专利名称：一种钻井液用塑料球固体润滑剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钻井液用固体润滑剂，尤其涉及一种钻井液用塑料球固体润滑剂及其制备方法。
背景技术：
石油钻井作业中钻井液是必不可少的，它能起到携带和悬浮岩屑，稳定井壁和平衡地层压力，冷却和润滑钻头、钻具，传递水动力等作用。钻井液性能的好坏直接影响井身质量和钻井速度，同时随着石油勘探工作的发展，钻井深度不断增加，丛式井、大斜度定向井和水平井的钻井数量也迅速增加，避免压差卡钻，降低钻具扭矩、减少钻柱磨损成为钻井作业中急需解决的问题。
在钻井液中加入润滑剂是减少压差卡钻、降低钻具扭矩、减少钻柱磨损的最有效措施之一。目前国内外使用的润滑剂可分为两大类，一是液体润滑剂，如石油及其制品、动植物油的改性产品等；二是固体润滑剂，如石墨粉、二硫化钥粉、塑料小球、玻璃小球和金属小球等。其中，塑料小球的使用效果优于其它润滑剂。它是以苯乙烯和二乙烯苯交联产生的共聚物，在钻井操作中加入塑料小球使其参与泥饼形成，以阻止钻具与泥饼的粘附，达到润滑防卡的目的。塑料小球具有无毒、无臭、无荧光显示、耐酸、耐碱、可回收等特点，其密度通常为1. 03 1. 05g/cm3，可耐温190°C以上，抗压强度在100N以上，在钻井液中呈惰性，不溶于水和油类，适用于大部分类型的钻井液，同时对钻井液的表面粘度、动切力、滤矢量没有任何影响。但是目前技术生产的钻井液用塑料小球固体润滑剂，抗温、抗挤压能力有限，粒度不均匀且偏低，密度分布易不均匀，不能完全满足钻井工程的需要；同时，由于现有的塑料小球密度的密度偏大，在钻井液中易沉底，分布不均，使得塑料小球作为固体润滑剂在钻井液中的应用受到了限制。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种粒度更均匀、抗高温抗挤压性能好、密度与水密度相近的钻井液用塑料球固体润滑剂及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是一种钻井液用塑料球固体润滑剂，由如下重量份数的原料制成苯乙烯35 56份、二乙烯苯6 10份、丙烯酸5 10份、聚四氟乙烯5 10份、石蜡1(Γ20份、二氧化硅1(Γ15份、过氧化苯甲酰O. 5 I份、聚乙烯醇O. 5"!份、十二烧基苯磺酸O. 5" . 5份。本发明的进一步改进在于所述石蜡为56号石蜡。本发明的进一步改进在于所述钻井液用塑料球固体润滑剂的密度为O. 98^1. Olg/cm3。本发明还提供了所述钻井液用塑料球固体润滑剂的制备方法，其制备步骤为
Ca)脱阻苯乙烯和二乙烯苯用201树脂柱滤除自带的阻聚剂；(b)浸泡将苯乙烯、二乙烯苯、丙烯酸、聚四氟乙烯、石蜡、二氧化硅和过氧化苯甲酰，按比例称重后投入反应釜，加入2 3倍于固体物料重量的去离子水，1(T3(TC下浸泡1(Γ30分钟；
(c)交联反应将步骤(b)中得到的混合液以每IOmin上升3飞。C的速度升温，直至体系温度达8(T9(TC，高温下体系反应成球；然后加入按比例称重的聚乙烯醇和十二烷基苯磺酸，85 95°C继续反应6 8小时；
Cd)蒸球交联反应结束后将水滤除，然后将滤得的塑料球送入沸腾床，控温95 110°C，常压蒸球3飞小时，直至塑料球水分低于5% ；
(e)分级对所得塑料球进行筛分分级，要求产品的粒度分布为1(Γ30目球体数量大 于90%，30 80目球体数量小于10%。由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是
