一种钻井液用强吸附固体润滑剂及其合成方法

摘要

本发明具体提供了一种钻井液用强吸附固体润滑剂包括如下组分：按重量份计，反应载体：100‑300份，有机溶剂：2‑15份，单体：15‑50份，渗透剂：50‑200份，引发剂：0.01‑0.05份，表面活性剂：1‑5份，水：100‑300份。该发明的这种钻井液用强吸附固体润滑剂原料易得，合成方法简单，与普通固体润滑剂相比，具有较好的吸附性能不容易被固控设备除去，能在金属表面及钻井液固体颗粒表面形成强吸附膜，同时还能改善降滤失性能和封堵防塌。

权利要求

1.一种钻井液用强吸附固体润滑剂的合成方法，其特征在于：所述润滑剂合成方法包括如下步骤：步骤1) 按重量份准备以下各组分：反应载体：100-300 份、有机溶剂：2-15 份、单体：

15-50 份、渗透剂：50-200 份、引发剂：0.01-0.05 份、表面活性剂：1-5 份、水：100-300 份；

步骤2) 将反应载体、有机溶剂、表面活性剂和水加入三口瓶中，搅拌10-20 分钟；

步骤3) 将步骤2) 反应体系恒温至20℃ -30℃，在体系通入氮气的情况下，加入单体和引发剂, 进行搅拌；

步骤4) 将步骤3) 反应体系通氮30 分钟，体系变得粘稠后加入渗透剂, 同时通氮密闭，经体系反应4 小时 ；

步骤5) 将步骤4) 中所得产物放入流化床烘干，即得颗粒状成品；

所述的反应载体为蛭石、石棉、膨润土中的一种；所述的有机溶剂选自吐温80、乳化剂 A-7、26 号白矿油中的一种；所述的单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、二甲基二丙烯基苯磺酸、马来酸酐、二甲基二丙烯基苯磺酸盐中的一种；所述的渗透剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸钠、烷基硫酸酯钠、氨基磺酸钠中的一种；所述的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的一种；所述的表面活性剂选自十二烷基硫酸铵、脂肪酸聚已二醇脂中的一种。

说明书

一种钻井液用强吸附固体润滑剂及其合成方法

技术领域

[0001] 本发明属于润滑剂研究领域，具体涉及一种钻井液用强吸附固体润滑剂及其合成方法。

背景技术

[0002] 目前钻井液润滑剂品种主要有两类，即固体类和液体类。石墨、塑料小球、玻璃小球等固体润滑剂由于受固体尺寸的限制，在钻井过程中很容易被固控设备除去，而且在钻杆的挤压或震荡下，有破坏、变形的可能，普通的石墨粉作为润滑剂，降摩阻效果不明显，且亲水性不足，加药时的粉尘对施工人员的健康也会造成威胁，因此在使用上受到一定的限制。对于液体类润滑剂来说，虽然使用方便，但液体的包装、运输和储存存在着许多的限制。而且液体润滑剂性能单一，仅能起润滑作用，能同时改善钻井液降滤失性和封堵防塌的润滑剂还很少见。

发明内容

[0003] 本发明的目的是克服现有钻井液润滑剂易被固控设备除去，不能在金属表面及钻井液固体颗粒表面形成强吸附膜，降滤失性能和封堵防塌性能差的问题。

[0004] 为此，本发明提供了一种钻井液用强吸附固体润滑剂，包括如下组分：按重量份计，100-300份反应载体，2-15份有机溶剂，15-50份单体，50-200份渗透剂，0.01-0.05份引发剂，1-5份表面活性剂，100-300份水。

[0005] 上述的反应载体选自层状石墨、蛭石、石棉、膨润土中的一种。

[0006] 上述的有机溶剂选自山梨醇酐硬脂酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚、吐温80、乳化剂 A-7、26号白矿油、白凡士林、山梨醇中的一种。

[0007] 上述的单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、二甲基二丙烯基苯磺酸、马来酸酐、二甲基二丙烯基苯磺酸盐中的一种。

[0008] 上述的渗透剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸钠、烷基硫酸酯钠、氨基磺酸钠中的一种。

[0009] 上述的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的一种。

[0010] 上述的表面活性剂选自硅酸盐、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、十二烷基硫酸铵、甲基戊醇、脂肪酸聚已二醇脂中的一种。

[0011] 上述润滑剂合成方法包括如下步骤：

[0012] 步骤1) 按重量份准备以下各组分：反应载体：100-300份、有机溶剂：2-15份、单体：15-50份、渗透剂：50-200份、引发剂：0.01-0.05份、表面活性剂：1-5份、水：100-300份；

