CN113150753A - 一种钻井液用润滑剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井液用润滑剂及其制备方法，属于润滑剂制备技术领域。本发明通过优选润滑剂基础油，并选定特殊的表面活性剂，得到可以有效增强润滑性和耐高温性的润滑剂基础油，再通过制备改性润滑微米球颗粒，通过其自身的润滑性能以及和润滑剂基础油之间的协同增效效果，进一步优化润滑剂的润滑性能和耐高温性能，具有广阔的应用前景。

Description

一种钻井液用润滑剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钻井液用润滑剂及其制备方法，属于润滑剂制备技术领域。

背景技术

目前，钻井液润滑剂是一种重要的钻井液化学处理剂，它的作用是改善钻井液润滑性， 降低井壁与钻具(或套管)之间的摩擦，降低钻柱旋转扭矩和起下钻阻力，从而减少卡钻事 故的发生。在定向钻井技术飞速发展的今天，特别是水平井施工对于减小阻力的要求日渐 提高，对钻井液润滑剂的要求越来越高。但是目前钻井液用常规润滑剂极压膜强度低、抗温性能差、润滑效果有限。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种钻井液用润滑剂及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种钻井液用润滑剂及其制备方法。

本发明的一种钻井液用润滑剂，其特征在于：按重量份数计，包括以下原料：

60～70份润滑剂基础油；

10～12份润滑微米球；

30～40份三乙醇胺；

10～15份硬脂酸钾；

所述润滑剂基础油是由煤焦油和表面活性剂混合制得的；由于煤焦油中绝大部分为带侧链或不带侧链的多环、稠环化合物和含氧、硫、氮的杂环化合物，还夹带有煤尘、焦尘和热解炭，其中的煤尘、焦尘和热解炭本身具备较好的减磨润滑效果，另外，在钻井的高温作用下，煤焦油会生成沥青成分通过在页岩表面黏附，封堵页岩的孔隙，形成了一层憎水油膜，也具有一定的润滑作用，而煤焦油和表面活性剂中的氮、磷、硫等极压元素，可以和金属润滑层之间生产极压润滑层，进一步提高润滑剂的润滑效果和耐高温效果；

所述润滑微米球是由硝酸锌、硫脲、二乙烯三胺和蒸馏水混合反应制得的。本发明的润滑微米球成分为硫化锌，其作为纳米球颗粒，能够在高频往复运动中，像滚珠一样快速填充到摩擦界面的间隙中间，减少了摩擦副之间的直接接触，降低了磨损量，起到润滑效果，此外润滑微米球在滚动的过程中，会和钻头界面发生摩擦化学反应，形成摩擦化学反应膜，为后续极压膜强度的提高做准备。

进一步的，所述润滑剂基础油中的表面活性剂为十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱。十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱作为含氮、磷元素的表面活性剂，在和煤焦油复配之后，由于十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱具有较强的吸附性，在添加到钻井液中工作时，活性剂分子吸附在金属钻头和黏土表面上，在金属钻头和粘土表面上形成牢固的吸附膜，由于金属钻头表面或粘土表面的亲水性，按极性相近规则吸附的表面活性剂可使这些表面反转为亲油表面，从而使煤焦油能在金属表面或粘土表面形成均匀的油膜，这种定向吸附使亲油基朝外，所以金属钻头表面与粘土颗粒表面之间的固-固摩擦变成油膜之间的摩擦，从而减少金属部件的磨损。

进一步的，所述润滑微米球还可以是改性润滑微米球颗粒；

所述改性润滑微米球颗粒是由碳包覆润滑微米球颗粒和1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐以及三乙醇胺混合反应后制得的；

所述碳包覆润滑微米球颗粒是由润滑微米球和胶体石墨、黑索今混合爆轰反应制得的。本发明通过爆轰法在润滑微米球表面包覆碳层，再用功能化离子液对其表面进行改性，向碳包覆润滑微米球表面引入离子液基团，这些离子液基团能够通过静电作用改善改性润滑微米球颗粒在摩擦界面的嵌入稳定性，促进了界面摩擦膜的生成，界面摩擦膜有效的避免了摩擦副界面的直接接触，进一步提高了润滑剂的润滑效果；

