CN108276977A

CN108276977A - 润滑剂和其制备方法及水基钻井液

Info

Publication number: CN108276977A
Application number: CN201810048874.2A
Authority: CN
Inventors: 邱正松; 刘云峰; 钟汉毅; 黄维安; 张现斌; 赵欣; 曾文
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2018-01-18
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2018-07-13
Anticipated expiration: 2038-01-18
Also published as: CN108276977B

Abstract

本发明涉及石油天然气勘探及钻采领域，具体涉及一种润滑剂和其制备方法及水基钻井液。本发明公布了一种润滑剂，其特征在于，其组成包括：植物白土油和可膨胀石墨，植物白土油与可膨胀石墨的重量比为6‑20：1。获得的钻井液用润滑剂原材料环保、来源广泛、性价比高，生产工艺简单，同时具有抗高温、抗磨减磨效果好、无荧光干扰的优点。

Description

润滑剂和其制备方法及水基钻井液

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探及钻采领域，具体涉及一种润滑剂和其制备方法及水基钻井液。

背景技术

近年来，定向井、水平井、大位移井施工作业不断增多，水平段长也逐渐增大，高摩阻扭矩问题日益突出，容易造成钻具磨损、卡钻及延误钻井周期等复杂问题，给安全高效钻井带来了较大的技术挑战。此外，深井、超深井钻井过程中对钻井液的抗高温性能提出了较高的要求，且同样存在高摩阻扭矩问题。因此，如何有效解决钻井过程中的高摩阻扭矩难题已成为钻井技术研究的重中之重。

钻井过程中摩阻扭矩的影响因素较多，但主要取决于钻具和井壁之间的接触面积和接触方式。因此，降摩减阻主要包括两条途径，一是尽可能减小钻井过程中钻具与井壁之间的接触面积，二是通过加入合适的钻井液润滑剂以改善钻井液的润滑性能。但实际钻井过程中，在井身结构设计及钻井工艺技术已确定的情况下，减小钻具与井壁的接触面积较难实现，因此通过添加钻井液用润滑剂来改善钻井液润滑性已成为解决高摩阻扭矩难题的关键技术途径。

国内外常用的钻井液用润滑剂按相态可分为固体类和液体类。固体类润滑剂主要包括塑料小球、玻璃微珠、石墨及炭球等。其主要作用机理是将钻柱与井壁或金属与金属之间的干摩擦转变为滑动摩擦或滚动摩擦，从而起到降摩减阻的效果。但仍存在粒度难以调控而易被筛除、抗挤压破坏能力差而易失效及存在漂浮扬尘而危害施工人员健康等不足，从而限制了大规模推广应用。目前，固体润滑剂主要朝着纳米类润滑剂方向发展：国外最新引入了纳米ZnO、纳米碳黑、纳米SiO₂等材料制备纳米润滑剂，如Scomi公司的石墨烯类纳米润滑剂、PLC公司的硼基纳米润滑剂等；国内主要开展了纳米乳液和乳化石蜡类润滑剂的室内研究，如NMR、纳米碳球耐温润滑剂及SD-NR纳米润滑剂等。但该类润滑剂原材料成本较高，制备工艺复杂，且目前尚处于室内研究阶段，无法满足特殊井钻井需求。

液体类润滑剂主要经历了沥青类润滑剂、矿物油基润滑剂、植物油基润滑剂、聚合醇润滑剂及合成酯润滑剂等几个阶段。其主要作用机理是通过在钻具、井壁、钻屑表面形成吸附或反应油膜，将接触面间的固-固摩擦转变为油膜之间或非极性端之间的滑动摩擦，从而大幅降低钻井摩阻扭矩。随着环保法规要求的日益严格，沥青类、矿物油类等常规钻井液润滑剂的使用逐渐受限。目前国内外已初步开展了环保型液体润滑剂的相关研究工作：如国外已开发出DFL缔合型润滑剂、Hydra Speed ROP非烃类润滑剂等，并在现场取得了良好的试验效果；国内多基于植物油、白油、合成酯等研制了一系列的润滑剂，如LUBE、SMJH-1等极压润滑剂。但该类润滑剂的抗高温效果不理想，普遍不超过150℃，且钻井过程中需要不断补充钻井液润滑剂以维护较好的钻井液润滑性能，润滑剂消耗量大，应用成本高。

