CN113214804A - 一种润滑剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种润滑剂，包括：水、金属氧化物、纳米硼酸盐、有机金属化合物、润湿剂和悬浮剂，其中，所述有机金属化合物为二烷基二硫代磷酸盐和/或二烷基二硫代磷酸复酯盐。通过金属氧化物、纳米硼酸盐和二烷基二硫代磷酸盐和/或二烷基二硫代磷酸复酯盐的配合使用，使得本发明所提供的润滑剂能够在水基钻井液中良好分散且润滑性能优异。

Description

一种润滑剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及油田钻井液领域，具体涉及一种润滑剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着油气资源的日益枯竭，深水平井钻井已逐渐成为开发深层油气藏的重要技术手段。由于油气藏埋藏深、造斜点深，深水平井造斜段和水平段钻进过程中存在较高的摩阻和扭矩，不仅严重影响了钻进速度和井眼轨迹控制，同时也威胁到钻井作业的安全，是制约深水平井水平段延伸长度的核心难题，这对钻井液的润滑性能提出了较高的要求。
润滑剂是钻井液的重要添加剂，其作用是降低钻具与井壁及钻具与金属套管间的摩擦阻力，防止泥包钻头，进而起到提高钻速、防止卡钻、减缓钻具磨损的目的。现有技术的钻井液润滑剂包括液体润滑剂和固体润滑剂两大类。液体润滑剂多为精制矿物油、聚α-烯烃、植物油、改性植物油、合成脂肪酸酯类产品。这些产品普遍存在影响钻井液流变性、易起泡、易消耗等缺点，而酯类润滑剂更是因抗温耐盐性能有限而制约了在盐水钻井液及深井超深井中的应用。因此，在一些高温高盐等严苛井下环境中，往往使用不受温度和盐类影响的固体颗粒润滑剂。固体颗粒润滑剂产品主要包括合成聚合物小球、玻璃小球、陶瓷小球等球型颗粒和石墨类具有片层结构的颗粒。
例如，美国专利US 2006/0122070 A1描述了一种球形石墨作为水基钻井液润滑剂，石墨颗粒的平均粒径大于125μm(120目)，且超过65％的石墨颗粒能够通过80目筛网。专利WO2009/035758中描述了一种适用于高温高压深井和深水平井水基钻井液的固体润滑剂。该润滑剂的主要成分为球状石油焦(60～100目)，是重油流化焦化或延迟焦化的副产物。
然而现有技术的固体润滑剂(例如聚苯乙烯小球、石墨、石油焦等)通常表面呈疏水性，在水基钻井液中难以稳定分散，容易发生团聚。团聚一方面会导致固体润滑剂颗粒容易被振动筛筛除；另一方面也会造成润滑剂颗粒在钻井液中分布不均，从而削弱了润滑效果。
美国专利US 2006/0122070 A1描述了一种球形石墨作为水基钻井液润滑剂，石墨颗粒的平均粒径大于120目，且超过65％的石墨颗粒能够通过80目筛网。但是石墨在水基钻井液中难以稳定分散，容易团聚而被振动筛筛除。而且，该专利的润滑组分单一，润滑效果有限。
此外，现有技术的钻井液固体润滑剂颗粒粒度均为微米或亚微米级，难以有效填充摩擦表面的微缝隙，而纳米颗粒则能够沉积并有效填充金属摩擦表面粗糙的微缝隙，在相互接触的摩擦面间形成一层保护膜，有效降低摩擦面的摩擦系数，并减轻磨损。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种润滑剂，通过金属氧化物、纳米硼酸盐和二烷基二硫代磷酸盐/或二烷基二硫代磷酸复酯盐的配合使用，使得本发明所提供的润滑剂能够在水基钻井液中良好分散且润滑性能优异。
本发明的目的之二在于提供一种与目的之一相对应的润滑剂的制备方法。
本发明的目的之三在于提供一种与目的之一和目的之二相对应的润滑剂的应用。
为实现上述目的之一，本发明采用的技术方案如下：
一种润滑剂，包括：水、金属氧化物、纳米硼酸盐、有机金属化合物、润湿剂和悬浮剂，其中，所述有机金属化合物为二烷基二硫代磷酸盐和/或二烷基二硫代磷酸复酯盐。
本申请的发明人经研究发现，金属氧化物和纳米硼酸盐能够有效的填充金属摩擦面粗糙的微缝隙，在相互接触的摩擦面间形成一层保护膜，有效降低摩擦面的摩擦系数，并减轻磨损。其中，金属氧化物在降低摩擦系数方面效果突出，而纳米硼酸盐则能够有效保护金属摩擦面，减轻磨损。二烷基二硫代磷酸盐在高温、高摩擦环境下能够与金属发生化学反应并在金属表面形成一层保护膜，有效减轻金属磨损。发明人发现，金属氧化物、纳米硼酸盐和二烷基二硫代磷酸盐和/或二烷基二硫代磷酸复酯盐组合在一起使用会起到协同增效作用，比单独使用其中一种组分的润滑效果更好。
