钻井用两相混合减阻剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钻井用两相混合减阻剂及其制备方法，包括以下方法：(1)以植物油或矿物油为原料，加入极压剂，制备油溶性极压润滑剂；(2)以石墨为原料，加入表面活性剂，经过高温热振荡，制备油溶性高弹石墨固体润滑剂；(3)将油溶性极压润滑剂和油溶性高弹石墨固体润滑剂混合后，添加分散剂进行搅拌混合，得到两相混合减阻剂。本发明专利技术减阻剂具有固液混合的两相润滑剂，可同时提供高低负载条件下的双重润滑效果，起到复合协同的润滑作用，在降低水平井管柱摩阻方面优异性能、特别适用于超过3500m的长水平段的钻井施工。3500m的长水平段的钻井施工。3500m的长水平段的钻井施工。

【技术实现步骤摘要】
钻井用两相混合减阻剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种石油钻井行业钻井液
，具体的说是一种用于超长水平段施工的钻井用两相混合减阻剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着页岩气滚动开发，页岩气钻井朝着井深更深、水平段更长的方向发展。目前国内页岩气水平井最长水平段已超3500m，给钻井技术带来了极大的挑战。降低钻具扭矩、减少钻具运移摩阻、缩小定向施工难度、避免卡钻已成为亟待解决的问题。
[0003]当前水平段段长3000m以内的页岩气水平井施工通常采用油包水钻井液钻井，利用柴油或白油自身特有的高润滑性能，尚能保障施工任务的顺利完成。当水平段超过3000m以后，随着钻井进尺的增加，施工扭矩、摩阻持续升高，超出钻具额定扭矩设定值，出现蹩卡、提放困难等复杂情况。而单一依靠油基钻井液自身润滑性能，已不足以保障钻井施工安全，往往出现被迫提前完钻，甚至套管下不到位的情况。
[0004]当前市场上钻井液润滑剂大多为水溶性钻井液润滑剂，油溶性钻井液用润滑剂产品极少，同类型固液两相混合型产品市场空缺，而且大多数润滑剂抗温、抗盐能力较弱，润滑系数影响明显，为保证超长水平段页岩气井钻井施工安全顺利，研发一种油溶性高性能两相混合减阻剂势在必行。
[0005]现有石墨已有报导用于制备油溶性的润滑剂，如专利号201911313129.7公开了一种油溶性改性石墨及其制备方法，包含按重量份计算的如下组分：1
‑
5份热还原石墨、2
‑
10份表面活性剂、5
‑
10份引发剂、75
‑
92份去离子水。本专利技术的油溶性改性石墨通过对热还原石墨的中部缺陷进行有机化修饰，通过在去离子水中，将石墨与表面活性剂形成乳液胶束，在60
‑
80℃条件下通过引发剂分解为自由基进入乳液胶束中，然后进攻热还原石墨中部缺陷发生有机化改性反应，反应结束后再利用无水乙醇对乳液进行破乳，得到有机改性石墨，本专利技术提出的油溶性改性石墨制备过程简单、成本低廉，易于大规模工业化生产。
[0006]但由于用于超长水平段施工的钻井液润滑剂不同于普通应用环境的润滑剂，其应用于井下水平段，因水井井下管柱与井壁接触点多，且部分井段井斜变化率大，管柱在下钻和钻进过程中，部分点多为高负载摩擦条件，特别是当管柱下放时刚与某段摩擦界面接触，并随着上部钻具不断下压，接触面的分量负载逐步加强，摩擦阻力逐步增大，形成高负载摩擦，同时，钻井过程中井眼轨迹可能并不理想，形成多个高全角变化井段，上述的高负载摩擦界面不断增多的现象，最终导致管柱下入困难，当摩擦阻力等于垂直井段钻具重力时，管柱再无法下入，延伸能力达到极限。常规润滑剂主要分为固体润滑剂类和液体润滑剂类，固体润滑剂多为滑动润滑和滚动润滑的方式对管柱进行润滑，可在负载压力较小，且管柱与井壁之间尚有空隙的环境下起到润滑作用，但由于固体润滑剂颗粒较大，无法在高负载的极压条件下起到作用；液体润滑剂多以成膜润滑的效果在摩擦界面形成润滑油膜，当油膜强度够大时，可在高负载的极压条件下起到润滑作用，但随着水平段长度增加，其作用效果逐渐减弱。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种具有固液混合的两相润滑剂，可同时提供高低负载条件下的双重润滑效果，起到复合协同的润滑作用，在降低水平井管柱摩阻方面优异性能、特别适用于超过3500m的长水平段的钻井用两相混合减阻剂。
[0008]本专利技术的另一目的是提供上述两相混合减阻剂的制备方法。
[0009]本专利技术钻井用两相混合减阻剂的制备方法，包括以下方法：
[0010](1)以植物油或矿物油为原料，加入金属基团，制备油溶性极压润滑剂；