一种钻井液用润滑剂的制备方法，具体制备步骤为：

称取润滑剂基础油、改性润滑微米球颗粒、三乙醇胺、硬脂酸钾混合后装入胶体磨中，研磨混合1～2h后出料，得到钻井液用润滑剂。本发明将润滑剂基础油和改性润滑微米球颗粒复配使用，利用两者协同作用，提高润滑膜硬度和耐高温性，具体机理为在润滑剂基础油中掺入改性润滑微米球颗粒后，硫化锌润滑微米球作为软金属化合物颗粒在摩擦表面微凸体或粗糙峰强烈碰撞和摩擦热能作用下，参与局部冶金反应，改变了摩擦表面的物质成分，起到表面改性作用，摩擦部新生表面具有化学活性和催化作用，在极压摩擦产生的局部高温作用下，使微晶单质在摩擦副表面形成具有磨损补偿作用的熔融合金膜，从而起到减摩抗磨作用，提高了极压润滑性能，并且这层合金膜有效提高了极压膜强度和耐高温性能，此外，润滑基础油中的氮、磷、硫极压元素会在摩擦过程中在合金膜表层发生反应生成坚硬的化学膜层，进一步提高了极压膜强度和耐高温性能。

进一步的，所述润滑剂基础油的制备步骤为：

按质量比为10:1将煤焦油和表面活性剂十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱混合后得到润滑剂基础油。

进一步的，所述改性润滑微米球颗粒的制备步骤为：

按质量比为1:5将1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐和三乙醇胺加入圆底烧瓶中，将烧瓶在氮气保护下置于油浴锅中加热至250～260℃，在磁力搅拌下向烧杯中快速加入三乙醇胺质量10%的碳包覆润滑微米球颗粒，保温反应6h后过滤分离得到滤饼，在真空干燥箱中以60～70℃的温度干燥12h得到改性润滑微米球颗粒。

进一步的，所述碳包覆润滑微米球颗粒的制备步骤为：

按重量份数计，称取3～5份润滑微米球、6～7份胶体石墨、10～12份黑索今混合放入高压密闭容器内，向高压密闭容器中充满体积比为3︰1的氮气和氩气的混合气，用引线爆轰后，静置10～15min，收集得到碳包覆润滑微米球颗粒。

进一步的，所述润滑微米球的制备步骤为：

按摩尔比为1:1:6:55将硝酸锌、硫脲、二乙烯三胺和蒸馏水混合后装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封，在170～180℃下静置晶化反应10～12h，反应结束后洗涤、离心、过滤分离得到滤渣，在100～105℃下烘干至恒重，得到润滑微米球。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

（1）本发明的润滑微米球成分为硫化锌，其作为纳米球颗粒，能够在高频往复运动中，像滚珠一样快速填充到摩擦界面的间隙中间，减少了摩擦副之间的直接接触，降低了磨损量，起到润滑效果，此外润滑微米球在滚动的过程中，会和钻头界面发生摩擦化学反应，形成摩擦化学反应膜，为后续极压膜强度的提高做准备，之后本发明通过爆轰法在润滑微米球表面包覆碳层，再用功能化离子液对其表面进行改性，向碳包覆润滑微米球表面引入离子液基团，这些离子液基团能够通过静电作用改善改性润滑微米球颗粒在摩擦界面的嵌入稳定性，促进了界面摩擦膜的生成，界面摩擦膜有效的避免了摩擦副界面的直接接触，进一步提高了润滑剂的润滑效果；

