一种钻井液水合型润滑剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种钻井液水合型润滑剂及其制备方法、应用，属于油田钻井液技术领域。本发明专利技术的钻井液水合型润滑剂，包含重量份数计的以下组分：水90

【技术实现步骤摘要】
一种钻井液水合型润滑剂及其制备方法、应用


[0001]本专利技术属于油田钻井液
，具体涉及一种钻井液水合型润滑剂及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]随着油气资源的日益枯竭，深水平井钻井已逐渐成为开发深层油气藏的重要技术手段。由于油气藏埋藏深、造斜点深，深水平井造斜段和水平段钻进过程中存在较高的摩阻和扭矩，不仅严重影响了钻进速度和井眼轨迹控制，同时也威胁到钻井作业的安全，是制约深水平井水平段延伸长度的核心难题，这对钻井液的润滑性能提出了较高的要求。
[0003]润滑剂是钻井液的重要添加剂，其作用是降低钻具与井壁及钻具与金属套管间的摩擦阻力，防止泥包钻头，进而起到提高钻速、防止卡钻、减缓钻具磨损的目的。现有技术的钻井液润滑剂主要分为固体和液体润滑剂两大类。固体润滑剂主要包括合成聚合物小球、玻璃小球、陶瓷小球等球型颗粒和石墨类具有片层结构的颗粒，通过分离两摩擦界面并转变两界面间的摩擦方式来提供润滑作用，但固体润滑剂在水基钻井液中容易团聚并被振动筛筛出，从而限制了其应用。液体润滑剂主要包括精制矿物油、聚α
‑
烯烃、植物油、改性植物油、合成脂肪酸酯等类。传统液体润滑剂中脂肪酸酯类润滑效果最好，但也存在一些问题。一方面是亲水性差且水解后带负电，导致在带负电的钻具以及井壁表面吸附量小且吸附不牢固；另一方面脂肪酸酯形成的润滑膜主要依靠紧密排列的长疏水链来承压并降低摩阻系数，但疏水烷基链之间的摩擦阻力也不容忽视，从而无法最大程度降摩减阻。一些文献报道，生物体关节滑液能够通过水合润滑达到极为高效的润滑性能，甚至能够实现超低摩擦系数。关节滑液中起决定性作用的是润滑素。润滑素是具有“瓶刷状”结构的生物大分子，其主链为多肽，支链为多糖分子，能够通过水合作用使金属间的摩擦转变为水分子间的摩擦，，进而发挥极为高效的润滑效果。
[0004]中国专利申请201910256499.5公开了一种两亲性瓶刷型聚合物、一种两亲性瓶刷型聚合物的制备方法和钻井液添加剂及其应用看，所述的两亲性瓶刷型聚合物包括聚乙烯醇类主链、聚苯醚类侧链刷段和聚乙二醇类侧链刷段。所述钻井液用添加剂包括两亲性瓶刷型聚合物、羧甲基壳聚糖、长链脂肪醇和水，该钻井液用添加剂能够显著地降低水基钻井液摩阻系数。
[0005]中国专利申请201810854349.X公开了一种钻井液仿生润滑剂及其制备方法和应用；所述的钻井液仿生润滑剂，包含重量份数计的以下组分：水100重量份，瓶刷型聚合物2
‑
15重量份，海藻酸钠1
‑
5重量份，长链脂肪醇1
‑
10重量份，所述瓶刷型聚合物是聚赖氨酸
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物；所述聚赖氨酸
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物的结构中包含以下组分：(i)聚赖氨酸主链，所述聚赖氨酸主链的数均分子量范围为20kDa
‑
300kDa；(ii)聚乙二醇刷段，所述聚乙二醇刷段的数均分子量范围为1kDa
‑
20kDa。
[0006]刷型聚合物钻井液润滑剂具有很好的应用前景，目前针对刷型聚合物钻井液润滑剂的研究较少。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种钻井液水合型润滑剂及其制备方法、应用，该润滑剂能够在钻具表面牢固吸附且使摩擦表面水合润滑。本专利技术的专利技术人意外发现，壳聚糖分子链刚性相对更强，不易于在水中卷曲，如果以壳聚糖为分子骨架接枝聚乙二醇，能够取得更为优异的润滑效果，在金属等负电性摩擦表面的吸附性更强，能够提供更牢固的水合润滑膜。同时，壳聚糖
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物和羧甲基壳聚糖共同使用时，存在协同作用，可极大提高润滑作用，降低成本。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一方面，本专利技术提供一种钻井液水合型润滑剂，包含重量份数计的以下组分：水90
‑
110份、壳聚糖
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物2
‑
12份和羧甲基壳聚糖0.2
‑
2份。
[0010]优选的，包含重量份数计的以下组分：水95
