CN111117577B - 一种水基钻井液润滑剂的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油和天然气行业中钻井液技术领域，具体涉及一种绿色环保高效水基钻井液润滑剂的制备及应用，该水基钻井液润滑剂由植物油、植物油脂、润滑胶粒、超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂、分散剂和乳化剂组成；该水基钻井液润滑剂的制备包括以下步骤：分别将超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂分别加入到植物油中，得到第一混合物；将乳化剂加入到植物油脂中，然后再分别将润滑胶粒、分散剂加入其中，得到第二混合物；将上述第二混合物加入第一混合物中，得到水基钻井液润滑剂。本发明的水基钻井液润滑剂润滑性能好、抗磨性好，并可针对特殊部位进行定向的润滑降摩处理，并且易生物降解，属于绿色环保型润滑剂，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及石油和天然气行业中钻井液技术领域，具体涉及一种水基钻井液润滑剂的制备及应用。
背景技术
随着石油勘探开发不断发展，钻井工程中面临的复杂情况日益突出，大位移水平井、定向井和长裸眼深井、复杂结构井逐渐增多。现有的普通的润滑剂有植物油、矿物油类、石蜡、乙二醇、聚乙二醇类等，这些润滑剂存在一个重要的缺陷：只能在低负荷下起作用，在高载荷条件下抗磨及润滑性能不理想，钻头经常会先期磨损。因此，普通的润滑剂不能满足深井、超深井钻井、大位移井钻井的需要，必须使用一种具有优良润滑作用，降低钻杆扭矩；能够有效的保护钻具，减轻对钻具磨损，延长钻头寿命的特殊添加剂。
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，不能针对特殊部位进行定向的润滑降摩处理，并且，由于现有的钻井液润滑剂具有荧光级别较高、不易生物降解等缺点，绿色环保性差。
基于此，本发明提供了一种水基钻井液润滑剂，将添加到钻井液中，可提高钻井液的润滑性能，达到润滑降摩的目的，并且易生物降解，属于绿色环保型润滑剂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水基钻井液润滑剂，润滑性能好、抗磨性好，并可针对特殊部位进行定向的润滑降摩处理，并且易生物降解，属于绿色环保型润滑剂，具有较好的应用前景。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种水基钻井液润滑剂的制备，该水基钻井液润滑剂由植物油、植物油脂、润滑胶粒、超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂、分散剂和乳化剂组成，且上述各原料所占的重量份数为：植物油45-65份、植物油脂20-40份、润滑胶粒10-20份、超细有机钼4-8份、极压润滑剂1-3份、摩擦改良剂0.5-1.5份、分散剂0.4-0.8份、乳化剂1-2份；
且上述水基钻井液润滑剂的制备包括以下步骤：
S110：分别将超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂分别加入到植物油中，在30°C、转速500-700r/min条件下搅拌0.5-1h，得到第一混合物；
S120：将乳化剂加入到植物油脂中，搅拌均匀，然后再分别将润滑胶粒、分散剂加入其中，搅拌至完全溶解，得到第二混合物；
S130：将上述第二混合物加入第一混合物中，在温度65-85°C、转速900-1100r/min条件下搅拌1-2h，冷却至室温即可得到水基钻井液润滑剂。
在本发明进一步实施例中，所述水基钻井液润滑剂中各原料的重量份数为：植物油55份、植物油脂30份、润滑胶粒15份、超细有机钼6份、极压润滑剂2份、摩擦改良剂1份、分散剂0.6份、乳化剂1.5份。
在本发明进一步实施例中，所述植物油为大豆油、菜籽油、蓖麻子油、葵花籽油和藻油中的一种或多种。