（2）由于煤焦油中绝大部分为带侧链或不带侧链的多环、稠环化合物和含氧、硫、氮的杂环化合物，还夹带有煤尘、焦尘和热解炭，其中的煤尘、焦尘和热解炭本身具备较好的减磨润滑效果，而十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱作为含氮、磷元素的表面活性剂，在和煤焦油复配之后，由于十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱具有较强的吸附性，在添加到钻井液中工作时，活性剂分子吸附在金属钻头和黏土表面上，在金属钻头和粘土表面上形成牢固的吸附膜，由于金属钻头表面或粘土表面的亲水性，按极性相近规则吸附的表面活性剂可使这些表面反转为亲油表面，从而使煤焦油能在金属表面或粘土表面形成均匀的油膜，这种定向吸附使亲油基朝外，所以金属钻头表面与粘土颗粒表面之间的固-固摩擦变成油膜之间的摩擦，从而减少金属部件的磨损，另外，在钻井的高温作用下，煤焦油会生成沥青成分通过在页岩表面黏附，封堵页岩的孔隙，形成了一层憎水油膜，也具有一定的润滑作用，而煤焦油和表面活性剂中的氮、磷、硫等极压元素，可以和金属润滑层之间生产极压润滑层，进一步提高润滑剂的润滑效果和耐高温效果；

（3）本发明将润滑剂基础油和改性润滑微米球颗粒复配使用，利用两者协同作用，提高润滑膜硬度和耐高温性，具体机理为在润滑剂基础油中掺入改性润滑微米球颗粒后，硫化锌润滑微米球作为软金属化合物颗粒在摩擦表面微凸体或粗糙峰强烈碰撞和摩擦热能作用下，参与局部冶金反应，改变了摩擦表面的物质成分，起到表面改性作用，摩擦部新生表面具有化学活性和催化作用，在极压摩擦产生的局部高温作用下，使微晶单质在摩擦副表面形成具有磨损补偿作用的熔融合金膜，从而起到减摩抗磨作用，提高了极压润滑性能，并且这层合金膜有效提高了极压膜强度和耐高温性能，此外，润滑基础油中的氮、磷、硫极压元素会在摩擦过程中在合金膜表层发生反应生成坚硬的化学膜层，进一步提高了极压膜强度和耐高温性能，具有广阔的应用前景。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

（1）按摩尔比为1:1:6:55将硝酸锌、硫脲、二乙烯三胺和蒸馏水混合后装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封，在170～180℃下静置晶化反应10～12h，反应结束后洗涤、离心、过滤分离得到滤渣，在100～105℃下烘干至恒重，得到润滑微米球；

（2）按重量份数计，称取3～5份润滑微米球、6～7份胶体石墨、10～12份黑索今混合放入高压密闭容器内，向高压密闭容器中充满体积比为3︰1的氮气和氩气的混合气，用引线爆轰后，静置10～15min，收集得到碳包覆润滑微米球颗粒；

（3）按质量比为1:5将1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐和三乙醇胺加入圆底烧瓶中，将烧瓶在氮气保护下置于油浴锅中加热至250～260℃，在磁力搅拌下向烧杯中快速加入三乙醇胺质量10%的碳包覆润滑微米球颗粒，保温反应6h后过滤分离得到滤饼，在真空干燥箱中以60～70℃的温度干燥12h得到改性润滑微米球颗粒；本发明的润滑微米球成分为硫化锌，其作为纳米球颗粒，能够在高频往复运动中，像滚珠一样快速填充到摩擦界面的间隙中间，减少了摩擦副之间的直接接触，降低了磨损量，起到润滑效果，此外润滑微米球在滚动的过程中，会和钻头界面发生摩擦化学反应，形成摩擦化学反应膜，为后续极压膜强度的提高做准备，之后本发明通过爆轰法在润滑微米球表面包覆碳层，再用功能化离子液对其表面进行改性，向碳包覆润滑微米球表面引入离子液基团，这些离子液基团能够通过静电作用改善改性润滑微米球颗粒在摩擦界面的嵌入稳定性，促进了界面摩擦膜的生成，界面摩擦膜有效的避免了摩擦副界面的直接接触，进一步提高了润滑剂的润滑效果；

