[发明专利]一种钻井液用纳米润滑剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钻井液用纳米润滑剂及其制备方法和应用，该制备方法主要包括以下步骤：将阴离子单体、含氟单体和溶剂加入反应装置中，搅拌均匀，然后于惰性气体氛围下加入引发剂进行反应，反应结束后冷却至室温，再经后处理，即得到钻井液用纳米润滑剂。该制备方法具有制备路线简单、反应条件温和、产物纯度高、后处理操作简单、易实现大规模生产的特点；本发明中纳米润滑剂表面带有阴离子官能团和含氟官能团，两者协同作用降低钻井液与井壁的摩擦阻力，提高润滑性能效果显著，使其兼具分散稳定性能和润滑性能，在钻井液中加量为1％时，润滑系数降低率大于81％；同时含氟官能团的引入，使其具有耐高温性能，耐温达195℃以上。

技术领域

本发明涉及润滑剂技术领域，具体涉及到一种钻井液用纳米润滑剂及其制备方法和应用。

背景技术

钻井液用润滑剂主要用于钻井过程中，起到降低钻井液的流动阻力和滤饼摩阻系数，减少钻头扭矩，提高其水马力，防止卡钻的作用。随着油气资源勘探开发向深层、超深层等复杂地质条件推进，钻井液面临的工作环境越来越恶劣。在深层、超深层钻井过程中，钻具摩阻更加突出，润滑剂的作用愈加重要，甚至成为制约深层、超深层钻井液的顺利钻井的关键因素。

目前，常见钻井液主要有油脂类和表面活性剂等，也有少量微纳米颗粒作为润滑剂。润滑原理主要是通过降低流体界面阻力，或者通过滚动摩擦，提高流动性。但目前常见润滑剂难以满足深层、超深层钻井液的润滑。深层、超深层钻井面临钻井温度高、压力高、摩阻高、钻井液循环较慢等特性，亟需研发耐高温，并可显著降低摩擦系数的润滑剂。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的是提供一种钻井液用纳米润滑剂及其制备方法和应用，可有效解决现有钻井液用润滑剂中存在的不耐高温、润滑性能效果差和无法适用于深层、超深层钻井液的问题。

为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明提供一种钻井液用纳米润滑剂的制备方法，包括以下步骤：将阴离子单体、含氟单体和溶剂加入反应装置中，搅拌均匀，然后于惰性气体氛围下加入引发剂，在70℃～100℃温度下反应2～6小时，冷却至室温，再经后处理，即得到钻井液用纳米润滑剂。

进一步地，阴离子单体和含氟单体的摩尔比2～5:1，优选为3:1。

进一步地，阴离子单体为丙烯酸盐、乙烯基磺酸盐、甲基丙烯磺酸盐、苯乙烯磺酸盐或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐；优选为丙烯酸钠、乙烯基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠中的一种。

进一步地，含氟单体为四氟乙酸乙烯酯、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。

进一步地，引发剂的质量占阴离子单体和含氟单体两者总质量的0.5～2wt％。

进一步地，引发剂为过氧化物引发剂，包括有机过氧化物引发剂和无机过氧化物引发剂，如过氧化苯甲酰、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠等；优选为过硫酸盐类引发剂。

进一步地，溶剂为水与有机溶剂的混合溶剂；其中，水含量为94wt％～98wt％。

进一步地，有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的至少一种。

进一步地，反应温度优选为80℃～94℃，反应时间优选为3～5小时。

进一步地，后处理的具体过程为：向反应完成后所得的混合溶液中加入2.3～2.8倍体积的乙醇，充分搅拌后过滤，然后将滤出物在50℃～74℃真空干燥8～10小时，即可得到钻井液用纳米润滑剂。

本发明还提供上述制备方法制得的钻井液用纳米润滑剂。

本发明还提供上述钻井液用纳米润滑剂在钻井领域中的应用。

本发明具有以下优点：