在本发明进一步实施例中，所述润滑胶粒包括作为胶壁、被胶壁包裹的载体多孔活性炭及负载在多孔活性炭中的润滑物质，所述胶壁由苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈经交联反应而得到的，所述润滑物质则选自生物柴油、阴离子表面活性剂和多元醇非离子型乳化剂中的一种或多种，具体的，该润滑胶粒的制备方法包括以下步骤：
（a）将多孔活性炭置于丙酮溶液中，超声清洗10min后，用去离子水滤洗，真空干燥后备用；
（b）称取一定量的润滑物质，然后置于三口烧瓶中进行水浴加热，并于70℃温度下保温10min；
（c）将步骤b中预热好后的润滑物质滴加到步骤a中的多孔活性炭中，边滴加边搅拌，得到负载有润滑物质的多孔活性炭；
（d）在交联反应器中苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈，并在70-80℃温度下进行交联反应，得到聚合物乳液；
（e）将步骤c中负载有润滑物质的多孔活性炭投入到聚合物乳液，在温度60℃、转速400-500r/min条件下，反应40-60min，即得润滑胶粒。
在本发明进一步实施例中，所述超细有机钼的粒径为5-60微米，更优选同时使用两种粒径为5-20微米和30-60微米的有机钼。
在本发明进一步实施例中，所述极压润滑剂为氮化硼。
在本发明进一步实施例中，所述摩擦改良剂为脂肪酸甘油酯、纳米硼酸盐和烷基醚胺按照重量百分比6∶3∶1复配而成。
在本发明进一步实施例中，所述分散剂为羧甲基纤维素钠。
在本发明进一步实施例中，所述乳化剂为Span60 和/或 Span80。
第二方面，本发明提供了上述水基钻井液润滑剂在水基钻井液中的应用。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果为：
（1）本发明的润滑剂，各组分之间具有良好的协同作用，并且该润滑剂应用于钻井液，与钻井液的配伍性良好。并且在井下高温条件下，一方面，植物油和乳化剂中的极性分子依靠分子间作用力以及电子交换等作用可以在钻杆与井壁上形成物理吸附膜和化学吸附膜，吸附膜能够很好的降低摩擦面的摩擦系数，减小磨损；另一方面，在高温条件下，极压润滑剂可以在金属表面与金属反应生成极压反应膜，这种极压膜在高温极压条件下依然具有很好的润滑性能，具有剪切强度低，极压润滑性好等特点；
（2）本发明使用的润滑胶粒可在井下高摩阻和高扭矩部位受到摩擦挤压作用，胶粒破裂释放润滑物质，实现钻井液润滑剂对井下高摩阻和扭矩部位的按压力大小释放润滑物质；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，同时由于其自身是胶囊结构，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；
（3）本发明通过加入摩擦改良剂和润滑抗磨剂降低了摩擦系数，极大减少了磨损，同时超细有机钼能够填充在摩擦表面，阻止摩擦副的直接接触，在摩擦边界处增加了一层保护，有助于降低摩阻，减少冲击载荷对于极压润滑膜以及吸附膜的破坏，增加了润滑剂作用效果的可靠性；
（4）本发明制备的水基钻井润滑剂采用可再生的植物油、植物油脂为基础油，原料广泛，并且易生物降解，属于绿色环保型润滑剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例的水基钻井液润滑剂的制备，该水基钻井液润滑剂由植物油、植物油脂、润滑胶粒、超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂、分散剂和乳化剂组成，且上述各原料所占的重量份数为：植物油45份、植物油脂20份、润滑胶粒10份、超细有机钼4份、极压润滑剂1份、摩擦改良剂0.5份、分散剂0.4份、乳化剂1份；
且上述水基钻井液润滑剂的制备包括以下步骤：
S110：分别将超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂分别加入到植物油中，在30°C、转速500r/min条件下搅拌0.5h，得到第一混合物；