（4）按质量比为10:1将煤焦油和表面活性剂十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱混合后得到润滑剂基础油；由于煤焦油中绝大部分为带侧链或不带侧链的多环、稠环化合物和含氧、硫、氮的杂环化合物，还夹带有煤尘、焦尘和热解炭，其中的煤尘、焦尘和热解炭本身具备较好的减磨润滑效果，而十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱作为含氮、磷元素的表面活性剂，在和煤焦油复配之后，由于十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱具有较强的吸附性，在添加到钻井液中工作时，活性剂分子吸附在金属钻头和黏土表面上，在金属钻头和粘土表面上形成牢固的吸附膜，由于金属钻头表面或粘土表面的亲水性，按极性相近规则吸附的表面活性剂可使这些表面反转为亲油表面，从而使煤焦油能在金属表面或粘土表面形成均匀的油膜，这种定向吸附使亲油基朝外，所以金属钻头表面与粘土颗粒表面之间的固-固摩擦变成油膜之间的摩擦，从而减少金属部件的磨损，另外，在钻井的高温作用下，煤焦油会生成沥青成分通过在页岩表面黏附，封堵页岩的孔隙，形成了一层憎水油膜，也具有一定的润滑作用，而煤焦油和表面活性剂中的氮、磷、硫等极压元素，可以和金属润滑层之间生产极压润滑层，进一步提高润滑剂的润滑效果和耐高温效果；

（5）按重量份数计，称取60～70份润滑剂基础油、10～12份改性润滑微米球颗粒、30～40份三乙醇胺、10～15份硬脂酸钾混合后装入胶体磨中，研磨混合1～2h后出料，得到钻井液用润滑剂。本发明将润滑剂基础油和改性润滑微米球颗粒复配使用，利用两者协同作用，提高润滑膜硬度和耐高温性，具体机理为在润滑剂基础油中掺入改性润滑微米球颗粒后，硫化锌润滑微米球作为软金属化合物颗粒在摩擦表面微凸体或粗糙峰强烈碰撞和摩擦热能作用下，参与局部冶金反应，改变了摩擦表面的物质成分，起到表面改性作用，摩擦部新生表面具有化学活性和催化作用，在极压摩擦产生的局部高温作用下，使微晶单质在摩擦副表面形成具有磨损补偿作用的熔融合金膜，从而起到减摩抗磨作用，提高了极压润滑性能，并且这层合金膜有效提高了极压膜强度和耐高温性能，此外，润滑基础油中的氮、磷、硫极压元素会在摩擦过程中在合金膜表层发生反应生成坚硬的化学膜层，进一步提高了极压膜强度和耐高温性能，具有广阔的应用前景。

实施例

实施例1

按摩尔比为1:1:6:55将硝酸锌、硫脲、二乙烯三胺和蒸馏水混合后装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封，在170℃下静置晶化反应10h，反应结束后洗涤、离心、过滤分离得到滤渣，在100℃下烘干至恒重，得到润滑微米球；

按重量份数计，称取3份润滑微米球、6份胶体石墨、10份黑索今混合放入高压密闭容器内，向高压密闭容器中充满体积比为3︰1的氮气和氩气的混合气，用引线爆轰后，静置10min，收集得到碳包覆润滑微米球颗粒；

按质量比为1:5将1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐和三乙醇胺加入圆底烧瓶中，将烧瓶在氮气保护下置于油浴锅中加热至250℃，在磁力搅拌下向烧杯中快速加入三乙醇胺质量10%的碳包覆润滑微米球颗粒，保温反应6h后过滤分离得到滤饼，在真空干燥箱中以60℃的温度干燥12h得到改性润滑微米球颗粒；

按质量比为10:1将煤焦油和表面活性剂十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱混合后得到润滑剂基础油；

