[發明專利]一種鉆井液用石墨潤滑劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201310050766.6
• 申請日: 2013-02-08
• 公開（公告）號: CN103980866A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 王琳;董曉強;薛玉志;楊小華;任立偉;李勝;錢曉琳
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: C09K8/03
• 分類號: C09K8/03
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

技術領域

本發明涉及鉆井液用潤滑劑領域，具體涉及一種鉆井液用石墨潤滑劑及其制備方法。

背景技術

隨著水平井、大斜度井及大位移井技術的不斷發展，鉆井施工對鉆井液的潤滑性要求越來越高。液體潤滑劑和固體潤滑劑均能提高鉆井液的潤滑性，其中固體潤滑材料有塑料小球、玻璃微珠、石墨等。玻璃微珠和塑料小球可在接觸面之間滾動以減少摩擦，石墨的片層結構和自潤滑性可降低滑動摩擦系數，這些固體潤滑材料能夠使鉆桿和套管、鉆桿和井壁的接觸面之間產生物理分離，不但能夠降低摩擦系數，而且能夠降低金屬的磨損，是近年來發展較快的一種鉆井液潤滑材料。

中國專利申請CN200910210201.3公開了一種復合型植物油潤滑劑，該潤滑劑由植物油、十二烷基硫酸鈉、司盤80、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纖維素鈉、固體潤滑劑組成，其中固體潤滑劑是蛇紋石或石墨。該發明的潤滑劑原料價低易得，反應過程簡單。所制備的潤滑劑油溶性好、無毒、熒光級別低，抑制泥頁巖水化膨脹，并防止卡鉆事故發生。

中國專利申請CN201010129810.9公開了一種復合固體潤滑劑，該潤滑劑以保險粉蒸餾副產殘渣為主要成分，用石墨和膨脹石墨為負載材料，動物油或植物油基的表面活性劑為潤滑性調節劑，并加入降濾失劑、防塌劑和乳化劑。該發明同時提高了鉆井液潤滑劑的粘附系數降低率和摩阻系數降低率，并具有防塌性。價格低廉，生產工藝簡單。

以上公開的復合型潤滑劑中含有固體石墨，雖然增加了鉆井液的潤滑性，但是組成成分種類較多，增加成本，質量不容易控制。總起來講，目前的鉆井液用潤滑劑仍然普遍存在一些問題，如潤滑性能差，抗壓強度低，不能滿足定向井高側壓條件的要求；另外，與鉆井液的相容性不好，使鉆井液粘度、切力及濾失量等增大，影響鉆井液性能。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種能大幅度降低潤滑系數、不影響鉆井液性能的石墨潤滑劑。該潤滑劑尤其適用于水基鉆井液，有利于降低鉆井液的濾失量，使鉆井液在井壁上形成薄而韌的泥餅，用于水平井、大斜度井和大位移井的鉆進以及下套管施工。

根據本發明，提供了一種鉆井液用石墨潤滑劑，包括60~95重量份的石墨和5~30重量份的表面活性劑，該表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、油酸、油酸鉀、油酸鈉、石油磺酸鈉、司盤20和司盤80中的一種或多種。優選地，該潤滑劑包括70~90重量份的石墨和10~20重量份的表面活性劑。

在本發明的一個優選實施方案中，上述潤滑劑還包括1~10重量份、優選2~8重量份的消泡劑。該消泡劑優選為甲基硅油、聚醚、白油中的一種或多種。

在本發明中，所使用的石墨可以是普通石墨、改性石墨和石墨烯中的一種或多種。普通石墨可由原礦經多段磨礦、多段選別工藝浮選出而獲得，通常得到鱗片狀的石墨。改性石墨以普通石墨為原料進行深加工，例如加工成為氧化石墨、可膨脹石墨和膨脹石墨中的一種或多種。其中可膨脹石墨是指經加熱或在特定應用條件下可以發生膨脹的石墨。

本發明還提供了一種制備如上所述的石墨潤滑劑的方法，包括：步驟a）：將表面活性劑或表面活性劑和消泡劑溶解于乙醇-水溶液中；步驟b）：在攪拌下，將石墨與步驟a）得到的溶液充分混合；步驟c）：將步驟b）得到的漿體進行干燥，例如烘干或自然風干，得到所述潤滑劑；其中，表面活性劑、消泡劑和石墨的重量份如上所述。

在本發明的方法中，優選乙醇-水溶液中乙醇對水的體積比為1:3至3:1，用量為10~40重量份。還優選70重量%以上的石墨通過100目篩孔。

本發明提供的鉆井液用石墨潤滑劑成分簡單，容易制備，成本低廉。該潤滑劑能夠大幅度降低鉆井液的潤滑系數，不影響鉆井液的性能，能夠使鉆井液在井壁形成薄而韌的泥餅，尤其適用于水平井、大斜度井和大位移井的鉆進以及下套管施工。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明的范圍并不僅限于這些實施例。

在下列實施例中，極壓潤滑系數按照Q/SHCG4-2011水基鉆井液用潤滑劑技術要求標準測量；所用設備為美國Fann212極壓潤滑儀。

潤滑系數降低率按下式計算：