[0011](2)以石墨为原料，加入表面活性剂，经过高温热振荡，制备油溶性高弹石墨固体润滑剂；
[0012](3)将油溶性极压润滑剂和油溶性高弹石墨固体润滑剂混合后得到两相混合减阻剂。
[0013]所述步骤(1)为：所述植物油为蓖麻油、棉籽油、菜籽油、葵花籽油中的一种或几种；所述矿物油为脂肪酸酯或其衍生物；所述极压剂为硫化异丁烯、硫化烯烃棉籽油中的至少一种。
[0014]所述步骤(1)中，加入所述植物油或矿物油60
‑
80重量份，所述极压剂40
‑
20重量份。
[0015]所述步骤(2)中，所述表面活性剂由脂肪酸酰胺、油酸单甘脂和脂肪酸醇胺组成。
[0016]所述步骤(2)中，脂肪酸酰胺10
‑
30重量份、油酸单甘脂10
‑
30重量份和脂肪酸醇胺5
‑
10重量份。
[0017]所述步骤(2)中，高温热振荡条件为150
‑
200℃条件下振荡8
‑
12h。
[0018]所述步骤(3)中，油溶性极压润滑剂和油溶性高弹石墨固体润滑剂的混合比为1:1到4:1。
[0019]所述步骤(3)中，加入的3
‑
5重量份多元硬脂酸。
[0020]本专利技术钻井用两相混合减阻剂由上述制备方法制得，其密度在0.82
‑
0.90g/cm3，运动粘度在3
‑
20mPa
·
s。
[0021]为尽可能降低钻井过程中的井下摩阻，专利技术人分析井下管柱摩阻恶化过程可以发现以下两个方面的问题：1.从单一的摩擦点分析，井下管柱通常都是先从与井壁无接触的时候开始，先摩擦界面相互接触，接触界面之间的距离逐渐减小，负载压力从小到大逐渐恶化，最终达到摩擦阻力最大化；2.从整体情况分析，摩擦点从一个到多个，接触面不断增多。通常使用的润滑剂材料都具有一定的局限性，固体类润滑剂靠滑动和滚动润滑方式，依托其单体自身的外在结构特点起到润滑作用，但也受限于其颗粒尺寸大小，难以作用于接触面之间空隙极小，负载很大的极压润滑条件；液体润滑剂材料通常以覆膜的方法形成润滑膜，但难以在前期减缓摩擦界面恶化的趋势。另外，如果简单的重复添加两种类型的润滑材料，可能在钻井液中难以均匀分散，形成聚集抱团的现象，导致润滑不均匀。针对上述问题，本专利技术的创造性改进在于：
[0022]1.优化复配了不同固体和液体的润滑剂材料，形成了可在不同负载条件下的润滑环境，可降低井下钻柱与井壁的摩擦界面向高负载方向恶化；同时，当高负载摩擦界面形成后，也有极压润滑的效果；
[0023]2.通过油溶性高弹石墨，使其表面具有亲油性，可均匀分散在油基和水基钻井液
体系中，避免其抱团或沉淀而造成产品失效。
[0024]3.本专利技术成分简单、具有固液混合的两相润滑剂，可同时提供高低负载条件下的双重润滑效果，起到复合协同的润滑作用，在降低水平井管柱摩阻方面优异性能、特别适用于超过3500m的长水平段的钻井。
附图说明
[0025]图1为侧向力的力学分析图；
[0026]图2为阻摩的力学分析图；
[0027]图3为屈曲分析的力学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻井用两相混合减阻剂的制备方法，其特征在于，包括以下方法：(1)以植物油或矿物油为原料，加入极压剂，制备油溶性极压润滑剂；(2)以石墨为原料，加入表面活性剂，经过高温热振荡，制备油溶性高弹石墨固体润滑剂；(3)将油溶性极压润滑剂和油溶性高弹石墨固体润滑剂混合后，添加分散剂进行搅拌混合，得到两相混合减阻剂。2.如权利要求1所述的钻井用两相混合减阻剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)为：所述植物油为蓖麻油、棉籽油、菜籽油、葵花籽油中的至少一种；所述矿物油为脂肪酸酯及其衍生物；所述极压剂为硫化异丁烯、硫化烯烃棉籽油中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的钻井用两相混合减阻剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，加入所述植物油或矿物油60
‑
80重量份，所述极压剂40
‑
20重量份。4.如权利要求1所述的钻井用两相混合减阻剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述表面活性剂由脂...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟成兵，袁俊文，刘杰，代一钦，胡县，胡永锋，刘俊君，梅露强，
申请(专利权)人：中石化江汉石油工程有限公司中石化江汉石油工程有限公司钻井二公司，
类型：发明
国别省市：