[0013] 步骤2)将反应载体、有机溶剂、表面活性剂和水加入三口瓶中，搅拌10-20分钟；

[0014] 步骤3) 将步骤2)反应体系恒温至20℃-30℃，在体系通入氮气的情况下，加入单体和引发剂,进行搅拌；

[0015] 步骤4) 将步骤3)反应体系通氮30分钟，体系变得粘稠后加入渗透剂,同时通氮密闭，经体系反应4小时 ；

[0016] 步骤5)将步骤4)中所得产物放入流化床烘干，即得颗粒状成品。

[0017] 本发明的有益效果：

[0018] (1)本发明的这种钻井液用强吸附固体润滑剂原料易得，合成方法简单。

[0019] (2)本发明的这种钻井液用强吸附固体润滑剂由于表面有一层强吸附膜，通过物理化学作用增加了其与井壁及润滑剂之间的附着力，与普通固体润滑剂相比，强吸附润滑剂润滑系数降低率大于75%，与井壁之间固体润滑剂之间的结合更紧密，不易被固控设备除去。

[0020] (3)本发明的这种钻井液用强吸附固体润滑剂加入钻井液后，不易被固控设备除去，因此能有效降低添加量，比原有添加量降低10%左右。

[0021] (4)本发明的这种钻井液用强吸附固体润滑剂具有较好的降滤失性能及防塌性，120℃，3.5MPa，30min滤失量小于5ml。

[0022] 以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

[0023] 图1为普通固体润滑剂与井壁结合的示意图。

[0024] 图2为本发明的强吸附固体润滑剂与井壁结合的示意图。

[0025] 通过图示，可以发现，相比普通固体润滑剂，本发明的强吸附固体润滑剂与井壁之间的结合更紧密，这是因为强吸附固体润滑剂表面有一层强吸附膜，通过物理化学作用增加了其与井壁及润滑剂之间的附着力。

具体实施方式

[0026] 实施例1：

[0027] 为了克服现有钻井液润滑剂易被固控设备除去，不能在金属表面及钻井液固体颗粒表面形成强吸附膜，降滤失性能和封堵防塌性能差的问题。

[0028] 本实施例提供了一种钻井液用强吸附固体润滑剂，包括如下组分：按重量份计，100-300份反应载体，2-15份有机溶剂，15-50份单体，50-200份渗透剂，0.01-0.05份引发剂，1-5份表面活性剂，100-300份水。

[0029] 本发明的这种钻井液用强吸附固体润滑剂合成方法包括如下步骤：

[0030] 步骤1) 按重量份准备以下各组分：反应载体：100-300份、有机溶剂：2-15份、单体：15-50份、渗透剂：50-200份、引发剂：0.01-0.05份、表面活性剂：1-5份、水：100-300份；

[0031] 步骤2)将反应载体、有机溶剂、表面活性剂和水加入三口瓶中，搅拌10-20分钟；

[0032] 步骤3) 将步骤2)反应体系恒温至20℃-30℃，在体系通入氮气的情况下，加入单体和引发剂,进行搅拌；

[0033] 步骤4) 将步骤3)反应体系通氮30分钟，体系变得粘稠后加入渗透剂,同时通氮密闭，经体系反应4小时 ；

[0034] 步骤5)将步骤4)中所得产物放入流化床烘干，即得颗粒状成品。

[0035] 本发明的这种钻井液用强吸附固体润滑剂原料易得，合成方法简单，如图1和图2所示，可以发现，相比普通固体润滑剂，本发明的强吸附固体润滑剂与井壁之间的结合更紧密，普通固体润滑剂润滑系数降低率为65%，强吸附润滑剂润滑系数降低率大于75%，这是本发明的这种强吸附固体润滑剂由于表面有一层强吸附膜，通过物理化学作用增加了其与井壁及润滑剂之间的附着力，与普通固体润滑剂相比，与井壁之间固体润滑剂之间的结合更紧密，不易被固控设备除去。

[0036] 实施例2：

[0037] 本实施例提供了一种钻井液用强吸附固体润滑剂，其合成方法如下：

[0038] 将100份反应载体、2份有机溶剂、1份表面活性剂和100份水加入三口瓶中，在10000转/分钟的速度下搅拌10分钟后，恒温至20℃，在体系通入氮气的情况下，加入15份单体和0.01份引发剂,进行搅拌，通氮30分钟后，体系变得粘稠后加入50份渗透剂,同时通氮密闭，反应4小时后，将产物放入流化床烘干后既得颗粒状成品。

