納米嵌膜乳化潤滑劑的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種納米嵌膜乳化潤滑劑。主要解決了水平井摩阻大、托壓嚴重、鉆井液潤滑效果差的問題。該納米嵌膜乳化潤滑劑的組分及配比按重量百分比如下：改性石蠟10～30%、復合乳化劑3%～11%、堿度調節劑0.5～3%、納米石墨粉0.5～2%，余量為水。該納米嵌膜乳化潤滑劑，提供了一種低熒光、帶納米滾珠材料，在地層和鉆具間能夠形成抗粘結潤滑膜的乳化潤滑劑，配制的鉆井液體系潤滑性好，泥餅細膩，濾失量小，熒光級別低，具有良好的熱穩定性和耐寒穩定性，大大提高了水平井鉆井效率。
【專利說明】納米嵌膜乳化潤滑劑
【技術領域】
[0001]本發明涉及油田鉆井領域中一種潤滑劑，尤其是一種納米嵌膜乳化潤滑劑。
【背景技術】
[0002]隨著能源需求與日俱增，石油勘探開發步伐不斷加快，為提高油氣采收效率，水平井、定向井鉆探發展逐步完善。這些特殊鉆井技術不斷對鉆井液體系提出新的要求。
水平井、定向井鉆井區別于垂直鉆井的最大特點是，定向鉆進中摩阻大、井壁容易失穩，易于發生沉砂卡鉆等復雜情況，鉆井液潤滑性的好壞在鉆井成敗中起重要作用。水平井、定向井鉆井液發展由全油基鉆井液、油包水鉆井液、水包油鉆井液到水基鉆井液，有以下進步:鉆井液含油量逐步減少，污染減輕，鉆井液成本降低。
目前國內中淺層水平井、定向井普遍使用水基鉆井液，選用的潤滑劑包括:動植物油類、礦物油類、表面活性劑及醇、酯類，此外還包括玻璃微珠、塑料小球等固體類潤滑劑?；煊椭孔畲筮_到10%以上，直接導致鉆井液的以下問題:①混油量大，污染嚴重，成本高；(D鉆井液有熒光，影響地質錄井；③定向鉆進中摩阻大、鉆速慢，潤滑性不夠理想。固體類潤滑劑往往對鉆具有較大磨損，抗剪切性能差。綜上所述，現有鉆井液潤滑劑均存在不同方面的缺陷和不足。

【發明內容】

[0003]本發明在于克服【背景技術】中存在的水平井摩阻大、托壓嚴重、鉆井液潤滑效果差的問題，而提供一種納米嵌膜乳化潤滑劑。該納米嵌膜乳化潤滑劑，提供了一種低熒光、帶納米滾珠材料，在地層和鉆具間能夠形成抗粘結潤滑膜的乳化潤滑劑，配制的鉆井液體系潤滑性好，泥餅細膩，濾失量小，熒光級別低，具有良好的熱穩定性和耐寒穩定性，大大提高了水平井鉆井效率。 本發明解決其問題可通過如下技術方案來達到:該納米嵌膜乳化潤滑劑，其組分及配比按重量百分比如下:改性石蠟10?30%、復合乳化劑3%?11%、堿度調節劑0.5?3%、納米石墨粉0.5?2%，余量為水。
所述的石蠟為工業級改性石蠟C2tl?C3tl,純度85%?90% ;所述的復合乳化劑為非離子表面活性劑與陰離子表面活性劑混合物，非離子表面活性劑:陰離子表面活性劑為
4.5:1 ;所述的非離子表面活性劑為span-80、Tween-80、三聚甘油單硬脂酸酯，span-80:Tween-80:三聚甘油單硬脂酸酯為5:0.95:3 ;所述的陰離子表面活性劑為C2tl?C3tl烷基醇磷酸酯鈉鹽；所述的堿度調節劑為NaOH溶液或KOH溶液；所述的納米石墨粉的粒度指標為=D90 < IOOOnm, D50 < 400nm，含碳量(98-99.99%)。
一種納米嵌膜乳化潤滑劑的制備方法，包括如下反應條件和步驟:
按重量份混配復合乳化劑，按重量配比準備好合成潤滑劑的各組分，向反應釜中加重量份的水，升溫至50°C，400?600r/min攪拌，將重量份石蠟、復合乳化劑加入反應釜，邊攪拌邊升溫至75?90°C，提高攪拌速度800r/min?1200r/min，攪拌40min，測量pH值后，力口入堿度調節劑，繼續攪拌40min,攪拌至室溫,混入納米石墨粉,常溫下800?1200r/min攪拌40min，既得成品潤滑劑。
本發明納米嵌膜乳化潤滑劑具有如下有益效果:
