[发明专利]一种环境友好型钻井液润滑剂及其制备方法

说明书

公开了一种钻井液润滑剂，包括阳离子烷基糖苷和季铵化纳米二氧化硅。此外，还公开了上述钻井液润滑剂的制备方法，包括：将阳离子烷基糖苷和季铵化纳米二氧化硅混合均匀。钻井液润滑剂不仅具有优异润滑性能，而且具有优异的抑制性能。本发明各组分在提供优异润滑性能和抑制性能时产生了良好的配合作用。

技术领域

本发明属于石油、天然气及地质勘探开发技术领域；涉及一种钻井液润滑剂及其制备方法；更具体地，涉及一种环境友好型钻井液润滑剂及其制备方法。

背景技术

近年来，随着油气埋藏地质条件日益复杂，油气勘探开发难度也不断增加。特别是在当前情况下，各种深井、超深井、水平井、从式井、定向井和大斜度井日益增多，钻杆柱在钻井中起钻或下钻时，将不可避免地与套管内壁接触而产生旋转阻力和提拉阻力，从而分别造成钻杆柱的横向和纵向滑动磨损。这不仅会极大影响钻进速度和井眼轨迹控制，同时也威胁到钻井施工的安全环境。

此外，在上述各类复杂钻井中，尤其在涉及泥页岩或含泥页岩地层的情形，泥页岩的水化膨胀和分散容易导致井壁失稳、钻头泥包和井眼净化等一系列问题，从而增加了钻进难度。

为了改善钻头与岩石、钻井柱与井壁之间的摩擦阻力以及井壁失稳等问题，提高钻进速度和井眼轨迹控制效果，通常需要加入润滑剂和/或抑制剂等钻井液处理剂。

作为润滑剂，主要包括惰性固体润滑剂和液体类润滑剂。前者主要包括塑料、小球、石墨、炭黑和玻璃微珠等。这类产品具有较高的抗压强度，在钻井液中呈现惰性，但这类固体润滑剂在水中难以均匀分散，同时受到尺寸限制，容易在钻井过程中破坏，具有一定的局限性。后者主要包括矿物油、植物油和表面活性剂。然而，矿物油不容易被生物降解，会对环境造成污染。随着全球环保要求日益严格，矿物油已被禁止使用。在这种形势下，在钻井液中添加环境友好型的润滑剂，是实现绿色、安全、高效钻井的最有效手段之一。近年来，烷基糖苷类表面活性剂逐渐用于钻井或修井施工。相比同类钻井液，具有较高的固相容量；易生物降解，无毒环保。然而烷基糖苷加量较高(不小于35％，适宜用量为45％-60％)，导致钻井液成本高企，推广应用受到限制。

作为抑制剂，主要包括无机盐类抑制剂、沥青类抑制剂和聚合醇类抑制剂。然而，上述这些页岩抑制剂仍然存在一些不足和其它各种限制条件。例如，无机盐类抑制剂使得钻井液体系的流变性难以控制；沥青类抑制剂不利于保护环境；而聚乙二醇类抑制剂难以解决活性泥页岩的钻井问题。近年来，胺类和糖苷类抑制剂对泥页岩的水化膨胀具有一定的抑制作用，正受到人们越来越多的关注。

为了充分发挥钻井液处理剂的润滑和/或抑制作用，人们主要采取以下两种技术思路：第一，同时加入润滑剂和抑制剂；第二，加入兼具润滑和抑制作用的同一钻井液处理剂。

针对前者，中国专利申请CN1786102A公开了一种具有润滑抑制双重作用的钻井液用聚合醇润滑抑制剂，包括起润滑作用的聚合醇A和起抑制作用的聚合醇B；其中，聚合醇A为浊点为5-20℃的聚氧乙烯脂肪酸酯或聚氧丙烯脂肪酸酯；聚合醇B分别70-90℃的聚氧乙烯脂肪醇或聚氧丙烯脂肪醇。二者的重量比分别为1-50％和50-90％。上述聚合醇润滑抑制剂以8％的比例加至基浆时，润滑系数降低率为45％，表现出良好的润滑性能；然而，该聚合醇润滑抑制剂的钻屑回收率仅在30％左右，仍然不能令人满意。

针对后者，中国专利申请CN101717622A公开了一种含有甲基葡萄糖苷类化合物的钻井液用润滑抑制剂，其为环状单体聚糖类高分子衍生物，分子中同时具有亲水和亲油基团，热稳定性好，无环境污染，可以在井壁上形成一层独特的半透膜，从而具有更优异的抑制润滑作用。然而，上述润滑抑制剂的非极性基团太短，疏水性较弱，难以有效地将井壁与钻井液隔离起来，导致其抑制泥页岩水化膨胀和分散的能力不足。