性能以及稳定的抗温性能，优选情况下，所述油选自大豆油、白油、二甲基硅油和妥尔油中的一种或多种。

根据本发明，步骤（2）中，将步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐与油接触的条件没有特别的限定，只要所述接触条件使得步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐分散在油中即可。所述分散的方式可以通过高速搅拌分散的方式来实施。优选情况下，所述接触的条件包括：转速为500-1000rpm，接触的时间为5-20min；进一步优选情况下，所述接触的条件包括：转速为800-1000rpm，接触的时间为8-10min。

优选地，考虑到使步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐能够充分地分散在所述油中，所述接触的方式通过使用胶体磨来实施，所述胶体磨可以为本领域中常规的胶体磨。所述胶体磨可以为立式胶体磨、分体式胶体磨、卧式胶体磨和封闭式胶体磨中的至少一种。例如，所述胶体磨可以为山东龙兴化工机械集团有限公司生产的型号为JM-85型的胶体磨设备。

根据本发明，考虑到使步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐能够充分分散在所述油中，优选情况下，该方法还包括：在步骤（2）中，将步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐、油与表面活性剂进行接触。

在本发明中，所述表面活性剂的加入可以进一步降低界面的表面张力，以有利于有机改性层状硅酸盐分散在油中，因此，对所述表面活性剂的种类和用量没有特别的限定，只要能够满足上述优选的要求即可。而且，所述表面活性剂的具体的用量可以根据需要的用量进行选择。优选情况下，所述步骤（1）得到的有机改性层状硅酸盐与所述表面活性剂的重量比为1：0.01-0.05，进一步优选为1：0.01-0.02。

根据本发明，所述表面活性剂可以为本领域中使表面张力降低的各种表面活性剂，优选情况下，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚和失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或多种。进一步优选情况下，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、失水山梨醇脂肪酸酯和脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。

根据本发明，所述有机硅润滑剂可以适用本领域所熟知的各种钻井液，考虑到所述有机硅润滑剂可以起到更好的润滑性能，所述钻井液优选为水基钻井液。所述水基钻井液与上文描述相同，在此不再赘述。

另外，本发明还提供了一种所述的有机硅润滑剂在钻井液中的应用。所述应用方法可以为本领域中常规的应用的方法，例如可以将所述有机硅润滑剂与钻井液进行搅拌混合。本发明对所述有机硅润滑剂的加入量没有特别的限定，可为本领域中常规的用量。优选情况下，为了更好的实现本发明的目的，以所述钻井液的体积为基准，所述有机硅润滑剂的含量为0.05-2体积%，进一步优选为1-1.5体积%。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂及其制备方法。

（1）常温（25℃）下，将δ-层状结晶二硅酸钠（临沂市晞迪助剂有限公司，粒径为850μm，以下相同）、双辛烷基二甲基氯化铵和水按重量比为1:1.2:50放入高速搅拌机（北京航天蓝宇公司，型号为GJ-2S，以下相同）中进行搅拌混合，搅拌的转速为1000r/min，搅拌的时间为8min；并用2mol/L的盐酸将所得混合物的pH调节至8.5；

（2）将步骤（1）所得的混合物在70℃的水浴中加热，反应4h后，进行冷却，并在转速为3000r/min的离心机中进行离心，离心时间为8min。然后用蒸馏水洗涤离心得到的固相产物，并在室温下风干，得到有机改性层状硅酸盐；

（3）将步骤（2）得到的有机改性层状硅酸盐、十二烷基苯磺酸钠与妥尔油（购自上海理高化工有限公司）按重量比为1:0.01:5的比例混合，用胶体磨（山东龙兴化工机械集团有限公司，型号为JM-85，以下相同）充分分散，分散的转速为1000rpm，分散的时间为8min，得到的产物即为钻井液用有机硅润滑剂A1。

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂及其制备方法。

（1）常温（25℃）下，将δ-层状结晶二硅酸钠、双十八烷基二甲基氯化铵和水按重量比为1:2:80放入高速搅拌机中进行搅拌混合，搅拌的转速为900r/min，搅拌的时间为9min；并用2mol/L的盐酸将所得混合物的pH调节至9；

（2）将步骤（1）所得的混合物在65℃的水浴中加热，反应5h后，进行冷却，并在转速为2500r/min的离心机中进行离心，离心时间为9min。然后用蒸馏水洗涤离心得到的固相产物，并在室温下风干，得到有机改性层状硅酸盐；

（3）将步骤（2）得到的有机改性层状硅酸盐、失水山梨醇脂肪酸酯（Span-20，西陇化工股份有限公司）与二甲基硅油（西陇化工股份有限公司）按质量比1:0.02:4的比例混合，用胶体磨充分分散，分散的转速为900rpm，分散的时间为9min，得到的产物即为钻井液用有机硅润滑剂A2。

