一种钻井液用纳米润滑剂及其制备方法
【技术领域】：
[0001] 本发明设及一种石油钻井过程中钻井液用纳米润滑剂及其制备方法，用于钻井液 施工中，属于石油钻探领域。 技术背景：
[0002] 随着石油勘探开发不断发展，钻井工程中面临的复杂情况日益突出，大位移水平 井、定向井和长裸眼深井、复杂结构井逐渐增多。在降低摩阻和提高机械钻速方面对钻井液 性能尤其是润滑性提出了更高的要求。而目前钻井液用常规润滑剂极压膜强度低、润滑持 效性差、巧光级别高、抗溫性能差等问题，难W满足现代钻井的需求，迫切需要开发出一种 新型高效润滑剂来满足现代钻井需求。
[0003] 纳米材料的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应赋予了其 与传统材料不同的特殊性能，在许多领域得到了广泛的应用，纳米材料作为润滑添加剂的 应用已成为摩擦学研究的热点之一。研究发现，纳米微粒作为润滑添加剂能在一定程度上 提高润滑剂的抗磨和承载能力。其中，纳米Si化也具有独特的光、电、磁、超导等性能，但作 为润滑添加剂的研究还不是很多。环境和资源是当今世界人类面临的两个主要问题，矿物 润滑油的使用不仅污染环境，也加剧着能源的枯竭。因此，迫切需要开发新一代低毒性、低 污染及可生物降解的环境友好型润滑剂。基础油主要有聚酸、合成醋和天然植物油，其中天 然植物油成本相对较低、资源丰富，是可再生资源，同时具有优良的润滑性能、黏度指数高、 无毒及高的生物降解率等优点，正成为新的研究热点。本文采用硅烷偶联剂对纳米二氧化 娃进行超声表面改性，然后将其与表面活性剂按一定比例添加到基础油中制备出纳米润滑 剂SD-NR。
【发明内容】
：
[0004] 为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种钻井液用纳米润滑剂及其制备 方法。可W显著提高钻井液的润滑性能。
[0005] 本发明的目的之一是提供一种钻井液用纳米润滑剂。
[0006] 本发明的目的之二是提供一种钻井液用纳米润滑剂的制备方法。 阳007] 本发明技术方案如下：
[0008] 一种钻井液用纳米润滑剂的制备方法，包括步骤如下：
[0009] (1)纳米Si〇2表面超声处理
[0010] 纳米Si化表面改性方法很多，而硅烷偶联剂改性是一种最常用、最传统的改性方 法。化学键理论认为有机硅烷偶联剂首先在空气中水分的作用下发生水解，然后脱水缩合 形成低聚物，运种低聚物再与二氧化娃表面的径基形成氨键，通过加热干燥发生脱水反应 产生部分共价键，从而使二氧化娃表面被硅烷偶联剂覆盖。
[0011] 将纳米Si〇2粉体在真空干燥箱内120°C干燥2地，称取一定量的Si〇2分散于50血 无水乙醇，一定功率下超声分散30min，另取适量硅烷偶联剂溶于lOmL无水乙醇中，将两 者混合，继续超声处理比后转入四口烧瓶中，成气氛、均匀揽拌及85°C条件超声振荡条件 下反应化，反应完毕后将产物离屯、，用无水乙醇洗涂数次，置于60°C真空干燥箱中烘干，并 标记为皿57〇-nan〇-Si〇2备用。
[0012] 似纳米润滑剂SD-NR制备
[0013] 将表面改性纳米二氧化娃与表面活性剂Si按一定比例添加到基础油中，加入适量 稳定剂，80°C下揽拌地，制得淡黄色透明状纳米润滑剂SD-NR。
[0014] 所述的纳米Si化粒度分布为粒度分布为D50《lOnm、D90《20皿。
[0015] 所述的偶联剂为硅烷偶联剂皿550、K册60、K册70、Si-69、A-151、A-171中的任意 一种或几种。