因此，对于高摩阻扭矩、高温等复杂钻井条件，国内现有钻井液用润滑剂普遍存在润滑持效性差、抗高温效果不理想及消耗量大等问题。同时，由于油气钻井综合成本中钻井液成本占据了较大的比例(约15-20％)，在当前油气行业不景气的大形势下，应以降本增效为基本原则。因此，迫切需要研制一种抗高温、耐磨、持效性好，且环保的钻井液用润滑剂，以满足当下定向井、水平井、大位移井及深井超深井钻井需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的定向井、水平井、大位移井及深井超深井钻井过程中存在的高摩阻扭矩技术问题，提供一种钻井液用润滑剂和其制备方法及水基钻井液。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种润滑剂，其组成包括：植物白土油和可膨胀石墨，植物白土油与可膨胀石墨的重量比为6-20：1。

本发明第二方面提供了上述钻井液用润滑剂的制备方法，制备步骤如下：

(1)将植物白土油和表面活性剂混合并搅拌；

(2)将可膨胀石墨与上述混合物接触，搅拌；

(3)将分散剂和极压抗磨剂与步骤(2)得到的混合物混合，搅拌；

(4)将油溶性屏蔽剂与步骤(3)得到的混合物混合，搅拌。

本发明第三方面提供了一种水基钻井液，该钻井液中使用上述的润滑剂。

通过上述技术方案，获得的钻井液用润滑剂原材料环保、来源广泛、性价比高，生产工艺简单，同时具有抗高温(优选实施方式中，在180℃/16h热滚后的润滑系数降低率均＞80％)、抗磨减磨效果好(优选实施方式中，加润滑剂的实验浆的摩擦系数仅为0.035-0.040)的特点，通过使用油溶性荧光屏蔽剂能够进一步赋予润滑剂无荧光干扰的优点。

附图说明

图1是基浆、LUBE-1实验浆、LUBE-4实验浆、D-1实验浆、D-2实验浆及D-3实验浆的摩擦系数随时间的变化关系。

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。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

第一方面，本发明提供了一种润滑剂，其特征在于，其组成包括：植物白土油和可膨胀石墨，植物白土油与可膨胀石墨的重量比为6-20：1，优选为8.6-12.7：1。

本发明所述的润滑剂还可以包括表面活性剂、分散剂、极压抗磨剂、油溶性荧光屏蔽剂，以100重量份的上述润滑剂为基准，其组成包括：植物白土油85-90重量份，具体地，例如可以为85重量份、86重量份、87重量份、88重量份、89重量份、90重量份以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值，优选为86-89重量份；可膨胀石墨6-11重量份，具体地，例如可以为6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、11重量份以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值，优选为7-10重量份；表面活性剂0.5-1.5重量份，具体地，例如可以为0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份、1.0重量份、1.1重量份、1.2重量份、1.3重量份、1.4重量份、1.5重量份以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值，优选为0.8-1重量份；0.1-1重量份的分散剂，具体地，例如可以为0.1重量份、0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份、1重量份以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值，优选为0.3-0.5重量份；1-2.5重量份的极压抗磨剂，具体地，例如可以为1重量份、1.2重量份、1.4重量份、1.6重量份、1.8重量份、2.0重量份、2.2重量份、2.4重量份、2.5重量份以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值，优选为1.6-2.3重量份；0.1-0.5重量份的油溶性荧光屏蔽剂，具体地，例如可以为0.1重量份、0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值，优选为0.4-0.5重量份。

所述植物白土油可以为本领域常见的植物白土油，在本发明的优选实施方式中，所述的植物白土油为花生白土油、大豆白土油、玉米白土油、菜籽白土油、棉籽白土油中的至少一种。所述植物白土油可以通过常规的方式获得，通常包括以下步骤：食用油脂脱色废白土经过高温、提纯而得到的废油脂。

上述的植物白土油的油脂的含量为≥99重量％，同时，植物白土油市售价格仅为一般钻井液润滑剂用基础油的40-60％，成本低廉，具有较好的性价比。通过加入上述植物白土油可以使得润滑剂具有良好的抗高温性，同时能够节省成本。