实施例3

本实施例用于说明本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂及其制备方法。

（1）常温（25℃）下，将层状偏硅酸钠（哈尔滨华尔化工有限公司，粒径为500μm）、二癸基二甲基氯化铵、水按重量比为1:1.5:65放入高速搅拌机中进行搅拌混合，搅拌的转速为800r/min，搅拌的时间为10min，并用2mol/L的盐酸调节将所得混合物pH调节至8.7；

（2）将步骤（1）所得混合物在75℃的水浴中加热，反应3h后，进行冷却，并在转速为2000r/min的离心机中进行离心，离心时间为10min。然后用蒸馏水洗涤离心得到的固相产物，并在室温下风干，得到有机改性层状硅酸盐；

（3）将步骤（2）得到的有机改性层状硅酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9，江苏省海安石油化工公司）与大豆油（金龙鱼公司）按重量比1:0.01:3的比例混合，用胶体磨充分分散，分散的转速为800rpm，分散的时间为10min，得到产物即为钻井液用有机硅润滑剂A3。

实施例4

本实施例用于说明本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂及其制备方法。

按照实施例1的方法进行钻井液用有机硅润滑剂的制备，所不同的是，在步骤（3）中不加入十二烷基苯磺酸钠，直接将步骤（2）得到的有机改性层状硅酸盐与妥尔油混合，得到的产物即为钻井液用有机硅润滑剂A4。

实施例5

本实施例用于说明本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂及其制备方法。

按照实施例1的方法进行钻井液用有机硅润滑剂的制备，所不同的是，在步骤（3）中采用相同重量份的柴油代替妥尔油，得到钻井液用有机硅润滑剂A5。

实施例6

本实施例用于说明本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂及其制备方法。

按照实施例1的方法进行钻井液用有机硅润滑剂的制备，所不同的是，在步骤（3）中得到的有机改性层状硅酸盐、十二烷基苯磺酸钠与妥尔油按重量比为1：0.01：15的比例混合，得到的产物即为钻井液用有机硅润滑剂A6。

测试例1

分别将有机硅润滑剂A1-A6与水混合，配制成浓度为1重量的%的水溶液。在自然光条件下肉眼观察钻井液用有机硅润滑剂A1-A6的水溶液的外观。测试结果见表1。

测试例2

分别将有机硅润滑剂A1-A6与水混合，配制成浓度为1重量的%的水溶液。根据GB/T16783.1-2006《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》，使用钻井液密度计（浙江中恒仪器仪表有限公司，型号为YM）测定钻井液用有机硅润滑剂A1-A6的水溶液的密度，测定结果见表1。

测试例3

本测试例用于说明本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂的环保性能。

分别将有机硅润滑剂A1-A6与水混合，配制成浓度为1重量的%的水溶液。根据《石油与环境微生物技术》（易绍金,佘跃惠.武汉：中国地质大学出版社,2002,105-113）记载的方法进行EC₅₀值和BC值（BOD₅/COD_Cr）测定。

采用Micro-toxic急性毒性测定仪（北京卓川电子科技有限公司），测定有机硅润滑剂A1-A6的水溶液的EC₅₀值。

分别采用HACH BODTrack快速测定仪（美国哈希公司）和HACH COD快速测定仪（美国哈希公司）测定有机硅润滑剂A1-A6的水溶液的BOD₅和COD_Cr值，然后计算出BC值，并依照相关的可生物降解性分级标准进行判定。测试结果见表1。

测试例4

本测试例用于说明本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂的润滑性能。

（1）钻井液基浆的配置

实验配制三种类型的水基钻井液基浆：

（Ⅰ）淡水基钻井液基浆：4.0重量%膨润土+0.2重量%PAC-141（钻井液包被剂，萍乡市博新实业有限公司）+0.2重量%PAC142（钻井液降滤失剂，萍乡市博新实业有限公司）+0.1重量%XY27（钻井液降粘剂，任丘市北方化工有限公司）

（Ⅱ）15重量%盐水基钻井液基浆：4.0重量%膨润土+0.5重量%JT888（降滤失剂JT888，河南省辉县市航天化工一厂）+20重量%TEX（防塌剂，萍乡市汇鑫化工科技有限公司）+0.5重量%MAN104（聚合物增粘剂，鄢陵县第一化工厂）+3.0重量%SMP（高温高压降滤失剂，萍乡市汇鑫化工科技有限公司）+0.2重量%SPNH（抗高温、抗盐降滤失剂褐煤树脂，萍乡市汇鑫化工科技有限公司）