按重量份数计，称取60份润滑剂基础油、10份改性润滑微米球颗粒、30份三乙醇胺、10份硬脂酸钾混合后装入胶体磨中，研磨混合1h后出料，得到钻井液用润滑剂。

实施例2

按摩尔比为1:1:6:55将硝酸锌、硫脲、二乙烯三胺和蒸馏水混合后装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封，在175℃下静置晶化反应11h，反应结束后洗涤、离心、过滤分离得到滤渣，在103℃下烘干至恒重，得到润滑微米球；

按重量份数计，称取4份润滑微米球、6份胶体石墨、11份黑索今混合放入高压密闭容器内，向高压密闭容器中充满体积比为3︰1的氮气和氩气的混合气，用引线爆轰后，静置13min，收集得到碳包覆润滑微米球颗粒；

按质量比为1:5将1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐和三乙醇胺加入圆底烧瓶中，将烧瓶在氮气保护下置于油浴锅中加热至255℃，在磁力搅拌下向烧杯中快速加入三乙醇胺质量10%的碳包覆润滑微米球颗粒，保温反应6h后过滤分离得到滤饼，在真空干燥箱中以65℃的温度干燥12h得到改性润滑微米球颗粒；

按质量比为10:1将煤焦油和表面活性剂十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱混合后得到润滑剂基础油；

按重量份数计，称取65份润滑剂基础油、11份改性润滑微米球颗粒、35份三乙醇胺、13份硬脂酸钾混合后装入胶体磨中，研磨混合2h后出料，得到钻井液用润滑剂。

实施例3

按摩尔比为1:1:6:55将硝酸锌、硫脲、二乙烯三胺和蒸馏水混合后装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封，在180℃下静置晶化反应12h，反应结束后洗涤、离心、过滤分离得到滤渣，在105℃下烘干至恒重，得到润滑微米球；

按重量份数计，称取5份润滑微米球、7份胶体石墨、12份黑索今混合放入高压密闭容器内，向高压密闭容器中充满体积比为3︰1的氮气和氩气的混合气，用引线爆轰后，静置15min，收集得到碳包覆润滑微米球颗粒；

按质量比为1:5将1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐和三乙醇胺加入圆底烧瓶中，将烧瓶在氮气保护下置于油浴锅中加热至260℃，在磁力搅拌下向烧杯中快速加入三乙醇胺质量10%的碳包覆润滑微米球颗粒，保温反应6h后过滤分离得到滤饼，在真空干燥箱中以70℃的温度干燥12h得到改性润滑微米球颗粒；

按质量比为10:1将煤焦油和表面活性剂十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱混合后得到润滑剂基础油；

按重量份数计，称取70份润滑剂基础油、12份改性润滑微米球颗粒、40份三乙醇胺、15份硬脂酸钾混合后装入胶体磨中，研磨混合2h后出料，得到钻井液用润滑剂。

实施例4

实施例4中不添加本发明的改性润滑微米球颗粒，其他条件和组分比例均与实施例1中相同。

实施例5

实施例5中不添加表面活性剂十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱，其他条件和组分比例均与实施例1中相同。

性能检测试验

分别对实施例1～5进行性能检测，检测结果如表1所示；

检测方法/试验方法

1、润滑性检测

（1）基浆配制：配基浆多份，每份按水：膨润土：无水碳酸钠=100：8：0.25的比例加料，高速搅拌20 分钟后，再密闭养护24小时备用。

（2）润滑系数的测定

向基浆中分别加入实施例中的润滑剂，润滑剂加入量为基浆质量的1.2%，用高搅机搅拌40分钟。测定基浆加药品前后及高温处理前后各体系的润滑系数、流变性。测定润滑系数的方法依据SY/T6094-94钻井液用润滑剂评价程序。按式η=（W-W1）/W×100%计算润滑系数降低率，式中η-润滑系数降低率%；W-基浆润滑系数；W1-基浆加入润滑剂后的润滑系数，润滑系数降低率越大，润滑剂的润滑效果越好。