S120：将乳化剂加入到植物油脂中，搅拌均匀，然后再分别将润滑胶粒、分散剂加入其中，搅拌至完全溶解，得到第二混合物；
S130：将上述第二混合物加入第一混合物中，在温度65°C、转速900r/min条件下搅拌1h，冷却至室温即可得到水基钻井液润滑剂。
其中，所述植物油为菜籽油。
其中，所述润滑胶粒包括作为胶壁、被胶壁包裹的载体多孔活性炭及负载在多孔活性炭中的润滑物质，所述胶壁由苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈经交联反应而得到的，所述润滑物质则选自生物柴油、阴离子表面活性剂和多元醇非离子型乳化剂中的一种或多种，具体的，该润滑胶粒的制备方法包括以下步骤：
（a）将多孔活性炭置于丙酮溶液中，超声清洗10min后，用去离子水滤洗，真空干燥后备用；
（b）称取一定量的润滑物质，然后置于三口烧瓶中进行水浴加热，并于70℃温度下保温10min；
（c）将步骤b中预热好后的润滑物质滴加到步骤a中的多孔活性炭中，边滴加边搅拌，得到负载有润滑物质的多孔活性炭；
（d）在交联反应器中苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈，并在70℃温度下进行交联反应，得到聚合物乳液；
（e）将步骤c中负载有润滑物质的多孔活性炭投入到聚合物乳液，在温度60℃、转速400r/min条件下，反应40min，即得润滑胶粒。
其中，所述超细有机钼的粒径为5-60微米，更优选同时使用两种粒径为5-20微米和30-60微米的有机钼。
其中，所述极压润滑剂为氮化硼。
其中，所述摩擦改良剂为脂肪酸甘油酯、纳米硼酸盐和烷基醚胺按照重量百分比6∶3∶1复配而成。
其中，所述分散剂为羧甲基纤维素钠。
其中，所述乳化剂为Span60。
实施例2
本实施例的水基钻井液润滑剂的制备，该水基钻井液润滑剂由植物油、植物油脂、润滑胶粒、超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂、分散剂和乳化剂组成，且上述各原料所占的重量份数为：植物油65份、植物油脂40份、润滑胶粒20份、超细有机钼8份、极压润滑剂3份、摩擦改良剂1.5份、分散剂0.8份、乳化剂2份；
且上述水基钻井液润滑剂的制备包括以下步骤：
S110：分别将超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂分别加入到植物油中，在30°C、转速700r/min条件下搅拌1h，得到第一混合物；
S120：将乳化剂加入到植物油脂中，搅拌均匀，然后再分别将润滑胶粒、分散剂加入其中，搅拌至完全溶解，得到第二混合物；
S130：将上述第二混合物加入第一混合物中，在温度85°C、转速1100r/min条件下搅拌2h，冷却至室温即可得到水基钻井液润滑剂。
其中，所述植物油为大豆油和菜籽油。
其中，所述润滑胶粒包括作为胶壁、被胶壁包裹的载体多孔活性炭及负载在多孔活性炭中的润滑物质，所述胶壁由苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈经交联反应而得到的，所述润滑物质则选自生物柴油、阴离子表面活性剂和多元醇非离子型乳化剂中的一种或多种，具体的，该润滑胶粒的制备方法包括以下步骤：
（a）将多孔活性炭置于丙酮溶液中，超声清洗10min后，用去离子水滤洗，真空干燥后备用；
（b）称取一定量的润滑物质，然后置于三口烧瓶中进行水浴加热，并于70℃温度下保温10min；
（c）将步骤b中预热好后的润滑物质滴加到步骤a中的多孔活性炭中，边滴加边搅拌，得到负载有润滑物质的多孔活性炭；
（d）在交联反应器中苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈，并在80℃温度下进行交联反应，得到聚合物乳液；
（e）将步骤c中负载有润滑物质的多孔活性炭投入到聚合物乳液，在温度60℃、转速500r/min条件下，反应60min，即得润滑胶粒。
其中，所述超细有机钼的粒径为5-60微米，更优选同时使用两种粒径为5-20微米和30-60微米的有机钼。
其中，所述极压润滑剂为氮化硼。
