微胶囊润滑剂及其制备方法和应用

本发明涉及钻井液润滑剂，具体涉及一种微胶囊润滑剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、大位移井具有能大范围地控制含油面积、提高油气采收率、降低油田开发成本等优点，具有显著的经济、社会效益，目前已成为开发边际油田的最有效手段之一。随着能源需求的不断增加以及大位移钻井技术的日趋成熟，大位移井钻井数量不断增加，水平位移也在不断延长。在大位移水平井钻井过程中，管柱的摩阻和扭矩问题决定了水平位移的最大延伸，是制约钻井成功的关键因素之一。目前，通过改善钻井液的润滑性来降低井下摩阻和扭矩是最主要的手段之一。

2、钻井过程中，存在钻柱与井壁之间无任何介质的干摩擦、钻柱与井壁边界膜产生的边界摩擦和由钻井液循环流动产生的流动摩擦三种摩擦方式。为了降低摩擦，目前主要通过优选高效润滑剂来改善钻井液的润滑性能。目前的钻井液用润滑剂主要有固体润滑剂和液体润滑剂。固体润滑剂如石墨和塑料小球等加入钻井液后，通过改变钻柱与套管或裸眼井壁的接触方式进而改变摩擦状态，从而有效降低摩擦系数。液体润滑剂种类繁多，一些润滑剂可通过在钻杆和泥饼表面的吸附，形成憎水膜，从而将井下钻具和井壁岩石之间的金属与金属以及金属与岩石之间的直接接触转变为憎水膜之间的接触，从而显著降低摩擦系数。

3、但是，目前传统的润滑剂都是直接加入到钻井液中，均匀分散后随着钻井液循环发挥作用，这种作用方式存在两个弊端：第一个就是润滑剂直接加入到钻井液中容易影响钻井液的流变、滤失等性能，如一些乳液类润滑剂加入到钻井液中往往容易起泡，导致钻井液的流变性和密度等发生显著变化。第二个不足就是润滑剂加入到钻井液中分散均匀后，不论高摩阻和低摩阻处，其发挥的作用都一样。而实际钻井中往往是在高摩阻处需要高效润滑作用。

4、在油田化学领域，已有尝试将微胶囊技术应用于酸化、压裂、钻井堵漏、天然气水合物地层控温等。但是现有的微胶囊热稳定性较差，无法保护芯材实现控释的目的，因此亟需一种能够获得抗高温性能好，在高温下不易分解，且具有优异润滑效果的微胶囊润滑剂的技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的在高温条件下容易降解分解，无法保护芯材实现控释的问题，提供一种微胶囊润滑剂及其制备方法和应用，该制备方法引入了固相颗粒改性纳米二氧化硅，并通过交联剂引入交联结构，能够获得抗高温性能好，在高温下不易分解，且具有优异润滑效果的微胶囊润滑剂。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种微胶囊润滑剂的制备方法，所述制备方法包括：将润滑油芯材、第一单体、第二单体、改性纳米二氧化硅、第一表面活性剂、第二表面活性剂、引发剂、交联剂和水混合，进行原位聚合反应，得到微胶囊润滑剂；

3、其中，所述润滑油芯材包括5#白油、油溶性离子液体和石墨烯纳米片。

4、本发明第二方面提供一种本发明提供的制备方法制得的微胶囊润滑剂，该微胶囊润滑剂的平均粒径为3-50μm，抗温能力在160℃以上。

5、本发明第三方面提供一种本发明提供的微胶囊润滑剂在高温钻井环境中的应用。

6、通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

7、本发明引入了固相颗粒改性纳米二氧化硅，并通过交联剂引入交联结构，通过二者协同作用提高了微胶囊壁材的热稳定性。相比于不添加改性纳米二氧化硅，本发明提供的制备方法制得的微胶囊润滑剂的抗温性显著增强。

8、本发明提供的微胶囊润滑剂具有良好的润滑性能、热稳定性以及在井下循环过程中的耐剪切性。本发明的微胶囊润滑剂将润滑油芯材包覆起来，在井下循环钻进过程中，当遇到高摩阻时，微胶囊在高摩阻处受到挤压或者强剪切作用壁材发生破坏，释放出润滑油芯材，形成局部浓集效应，高效发挥润滑作用，还有部分未破坏的微胶囊仍稳定分散在钻井液中，可以循环使用，从而显著降低了润滑剂的使用浓度。将润滑油包覆起来一方面避免了润滑油对钻井液流变性和滤失等性能的影响，更为重要的是，避免了润滑油加入钻井液中均匀分散后被稀释，无法在关键高摩阻部位发挥作用的问题，这对于大位移水平井降低摩阻和扭矩延伸水平位移具有重要意义。

9、本发明在优选实施方式中，通过进一步选择合适的第一单体、第二单体和改性纳米二氧化硅的种类和比例，合适的第一表面活性剂、第二表面活性剂、交联剂和引发剂的种类和添加量，以及合适的原位聚合反应的条件，使得到的微胶囊润滑剂的壁材具有更加优异的柔韧性和刚性，从而进一步提高了微胶囊润滑剂的热稳定性。此外，本发明通过选择合适的润滑油芯材的添加量以及润滑油芯材中各润滑油原料的比例，进一步提高了微胶囊润滑剂的润滑性能。

技术特征：

1.一种微胶囊润滑剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将润滑油芯材、第一单体、第二单体、改性纳米二氧化硅、第一表面活性剂、第二表面活性剂、引发剂、交联剂和水混合，进行原位聚合反应，得到微胶囊润滑剂；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一单体、所述第二单体和所述改性纳米二氧化硅的重量比为(2-5)：(2-5)：1；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述原位聚合反应的温度为55-85℃，时间为4-24h；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，以所述润滑油芯材的总重量为基准，所述5#白油、所述油溶性离子液体和所述石墨烯纳米片的添加量分别为70-90wt％、10-20wt％和5-10wt％；

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一表面活性剂选自失水山梨醇棕榈酸单酯、失水山梨醇单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸酯和油酸二乙醇酰胺中的至少一种；

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂为氧化还原体系引发剂；

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅由硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行改性得到；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述改性的方法包括：将所述纳米二氧化硅分散于分散介质中，然后与所述硅烷偶联剂进行反应，得到所述改性纳米二氧化硅；

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

10.一种权利要求1-9中任意一项所述的制备方法制得的微胶囊润滑剂，其特征在于，该微胶囊润滑剂的平均粒径为3-50μm，抗温能力在160℃以上。

11.一种权利要求10所述的微胶囊润滑剂在高温钻井环境中的应用。

技术总结
本发明涉及钻井液润滑剂技术领域，公开了微胶囊润滑剂及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法包括：将润滑油芯材、第一单体、第二单体、改性纳米二氧化硅、第一表面活性剂、第二表面活性剂、引发剂、交联剂和水混合进行原位聚合反应，得到微胶囊润滑剂；其中，所述润滑油芯材包括5#白油、油溶性离子液体和石墨烯纳米片。采用本发明提供的制备方法制得的微胶囊润滑剂具有良好的润滑效果和抗高温性能。由于微胶囊润滑剂将润滑油芯材包覆起来，在钻井过程中，部分微胶囊润滑剂在高摩阻和扭矩处破坏后释放出芯材发挥高效润滑作用，还有部分未破坏的微胶囊润滑剂仍能够稳定地分散在钻井液中，可以循环使用，因此能够显著降低润滑剂的使用浓度。

技术研发人员：黄维安,钟汉毅,范宇,贾江鸿,欧阳勇,刘均一,李树皎,赵利,王涛,欧翔
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13