CN109135690A - 含有润滑囊粒的钻井液用润滑剂组合物及其制备方法和水基钻井液及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油和天然气行业中钻井液技术领域，涉及一种含有润滑囊粒的钻井液用润滑剂组合物及其制备方法和水基钻井液及其应用。该润滑剂组合物含有囊粒、分散剂、极压抗磨剂和消泡剂；囊粒包括囊膜以及置于囊膜内的润滑物质，囊膜由磺化聚酰亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵经聚合反应而得到的；润滑物质为改性植物油、生物柴油、表面活性剂和多元醇非离子型乳化剂中的一种或多种。本发明的润滑剂组合物能够在压力控制下靶向释放，实现钻井液润滑剂对井下高摩阻和扭矩部位的“靶向定位、按需润滑”，充分发挥其高效减摩降阻作用，且抗磨性好、浊点稳定性好，并且易生物降解，绿色环保，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于石油和天然气行业中钻井液技术领域，涉及一种含有润滑囊粒的钻井液用润滑剂组合物及其制备方法和水基钻井液及其应用。
背景技术
随着油气钻探开发范围已逐步走向深层超深层、海洋深水、非常规等复杂地质条件油气藏，为了提高油气采收率、降低开发成本，大位移井、长水平井钻井技术得到了广泛的应用，但井下钻具、地层及钻井流体之间摩擦产生的摩阻和扭矩导致的卡钻、起下钻遇阻、钻具磨损等井下复杂情况日益突出。特别是大位移水平井钻井过程中，摩阻扭矩问题已成为制约水平位移延伸最为关键的因素，甚至关系到钻井的成败。
研究表明，通过添加高效钻井液润滑剂，提高钻井液的润滑性能，是目前解决高摩阻、扭矩问题的最主要的技术措施。常用钻井液润滑剂主要包括固体类润滑剂和液体类润滑剂两类。常用的固体类润滑剂诸如石墨、塑料小球、玻璃微珠等；液体类润滑剂液体类润滑剂是目前研究最多、应用最广的润滑剂，主要有柴油基润滑剂、矿物油基润滑剂、植物油基润滑剂、聚合醇润滑剂和合成酯润滑剂等。但上述常用钻井液润滑剂加入到钻井液后，均匀分散在钻井液中，对井下各处润滑作用均一，不能对高摩阻和扭矩等关键部位进行“靶向定位”，难以达到“有的放矢”的润滑效果，且存在“有效浓度低、持效性差，消耗量大，影响流变”等问题，无法满足钻井工程“减摩降阻”要求。
因此，针对钻井工程中的“减摩降阻”关键技术难题，研发新型高效钻井液润滑剂，有效德解决钻井工程中的摩阻扭矩问题，作为一项现场亟需技术，对于实现安全、优质、高效的钻井目标具有重要的理论和实践意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的钻井液润滑剂加入到钻井液后，均匀分散在钻井液中，对井下各处润滑作用均一，不能对高摩阻和扭矩等关键部位进行“靶向定位”，难以达到“有的放矢”的润滑效果，且存在“有效浓度低、持效性差，消耗量大，影响流变”等问题，而提供一种含有润滑囊粒的钻井液用润滑剂组合物及其制备方法和水基钻井液及其应用。本发明提供的钻井液用润滑剂组合物能够在压力控制下靶向释放，在井下高摩阻和高扭矩部位受到摩擦挤压作用，微胶囊破裂释放润滑油，实现钻井液润滑剂对井下高摩阻和扭矩部位的“靶向定位、按需润滑”，充分发挥其高效减摩降阻作用，且抗磨性好、浊点稳定性好，并且易生物降解，绿色环保，具有很好的应用前景。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种钻井液用润滑剂组合物，其中，该润滑剂组合物含有囊粒、分散剂、极压抗磨剂和消泡剂；其中，所述囊粒包括囊膜以及置于囊膜内的润滑物质，所述囊膜由磺化聚酰亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵经聚合反应而得到的；所述润滑物质为改性植物油、生物柴油、表面活性剂和多元醇非离子型乳化剂中的一种或多种。
本发明第二方面提供了一种前述所述的润滑剂组合物的制备方法，其中，该方法包括：将囊粒进行第一搅拌，再依次与分散剂和极压抗磨剂进行第二搅拌，再与消泡剂进行第三搅拌。
本发明第三方面提供了一种水基钻井液，其中，该水基钻井液含有前述所述的润滑剂组合物或者前述所述的制备方法制备得到的润滑剂组合物。
本发明第四方面提供了一种前述所述的水基钻井液在石油天然气钻井施工中的应用。
通过上述技术方案，采用本发明的技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下特点：
(1)本发明所采用的微胶囊结构的囊粒(微胶囊复合润滑剂囊粒)，可在井下高摩阻和高扭矩部位受到摩擦挤压作用，微胶囊破裂释放润滑油，实现钻井液润滑剂对井下高摩阻和扭矩部位的“受压释放、按需润滑”；其可在钻井液循环、固控系统中自由流动并保持惰性，发挥作用前，在钻井液中的分散性较好且不会破裂，同时由于其自身是囊装结构，保证不会与其它钻井液处理剂和岩屑发生反应，也不会影响钻井液的流变性；在实际应用过程中，直到遇到高摩阻和扭矩部位的摩擦挤压作用等特定作业情况，囊粒才会释放润滑油，实现钻井液润滑剂对高摩阻和扭矩部位的“靶向定位”，充分发挥钻井液润滑剂的的“减摩降阻”作用效果。此外，完钻之后，并且完钻之后，未经使用的微胶囊复合润滑剂囊粒可以循环至地面，重复应用到其他井的石油天然气钻井施工中，显著降低成本。
(2)本发明微胶囊结构的囊粒中润滑剂是以生物柴油、改性植物油等生物降解性好的化合物为基础油，通过对植物油进行化学改性明显改善了其氧化稳定性和润滑性能，原料来源丰富，对环境完全没有污染，对人体无伤害，润滑性能优异。
(3)本发明微胶囊结构的囊粒作为高分子引入润滑剂组合物体系中，不受高温影响，易降解，且通过磺化来稳定浊点，形成压力控制靶向释放的技术效果，以更好地适应钻井液的需要，从而解决现有钻井液润滑剂存在的“有效浓度低、持效性差，消耗量大，影响流变”等问题。
(4)本发明钻井液润滑剂组合物通过严格控制不同添加剂的重量配比，使得添加剂之间得以相互作用以在润滑剂中发挥出了最佳的功效，进而保证了钻井液良好的润滑性能，通过压力控制靶向释放，有效降低钻探过程中的扭矩和摩擦阻力，达到保护钻具表面，延长钻具使用寿命的目的，并且在高温高压下仍然能保持良好的润滑性，且具有优异的减摩降阻性能，对钻进液的流变性能影响小，具有很好的应用前景。
具体实施方式
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。
本发明第一方面提供了一种钻井液用润滑剂组合物，其中，该润滑剂组合物含有囊粒、分散剂、极压抗磨剂和消泡剂；其中，所述囊粒包括囊膜以及置于囊膜内的润滑物质，所述囊膜由磺化聚酰亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵经聚合反应而得到的；所述润滑物质为改性植物油、生物柴油、表面活性剂和多元醇非离子型乳化剂中的一种或多种。
在本发明中，所述钻井液用润滑剂组合物含有上述的各个组分，能够使得到的润滑剂能够在压力控制下靶向释放，实现钻井液润滑剂对井下高摩阻和扭矩部位的“靶向定位、按需润滑”，充分发挥其高效减摩降阻作用，且抗磨性好、浊点稳定性好，并且易生物降解，绿色环保。
根据本发明，尽管所述钻井液用润滑剂组合物只要含有上述的各个组分就能够获得很好的效果，但是，在本发明中，通过严格控制各个组分的含量，使得各个组分之间得以相互作用以在润滑剂中发挥出了最佳的功效，进而保证了钻井液良好的润滑性能，有效降低钻探过程中的扭矩和摩擦阻力，达到保护钻具表面，延长钻具使用寿命的目的，并且在高温高压下仍然能保持良好的润滑性，且具有优异的抗磨、减摩性能，对钻进液的流变性能影响小。因此，在所述润滑剂组合物中，所述囊粒、所述极压抗磨剂、所述分散剂和所述消泡剂的重量比为(80-120)：(1-4)：(3-6)：(2-7)；优选地，在所述润滑剂组合物中，所述囊粒、所述极压抗磨剂、所述分散剂和所述消泡剂的重量比为(80-120)：2：(3-6)：(2-7)时，效果更好。