根据本发明，所述水可以是蒸馏水或去离子水。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述润滑剂中，以所述水的含量为100重量份计，所述金属氧化物的含量为1～10重量份，优选为2～4重量份。
根据本发明，以所述水的含量为100重量份计，所述金属氧化物的含量可列举为1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份、10重量份以及它们之间的任意值。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述润滑剂中，以所述水的含量为100重量份计，所述纳米硼酸盐的含量为1～10重量份，优选为3～6重量份。
根据本发明，以所述水的含量为100重量份计，所述纳米硼酸盐的含量可列举为1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份、10重量份以及它们之间的任意值。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述润滑剂中，以所述水的含量为100重量份计，所述有机金属化合物的含量为1～10重量份，优选为3～6重量份。
根据本发明，以所述水的含量为100重量份计，所述有机金属化合物的含量可列举为1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份、10重量份以及它们之间的任意值。
根据本发明，所述有机金属化合物可以是二烷基二硫代磷酸盐，也可以是二烷基二硫代磷酸复酯盐，还可以同时包括二烷基二硫代磷酸盐和二烷基二硫代磷酸复酯盐。当所述有机金属化合物中同时包括二烷基二硫代磷酸盐和二烷基二硫代磷酸复酯盐时，二烷基二硫代磷酸盐和二烷基二硫代磷酸复酯盐可以以任意比例互混，优选为二烷基二硫代磷酸盐和二烷基二硫代磷酸复酯盐的质量比为(0.1～10):1。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述润滑剂中，以所述水的含量为100重量份计，所述润湿剂的含量为0.1～5重量份，优选为0.2～3重量份。
根据本发明，以所述水的含量为100重量份计，所述润湿剂的含量可列举为0.1重量份、0.5重量份、1.0重量份、1.5重量份、2.0重量份、2.5重量份、3.0重量份、3.5重量份、4.0重量份、4.5重量份、5.0重量份以及它们之间的任意值。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述润滑剂中，以所述水的含量为100重量份计，所述悬浮剂的含量为0.1～5重量份，优选为0.2～3重量份。
根据本发明，以所述水的含量为100重量份计，所述悬浮剂的含量可列举为0.1重量份、0.5重量份、1.0重量份、1.5重量份、2.0重量份、2.5重量份、3.0重量份、3.5重量份、4.0重量份、4.5重量份、5.0重量份以及它们之间的任意值。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述金属氧化物、纳米硼酸盐和有机金属化合物的质量比为1:(0.1～10):(0.1～10)。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述金属氧化物、纳米硼酸盐与有机金属化合物的质量比为1:(0.5～5):(0.5～5)。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述金属氧化物、纳米硼酸盐与有机金属化合物的质量比为1:(1～1.5):(1～1.5)。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述金属氧化物、纳米硼酸盐与有机金属化合物的质量比为1:(1～1.5):(1.5～3)。