2、吸附性检测

通过测定接触角的方法来评价表面活性剂在钢铁表面的吸附性。测定时先向基浆中加入实施例中的润滑剂，润滑剂加入量为基浆质量的1.2%，然后放入干净的钢片浸泡16个小时，再将蒸馏水滴到处理过的钢片表面上并用接触角测定仪测其接触角。接触角越大，说明处理过的钢片表面亲油性越强，亦即表面活性剂在亲水钢铁表面上的吸附性越强，润湿反转能力越强。

3、极压膜强度检测

可以用极压膜强度表示体系的极压性能。极压膜强度值越大，润滑剂的极压性能越强。向基浆中分别加入实施例中所制备的润滑剂，在极压润滑仪上分别测定基浆及加入润滑剂后各体系的极压膜强度。

4、耐温性检测

在基浆中加入实施例中的润滑剂后在200℃下老化16小时后检测体系润滑性，观察高温老化后的润滑剂体系润滑性变化情况，变化情况越小，说明耐高温性越强。

表1 性能检测结果

将实施例1～3中检测数据进行性能对比，其中实施例3中的润滑剂性能数据表现最佳，这是由于实施例3中添加的物料比例最高，也从侧面反映了本发明的技术方案是可以实施的。

将实施例1和实施例4的检测数据进行性能对比，由于实施例4中没有添加本发明的改性润滑微米球颗粒，最终的润滑剂性能数据和耐温性数据都显著降低，由此可以证实本发明的润滑微米球成分为硫化锌，其作为纳米球颗粒，能够在高频往复运动中，像滚珠一样快速填充到摩擦界面的间隙中间，减少了摩擦副之间的直接接触，降低了磨损量，起到润滑效果，此外润滑微米球在滚动的过程中，会和钻头界面发生摩擦化学反应，形成摩擦化学反应膜，为后续极压膜强度的提高做准备，之后本发明通过爆轰法在润滑微米球表面包覆碳层，再用功能化离子液对其表面进行改性，向碳包覆润滑微米球表面引入离子液基团，这些离子液基团能够通过静电作用改善改性润滑微米球颗粒在摩擦界面的嵌入稳定性，促进了界面摩擦膜的生成，界面摩擦膜有效的避免了摩擦副界面的直接接触，进一步提高了润滑剂的润滑效果；

将实施例1和实施例5的检测数据进行性能对比，由于实施例5中不添加表面活性剂十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱，其他条件和组分比例均与实施例1中相同，最终的表观黏度显著降低，由此可见十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱具有较强的吸附性，在添加到钻井液中工作时，活性剂分子吸附在金属钻头和黏土表面上，在金属钻头和粘土表面上形成牢固的吸附膜，由于金属钻头表面或粘土表面的亲水性，按极性相近规则吸附的表面活性剂可使这些表面反转为亲油表面，从而使煤焦油能在金属表面或粘土表面形成均匀的油膜，这种定向吸附使亲油基朝外，所以金属钻头表面与粘土颗粒表面之间的固-固摩擦变成油膜之间的摩擦，从而减少金属部件的磨损。

对照例

对照例1

对照例1中直接使用润滑微米球代替本发明的改性润滑微米球颗粒，其他条件和组分比例均与实施例1中相同。

对照例2

对照例2中直接使用大豆油代替本发明的煤焦油，其他条件和组分比例均与实施例1中相同。

对照例3

对照例3中直接使用微米级的活性炭球体代替本发明的润滑微米球，其他条件和组分比例均与实施例1中相同。

对照例4

对照例4中直接使用废机油代替本发明的润滑剂基础油，其他条件和组分比例均与实施例1中相同。

性能检测试验

分别对对照例1～4进行性能检测，检测结果如表2所示；

检测方法/试验方法

1、润滑性检测

（1）基浆配制：配基浆多份，每份按水：膨润土：无水碳酸钠=100：8：0.25的比例加料，高速搅拌20 分钟后，再密闭养护24小时备用。

（2）润滑系数的测定

向基浆中分别加入实施例中的润滑剂，润滑剂加入量为基浆质量的1.2%，用高搅机搅拌40分钟。测定基浆加药品前后及高温处理前后各体系的润滑系数、流变性。测定润滑系数的方法依据SY/T6094-94钻井液用润滑剂评价程序。按式η=（W-W1）/W×100%计算润滑系数降低率，式中η-润滑系数降低率%；W-基浆润滑系数；W1-基浆加入润滑剂后的润滑系数，润滑系数降低率越大，润滑剂的润滑效果越好。