本发明的优选实施方式中，所述可膨胀石墨的膨胀倍率为10-400mL/g，粒径范围为100-600目。

本发明的可膨胀石墨一般可分为普通可膨胀石墨、超细可膨胀石墨、超低硫可膨胀石墨。

上述的普通可膨胀石墨的膨胀容积为100-400mL/g，超细可膨胀石墨的膨胀容积为10-120mL/g，超低硫可膨胀石墨的膨胀容积为100-400mL/g，含硫量≤0.03％。膨胀容积的按照GB/T 10698-1989标准测定。

上述可膨胀石墨粒径范围可控，主要是为了便于在优选使用的分散剂作用下能够更均匀的分散至基础油中，以形成稳定的复合润滑体系。

上述的可膨胀石墨又可称为柔性石墨，是将优质的天然鳞片状石墨，经高温、插层等处理后形成的蠕虫状石墨。该类石墨不仅保持了普通天然鳞片状石墨自润滑性较好的特性，同时在高温条件下具有良好的可压缩回弹性、柔韧延展性和吸附性，将其作为钻井液用润滑材料，使得钻井液用润滑剂不仅具有良好的抗高温性能，同时抗磨减磨效果显著，且不会造成环境污染。

本发明中，所述表面活性剂可以为本领域常规使用的表面活性剂，例如，所述的表面活性剂可以为失水山梨糖醇脂肪酸酯，优选为司盘20、司盘40、司盘60、司盘80及司盘85中的至少一种。

本发明中，所述分散剂可以为本领域常规使用的分散剂，只要能够使可膨胀石墨分散于植物白土油中即可，优选情况下，所述的分散剂为辛基酚聚氧乙烯醚(结构如所示)和/或油酸二乙醇胺，辛基酚聚氧乙烯醚的聚氧乙烯链长范围更优选为4-7，也即n＝4-7。上述优选的分散剂具有良好的油溶性，能够均匀稳定的分散在基础油中；同时，上述分散剂的分散效果好，可定向吸附、包裹在可膨胀石墨微粒表面，防止可膨胀石墨微粒聚沉，进而易于形成稳定性良好的固相-液相复合润滑体系。

本发明中，所述极压抗磨剂可以为本领域常规使用的油溶性抗磨剂，优选地，所述极压抗磨剂为非硫磷型有机硼类极压抗磨剂，更优选为油酸二乙醇酰胺硼酸酯、油酸三乙醇胺硼酸酯和硼化氨基酯中的至少一种。上述优选的极压抗磨剂具有良好的油溶性，能够均匀分散在基础油中，同时，上述极压抗磨剂不含硫磷等元素，对环境无污染，且抗磨减磨性能优良。

本发明的优选实施方式中，所述油溶性荧光屏蔽剂为含超氧化物的合成酶类。为无色至淡黄色粉末，油溶率≥98重量％，适用于屏蔽波长280-420nm，适用范围广，耐光、热稳定性好，且环保无污染。

本发明的润滑剂可以通过将上述成分混合得到，对于其混合的方式没有特别的要求，但优选情况下，上述各个成分以特定的顺序混合，因此，第二方面，本发明提供了上述润滑剂的制备方法，制备步骤如下：

(1)将植物白土油和表面活性剂混合并搅拌；

(2)将可膨胀石墨与上述混合物接触，搅拌；

(4)将油溶性屏蔽剂与步骤(3)得到的混合物混合，搅拌。

优选地，步骤(1)-(4)中所述搅拌各自独立地在温度为75-80℃的条件下进行；

优选地，步骤(1)-(4)中搅拌的时间各自独立地为30-60min；

优选地，步骤(1)-(4)中搅拌的速率各自独立地为1000-1500rpm。

各个成分的种类和用量如前所述，在此不再赘述。

第三方面，本发明提供了一种钻井液，其特征在于，该钻井液中使用的润滑剂为如前所述的润滑剂。所述钻井液为水基钻井液，润滑剂可直接加入钻井液中。优选地，所述钻井液中润滑剂的含量为0.5-5g/100mL。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。室温指“25℃左右的温度”。

实施例1

(1)称取88.4重量份植物白土油(大豆白土油，山东省济宁市永利棉油皂基化工厂)、1重量份表面活性剂(司盘-80，东营胜利油田鑫旺石油化工有限责任公司，执行GB13482-2011，下同)混合加入恒温反应器中，升温并保持为75℃，并以1200rpm(下同)速率充分搅拌45min；

(2)称取8.3重量份可膨胀石墨(超细可膨胀石墨，青岛兴和石墨有限公司，TX200，膨胀倍率为15-50ml/g，粒径范围为100-600目)加入上述恒温反应器中，充分搅拌35min；