其中，所述摩擦改良剂为脂肪酸甘油酯、纳米硼酸盐和烷基醚胺按照重量百分比6∶3∶1复配而成。
其中，所述分散剂为羧甲基纤维素钠。
其中，所述乳化剂为Span80。
实施例3
本实施例的水基钻井液润滑剂的制备，该水基钻井液润滑剂由植物油、植物油脂、润滑胶粒、超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂、分散剂和乳化剂组成，且上述各原料所占的重量份数为：植物油55份、植物油脂30份、润滑胶粒15份、超细有机钼6份、极压润滑剂2份、摩擦改良剂1份、分散剂0.6份、乳化剂1.5份；
且上述水基钻井液润滑剂的制备包括以下步骤：
S110：分别将超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂分别加入到植物油中，在30°C、转速600r/min条件下搅拌0.8h，得到第一混合物；
S120：将乳化剂加入到植物油脂中，搅拌均匀，然后再分别将润滑胶粒、分散剂加入其中，搅拌至完全溶解，得到第二混合物；
S130：将上述第二混合物加入第一混合物中，在温度75°C、转速900-1100r/min条件下搅拌1-2h，冷却至室温即可得到水基钻井液润滑剂。
其中，所述植物油为葵花籽油和藻油。
其中，所述润滑胶粒包括作为胶壁、被胶壁包裹的载体多孔活性炭及负载在多孔活性炭中的润滑物质，所述胶壁由苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈经交联反应而得到的，所述润滑物质则选自生物柴油、阴离子表面活性剂和多元醇非离子型乳化剂中的一种或多种，具体的，该润滑胶粒的制备方法包括以下步骤：
（a）将多孔活性炭置于丙酮溶液中，超声清洗10min后，用去离子水滤洗，真空干燥后备用；
（b）称取一定量的润滑物质，然后置于三口烧瓶中进行水浴加热，并于70℃温度下保温10min；
（c）将步骤b中预热好后的润滑物质滴加到步骤a中的多孔活性炭中，边滴加边搅拌，得到负载有润滑物质的多孔活性炭；
（d）在交联反应器中苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈，并在70-80℃温度下进行交联反应，得到聚合物乳液；
（e）将步骤c中负载有润滑物质的多孔活性炭投入到聚合物乳液，在温度60℃、转速450r/min条件下，反应50min，即得润滑胶粒。
其中，所述超细有机钼的粒径为5-60微米，更优选同时使用两种粒径为5-20微米和30-60微米的有机钼。
其中，所述极压润滑剂为氮化硼。
其中，所述摩擦改良剂为脂肪酸甘油酯、纳米硼酸盐和烷基醚胺按照重量百分比6∶3∶1复配而成。
其中，所述分散剂为羧甲基纤维素钠。
其中，所述乳化剂为Span60 和 Span80。
实施例4
本实施例的水基钻井液润滑剂的制备，该水基钻井液润滑剂由植物油、植物油脂、润滑胶粒、超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂、分散剂和乳化剂组成，且上述各原料所占的重量份数为：植物油50份、植物油脂25份、润滑胶粒13份、超细有机钼5份、极压润滑剂1.5份、摩擦改良剂0.8份、分散剂0.5份、乳化剂1.3份；
且上述水基钻井液润滑剂的制备包括以下步骤：
S110：分别将超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂分别加入到植物油中，在30°C、转速550r/min条件下搅拌0.6h，得到第一混合物；
S120：将乳化剂加入到植物油脂中，搅拌均匀，然后再分别将润滑胶粒、分散剂加入其中，搅拌至完全溶解，得到第二混合物；
S130：将上述第二混合物加入第一混合物中，在温度70°C、转速950r/min条件下搅拌1.3h，冷却至室温即可得到水基钻井液润滑剂。
其中，所述植物油为蓖麻子油和藻油。
其中，所述润滑胶粒包括作为胶壁、被胶壁包裹的载体多孔活性炭及负载在多孔活性炭中的润滑物质，所述胶壁由苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈经交联反应而得到的，所述润滑物质则选自生物柴油、阴离子表面活性剂和多元醇非离子型乳化剂中的一种或多种，具体的，该润滑胶粒的制备方法包括以下步骤：
