一种新型固体润滑剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水基钻井液用固体润滑剂及其制备方法，尤其是一种改性鳞片石 墨固体润滑剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前，国内油田随着开发时间的延长和开采量的增大，开发难度也越来越大，因而 许多特殊工艺井（如深井、超深井、定向井、水平井和分支井等）得到广泛应用。而这些特殊 工艺对钻井液性能提出了更高的要求，尤其是针对长庆分支水平井大斜度井段、长水平段 (气井水平段钻达2606m，油井水平段钻达1505m)润滑防卡问题，加上储层地质特征水平段 穿越大段碳质泥岩，引起钻具与井壁的摩阻、扭矩大幅增加，润滑剂消耗剧增，导致钻井液 成本快速上升。液体润滑剂由于润滑系数降低率有限，易引起钻井液体系发泡，影响正常钻 进，抗温性不足，通常液体润滑剂在120°C就会失效等不利因素，影响了在国内油田的大规 模推广应用。而固体润滑剂能够在两接触面之间产生物理分离，其作用是在摩擦表面上形 成一种隔离润滑薄膜，从而达到减小摩擦、防止磨损的目的。多数固体类润滑剂类似于细小 滚珠，可以存在于钻柱与井壁之间，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，从而可大幅度降低扭矩和 阻力。固体润滑剂在减少带有加硬层工具接头的磨损方面尤其有效，还特别有利于下尾管、 下套管和旋转套管。固体类润滑剂的热稳定性，化学稳定性和防腐蚀能力等良好，适于在高 温、大斜度井段和长水平段使用，因此迫切需要开发低成本高润滑性抗高温的固体润滑剂。
[0003] 鳞片石墨粉作为润滑剂具有抗高温、无荧光、降摩阻效果明显、加量小、对钻井液 性能无不良影响等特点。鳞片石墨粉无毒、无腐蚀性，在高浓度下不会阻塞泥浆马达；即使 在高剪切速率下，它也不会在钻井液中发生明显的分散。此外，它不会影响钻井液的动切力 和静切力，与各种纤维质和矿物混合物具有良好的配伍性。石墨的独特结构使其能够用于 各种钻井液中，具有降低扭矩、摩阻和减少磨损的作用。
[0004] 我国石墨矿产资源丰富，且价格便宜，为研发低成本高润滑性固体润滑剂提供了 一条有效的、全新的途径。例如，中国专利号" CNlO 1463288 "公开了一种石墨基粘结固体润 滑剂，公开日为2009年06月24日，润滑剂组成为：聚酰胺酰亚胺、石墨、二硫化钼、稀土氟 化物、金属氧化物、Y-环氧丙氧丙基三甲基硅烷、混合有机溶剂。润滑剂制备的涂层具有良 好的高温润滑性和抗磨性，能在250°C下长期使用；同时在中高温润滑油环境下具有良好 的抗磨减性能，可起到表面防护、减少磨损和降低摩擦系数，延长部件使用寿命的作用。再 如，中国专利号"CN1624090"公开了一种钛酸钾晶须增强型固体润滑剂，公开日为2005年 06月08日，本发明涉及一种复合型粘结固体润滑剂，适用于零部件的跑合、无油润滑，高/ 低温等场合。其由固体润滑剂，有机粘结剂，稀释剂，增强剂，抗氧化剂组成的，其中固体润 滑剂含量为6-30%，由石墨和M 〇S2以I : 1的比例复合而成，有机粘接剂和稀释剂的含量 为45-90%，增强剂钛酸钾晶须的含量为1-20%，抗氧化剂为2-5%。钛酸钾晶须作为添加 剂提高了材料的强度和耐热性，增强了固体润滑膜与基体间的附着力，使其抗剪切强度提 高0. 5-3倍，在固体润滑膜内部起到类似于混凝土结构中的钢筋的作用，增强了固体润滑 膜和基体的结合强度，从而使其耐磨寿命大幅提高；并且使用温度范围提高到500°C。
