一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂的制备方法与流程

本发明涉及油田，具体为一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂的制备方法。

背景技术：

1、油机井口盘根盒采用填料式密封，其工作性质实质是依靠不断的外来动力，来维持对填料加压的过程，在油田采出体系中的抽油机井井口盘根密封填料多采用整体的橡胶或其衍生物为材质。这一过程中填料更换周期取决于填料的磨损程度，根据不同区域差异，盘根填料更换周期从几天到几个月不等。造成这样情况的主要原因包括：填料材质弹性差，磨损消耗过大、过快，填料的径向形变就很有限,密封效果变差；介质含油低，一定程度导致填料润滑能力差，与光杆摩擦力变大，损耗严重；填料过硬或夹杂颗粒杂质,长期运转造成光杆的磨损，反过来造成填料损耗加剧；在加盘根填料过程中，填料加的很满、很紧，其实这样是增大了光杆的行程阻力，变相增大了抽油机电机的能耗。填料同时过热磨损大，寿命缩短。

2、目前行业中已有的石墨类盘根包括柔性石墨盘根、金属增强石墨盘根、碳纤维增强石墨盘根、碳纤维金属增强石墨盘根等，均以石墨为主体材料，石墨材料具有良好的高温自润滑性及导热性，摩擦系数小，通用性强，本质柔软且强度高，对轴杆有保护作用，尤其适合离心泵等高温高速泵体的填料式轴密封。但抽油机井口属于长行程低速往复机械运动，其井口部位涉及长行程光杆（轴）往复密封，石墨类填料与橡胶类填料对比，由于相对环境温度低，使其耐高温的优势无用武之地，而应对抗磨损性能则较差,而普通填料材质弹性差，磨损消耗过大、过快，填料的径向形变就很有限,密封效果变差；介质含油低，一定程度导致填料润滑能力差，与光杆摩擦力变大，损耗严重；填料过硬或夹杂颗粒杂质,长期运转造成光杆的磨损，反过来造成填料损耗加剧；在加盘根填料过程中，填料加的很满、很紧，其实这样是增大了光杆的行程阻力，变相增大了抽油机电机的能耗。填料同时过热磨损大，寿命缩短。石墨烯是具有二维结构的一种碳质新材料，其厚度在0.55～3.74nm，石墨烯具有非常高的比表面，难以在极性或非极性溶剂中分散。由于其具备的特高硬度特性以及超薄的结构，使其具备了广泛应用前景，但目前在抽油机井口盘根密封技术领域尚未有具体的应用实例。针对上述问题，拟利用石墨烯材料从微观结构的角度提升常规橡胶类填料材质耐磨能力，填料使用周期普遍延长2-10倍以上，杜绝了光杆腐蚀现象的发生，提升抽油机井口密封效果，延长密封周期，对此而提出一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂及制备方法。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂及制备方法，解决了由于其具备的特高硬度特性以及超薄的结构，使其具备了广泛应用前景，但目前在抽油机井口盘根密封技术领域尚未有具体的应用实例的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂，所述添加剂的组成包括石墨烯材料、分散剂以及固体润滑剂，其中所述分散剂用于对石墨烯材料进行混合稀释，形成混合液，所述固体润滑剂用于对混合液进行混合，所述添加剂的制备步骤为：

5、s1：获取预处理过的石墨粉末，并将其加入分散剂中稀释成混合液；

6、s2：将s1中形成的混合液加入压力容器内加热和加压后，瞬间对密闭空间卸压释放，回收获得含较低浓度的初级混合物；

7、s3：对s2卸压后所获得的初级石墨烯混合物补充分散剂，放入超声波振荡机内进行超声振荡，形成石墨烯混合物；

8、s4：对s3形成的石墨烯混合物进行拉曼光谱检测其特征是否符合要求；

9、s5：对s4形成的石墨烯混合物进行蒸馏处理，获得含石墨烯粉剂；

10、s6：将预备好的固体润滑剂进行加热处理，待固体润滑剂完全溶解后，形成固体润滑液，将s5制备完成的石墨烯粉剂缓慢加入固体润滑液中，使用搅拌器持续搅拌，使石墨烯粉剂完全均匀融入固体润滑液中，即可停止加热；

11、s7：将含石墨烯的固体润滑液通过筛网滴入冷却水槽内，回收含石墨烯混合颗粒物。

12、优选的，所述分散剂为乙醇，所述固体润滑剂为石蜡，所述s1步骤中稀释成2%～5%的混合液。

13、优选的，所述s2步骤中对混合液加热升温至130℃～140℃的且保温1-6h、对混合液加压至18～22mpa。

14、优选的，所述s3步骤中补充的分散剂浓度在3%～5%，所述s3步骤中超声波振荡机的振荡频率小于20khz、超声振荡的时长为30min～120min。

15、优选的，s4步骤中拉曼光谱检测所采用的设备为dxr显微拉曼光谱仪，并采用514nm激光测量对s3步骤中超声波振荡机所形成石墨烯混合物的提取物进行扫描。

16、优选的，所述s6步骤中石墨烯粉剂与固体润滑液按照体积比使整体浓度在1%～5%，搅拌时长为28min～32min。

17、优选的，所述s7步骤中回收的石墨烯混合颗粒物体积为3mm～10mm。

18、优选的，一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂的使用方式，所述s7步骤中回收的石墨烯混合颗粒能够与橡胶类填料和润滑油任意一种进行使用，其中所述石墨烯混合颗粒体积小于橡胶类填料体积的5%～10%，所述石墨烯混合颗粒与润滑油混合形成10%～40%的半流体混合物。