(3)将0.3重量份的分散剂(辛基酚聚氧乙烯醚，江苏省海安石油化工厂，OP-4，即n＝4)、1.6重量份的极压抗磨剂(硼化氨基酯，天津舜能润滑科技股份有限公司)加入步骤(2)的恒温反应器中，充分搅拌40min；

(4)将0.4重量份的油溶性荧光屏蔽剂(威海华恩橡塑新材料有限公司，YGP-1，油溶率≥98重量％，能够屏蔽荧光的波长范围为280-420nm)加入步骤(3)恒温反应器中，充分搅拌60min。冷却至室温，即可得LUBE-1。

实施例2

(1)称取86.7重量份的植物白土油(花生白土油，山东省济宁市永利棉油皂基化工厂)、0.8重量份的表面活性剂(司盘-80)混合加入恒温反应器中，升温并保持为80℃，并以1500rpm速率(下同)充分搅拌50min；

(2)称取9.8重量份的已处理好的可膨胀石墨(超细可膨胀石墨，青岛兴和石墨有限公司，TX100，膨胀倍率为30-120ml/g，粒径范围为100-600目)加入上述恒温反应器中，充分搅拌40min；

(3)将0.5重量份的分散剂(油酸二乙醇胺，江苏省海安石油化工厂)、1.8重量份的极压抗磨剂(油酸二乙醇胺硼酸酯，济南永泰化工有限公司)加入步骤(2)的恒温反应器中，充分搅拌45min；

(4)将0.4重量份的油溶性荧光屏蔽剂(威海华恩橡塑新材料有限公司，YGP-2，油溶率≥98重量％，能够屏蔽荧光的波长范围为280-420nm)加入步骤(3)的恒温反应器中，充分搅拌50min。冷却至室温，即可得润滑剂LUBE-2。

实施例3

(1)称取88.0重量份的植物白土油(玉米白土油，石家庄市神龙油脂化工有限公司)、1重量份的表面活性剂(司盘-80)混合加入恒温反应器中，升温并保持为75℃，并以1000rpm速率充分搅拌60min；

(2)称取7.8重量份的已处理好的可膨胀石墨(普通可膨胀石墨，青岛兴和石墨有限公司，TK100，膨胀倍率为100-200ml/g，粒径范围为100-600目)加入上述反应器中，充分搅拌35min；

(3)将0.4重量份的分散剂(辛基酚聚氧乙烯醚，江苏省海安石油化工厂，OP-7，即n＝7)、2.3重量份的极压抗磨剂(硼化氨基酯，天津舜能润滑科技股份有限公司)加入步骤(2)的恒温反应器中，充分搅拌50min；

(4)将0.5重量份的油溶性荧光屏蔽剂(威海华恩橡塑新材料有限公司，YGP-1，油溶率≥98重量％，能够屏蔽荧光的波长范围为280-420nm)加入步骤(3)的恒温反应器中，充分搅拌45min。冷却至室温，即可得润滑剂LUBE-3。

实施例4

按照实施例1的方法制备润滑剂，不同的是，步骤(1)中所述的植物白土油的重量份为92重量份，步骤(2)中所述的可膨胀石墨的重量份为4.7重量份，得到润滑剂LUBE-4。

实施例5

按照实施例1的方法制备润滑剂，不同的是，步骤(1)中所述的植物白土油的重量份为83重量份，步骤(2)中所述的可膨胀石墨的重量份为13.7重量份，得到润滑剂LUBE-5。

实施例6

称取90重量份植物白土油(大豆白土油，山东省济宁市永利棉油皂基化工厂)、10重量份可膨胀石墨(超低硫可膨胀石墨，青岛兴和石墨有限公司，TL100)混合加入反应器中，升温并保持为75℃，并以1500rpm速率充分搅拌45min，得到润滑剂LUBE-6。

