一种钻井液用摩擦改性剂及其制备方法与流程

本发明涉及石油和天然气行业中钻井液，具体涉及一种钻井液用摩擦改性剂及其制备方法。

背景技术：

1、在钻探石油和天然气井时，钻井液作为一种具有特殊功能的流体在钻杆、钻头、环空进行循环，其主要功能包括：提供静压力以稳定井壁和平衡地层压力、携带和悬浮岩屑、冷却钻头、提供水动力辅助破岩。钻井液的另一个重要作用是降低钻杆和井壁记忆钻杆和金属套管之间的摩擦阻力。钻井液可以为水基或油基，一般来说，水基钻井液比油基钻井液的成本低，具有健康、安全和环保性能，但油基钻井液具有更优异的页岩稳定性和润滑性。钻井液的润滑性决定钻杆在井筒内的转矩(旋转摩擦)和阻力(轴向摩擦)的大小。从经济性以及技术上讲，由于应用中可减少扭矩和阻力，因此具有低摩擦系数的钻井液可提高钻井效率、降低成本，特别是在超深井和长水平井钻探中，钻井液的润滑性能更加重要。

2、现有的钻井液用摩擦改性剂通常是向改性剂中加入纳米sio2形成润滑脂，以提高摩擦改性剂的润滑性能，但是由于其表面羟基的存在，这种润滑脂的抗水性能较差，易硬化，高温条件下容易失去流动性。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钻井液用摩擦改性剂及其制备方法，本发明在酸性条件下利用带有不饱和双键的硅烷偶联剂与sio2表面上的羟基发生缩合反应，进而在自由基引发剂的引发下，使改性导入的不饱和单体在颗粒表面原位发生自由基共聚反应，制备表面具有超疏水性聚合物链的改性球形sio2颗粒，具有良好的抗水性能。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种钻井液用摩擦改性剂，：所述摩擦改性剂由以下重量份数的原料组成：400～600份基础油、50～80份分散剂、20～40份纳米sio2、10～20份硅烷偶联剂，30～60份乳化剂、30～60份表面活性剂、15～30份引发剂。

4、在本发明优选的实施方式中，所述摩擦改性剂由以下重量份数的原料组成：450～550份基础油、60～70分散剂、25～35份纳米sio2、12～16份硅烷偶联剂，40～50份乳化剂、40～50份表面活性剂、20～25份引发剂。

5、在本发明优选的实施方式中，所述硅烷偶联剂为kh550、kh560、kh570、si-69中的一种，所述分散剂为羧甲基纤维素钠。

6、在本发明优选的实施方式中，所述纳米sio2的粒径为10～200nm。

7、在本发明优选的实施方式中，所述基础油为植物基础油，所述植物基础油选自土耳其红油、二甲基硅油。

8、在本发明优选的实施方式中，所述乳化剂选自硬脂酸锌酯、脂肪酸聚氧乙烯醚、多元醇酯中的一种。

9、在本发明优选的实施方式，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚乙烯醚中的一种。

10、在本发明优选的实施方式中，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾中的一种。

11、在本发明优选的实施方式中，所述钻井液为水基钻井液。

12、本发明的另一个目的是提供一种上述任一项所述的钻井液用摩擦改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

13、称取以下重量份数的原料：400～600份基础油、50～80份分散剂、20～40份纳米sio2、10～20份硅烷偶联剂，30～60份乳化剂、30～60份表面活性剂、15～30份引发剂；

