一種新型固體潤(rùn)滑劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水基鉆井液用固體潤(rùn)滑劑及其制備方法，尤其是一種改性鱗片石 墨固體潤(rùn)滑劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國(guó)內(nèi)油田隨著開(kāi)發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)和開(kāi)采量的增大，開(kāi)發(fā)難度也越來(lái)越大，因而 許多特殊工藝井（如深井、超深井、定向井、水平井和分支井等）得到廣泛應(yīng)用。而這些特殊 工藝對(duì)鉆井液性能提出了更高的要求，尤其是針對(duì)長(zhǎng)慶分支水平井大斜度井段、長(zhǎng)水平段 (氣井水平段鉆達(dá)2606m，油井水平段鉆達(dá)1505m)潤(rùn)滑防卡問(wèn)題，加上儲(chǔ)層地質(zhì)特征水平段 穿越大段碳質(zhì)泥巖，引起鉆具與井壁的摩阻、扭矩大幅增加，潤(rùn)滑劑消耗劇增，導(dǎo)致鉆井液 成本快速上升。液體潤(rùn)滑劑由于潤(rùn)滑系數(shù)降低率有限，易引起鉆井液體系發(fā)泡，影響正常鉆 進(jìn)，抗溫性不足，通常液體潤(rùn)滑劑在120°C就會(huì)失效等不利因素，影響了在國(guó)內(nèi)油田的大規(guī) 模推廣應(yīng)用。而固體潤(rùn)滑劑能夠在兩接觸面之間產(chǎn)生物理分離，其作用是在摩擦表面上形 成一種隔離潤(rùn)滑薄膜，從而達(dá)到減小摩擦、防止磨損的目的。多數(shù)固體類潤(rùn)滑劑類似于細(xì)小 滾珠，可以存在于鉆柱與井壁之間，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，從而可大幅度降低扭矩和 阻力。固體潤(rùn)滑劑在減少帶有加硬層工具接頭的磨損方面尤其有效，還特別有利于下尾管、 下套管和旋轉(zhuǎn)套管。固體類潤(rùn)滑劑的熱穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性和防腐蝕能力等良好，適于在高 溫、大斜度井段和長(zhǎng)水平段使用，因此迫切需要開(kāi)發(fā)低成本高潤(rùn)滑性抗高溫的固體潤(rùn)滑劑。
[0003] 鱗片石墨粉作為潤(rùn)滑劑具有抗高溫、無(wú)熒光、降摩阻效果明顯、加量小、對(duì)鉆井液 性能無(wú)不良影響等特點(diǎn)。鱗片石墨粉無(wú)毒、無(wú)腐蝕性，在高濃度下不會(huì)阻塞泥漿馬達(dá)；即使 在高剪切速率下，它也不會(huì)在鉆井液中發(fā)生明顯的分散。此外，它不會(huì)影響鉆井液的動(dòng)切力 和靜切力，與各種纖維質(zhì)和礦物混合物具有良好的配伍性。石墨的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其能夠用于 各種鉆井液中，具有降低扭矩、摩阻和減少磨損的作用。
[0004] 我國(guó)石墨礦產(chǎn)資源豐富，且價(jià)格便宜，為研發(fā)低成本高潤(rùn)滑性固體潤(rùn)滑劑提供了 一條有效的、全新的途徑。例如，中國(guó)專利號(hào)" CNlO 1463288 "公開(kāi)了一種石墨基粘結(jié)固體潤(rùn) 滑劑，公開(kāi)日為2009年06月24日，潤(rùn)滑劑組成為：聚酰胺酰亞胺、石墨、二硫化鉬、稀土氟 化物、金屬氧化物、Y-環(huán)氧丙氧丙基三甲基硅烷、混合有機(jī)溶劑。潤(rùn)滑劑制備的涂層具有良 好的高溫潤(rùn)滑性和抗磨性，能在250°C下長(zhǎng)期使用；同時(shí)在中高溫潤(rùn)滑油環(huán)境下具有良好 的抗磨減性能，可起到表面防護(hù)、減少磨損和降低摩擦系數(shù)，延長(zhǎng)部件使用壽命的作用。再 如，中國(guó)專利號(hào)"CN1624090"公開(kāi)了一種鈦酸鉀晶須增強(qiáng)型固體潤(rùn)滑劑，公開(kāi)日為2005年 06月08日，本發(fā)明涉及一種復(fù)合型粘結(jié)固體潤(rùn)滑劑，適用于零部件的跑合、無(wú)油潤(rùn)滑，高/ 低溫等場(chǎng)合。其由固體潤(rùn)滑劑，有機(jī)粘結(jié)劑，稀釋劑，增強(qiáng)劑，抗氧化劑組成的，其中固體潤(rùn) 滑劑含量為6-30%，由石墨和M 〇S2以I : 1的比例復(fù)合而成，有機(jī)粘接劑和稀釋劑的含量 為45-90%，增強(qiáng)劑鈦酸鉀晶須的含量為1-20%，抗氧化劑為2-5%。鈦酸鉀晶須作為添加 劑提高了材料的強(qiáng)度和耐熱性，增強(qiáng)了固體潤(rùn)滑膜與基體間的附著力，使其抗剪切強(qiáng)度提 高0. 5-3倍，在固體潤(rùn)滑膜內(nèi)部起到類似于混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的作用，增強(qiáng)了固體潤(rùn)滑 膜和基體的結(jié)合強(qiáng)度，從而使其耐磨壽命大幅提高；并且使用溫度范圍提高到500°C。