19、（三）有益效果

20、本发明提供了一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂的制备方法。具备以下有益效果：

21、1、本发明提供的添加剂加入盘根盒后常态化保存在石蜡颗粒内，当盘根盒内的填料受压时，添加剂同时受压与填料一起承受挤压升温和磨损状态，石蜡受热发生熔化，将部分石墨烯材料释放到盘根盒内的运动空间内，置于光杆与填料之间，与填料和光杆分别发生接触，由于石墨烯材料具备的大表面比二维特征，较多的小尺寸单层石墨烯材料片段释放到这一空间，形成了一个中介层效应，从而避免了光杆与填料之间的直接接触，较强的表面张力条件下，实质是石墨烯片段材料之间互相发生接触和摩擦，从而使光杆和填料的磨损得到大幅度的下降，由于ge材料均匀的与固体润滑剂石蜡混合，故在石蜡消耗殆尽前，ge会不断的释放到填料内，使ge的减磨作用得到延长，增加了填料的寿命。

22、2、本发明由于石墨烯材料具备了较好的导电性，在盘根盒部位存在石墨烯材料可在一定程度上打破了导致光杆腐蚀的电池效应，使电池效应因石墨烯材料的“短路”终止了对光杆电腐蚀的延续，加入石墨烯材料的盘根填料添加剂经过大庆油田某厂试验区500余井次现场应用试验，证明常规橡胶类填料使用周期普遍延长2～10倍以上，且基本杜绝了光杆腐蚀现象的发生，取得了良好的应用效果。

技术特征：

1.一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂的制备方法，其特征在于：所述添加剂的组成包括石墨烯材料、分散剂以及固体润滑剂，其中所述分散剂用于对石墨烯材料进行混合稀释，形成混合液，所述固体润滑剂用于对混合液进行混合，所述添加剂的制备步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂的制备方法，其特征在于：所述分散剂为乙醇，所述固体润滑剂为石蜡，所述s1步骤中稀释成2%～5%的混合液。

3.根据权利要求1所述的一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂的制备方法，其特征在于：所述s2步骤中对混合液加热升温至130℃～140℃的且保温1-6h、对混合液加压至18～22mpa。

4.根据权利要求1所述的一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂的制备方法，其特征在于：所述s3步骤中补充的分散剂浓度在3%～5%，所述s3步骤中超声波振荡机的振荡频率小于20khz、超声振荡的时长为30min～120min。

5.根据权利要求1所述的一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂的制备方法，其特征在于：s4步骤中拉曼光谱检测所采用的设备为dxr显微拉曼光谱仪，并采用514nm激光测量对s3步骤中超声波振荡机所形成石墨烯混合物的提取物进行扫描。

6.根据权利要求1所述的一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂的制备方法，其特征在于：所述s6步骤中石墨烯粉剂与固体润滑液按照体积比使整体浓度在1%～5%，搅拌时长为28min～32min。

7.根据权利要求1所述的一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂的制备方法，其特征在于：所述s7步骤中回收的石墨烯混合颗粒物体积为3mm～10mm。

8.一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂的使用方式，使用如权利要求2-7任意一项所述的一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂的制备方法，其特征在于：所述s7步骤中回收的石墨烯混合颗粒能够与橡胶类填料和润滑油任意一种进行使用，其中所述石墨烯混合颗粒体积小于橡胶类填料体积的5%～10%，所述石墨烯混合颗粒与润滑油混合形成10%～40%的半流体混合物。

技术总结本发明提供一种抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂及制备方法，涉及油田技术领域。该抽油机井口用石墨烯盘根填料添加剂，所述添加剂的组成包括石墨烯材料、分散剂以及固体润滑剂，其中所述分散剂用于对石墨烯材料进行混合稀释，形成混合液，所述固体润滑剂用于对混合液进行混合。通过是利用低浓度氧化石墨烯材料（GE）为核心，通过固体润滑剂搭载并实现缓慢释放，与常规橡胶类填料材料的混合，构成以GE材料主导的外围中介物层，减缓传统填料与光杆的直接接触摩擦，从而在确保填料密封状态下，减轻填料损耗，在维持一定摩擦状态下，搭载GE的固体润滑剂混合材料会逐渐释放GE，从而使填料与光杆的密封状态维持更长的时间。技术研发人员：汤凯,王云峰,房双铭,崔大勇,江润田,吕洋,岳东卫,孙雨飞,王洪亮,张朋娟,杜满昌,李博受保护的技术使用者：大庆油田有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4