抗高温微胶囊润滑剂及其制备方法与应用以及水基钻井液技术

本发明专利技术涉及油田化学领域，公开了一种抗高温微胶囊润滑剂的制备方法，该方法包括：(1)将由甲醛与尿素制成的预聚体溶液与碳微球进行混合，得到壁材混合液；(2)将乳化剂、离子液体、润滑油、极压抗磨剂和水配制得到复配乳液；(3)在固化剂存在下，将所述壁材混合液和复配乳液在酸性条件下进行反应，产物进行静置、过滤和干燥，得到抗高温微胶囊润滑剂。该微胶囊润滑剂在常温下的弹性模量不低于1550MPa，并具有优异的抗温性能，可抗温150℃；在水基钻井液基浆中加入3％w/v该微胶囊润滑剂，150℃热滚16h后浆液的摩擦系数降低率大于80％；该微胶囊润滑剂在150℃高温水相中热滚16h后，质量保留率大于80％。大于80％。大于80％。

【技术实现步骤摘要】
抗高温微胶囊润滑剂及其制备方法与应用以及水基钻井液


[0001]本专利技术涉及钻井液润滑剂
，尤其涉及一种抗高温微胶囊润滑剂及其制备方法与应用以及水基钻井液。

技术介绍

[0002]钻井液润滑剂性能的优劣对钻井工程有很大的影响。在进行大位移井、深井、超深井以及水平钻井等特殊钻井作业时，钻柱的提拉、旋转，钻具与钻井液之间、钻具与井壁之间的摩擦均会使井下扭矩与摩阻大幅增加。扭矩与摩阻会增加钻具的磨损，减少钻具使用寿命并影响钻井的效率与成本，过高的扭矩与摩阻甚至会导致卡钻、钻具断裂等严重的井下安全事故。现场作业中一般将钻井液润滑剂加入至钻井液中，通过钻井液润滑剂在摩擦副表面形成一层致密的保护膜，将摩擦副分离以达到降低摩阻的作用。钻井液润滑剂还可以有效降低泥饼的粘附，以避免发生卡钻等井下事故。近年来，随着各国对钻井液润滑剂的润滑性能与环保要求的提高，环保润滑剂等处理剂被陆续推广。
[0003]微胶囊润滑剂作为一种新型润滑材料，因其具有靶向润滑性，制备工艺简单，成本较低，反应条件较为温和，润滑效果良好等优点而具有良好的发展前景。但是对于特殊的钻井环境，微胶囊润滑剂还存在应用缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服常见微胶囊壁材抗温性能较差，在井下高温作用下易分解，无法适应井下高温环境的问题，提供一种抗高温微胶囊润滑剂及其制备方法与应用以及水基钻井液。该微胶囊润滑剂具有高温稳定性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种抗高温微胶囊润滑剂的制备方法，该方法包括：(1)将由甲醛与尿素制成的预聚体溶液与碳微球进行混合，得到壁材混合液；
[0006](2)将乳化剂、离子液体、润滑油、极压抗磨剂和水配制得到复配乳液；
[0007](3)在固化剂存在下，将所述壁材混合液和复配乳液在酸性条件下进行反应，产物进行静置、过滤和干燥，得到抗高温微胶囊润滑剂。
[0008]本专利技术第二方面提供了一种本专利技术的制备方法制得的抗高温微胶囊润滑剂，其中，所述微胶囊润滑剂为淡黄色夹杂黑色的固体粉末，平均粒径为10
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40μm，抗温性能≥150℃。
[0009]本专利技术第三方面提供了一种本专利技术的抗高温微胶囊润滑剂在高温钻井环境下的应用。
[0010]本专利技术第四方面提供了一种钻井液，包含本专利技术的抗高温微胶囊润滑剂。
[0011]通过上述技术方案，本专利技术提供了一种采用原位聚合法制备得到具有类似核壳结构的抗高温微胶囊润滑剂。由此本专利技术可以获得的有益效果是：
[0012](1)本专利技术将离子液体与极压抗磨剂包裹在微胶囊中。通过微胶囊特有的“核
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壳”技术特点，能够“靶向”控制芯材润滑剂释放，提高芯材润滑剂的润滑效率，减少芯材润滑剂
的加量与损耗。相比于传统润滑剂，离子液体具有优异的抗温性与润滑性，在250℃左右的高温下化学性质仍能保持稳定。在高摩阻处，微胶囊受压破裂，微胶囊内部的极压抗磨剂等芯材被释放出来，极压抗磨剂在金属摩擦副表面可以形成一层极压膜，提高摩擦副抗负荷能力，减少金属摩擦副磨损。
[0013](2)本专利技术将碳微球引入到微胶囊壁材中，提高微胶囊囊壁的抗负荷能力，增加微胶囊整体的刚性。具体地，甲醛与尿素经固化剂作用反应形成的聚脲树脂，与碳微球复合成为复合微胶囊囊壁。在井下高温环境下、各摩擦副之间的摩擦以及钻井液的剪切力等使微胶囊壳体破裂。碳微球会在壁材破裂后进入到钻井液中。在高摩阻处，碳微球可将摩擦副间的滑动摩擦转变为摩擦面积更小的滚动摩擦，与微胶囊芯材液体润滑剂协同发挥润滑作用，提高润滑作用效果。碳微球具有化学惰性、优良的导热与润滑性能、较高的表面能，在井下不易与其他物质反应、可将热量快速传递至壁材各部位，使壁材材料受热均匀，延缓脲醛树脂受热分解的时间，提高微胶囊的抗高温性能。
[0014](3)本专利技术降低了离子液体的损耗速度，增长了实际润滑时间，有效降低了摩擦系数，提高了微胶囊抗温性能。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例1制备的微胶囊润滑剂的偏光显微镜图；
[0016]图2为本专利技术实施例2制备的微胶囊润滑剂经破碎后的扫描电镜图。
具体实施方式
[0017]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0018]本专利技术第一方面提供了一种抗高温微胶囊润滑剂的制备方法，该方法包括：
[0019](1)将由甲醛与尿素制成的预聚体溶液与碳微球进行混合，得到壁材混合液；
[0020](2)将乳化剂、离子液体、润滑油、极压抗磨剂和水配制得到复配乳液；
