一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂及其制备方法与应用

本发明涉及钻井液润滑剂领域，尤其涉及一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、对比油基钻井液，水基钻井液具有良好的亲水性，可以吸附和控制井壁的水分。它们具有较高的可控性、稳定性和环境友好性，适用于大多数地质条件下的钻井作业，且水基钻井液在井下使用后容易回收和处理，是当前应用最广的钻井液体系。但其润滑性能较差，严重制约了其在大位移井、水平井等复杂结构井的推广与使用。通过向水基钻井液中加入润滑剂，可显著提升体系的润滑性能，从而达到预防甚至减少或者避免托压、压差卡钻、钻头泥包等工程事故率。

2、钻井液润滑剂种类多样，大体可以分为固体润滑剂与液体润滑剂。目前常见的钻井液固体润滑剂以石墨粉、玻璃微珠等为主。固体润滑剂可以分散在泥饼中，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而达到降摩减阻，避免泥包的作用。现有大部分固体石墨润滑剂产品由于其粒度大，在钻头表面的吸附能力有限，不易产生持久性的润滑减阻效应，并可能导致钻具堵塞问题，影响了其应用效果。同时，与液体润滑剂相比，固体润滑剂改善钻头泥包的效果并不理想。而典型的液体润滑剂通常包含有长链烃基结构，其润滑机理是在润滑剂在进入摩擦表面后，利用其结构中的长链烃基形成疏水润滑膜。这层润滑膜能够改善钻具表面的润湿性，并抑制钻屑与黏土颗粒的吸附，同时防止了钻具配件间的摩擦接触，降低了钻井摩阻，减少了钻具泥包及卡钻问题，从而提高了钻头的钻进效率。随着钻井深度的不断增加，井下温度和压力随之升高，常规的钻井液润滑剂如醇醚类润滑剂、植物油类润滑剂，它们或由于自身结构不耐高温，在高温环境下发生构象变化甚至分解，或由于与钻具表面的吸附作用弱而容易脱附，造成润滑性能下降，乃至油膜破裂，失去润滑性能；严重情况下造成钻具与套管或井壁之间的直接摩擦，严重制约了对深井、超深井等油气资源的开发。因此，要求钻井液用润滑剂需在具备优良润滑性能的同时，还要具备优良的耐温性能，以适应当前油气资源开发的需要。因此，如何克服上述存在的技术问题和缺陷成为重点需要解决的问题。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂及其制备方法与应用，主要解决了现有钻井过程中的润滑性能不高、耐高温能力低，难以满足深井乃至超深井钻采的需求的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本发明提供一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂，包括白油12％～22％、油酸5％～15％、聚山梨酯-80 5％～12％、表面活性组分18％～40％、水30％～40％和消泡剂1％～3％。

4、优选的，所述白油为3号白油、5号白油和7号白油中的一种。

5、优选的，所述消泡剂为聚醚改性硅型和复合有机硅型中的一种或多种。

6、第二方面，本发明提供一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂的制备方法，包括如下步骤：

7、s1:将白油、油酸、聚山梨酯-80和消泡剂混合，得到油相；

8、s2:将表面活性组分和水混合，得到水相；

9、s3:将水相和油相混合，反应后得到最终的耐高温水基钻井液乳液润滑剂。

10、优选的，s3中所述反应条件为：反应温度为40～50℃，反应时间为15min，搅拌速度12000～13000r/min。

11、优选的，所述表面活性组分的合成方法如下：

12、将油酸钠溶解于水，得到油酸钠的水溶液；将甲基丙烯磺酸钠溶解于水，调节ph为8～9，所得溶液加入到油酸钠的水溶液中；将混合溶液搅拌、加热、滴加引发剂，反应后得到表面活性组分。

13、优选的，所述表面活性组分中油酸钠和甲基丙烯磺酸钠的质量浓度为20wt％～30wt％；所述油酸钠和甲基丙烯磺酸钠的质量比为8～10:1。

14、优选的，所述加热条件为：在65～85℃下反应6h；所述搅拌条件为：搅拌速度为1000r/min。

15、优选的，所述引发剂为过硫酸铵；所述引发剂用量为油酸钠和甲基丙烯磺酸钠总质量的3％。

16、第三方面，本发明提供一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂在钻井领域中的应用。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明通过自由基聚合反应制备了两亲性的表面活性物质，并作为乳化剂与基础油等物质复配，使油类能以乳液的形态在水中分散，能够在水基钻井液中充分发挥其润滑作用；且该表面活性物质有优异的性能，相比于不添加表面活性物质，本发明提供的制备方法制得的耐高温水基钻井液乳液润滑剂的抗温性和稳定性显著增强。

19、本发明的耐高温水基钻井液乳液润滑剂合成方法简单，以油酸钠和甲基丙烯磺酸钠为主要原料，其来源广泛。本发明所制备的耐高温水基钻井液乳液润滑剂所含有的磺酸基是一种重要的金属表面吸附基团，经过极性基团修饰的润滑剂可以强化润滑剂与钻具表面的成膜强度；并且通过各物质间协同作用提高了润滑剂分子在金属表面的吸附以及热稳定性，从而产生更好、更持久的润滑效果。且经过优选的消泡剂产品类型，足够克服乳液润滑剂的发泡问题方面的弊端，满足性能指标。

技术特征：

1.一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂，其特征在于，包括白油12％～22％、油酸5％～15％、聚山梨酯-80 5％～12％、表面活性组分18％～40％、水30％～40％和消泡剂1％～3％。

2.如权利要求1所述的一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂，其特征在于，所述白油为3号白油、5号白油和7号白油中的一种。

3.如权利要求1所述的一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂，其特征在于，所述消泡剂为聚醚改性硅型和复合有机硅型中的一种或多种。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.如权利要求4所述的一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂的制备方法，其特征在于，s3中所述反应条件为：反应温度为40～50℃，反应时间为15min，搅拌速度12000～13000r/min。

6.如权利要求4所述的一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂的制备方法，其特征在于，所述表面活性组分的合成方法如下：

7.如权利要求6所述的一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂的制备方法，其特征在于，所述表面活性组分中油酸钠和甲基丙烯磺酸钠的质量浓度为20wt％～30wt％；所述油酸钠和甲基丙烯磺酸钠的质量比为8～10:1。

8.如权利要求6所述的一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂，其特征在于，所述加热条件为：在65～85℃下反应6h；所述搅拌条件为：搅拌速度为1000r/min。

9.如权利要求6所述的一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵；所述引发剂用量为油酸钠和甲基丙烯磺酸钠总质量的3％。

10.如权利要求1-3任一项所述的一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂在钻井领域中的应用。

技术总结本发明公开了一种耐高温水基钻井液乳液润滑剂及其制备方法与应用，属于钻井液润滑剂领域；本发明包括白油12％～22％、油酸5％～15％、聚山梨酯‑80 5％～12％、表面活性组分18％～40％、水30％～40％和消泡剂1％～3％；解决了现有钻井过程中的润滑性能不高、耐高温能力低的问题。本发明通过各组分之间的协同作用提高了润滑剂分子的热稳定性和润滑性能，且本发明制备方法简单，原料来源广泛，降低了成本，可大规模应用。技术研发人员：刘双,许筱涵,于洪江,李磊磊,王文珍受保护的技术使用者：西安石油大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30