根据本发明，所述润滑物质可以为改性植物油、生物柴油、表面活性剂和多元醇非离子型乳化剂中的一种或多种；优选地，所述润滑物质为改性植物油、生物柴油、表面活性剂和多元醇非离子型乳化剂；更优选地，在所述润滑物质中，所述改性植物油、所述生物柴油、所述表面活性剂和所述多元醇非离子型乳化剂的重量比为(20-50)：(30-60)：(4-8)：(2-7)；最优选地，在所述润滑物质中，所述改性植物油、所述生物柴油、所述表面活性剂和所述多元醇非离子型乳化剂的重量比为(20-50)：(30-60)：(4-8)：5时，效果最好。
根据本发明所提供的是一种含有内置有润滑物质的囊粒的钻井液用润滑剂组合物，其中，所述囊膜的厚度为1-100nm，优选为20-60nm；优选地，以所述润滑剂组合物的总质量为基准，所述润滑物质的质量百分含量为 80-94质量％。也就是说，在本发明中，所述囊粒为微胶囊结构，所述微胶囊结构包括囊膜以及置于囊膜内的润滑物质，润滑物质的表面包被纳米级厚 (通常在1-100nm厚)的囊膜，不受高温影响，易降解，且通过磺化来稳定浊点；囊粒内部的高性能润滑油稳定存储在囊粒内部，直到遇到高摩阻和扭矩部位的摩擦挤压作用等特定作业情况，才会释放润滑油；每个囊粒的直径约为5-10μm，这些囊粒能够轻松地通过钻井液循环、固控系统，包裹在囊粒中的润滑油可以根据地层和井下环境进行“受压释放、按需润滑”，充分发挥钻井液润滑剂的“减摩降阻”作用效果。另外，可根据不同的井下作业条件，定制囊膜的厚度(较厚的囊膜需要在较高的摩擦力下才能破裂)，由此形成压力控制靶向释放的钻井液润滑剂技术效果，能够更好地满足钻井工程“减摩降阻”要求。
根据本发明，所述磺化聚酰亚胺为由式I所示结构单元组成的磺化聚酰亚胺聚合物，
其中，X1指一种残基，其结构式为式(II)所示，
其中，Ar1是一种磺化二胺残基，其结构式为式(III)所示，
在本发明中，重均分子量的值没有具体限定，可以为比较宽泛的值，例如，可以为1万-50万，优选为5万-10万。
在本发明中，所述磺化聚酰亚胺可以通过以下的方法来制备：
将磺化二胺和叔胺溶解于氮气保护的酚溶剂中，再加入双萘二酐和催化剂；先升温至60-100℃反应1-24h，再升温至160-200℃继续反应4-48h，冷却后将溶液倒入沉淀剂中，收集沉淀后经洗涤，干燥，得到磺化聚酰亚胺聚合物。
其中，所述的酚溶剂可以为苯酚、间甲酚、混合甲酚和对氯酚中的一种或多种；所述催化剂可以为氯化锌、苯甲酸、异喹啉、喹啉、三乙烯二胺、苄基三甲基氢氧化铵和1,8-双二甲氨基萘中的一种或多种；所述沉淀剂可以为丙酮、甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种。
其中，所述叔胺可以为三乙胺、三正丙胺和三正丁胺中的一种或多种，优选情况下，叔胺与磺化二胺的物质的量之比为(2-3)：1。
根据本发明，所述囊粒的制备方法包括以下步骤：
(a)在氮气的保护下，将淀粉和蒸馏水进行糊化反应，然后依次加入磺化聚酰亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵进行聚合反应；
(b)将润滑物质与经步骤(a)得到的囊膜预聚物进行恒温反应。
在步骤(a)中，在氮气的保护下，将淀粉和蒸馏水加入四口烧瓶中， 80-95℃糊化20-30min，同时搅拌均匀，控制反应温度为30-40℃，然后依次加入磺化聚酰亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵，搅拌反应1-2h，得到总浓度为3-7重量％的囊膜预聚物；
优选地，所述搅拌在搅拌速率为150-200r/min的条件下进行；
优选地，所述糊化反应后得到的糊化物的糊化度为50～70％。
优选地，磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量比为1：(3-6)；磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量之和与淀粉的质量比为(2-5)： 1；硝酸铈铵的质量为囊膜预聚物总质量的0.3-0.5重量％。
在步骤(b)中，将润滑物质和囊膜预聚物加入反应容器中，加热控制温度在60-70℃，搅拌速度为2500-3000r/min，恒温反应2-4h，取出，经真空干燥，即制得囊粒。
优选地，所述润滑物质与所述囊膜预聚物的质量比为(2-5)：1；
优选地，所述真空干燥的条件没有具体限定，可以采用常规的方法和设备进行即可；
根据本发明，所述生物柴油又称为脂肪酸甲酯，由以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油，与醇(一般是甲醇)在催化剂存在下方式酯交换反应，生成长链脂肪酸单烷基酯，具有良好的润滑性。生物柴油硫含量低，生物降解性好，生物柴油的生物降解性高达98％，降解周期短，降解速率是普通柴油的两倍，可大大减轻意外泄漏时对环境的污染，是一种环保型的基础油，因此，生物柴油可以作为钻井液润滑剂的基础油，以减少矿物型润滑油的使用，减少对环境的污染。在本发明中，所述生物柴油均可以通过商购获得，例如，可以购自河南天冠企业集团有限公司，型号为BioDiesel以及所述生物柴油的参数为闪点为 130-150℃，在40℃下运动粘度为1.9-6.0mm2/s
根据本发明，所述环氧改性菜籽油的制备可以包括以下步骤：
(1)将氢氧化钾甲醇溶液滴加至菜籽油中进行第一反应；
(2)在催化剂存在的条件下，将H2O2溶液滴加至步骤(1)得到的脂肪酸甲酯与乙酸的混合物中进行环氧化反应。
在步骤(1)中，将菜籽油加入反应器中，随后滴加氢氧化钾甲醇溶液，滴完后于60-70℃下反应1-1.5h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，得到脂肪酸甲酯；
优选地，氢氧化钾甲醇溶液的质量浓度为6-8质量％；
优选地，氢氧化钾甲醇溶液与所述菜籽油的用量的质量比为1：(2-4)。
在步骤(2)中，在60-70℃下脂肪酸甲酯、乙酸和催化剂强酸性阳离子交换树脂的混合物中滴加H2O2溶液，滴完后保温反应2-4h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，即制得环氧改性菜籽油；
优选地，H2O2与乙酸的用量的摩尔比为(1-1.2)：1；
优选地，相对于12-15mL的乙酸，脂肪酸甲酯的用量为8-12g；更优选情况下，相对于12mL的乙酸，脂肪酸甲酯的用量为8-12g；
优选地，所述催化剂为强酸性阳离子交换树脂；更优选地，以脂肪酸甲酯的总重量为基准，所述催化剂的用量为3-5重量％，并且所述的强酸性阳离子树脂为国药集团化学试剂有限公司生产的732#阳离子交换树脂。
根据本发明，所述有机硅改性菜籽油的制备方法可以包括以下步骤：
(1)将氢氧化钾甲醇溶液滴加至菜籽油中进行第一反应；
(2)在催化剂存在的条件下，将H2O2溶液滴加至步骤(1)得到的脂肪酸甲酯与乙酸的混合物中进行环氧化反应；
(3)将乙酸滴加至步骤(2)得到的环氧改性菜籽油中进行第三反应；
(4)在冰水浴和氮气保护的条件下，将步骤(3)得到的菜籽油醇和三乙胺滴加至三甲基氯化硅的乙醚溶液中进行第四反应。
