[发明专利]纳米嵌膜乳化润滑剂

说明书

技术领域

本发明涉及油田钻井领域中一种润滑剂，尤其是一种纳米嵌膜乳化润滑剂。

背景技术

随着能源需求与日俱增，石油勘探开发步伐不断加快，为提高油气采收效率，水平井、定向井钻探发展逐步完善。这些特殊钻井技术不断对钻井液体系提出新的要求。

水平井、定向井钻井区别于垂直钻井的最大特点是，定向钻进中摩阻大、井壁容易失稳，易于发生沉砂卡钻等复杂情况，钻井液润滑性的好坏在钻井成败中起重要作用。水平井、定向井钻井液发展由全油基钻井液、油包水钻井液、水包油钻井液到水基钻井液，有以下进步：钻井液含油量逐步减少，污染减轻，钻井液成本降低。

目前国内中浅层水平井、定向井普遍使用水基钻井液，选用的润滑剂包括：动植物油类、矿物油类、表面活性剂及醇、酯类，此外还包括玻璃微珠、塑料小球等固体类润滑剂。混油脂量最大达到10%以上，直接导致钻井液的以下问题：①混油量大，污染严重，成本高；②钻井液有荧光，影响地质录井；③定向钻进中摩阻大、钻速慢，润滑性不够理想。固体类润滑剂往往对钻具有较大磨损，抗剪切性能差。综上所述，现有钻井液润滑剂均存在不同方面的缺陷和不足。

发明内容

本发明在于克服背景技术中存在的水平井摩阻大、托压严重、钻井液润滑效果差的问题，而提供一种纳米嵌膜乳化润滑剂。该纳米嵌膜乳化润滑剂，提供了一种低荧光、带纳米滚珠材料，在地层和钻具间能够形成抗粘结润滑膜的乳化润滑剂，配制的钻井液体系润滑性好，泥饼细腻，滤失量小，荧光级别低，具有良好的热稳定性和耐寒稳定性，大大提高了水平井钻井效率。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：该纳米嵌膜乳化润滑剂，其组分及配比按重量百分比如下：改性石蜡10～30%、复合乳化剂3%～11%、碱度调节剂0.5～3%、纳米石墨粉0.5～2%，余量为水。

所述的石蜡为工业级改性石蜡C₂₀～C₃₀，纯度85%～90%；所述的复合乳化剂为非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂混合物，非离子表面活性剂：阴离子表面活性剂为4.5：1；所述的非离子表面活性剂为span-80、Tween-80、三聚甘油单硬脂酸酯，span-80：Tween-80：三聚甘油单硬脂酸酯为5：0.95：3；所述的阴离子表面活性剂为C₂₀～C₃₀烷基醇磷酸酯钠盐；所述的碱度调节剂为NaOH溶液或KOH溶液；所述的纳米石墨粉的粒度指标为：D₉₀＜1000nm，D₅₀＜400nm，含碳量（98-99.99%）。

一种纳米嵌膜乳化润滑剂的制备方法，包括如下反应条件和步骤：

按重量份混配复合乳化剂，按重量配比准备好合成润滑剂的各组分，向反应釜中加重量份的水，升温至50℃，400～600r/min搅拌，将重量份石蜡、复合乳化剂加入反应釜，边搅拌边升温至75～90℃，提高搅拌速度800r/min～1200r/min，搅拌40min，测量pH值后，加入碱度调节剂，继续搅拌40min，搅拌至室温，混入纳米石墨粉，常温下800～1200r/min搅拌40min，既得成品润滑剂。

本发明纳米嵌膜乳化润滑剂具有如下有益效果：

（1）本发明乳化润滑剂具有极强的润滑作用。润滑剂特有的层状结构，使得乳液分子间具有相对滑动趋势，大大降低原本较大的相对摩擦阻力，在钻井液中与粘土微粒相互吸附，改善粘土之间的结构作用，降低钻井液流动时粘土微粒所产生的滑动摩擦阻力，从而提高了钻井液的润滑性能；乳液分子中的极性基团，能牢固的吸附在钻具和岩石的表面上形成定向分子层，这样就构成了高韧性的润滑油膜，当单分子层吸附膜达到饱和时，极性分子成紧密排列，由于分子间的内聚力使吸附膜具有一定的承压能力，有效的阻止了两摩擦表面的直接接触，起到润滑作用；纳米石墨粉分散在钻井液体系中，因强化学键合作用，牢牢嵌入钻具表面，形成坚韧的耐磨损惰性镶嵌膜，起隔绝、保护钻具的作用，同时游离在钻井液中的纳米石墨粉再次增强钻井液的润滑性。