[0021](3)在固化剂存在下，将所述壁材混合液和复配乳液在酸性条件下进行反应，产物进行静置、过滤和干燥，得到抗高温微胶囊润滑剂。
[0022]本专利技术中，将水热反应法制得的碳微球加入到甲醛与尿素通过原位聚合法得到的树脂预聚体中，超声分散后得到改性预聚体混合液。在固化剂作用下，将乳化剂、离子液体、极压抗磨剂、润滑油和水在一定转速下机械搅拌得到的乳液滴加至改性预聚体混合液中进行原位聚合反应并抽滤干燥得到所述抗高温微胶囊润滑剂。
[0023]本专利技术的一些实施方式中，步骤(1)中，所述预聚体溶液的制备过程为：在碱性条件下，将甲醛与尿素混合进行水浴反应，然后冷却至室温。
[0024]本专利技术的一些实施方式中，水浴温度为60
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95℃，时间为0.5
‑
1.5h；所述碱性条件下的pH值为8
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10。所述碱性条件可以通过滴加10％氢氧化钠溶液调整所述水浴反应体系的pH值。
[0025]本专利技术的一些实施方式中，优选地，甲醛与尿素的摩尔比为1.5
‑
2：1。
[0026]本专利技术的一些实施方式中，优选地，所述碳微球与甲醛的重量比为1：1
‑
4。
[0027]本专利技术的一些实施方式中，优选地，所述碳微球的平均粒径为300
‑
800nm。所述碳微球可以通过包埋在脲醛树脂层中或可能与脲醛树脂交联，提高微胶囊抗温性能。
[0028]本专利技术的一些实施方式中，优选地，所述混合在超声条件下进行。
[0029]本专利技术的一些实施方式中，优选地，所述碳微球通过以下方法制得：将糖类化合物溶液进行水热反应，产物经精制和过滤。
[0030]本专利技术的一些实施方式中，优选地，所述糖类化合物选自葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉、纤维素、环糊精和壳聚糖中的一种或多种。
[0031]本专利技术的一些实施方式中，优选地，所述糖类化合物溶液为水溶液，所述糖类化合物溶液的浓度为5
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10％w/v。即1L去离子水中含有50
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗高温微胶囊润滑剂的制备方法，该方法包括：(1)将由甲醛与尿素制成的预聚体溶液与碳微球进行混合，得到壁材混合液；(2)将乳化剂、离子液体、润滑油、极压抗磨剂和水配制得到复配乳液；(3)在固化剂存在下，将所述壁材混合液和复配乳液在酸性条件下进行反应，产物进行静置、过滤和干燥，得到抗高温微胶囊润滑剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述预聚体溶液的制备过程为：在碱性条件下，将甲醛与尿素混合进行水浴反应，然后冷却至室温；优选地，水浴温度为60
‑
95℃，时间为0.5
‑
1.5h；所述碱性条件下的pH值为8
‑
10；优选地，甲醛与尿素的摩尔比为1.5
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2：1；优选地，所述碳微球与甲醛的重量比为1：1
‑
4；优选地，所述碳微球的平均粒径为300
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800nm；优选地，所述混合在超声条件下进行。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤(2)中，所述极压抗磨剂选自氯化石蜡类、硫化烯烃类、硫化脂肪酸酯类、硫化油类、丁烯硫化油酯类和二硫化钼类中的一种或几种；优选地，所述离子液体中，阳离子结构为咪唑离子、吡啶离子、吡咯离子、烷基季铵盐离子、烷基季磷盐离子中的一种，阴离子结构为卤素离子、六氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子、双三氟甲基磺酰亚胺离子、烷基磺酸根离子中的一种；优选地，所述润滑油选自合成脂、植物油、生物柴油和液体石蜡中的一种或几种；优选地，所述乳化剂选自吐温
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80、OP
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10、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种或几种；优选地，所述复配乳液中，所述离子液体、润滑油、极压抗磨剂和水的质量比为1：0.1
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0.3：0.01
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0.1：1
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6；基于所述离子液体、润滑油、极压抗磨剂和水的总质量，所述乳化剂的质量为2
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5％。4.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：钟汉毅，万远，邱正松，管颖，刘文磊，孔祥政，王帝，黄维安，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：