实施例7

称取88.4重量份植物白土油(大豆白土油，山东省济宁市永利棉油皂基化工厂)、1重量份表面活性剂(司盘-80)、8.3重量份可膨胀石墨(超细可膨胀石墨，青岛兴和石墨有限公司，TX200，膨胀倍率为15-50ml/g，粒径范围为100-600目)、0.3重量份的分散剂(辛基酚聚氧乙烯醚，江苏省海安石油化工厂，OP-4，即n＝4)、1.6重量份的极压抗磨剂(油酸乙二醇酰胺硼酸酯，江苏省海安石油化工厂)、0.4重量份的油溶性荧光屏蔽剂(合成酶类油性荧光屏蔽剂，威海华恩橡塑新材料有限公司，YGP-1，油溶率≥98重量％，能够屏蔽荧光的波长范围为280-420nm)混合加入恒温反应器，升温并保持为75℃，并以1200rpm速率充分搅拌120min。冷却至室温，得到润滑剂LUBE-7。

对比例1

按照实施例1的方法制备钻井液用润滑剂，不同的是，将步骤(1)中所述的大豆白土油替换成普通植物油(大豆油，青岛龙花源植物油有限公司)，得到润滑剂D-1。

对比例2

按照实施例1的方法制备钻井液用润滑剂，不同的是，将步骤(2)中所述的可膨胀石墨替换成普通片层状石墨(青岛兴和石墨有限公司，粒径范围为100-600目)，得到钻井液用润滑剂D-2。

对比例3

按照实施例1的方法制备钻井液用润滑剂，不同的是，不添加步骤(2)中的可膨胀石墨，得到钻井液用润滑剂D-3。

测试例1

针对上述实施例和对比例中所提供润滑剂的常规性能进行实验评价，实验方法及结果如下：

(1)实验基浆配制

按照SY/T 6094-94《钻井液用润滑剂评价程序》和Q/SY 1088-2012《钻井液用液体处理剂技术规范》要求，配制实验用评价基浆。

配制方法：1)取洁净量筒量取400mL去离子水置于高速搅拌杯中，在8000rpm条件下(下同)高速搅拌5min；2)向浆杯中0.8g无水碳酸钠，高速搅拌10min；3)称取20g评价土，加入浆杯中高速搅拌20min。将基浆移至洁净烧杯中，密闭养护24h，备用。

(2)密度、表观粘度、API滤失量测试

将上述实施例和对比例中所提供的钻井液用润滑剂按照0.5g/100mL分别加入至每份评价基浆中。分别采用液体密度计、六速旋转粘度计及API中压滤失仪测试实验浆加样前后的密度、表观粘度及API滤失量，并按照下式计算密度变化值和表观粘度变化值：

Δρ＝ρ₁-ρ₀ 式(1)

Δρ—密度变化值，g/cm³；ρ₁—加样后的密度，g/cm³；ρ₀—基浆密度，g/cm³。

ΔAV＝AV₁-AV₀ 式(2)

ΔAV—表观粘度变化值，mPa·s；AV₁—加样后的表观粘度，mPa·s；AV₀—基浆的表观粘度，mPa·s。

(3)极压润滑系数测试

将上述实施例和对比例所制备的钻井液用润滑剂按照0.5g/100mL分别加入至每份评价基浆中，高速搅拌10min。采用E-P极压润滑仪测试实验基浆加样前后的润滑系数，并按照下述公式计算润滑系数降低率：

η—润滑系数降低率，％；f₁—加样后的润滑系数；f₀—基浆的润滑系数。

(4)荧光级别检测

分别选取目标轻质、中质及重质油制作原油标样，采用QFA三维荧光光谱仪分别测试实施例和对比例中所提供润滑剂的荧光级别。

实验评价统计结果见表1所示。

表1钻井液用润滑剂常规性能评价结果

从表1中结果可看出，LUBE-1～3润滑剂的荧光级别较低，密度变化值、表观粘度变化值等指标均满足目前钻井液用润滑剂标准要求，且较低加量0.5g/100mL条件下的润滑系数降低率均＞85％，润滑性能优良。

LUBE-1～3优于LUBE-4～7的荧光级别，LUBE-4～7的密度变化值、表观粘度变化值等指标均满足目前钻井液用润滑剂标准要求，但是在较低加量0.5g/100mL条件下润滑系数降低率不如LUBE-1～3，但是仍能＞80％，满足钻井液用润滑剂的标准要求，这说明了在本发明优选的润滑剂组分、组分的质量百分比、制备方法下润滑剂具有更好的荧光级别和润滑系数降低率。

D-1～3的荧光级别不如LUBE-1～3，虽然密度变化值、表观粘度变化值等指标均满足目前钻井液用润滑剂标准要求，但是在较低加量0.5g/100mL条件下润滑系数降低率不如LUBE-1～7，D-3甚至不满足目前钻井液用润滑剂标准要求。