根据本发明，金属氧化物、纳米硼酸盐和有机金属化合物的质量比在上述范围内时，能够更好的发挥协同作用。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述金属氧化物选自二氧化钛、氧化锌、氧化铜、氧化锆和铝酸锌中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述金属氧化物选自二氧化钛、氧化锌和铝酸锌中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述金属氧化物为二氧化钛和/或氧化锌。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述金属氧化物的粒径为10nm～200nm，优选为20nm～100nm，更优选为20nm～50nm。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述纳米硼酸盐选自纳米硼酸钛、纳米硼酸铈、纳米硼酸铁、纳米硼酸镁和纳米硼酸锌中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述纳米硼酸盐选自纳米硼酸钛、纳米硼酸铁和纳米硼酸锌中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述纳米硼酸盐为纳米硼酸钛和/或纳米硼酸锌。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述纳米硼酸盐的粒径为50nm～500nm，优选为100nm～400nm，更优选为200nm～300nm。
根据本发明，金属氧化物和纳米硼酸盐的粒径不同，优选为相差一个数量级。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述二烷基二硫代磷酸盐选自二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代磷酸铜、二烷基二硫代磷酸钼、二烷基二硫代磷酸镉、二烷基二硫代磷酸铅、二烷基二硫代磷酸锑中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述二烷基二硫代磷酸盐为二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代磷酸铜和二烷基二硫代磷酸钼中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述二烷基二硫代磷酸复酯盐选自二烷基二硫代磷酸复酯锌、二烷基二硫代磷酸复酯铜、二烷基二硫代磷酸复酯钼、二烷基二硫代磷酸复酯镉、二烷基二硫代磷酸复酯铅、二烷基二硫代磷酸复酯锑中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述二烷基二硫代磷酸复酯盐为二烷基二硫代磷酸复酯锌、二烷基二硫代磷酸复酯铜和二烷基二硫代磷酸复酯钼中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述润湿剂为聚乙二醇和/或聚丙二醇。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述润湿剂的重均分子量为500～20000g/mol，优选为1000～10000g/mol，更优选为2000～6000g/mol，更优选为2000～4000g/mol。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述悬浮剂选自聚阴离子纤维素钠盐、黄原胶、羧甲基淀粉、海藻酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇中的至少一种。
为实现上述目的之二，本发明采用的技术方案如下：
一种上述的润滑剂的制备方法，包括：将包括所述水、所述金属氧化物、所述纳米硼酸盐、所述有机金属化合物、所述润湿剂和所述悬浮剂的原料混合，制得所述润滑剂。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述制备方法包括：
依次将所述润湿剂和所述悬浮剂加入到所述水中后，再将所述金属氧化物、所述纳米硼酸盐和所述有机金属化合物加入到所述水中，从而制得所述润滑剂。
根据本发明，润湿剂的作用是提高固体颗粒表面的亲水性，从而使固体颗粒能够良好地分散在水性介质中，不易因团聚而被筛除。悬浮剂的作用是通过改变固体颗粒表面的Zeta电位并通过空间位阻作用使亲水改性后的固体颗粒能够长期稳定的悬浮在水性介质中而不会团聚并沉降。将润湿剂和悬浮剂预先分散在水中制备成分散液，再将金属氧化物、纳米硼酸盐和所述有机金属化合物加入到水中，有利于提高固体颗粒在水中的分散性。