其中，步骤(1)和(2)如前所述，在此不再赘述。
在步骤(3)中，于50-60℃下向环氧改性菜籽油中滴加乙酸，滴完后保温反应2-3h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，得到菜籽油醇；
优选地，相对于2-4mL的乙酸，所述环氧改性菜籽油的用量为10-15g；更优选地，相对于2mL的乙酸，所述环氧改性菜籽油的用量为10-15g。
在步骤(4)中，将三甲基氯化硅溶于无水乙醚中得到三甲基氯化硅的乙醚溶液，在冰水浴和氮气保护的条件下，向三甲基氯化硅的乙醚溶液中滴加菜籽油醇的乙醚溶液以及三乙胺，滴完后于36-40℃反应1-3h，反应结束后洗涤至中性，旋蒸除去溶剂并真空干燥后，即制得有机硅改性菜籽油。
优选地，相对于10mL的乙醚，三甲基氯化硅的用量为2.4-2.8mL，三乙胺的用量为5.6-5.8mL。
在本发明中，所述的菜籽油可以为非转基因菜籽油，一级压榨。
在本发明中，所述的三甲基氯化硅与菜籽油醇的摩尔比可以为1：1。
根据本发明，所采用的改性植物油具有较低的荧光级别，良好的润滑性能，同时还可生物降解，因此可避免润滑剂对环境造成污染。
根据本发明，所述分散剂为辛基酚聚氧乙烯醚、低氮型聚异丁烯丁二酰亚胺、硼化聚异丁烯丁二酰亚胺、烷基酚聚氧乙烯醚和失水山梨醇酯中的一种或多种；在本发明中，将所述分散剂限定为上述范围，能够有效保证各个组分之间能够混合均匀，不会出现团聚的现象从而影响润滑剂性能。在本发明中，所述分散剂均可以通过商购获得，例如，可以购自邢台鑫蓝星科技有限公司，型号为NP-15。
根据本发明，所述极压抗磨剂为偏硼酸钠、偏硼酸钾和三硼酸钾中的一种或多种；在本发明中，将所述极压抗磨剂限定为上述范围，能够使得润滑剂具有良好的抗磨、减摩性能。在本发明中，所述极压抗磨剂均可以通过商购获得，例如，可以购自郑州嘉航化工产品有限公司，型号为325PPSN。
根据本发明，所述消泡剂为乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的一种或多种；在本发明中，将所述消泡剂限定为上述范围，能够有效抑制润滑剂在使用过程中的起泡倾向，并使已生成的泡沫迅速破灭。在本发明中，所述消泡剂均可以通过商购获得，例如，可以购自江苏省海安石油化工厂，型号为DEFORM。
根据本发明，所述表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚和/或月桂醇聚乙烯醚；在本发明中，所述表面活性剂均可以通过商购获得，例如，可以购自江苏省海安石油化工厂，型号为AEO。
根据本发明，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和失水山梨醇油酸双酯中的一种或多种。在本发明中，所述多元醇非离子型乳化剂均可以通过商购获得，例如，可以购自临沂优尼特生物科技有限公司，型号为SPAN。
本发明第二方面提供了一种前述所述的润滑剂组合物的制备方法，其中，该方法包括：将囊粒进行第一搅拌，再依次与分散剂和极压抗磨剂进行第二搅拌，再与消泡剂进行第三搅拌。
优选地，所述搅拌的条件包括：温度为45-60℃，搅拌速率为 1500-2000r/min；
优选地，所述第一搅拌的条件包括：时间为1.5-2h；
优选地，所述第二搅拌的条件包括：时间为0.8-1.2h；
优选地，所述第三搅拌的条件包括：时间为0.8-1.2h。
根据本发明一种优选的实施方式的一种水基钻井液用高效润滑剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤(1)：按以下组分及重量份进行备料：囊粒80-120重量份、极压抗磨剂1-4重量份、分散剂3-6重量份以及消泡剂2-7重量份；
步骤(2)：按重量份将囊粒加入到搅拌釜中，搅拌加热至45-60℃，再按重量份依次加入分散剂、极压抗磨剂，继续搅拌0.8-1.2h，再加入消泡剂，继续搅拌0.8-1.2h，即可。
本发明第三方面提供了一种水基钻井液，其中，该水基钻井液含有前述所述的润滑剂组合物或者前述所述的制备方法制备得到的润滑剂组合物。
根据本发明，本发明所提供的润滑剂组合物(润滑剂)成本较低、工艺简单。根据钻井液类型和所钻地层岩性特点，以100mL的所述水基钻井液的总重量为基准，所述润滑剂组合物的用量可以为1-3重量％。
根据本发明，该水基钻井液可以含有膨润土浆、增粘剂、降滤失剂、抑制剂、氯化钠合重晶石，并且，在本发明中，优选情况下，该水基钻井液中实验基浆的配方为2％膨润土浆+0.3％增粘剂+2.0％降滤失剂+3％抑制剂+10％氯化钠+300g重晶石。
本发明第四方面提供了一种前述所述的水基钻井液在石油天然气钻井施工中的应用。优选情况下，所述的水基钻井液在大位移井YJ-1井的钻井施工中的应用。
本发明提供的钻井液用润滑剂组合物，引入了囊粒，使其在钻井液中不受高温影响，易降解，浊点稳定性好，对钻进液的流变性能影响小，能更好地适应钻井液润滑性能需求。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中：
(1)根据国家标准GB/T16783.1-2006和SY/T6094-94中规定的方法，测量表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)、动切力(YP)和极压润滑系数。
其中，在本发明中，表观粘度(AV)是一个物理概念，是指在一定速度梯度下，用相应的剪切应力除以剪切速率所得的商，其只是对流动性好坏作一个相对的大致比较。塑性粘度(PV)表征了钻井液静止后胶体系统被破坏的难易程度。动切力(YP)是反映钻井液流体在流动时内部凝胶网状结构的强度，也称屈服值。
(2)环保性能测试(荧光性能测试)
根据QCNPC 88-2003钻井液用液体润滑剂技术要求，进行荧光性能测试。
(3)采用发光细菌法，进行生物毒性EC50测试
EC50，半最大效应浓度(concentration for 50％of maximal effect,EC50) 是指能引起50％最大效应的浓度。EC50是药物安全性指标。其含义是：引起 50％个体有效的药物浓度。LD50/ED50、TD50/ED50、TC50/EC50等统称为治疗指数，是一类药物的安全指标，通常其值越大越安全。
实施例1
本实施例用于说明采用本发明的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液。
本实施例钻井液润滑剂组合物包括以下组分及重量份：囊粒96重量份、极压抗磨剂2重量份、分散剂4重量份以及消泡剂3重量份。
其中，囊粒包括囊膜以及置于囊膜内的润滑物质，该润滑物质包括以下组分及重量份：改性植物油32重量份、生物柴油48重量份、表面活性剂5 重量份以及多元醇非离子型乳化剂3重量份；表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚，多元醇非离子型乳化剂为失水山梨醇月桂酸双酯。
本实施例中，改性植物油为环氧改性菜籽油，该环氧改性菜籽油的制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：将菜籽油18g加入反应器中，随后滴加6g质量浓度6％的氢氧化钾甲醇溶液，滴完后于60℃下反应1h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，得到脂肪酸甲酯；