14、将硅烷偶联剂、引发剂和纳米sio2在酸性条件下混合搅拌得到浆料一；

15、然后将基础油、分散剂、乳化剂和表面活性剂加入到浆料一中，混合搅拌得到浆料二；

16、将浆料二升温至50～80℃，保温搅拌0.5h，即得到钻井液用摩擦改性剂。

17、在本发明优选的实施例中，所述搅拌转速为800～1000r/min，搅拌时间为0.5～2h。

18、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

19、1、稠化剂是润滑酯中的重要组成部分，它能使基础油被吸附和固定在骨架结构中形成具有稳定结构的润滑脂，纳米二氧化硅作为一种无机稠化剂本身不熔化，得到的润滑脂滴点高，具有良好的高温润滑性能和氧化稳定性，且具有较大的比表面积，稠化能力很强，但由于其表面羟基的存在，这种润滑脂的抗水性能较差，因此，本发明在酸性条件下利用带有不饱和双键的硅烷偶联剂与纳米sio2表面上的羟基发生缩合反应，然后在自由基引发剂的引发下，使改性导入的不饱和单体在颗粒表面原位发生自由基共聚反应，制备表面具有超疏水性聚合物链的改性球形sio2颗粒，具有良好的抗水性能。

20、2、本发明制备的摩擦改性剂，各组分之间具有良好的协同作用，并且该摩擦改性剂应用于钻井液，与钻井液的配伍性良好，并且在高温条件下，植物基础油和乳化剂中的极性分子依靠分子间作用力及电子交换等作用可以在钻杆与井壁上形成物理吸附膜和化学吸附膜，吸附膜能够很好的降低摩擦面的摩擦系数，减少磨损，从而提高耐磨损性能。

技术特征：

1.一种钻井液用摩擦改性剂，其特征在于，所述摩擦改性剂由以下重量份数的原料组成：400～600份基础油、50～80份分散剂、20～40份纳米sio2、10～20份硅烷偶联剂，30～60份乳化剂、30～60份表面活性剂、15～30份引发剂。

2.根据权利要求1所述的钻井液用摩擦改性剂，其特征在于，所述摩擦改性剂由以下重量份数的原料组成：450～550份基础油、60～70分散剂、25～35份纳米sio2、12～16份硅烷偶联剂，40～50份乳化剂、40～50份表面活性剂、20～25份引发剂。

3.根据权利要求1所述的钻井液用摩擦改性剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂为kh550、kh560、kh570、si-69中的一种，所述分散剂为羧甲基纤维素钠。

4.根据权利要求1所述的钻井液用摩擦改性剂，其特征在于，所述纳米sio2的粒径为10～200nm。

5.根据权利要求1所述的钻井液用摩擦改性剂，其特征在于，所述基础油为植物基础油，所述植物基础油选自土耳其红油、二甲基硅油。

6.根据权利要求1所述的钻井液用摩擦改性剂，其特征在于，所述乳化剂选自硬脂酸锌酯、脂肪酸聚氧乙烯醚、多元醇酯中的一种。

7.根据权利要求1所述的钻井液用摩擦改性剂，其特征在于，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚乙烯醚中的一种。

8.根据权利要求1所述的钻井液用摩擦改性剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾中的一种。

9.一种权利要求1-8任一项所述的钻井液用摩擦改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的钻井液用摩擦改性剂的制备方法，其特征在于，所述搅拌转速为800～1000r/min，搅拌时间为0.5～2h。

技术总结本发明涉及石油和天然气行业中钻井液技术领域，具体涉及一种钻井液用摩擦改性剂及其制备方法，该摩擦改姓剂由以下重量份数的原料组成：400～600份基础油、50～80份分散剂、20～40份纳米SiO2、10～20份硅烷偶联剂，30～60份乳化剂、30～60份表面活性剂、15～30份引发剂，本发明在酸性条件下利用带有不饱和双键的硅烷偶联剂与SiO2表面上的羟基发生缩合反应，进而在自由基引发剂的引发下，使改性导入的不饱和单体在颗粒表面原位发生自由基共聚反应，制备表面具有超疏水性聚合物链的改性球形SiO2颗粒，具有良好的抗水性能。技术研发人员：刘怀珠,倪银,陈东,赵康宁,张帆,张洁,张望远,杨晓拂,张帆,罗佳洁,马英受保护的技术使用者：唐山冀油瑞丰化工有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18