综上，按照本发明提供的润滑剂的组份、组分的质量百分比和制备方法制得的润滑剂具有更优异的荧光级别和润滑系数降低率。

测试例2

针对实施例和对比例所提供润滑剂的抗高温效果进行实验评价，实验方法及结果如下：

分别将上述实施例和对比例所制备的钻井液用润滑剂按照0.5g/100mL分别加入至每份评价基浆(配制方法同测试例1)中，采用E-P极压润滑仪测试实验浆120℃/16h、150℃/16h及180℃/16h热滚前后的润滑系数，并按照公式(3)计算润滑系数降低率。

实验评价结果见表2所示。

表2钻井液用润滑剂抗高温性能评价结果

从表2评价结果可看出，添加LUBE-1～3润滑剂的实验浆在180℃/16h热滚后的润滑系数降低率均＞80％，可抗温180℃。

添加LUBE-4～7润滑剂的实验浆在120℃/16h和150℃/16h热滚后的润滑系数降低率＞80％，但180℃/16h热滚后的润滑系数降低率＜80％，说明LUBE-4～7润滑剂可以抗温150℃，但不能抗温180℃，这说明了在优选的润滑剂组分、组分的质量百分比、制备方法下润滑剂具有更好的抗高温性能。

添加D-1～3润滑剂的实验浆在120℃/16h、150℃/16h和180℃/16h润滑系数降低率均＜80％，不能抗温120℃。

综上，按照本发明提供的润滑剂的组份、组分的质量百分比和制备方法制得的润滑剂具有更好的抗高温性能。

测试例3

针对实施例和对比例所提供润滑剂的抗磨减磨效果进行实验评价，实验方法及结果如下：

1)分别将上述实施例和对比例提供的钻井液用润滑剂按照0.5g/100mL分别加入至每份评价基浆(配制方法同测试例1)中，8000rpm条件下高速搅拌20min，备用；

2)模拟现场井下钻进情况，利用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机(采用球-盘摩擦副，钢球为440C不锈钢，盘为N80钢/d＝48mm)，分别测试钻井液浸泡条件下摩擦系数随时间的变化规律及磨损率。

试验条件：载荷为100N，温度为120℃，转速为350rpm(模拟8’1/2钻头，转盘转速为80rpm，井下温度为120℃)。

磨损率计算公式如下：

I—磨损率，mm³/(N·m)；Δm—盘的质量变化值，g；ρ—盘的密度，g/cm³；F—载荷，N；D—滑动摩擦距离，m。

基浆、LUBE-1实验浆、LUBE-4实验浆、D-1实验浆、D-2实验浆及D-3实验浆的摩擦系数随时间的变化关系如图1所示。实验浆稳定期的摩擦系数及抗磨耐磨时间如表3所示。

表3实验浆稳定期的摩擦系数及抗磨耐磨时间

实验浆名称	稳定期摩擦系数	抗磨耐磨时间/s	磨损率/(mm³/(N·m))
				基浆	0.18-0.20	＜400	损坏，无法测试
LUBE-1实验浆	0.035-0.040	＞3600	3.81×10^-13
				LUBE-4实验浆	0.060-0.065	＞3600	6.89×10^-13
D-1实验浆	0.065-0.072	2400-2700	损坏，无法测试
				D-2实验浆	0.076-0.084	2200-2500	损坏，无法测试
D-3实验浆	0.081-0.087	1000-1300	损坏，无法测试

从图1及表3中结果可看出，实验浆的摩擦系数随摩擦磨损时间的延长不断变化，且均符合“磨合期-稳定期-破坏期”的摩擦磨损过程。达到稳定期后，LUBE-1实验浆的摩擦系数为0.035-0.040，基浆的摩擦系数为0.18-0.20，摩擦系数降低率＞80％，且LUBE-1实验浆的抗磨耐磨时间＞3600s，较基浆的抗磨耐磨时间大幅提高；同时，LUBE-1实验浆摩擦磨损3600s后，盘的磨损率仅为3.81×10^-13mm³/(N·m)，而基浆摩擦磨损360s后，盘表面磨损严重而无法继续测试，LUBE-2、3的抗磨性能与LUBE-1的抗磨性能类似，在此不再累述。