步骤(2)：在60℃下向10g脂肪酸甲酯、15mL乙酸和催化剂强酸性阳离子交换树脂的混合物中滴加H2O2溶液，其中H2O2与乙酸的摩尔比为 1.2:1，滴完后保温反应3h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，即制得环氧改性菜籽油。
其中，菜籽油为非转基因菜籽油，一级压榨；三甲基氯化硅与菜籽油醇的摩尔比为1:1；环氧化反应中催化剂的添加量为脂肪酸甲酯质量的4％，并且该催化剂为强酸性阳离子树脂为国药集团化学试剂有限公司生产的732# 阳离子交换树脂。
本实施例中，囊粒的粒径为8μm，并且囊粒中润滑物质的质量百分含量为83％，制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：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， 84℃糊化25min，同时搅拌均匀，控制反应温度为35℃，然后依次加入磺化聚酰亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵，搅拌反应1.5h，得到总浓度为4％的囊膜预聚物；
步骤(2)：将润滑物质和囊膜预聚物加入反应容器中，加热控制温度在 64℃，搅拌速度为2800r/min，恒温反应3h，取出，经真空干燥，即制得囊粒。
其中，磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量比为1:4，磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量之和与淀粉的质量比为3:1，硝酸铈铵的质量为囊膜预聚物总质量的0.4％，润滑物质与囊膜预聚物的质量比为 3:1。
其中，磺化聚酰亚胺聚合物的制备方法为：
将磺化二胺和叔胺溶解于氮气保护的酚溶剂中，再加入双萘二酐和催化剂；先升温至80℃反应10h，再升温至180℃继续反应12h，冷却后将溶液倒入沉淀剂中，收集沉淀后经洗涤，干燥，得到磺化聚酰亚胺聚合物；
其中，磺化聚酰亚胺为由式(I)所示结构单元组成的磺化聚酰亚胺聚合物：
其中，X1为式(II)所示的残基；
其中，Ar1为式(III)所示的磺化二胺残基；
其中，磺化聚酰亚胺的重均分子量为5万。
其中，酚溶剂为苯酚，催化剂为氯化锌，沉淀剂为丙酮、甲醇。叔胺为三乙胺，并且叔胺与磺化二胺的物质的量之比为2:1。
本实施例中，极压抗磨剂为偏硼酸钠，分散剂为失水山梨醇酯，消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚。
本实施例水基钻井液用润滑剂组合物的制备方法包括：
按照上述重量份将囊粒加入到搅拌釜中，搅拌加热至50℃，再按重量份依次加入分散剂、极压抗磨剂，继续搅拌1.0h，再加入消泡剂，继续搅拌 1.0h，即可，即制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为S1。
实施例2
本实施例用于说明采用本发明的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液。
本实施例钻井液润滑剂组合物包括以下组分及重量份的原料制备而成：囊粒96重量份、极压抗磨剂2重量份、分散剂4重量份以及消泡剂3重量份。
其中，囊粒包括囊膜以及置于囊膜内的润滑物质，该润滑物质包括以下组分及重量份：改性植物油40重量份、生物柴油50重量份、表面活性剂6 重量份以及多元醇非离子型乳化剂4重量份。表面活性剂为月桂醇聚乙烯醚，多元醇非离子型乳化剂为失水山梨醇棕榈酸单酯。
本实施例中改性植物油为环氧改性菜籽油，该环氧改性菜籽油的制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：将菜籽油16g加入反应器中，随后滴加5g质量浓度7％的氢氧化钾甲醇溶液，滴完后于62℃下反应1.5h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，得到脂肪酸甲酯；
步骤(2)：在62℃下向8g脂肪酸甲酯、14Ml乙酸和催化剂强酸性阳离子交换树脂的混合物中滴加H2O2溶液，其中H2O2与乙酸的摩尔比为1.1:1，滴完后保温反应4h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，即制得环氧改性菜籽油。
其中，菜籽油为非转基因菜籽油，一级压榨；三甲基氯化硅与菜籽油醇的摩尔比为1:1；环氧化反应中催化剂的添加量为脂肪酸甲酯质量的3％，并且该催化剂为强酸性阳离子树脂为国药集团化学试剂有限公司生产的732# 阳离子交换树脂。
本实施例中，囊粒的粒径为7μm，并且囊粒中润滑物质的质量百分含量为86质量％，制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：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， 89℃糊化20min，同时搅拌均匀，控制反应温度为32℃，然后依次加入磺化聚酰亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵，搅拌反应2h，得到总浓度为5％的囊膜预聚物；
步骤(2)：将润滑物质和囊膜预聚物加入反应容器中，加热控制温度在 62℃，搅拌速度为2500r/min，恒温反应4h，取出，经真空干燥，即制得囊粒。
其中，磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量比为1:5，磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量之和与淀粉的质量比为4:1，硝酸铈铵的质量为囊膜预聚物总质量的0.3％，润滑物质与囊膜预聚物的质量比为 3:1。
其中，磺化聚酰亚胺聚合物的制备方法为：
将磺化二胺和叔胺溶解于氮气保护的酚溶剂中，再加入双萘二酐和催化剂；先升温至100℃反应1h，再升温至200℃继续反应4h，冷却后将溶液倒入沉淀剂中，收集沉淀后经洗涤，干燥，得到磺化聚酰亚胺聚合物；其中，磺化聚酰亚胺为由式(I)所示结构单元组成的磺化聚酰亚胺聚合物，以及磺化聚酰亚胺的重均分子量为10万。
其中，酚溶剂为间甲酚，催化剂为苯甲酸，沉淀剂为丙酮、甲醇及乙醇。叔胺为三正丙胺，并且叔胺与磺化二胺的物质的量之比为2.5:1。
本实施例中，极压抗磨剂为偏硼酸钾，分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺，消泡剂为聚氧丙烯甘油醚。
本实施例水基钻井液用润滑剂组合物的制备方法包括：
按照上述重量份将囊粒加入到搅拌釜中，搅拌加热至46℃，再按重量份依次加入分散剂、极压抗磨剂，继续搅拌1.2h，再加入消泡剂，继续搅拌 1.2h，即可，即制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为S2。
实施例3
本实施例用于说明采用本发明的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液。
本实施例钻井液润滑剂组合物包括以下组分及重量份：囊粒105重量份、极压抗磨剂3重量份、分散剂5重量份以及消泡剂4重量份。
其中，囊粒包括囊膜以及置于囊膜内的润滑物质，该润滑物质包括以下组分及重量份：改性植物油21重量份、生物柴油34重量份、表面活性剂4 重量份以及多元醇非离子型乳化剂2重量份。表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚与月桂醇聚乙烯醚按质量比为1:1混合而成，多元醇非离子型乳化剂为失水山梨醇油酸单酯。
