CN106244122A - 微胶囊型提速防卡润滑剂及制备方法 - Google Patents

微胶囊型提速防卡润滑剂及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微胶囊型提速防卡润滑剂，由若干微型胶囊组成，所述微型胶囊包括囊壁和置于所述囊壁内的囊芯，所述囊壁的机械强度为100‑1000g/cm2，所述囊芯为润滑油。本发明还公开了一种微胶囊型提速防卡润滑剂的制备方法，包括以下步骤：采用复配法制备润滑油，原料包括沥青、多元醇非离子型乳化剂、生物柴油、表面活性剂；制备囊壁，原料包括淀粉、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵；制备微胶囊型提速防卡润滑剂。本润滑剂在钻井液体系中可自由流动并保持惰性，不会影响钻井液的化学性质；微型胶囊不作用于整个井筒，只在受压时破裂起到润滑作用，因此只需少量润滑剂即可大幅度降低扭矩、提高钻速。

Description

微胶囊型提速防卡润滑剂及制备方法
技术领域
本发明涉及一种钻井液用润滑剂即制备方法，尤其涉及一种微胶囊型提速防卡润滑剂及制备方法。
背景技术
钻井液润滑剂是一种重要的钻井液化学处理剂，目前常规的钻井液润滑剂有矿物油类、改性动植物油类、表面活性剂类、聚合醇类等液体润滑剂和石墨、塑料小球、玻璃微珠等固体润滑剂。
常规的液体或固体润滑剂主要通过稀释或干扰钻井液性能来降低摩擦阻力，因此这会改变钻井液的原有性能，需要再添加其他化学制剂来恢复钻井液的原有性能，一方面影响钻井液的稳定性，另一方面加大了钻井液的维护处理成本。
常规的液体或固体润滑剂是作用于整个井筒和摩擦点，不能起到定点润滑的作用，并且常规润滑剂的浓度会随时间不断下降，则需加大润滑剂的整体用量来满足润滑要求，而当浓度较高时，会对钻井液的流变性产生负面的影响。
常规润滑剂的作用机理和作用方式，决定了其存在较多的局限性，如卡钻、过大的阻力、过高的扭矩、泥浆流变性受损、低钻速以及延长停钻时间等，这些都会导致成本的增加。
另外，常用的矿物油类润滑剂还存在有毒、高荧光、环境污染等问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种可定点润滑、提速防卡效果好、成本低、环保的微胶囊型提速防卡润滑剂及制备方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种微胶囊型提速防卡润滑剂，由若干微型胶囊组成，所述微型胶囊包括囊壁和置于所述囊壁内的囊芯，所述囊壁的机械强度为100-1000g/cm2，所述囊芯为润滑油。
上述微型胶囊作为润滑剂的基本组成单位，与传统固态润滑剂形成了差异，微型胶囊的囊壁的机械强度决定了其在压力挤压下破裂的压力临界值，为微型胶囊破裂从而使囊芯流出实现润滑目的提供了完整解决方案，达到了创新且能够实现有效润滑的目的。
作为优选，所述微型胶囊的粒径为5-20μm。
所述囊壁的质量为所述微型胶囊总质量的7-20%，所述囊芯的质量为所述微型胶囊总质量的80-93%。
所述微型胶囊的囊壁原料包括淀粉、二甲基二烯丙基氯化铵和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
所述囊芯包括以下质量份的各原料：沥青20-30份，多元醇非离子型乳化剂10-20份，生物柴油30-50份，表面活性剂5-10份。
作为优选，所述沥青为植物沥青。
所述多元醇非离子型乳化剂为失水山梨醇月桂酸双酯、失水山梨醇棕榈酸单酯、失水山梨醇油酸单酯、失水山梨醇油酸双酯中的一种或几种。
所述生物柴油为B20型生物柴油。
所述表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚乙烯醚中的一种或两种。
一种微胶囊型提速防卡润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
（1） 制备润滑油：准备以下质量份的各原料：沥青20-30份，多元醇非离子型乳化剂10-20份，生物柴油30-50份，表面活性剂5-10份；利用上述各原料采用复配法制得环保型润滑油；
（2） 制备囊壁预聚物：在氮气的保护下，将一定量的淀粉和蒸馏水加入四口烧瓶中，80℃以上糊化30min，同时电动搅拌使之均匀，控制反应温度为30-40℃，然后依次加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵，搅拌反应1-2小时，得到总浓度为2-5%的囊壁预聚物；其中，二甲基二烯丙基氯化铵与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量比为（1-3）：（3-9），二甲基二烯丙基氯化铵与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量之和与淀粉的质量比为（2-4）：（1-2），硝酸铈铵的质量为囊壁预聚物总质量的0.2-0.5%；
