本发明专利技术涉及石油工业的钻井领域,具体地,涉及一种纳米杂化的润滑剂,该润滑剂含有:氧化石墨和双季铵盐类化合物,所述双季铵盐类化合物的阳离子部分如式(1)所示。本发明专利技术还提供了一种纳米杂化的润滑剂的制备方法及其制得的润滑剂。本发明专利技术还提供了上述润滑剂在油气钻井中作为钻井液的处理剂的应用,以及提供了含有上述润滑剂的油基钻井液及其应用。本发明专利技术所提供的润滑剂,可以理解为一种纳米杂化的润滑剂,将本发明专利技术的润滑剂用于油基钻井液中可以大大地降低所得钻井液的润滑系数,提高所得钻井液的润滑性能,且对钻井液的流变性能影响不大;并且,本发明专利技术所得的润滑剂具有优良的热稳定性,适于高温作业。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油工业的钻井领域,具体地,涉及一种纳米杂化的润滑剂及其制备方法和应用以及油基钻井液及其应用。
技术介绍
在钻井过程中,旋转的钻柱不可避免地会与套管或岩石井壁发生接触,这必然会产生摩擦力,导致扭矩的增加、钻速的降低和钻具的磨损。当摩擦力过大时,甚至会导致起下钻困难、井壁坍塌或卡钻等井下复杂情况的出现。因此,在钻井时钻井液中经常需要加入润滑剂来改善体系的润滑性能,减少钻井过程中的摩擦阻力,防止卡钻等井下复杂情况的发生,保证安全、快速地钻井。目前水基钻井液润滑剂种类繁多且应用广泛,而油基钻井液由于其自身润滑性能优良的特点,一直鲜有针对油基钻井液润滑剂的研究和产品。但是随着钻井深度和难度的日益提高,特别是超深井、大位移井、水平井和丛式井越来越多的被钻探,即使是油基钻井液也无法很好地解决钻井过程产生的高扭矩和严重的磨损的问题,也会时常发生井壁坍塌、粘附卡钻等井下事故。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种适用于油基钻井液的具有优良润滑性能的润滑剂及其制备方法和应用以及油基钻井液及其应用。为了实现上述目的,本专利技术提供一种润滑剂,该润滑剂含有:氧化石墨和双季铵盐类化合物,所述双季铵盐类化合物的阳离子部分如式(1)所示:式(1)其中,各个R1各自独立地选自氢、羟基、卤素、C1-C6的烷基、C1-C6的烷氧基和C1-C6的羟烷基;各个R2各自独立地选自氢和C1-C6的烷基;各个R3各自独立地选自氢、C1-C20的烷基和C1-C20的羟烷基。本专利技术还提供了一种润滑剂的制备方法,该方法包括:在酸存在下,在溶剂中,将式(3)所示的胺类化合物中的一种或多种、式(4)所示的环氧类化合物中的一种或多种和氧化石墨进行接触反应,其中:式(3)式(4)其中,各个R1各自独立地选自氢、羟基、卤素、C1-C6的烷基、C1-C6的烷氧基和C1-C6的羟烷基;各个R2各自独立地选自氢和C1-C6的烷基;R3选自氢、C1-C20的烷基和C1-C20的羟烷基;X为卤素。本专利技术还提供了由上述方法制得的润滑剂。本专利技术还提供了上述润滑剂在在油气钻井中作为钻井液的处理剂的应用。本专利技术还提供了一种油基钻井液,该钻井液含有上述润滑剂。本专利技术还提供了上述油基钻井液在油气钻井中的应用。本专利技术所提供的润滑剂,可以理解为一种纳米杂化的润滑剂,将本专利技术的润滑剂用于油基钻井液中可以大大地降低所得钻井液的润滑系数,提高所得钻井液的润滑性能,且对钻井液的流变性能影响不大;并且,本专利技术所得的润滑剂具有优良的热稳定性,适于高温作业。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术,但并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1是本专利技术的制备例所得的氧化石墨的500倍放大SEM图。图2是本专利技术的制备例所得的氧化石墨的10000倍放大SEM图。图3是本专利技术的实施例1所得的润滑剂的250倍放大SEM图。图4是本专利技术的实施例1所得的润滑剂的10000倍放大SEM图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术,并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供一种润滑剂,该润滑剂含有:氧化石墨和双季铵盐类化合物,所述双季铵盐类化合物的阳离子部分如式(1)所示:式(1)其中,各个R1各自独立地选自氢、羟基、卤素、C1-C6的烷基、C1-C6的烷氧基和C1-C6的羟烷基;各个R2各自独立地选自氢和C1-C6的烷基;各个R3各自独立地选自氢、C1-C20的烷基和C1-C20的羟烷基。在本专利技术中,所述卤素例如包括:氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)等。所述C1-C6的烷基例如可以包括:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、正己基等。所述C1-C6的烷氧基例如可以包括:甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、异戊氧基、正己氧基等。所述C1-C6的羟烷基例如可以包括:羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟丁基、羟戊基、羟己基等。所述C1-C20的烷基例如可以包括:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、十一烷基(即正十一烷基)、十二烷基(即正十二烷基)、十三烷基(即正十三烷基)、十四烷基(即正十四烷基)、十五烷基(即正十五烷基)、十六烷基(即正十六烷基)、十七烷基(即正十七烷基)、十八烷基(即正十八烷基)、十九烷基(即正十九烷基)、二十烷基(即正二十烷基)等。所述C1-C20的羟烷基例如可以包括:羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟丁基、羟戊基、羟己基、羟庚基、羟辛基、羟壬基、羟癸基、羟十一烷基、羟十二烷基、羟十三烷基、羟十四烷基、羟十五烷基、羟十六烷基、羟十七烷基、羟十八烷基、羟十九烷基、羟二十烷基等。