本实施例中，改性植物油为环氧改性菜籽油，该环氧改性菜籽油的制备方法包括以下步骤：
步骤(A)：将菜籽油20g加入反应器中，随后滴加7g质量浓度8％的氢氧化钾甲醇溶液，滴完后于70℃下反应1h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，得到脂肪酸甲酯；
步骤(B)：在70℃下向12g脂肪酸甲酯、12mL乙酸和催化剂强酸性阳离子交换树脂的混合物中滴加H2O2溶液，其中H2O2与乙酸的摩尔比为1:1，滴完后保温反应2h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，即制得环氧改性菜籽油。
菜籽油为非转基因菜籽油，一级压榨。三甲基氯化硅与菜籽油醇的摩尔比为1:1。环氧化反应中催化剂的添加量为脂肪酸甲酯质量的5％，并且强酸性阳离子树脂为国药集团化学试剂有限公司生产的732#阳离子交换树脂。
本实施例中，囊粒的粒径为9μm，并且囊粒中润滑物质的质量百分含量为91％，制备方法包括以下步骤：
步骤(I)：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， 92℃糊化20min，同时搅拌均匀，控制反应温度为38℃，然后依次加入磺化聚酰亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵，搅拌反应1h，得到总浓度为7％的囊膜预聚物；
步骤(II)：将润滑物质和囊膜预聚物加入反应容器中，加热控制温度在 68℃，搅拌速度为3000r/min，恒温反应2h，取出，经真空干燥，即制得囊粒。
其中，磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量比为1:5，磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量之和与淀粉的质量比为5:1，硝酸铈铵的质量为囊膜预聚物总质量的0.5％，润滑物质与囊膜预聚物的质量比为 4:1。
磺化聚酰亚胺聚合物的制备方法为：
将磺化二胺和叔胺溶解于氮气保护的酚溶剂中，再加入双萘二酐和催化剂；先升温至95℃反应6h，再升温至185℃继续反应5h，冷却后将溶液倒入沉淀剂中，收集沉淀后经洗涤，干燥，得到磺化聚酰亚胺聚合物；其中，磺化聚酰亚胺为由式(I)所示结构单元组成的磺化聚酰亚胺聚合物，以及磺化聚酰亚胺的重均分子量为1万。
其中，酚溶剂为苯甲酸与混合甲酚按质量比为1:2混合而成，催化剂为1，8-双二甲氨基萘，沉淀剂为异丙醇。叔胺为三正丁胺，并且叔胺与磺化二胺的物质的量之比为3:1。
本实施例中，极压抗磨剂为三硼酸钾，分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚，消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚。
本实施例水基钻井液用润滑剂组合物的制备方法包括：
按照上述重量份将囊粒加入到搅拌釜中，搅拌加热至58℃，再按重量份依次加入分散剂、极压抗磨剂，继续搅拌1.0h，再加入消泡剂，继续搅拌1.0h，即可，即制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为S3。
实施例4
本实施例用于说明采用本发明的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液。
本实施例钻井液润滑剂组合物，由包括以下组分及重量份的原料制备而成：囊粒110重量份、极压抗磨剂3重量份、分散剂6重量份以及消泡剂5 重量份。
其中囊粒包括囊膜以及置于囊膜内的润滑物质，该润滑物质包括以下组分及重量份：改性植物油28重量份、生物柴油46重量份、表面活性剂5重量份以及多元醇非离子型乳化剂4重量份。表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚与月桂醇聚乙烯醚按质量比为2:1混合而成，多元醇非离子型乳化剂为失水山梨醇油酸双酯。
本实施例中，改性植物油为有机硅改性菜籽油，该有机硅改性菜籽油的制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：将菜籽油18g加入反应器中，随后滴加6g质量浓度7％的氢氧化钾甲醇溶液，滴完后于65℃下反应1.2h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，得到脂肪酸甲酯；
步骤(2)：于65℃下向10g脂肪酸甲酯、12mL乙酸和催化剂强酸性阳离子交换树脂的混合物中滴加H2O2溶液，其中H2O2与乙酸的摩尔比为 1.1:1，滴完后保温反应3h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，即制得环氧改性菜籽油；
步骤(3)：于55℃下向12g环氧改性菜籽油中滴加3mL乙酸，滴完后保温反应2.5h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，得到菜籽油醇；
步骤(4)：将2.6mL三甲基氯化硅溶于无水乙醚中得到三甲基氯化硅的乙醚溶液，在冰水浴和氮气保护的条件下，向三甲基氯化硅的乙醚溶液中滴加菜籽油醇的乙醚溶液以及5.7mL三乙胺，滴完后于38℃反应2h，反应结束后洗涤至中性，旋蒸除去溶剂并真空干燥后，即制得有机硅改性菜籽油。
菜籽油为非转基因菜籽油，一级压榨。三甲基氯化硅与菜籽油醇的摩尔比为1:1。环氧化反应中催化剂的添加量为脂肪酸甲酯质量的4％，并且强酸性阳离子树脂为国药集团化学试剂有限公司生产的732#阳离子交换树脂。
本实施例中，囊粒的粒径为10μm，并且囊粒中润滑物质的质量百分含量为94％，制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：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， 95℃糊化24min，同时搅拌均匀，控制反应温度为40℃，然后依次加入磺化聚酰亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵，搅拌反应1.5h，得到总浓度为7％的囊膜预聚物；
步骤(2)：将润滑物质和囊膜预聚物加入反应容器中，加热控制温度在 70℃，搅拌速度为3000r/min，恒温反应2h，取出，经真空干燥，即制得囊粒。
其中，磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量比为1:6，磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量之和与淀粉的质量比为4:1，硝酸铈铵的质量为囊膜预聚物总质量的0.4％，润滑物质与囊膜预聚物的质量比为 3:1。
磺化聚酰亚胺聚合物的制备方法为：
将磺化二胺和叔胺溶解于氮气保护的酚溶剂中，再加入双萘二酐和催化剂；先升温至60℃反应24h，再升温至160℃继续反应48h，冷却后将溶液倒入沉淀剂中，收集沉淀后经洗涤，干燥，得到磺化聚酰亚胺聚合物；其中，磺化聚酰亚胺为由式(I)所示结构单元组成的磺化聚酰亚胺聚合物，以及磺化聚酰亚胺的重均分子量为6万。
其中，酚溶剂为对氯酚，催化剂为苄基三甲基氢氧化铵，沉淀剂为异丙醇。叔胺为三正丁胺与三乙胺按质量比为2:1混合而成，并且叔胺与磺化二胺的物质的量之比为3:1。