（3） 制备微胶囊型提速防卡润滑剂：将润滑油和囊壁预聚物加入三口烧瓶中，润滑油与囊壁预聚物的质量比为（2-5）：（1-2），加热控制温度在50-70℃，搅拌速度为1000-3000r/min，并恒温反应2-4小时，取出，真空干燥24h，即得微胶囊型提速防卡润滑剂。
本发明的有益效果在于：
本发明所述微胶囊型提速防卡润滑剂以微型胶囊这种特殊形态存在，因此其作用机理完全不同于常规的液体或固体润滑剂，微型胶囊在钻井液体系中可自由流动并保持惰性，不会影响钻井液的化学性质；微型胶囊不作用于整个井筒，直到遇到足够大的摩擦力或剪切力，也就是当钻杆与裸眼井壁发生碰撞时或者钻头正在钻进地层岩石时，这些微型胶囊囊粒就会破裂，在需要润滑的地方释放出润滑油，起到润滑的作用，因此，本发明所述微胶囊型提速防卡润滑剂的用量只需常规润滑剂的1/4-1/2即可大幅度降低扭矩、提高钻速；本发明采用的胶囊结构、原料配方和制备方法，均是生产微型胶囊的优选方案，能够实现本发明所述微胶囊型提速防卡润滑剂无毒、无荧光、不会污染环境、可降低钻井成本、防卡效果好的优异性能，完全能够满足油田使用要求，填补了胶囊润滑剂的市场空白。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：
按以下步骤制备微胶囊型提速防卡润滑剂：
（1）制备润滑油：准备以下质量份的各原料：植物沥青30份、失水山梨醇油酸双酯20份、B20型生物柴油40份、月桂醇聚氧乙烯醚10份；利用上述各原料采用复配法制得环保型润滑油；
（2）制备囊壁预聚物：在氮气的保护下，将一定量的淀粉和蒸馏水加入四口烧瓶中，80℃以上糊化30min，同时电动搅拌使之均匀，控制反应温度为40℃，然后依次加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵，搅拌反应2小时，得到总浓度为3%的囊壁预聚物；其中，二甲基二烯丙基氯化铵与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量比为1：3，二甲基二烯丙基氯化铵与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量之和与淀粉的质量比为4：1，硝酸铈铵的质量为囊壁预聚物总质量的0.5%；
（3）制备微胶囊型提速防卡润滑剂：将润滑油和囊壁预聚物加入三口烧瓶中，润滑油与囊壁预聚物的质量比为3：1，加热控制温度在60℃，搅拌速度为3000r/min，并恒温反应4小时，取出，真空干燥24h，即得微胶囊型提速防卡润滑剂。
实施例2：
按以下步骤制备微胶囊型提速防卡润滑剂：
（1）制备润滑油：准备以下质量份的各原料：将植物沥青30份、失水山梨醇油酸双酯20份、B20型生物柴油40份、月桂醇聚氧乙烯醚10份；利用上述各原料采用复配法制得环保型润滑油；
（2）制备囊壁预聚物：在氮气的保护下，将一定量的淀粉和蒸馏水加入四口烧瓶中，80℃以上糊化30min，同时电动搅拌使之均匀，控制反应温度为40℃，然后依次加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵，搅拌反应2小时，得到总浓度为3%的囊壁预聚物；其中，二甲基二烯丙基氯化铵与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量比为2：5，二甲基二烯丙基氯化铵与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量之和与淀粉的质量比为2：1，硝酸铈铵的质量为囊壁预聚物总质量的0.5%；
（3）制备微胶囊型提速防卡润滑剂：将润滑油和囊壁预聚物加入三口烧瓶中，润滑油与囊壁预聚物的质量比为3：1，加热控制温度在60℃，搅拌速度为3000r/min，并恒温反应4小时，取出，真空干燥24h，即得微胶囊型提速防卡润滑剂。
实施例3：
按以下步骤制备微胶囊型提速防卡润滑剂：
（1）制备润滑油：准备以下质量份的各原料：植物沥青25份、失水山梨醇油酸单酯15份、B20型生物柴油50份、月桂醇聚乙烯醚8份；利用上述各原料采用复配法制得环保型润滑油；
（2）制备囊壁预聚物：在氮气的保护下，将一定量的淀粉和蒸馏水加入四口烧瓶中，80℃以上糊化30min，同时电动搅拌使之均匀，控制反应温度为35℃，然后依次加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵，搅拌反应1.5小时，得到总浓度为5%的囊壁预聚物；其中，二甲基二烯丙基氯化铵与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量比为2：3，二甲基二烯丙基氯化铵与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量之和与淀粉的质量比为3：1，硝酸铈铵的质量为囊壁预聚物总质量的0.3%；
（3）制备微胶囊型提速防卡润滑剂：将润滑油和囊壁预聚物加入三口烧瓶中，润滑油与囊壁预聚物的质量比为5：2，加热控制温度在70℃，搅拌速度为2000r/min，并恒温反应3小时，取出，真空干燥24h，即得微胶囊型提速防卡润滑剂。
实施例4：