[0005] 然而，上述專利技術(shù)制備的固體潤(rùn)滑劑是針對(duì)降低一般機(jī)械零部件界面摩擦而研 制出來(lái)的，并不適用于解決石油鉆進(jìn)過(guò)程中的潤(rùn)滑減阻問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種對(duì)鱗片石墨進(jìn)行改性，以提高水對(duì)石墨的潤(rùn)濕 性和分散性，改性后的鱗片石墨能夠均勻的分散在水溶液中，既有效解決了水平井鉆井過(guò) 程中的潤(rùn)滑降扭矩降摩阻難題，又能降低固體潤(rùn)滑劑制備成本，兼有降低鉆井液濾失量和 保護(hù)儲(chǔ)層的作用的新型固體潤(rùn)滑劑及其制備方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，一種新型固體潤(rùn)滑劑，包括以下重量 百分比的組份：天然鱗片石墨粉70- 78%、高分子聚合物5 - 10%、潤(rùn)濕劑15 - 20%、乳化 劑 1-2%〇
[0008] 所述的天然鱗片石墨粉的重量百分比為75%。
[0009] 所述的高分子聚合物的重量百分比為7%。
[0010] 所述潤(rùn)濕劑的重量百分比為17%。
[0011] 所述的天然鱗片石墨粉的粉末半徑為500-800目。
[0012] 所述的高分子聚合物為羧甲基纖維素。
[0013] 所述的潤(rùn)濕劑為磺化油。
[0014] 所述的乳化劑是十二烷基三甲基溴化銨。
[0015] -種新型固體潤(rùn)滑劑的制備方法，包括如下步驟：
[0016] a、對(duì)天然鱗片石墨使用粉碎機(jī)，粉碎時(shí)間為30-45分鐘，500-800目的濾網(wǎng)過(guò)濾， 即得天然鱗片石墨粉；
[0017] b、在密閉反應(yīng)釜中加入步驟a中經(jīng)過(guò)粉碎后的重量百分比為70- 78%天然鱗片 石墨粉，再加入重量百分比為5 - 10%的高分子聚合物，攪拌10 - 20分鐘；
[0018] c、向步驟b中的密閉反應(yīng)釜中分別加入重量百分比為15-20%的潤(rùn)濕劑和1一 2%的乳化劑，并攪拌20- 30分鐘，攪拌均勻；
[0019] d、在90°C-100°C，攪拌條件下烘2個(gè)小時(shí)，即制得固體潤(rùn)滑劑。
[0020] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0021] 一、本發(fā)明以天然鱗片石墨為基礎(chǔ)原料研制出了鉆井液用固體潤(rùn)滑劑，該潤(rùn)滑劑 分散性好，穩(wěn)定性強(qiáng)，抗高溫，無(wú)熒光，對(duì)地質(zhì)錄井無(wú)任何影響，有效解決了水平井鉆井過(guò)程 中的潤(rùn)滑降扭矩降摩阻難題，經(jīng)濟(jì)效益顯著，值得推廣應(yīng)用。
[0022] 二、本發(fā)明潤(rùn)滑降扭矩降摩阻效果明顯?，F(xiàn)場(chǎng)鉆井液加入固體潤(rùn)滑劑后，扭矩、摩 阻、泥餅潤(rùn)滑系數(shù)得到有效降低，加量3. 0%時(shí)，扭矩平均降低率達(dá)到48. 50%，摩阻平均降 低率達(dá)到56. 91%，潤(rùn)滑系數(shù)降低率平均達(dá)到59. 2%。
[0023] 三、本發(fā)明與現(xiàn)場(chǎng)鉆井液配伍性良好。加入后現(xiàn)場(chǎng)鉆井液無(wú)分層、結(jié)塊現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng) 鉆井液除了潤(rùn)滑性能得到改善以外，流變性能穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)異常變化現(xiàn)象。
[0024] 四、本發(fā)明無(wú)熒光不影響地質(zhì)錄井。由于無(wú)熒光，對(duì)地質(zhì)錄井無(wú)任何影響，保持了 巖肩真實(shí)性。
[0025] 五、本發(fā)明利于降低鉆井液濾失量。鱗片石墨粉吸附在井壁后，可以封閉井壁的微 孔隙，形成致密泥餅，降低鉆井液濾失量。
[0026] 六、該固體潤(rùn)滑劑利于儲(chǔ)層保護(hù)?？蓱?yīng)用于分支水平井、超長(zhǎng)水平井、儲(chǔ)氣庫(kù)井等， 能起到良好的潤(rùn)滑減阻作用。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是本發(fā)明的改性石墨一水分散體系沉降體積與沉降時(shí)間的關(guān)系圖；
[0028] 圖2是本發(fā)明的石墨潤(rùn)滑劑摩擦系數(shù)分析圖；
[0029] 圖3是本發(fā)明石墨潤(rùn)滑劑降扭矩效果分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)一種新型固體潤(rùn)滑劑及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 一種新型固體潤(rùn)滑劑，包括以下重量百分比的組份：天然鱗片石墨粉70- 78%、 高分子聚合物5 - 10%、潤(rùn)濕劑15 -