（a）将多孔活性炭置于丙酮溶液中，超声清洗10min后，用去离子水滤洗，真空干燥后备用；
（b）称取一定量的润滑物质，然后置于三口烧瓶中进行水浴加热，并于70℃温度下保温10min；
（c）将步骤b中预热好后的润滑物质滴加到步骤a中的多孔活性炭中，边滴加边搅拌，得到负载有润滑物质的多孔活性炭；
（d）在交联反应器中苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈，并在73℃温度下进行交联反应，得到聚合物乳液；
（e）将步骤c中负载有润滑物质的多孔活性炭投入到聚合物乳液，在温度60℃、转速430r/min条件下，反应45min，即得润滑胶粒。
其中，所述超细有机钼的粒径为5-60微米，更优选同时使用两种粒径为5-20微米和30-60微米的有机钼。
其中，所述极压润滑剂为氮化硼。
其中，所述摩擦改良剂为脂肪酸甘油酯、纳米硼酸盐和烷基醚胺按照重量百分比6∶3∶1复配而成。
其中，所述分散剂为羧甲基纤维素钠。
其中，所述乳化剂为Span60 。
实施例5
本实施例的水基钻井液润滑剂的制备，该水基钻井液润滑剂由植物油、植物油脂、润滑胶粒、超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂、分散剂和乳化剂组成，且上述各原料所占的重量份数为：植物油60份、植物油脂35份、润滑胶粒18份、超细有机钼7份、极压润滑剂2.5份、摩擦改良剂1.3份、分散剂0.7份、乳化剂1.8份；
且上述水基钻井液润滑剂的制备包括以下步骤：
S110：分别将超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂分别加入到植物油中，在30°C、转速650r/min条件下搅拌0.8h，得到第一混合物；
S120：将乳化剂加入到植物油脂中，搅拌均匀，然后再分别将润滑胶粒、分散剂加入其中，搅拌至完全溶解，得到第二混合物；
S130：将上述第二混合物加入第一混合物中，在温度80°C、转速1050r/min条件下搅拌1.8h，冷却至室温即可得到水基钻井液润滑剂。
其中，所述植物油为大豆油和藻油。
其中，所述润滑胶粒包括作为胶壁、被胶壁包裹的载体多孔活性炭及负载在多孔活性炭中的润滑物质，所述胶壁由苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈经交联反应而得到的，所述润滑物质则选自生物柴油、阴离子表面活性剂和多元醇非离子型乳化剂中的一种或多种，具体的，该润滑胶粒的制备方法包括以下步骤：
（a）将多孔活性炭置于丙酮溶液中，超声清洗10min后，用去离子水滤洗，真空干燥后备用；
（b）称取一定量的润滑物质，然后置于三口烧瓶中进行水浴加热，并于70℃温度下保温10min；
（c）将步骤b中预热好后的润滑物质滴加到步骤a中的多孔活性炭中，边滴加边搅拌，得到负载有润滑物质的多孔活性炭；
（d）在交联反应器中苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈，并在77℃温度下进行交联反应，得到聚合物乳液；
（e）将步骤c中负载有润滑物质的多孔活性炭投入到聚合物乳液，在温度60℃、转速480r/min条件下，反应55min，即得润滑胶粒。
其中，所述超细有机钼的粒径为5-60微米，更优选同时使用两种粒径为5-20微米和30-60微米的有机钼。
其中，所述极压润滑剂为氮化硼。
其中，所述摩擦改良剂为脂肪酸甘油酯、纳米硼酸盐和烷基醚胺按照重量百分比6∶3∶1复配而成。
其中，所述分散剂为羧甲基纤维素钠。
其中，所述乳化剂为Span60 和 Span80。
对比例1
按照与实施例1相同的方法制备水基钻井液润滑剂，所不同之处在于：配方中无润滑胶粒，配方为植物油45份、植物油脂20份、超细有机钼4份、极压润滑剂1份、摩擦改良剂0.5份、分散剂0.4份、乳化剂1份。
对比例2
