[發明專利]一種鉆井液用納米潤滑劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110691927.4
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113265023B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 武元鵬;魯紅升;黃志宇;李振宇;王犁;趙春霞;向東
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C08F220/58
• 分類號: C08F220/58;C08F218/04;C08F228/02;C08F220/24;C08F212/14;C08F218/12;C09K8/035
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 郭艷艷

本發明公開了一種鉆井液用納米潤滑劑及其制備方法和應用，該制備方法主要包括以下步驟：將陰離子單體、含氟單體和溶劑加入反應裝置中，攪拌均勻，然后于惰性氣體氛圍下加入引發劑進行反應，反應結束后冷卻至室溫，再經后處理，即得到鉆井液用納米潤滑劑。該制備方法具有制備路線簡單、反應條件溫和、產物純度高、后處理操作簡單、易實現大規模生產的特點；本發明中納米潤滑劑表面帶有陰離子官能團和含氟官能團，兩者協同作用降低鉆井液與井壁的摩擦阻力，提高潤滑性能效果顯著，使其兼具分散穩定性能和潤滑性能，在鉆井液中加量為1％時，潤滑系數降低率大于81％；同時含氟官能團的引入，使其具有耐高溫性能，耐溫達195℃以上。

技術領域

本發明涉及潤滑劑技術領域，具體涉及到一種鉆井液用納米潤滑劑及其制備方法和應用。

背景技術

鉆井液用潤滑劑主要用于鉆井過程中，起到降低鉆井液的流動阻力和濾餅摩阻系數，減少鉆頭扭矩，提高其水馬力，防止卡鉆的作用。隨著油氣資源勘探開發向深層、超深層等復雜地質條件推進，鉆井液面臨的工作環境越來越惡劣。在深層、超深層鉆井過程中，鉆具摩阻更加突出，潤滑劑的作用愈加重要，甚至成為制約深層、超深層鉆井液的順利鉆井的關鍵因素。

目前，常見鉆井液主要有油脂類和表面活性劑等，也有少量微納米顆粒作為潤滑劑。潤滑原理主要是通過降低流體界面阻力，或者通過滾動摩擦，提高流動性。但目前常見潤滑劑難以滿足深層、超深層鉆井液的潤滑。深層、超深層鉆井面臨鉆井溫度高、壓力高、摩阻高、鉆井液循環較慢等特性，亟需研發耐高溫，并可顯著降低摩擦系數的潤滑劑。

發明內容

針對上述不足，本發明的目的是提供一種鉆井液用納米潤滑劑及其制備方法和應用，可有效解決現有鉆井液用潤滑劑中存在的不耐高溫、潤滑性能效果差和無法適用于深層、超深層鉆井液的問題。

為達上述目的，本發明采取如下的技術方案：

本發明提供一種鉆井液用納米潤滑劑的制備方法，包括以下步驟：將陰離子單體、含氟單體和溶劑加入反應裝置中，攪拌均勻，然后于惰性氣體氛圍下加入引發劑，在70℃～100℃溫度下反應2～6小時，冷卻至室溫，再經后處理，即得到鉆井液用納米潤滑劑。

進一步地，陰離子單體和含氟單體的摩爾比2～5:1，優選為3:1。

進一步地，陰離子單體為丙烯酸鹽、乙烯基磺酸鹽、甲基丙烯磺酸鹽、苯乙烯磺酸鹽或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸鹽；優選為丙烯酸鈉、乙烯基磺酸鈉、甲基丙烯磺酸鈉、苯乙烯磺酸鈉和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸鈉中的一種。

進一步地，含氟單體為四氟乙酸乙烯酯、丙烯酸三氟乙酯、三氟乙酸丙烯酯、丙烯酸四氟丙酯、丙烯酸六氟丁酯或甲基丙烯酸三氟乙酯。

進一步地，引發劑的質量占陰離子單體和含氟單體兩者總質量的0.5～2wt％。

進一步地，引發劑為過氧化物引發劑，包括有機過氧化物引發劑和無機過氧化物引發劑，如過氧化苯甲酰、過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉等；優選為過硫酸鹽類引發劑。

進一步地，溶劑為水與有機溶劑的混合溶劑；其中，水含量為94wt％～98wt％。

進一步地，有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亞砜中的至少一種。

進一步地，反應溫度優選為80℃～94℃，反應時間優選為3～5小時。

進一步地，后處理的具體過程為：向反應完成后所得的混合溶液中加入2.3～2.8倍體積的乙醇，充分攪拌后過濾，然后將濾出物在50℃～74℃真空干燥8～10小時，即可得到鉆井液用納米潤滑劑。

本發明還提供上述制備方法制得的鉆井液用納米潤滑劑。

本發明還提供上述鉆井液用納米潤滑劑在鉆井領域中的應用。

本發明具有以下優點：