(1)本發明乳化潤滑劑具有極強的潤滑作用。潤滑劑特有的層狀結構，使得乳液分子間具有相對滑動趨勢，大大降低原本較大的相對摩擦阻力，在鉆井液中與粘土微粒相互吸附，改善粘土之間的結構作用，降低鉆井液流動時粘土微粒所產生的滑動摩擦阻力，從而提高了鉆井液的潤滑性能；乳液分子中的極性基團，能牢固的吸附在鉆具和巖石的表面上形成定向分子層，這樣就構成了高韌性的潤滑油膜，當單分子層吸附膜達到飽和時，極性分子成緊密排列，由于分子間的內聚力使吸附膜具有一定的承壓能力，有效的阻止了兩摩擦表面的直接接觸，起到潤滑作用；納米石墨粉分散在鉆井液體系中，因強化學鍵合作用，牢牢嵌入鉆具表面，形成堅韌的耐磨損惰性鑲嵌膜，起隔絕、保護鉆具的作用，同時游離在鉆井液中的納米石墨粉再次增強鉆井液的潤滑性。
(2)本發明乳化潤滑劑具有較好的抑制封堵作用。乳液體系在井壁表面形成薄而致密的保護膜，在極性基團的作用下，井壁由親水性向親油性發生極性反轉，井壁就會由高能表面變為低能表面，不容易被水潤濕，增加了鉆井液中 的水相由井壁向地層滲透的難度，通過控制地層吸附水量來控制井壁的水化膨脹，繼而達到抑制井壁坍塌，維持井壁穩定，保護儲層的作用。乳狀液具有納米到微米的可變形粒子分布，當濾液進入地層，微小粒子就會封堵在地層的孔隙之中，形成較大阻力，阻止液滴繼續向地層滲入，達到降低地層水化的效果。對于那些力學上不穩定的地層、破碎帶，由于空隙、裂隙較大，在壓差作用下更利于顆粒的大量滲透，形成較致密和較厚的薄膜。
(3)本發明乳化劑中陰離子表面活性劑與三聚甘油硬脂酸酯共同作用，在疏水鏈和陰離子頭之間引入短的聚氧乙烯鏈，極大地改善其耐鹽性。克服單一乳化劑的乳化能力有限，乳化產品不穩定等諸多弊端，達到最佳的乳化效果，30天靜置觀測乳化劑無分層現象。
(4)本發明潤滑劑配伍性強，不起泡，不糊篩，具有很好的熱穩定性和低溫穩定性；熒光級別低，相配伍的水基鉆井液熒光級別〈3，不影響地質錄井；用量少，一般加量為0.5%?
2.5%，既起到很好的潤滑效果；潤滑劑作用時效性長，能夠完全取代渣油、原油，降低污染，減少其他潤滑材料用量。
(5)本發明原材料來源充足，成本低，產品對環境無污染，易于處理，生產工藝簡單，制備過程無三廢排出。
該納米嵌膜乳化潤滑劑提供了一種低熒光、帶納米滾珠材料，在地層和鉆具間能夠形成抗粘結潤滑膜的乳化潤滑劑。配制的鉆井液體系潤滑性好，泥餅細膩，濾失量小，熒光級別低，具有良好的熱穩定性和耐寒穩定性，大大提聞了水平井鉆井效率。
【具體實施方式】:
下面將結合具體實施例對本發明作進一步說明:
該納米嵌膜乳化潤滑劑，其組分及配比按重量百分比如下:改性石蠟10?30%、復合乳化劑3%?11%、堿度調節劑0.5?3%、納米石墨粉0.5?2%，余量為水。
所述的石蠟，為工業級改性石蠟C2tl?C3Q，純度85%?90% ；
所述的復合乳化劑為非離子表面活性劑與陰離子表面活性劑混合物，非離子表面活性劑:陰離子表面活性劑=4.5:1
所述的非離子表面活性劑為span-80、Tween-80、三聚甘油單硬脂酸酯，span-80:Tween-80:三聚甘油單硬脂酸酯=5:0.95:3 ；
其中Span-80:山梨醇酐單油酸酯；Tween_80:聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯；
所述的陰離子表面活性劑為C2tl-C3tl烷基醇磷酸酯鈉鹽，其中的低碳醇官能團具有很好的消泡作用；
堿度調節劑=NaOH溶液或KOH溶液；納米石墨粉:粒度指標:D9(I < lOOOnm，D5tl < 400nm，含碳量(98-99.99%)；
實施例1:
準備好重量份各組分，按照如下生產步驟制備低熒光納米滾珠嵌膜乳化潤滑劑:
(1)按重量份混合復合乳化劑
非離子型復合乳化劑:Span-80:Tween-80:三聚甘油單硬脂酸酯比為5:0.95:3，
復合乳化劑:非離子型復合乳化劑:烷基醇磷酸酯鈉鹽的比為4.5:1。
(2)準備原材料
改性石蠟10g、復合乳化劑3g、堿度調節劑0.5g、納米石墨粉2g、水84.5g。
(3)制備乳化潤滑劑