根据本发明，所述制备方法包括：在室温下将水加入到带有搅拌功能的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入润湿剂和悬浮剂，搅拌10～30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中；然后向反应釜中加入金属氧化物，搅拌0.5～1小时后加入纳米硼酸盐；搅拌10～30分钟后加入有机金属化合物，继续搅拌20～30分钟后，即得所述润滑剂。
为实现上述目的之三，本发明采用的技术方案如下：
一种上述的润滑剂或根据上述的制备方法制得的润滑剂在钻井液中的应用。
本发明提供的钻井液用润滑剂，与现有技术相比的主要优势在于：
(1)现有技术的钻井液用固体润滑剂颗粒粒径通常为微米和亚微米尺度，防磨减摩效果不如纳米颗粒；本发明的钻井液润用滑剂主要成分为不同种类、不同粒径范围的纳米颗粒的组合，具有比现有技术更优越的润滑效果，能够有效降低钻具金属表面的摩擦系数，并减轻钻具磨损；
(2)现有技术的钻井液固体润滑剂(例如聚苯乙烯小球、石墨、石油焦等)通常表面呈疏水性，在水基钻井液中难以稳定分散，容易发生团聚。团聚一方面会导致固体润滑剂颗粒容易被振动筛筛除；另一方面也会造成润滑剂颗粒在钻井液中分布不均，从而削弱了润滑效果。本发明通过加入润湿剂和悬浮剂，使得纳米颗粒在水基钻井液中可以良好分散、悬浮，避免了团聚和沉降；具有比现有技术更优、更持久的润滑效果；
(3)本发明的润滑剂是由多种纳米颗粒复配而成，粒径在纳米尺度范围内呈较宽分布，因而能够有效封堵泥页岩纳米-亚微米孔隙和微裂缝，阻止钻井液压力向地层深处传递，起到稳定泥页岩井壁的作用，这是现有技术润滑剂不具备的特点。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述说明。
在下述实施方式中，所采用的聚阴离子纤维素钠盐通过市购途径获得，商品型号为PAC-LV。
在本说明书的上下文中，“室温”是指约25℃～约35℃的温度条件。
实施例1
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入2kg纳米二氧化钛(平均粒径20nm)，搅拌1小时后加入3kg纳米硼酸钛(平均粒径200nm)。搅拌30分钟后加入3kg二烷基二硫代磷酸锌，继续搅拌30分钟后得到本发明的钻井液润滑剂A1，为黄褐色粘稠液体。
实施例2
按照实施例1中的方式制备钻井液润滑剂A2，不同之处仅在于调整纳米二氧化钛、纳米硼酸钛和二烷基二硫代磷酸锌的用量分别为4kg、6kg和6kg，具体地，
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入4kg纳米二氧化钛(平均粒径20nm)，搅拌1小时后加入6kg纳米硼酸钛(平均粒径200nm)。搅拌30分钟后加入6kg二烷基二硫代磷酸锌，继续搅拌30分钟后得到本发明的钻井液润滑剂A2，为黄褐色粘稠液体。
实施例3
按照实施例1中的方式制备钻井液润滑剂A3，不同之处仅在于调整二烷基二硫代磷酸锌的用量为6kg，具体地，
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入2kg纳米二氧化钛(平均粒径20nm)，搅拌1小时后加入3kg纳米硼酸钛(平均粒径200nm)。搅拌30分钟后加入6kg二烷基二硫代磷酸锌，继续搅拌30分钟后得到本发明的钻井液润滑剂A3，为黄褐色粘稠液体。
实施例4
按照实施例2中的方式制备钻井液润滑剂A4，不同之处仅在于调整纳米硼酸钛的粒径为300nm，具体地，
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入4kg纳米二氧化钛(平均粒径50nm)，搅拌1小时后加入6kg纳米硼酸钛(平均粒径300nm)。搅拌30分钟后加入6kg二烷基二硫代磷酸锌，继续搅拌30分钟后得到本发明的钻井液润滑剂A4，为黄褐色粘稠液体。
实施例5
按照实施例2中的方式制备钻井液润滑剂A5，不同之处仅在于调整纳米二氧化钛的粒径为20nm，具体地，