2、吸附性检测

通过测定接触角的方法来评价表面活性剂在钢铁表面的吸附性。测定时先向基浆中加入实施例中的润滑剂，润滑剂加入量为基浆质量的1.2%，然后放入干净的钢片浸泡16个小时，再将蒸馏水滴到处理过的钢片表面上并用接触角测定仪测其接触角。接触角越大，说明处理过的钢片表面亲油性越强，亦即表面活性剂在亲水钢铁表面上的吸附性越强，润湿反转能力越强。

3、极压膜强度检测

可以用极压膜强度表示体系的极压性能。极压膜强度值越大，润滑剂的极压性能越强。向基浆中分别加入实施例中所制备的润滑剂，在极压润滑仪上分别测定基浆及加入润滑剂后各体系的极压膜强度。

4、耐温性检测

在基浆中加入实施例中的润滑剂后在200℃下老化16小时后检测体系润滑性，观察高温老化后的润滑剂体系润滑性变化情况，变化情况越小，说明耐高温性越强。

表2 性能检测结果

（1）将实施例1和对照例1的性能检测数据进行性能对比，由于对照例1中直接使用润滑微米球代替本发明的改性润滑微米球颗粒，其他条件和组分比例均与实施例1中相同，最终的性能检测结果具有明显降低，但是性能却由于实施例4中直接不添加改性润滑微米球颗粒的情形，这也证实了本发明的润滑微米球成分为硫化锌，其作为纳米球颗粒，能够在高频往复运动中，像滚珠一样快速填充到摩擦界面的间隙中间，减少了摩擦副之间的直接接触，降低了磨损量，起到润滑效果，此外润滑微米球在滚动的过程中，会和钻头界面发生摩擦化学反应，形成摩擦化学反应膜，为后续极压膜强度的提高做准备，之后本发明通过爆轰法在润滑微米球表面包覆碳层，再用功能化离子液对其表面进行改性，向碳包覆润滑微米球表面引入离子液基团，这些离子液基团能够通过静电作用改善改性润滑微米球颗粒在摩擦界面的嵌入稳定性，促进了界面摩擦膜的生成，界面摩擦膜有效的避免了摩擦副界面的直接接触，进一步提高了润滑剂的润滑效果；

（2）将实施例1和对照例2中的性能检测数据进行性能对比，由于对照例2对照例2中直接使用大豆油代替本发明的煤焦油，其他条件和组分比例均与实施例1中相同，最终的润滑性能和耐高温性能有所降低，但是降低不明显，由此可以证实由于煤焦油中绝大部分为带侧链或不带侧链的多环、稠环化合物和含氧、硫、氮的杂环化合物，还夹带有煤尘、焦尘和热解炭，其中的煤尘、焦尘和热解炭本身具备较好的减磨润滑效果以及在钻井的高温作用下，煤焦油会生成沥青成分通过在页岩表面黏附，封堵页岩的孔隙，形成了一层憎水油膜，也具有一定的润滑作用，而煤焦油和表面活性剂中的氮、磷、硫等极压元素，可以和金属润滑层之间生产极压润滑层，进一步提高润滑剂的润滑效果和耐高温效果；