本实施例中，极压抗磨剂为三硼酸钾，分散剂为辛基酚聚氧乙烯醚，消泡剂为乳化硅油。
本实施例水基钻井液用润滑剂组合物的制备方法包括：
按照上述重量份将囊粒加入到搅拌釜中，搅拌加热至55℃，再按重量份依次加入分散剂、极压抗磨剂，继续搅拌0.9h，再加入消泡剂，继续搅拌 0.9h，即可，即制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为S4。
实施例5
本实施例用于说明采用本发明的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液。
本实施例钻井液润滑剂组合物，由包括以下组分及重量份的原料制备而成：囊粒120重量份、极压抗磨剂4重量份、分散剂6重量份以及消泡剂7 重量份。
其中，囊膜以及置于囊膜内的润滑物质，该润滑物质包括以下组分及重量份：改性植物油42重量份、生物柴油60重量份、表面活性剂8重量份以及多元醇非离子型乳化剂7重量份。表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚，多元醇非离子型乳化剂为失水山梨醇月桂酸双酯、失水山梨醇油酸单酯及失水山梨醇棕榈酸单酯按质量比为2:1:1混合而成。
本实施例中，改性植物油为有机硅改性菜籽油，该有机硅改性菜籽油的制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：将菜籽油16g加入反应器中，随后滴加5g质量浓度6％的氢氧化钾甲醇溶液，滴完后于60℃下反应1.5h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，得到脂肪酸甲酯；
步骤(2)：于60℃下向8g脂肪酸甲酯、14mL乙酸和催化剂强酸性阳离子交换树脂的混合物中滴加H2O2溶液，其中H2O2与乙酸的摩尔比为1:1，滴完后保温反应4h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，即制得环氧改性菜籽油；
步骤(3)：于50℃下向10g环氧改性菜籽油中滴加2mL乙酸，滴完后保温反应2h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，得到菜籽油醇；
步骤(4)：将2.4mL三甲基氯化硅溶于无水乙醚中得到三甲基氯化硅的乙醚溶液，在冰水浴和氮气保护的条件下，向三甲基氯化硅的乙醚溶液中滴加菜籽油醇的乙醚溶液以及5.6mL三乙胺，滴完后于36℃反应3h，反应结束后洗涤至中性，旋蒸除去溶剂并真空干燥后，即制得有机硅改性菜籽油。
菜籽油为非转基因菜籽油，一级压榨。三甲基氯化硅与菜籽油醇的摩尔比为1:1。环氧化反应中催化剂的添加量为脂肪酸甲酯质量的3％，并且强酸性阳离子树脂为国药集团化学试剂有限公司生产的732#阳离子交换树脂。
本实施例中，囊粒的粒径为8μm，并且囊粒中润滑剂的质量百分含量为 82％，制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：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℃糊化30min，同时搅拌均匀，控制反应温度为30℃，然后依次加入磺化聚酰亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵，搅拌反应2h，得到总浓度为5％的囊膜预聚物；
步骤(2)：将润滑物质和囊膜预聚物加入反应容器中，加热控制温度在 60℃，搅拌速度为2700r/min，恒温反应4h，取出，经真空干燥，即制得囊粒。
其中，磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量比为1:4，磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量之和与淀粉的质量比为3:1，硝酸铈铵的质量为囊膜预聚物总质量的0.3％，润滑物质与囊膜预聚物的质量比为 2:1。
磺化聚酰亚胺聚合物的制备方法为：
将磺化二胺和叔胺溶解于氮气保护的酚溶剂中，再加入双萘二酐和催化剂；先升温至78℃反应18h，再升温至172℃继续反应40h，冷却后将溶液倒入沉淀剂中，收集沉淀后经洗涤，干燥，得到磺化聚酰亚胺聚合物；其中，磺化聚酰亚胺为由式(I)所示结构单元组成的磺化聚酰亚胺聚合物，以及磺化聚酰亚胺的重均分子量为7万。
其中，酚溶剂为对氯酚，催化剂为三乙烯二胺，沉淀剂为丙酮。叔胺为三正丁胺，并且叔胺与磺化二胺的物质的量之比为2:1。
本实施例中，极压抗磨剂为三硼酸钾，分散剂为低氮型聚异丁烯丁二酰亚胺，消泡剂为聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚。
本实施例水基钻井液用润滑剂组合物的制备方法包括：
按照上述重量份将囊粒加入到搅拌釜中，搅拌加热至60℃，再按重量份依次加入分散剂、极压抗磨剂，继续搅拌1.2h，再加入消泡剂，继续搅拌1.2h，即可，即制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为S5。
实施例6
本实施例用于说明采用本发明的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液。
本实施例钻井液润滑剂组合物，由包括以下组分及重量份的原料制备而成：囊粒112重量份、极压抗磨剂4重量份、分散剂5重量份以及消泡剂6 重量份。
其中，囊膜以及置于囊膜内的润滑物质，该润滑物质包括以下组分及重量份：改性植物油50重量份、生物柴油57重量份、表面活性剂6重量份以及多元醇非离子型乳化剂4重量份。表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚，多元醇非离子型乳化剂为失水山梨醇月桂酸双酯、失水山梨醇油酸双酯及失水山梨醇棕榈酸单酯按质量比为1:1:1混合而成。
本实施例中，改性植物油为有机硅改性菜籽油，该有机硅改性菜籽油的制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：将菜籽油20g加入反应器中，随后滴加7g质量浓度8％的氢氧化钾甲醇溶液，滴完后于70℃下反应1h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，得到脂肪酸甲酯；
步骤(2)：于70℃下向12g脂肪酸甲酯、15mL乙酸和催化剂强酸性阳离子交换树脂的混合物中滴加H2O2溶液，其中H2O2与乙酸的摩尔比为 1.2:1，滴完后保温反应2h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，即制得环氧改性菜籽油；
步骤(3)：于60℃下向15g环氧改性菜籽油中滴加4mL乙酸，滴完后保温反应3h，反应结束后洗涤至中性，除水干燥，得到菜籽油醇；
步骤(4)：将2.8mL三甲基氯化硅溶于无水乙醚中得到三甲基氯化硅的乙醚溶液，在冰水浴和氮气保护的条件下，向三甲基氯化硅的乙醚溶液中滴加菜籽油醇的乙醚溶液以及5.8mL三乙胺，滴完后于40℃反应1h，反应结束后洗涤至中性，旋蒸除去溶剂并真空干燥后，即制得有机硅改性菜籽油。
菜籽油为非转基因菜籽油，一级压榨。三甲基氯化硅与菜籽油醇的摩尔比为1:1。环氧化反应中催化剂的添加量为脂肪酸甲酯质量的5％，并且强酸性阳离子树脂为国药集团化学试剂有限公司生产的732#阳离子交换树脂。