[0039] 其中，作为优选的实施方式，

[0040] 所述反应载体选取层状石墨；

[0041] 所述有机溶剂选取山梨醇酐硬脂酸酯或烷基酚聚氧乙烯醚；

[0042] 所述单体选取丙烯酸或甲基丙烯酸；

[0043] 所述渗透剂选取脂肪醇聚氧乙烯醚；

[0044] 所述引发剂选取过硫酸钾或过硫酸钠；

[0045] 所述表面活性剂选取硅酸盐或三聚磷酸钠。

[0046] 效果评价：

[0047] (1)本实施例的这种钻井液用强吸附固体润滑剂在应用时润滑系数降低率达到78%。

[0048] (2)本实施例提供的这种钻井液用强吸附固体润滑剂加入钻井液后有效降低添加量，相比原有添加量降低9%。

[0049] (3)本实施例提供的这种钻井液用强吸附固体润滑剂具有较好的降滤失性能及防塌性，在120℃，3.5MPa的条件下，30min滤失量为3.6mL。

[0050] 实施例3：

[0051] 本实施例提供了一种钻井液用强吸附固体润滑剂，其合成方法如下：

[0052] 将200份反应载体、10份有机溶剂、3份表面活性剂和200份水加入三口瓶中，在10000转/分钟的速度下搅拌15分钟后，恒温至25℃，在体系通入氮气的情况下，加入35份单体和0.03份引发剂,进行搅拌，通氮30分钟后，体系变得粘稠后加入150份渗透剂,同时通氮密闭，反应4小时后，将产物放入流化床烘干后既得颗粒状成品。

[0053] 其中，作为优选的实施方式：

[0054] 所述反应载体选取石棉；

[0055] 所述有机溶剂选取26号白矿油或白凡士林；

[0056] 所述单体选取马来酸酐；

[0057] 所述渗透剂选取烷基硫酸酯钠；

[0058] 所述引发剂选取亚硫酸氢钠或过氧化苯甲酰；

[0059] 所述表面活性剂选取甲基戊醇。

[0060] 效果评价：

[0061] (1)本实施例的这种钻井液用强吸附固体润滑剂在应用时润滑系数降低率达到78%。

[0062] (2)本实施例提供的这种钻井液用强吸附固体润滑剂加入钻井液后有效降低添加量，相比原有添加量降低9%。

[0063] (3)本实施例提供的这种钻井液用强吸附固体润滑剂具有较好的降滤失性能及防塌性，在120℃，3.5MPa的条件下，30min滤失量为3.6mL。

[0064] 实施例4：

[0065] 本实施例提供了一种钻井液用强吸附固体润滑剂，其合成方法如下：

[0066] 将 300份反应载体、15份有机溶剂、5份表面活性剂和300份水加入三口瓶中，在10000转/分钟的速度下搅拌20分钟后，恒温至30℃，在体系通入氮气的情况下，加入50份单体和0.05份引发剂,进行搅拌，通氮30分钟后，体系变得粘稠后加入200份渗透剂,同时通氮密闭，反应4小时后，将产物放入流化床烘干后既得颗粒状成品。

[0067] 其中，作为优选的实施方式：

[0068] 所述反应载体选取膨润土；

[0069] 所述有机溶剂选取山梨醇；

[0070] 所述单体选取二甲基二丙烯基苯磺酸盐；

[0071] 所述渗透剂选取氨基磺酸钠；

[0072] 所述引发剂选取偶氮二异丁脒盐酸盐或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐；

[0073] 所述表面活性剂选取脂肪酸聚已二醇脂。

[0074] 效果评价：

[0075] (1)本实施例的这种钻井液用强吸附固体润滑剂在应用时润滑系数降低率达到78%。

[0076] (2)本实施例提供的这种钻井液用强吸附固体润滑剂加入钻井液后有效降低添加量，相比原有添加量降低11%。

[0077] (3)本实施例提供的这种钻井液用强吸附固体润滑剂具有较好的降滤失性能及防塌性，在120℃，3.5MPa的条件下，30min滤失量为3.9mL。

[0078] 综上所述，本发明的这种钻井液用强吸附固体润滑剂原料易得，合成方法简单，由于表面有一层强吸附膜，通过物理化学作用增加了其与井壁及润滑剂之间的附着力，与普通固体润滑剂相比，与井壁之间固体润滑剂之间的结合更紧密，不易被固控设备除去。在应用时该强吸附固体润滑剂润滑系数降低率达到78%，添加量降低10%左右，而且在120℃，3.5MPa的条件下，本实施例提供的这种钻井液用强吸附固体润滑剂30min滤失量为小于
5mL。

[0079] 以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。