（Ⅲ）渤海海水钻井液：3.0重量%膨润土+0.1重量%DRISPAC（增粘剂，鄢陵县第一化工厂）+0.1重量%XC（聚合物增粘剂，鄢陵县第一化工厂）+0.2重量%Plus（加重剂，萍乡市汇鑫化工科技有限公司）+2.0重量%DFD（降滤失剂，萍乡市博新实业有限公司）+2.0重量%TEX（防塌剂，萍乡市汇鑫化工科技有限公司）+0.2重量%NaOH+0.1重量%Na₂CO₃

（2）润滑系数降低率的测定

分别取300mL在步骤（1）中配制的基浆（Ⅰ）、（Ⅱ）和（Ⅲ），用高速搅拌机在3000r/min条件下高速搅拌20min，用极压润滑仪（北京同德创业科技有限公司，TC-EP-2A）测定上述钻井液基浆（Ⅰ）、（Ⅱ）和（Ⅲ）的润滑系数；

分别取在步骤（1）中配制基浆（Ⅰ）、（Ⅱ）和（Ⅲ），每种基浆取6份，每份取300mL，分别加入1体积%（占基浆的总体积的百分比）的实施例1-6中得到的有机硅润滑剂产品A1-A6，用高速搅拌机在3000r/min条件下高速搅拌20min，用极压润滑仪测定基浆加入钻井液用有机硅润滑剂后的润滑系数。润滑系数降低率（R_K）的测定结果见表2。润滑系数降低率（R_K）按下式计算：

$R_K=\frac{K_0-K_1}{K_0}\×100\%$

其中，R_K——润滑系数降低率；

K₀——基浆的润滑系数；

K₁——基浆加入润滑剂后的润滑系数。

（3）扭矩降低率

分别取600mL在步骤（1）中配制的基浆（Ⅰ）、（Ⅱ）和（Ⅲ），用高速搅拌机在3000r/min条件下高速搅拌20min，用DLA-I型钻井液润滑性分析仪（青岛胶南同春石油机械厂）测定扭矩；

分别取在步骤（1）中配制的基浆（Ⅰ）、（Ⅱ）和（Ⅲ），每种基浆取6份，每份取600mL，分别加入1体积%（占基浆的总体积的百分比）的实施例1-6中得到的有机硅润滑剂产品A1-A6，用高速搅拌机在3000r/min条件下高速搅拌20min，用极压润滑仪测定基浆加入润滑剂后的扭矩。扭矩降低率的测定结果见表2。扭矩降低率（R_M）按下式计算：

$R_M=\frac{M_0-M_1}{M_0}\×100\%$

其中：R_M——扭矩降低率；

M₀——基浆的扭矩，N·m；

M₁——基浆加入润滑剂后的扭矩，N·m。

（4）与同类产品的比较

将常用的钻井液用润滑剂RH3（天津萨米特化工有限公司）、RH525（郑州豫华助剂有限公司）、JYR（石家庄华莱鼎盛科技有限公司）作为对比用润滑剂，并分别测定对比用润滑剂的润滑性能（润滑系数降低率和扭矩降低率），测定方法同上，测定结果见表2。

测试例5

本测试例用于说明本发明提供的钻井液用润滑剂对钻井液性能影响。

分别取400mL在步骤（1）中配制的基浆（Ⅰ）、（Ⅱ）和（Ⅲ），用高速搅拌机在3000r/min条件下高速搅拌20min，根据GB/T16783.1-2006《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》测定基浆的流变性能和API滤失量。

分别取在步骤（1）中配制基浆（Ⅰ）、（Ⅱ）和（Ⅲ），每种基浆取6份，每份取400mL，分别加入1体积%（占基浆的总体积的百分比）的实施例1-6中得到的有机硅润滑剂产品A1-A6，用高速搅拌机在3000r/min条件下高速搅拌20min，根据GB/T16783.1-2006《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》测定基浆加入润滑剂后的流变性能和API滤失量，测定结果见表3。

测试例6

本测试例用于说明本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂的抗温性能。

分别取400mL在步骤（1）中配制的基浆（Ⅰ）、（Ⅱ）和（Ⅲ），用高速搅拌机在3000r/min条件下高速搅拌20min，在150℃的条件下分别老化16h，测定老化后的基浆的性能。

分别取在步骤（1）中配制基浆（Ⅰ）、（Ⅱ）和（Ⅲ），每种基浆取6份，每份取400mL，分别加入1体积%（占基浆的总体积的百分比）的实施例1-6中得到的有机硅润滑剂产品A1-A6，用高速搅拌机在3000r/min条件下高速搅拌20min，在150℃的条件下分别老化16h，测定加入润滑剂后的及老化后的基浆的性能。测定结果见表3。

