超支化润滑剂.docx

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1、指导教师承担科研课题情况：(I)超深特深层油气钻采流动调控，国家基础科学中心，2023-2027,6000万；(2)南海天然气水合物钻采机理与调控，国家自然科学基金重大项目项目，20202024,1958万元：(3)超深井安全高效井筒工作液构建及调控方法基础研究，国家自然科学基金联合基金重点项目，2018-2022,298万元；指导教师对本项目的支持情况：该课题立意新颖，创新性强，深入研究超支化聚合物润滑剂性能，探究超支化聚合物润滑剂的制备方法，评价超支化聚合物润滑剂的综合性能，对我国深层、超深层油气高效钻井具有重要意义。本次大创项目指导教师孙金声、黎剑将从基础理论，文献调研，实验开展等各个环

2、节项目成员进行培训，项目实验方案明确，技术路线可行，将给予大力支持。研究目的：深井及超深井具有高温、高摩阻。钻井过程中，若不能解决高摩阻扭矩的问题，就极有可能导致复杂的井下事故，如卡钻、托压等，这将会大大提高作业成本，甚至可能会弃井。在当前的所有研究中，钻井液用润滑剂有很多种，但主要分为惰性固态、醇醛类、酯类、酰胺类、植物油类和纳米材料类等。固体润滑剂吸附在井壁和钻杆之间的摩擦表面，可以有效降低井壁-钻杆间的摩擦力，从而达到良好地减少摩擦的效果。然而，固体润滑剂的吸附性较差，在钻井液的循环过程中由于振动筛的存在容易被筛除，使得它们的应用范围受到了严重的限制。而液体聚合物润滑剂多为线性聚合物，其

3、耐温抗盐性能有限。超支化聚合物因具有分子量小，支化结构多，而具有优异的抗温抗盐性能，为抗高温高盐钻井液用润滑剂剂指明了新的方向。研究内容：1、抗高温高盐超支化聚合物润滑剂研制；2、抗高温高盐超支化聚合物润滑剂性能评价；3、抗高温高盐超支化聚合物润滑剂配伍性研究。国、内外研究现状和发展动态：钻井液的润滑性能可以从两个角度来考量：一是泥饼的润滑性能；二是钻井液流体的润滑性能。当前，采用高性能的润滑剂来减少井下摩擦，已成为预防和解决钻井安全问题的重要技术措施。润滑剂能够显著地减少钻具与井壁之间的摩擦，降低钻进过程中的扭矩以及起下钻时遇到的阻力，并且有效地预防黏卡、防止钻头泥包。钻井液润滑剂通常分为惰

4、性固态、醉醛类、酯类、酰胺类、植物油类等。(1)惰性固态润滑剂。常见的惰性固态润滑剂包括石墨、塑料小球、玻璃微珠及坚果圆粒等。杨芳等曾研制了两种固体润滑剂。其中，R/F聚合纳米碳球是一种是以间苯二酚和甲醛为原料制备的固态润滑剂。R/F加量为03%时，4%基浆的润滑系数和滤饼粘附系数的降低率达到最大值，分别为11.6%和14.4%。180V老化后,RF加量为0.4%时,4%基浆的润滑系数和滤饼粘附系数的降低率达到最大值,分别为22.8%和20.1%,对钻井液的流变性产生了一定的影响。(2)醉酸类润滑剂。将醉类化合物与环氧化合物进行缩合可以生成颜色为白色到棕褐色的醉酸类化合物，外观一般呈粘稠状。这

5、种物质的分子结构由具有硫水性的长链烷基以及亲水性的多元醉或多醯等极性基团组成。由于这种物质难以溶于水，因此它们会快速在水面上分散成一层薄膜，能够表现出浊点效应，而温度的变化会十分影响醉酸类化合物的性能。许明标等研制了一种新型多元醇酸润滑剂，它是通过将天然物质化学处理后，与烷氧基化产物反应所得。该润滑剂加量为2.0%时，淡水、15%盐水、海水基浆的润滑系数降低率在室温F可达到97%,71%,71%,对上述三种基浆的流变性影响较小。该润滑剂加量为3.0wt%时，在80-120C高温老化后海水基浆的润滑系数降低率可达96.8%；加量为2。wt%时，140C高温老化后海水基浆的润滑系数降低68.6%。

6、该醇酸润滑剂无生物毒性，在钻井液中起泡率较小。(3)酯类润滑剂。由于酯类分子中含有羟基基团如单酯、双酯等，因此，在合成润滑剂时可以用作基础油27.然而，酯类润滑剂在高温和水相条件下容易发生水解反应，限制了其在高温地层中的应用，因此如何改善这一情况成为了研究重点。孙金声等制备得到了一种聚酯润滑剂GXRHGXRH是在115-130C的温度条件卜，合成脂肪酸釜残被脂化剂催化反应LOBOh后得到。GXRH加量为0.3%时，6%膨润土基浆中的润滑系数降低率达95.74%,具有较高的耐磨性。加量为2.0%时，高密度浆中的润滑系数降低了79.0%,降摩阻性能优良。GXRH合成工艺简单，成本低，抗温达200C

7、,有一定的抗盐性，适用于各种钻井液体系。（4）酰胺类润滑剂。尽管植物油本身具有优良的润滑效果，但容易被皂化和氧化，导致钻井液性能发生变化，因此难以直接用作润滑剂。而若将植物油经过酰胺化处理，即可获得一种新型植物油酰胺类润滑剂，这类润滑剂不仅润滑效果优异，而且具有优良的环境友好性。（5）乳液类润滑剂。乳液类润滑剂是一种乳状液，由基础油、水、乳化剂和其他外加剂组成，它具有优异的稳定性并且成分简单。对乳液进行分类，从内外相的角度可以分为油包水（O/W）型乳液和水包油（W/O）型乳液；根据液滴的粒径，包括粗乳液、细小乳液以及微乳液三种类型。超支化聚合物是一类具有特殊结构和性质的新型高度支化聚合物。19