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入4kg纳米二氧化钛(平均粒径20nm)，搅拌1小时后加入6kg纳米硼酸钛(平均粒径300nm)。搅拌30分钟后加入6kg二烷基二硫代磷酸锌，继续搅拌30分钟后得到本发明的钻井液润滑剂A5，为黄褐色粘稠液体。
实施例6
按照实施例4中的方式制备钻井液润滑剂A6，不同之处仅在于采用纳米硼酸锌替换实施例4中的纳米硼酸钛，具体地，
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入4kg纳米氧化锌(平均粒径50nm)，搅拌1小时后加入6kg纳米硼酸锌(平均粒径300nm)。搅拌30分钟后加入6kg二烷基二硫代磷酸锌，继续搅拌30分钟后得到本发明的钻井液润滑剂A6，为黄褐色粘稠液体。
实施例7
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入4kg纳米二氧化钛和纳米氧化锌混合物(混合物中纳米二氧化钛与纳米氧化锌质量比为1:1，两种颗粒平均粒径均为50nm)，搅拌1小时后加入6kg纳米硼酸钛(平均粒径300nm)。搅拌30分钟后加入6kg二烷基二硫代磷酸锌，继续搅拌30分钟后得到本发明的钻井液润滑剂A7，为黄褐色粘稠液体。
实施例8
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量4000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入4kg纳米二氧化钛(平均粒径50nm)，搅拌1小时后加入6kg纳米硼酸钛和纳米硼酸锌的混合物(混合物中纳米硼酸钛与纳米硼酸锌质量比为1:1，两种颗粒平均粒径均为300nm)。搅拌30分钟后加入6kg二烷基二硫代磷酸锌，继续搅拌30分钟后得到本发明的钻井液润滑剂A8，为黄褐色粘稠液体。
实施例9
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入1.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量4000g/mol)和1.5kg悬浮剂黄原胶，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入4kg纳米二氧化钛(平均粒径50nm)，搅拌1小时后加入6kg纳米硼酸钛(平均粒径300nm)。搅拌30分钟后加入6kg二烷基二硫代磷酸锌，继续搅拌30分钟后得到本发明的钻井液润滑剂A9，为黄褐色粘稠液体。
实施例10
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入1.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和1.5kg悬浮剂黄原胶，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入4kg纳米二氧化钛(平均粒径50nm)，搅拌1小时后加入6kg纳米硼酸钛(平均粒径300nm)。搅拌30分钟后加入6kg二烷基二硫代磷酸锌，继续搅拌30分钟后得到本发明的钻井液润滑剂A10，为黄褐色粘稠液体。
实施例11
按照实施例1的方式制备钻井液润滑剂A11，不同之处仅在于采用二烷基二硫代磷酸复酯锌替换实施例1中的二烷基二硫代磷酸锌。
对比例1
将150目的天然鳞片石墨作为对比润滑剂B1，用于与实施例的产品进行润滑性能对比。
对比例2
将500目的天然鳞片石墨作为对比润滑剂B2，用于与实施例的产品进行润滑性能对比。
对比例3
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入4kg纳米硼酸钛(平均粒径200nm)。搅拌30分钟后加入4kg二烷基二硫代磷酸锌，继续搅拌30分钟后得到钻井液润滑剂B3，为黄褐色粘稠液体。
对比例4
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入3.5kg纳米二氧化钛(平均粒径20nm)，搅拌1小时后加入4.5kg二烷基二硫代磷酸锌，继续搅拌30分钟后得到钻井液润滑剂B4，为黄褐色粘稠液体。
对比例5