本发明在目前常用的制备塑料球固体润滑剂的体系基础上进行了改进。使用聚乙烯醇和十二烷基苯磺酸两种表面活性剂作为悬浮聚合分散剂，避免了球体间的粘连，调整了单体-水相界面的界面张力，保证了球体的形状和粒度；加入聚四氟乙烯提高塑料球润滑剂的抗温、抗压能力，并增加产品的润滑性；加入硬度很大的二氧化硅，能够大大提高产品抗压性能和耐磨性能；石蜡主要用作制孔剂，使成球反应容易进行，同时也能够有效降低产品的密度，使产品密度达到和水接近的密度，在钻井液中分布更均匀，满足了钻井要求。综上，本发明明显提高了钻井液用塑料球固体润滑剂的抗高温性能和抗挤压性能，密度达到和水接近的密度，在钻井操作中能够起到更有效的润滑和防卡的目的。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。实施例1
一、本实施例的钻井液用塑料球固体润滑剂的制备原料按重量份数为
苯乙烯35份、二乙烯苯10份、丙烯酸5份、聚四氟乙烯5份、石蜡10份、二氧化硅15份、过氧化苯甲酰O. 5份、聚乙烯醇O. 5份、十二烧基苯磺酸O. 5份。二、本实施例的钻井液用塑料球固体润滑剂的制备方法为
Ca)脱阻苯乙烯和二乙烯苯用201树脂柱滤除自带的阻聚剂；
(b)浸泡将苯乙烯、二乙烯苯、丙烯酸、聚四氟乙烯、石蜡、二氧化硅和过氧化苯甲酰，按比例称重后投入反应釜，加入2倍于固体物料重量的去离子水，20°C下浸泡30分钟；
(c)交联反应将步骤(b冲得到的混合液以每IOmin上升T5°C的速度升温，直至体系温度达80°C，高温下体系反应成球；然后加入按比例称重的聚乙烯醇和十二烷基苯磺酸，85°C继续反应8小时；
Cd)蒸球交联反应结束后降温至70°C，将水滤除，然后将滤得的塑料球送入沸腾床，控温100°C，常压蒸球4小时，测得塑料球水分为2. 5% ；
(e)分级对所得塑料球进行筛分分级。产品的粒度分布为1(Γ30目球体数量92%，30 80目球体数量8%。实施例2
一、 本实施例的钻井液用塑料球固体润滑剂的制备原料按重量份数为苯乙烯45份、二乙烯苯8份、丙烯酸10份、聚四氟乙7份、石蜡15份、二氧化硅12份、过氧化苯甲酰O. 7份、聚乙烯醇O. 5份、十二烧基苯磺酸O. 8份。二、本实施例的钻井液用塑料球固体润滑剂的制备方法为
Ca)脱阻苯乙烯和二乙烯苯用201树脂柱滤除自带的阻聚剂；
(b)浸泡将苯乙烯、二乙烯苯、丙烯酸、聚四氟乙烯、石蜡、二氧化硅和过氧化苯甲酰，按比例称重后投入反应釜，加入2. 5倍于固体物料重量的去离子水，10°C下浸泡30分钟；
(c)交联反应将步骤(b冲得到的混合液以每IOmin上升T5°C的速度升温，直至体系温度达85°C，高温下体系反应成球；然后加入按比例称重的聚乙烯醇和十二烷基苯磺酸，90°C继续反应7小时； (d)蒸球交联反应结束后降温至65°C，将水滤除，然后将滤得的塑料球送入沸腾床，控温110°C，常压蒸球3小时，测得塑料球水分为1. 8% ；
(e)分级对所得塑料球进行筛分分级。产品的粒度分布为1(Γ30目球体数量95%，30 80目球体数量5%。实施例3
一、本实施例的钻井液用塑料球固体润滑剂的制备原料按重量份数为
苯乙烯56份、二乙烯苯6份、丙烯酸9份、聚四氟乙烯10份、石蜡12份、二氧化硅10份、过氧化苯甲酰O. 9份、聚乙烯醇O. 8份、十二烷基苯磺酸1. 2份。二、本实施例的钻井液用塑料球固体润滑剂的制备方法为
Ca)脱阻苯乙烯和二乙烯苯用201树脂柱滤除自带的阻聚剂；
(b)浸泡将苯乙烯、二乙烯苯、丙烯酸、聚四氟乙烯、石蜡、二氧化硅和过氧化苯甲酰，按比例称重后投入反应釜，加入2倍于固体物料重量的去离子水，25°C下浸泡20分钟；
(c)交联反应将步骤(b冲得到的混合液以每IOmin上升T5°C的速度升温，直至体系温度达90°C，高温下体系反应成球；然后加入按比例称重的聚乙烯醇和十二烷基苯磺酸，95°C继续反应6小时；
(d)蒸球交联反应结束后降温至60°C，将水滤除，然后将滤得的塑料球送入沸腾床，控温95°C，常压蒸球5小时，测得塑料球水分为2. 8% ；