8、52年，弗洛里发表论文阐述了低分子化合物间通过缩聚制备超支化聚合物的理论方法，但是，超支化结构的优点为人们所逐渐认识发生在1987年美国DuPont公司中清了制备超支化聚苯的专利后。与常规线性聚合物相比，超支化聚合物具有高度分支的3D支化结构，最外层含有大量官能团，与树枝状聚合物相比，超支化聚合物虽然分支结构难以人工控制、粒径分布较宽，但经济的聚合成本使其在化学、材料科学等领域具有宽阔的应用前景，并引起广泛关注。与此同时，超支化聚合物还具有可由单体一步聚合反应而得的优点，可进行规模化生产，在工业应用上具有一定的优势。国内外石油科技工作者对于超支化聚合物的合成方法进行深入研究，迄今为止，其方法包

9、括：（1）缩聚反应，该反应较为简单，聚合中反应单体一般为含有ABx结构。该反应本机聚合较少，多采用溶液聚合的方法,于溶液中加入引发剂,在一定温度卜.反应生成超支化聚合物;（2）自缩合乙烯基聚合,含有-CH=CH2基团的低分子物料和能够引发CH=CH2聚合的特定基团反应，聚合物分子在反应过程中不断增长得到超支化聚合物；（3）开环聚合，单体一般都是环状化合物，开环后在支链上引发聚合生成超支化聚合物；（4）自由基聚合，低分子原料在充当引发剂的同时，也作为支活性位点，聚合过程中首先生成二聚体，进一步引发聚合反应，生成超支化聚合物。近年来，国内外石油科技工作者结合超支化聚合物的独特结构和石油开发的实际过

10、程，已经在超支化聚合物的合成与油田适用需要方面进行了大量的研究工作，尤其值得注意的是，在油田化学领域，超支化聚合物得到迅速发展。创新点与项目特色：超支化型聚合物在结构上不同于常用线性聚合物，独特的三维网状支化结构赋予支化型聚合物不俗的耐温抗盐性能，较低的增粘性能，优异的溶解性能，适应于各种复杂井和深井的钻探需要。此外，简单的合成步骤赋予超支化聚合物可进行规模化生产的天然优势。技术路线、拟解决的问题及预期成果：（1）技术路线（2）拟解决的问题：目前钻井液用聚合物降润滑剂大多是线性聚合物，耐温耐盐性能有限、分子量大；本项目研究的超支化聚合物润滑剂耐温抗盐性能优异，分子量低，溶解性好。（3）预期取得

11、成果：结题时研制出1种抗高温高盐超支化聚合物润滑剂；发表科研论文一篇。项目研究进度安排：2023.11-2024.03：文献调研与项目开题；2024.04-2024.11：抗高温高盐超支化聚合物润滑剂研制及性能评价；2024.12-2025.03：抗高温高盐超支化聚合物润滑剂体系配伍性；2025.03-2025.05：成果总结，编制报告，汇报结题。已有基础：1.与本项目有关的研究积JK和已取得的成绩：（1）本项目本科成员枳极学习文献调研的途径和渠道，已经初规模具有了查阅文献和阅读文献的能力。（2）本项目已有硕士研究生研发了一种抗高温高盐超支化聚合物润滑剂，对其性能进行了评价，为下一步的合成奠定

12、了良好的基础。综上所述，本项目所涉及研究内容团队已经做了深入的理论支撑，具备相应的理论基础，已有的相关科研成果可以为本项目的顺利开展提供支持。2.已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法本项目依托中国石油大学（华东）孙金声院士”非常规油气高效开发”团队平台开展实验研究工作，在抗高温钻井液领域成果丰富，实验设备配套齐全，与本项目相关实验条件具体如下：(1)团队实验室位于特种实验楼B,占地面积约1200平方米，有着良好的工作条件和实验环境.(2)实验室配备了红外光谱仪、热重分析仪、扫描电镜、动态接触角仪、ZETA电位分析仪、高温高压流变仪、水合物评价装置等30余套高精尖实验仪器和10余套大型专用实验设

13、备，总价值3000余万元强大的科技技术支撑：(1)成膜水基钻井液理论与技术(2)抗超高温高密度水基钻井液技术(3)复杂结构井钻井液技术相关专利：(1)一种水基钻井液用环保型抗高温耐高盐润滑剂及其制备方法与应用(2)一种环保型抗高温饱和盐水高密度聚合物钻井液体系及其制备方法与应用尚缺少的条件：暂无综上，本课题在团队研究基础，人员配置，实验条件等方面具有较好的基础，为课题的顺利开展提供了保障。经费预算：(参考)经费Hi算：总经龙：3000(元)财政拨款：(元)学校拨款：3000(元)开支科目预算经费阮)主要用途阶段下达经费计划(元)前半阶段后半阶段L业务费2000实验材料费,论文版面费,专利申请费,会议费.差旅费10001000(1)计算、分析、测试费1000数据分析调研报告检索费，资料打印费500500(2)能源动力货200施工机械在运转作业中所耗用的水电费用100100(3)会议、差旅费500调研交通费，住宿费300200(4)文献检索费200调研文献检索费100100(5)论文出版费100论文发表所需版面费01002.仪器设缶羽置费0无003.实脸装置试制费500调研实验装置试制费2003004.材料费500访谈掇纲,问卷分析报告材料打印费200300项目附件：无附件上.传