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入3.5kg纳米二氧化钛(平均粒径20nm)，搅拌1小时后加入4.5kg纳米硼酸钛(平均粒径200nm)，继续搅拌30分钟后得到钻井液润滑剂B5，为黄褐色粘稠液体。
对比例6
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入8kg纳米二氧化钛(平均粒径20nm)，继续搅拌30分钟后得到钻井液润滑剂B6，为黄褐色粘稠液体。
对比例7
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入8kg纳米硼酸钛(平均粒径200nm)，继续搅拌30分钟后得到钻井液润滑剂B7，为黄褐色粘稠液体。
对比例8
在室温下将100kg去离子水加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入0.5kg润湿剂聚乙二醇(分子量2000g/mol)和0.5kg悬浮剂聚阴离子纤维素钠盐，搅拌30分钟使得润湿剂和悬浮剂完全溶解于水中。然后向反应釜中加入8kg二烷基二硫代磷酸锌，继续搅拌30分钟后得到钻井液润滑剂B8，为黄褐色粘稠液体。
测试例1
采用fann212型极压润滑仪测试极压润滑系数。操作步骤如下：首先，用纯净水对机器进行校验，不加压时扭矩读数为0，转速为60转/分；加压150英寸磅(inch-pounds)时，转速仍保持60rpm；之后，在加压到150inch-pounds的情况下运转5min，测试纯净水的扭矩读数，确保纯净水的扭矩读数在28～42之间。将纯净水换成需测试的浆液，在加压150inch-pounds的情况下运转5分钟，读出测试的浆液的扭矩读数。每次测试浆液扭矩前先用纯净水对机器进行校验。
极压润滑系数计算公式：
极压润滑系数＝M样*(34/M水)×100％，式中：
M样：样品的极压扭矩读数；
M水：纯净水的极压扭矩读数；
在上述测试中，测试样品为钻井液基浆(A0)和由上述实施例1～11(A1～A11)、对比例1～8(B1～B8)制得的润滑剂混合而成。钻井液基浆组成：5％夏子街钠膨润土，0.2％无水碳酸钠和余量的水，在室温水化24h制成；实施例润滑剂在基浆中的加入量为1％，对比例润滑剂在基浆中的加入量为2％。
测量结果如表1中所示。
表1
样品 极压润滑系数
A0 0.41
A1 0.16
A2 0.13
A3 0.11
A4 0.09
A5 0.10
A6 0.11
A7 0.08
A8 0.09
A9 0.11
A10 0.09
A11 0.16
B1 0.25
B2 0.28
B3 0.18
B4 0.19
B5 0.19
B6 0.22
B7 0.21
B8 0.23
通过表1的数据可以看出，采用本发明的润滑剂的钻井液A1～A11，极压润滑系数为0.08～0.16，表明这些钻井液具有良好的润滑性，能够有效降低井下摩阻和扭矩；而采用天然鳞片石墨作为润滑剂的钻井液B1～B2的极压润滑系数较高，达到0.25～0.28；而省略了金属氧化物、纳米硼酸盐、二烷基二硫代磷酸盐中的一种或两种的对比例B2～B8的达0.18～0.23，说明本发明的润滑剂具有相对更优的润滑降摩性能。
测试例2
采用Fann 31100型中压失水仪测定中压滤失量(FLAPI)，结果如表2所示。其中：滤失量(FLAPI)是根据国家标准GB/T29170-2012中规定的方法进行测量的，单位为mL。
测试样品为钻井液基浆(A0)和由上述实施例1～11(A1～A11)、对比例1～8(B1～B8)制得的润滑剂混合而成。钻井液基浆组成：5％夏子街钠膨润土，0.2％无水碳酸钠和余量的水，在室温水化24h制成；实施例润滑剂在基浆中的加入量为1％，对比例润滑剂在基浆中的加入量为2％。测量结果如表2中所示。
表2
样品 FL<sub>API</sub>
A0 24
A1 16
A2 14
A3 12
A4 14
A5 16
A6 14
A7 14
A8 14
A9 16
A10 16
A11 16
B1 23
B2 21
B3 22
B4 22
B5 24
B6 25
B7 25
B8 28