按以下步骤制备微胶囊型提速防卡润滑剂：
（1）制备润滑油：准备以下质量份的各原料：植物沥青20份、失水山梨醇月桂酸双酯10份、B20型生物柴油30份、月桂醇聚氧乙烯醚5份；利用上述各原料采用复配法制得环保型润滑油；
（2）制备囊壁预聚物：在氮气的保护下，将一定量的淀粉和蒸馏水加入四口烧瓶中，80℃以上糊化30min，同时电动搅拌使之均匀，控制反应温度为30℃，然后依次加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵，搅拌反应1小时，得到总浓度为2%的囊壁预聚物；其中，二甲基二烯丙基氯化铵与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量比为2：8，二甲基二烯丙基氯化铵与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量之和与淀粉的质量比为3：2，硝酸铈铵的质量为囊壁预聚物总质量的0.2%；
（3）制备微胶囊型提速防卡润滑剂：将润滑油和囊壁预聚物加入三口烧瓶中，润滑油与囊壁预聚物的质量比为5：1，加热控制温度在50℃，搅拌速度为1000r/min，并恒温反应2小时，取出，真空干燥24h，即得微胶囊型提速防卡润滑剂。
上述各实施例所得微胶囊型提速防卡润滑剂，其微型胶囊的粒径均在5μm-20μm之间，其囊壁的机械强度均在100 g/cm2-1000g/cm2之间，囊壁的质量均在微型胶囊总质量的7%-20%之间，囊芯的质量均在微型胶囊总质量的80%-93%之间，均满足基本应用需求，只是在细微需求和局部性能方面有所差异，具体根据应用需要来选择即可。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (10)

1.一种微胶囊型提速防卡润滑剂，其特征在于：由若干微型胶囊组成，所述微型胶囊包括囊壁和置于所述囊壁内的囊芯，所述囊壁的机械强度为100-1000g/cm2，所述囊芯为润滑油。
2.根据权利要求1所述的微胶囊型提速防卡润滑剂，其特征在于：所述微型胶囊的粒径为5-20μm。
3.根据权利要求1或2所述的微胶囊型提速防卡润滑剂，其特征在于：所述囊壁的质量为所述微型胶囊总质量的7-20%，所述囊芯的质量为所述微型胶囊总质量的80-93%。
4.根据权利要求1或2所述的微胶囊型提速防卡润滑剂，其特征在于：所述微型胶囊的囊壁原料包括淀粉、二甲基二烯丙基氯化铵和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
5.根据权利要求1或2所述的微胶囊型提速防卡润滑剂，其特征在于：所述囊芯包括以下质量份的各原料：沥青20-30份，多元醇非离子型乳化剂10-20份，生物柴油30-50份，表面活性剂5-10份。
6.根据权利要求5所述的微胶囊型提速防卡润滑剂，其特征在于：所述沥青为植物沥青。
7.根据权利要求5所述的微胶囊型提速防卡润滑剂，其特征在于：所述多元醇非离子型乳化剂为失水山梨醇月桂酸双酯、失水山梨醇棕榈酸单酯、失水山梨醇油酸单酯、失水山梨醇油酸双酯中的一种或几种。
8.根据权利要求5所述的微胶囊型提速防卡润滑剂，其特征在于：所述生物柴油为B20型生物柴油。
9.根据权利要求5所述的微胶囊型提速防卡润滑剂，其特征在于：所述表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚乙烯醚中的一种或两种。
10.一种如权利要求1或2所述的微胶囊型提速防卡润滑剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
制备润滑油：准备以下质量份的各原料：沥青20-30份，多元醇非离子型乳化剂10-20份，生物柴油30-50份，表面活性剂5-10份；利用上述各原料采用复配法制得环保型润滑油；
制备囊壁预聚物：在氮气的保护下，将一定量的淀粉和蒸馏水加入四口烧瓶中，80℃以上糊化30min，同时电动搅拌使之均匀，控制反应温度为30-40℃，然后依次加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵，搅拌反应1-2小时，得到总浓度为2-5%的囊壁预聚物；其中，二甲基二烯丙基氯化铵与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量比为（1-3）：（3-9），二甲基二烯丙基氯化铵与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量之和与淀粉的质量比为（2-4）：（1-2），硝酸铈铵的质量为囊壁预聚物总质量的0.2-0.5%；
制备微胶囊型提速防卡润滑剂：将润滑油和囊壁预聚物加入三口烧瓶中，润滑油与囊壁预聚物的质量比为（2-5）：（1-2），加热控制温度在50-70℃，搅拌速度为1000-3000r/min，并恒温反应2-4小时，取出，真空干燥24h，即得微胶囊型提速防卡润滑剂。
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