而在达到稳定期后LUBE-4实验浆的摩擦系数为0.060-0.065，基浆的摩擦系数为0.18-0.20，摩擦系数降低率＞60％，远优于基浆的摩擦系数，但不如LUBE-1实验浆的摩擦系数降低率，LUBE-4实验浆的抗磨耐磨时间＞3600s，较基浆的抗磨耐磨时间仍大幅提高；同时，LUBE-4实验浆摩擦磨损3600s后，盘的磨损率仅为6.89×10^-13mm³/(N·m)，虽然不如LUBE-1实验浆盘的磨损率，但远好于基浆的磨损率，LUBE-5～7的抗磨性能与LUBE-4的抗磨性能类似，在此不再累述，因此在本发明优选的润滑剂组分、组分的质量百分比、制备方法下润滑剂具有更好的润滑性能和抗磨耐磨效果。

而D-1～3的实验浆的摩擦系数虽然相对于基浆有所下降，但是其抗磨耐磨时间均＜3000s，在实验浆磨损超过3000s后，盘表面均磨损严重而无法继续测试。

因此，按照本发明提供的润滑剂的组份、组分的质量百分比和制备方法制得的润滑剂具有更好的润滑特性和抗磨耐磨效果。

综上所述，本发明所提供的钻井液用润滑剂环保、无污染，成本低廉，制备工艺简单，具有良好的抗高温性，且具有优异的抗磨减磨效果，对解决定向井、水平井、大位移井及深井超深井中高摩阻扭矩、高温难题提供了可靠的技术支撑。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种润滑剂，其特征在于，该润滑剂含有：植物白土油和可膨胀石墨，植物白土油与可膨胀石墨的重量比为6-20：1，优选为8.6-12.7：1。

2.根据权利要求1所述的润滑剂，该润滑剂还含有：表面活性剂、分散剂、极压抗磨剂和油溶性荧光屏蔽剂，以100重量份的润滑剂为基准，该润滑剂含有：植物白土油85-90重量份，优选86-89重量份；可膨胀石墨6-11重量份，优选7-10重量份；表面活性剂0.5-1.5重量份，优选0.8-1重量份；分散剂0.1-1重量份，优选0.3-0.5重量份；极压抗磨剂1-2.5重量份，优选1.6-2.3重量份；油溶性荧光屏蔽剂0.1-0.5重量份，优选0.4-0.5重量份。

3.根据权利要求1或2所述的润滑剂，其中，所述植物白土油为花生白土油、大豆白土油、玉米白土油、菜籽白土油和棉籽白土油中的至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的润滑剂，其中，所述可膨胀石墨的膨胀倍率为10-400ml/g，所述可膨胀石墨的粒径范围为100-600目。

5.根据权利要求2所述的润滑剂，其中，所述表面活性剂为失水山梨糖醇脂肪酸酯，优选为司盘20、司盘40、司盘60、司盘80及司盘85中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的润滑剂，其中，所述分散剂为辛基酚聚氧乙烯醚和/或油酸二乙醇胺，辛基酚聚氧乙烯醚的聚氧乙烯链长范围为4-7。

7.根据权利要求2所述的润滑剂，其中，所述极压抗磨剂为非硫磷型有机硼类极压抗磨剂，优选为油酸二乙醇酰胺硼酸酯、油酸三乙醇胺硼酸酯和硼化氨基酯中的至少一种。

8.根据权利要求2所述的润滑剂，其中，所述的油溶性荧光屏蔽剂的油溶率≥98重量％、且能够屏蔽荧光的波长范围为280-420nm。

9.一种制备权利要求2-8中任意一项所述的润滑剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将植物白土油和表面活性剂混合并搅拌；

(2)将可膨胀石墨与上述混合物接触，搅拌；

(4)将油溶性屏蔽剂与步骤(3)得到的混合物混合，搅拌；

优选地，步骤(1)-(4)中所述搅拌在温度各自独立地为75-80℃的条件下进行；

优选地，步骤(1)-(4)中搅拌的时间各自独立地为30-60min；

优选地，步骤(1)-(4)中搅拌的速率各自独立地为1000-1500rpm。

10.一种水基钻井液，其特征在于，该水基钻井液中使用的润滑剂为权利要求1-8中任意一项所述的润滑剂，优选地，所述钻井液中润滑剂的含量为0.5-5g/100mL。