从表2中可以看出，添加有本发明的润滑剂的钻井液A1～A11具有较低的中压滤失量，而采用天然鳞片石墨作为润滑剂的钻井液B1～B2中压滤失量相对较高，省略了金属氧化物、纳米硼酸盐、二烷基二硫代磷酸盐中的一种或两种的对比例B2～B8达21-28mL。说明本发明起到了较好的微孔隙封堵作用，效果优于微米级颗粒尺度的石墨。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种润滑剂，包括：水、金属氧化物、纳米硼酸盐、有机金属化合物、润湿剂和悬浮剂，其中，所述有机金属化合物为二烷基二硫代磷酸盐和/或二烷基二硫代磷酸复酯盐，优选地，所述润滑剂中，以所述水的含量为100重量份计，所述金属氧化物的含量为1～10重量份，优选为2～4重量份；所述纳米硼酸盐的含量为1～10重量份，优选为3～6重量份；所述有机金属化合物的含量为1～10重量份，优选为3～6重量份；所述润湿剂的含量为0.1～5重量份，优选为0.2～3重量份；所述悬浮剂的含量为0.1～5重量份，优选为0.2～3重量份。
2.根据权利要求1所述的润滑剂，其特征在于，所述金属氧化物、所述纳米硼酸盐与所述有机金属化合物的质量比为1:(0.1～10):(0.1～10)，优选为1:(0.5～5):(0.5～5)。
3.根据权利要求1或2所述的钻井液润滑剂，其特征在于，所述金属氧化物选自二氧化钛、氧化锌、氧化铜、氧化锆和铝酸锌中的至少一种，优选为二氧化钛、氧化锌和铝酸锌中的至少一种，更优选为二氧化钛和/或氧化锌；优选地，所述金属氧化物的粒径为10nm～200nm，优选为20nm～100nm，更优选为20nm～50nm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的润滑剂，其特征在于，所述纳米硼酸盐选自纳米硼酸钛、纳米硼酸铈、纳米硼酸铁、纳米硼酸镁和纳米硼酸锌中的至少一种，优选为纳米硼酸钛、纳米硼酸铁和纳米硼酸锌中的至少一种，更优选为纳米硼酸钛和/或纳米硼酸锌；优选地，所述纳米硼酸盐的粒径为50nm～500nm，优选为100nm～400nm，更优选为200nm～300nm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的润滑剂，其特征在于，
所述二烷基二硫代磷酸盐选自二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代磷酸铜、二烷基二硫代磷酸钼、二烷基二硫代磷酸镉、二烷基二硫代磷酸铅、二烷基二硫代磷酸锑中的至少一种，优选为二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代磷酸铜和二烷基二硫代磷酸钼中的至少一种；和/或
所述二烷基二硫代磷酸复酯盐选自二烷基二硫代磷酸复酯锌、二烷基二硫代磷酸复酯铜、二烷基二硫代磷酸复酯钼、二烷基二硫代磷酸复酯镉、二烷基二硫代磷酸复酯铅、二烷基二硫代磷酸复酯锑中的至少一种，优选为二烷基二硫代磷酸复酯锌、二烷基二硫代磷酸复酯铜和二烷基二硫代磷酸复酯钼中的至少一种。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的润滑剂，其特征在于，所述润湿剂为聚乙二醇和/或聚丙二醇；优选地，所述润湿剂的重均分子量为500～20000g/mol，优选为1000～10000g/mol，更优选为2000～6000g/mol，更优选为2000～4000g/mol。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的润滑剂，其特征在于，所述悬浮剂选自聚阴离子纤维素钠盐、黄原胶、羧甲基淀粉、海藻酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇中的至少一种。
8.一种权利要求1-7中任一项所述的润滑剂的制备方法，包括：将包括所述水、所述金属氧化物、所述纳米硼酸盐、所述有机金属化合物、所述润湿剂和所述悬浮剂的原料混合，制得所述润滑剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
依次将所述润湿剂和所述悬浮剂加入到所述水中后，再将所述金属氧化物、所述纳米硼酸盐和所述有机金属化合物加入到所述水中，从而制得所述润滑剂。
10.一种权利要求1-7中任一项所述的润滑剂或根据权利要求8或9所述的制备方法制得的润滑剂在钻井液中的应用。
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