摘要:
利用多巴强大的水下黏附性能,合成了一种适用于水基钻井液的多巴仿生润滑剂L2,3。这种新型润滑剂解决了长期以来酯类润滑剂在水中因黏附性较差无法在钻具表面形成有效润滑膜而导致的润滑性能变差的问题。此外,合成了酚羟基位置不同的润滑剂L2,5,并通过FT-IR光谱和1H NMR对其进行表征。通过极压润滑仪、泥饼黏附系数测试仪、四球摩擦仪和扫描电子显微镜(SEM)评估润滑性能和耐磨性。在钠基膨润土基浆(Na-BT)中, L2,3具有最好的润滑性能,1%加量下摩擦系数(COF)低至0.07,COF降低率达到87.7%,磨痕直径(WSD)为0.587 mm,在210 ℃以内,均能保持良好的润滑性能且不起泡。相比之下,L2,5在清水中润滑性较好,摩擦系数为0.1,但在Na-BT中无法抵御黏土颗粒的剪切,润滑膜脱落,摩擦系数为0.57,接近未添加润滑剂的空白Na-BT。通过X射线光电子能谱(XPS)分析了表面润滑膜的成分和厚度,发现酚羟基结构提高了润滑剂在金属表面的黏附能力,进而提高了其润滑和抗磨性能,具体还与酚羟基类型有关。含有邻苯二酚结构的L2,3通过双齿金属配位键在金属表面形成了一层致密的厚度超过80 nm的有机膜;而含有对位羟基结构的L2,5只能在表面形成一层厚度低于20 nm的润滑膜。由于L2,3在金属表面形成的双齿金属配位键更加稳定,所以其润滑和抗磨性能远高于L2,5。
杨旭坤,蒋官澄,贺垠博,等. 多巴仿生润滑剂在水基钻井液中的应用及机理研究[J]. 钻井液与完井液,2023,40(6):749-755, 764. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.06.008.