（3）将实施例1和对照例3和4中的性能检测数据进行性能对比，由于对照例3中直接使用微米级的活性炭球体代替本发明的润滑微米球，其他条件和组分比例均与实施例1中相同，对照例4中直接使用废机油代替本发明的润滑剂基础油，其他条件和组分比例均与实施例1中相同；最终润滑性能和耐高温性能都有所降低，这是因为对照例3和对照例4都是用其中有效组分的类似物进行替代，导致有效组分之间无法协同发挥功效导致的，这也从侧面证实了本发明将润滑剂基础油和改性润滑微米球颗粒复配使用，利用两者协同作用，提高润滑膜硬度和耐高温性，具体机理为在润滑剂基础油中掺入改性润滑微米球颗粒后，硫化锌润滑微米球作为软金属化合物颗粒在摩擦表面微凸体或粗糙峰强烈碰撞和摩擦热能作用下，参与局部冶金反应，改变了摩擦表面的物质成分，起到表面改性作用，摩擦部新生表面具有化学活性和催化作用，在极压摩擦产生的局部高温作用下，使微晶单质在摩擦副表面形成具有磨损补偿作用的熔融合金膜，从而起到减摩抗磨作用，提高了极压润滑性能，并且这层合金膜有效提高了极压膜强度和耐高温性能，此外，润滑基础油中的氮、磷、硫极压元素会在摩擦过程中在合金膜表层发生反应生成坚硬的化学膜层，进一步提高了极压膜强度和耐高温性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种钻井液用润滑剂，其特征在于：按重量份数计，包括以下原料：

60～70份润滑剂基础油；

10～12份润滑微米球；

30～40份三乙醇胺；

10～15份硬脂酸钾；

所述润滑剂基础油是由煤焦油和表面活性剂混合制得的；

所述润滑微米球是由硝酸锌、硫脲、二乙烯三胺和蒸馏水混合反应制得的。

2.根据权利要求1所述的一种钻井液用润滑剂，其特征在于：所述润滑剂基础油中的表面活性剂为十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱。

3.根据权利要求1所述的一种钻井液用润滑剂，其特征在于：所述润滑微米球还可以是改性润滑微米球颗粒；

所述改性润滑微米球颗粒是由碳包覆润滑微米球颗粒和1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐以及三乙醇胺混合反应后制得的；

所述碳包覆润滑微米球颗粒是由润滑微米球和胶体石墨、黑索今混合爆轰反应制得的。

4.一种钻井液用润滑剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

称取润滑剂基础油、改性润滑微米球颗粒、三乙醇胺、硬脂酸钾混合后装入胶体磨中，研磨混合1～2h后出料，得到钻井液用润滑剂。

5.根据权利要求4所述的一种钻井液用润滑剂的制备方法，其特征在于：所述润滑剂基础油的制备步骤为：

按质量比为10:1将煤焦油和表面活性剂十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱混合后得到润滑剂基础油。

6.根据权利要求4所述的一种钻井液用润滑剂的制备方法，其特征在于：所述改性润滑微米球颗粒的制备步骤为：

按质量比为1:5将1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐和三乙醇胺加入圆底烧瓶中，将烧瓶在氮气保护下置于油浴锅中加热至250～260℃，在磁力搅拌下向烧杯中快速加入三乙醇胺质量10%的碳包覆润滑微米球颗粒，保温反应6h后过滤分离得到滤饼，在真空干燥箱中以60～70℃的温度干燥12h得到改性润滑微米球颗粒。

7.根据权利要求6所述的一种钻井液用润滑剂的制备方法，其特征在于：所述碳包覆润滑微米球颗粒的制备步骤为：

按重量份数计，称取3～5份润滑微米球、6～7份胶体石墨、10～12份黑索今混合放入高压密闭容器内，向高压密闭容器中充满体积比为3︰1的氮气和氩气的混合气，用引线爆轰后，静置10～15min，收集得到碳包覆润滑微米球颗粒。

8.根据权利要求7所述的一种钻井液用润滑剂的制备方法，其特征在于：所述润滑微米球的制备步骤为：

按摩尔比为1:1:6:55将硝酸锌、硫脲、二乙烯三胺和蒸馏水混合后装入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封，在170～180℃下静置晶化反应10～12h，反应结束后洗涤、离心、过滤分离得到滤渣，在100～105℃下烘干至恒重，得到润滑微米球。