(e)分级对所得塑料球进行筛分分级。产品的粒度分布为1(Γ30目球体数量94%，30 80目球体数量6%。实施例4
一、本实施例的钻井液用塑料球固体润滑剂的制备原料按重量份数为
苯乙烯40份、二乙烯苯9份、丙烯酸7份、聚四氟乙烯8份、石蜡20份、二氧化硅10份、过氧化苯甲酰I份、聚乙烯醇I份、十二烷基苯磺酸1. 5份。二、本实施例的钻井液用塑料球固体润滑剂的制备方法为
Ca)脱阻苯乙烯和二乙烯苯用201树脂柱滤除自带的阻聚剂；
(b)浸泡将苯乙烯、二乙烯苯、丙烯酸、聚四氟乙烯、石蜡、二氧化硅和过氧化苯甲酰，按比例称重后投入反应釜，加入3倍于固体物料重量的去离子水，30°C下浸泡10分钟；
(c)交联反应将步骤(b)中得到的混合液以每IOmin上升:T5°C的速度升温，直至体系温度达85°C，高温下体系反应成球；然后加入按比例称重的聚乙烯醇和十二烷基苯磺酸，95°C继续反应6小时；(d)蒸球交联反应结束后降温至50°C将水滤除，然后将滤得的塑料球送入沸腾床，控温105°C，常压蒸球4小时，测得塑料球水分为2. 1% ；
(e)分级对所得塑料球进行筛分分级。产品的粒度分布为1(Γ30目球体数量96%，30 80目球体数量4%。使用本发明制备的钻井液用塑料球固体润滑剂进行性能测试，结果数据见表I。表I 钻井液用塑料球固体润滑剂性能测试结果
权利要求
1.一种钻井液用塑料球固体润滑剂，其特征在于由如下重量份的原料制成 苯乙烯35 56份；二乙烯苯6 10份；丙烯酸5 10份；聚四氟乙烯5 10份；石蜡10 20份；二氧化娃l(Tl5份；过氧化苯甲酰0. 5"!份；聚乙烯醇0. 5"!份；十二烧基苯磺酸0.5 1. 5 份。
2.根据权利要求1所述的一种钻井液用塑料球固体润滑剂，其特征在于所述石蜡为56号石腊。
3.根据权利要求1所述的一种钻井液用塑料球固体润滑剂，其特征在于所述钻井液用塑料球固体润滑剂的密度为0. 98^1. 01g/cm3。
4.权利要求广3所述的钻井液用塑料球固体润滑剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤 (a)脱阻苯乙烯和二乙烯苯用201树脂柱滤除自带的阻聚剂； (b)浸泡将苯乙烯、二乙烯苯、丙烯酸、聚四氟乙烯、石蜡、二氧化硅和过氧化苯甲酰，按比例称重后投入反应釜，加入2 3倍于固体物料重量的去离子水，1(T30°C下浸泡1(T30分钟； (c)交联反应将步骤(b)中得到的混合液以每IOmin上升3飞。C的速度升温，直至体系温度达8(T90°C，高温下体系反应成球；然后加入按比例称重的聚乙烯醇和十二烷基苯磺酸，85 95°C继续反应6 8小时； Cd)蒸球交联反应结束后将水滤除，然后将滤得的塑料球送入沸腾床，控温95 110°C，常压蒸球3飞小时，直至塑料球水分低于5% ； Ce)分级对所得塑料球进行筛分分级，要求产品的粒度分布为1(T30目球体数量大于90%，30 80目球体数量小于10%。
全文摘要
本发明公开了一种钻井液用塑料球固体润滑剂及其制备方法。所述钻井液用塑料球固体润滑剂由如下重量份的原料制成苯乙烯35~56份；二乙烯苯6~10份；丙烯酸5~10份；聚四氟乙烯5~10份；石蜡10~20份；二氧化硅10~15份；过氧化苯甲酰0.5~1份；聚乙烯醇0.5~1份；十二烷基苯磺酸0.5~1.5份。其制备方法包括以下五个步骤脱阻、浸泡、交联反应、蒸球、分级。本发明明显提高了钻井液用塑料球固体润滑剂的抗高温性能和抗挤压性能，密度达到和水接近的密度，在钻井操作中能够起到更有效的润滑和防卡的目的。
文档编号C09K8/035GK103013462SQ201210576450
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者张占山, 张学良, 张学军 申请人:河北华运鸿业化工有限公司