[0016] 所述的表面活性剂Si为十二烷基横酸钢、十二烷基苯横酸钢、油酸钢、藍麻酸钢中 的任意一种或几种。
[0017] 所述的基础油为豆油、棉巧油、藍麻油、菜巧油中的一种或几种。
[001引所述的稳定剂为淀粉、明胶、海藻酸钢、干酪素、瓜尔胶、甲壳胺、阿拉伯树胶、黄原 胶、大豆蛋白胶、天然橡胶、羊毛脂、琼脂中的任意一种或几种。
[0019] 所述的超声震荡功率为600-900W。
[0020] 本发明所述的钻井液用纳米润滑剂在应用时直接加入钻井液基浆中即可，润滑 剂用量为钻井液基浆重量的%。
[0021] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0022] 1、本发明提供的钻井液用纳米润滑剂及其制备方法是用硅烷偶联剂，采用一步法 对纳米Si〇2进行了表面修饰，将改性后的纳米SiO2和表面活性剂S浪一定比例加入菜巧 油中，加入适量稳定剂，80°C下揽拌也制得淡黄色透明状纳米润滑剂SD-NR，该制备方法 操作简便，工艺简单。
[0023] 2、本发明提供的钻井液用纳米润滑剂SD-NR能在金属、井壁表面吸附形成无机、 有机、聚合物多层复合膜，将金属与井壁表面的摩擦转化为金属与复合膜间的摩擦，显著改 善钻井液的润滑性能。
[0024] 3、本发明提供的钻井液用纳米润滑剂SD-NR在8%膨润±基浆、聚横钻井液和聚 合醇钻井液中加量为1%时，润滑系数降低率在85%W上，对流变性无明显影响，略有降滤 失作用。
[00巧]4、钻井液加入本发明提供的1%纳米润滑剂SD-NR后，钻屑回收率提高10%W上， 且钻屑变硬，易清洗；1 %纳米润滑剂SD-NR水溶液与清水相比岩屑膨胀量明显降低，表明 米润滑剂SD-NR有一定抑制性。
[00%] 5、本发明提供的钻井液用纳米润滑剂可W直接加入钻井液中，使用方便，且不会 因为钻井液起泡等问题而影响钻井液体系的性能。
【附图说明】：
[0027]图1为实施例1制备的表面改性纳米Si〇2的透射电镜照片。
[002引图2为实施例1制备的纳米润滑剂SD-NR不同加量下体系的润滑系数和极压膜强 度。
[0029]图3为实施例1制备的纳米润滑剂SD-NR抑制泥页岩膨胀性能测试。
【具体实施方式】：
[0030] 下面对本发明做进一步描述，但本发明的实施方式不限于此。 阳0川 实施例1
[0032] (1)纳米Si〇2粉体的表面改性 阳〇3引将纳米Si化粉体在真空干燥箱内120°C干燥2地，称取20g的SiO2分散于50血无 水乙醇，600W功率下超声分散比，另取0. 96g硅烷偶联剂皿570溶于无水乙醇中，将两者混 合，继续超声处理1-化后转入四口烧瓶中，成气氛、均匀揽拌及85°C下超声振荡条件下反 应2-地，反应完毕后将产物离屯、，用无水乙醇洗涂数次，置于60°C真空干燥箱中烘干备用。
[0034] 似纳米润滑剂SD-NR制备
[0035] 将表面改性纳米二氧化娃与表面活性剂十二烷基横酸钢按质量比2:1 (总加量为 基础油的lOwt% )添加到豆油中，加入1%淀粉，80°C下揽拌地，制得淡黄色透明状纳米润 滑剂SD-NR。
[0036] 实施例2
[0037] (1)纳米Si〇2粉体的表面改性
[0038] 将纳米Si化粉体在真空干燥箱内120°C干燥2地，称取15g的SiO2分散于50血无 水乙醇，900W功率下超声分散比，另取1. 3?硅烷偶联剂皿550溶于无水乙醇中，将两者混 合，继续超