‑
105份、壳聚糖
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物3
‑
8份和羧甲基壳聚糖0.5
‑
1份；进一步优选的，包含重量份数计的以下组分：水100份、壳聚糖
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物4
‑
6份和羧甲基壳聚糖0.6
‑
0.8份。
[0011]优选的，所述水选自去离子水和/或蒸馏水。
[0012]其中，所述壳聚糖
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物结构中包括壳聚糖主链和聚乙二醇(PEG)刷段。
[0013]优选的，所述壳聚糖主链的数均分子量范围为20kDa
‑
200kDa，所述聚乙二醇刷段的数均分子量范围为1kDa
‑
10kDa；
[0014]进一步优选的，所述壳聚糖主链的数均分子量范围为50kDa
‑
150kDa，所述聚乙二醇刷段的数均分子量范围为2kDa
‑
8kDa；
[0015]最优选的，所述壳聚糖主链的数均分子量范围为70kDa
‑
100kDa，所述聚乙二醇刷段的数均分子量范围为5
‑
6kDa。
[0016]PEG链的长度及接枝密度均对润滑效果有很大影响，增加PEG链长及接枝密度，摩擦力均有所降低，都有利于润滑效果的提高。除此之外，在摩擦过程中，该聚合物可静电作用吸附到磨损的表面，起到自修复的作用。
[0017]优选的，所述壳聚糖
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物的制备方法包括以下步骤：
[0018](1)将甲氧基聚乙二醇羧基(mPEG
‑
COOH)溶解于缓冲溶液中，然后加入羧基两倍当量的1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC.HCl)，再加入羧基两倍当量的N
‑
羟基琥珀酰亚胺(NHS)，然后逐滴加入壳聚糖的酸溶液，反应，得产物溶液；
[0019](2)将产物溶液干燥，得到所述壳聚糖
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物。
[0020]进一步优选的，所述壳聚糖
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物的制备方法具体包括以下步骤：
[0021](1)将壳聚糖溶于0.1mol/L盐酸溶液中；
[0022](2)将甲氧基聚乙二醇羧基(mPEG
‑
COOH)溶解于50mmol/L溴化钠缓冲溶液中，然后向溶液中加入羧基两倍当量的1
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻井液水合型润滑剂，其特征在于，包含重量份数计的以下组分：水90
‑
110份、壳聚糖
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物2
‑
12份和羧甲基壳聚糖0.2
‑
2份。2.根据权利要求1所述的钻井液水合型润滑剂，其特征在于，包含重量份数计的以下组分：水95
‑
105份、壳聚糖
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物3
‑
8份和羧甲基壳聚糖0.5
‑
1份。3.根据权利要求2所述的钻井液水合型润滑剂，其特征在于，包含重量份数计的以下组分：水100份、壳聚糖
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物4
‑
6份和羧甲基壳聚糖0.6
‑
0.8份。4.根据权利要求1所述的钻井液水合型润滑剂，其特征在于，所述羧甲基壳聚糖的数均分子量为2kDa
‑
20kDa，所述壳聚糖
‑
接枝
‑
聚乙二醇共聚物结构中包括壳聚糖主链和聚乙二醇刷段；所述壳聚糖主链的数均分子量范围为20kDa
‑
200kDa，所述聚乙二醇刷段的数均分子量范围为1kDa
‑
10kDa。5.根据权利要求4所述的钻井液水合型润滑剂，其特征在于，所述羧甲基壳聚糖的数均分子量为5kDa
‑
10kDa，所述壳聚糖主链的数均分子量范围为50kDa
‑
150kDa，所述聚乙二醇刷段的数均分子量范围为2kDa
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：方俊伟，翟科军，贾晓斌，于洋，罗发强，刘晓民，耿云鹏，李银婷，齐彪，范胜，高伟，方静，沈青云，张翼，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，
类型：发明
国别省市：