[发明专利]一种梳状丙烯酸酯共聚物润滑剂及水基钻井液

说明书

本发明公开了一种梳状丙烯酸酯共聚物润滑剂及水基钻井液，润滑剂包括重量比为3:7～1:9的酯溶性梳状丙烯酸酯共聚物和植物油；其中，酯溶性梳状丙烯酸酯共聚物由长烷基侧链丙烯酸酯和丙烯酸羟基酯小单体在偶氮二异丁腈引发剂作用下聚合而成，长烷基侧链丙烯酸酯由丙烯酰氯和碳数为C₁₂～C₁₈的直链烷基醇反应得到；丙烯酸羟基酯小单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯或丙烯酸羟丁酯；该梳状丙烯酸酯共聚物润滑剂除了具备传统油性润滑剂所具有的极压润滑效果外，还具有润滑持续时间长、循环使用稳定性好，且其与不同水基钻井液配伍性好的优点，尤其适用于复杂结构井用高性能水基钻井液润滑剂。

技术领域

本发明涉及石油钻井作业技术领域，特别涉及一种梳状丙烯酸酯共聚物润滑剂及含有梳状丙烯酸酯共聚物润滑剂的水基钻井液。

背景技术

目前油性水基钻井液润滑剂大部分以基础油和表面活性剂复配为主。其理论基础为表面活性剂极性基团在摩擦表面吸附形成吸附锚点，表面活性剂疏水链段与基础油充分互溶形成润滑油膜，从而起到润滑效果。

油性水基钻井液润滑剂中所用的表面活性剂以失水山梨糖醇脂肪酸酯、油酸单甘油酯等末端带有多个羟基的表面活性剂为主。表面活性剂末端羟基在水相中能够充分乳化基础油组分，在摩擦面能够形成吸附锚点，已经形成了成熟的水基钻井液润滑剂并在油田实现了大规模的推广应用。然而，上述传统多羟基表面活性剂仅在分子链末端含有2～3个羟基，并且不在同一平面，导致羟基在摩擦面吸附时锚点少，无法形成强吸附膜，润滑效果实际上很难达到设计要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好的相容性，且有效提高润滑剂在摩擦面的极压膜强度进而实现提高润滑效果的梳状丙烯酸酯共聚物润滑剂。

本发明的另一目的使提供一种采用上述梳状丙烯酸酯共聚物润滑剂配制而成的水基钻井液。

为此，本发明技术方案如下：

一种梳状丙烯酸酯共聚物润滑剂，包括重量比为3:7～1:9的酯溶性梳状丙烯酸酯共聚物和植物油；其中，酯溶性梳状丙烯酸酯共聚物的化学结构式为：

其中，R₁为碳数为C₂～C₄的直链烷基中的任意一种，R₂为碳数为C₁₂～C₁₈的直链烷基中的任意一种，n为6～10。

优选，上述酯溶性梳状丙烯酸酯共聚物的数均分子量为5500～7000。

该酯溶性梳状丙烯酸酯共聚物从化学结构设计上具有不同功能的结构侧链；具体地，其含有端羟基的短侧链在钻具表面吸附，由于具有规整的侧链长度，多羟基侧链可在摩擦面形成多锚点吸附，使其表现出吸附叠加效应，显著提高了润滑剂的持续润滑效果；脂肪链长侧链能够与植物油充分互溶，为植物油类润滑油膜提供额外的润滑膜强度；另外，该酯溶性梳状丙烯酸酯共聚物还具有良好的抑泡效果，能够有效避免因水基钻井液润滑剂中表面活性组分引起钻液起泡，提高润滑效果。

优选，所述酯溶性梳状丙烯酸酯共聚物通过下述制备步骤得到：

S1、称取摩尔比为1.5～2:1的丙烯酰氯和碳数为C₁₂～C₁₈的直链烷基醇，然后首先将碳数为C₁₂～C₁₈的直链烷基醇在氮气保护条件下加热至30～40℃后，再在搅拌条件下将丙烯酰氯滴加至直链烷基醇中，30～40℃下反应5～10h，得到具有长烷基侧链的丙烯酸酯单体粗产物；将粗产物用水萃取2～3次，每次取萃取后的油状物室温下真空干燥得到长烷基侧链丙烯酸酯；