本实施例中，囊粒的粒径为7μm，并且囊粒中润滑物质的质量百分含量为92％，制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：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， 90℃糊化30min，同时搅拌均匀，控制反应温度为36℃，然后依次加入磺化聚酰亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵，搅拌反应1.8h，得到总浓度为4％的囊膜预聚物；
步骤(2)：将润滑物质和囊膜预聚物加入反应容器中，加热控制温度在 64℃，搅拌速度为2800r/min，恒温反应3.5h，取出，经真空干燥，即制得囊粒。
其中，磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量比为1:3，磺化聚酰亚胺与二甲基二烯丙基氯化铵的质量之和与淀粉的质量比为4:1，硝酸铈铵的质量为囊膜预聚物总质量的0.5％，润滑物质与囊膜预聚物的质量比为 5:1。
其中，磺化聚酰亚胺的制备方法同实施例1相同，以及制备得到的磺化聚酰亚胺为由式(I)所示结构单元组成的磺化聚酰亚胺聚合物，以及磺化聚酰亚胺的重均分子量为8万。
本实施例中，极压抗磨剂为三硼酸钾，分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚，消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
本实施例水基钻井液用润滑剂组合物的制备方法包括：
按照上述重量份将囊粒加入到搅拌釜中，搅拌加热至60℃，再按重量份依次加入分散剂、极压抗磨剂，继续搅拌0.8h，再加入消泡剂，继续搅拌0.8h，即可，即制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为S6。
实施例7
本实施例用于说明采用本发明的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液。
本实施例中，环氧改性菜籽油的制备方法与实施例2中相同，有机硅改性菜籽油的制备方法与实施例4中相同，所不同之处在于：改性植物油为环氧改性菜籽油与有机硅改性菜籽油按质量比为1:3混合而成；以及在本实施例配方中，极压抗磨剂为偏硼酸钠与三硼酸钾按质量比为1:1混合而成；分散剂为低氮型聚异丁烯丁二酰亚胺与硼化聚异丁烯丁二酰亚胺按质量比为 3:2混合而成；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚与聚氧丙烯甘油醚按质量比为1:2混合而成。
其余同实施例4。
结果制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为S7。
实施例8
本实施例用于说明采用本发明的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液。
本实施例中，环氧改性菜籽油的制备方法与实施例2中相同，有机硅改性菜籽油的制备方法与实施例4中相同，所不同之处在于：改性植物油为环氧改性菜籽油与有机硅改性菜籽油按质量比为1:1混合而成；以及在本实施例配方中，极压抗磨剂为偏硼酸钠、偏硼酸钾与三硼酸钾按质量比为1:1:2 混合而成；分散剂为低氮型聚异丁烯丁二酰亚胺与硼化聚异丁烯丁二酰亚胺按质量比为1:2混合而成。
其余同实施例5。
结果制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为S8。
实施例9
本实施例用于说明采用本发明的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液。
本实施例中，环氧改性菜籽油的制备方法与实施例2中相同，有机硅改性菜籽油的制备方法与实施例4中相同，所不同之处在于：改性植物油为环氧改性菜籽油与有机硅改性菜籽油按质量比为2:1混合而成；以及在本实施例配方中，极压抗磨剂为偏硼酸钠、偏硼酸钾与三硼酸钾按质量比为1:1:1 混合而成；分散剂为低氮型聚异丁烯丁二酰亚胺与硼化聚异丁烯丁二酰亚胺按质量比为4:3混合而成。
其余同实施例6。
结果制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为S9。
对比例1
按照与实施例2相同的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液，所不同之处在于：配方中无囊粒，配方为生物柴油96重量份、极压抗磨剂2重量份、分散剂4重量份以及消泡剂3重量份。
结果制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为DS1。
对比例2
按照与实施例4相同的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液，所不同之处在于：配方中无囊粒，配方为生物柴油110重量份、极压抗磨剂3重量份、分散剂6重量份以及消泡剂5重量份。
结果制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为DS2。
对比例3
按照与实施例9相同的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液，所不同之处在于：配方中无囊粒，配方为生物柴油112重量份、极压抗磨剂4重量份、分散剂5重量份以及消泡剂6重量份。
结果制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为DS2。
对比例4
按照与实施例1相同的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液，所不同之处在于：囊膜材料的厚度为0.5μm，以及所述囊内材料与所述囊膜材料的重量比为7：1。
结果制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为DS4。
对比例5
按照与实施例1相同的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液，所不同之处在于：将改性植物油替换为菜籽油。
结果制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为DS5。
对比例6
按照与实施例1相同的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液，所不同之处在于：所述环氧改性植物油与所述有机硅改性植物油的含量的重量比为1： 5。
结果制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为DS6。
对比例7
按照与实施例1相同的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液，所不同之处在于：在制备水基钻井液时，没有采用本发明的润滑剂(润滑剂组合物)，而是采用市售液体润滑剂，例如油基润滑剂LUBE。
结果制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为DS7。
对比例8
按照与实施例1相同的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液，所不同之处在于：在制备水基钻井液时，没有采用本发明的润滑剂(润滑剂组合物)，而是将本发明的润滑剂组合物中的将囊粒替换为生物柴油。
