[发明专利]一种水基钻井液润滑剂和其使用的磁性聚醚及其制备方法

说明书

本发明涉及一种水基钻井液润滑剂用磁性聚醚及其制备方法和应用，以羟基化磁性纳米颗粒为起始剂，环氧丙烷和环氧丁烷为结构单元接枝共聚得到；羟基化磁性纳米颗粒为羟基化Fe₃O₄、Ni‑Fe和氧化钴纳米颗粒中的任意一种或几种，按照重量份，所述磁性聚醚中含磁性纳米颗粒5％～20％，环氧丙烷链段20％～60％，环氧丁烷链段10％～20％。本发明提供的水基钻井液润滑剂用磁性聚醚展现出优异的靶向润滑作用，显著提高了润滑剂在钻具表面的吸附效果，还具有润滑持续时间长、循环使用稳定性好，与不同水基钻井液配伍性好的优点，尤其适用于长裸眼段水平井。

技术领域

本发明属于石油钻井技术领域，特别涉及高性能水基钻井液高效润滑剂领域，具体为一种水基钻井液润滑剂和其使用的磁性聚醚。

背景技术

目前水基钻井液在长水平段复杂结构井施工过程中仍存在较为频繁的托压、卡钻等工程问题和水功率传递不足等技术难题，其主要原因为水基钻井液中润滑剂的润滑持续性不足。因此，对水基钻井液润滑剂的持续润滑性进行研究开发、提高油性润滑剂的持续润滑性能将是未来水基钻井液在长裸眼段水平井中应用的一个重要部分。

专利CN201711091999采用C₁₀-C₁₈的单有机酸与醇进行酯化反应合成非离子型润滑剂，有效避免了钻井液中离子组分对润滑性能的干扰。

专利CN201810754751以α-烯烃为油性润滑组分，复合纳米二氧化硅作为高性能润滑剂，在钻井液中添加该润滑剂能够提高钻井液润滑性，降低钻井过程中的摩阻和扭矩。

专利CN201810367132以二烷基二硫代氨基甲酸钼和二烷基二硫代磷酸钼作为液体润滑剂重要组分，二者均为油溶性有机钼化合物，在钻具与井壁接触形成的高压下会在摩擦表面形成次级结构膜，不易被破坏，呈现良好的润滑减摩效果。

上述新开发的润滑剂有两点优势：(1)采用非离子型润滑活性组分有效避免润滑剂和水基钻井液之间的相互负面干扰，提高整体作业效率；(2)采用纳米无机材料滚动摩擦或有机钼在极限压力下吸附钻具提高润滑效果。

但上述水基钻井液润滑剂均忽视了润滑剂在钻具、钻井液固相颗粒竞争吸附成膜过程中优先向钻井液流体中固相颗粒表面吸附，有效润滑组分被钻屑等地层矿物吸附后消耗速度过快等问题，无法有效解决长水平段持续润滑。在高难度复杂工况下能够具有持久润滑性能的磁性润滑材料仍处于空白状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种水基钻井液润滑剂用磁性聚醚，与油性润滑剂具有良好的相容性、润滑性兼具较高的抑泡效果，综合性能优异，能够广泛应用于长裸眼段水平井高性能水基钻井液润滑剂中满足更高的使用要求。

因此，本发明的目的之一在于提供一种水基钻井液润滑剂用磁性聚醚，该磁性聚醚为羟基化磁性纳米颗粒与环氧丙烷/环氧丁烷接枝共聚而成的磁性纳米颗粒改性物；在磁性聚醚结构中，羟基化磁性纳米颗粒为起始剂，环氧丙烷和环氧丁烷为共聚结构单元；

可选的，所述环氧丁烷为1,2-环氧丁烷。

可选的，所述磁性聚醚包含下式(1)所示的主链结构：

其中*为羟基化磁性纳米颗粒；n为5～12，m为2～5；单条磁性聚醚主链分子量在700～2000之间。

所述羟基化磁性纳米颗粒为羟基化Fe₃O₄、Ni-Fe和氧化钴纳米颗粒中的任意一种或任意两种及两种以上以任意比例混合的混合物；

其中，所述羟基化磁性纳米颗粒的平均粒径在10～50nm之间。

可选的，以质量分数计，所述磁性聚醚中含羟基化磁性纳米颗粒5％～20％，环氧丙烷链段20％～60％，环氧丁烷链段10％～20％。