表1

从表1的数据可以看出，当所述油优选为大豆油、白油、二甲基硅油和妥尔油中的一种或多种时，本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂A1-A4以及A6的水溶液的EC₅₀值均大于30000，BOD₅/COD_Cr值均大于25，表明有机硅润滑剂A1-A4以及A6的生物降解性非常好，即本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂环保性能优良。

表2

从表2的数据可以看出，本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂A1-A6与现有技术中的润滑剂相比，润滑系数降低率和扭矩降低率均明显高于现有技术中的润滑剂，说明本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂A1-A6具有良好的润滑性能；老化前和老化后的润滑系数降低率和扭矩降低率差距不大，说明温度对本发明提供的有机硅润滑剂A1-A6影响较小，即本发明提供的有机硅润滑剂A1-A6具有稳定的抗温性能。

表3

注：表3中，AV表示表观粘度；PV表示塑性粘度；YP表示动切力；G10”/10’表示初切与终切的比值；FL_API表示API滤失量。

从表3的数据可以看出，本发明提供的钻井液用有机硅润滑剂在老化前和老化后对基浆的流变性能和滤失性能影响很小，基本可以忽略，说明本发明提供的有机硅润滑剂对钻井液性能的影响较小。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (20)

1.一种钻井液用有机硅润滑剂，其特征在于，所述有机硅润滑剂含有油和分散在油中的有机改性层状硅酸盐，所述有机改性层状硅酸盐通过以下方法制备得到：将层状硅酸盐、有机铵盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应得到的产物进行固液分离，得到固相产物，并将得到的固相产物进行洗涤和干燥，其中，所述油选自大豆油、白油、二甲基硅油和妥尔油中的一种或多种，所述层状硅酸盐、有机铵盐和水的重量比为1:1.2-5:50-100。

2.根据权利要求1所述的润滑剂，其中，相对100重量份的所述有机改性层状硅酸盐，所述油的含量为300-1000重量份。

3.根据权利要求2所述的润滑剂，其中，相对100重量份的所述有机改性层状硅酸盐，所述油的含量为300-500重量份。

4.根据权利要求1所述的润滑剂，其中，所述层状硅酸盐、有机铵盐和水的重量比为1:1.2-2:50-80。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的润滑剂，其中，所述层状硅酸盐为δ-层状结晶二硅酸钠和/或层状偏硅酸钠；所述层状硅酸盐的粒径为100-900μm。

6.根据权利要求1或4所述的润滑剂，其中，所述有机铵盐选自双辛烷基二甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵和二癸基二甲基氯化铵中的一种或多种。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的润滑剂，其中，所述有机硅润滑剂还含有表面活性剂，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚和失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的润滑剂，其中，相对100重量份的所述有机改性层状硅酸盐，所述表面活性剂的含量为1-5重量份。

9.根据权利要求8所述的润滑剂，其中，相对100重量份的所述有机改性层状硅酸盐，所述表面活性剂的含量为1-2重量份。

10.根据权利要求1所述的润滑剂，其中，所述钻井液为水基钻井液。

11.一种钻井液用有机硅润滑剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)有机改性层状硅酸盐的制备：将层状硅酸盐、有机铵盐与水在60-80℃和pH值为8-9.5的条件下反应得到的产物进行固液分离，得到固相产物，并将得到固相产物进行洗涤和干燥；

(2)将步骤(1)得到的有机改性层状硅酸盐与油进行接触，所述接触的条件使得步骤(1)得到的有机改性层状硅酸盐分散在油中，

其中，所述油选自大豆油、白油、二甲基硅油和妥尔油中的一种或多种，步骤(1)中，所述层状硅酸盐、有机铵盐和水的重量比为1:1.2-5:50-100。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述层状硅酸盐、有机铵盐和水的重量比为1:1.2-2:50-80。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述层状硅酸盐为δ-层状结晶二硅酸钠和/或层状偏硅酸钠，所述层状硅酸盐的粒径为100-900μm；所述有机铵盐选自双辛烷基二甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵和二癸基二甲基氯化铵中的一种或多种。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤(2)中，所述步骤(1)所得的有机改性层状硅酸盐与所述油的重量比为1:3-10。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述步骤(1)所得的有机改性层状硅酸盐与所述油的重量比为1:3-5。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，该方法还包括：在步骤(2)中，将步骤(1)得到的有机改性层状硅酸盐、油与表面活性剂进行接触。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚和失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或多种；所述步骤(1)得到的有机改性层状硅酸盐与所述表面活性剂的重量比为1:0.01-0.05。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述步骤(1)得到的有机改性层状硅酸盐与所述表面活性剂的重量比为1:0.01-0.02。

19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述钻井液为水基钻井液。

20.权利要求1-10中任意一项所述的有机硅润滑剂或者由权利要求11-19中任意一项所述的方法制备得到的有机硅润滑剂在钻井液中的应用。