本發(fā)明屬于石油天然氣鉆井助劑領(lǐng)域，具體涉及一種鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑及其制備方法，本發(fā)明還涉及所述鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑在鉆井液中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在鉆井液中加入潤滑劑是避免壓差卡鉆，減少鉆具扭矩、降低鉆柱磨損的有效措施。近年來，隨著深井、超深井以及大位移井等復(fù)雜鉆井?dāng)?shù)量的增多，潤滑、防卡等問題受到重視。

2、目前國內(nèi)外鉆井液用潤滑劑有170余種，主要分為液體潤滑劑和固體潤滑劑兩大類。液體潤滑劑多數(shù)來自石油工業(yè)產(chǎn)品或油頁巖、瀝青砂等類似資源；固體潤滑劑則包括石墨粉、二硫化鉬粉、塑料小球、玻璃小球和金屬小球等。

3、塑料小球是一種高效鉆井液用固體潤滑劑，能夠?qū)⒚婺Σ赁D(zhuǎn)化為點摩擦，有效降低鉆具摩阻。常用的塑料小球以苯乙烯和二乙烯苯為原料經(jīng)交聯(lián)聚合而成，具有無毒、無臭、無熒光顯示、耐酸堿等優(yōu)點，密度在1.03～1.05g/cm3范圍內(nèi)，耐溫190℃以上，抗壓強度在100n以上，適用于大部分類型鉆井液。但目前技術(shù)生產(chǎn)的塑料小球耐高溫性能較差，合成過程中生成許多小顆粒塑料小球不僅不能降低摩阻，還會增加鉆井液固含量及粘度；此外，塑料小球抗高溫變形性能及抗壓回彈性較差，導(dǎo)致回收重復(fù)利用率較低，不符合鉆井工作高效發(fā)展理念，因而在鉆井液中的應(yīng)用受到限制。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決現(xiàn)有塑料小球材料的不足，提供一種耐溫230℃以上、不含0.125mm以下小粒徑微球、耐磨性好、抗高溫變形性能和抗壓回彈率高的鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑。同時，還提供了上述鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑的制備方法及應(yīng)用。

2、本發(fā)明為實現(xiàn)其目的采用的技術(shù)方案：

3、一種鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，原料包括苯乙烯30～45份，二乙烯苯4～6份，油酸5～10份，聚苯乙烯2～5份，改性聚醚醚酮5～8份，引發(fā)劑0.08～0.5份，分散劑0.3～0.8份，十二烷基硫酸鈉0.5～1份，去離子水90～130份。

4、優(yōu)選地，所述的改性聚醚醚酮由碳纖維改性聚醚醚酮和晶須改性聚醚醚酮按質(zhì)量比為(1～5)：1組成。碳纖維改性聚醚醚酮購于江蘇君華特種高分子材料股份有限公司，具體型號為peek5600cf30，為一種30％碳纖增強粒子。所述晶須改性聚醚醚酮由下述方法制備：將聚醚醚酮粉末和質(zhì)量為聚醚醚酮5％的碳酸鈣晶須在120℃烘箱中干燥12h，然后在4000r/min高速攪拌器中進行預(yù)混合得到混合物，再經(jīng)雙螺桿擠出機熔融共混，冷卻后造粒即可得到晶須改性聚醚醚酮。碳酸鈣晶須購于萊州潤興化工有限公司，其長徑比為20：1，聚醚醚酮購于江蘇君華特種高分子材料股份有限公司。

5、優(yōu)選地，所述的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、過氧化苯甲酰、過氧化苯甲酸叔丁酯、過氧化二異丙苯、過氧化氫二異丙苯中的一種。

6、優(yōu)選地，所述的分散劑由聚乙烯醇1799與聚乙烯醇1788按質(zhì)量比10：(1～2)構(gòu)成。

7、如上述所述的一種鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑的制備方法，包括以下步驟：

8、s1.水相配制：向去離子水中加入按質(zhì)量配比的分散劑和十二烷基硫酸鈉，攪拌至充分溶解，得到水相；

9、s2.油相配制：向苯乙烯中加入按質(zhì)量配比的二乙烯苯、油酸、聚苯乙烯、改性聚醚醚酮、引發(fā)劑，攪拌至充分溶解，得到油相；

10、s3.聚合反應(yīng)：將步驟s1制備的水相升溫至50℃，在攪拌下，將步驟s2制備的油相緩慢倒入水相，在10min內(nèi)升溫至85～90℃，保溫7h，升溫至95℃，保溫2h，得到聚合產(chǎn)品；

11、s4.烘干：將步驟s3制備的聚合產(chǎn)品濾除水分，在100～110℃下烘干16h，得到塑料小球；

12、s5.篩分：將步驟s4烘干后的塑料小球進行篩分分級。

13、優(yōu)選地，苯乙烯和二乙烯苯在使用之前，先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％的naoh進行洗滌。