结果制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为DS8。
对比例9
按照与实施例1相同的方法制备润滑剂组合物和水基钻井液，所不同之处在于：所述囊粒不是微胶囊结构，而是囊膜和润滑剂的混合物。
结果制得水基钻井液用润滑剂组合物，标记为DS9。
测试例1
下面对实施例1-9和对比例1-9的效果进行测试。
基浆配制：
实验基浆的配方为2％膨润土浆+0.3％增粘剂+2.0％降滤失剂+3％抑制剂+10％氯化钠+300g重晶石。
对“基浆+2％实施例、基浆+2％对比例(市售液体润滑剂)”流变性进行测试，钻井液流变性能测试结果如表1所示。
表1
AV-钻井液表观粘度，PV为钻井液塑性粘度；YP为钻井液动切力。
由表1可知，加入实施例、对比例后，钻井液极压润滑系数均显著降低，其中实施例的润滑性能优于对比例；加入对比例1-9，显著影响了钻井液的流变性能，表观粘度AV、塑性粘度PV、动切力YP均明显增大；而加入实施例1-9，钻井液流变性能基本保持不变，这就说明本发明提供的水基钻井液用高效润滑剂组合物，在发挥“减摩降阻”效果的同时，还不会影响钻井液的流变性能。
测试例2
下面对实施例1-9和对比例1-6的荧光进行测试，其结果如表2所示。
表2
通过环保性能测试可知，本发明实施例1-9的水基钻井液高效润滑剂组合物的EC50值均高达30000mg/L以上，例如，本发明实施例6的水基钻井液高效润滑剂组合物的EC50值为80000mg/L，为无生物毒性级别，荧光级别均小于4级；而对比例1-9的EC50值均低于20000mg/L，例如，市售液体润滑剂对比例1的EC50值为18000mg/L，为微生物毒性，荧光级别达6级。
由表2可见，本发明提供的水基钻井液高效润滑剂组合物，不但能够有效地发挥“减摩降阻”作用效果，还是一类环境友好型钻井液润滑剂，有助于解决现有的钻井液润滑剂对环境污染大、荧光级别高、不易生物降级、成本较高、高温稳定性差、浊点不稳定、影响流变等问题。
测试例3
将本发明实施例7的钻井液润滑剂组合物应用到石油天然气钻井施工中，例如，在大位移井YJ-1中的钻井施工中的应用，与使用现有市售常规液体钻井液润滑剂(对比例1)的临井(YJ-2)相比，扭矩降低了40-45％，机械钻速提高了30％，钻井周期缩短了38％。由此可见，本发明提供的含润滑囊粒的钻井液润滑剂组合物，能够有效地发挥“减摩降阻”作用效果，提高钻井施工专业效率，有助于实现安全、优质、高效的钻井目标。
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 (10)
1.一种钻井液用润滑剂组合物，其特征在于，该润滑剂组合物含有囊粒、分散剂、极压抗磨剂和消泡剂；其中，所述囊粒包括囊膜以及置于囊膜内的润滑物质，所述囊膜由磺化聚酰亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵经聚合反应而得到的；所述润滑物质为改性植物油、生物柴油、表面活性剂和多元醇非离子型乳化剂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的润滑剂组合物，其中，在所述润滑剂组合物中，所述囊粒、所述极压抗磨剂、所述分散剂和所述消泡剂的重量比为(80-120)：(1-4)：(3-6)：(2-7)；
优选地，在所述润滑物质中，所述改性植物油、所述生物柴油、所述表面活性剂和所述多元醇非离子型乳化剂的重量比为(20-50)：(30-60)：(4-8)：(2-7)。
3.根据权利要求1或2所述的润滑剂组合物，其中，所述囊粒的粒径为5-10μm，优选地，所述囊膜的厚度为1-100nm，优选为20-60nm；
优选地，以所述囊粒的总质量为基准，所述润滑物质的含量为80-94质量％。
4.根据权利要求1所述的润滑剂组合物，其中，所述磺化聚酰亚胺为由式I所示结构单元组成的磺化聚酰亚胺聚合物，
其中，X1为式(II)所示的残基，
其中，Ar1为式(III)所示的磺化二胺残基，
优选地，所述磺化聚酰亚胺的重均分子量为1万-50万。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的润滑剂组合物，其中，所述囊粒的制备方法包括以下步骤：
(a)在氮气的保护下，将淀粉和蒸馏水进行糊化反应，然后依次加入磺化聚酰亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵和硝酸铈铵进行聚合反应；
(b)将润滑物质与经步骤(a)得到的囊膜预聚物进行恒温反应。
6.根据权利要求1或2所述的润滑剂组合物，其中，所述改性植物油包括环氧改性植物油和/或有机硅改性植物油；
优选地，当所述改性植物油包括环氧改性植物油和有机硅改性植物油时，所述环氧改性植物油与所述有机硅改性植物油的含量的重量比为1：(0.5-3)；
优选地，所述环氧改性植物油为环氧改性菜籽油；
优选地，所述有机硅改性植物油为有机硅改性菜籽油；
优选地，所述环氧改性菜籽油的制备方法包括以下步骤：
(1)将氢氧化钾甲醇溶液滴加至菜籽油中进行第一反应；
(2)在催化剂存在的条件下，将H2O2溶液滴加至步骤(1)得到的脂肪酸甲酯与乙酸的混合物中进行环氧化反应；
优选地，所述第一反应的条件包括：将氢氧化钾甲醇溶液滴加完后于60-70℃下反应1-1.5h；
优选地，所述有机硅改性菜籽油的制备方法包括以下步骤：
(1)将氢氧化钾甲醇溶液滴加至菜籽油中进行第一反应；
(2)在催化剂存在的条件下，将H2O2溶液滴加至步骤(1)得到的脂肪酸甲酯与乙酸的混合物中进行环氧化反应；
(3)将乙酸滴加至步骤(2)得到的环氧改性菜籽油中进行第三反应；
(4)在冰水浴和氮气保护的条件下，将步骤(3)得到的菜籽油醇和三乙胺滴加至三甲基氯化硅的乙醚溶液中进行第四反应；
优选地，所述第三反应的条件包括：乙酸滴加完后于50-60℃下反应2-3h；
优选地，所述第四反应的条件包括：将步骤(3)得到的菜籽油醇和三乙胺滴加完后于36-40℃反应1-3h。
7.根据权利要求1或2所述的润滑剂组合物，其中，所述生物柴油为长链脂肪酸单烷基酯，优选地，所述生物柴油的闪点为130-150℃，在40℃下运动粘度为1.9-6.0mm2/s；所述分散剂为辛基酚聚氧乙烯醚、低氮型聚异丁烯丁二酰亚胺、硼化聚异丁烯丁二酰亚胺、烷基酚聚氧乙烯醚和失水山梨醇酯中的一种或多种；
所述极压抗磨剂为偏硼酸钠、偏硼酸钾和三硼酸钾中的一种或几种；所述消泡剂为乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的一种或多种；
所述表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯醚和/或月桂醇聚乙烯醚；
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和失水山梨醇油酸双酯中的一种或多种。
8.权利要求1-7中任意一项所述的润滑剂组合物的制备方法，其特征在于，该方法包括：将囊粒进行第一搅拌，再依次与分散剂和极压抗磨剂进行第二搅拌，再与消泡剂进行第三搅拌。
9.一种水基钻井液，其特征在于，该水基钻井液含有权利要求1-7中任意一项所述的润滑剂组合物或者权利要求8所述的制备方法制备得到的润滑剂组合物；
优选地，以100mL的所述水基钻井液的总重量为基准，所述润滑剂组合物的用量为1-3重量％。
10.权利要求9所述的水基钻井液在石油天然气钻井施工中的应用。
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