按照与实施例1相同的方法制备水基钻井液润滑剂，所不同之处在于：配方中无超细有机钼，配方为植物油45份、植物油脂20份、润滑胶粒10份、极压润滑剂1份、摩擦改良剂0.5份、分散剂0.4份、乳化剂1份。
对比例3
按照与实施例1相同的方法制备水基钻井液润滑剂，所不同之处在于：润滑胶粒不是胶囊结构，而是胶壁、润滑物质及多孔活性炭的混合物。
实验例1
按照标准Q/SH1170060-2014中规定的方法测试实施例1-5及对比例1-3中产品润滑性能，润滑性能用润滑系数降低率来表征。具体操作步骤如下：配制四份基浆，每份加入300mL蒸馏水、0.6g无水碳酸钠、15.0g钻井液试验用钠膨润土，在高速搅拌器上搅拌20min，搅拌过程中应停下两次，用玻璃棒刮下粘附在搅拌杯上的膨润土，室温密闭养护24h。取出其中两份基浆加入减磨剂试样3.0g，然后将四份高搅5min。在E-P极压润滑仪上分别测定基浆及试样浆的润滑系数，测定方法依据SY/T6094钻井液用润滑剂评价程序(扭矩臂施加150psi压力，保持转速60r/min)，具体的测试结果见表1。
表1 润滑系统降低率测试结果
| 样品名称 | 润滑系统降低率 |
| 实施例1 | 95.6% |
| 实施例2 | 96.3% |
| 实施例3 | 97.4% |
| 实施例4 | 96.7% |
| 实施例5 | 95.9% |
| 对比例1 | 84.8% |
| 对比例2 | 87.5% |
| 对比例3 | 85.9% |
由表1可知，本发明制得的水基钻井液润滑剂具有较好的润滑性能，且实施例1-5制得的润滑剂的润滑系统降低均大于95%，并且由对比例1-3可知，在润滑剂中加入润滑胶粒、超细有机钼可以显著提高润滑剂的润滑性能。
实验例2
极压值的测试：取八份上述制备的基浆，高速搅拌3min，其中八基浆加入1%实施例1-5及对比例1-3样品，搅拌均匀，在转速为1200转/分、施加扭矩为100inch-pounds、时间为4min的条件下，用E-P极压润滑仪分别测试基浆以及加入1%水基钻井液润滑剂的基浆的极压值，结果见表2。
表2 基浆及加有1%水基钻井液润滑剂的基浆的极压值
| 样品名称 | 极压值 |
| 基浆 | 7800psi |
| 基浆+1%实施例1 | 15100psi |
| 基浆+1%实施例2 | 15600psi |
| 基浆+1%实施例3 | 16600psi |
| 基浆+1%实施例4 | 16100psi |
| 基浆+1%实施例5 | 15800psi |
| 基浆+1%对比例1 | 13800psi |
| 基浆+1%对比例2 | 14400psi |
| 基浆+1%对比例3 | 14700psi |
由表2可以看出，在基浆中加入1%水基钻井液润滑剂，其极压值显著提高，并且由对比例1-3可知，在润滑剂中加入胶粒、超细有机钼有助于提高极压值。
综上所述，本发明水基钻井液润滑剂的主要创新点如下：
1.本发明的润滑剂，各组分之间具有良好的协同作用，并且该润滑剂应用于钻井液，与钻井液的配伍性良好。并且在井下高温条件下，一方面，植物油和乳化剂中的极性分子依靠分子间作用力以及电子交换等作用可以在钻杆与井壁上形成物理吸附膜和化学吸附膜，吸附膜能够很好的降低摩擦面的摩擦系数，减小磨损；另一方面，在高温条件下，极压润滑剂可以在金属表面与金属反应生成极压反应膜，这种极压膜在高温极压条件下依然具有很好的润滑性能，具有剪切强度低，极压润滑性好等特点；
2.本发明使用的润滑胶粒可在井下高摩阻和高扭矩部位受到摩擦挤压作用，胶粒破裂释放润滑物质，实现钻井液润滑剂对井下高摩阻和扭矩部位的按压力大小释放润滑物质；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，同时由于其自身是胶囊结构，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；
3.本发明通过加入摩擦改良剂和润滑抗磨剂降低了摩擦系数，极大减少了磨损，同时超细有机钼能够填充在摩擦表面，阻止摩擦副的直接接触，在摩擦边界处增加了一层保护，有助于降低摩阻，减少冲击载荷对于极压润滑膜以及吸附膜的破坏，增加了润滑剂作用效果的可靠性；