[0005] 然而，上述专利技术制备的固体润滑剂是针对降低一般机械零部件界面摩擦而研 制出来的，并不适用于解决石油钻进过程中的润滑减阻问题。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明提供了一种对鳞片石墨进行改性，以提高水对石墨的润湿 性和分散性，改性后的鳞片石墨能够均匀的分散在水溶液中，既有效解决了水平井钻井过 程中的润滑降扭矩降摩阻难题，又能降低固体润滑剂制备成本，兼有降低钻井液滤失量和 保护储层的作用的新型固体润滑剂及其制备方法。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种新型固体润滑剂，包括以下重量 百分比的组份：天然鳞片石墨粉70- 78%、高分子聚合物5 - 10%、润湿剂15 - 20%、乳化 剂 1-2%〇
[0008] 所述的天然鳞片石墨粉的重量百分比为75%。
[0009] 所述的高分子聚合物的重量百分比为7%。
[0010] 所述润湿剂的重量百分比为17%。
[0011] 所述的天然鳞片石墨粉的粉末半径为500-800目。
[0012] 所述的高分子聚合物为羧甲基纤维素。
[0013] 所述的润湿剂为磺化油。
[0014] 所述的乳化剂是十二烷基三甲基溴化铵。
[0015] -种新型固体润滑剂的制备方法，包括如下步骤：
[0016] a、对天然鳞片石墨使用粉碎机，粉碎时间为30-45分钟，500-800目的滤网过滤， 即得天然鳞片石墨粉；
[0017] b、在密闭反应釜中加入步骤a中经过粉碎后的重量百分比为70- 78%天然鳞片 石墨粉，再加入重量百分比为5 - 10%的高分子聚合物，搅拌10 - 20分钟；
[0018] c、向步骤b中的密闭反应釜中分别加入重量百分比为15-20%的润湿剂和1一 2%的乳化剂，并搅拌20- 30分钟，搅拌均匀；
[0019] d、在90°C-100°C，搅拌条件下烘2个小时，即制得固体润滑剂。
[0020] 本发明采用上述技术方案，具有以下优点：
[0021] 一、本发明以天然鳞片石墨为基础原料研制出了钻井液用固体润滑剂，该润滑剂 分散性好，稳定性强，抗高温，无荧光，对地质录井无任何影响，有效解决了水平井钻井过程 中的润滑降扭矩降摩阻难题，经济效益显著，值得推广应用。
[0022] 二、本发明润滑降扭矩降摩阻效果明显。现场钻井液加入固体润滑剂后，扭矩、摩 阻、泥饼润滑系数得到有效降低，加量3. 0%时，扭矩平均降低率达到48. 50%，摩阻平均降 低率达到56. 91%，润滑系数降低率平均达到59. 2%。
[0023] 三、本发明与现场钻井液配伍性良好。加入后现场钻井液无分层、结块现象。现场 钻井液除了润滑性能得到改善以外，流变性能稳定，没有出现异常变化现象。
[0024] 四、本发明无荧光不影响地质录井。由于无荧光，对地质录井无任何影响，保持了 岩肩真实性。
[0025] 五、本发明利于降低钻井液滤失量。鳞片石墨粉吸附在井壁后，可以封闭井壁的微 孔隙，形成致密泥饼，降低钻井液滤失量。
[0026] 六、该固体润滑剂利于储层保护。可应用于分支水平井、超长水平井、储气库井等， 能起到良好的润滑减阻作用。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明的改性石墨一水分散体系沉降体积与沉降时间的关系图；
[0028] 图2是本发明的石墨润滑剂摩擦系数分析图；
[0029] 图3是本发明石墨润滑剂降扭矩效果分析图。
【具体实施方式】
[0030] 下面实施例进一步对一种新型固体润滑剂及其制备方法进行详细的说明。
[0031] 实施例1
[0032] 一种新型固体润滑剂，包括以下重量百分比的组份：天然鳞片石墨粉70- 78%、 高分子聚合物5 - 10%、润湿剂15 -