向反應釜中加84.5g水，升溫至50°C，400r/min緩慢攪拌，將IOg石蠟、3g復合乳化劑加入反應爸，邊攪拌邊升溫至75°C,提高攪拌速度800r/min,攪拌40min,混入堿度調節劑，繼續攪拌40min,緩慢攪拌至室溫,混入2g納米石墨粉,常溫下1200r/min攪拌40min,停止攪拌，包裝出料。
實施例2:
(1)按重量份混合復合乳化劑 過程與實施例1相同。
(2)準備原材料
改性石蠟20g、復合乳化劑5g、堿度調節劑lg、納米石墨粉IgdK 73g。
(3)制備乳化潤滑劑
向反應釜中加74g水，升溫至50°C，500r/min緩慢攪拌，將20g石蠟、5g復合乳化劑加入反應爸，邊攪拌邊升溫至80°C,提高攪拌速度1000r/min,攪拌40min,混入堿度調節劑，繼續攪拌40min,緩慢攪拌至室溫,混入Ig納米石墨粉,常溫下1000r/min攪拌40min,停止攪拌，包裝出料。
實施例3:
(1)按重量份混合復合乳化劑 過程與實施例1相同。
(2)準備原材料
改性石臘30g、復合乳化劑llg、堿度調節劑3g、納米石墨粉0.5g、水58.5g。
(3)制備乳化潤滑劑
向反應釜中加58.5g水，升溫至50°C，600r/min緩慢攪拌，將3(石蠟、118復合乳化劑加入反應釜，邊攪拌邊升溫至90°C，提高攪拌速度1200r/min，攪拌40min，混入堿度調節劑，繼續攪拌40min,緩慢攪拌至室溫,混入0.5g納米石墨粉,常溫下1000r/min攪拌40min，停止攪拌，包裝出料。
該納米嵌膜乳化潤滑劑的性能評價如下:
(1)在各種水基鉆井液中對實施例2中的潤滑劑進行了配伍性實驗。
表I潤滑劑與水基鉆井液的配伍性
【權利要求】
1.一種納米嵌膜乳化潤滑劑，其組分及配比按重量百分比如下:改性石蠟10?30%、復合乳化劑3%?11%、堿度調節劑0.5?3%、納米石墨粉0.5?2%，余量為水。
2.根據權利要求1所述的一種納米嵌膜乳化潤滑劑，其特征在于:所述的石蠟為工業級改性石蠟C2tl?C3Q，純度85%?90%。
3.根據權利要求1所述的一種納米嵌膜乳化潤滑劑，其特征在于:所述的復合乳化劑為非離子表面活性劑與陰離子表面活性劑混合物，非離子表面活性劑:陰離子表面活性劑比為4.5:lo
4.根據權利要求3所述的一種納米嵌膜乳化潤滑劑，其特征在于:所述的非離子表面活性劑為span-80、Tween-80、三聚甘油單硬脂酸酯，span-80:Tween_80:三聚甘油單硬脂酸酯之比為5:0.95:3。
5.根據權利要求3所述的一種納米嵌膜乳化潤滑劑，其特征在于:所述的陰離子表面活性劑為C2tl?C3tl烷基醇磷酸酯鈉鹽。
6.根據權利要求1所述的一種納米嵌膜乳化潤滑劑，其特征在于:所述的堿度調節劑為NaOH溶液或KOH溶液。
7.根據權利要求1所述的一種納米嵌膜乳化潤滑劑，其特征在于:所述的納米石墨粉的粒度指標為:D9Q < IOOOnm, D50 < 400nm，含碳量為 98-99.99%。
8.—種權利要求1所述的納米嵌膜乳化潤滑劑的制備方法，其特征在于:包括如下反應條件和步驟: 按重量份混配復合乳化劑，按重量配比準備好合成潤滑劑的各組分，向反應釜中加重量份的水，升溫至5(TC，400?600 r/min攪拌，將重量份石蠟、復合乳化劑加入反應釜，邊攪拌邊升溫至75?90°C，提高 攪拌速度800r/min?1200r/min，攪拌40min，測量pH值后，加入堿度調節劑，繼續攪拌40min,攪拌至室溫,混入納米石墨粉,常溫下800?1200r/min攪拌40min，既得成品潤滑劑。
【文檔編號】C09K8/035GK103436241SQ201310342598
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月8日 優先權日:2013年8月8日
【發明者】楊東梅, 劉永貴, 宋濤, 宋程, 劉振華, 王宇 申請人:中國石油天然氣集團公司, 大慶石油管理局