4.本发明制备的水基钻井润滑剂采用可再生的植物油、植物油脂为基础油，原料广泛，并且易生物降解，属于绿色环保型润滑剂。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (8)
1.一种水基钻井液润滑剂的制备，其特征在于，该水基钻井液润滑剂由植物油、植物油脂、润滑胶粒、超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂、分散剂和乳化剂组成，且上述各原料所占的重量份数为：植物油45-65份、植物油脂20-40份、润滑胶粒10-20份、超细有机钼4-8份、极压润滑剂1-3份、摩擦改良剂0.5-1.5份、分散剂0.4-0.8份、乳化剂1-2份；
且上述水基钻井液润滑剂的制备包括以下步骤：
S110：分别将超细有机钼、极压润滑剂、摩擦改良剂分别加入到植物油中，在30°C、转速500-700r/min条件下搅拌0.5-1h，得到第一混合物；
S120：将乳化剂加入到植物油脂中，搅拌均匀，然后再分别将润滑胶粒、分散剂加入其中，搅拌至完全溶解，得到第二混合物；
S130：将上述第二混合物加入第一混合物中，在温度 65-85°C、转速 900-1100r/min条件下搅拌1-2h，冷却至室温即可得到水基钻井液润滑剂；
所述润滑胶粒包括作为胶壁、被胶壁包裹的载体多孔活性炭及负载在多孔活性炭中的润滑物质，所述胶壁由苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈经交联反应而得到的，所述润滑物质则选自生物柴油、阴离子表面活性剂和多元醇非离子型乳化剂中的一种或多种，该润滑胶粒的制备方法包括以下步骤：
（a）将多孔活性炭置于丙酮溶液中，超声清洗10min后，用去离子水滤洗，真空干燥后备用；
（b）称取一定量的润滑物质，然后置于三口烧瓶中进行水浴加热，并于70℃温度下保温10min；
（c）将步骤b中预热好后的润滑物质滴加到步骤a中的多孔活性炭中，边滴加边搅拌，得到负载有润滑物质的多孔活性炭；
（d）在交联反应器中苯乙烯、甲基丙烯酸和偶氮二异丁腈，并在 70-80℃温度下进行交联反应，得到聚合物乳液；
（e）将步骤c中负载有润滑物质的多孔活性炭投入到聚合物乳液，在温度60℃、转速400-500r/min 条件下，反应 40-60min，即得润滑胶粒；
所述摩擦改良剂为脂肪酸甘油酯、纳米硼酸盐和烷基醚胺按照重量百分比6∶3∶1复配而成；
所述分散剂为羧甲基纤维素钠。
2.根据权利要求 1 所述的水基钻井液润滑剂的制备，其特征在于，所述水基钻井液润滑剂中各原料的重量份数为：植物油55份、植物油脂30份、润滑胶粒15份、超细有机钼6份、极压润滑剂2份、摩擦改良剂1份、分散剂0.6份、乳化剂1.5份。
3.根据权利要求1所述的水基钻井液润滑剂的制备，其特征在于，所述植物油为大豆油、菜籽油、蓖麻子油、葵花籽油和藻油中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的水基钻井液润滑剂的制备，其特征在于，所述超细有机钼的粒径为5-60微米。
5.根据权利要求4所述的水基钻井液润滑剂的制备，其特征在于，所述超细有机钼同时使用两种粒径为5-20微米和30-60微米的有机钼。
6.根据权利要求1所述的水基钻井液润滑剂的制备，其特征在于，所述极压润滑剂为氮化硼。
7.根据权利要求1所述的水基钻井液润滑剂的制备，其特征在于，所述乳化剂为Span60和/或 Span80。
8.根据权利要求1-7任一项所述的水基钻井液润滑剂在水基钻井液中的应用。
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| CN109439294A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-03-08 | 山东得顺源石油科技有限公司 | 一种高密度钻井液用抗温抗盐极压润滑剂及其制备方法 |
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