14、優(yōu)選地，步驟s3中，攪拌的速度為250～300r/min。

15、一種如上述所述鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑的應(yīng)用，將鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑以顆粒形式分散在鉆井液中，所述塑料小球固體潤滑劑的加量為鉆井液質(zhì)量的1.5％～2.5％，隨鉆進入目標(biāo)地層。

16、本發(fā)明的有益效果是：

17、本發(fā)明明顯提高了鉆井液用塑料小球固體潤滑劑的抗溫耐磨性能，粒度均勻，在鉆井中可更有效的潤滑和防卡；此外本發(fā)明具備明顯的抗高溫變形性和抗壓回彈性，可重復(fù)利用，大大節(jié)約了成本。

18、核心原理及效果如下：

19、1.油酸是植物油不飽和脂肪酸的典型結(jié)構(gòu)。在苯乙烯、二乙烯苯聚合中加入油酸單體進行化學(xué)改性，通過油酸極性基團吸附在鉆具表面形成保護膜從而提高塑料小球的抗磨損性能。

20、2.碳纖維改性和晶須改性的聚醚醚酮具有耐高溫、自潤滑、抗蠕變、尺寸不變特性，與塑料小球復(fù)合不僅提高塑料小球的抗溫、耐磨、潤滑性能，同時提高塑料小球抗高溫變形性能和抗壓回彈性能，大大提高塑料小球的重復(fù)利用率，節(jié)約成本。

21、3.將聚苯乙烯自溶解于苯乙烯單體中，解決單純使用單體聚合制備塑料小球小粒徑占比大的問題。采用聚乙烯醇1799和1788兩種分散劑的組合增強分散劑親油性，更好的覆蓋在塑料小球液滴表面，提高塑料小球的穩(wěn)定性和粒度的均一性。

22、4.十二烷基硫酸鈉具有良好的降低油-水界面張力的能力，有效降低了單體-水相的界面張力，避免塑料小球彼此粘連。同時十二烷基硫酸鈉在水相中易形成球狀膠束，溶于膠束中的單體易在模板作用下聚合形成球狀塑料，改善了塑料小球的形狀與細(xì)度。

技術(shù)特征：

1.一種鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑，其特征在于，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，原料包括苯乙烯30～45份，二乙烯苯4～6份，油酸5～10份，聚苯乙烯2～5份，改性聚醚醚酮5～8份，引發(fā)劑0.08～0.5份，分散劑0.3～0.8份，十二烷基硫酸鈉0.5～1份，去離子水90～130份。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑，其特征在于，所述的改性聚醚醚酮由碳纖維改性聚醚醚酮和晶須改性聚醚醚酮按質(zhì)量比為(1～5)：1組成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑，其特征在于，所述的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、過氧化苯甲酰、過氧化苯甲酸叔丁酯、過氧化二異丙苯、過氧化氫二異丙苯中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑，其特征在于，所述的分散劑由聚乙烯醇1799與聚乙烯醇1788按質(zhì)量比10：(1～2)構(gòu)成。

5.如權(quán)利要求1所述的一種鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑的制備方法，其特征在于，苯乙烯和二乙烯苯在使用之前，先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％的naoh進行洗滌。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑的制備方法，其特征在于，步驟s3中，攪拌的速度為250～300r/min。

8.一種如權(quán)利要求1所述鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑的應(yīng)用，其特征在于，將鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑以顆粒形式分散在鉆井液中，所述塑料小球固體潤滑劑的加量為鉆井液質(zhì)量的1.5％～2.5％，隨鉆進入目標(biāo)地層。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑及其制備方法，屬于石油天然氣鉆井助劑領(lǐng)域，所述鉆井液用高利用率塑料小球固體潤滑劑包括下述質(zhì)量份原料：苯乙烯30～45份，二乙烯苯4～6份，油酸5～10份，聚苯乙烯2～5份，改性聚醚醚酮5～8份，引發(fā)劑0.08～0.5份，分散劑0.3～0.8份，十二烷基硫酸鈉0.5～1份，去離子水90～130份。其制備方法包括以下步驟：脫阻、水相配制、油相配制、聚合反應(yīng)、烘干、篩分。本發(fā)明明顯提高了鉆井液用塑料小球固體潤滑劑的抗溫耐磨性能，粒度均勻，在鉆井中起到有效的潤滑和防卡目的；同時本發(fā)明具備優(yōu)異的抗高溫變形性能和壓縮回彈性能，利于產(chǎn)品的重復(fù)利用，大大節(jié)約了成本。

技術(shù)研發(fā)人員：宋衛(wèi)國,朱黎明,孫舜
受保護的技術(shù)使用者：石家莊華萊鼎盛科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21