根据本专利技术,为了能够获得具有更优异润滑性能,且对钻井液流变性能影响较小、热稳定性较好的润滑剂,优选情况下,式(1)中,各个R1各自独立地选自氢、羟基、卤素、C1-C4的烷基、C1-C4的烷氧基和C1-C4的羟烷基;各个R2各自独立地选自氢和C1-C4的烷基;各个R3各自独立地选自氢、C1-C15的烷基和C1-C15的羟烷基。更优选地,各个R1各自独立地选自氢、羟基、甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、羟甲基和羟乙基;各个R2各自独立地选自氢、甲基、乙基、正丙基和正丁基;各个R3各自独立地选自氢、甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、十一烷基和十二烷基。更进一步优选地,各个R1各自独立地选自氢、甲基和乙基;各个R2各自独立地选自氢、甲基、乙基、正丙基和正丁基;各个R3各自独立地选自乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基和正癸基。最优选地,各个R1为氢;各个R2各自独立地选自甲基和乙基;各个R3各自独立地选自乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基和正癸基。在本专利技术的一种优选的实施方式中,所述双季铵盐类化合物的阳离子部分选自下式所示的阳离子中的一种或多种:式(1-1)式(1-2)式(1-3)式(1-4)式(1-5)式(1-6)式(1-7)尽管本专利技术对所述双季铵盐类化合物的阴离子部分并无特别的限定,可以为本领域常规的各种阴离子,优选地,所述双季铵盐类化合物的阴离子部分选自Cl-、Br-和I-中的一种或多种,更优选为Cl-。在本专利技术的一种优选的实施方式中,所述双季铵盐类化合物选自以下式所示的化合物中的一种或多种:式(1-1-1)式(1-2-1)式(1-3-1)式(1-4-1)式(1-5-1)式(1-6-1)式(1-7-1)根据本专利技术,尽管所述润滑剂含有的氧化石墨和双季铵盐类化合物可以以任何相互形式的位置存在,既可以是分开存在,也可以是任意本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种润滑剂,其特征在于,该润滑剂含有:氧化石墨和双季铵盐类化合物,所述双季铵盐类化合物的阳离子部分如式(1)所示:其中,各个R1各自独立地选自氢、羟基、卤素、C1‑C6的烷基、C1‑C6的烷氧基和C1‑C6的羟烷基;各个R2各自独立地选自氢和C1‑C6的烷基;各个R3各自独立地选自氢、C1‑C20的烷基和C1‑C20的羟烷基。
【技术特征摘要】
1.一种润滑剂,其特征在于,该润滑剂含有:氧化石墨和双季铵盐类化合物,所述双季铵盐类化合物的阳离子部分如式(1)所示:其中,各个R1各自独立地选自氢、羟基、卤素、C1-C6的烷基、C1-C6的烷氧基和C1-C6的羟烷基;各个R2各自独立地选自氢和C1-C6的烷基;各个R3各自独立地选自氢、C1-C20的烷基和C1-C20的羟烷基。2.根据权利要求1所述的润滑剂,其中,各个R1各自独立地选自氢、羟基、卤素、C1-C4的烷基、C1-C4的烷氧基和C1-C4的羟烷基;各个R2各自独立地选自氢和C1-C4的烷基;各个R3各自独立地选自氢、C1-C15的烷基和C1-C15的羟烷基;优选地,各个R1各自独立地选自氢、羟基、甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、羟甲基和羟乙基;各个R2各自独立地选自氢、甲基、乙基、正丙基和正丁基;各个R3各自独立地选自氢、甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、十一烷基和十二烷基;更优选地,各个R1各自独立地选自氢、甲基和乙基;各个R2各自独立地选自氢、甲基、乙基、正丙基和正丁基;各个R3各自独立地选自乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基和正癸基。3.根据权利要求2所述的润滑剂,其中,所述双季铵盐类化合物的阳离子部分选自下式所示的阳离子中的一种或多种:4.根据权利要求1-3中任意一项所述的润滑剂,其中,所述双季铵盐类化合物的阴离子部分选自Cl-、Br-和I-中的一种或多种。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的润滑剂,其中,所述双季铵盐类化合物附着于所述氧化石墨的表面,优选地,所述双季铵盐类化合物还附着于所述氧化石墨的层间。6.根据权利要求5所述的润滑剂,其中,所述双季铵盐类化合物部分以改性基团的形式与所述氧化石墨连接,该改性基团的阳离子部分如式(2)所示:优选地,所述双季铵盐类化合物形成的该改性基团连接在所述氧化石墨的外边缘。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的润滑剂,其中,所述氧化石墨和所述双季铵盐类化合物的重量比为1:30-300,优选为1:40-280,更优选为1:48-250,更进一步优选为1:90-200。8.一种润滑剂的制备方法,其特征在于,该方法包括:在酸存在下,在溶剂中,将式(3)所示的胺类化合物中的一种或多种、式(4)所示的环氧类化合物中的一种或多种和氧化石墨进行接触反应,其中:其中,各个R1各自独立地选自氢、羟基、卤素、C1-C6的烷基、C1-C6的烷氧基和C1-C6的羟烷基;各个R2...
【专利技术属性】
技术研发人员:蒋官澄,彭双磊,贺垠博,李新亮,邓正强,
申请(专利权)人:中国石油大学北京,
类型:发明
国别省市:北京;11
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