油基钻井液用有机累托石的组合物及其制备方法技术

一种油基钻井液用有机累托石的组合物及其制备方法。该组合物中含有有机累托石和碱金属盐，由以下重量份的成分制备而成：累托石100份，季铵盐11～119份，强碱弱酸型碱金属盐0.1～15份。该组合物可由碱化反应、有机化反应、干燥粉碎等步骤制备。优点是该组合物在油基钻井液液体系中具有良好的综合性能，同时还易于制备，生产工艺简便，生产成本低。

Organic rectorite composition for oil base drilling fluid and preparation method thereof

Organic rectorite composition for oil base drilling fluid and preparation method thereof. The composition contains organic rectorite and alkali metal salt, which is prepared from the following weight components: 100 rectorite, quaternary ammonium salt 11~119 parts, strong base weak acid type alkali metal salt 0.1 ~ 15 parts. The composition can be prepared by the steps of alkalization reaction, organic reaction, drying and pulverization, etc.. The utility model has the advantages that the composition has good comprehensive performance in the oil base drilling fluid system, and is easy to prepare, and the production process is simple and the production cost is low.

【技术实现步骤摘要】
油基钻井液用有机累托石的组合物及其制备方法
本专利技术涉及一种石油、天然气、地矿、建筑工程等行业用于钻井液、完井液的胶体材料及其生产技术，属钻井用组合物领域。具体地说涉及油基钻井液用有机粘土的组合物的配方以及它们的制备方法。
技术介绍
有机粘土是油基钻井液组分中重要的亲油胶体材料。累托石是一种可用于钻井液的新型粘土，其有机化产物有机累托石在流变性、高温稳定性、降滤失性等方面具有独特的优势，是钻井液领域具有潜力的升级换代产品。已公开的制备有机累托石的方法可分为湿法和干法两大类。一类是湿法，即有机化反应在较稀的溶液体系中进行，然后采用多次洗涤过滤工艺脱水，同时去除水溶性离子，最后干燥、粉碎，制得成品。另一类是干法，即有机化反应在固相或近乎固相的体系中进行，体系内的水含量远少于湿法，有机化反应结束后并不洗涤过滤，而是直接干燥和粉碎，得到成品。一般来说，湿法制备的有机累托石，由于杂质含量少，质量应当优于干法，但湿法工艺的主要缺点是工艺流程长、生产成本高，而且还需对废水进行处理以达到排放标准，增加了环保成本。专利CN101942292A公开了一种油基钻井液用有机粘土及其生产方法，该有机粘土即为有机累托石，是由累托石和季铵盐两种原料制成，其重量份配比为：累托石75～90，季铵盐10～25。制备方法属于干法。该法是一种生产有机累托石的简单的低成本制备方法，尤其是有机化时不对累托石/季铵盐加热，仅靠碾压摩擦产生的热量维持有机化反应，温度难以控制，且季节性差异较大，影响有机化效果。专利CN105567181A公开了一种油基钻井液用有机累托石的新的生产方法，该专利采用湿法工艺，通过将溶液体系的有机化反应的浆料产物反复洗涤及过滤，保证产品的残余可溶性离子的含量低于原始离子含量的1%，能减少杂质、提高性能。专利CN105524602A、CN105753004A分别公开了两种有机累托石的新产品及其生产方法，有机累托石系采用累托石与不同类型的季铵盐进行有机化反应而制得。这三个专利中，专利CN105567181A、CN105524602A在制备过程中加入了钠盐、锂盐或者钠锂复合盐，由于一价的碱金属离子电动电位高，故碱化后形成的胶团相互之间斥力大，利于季铵盐的阳离子进入到累托石胶团之间，促进化学平衡充分地朝着有机化的方向进行。随着多次洗滤，制备过程中所加入的钠、锂、钾等碱金属离子被去除，剩余微量的碱金属离子以杂质存在，少于原始含量的1%，即重量含量在万分之几的数量级。上述这四个专利的有机累托石产物是化合物，例如，专利CN105753004A指出，反应产物有机累托石的晶体结构可以通过x射线衍射特征峰予以表征。从上文可知，油基钻井液用有机累托石的制备技术分为湿法、干法两类。已公开的湿法制备有机累托石的工艺繁琐，成本较高；已公开的干法制备有机累托石的有机化反应不易控制，因而质量难以保证。从上文还可知，已公开的全部四个涉及油基钻井液用有机累托石的专利中，干法有机累托石专利没有加入碱金属盐，三个湿法专利则对反应产物充分洗滤，即便反应过程中加入了碱金属盐也被去除。也就是说，这些专利都没有将碱金属盐作为最终产品的有效组份，而适量的碱金属盐有助于改善基液或油基钻井液的悬浮性、流变性、降滤失性。已公开的其他文献未见最终产品中包含有机累托石/碱金属盐或季铵盐/累托石/碱金属盐的组合物的报道。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题就是针对已公开的有机累托石的配方及制备方法的不足，而提供一种油基钻井液用有机累托石的组合物及其制备方法，与已公开的技术相比，该组合物既具有工艺简便、生产成本低等特点，又具有在油基钻井液体系中的良好的综合性能。具体地，本专利技术提供一种油基钻井液用有机累托石的组合物，该组合物中含有有机累托石和碱金属盐，所述的有机累托石和碱金属盐由以下重量份的成分制备而成：累托石100份，季铵盐11～119份，强碱弱酸型碱金属盐0.1～15份。所述的累托石为钙基累托石，纯度为60～98%，层间阳离子中的钙离子占比达到50%以上。优选的钙基累托石纯度为70～95%。所述的季铵盐为m烷基三甲基卤化铵、m烷基二甲基非烷基活性基卤化铵、双n烷基二甲基卤化铵或双n烷基甲基非烷基活性基卤化铵中的一种，m为烷基链的碳原子数，n为双烷基链的碳原子数，它们的值为12～24，卤族元素为氯或溴，非烷基活性基为羟基、羰基、羧基、苄基、烷氧基或上述基团与烃基的组合基中的一种。以累托石为100重量份计，优选的季铵盐加入量为16～72重量份。所述的强碱弱酸型碱金属盐为强碱弱酸型无机盐或有机盐，具体的为强碱弱酸型锂盐、钠盐、钾盐的一种或多种。上述强碱弱酸型锂盐、钠盐、钾盐优选为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、草酸锂、草酸钠、草酸钾、乙酸锂、乙酸钠、乙酸钾。以累托石为100重量份计，优选的强碱弱酸型碱金属盐为0.5～4重量份。本专利技术含有有机累托石和碱金属盐的组合物还可由以下重量份的成分制备而成：累托石100份，季铵盐11～119份，强碱弱酸型碱金属盐0.1～15份，白油0.25～3份。本专利技术含有有机累托石和碱金属盐的组合物又可由以下重量份的成分制备而成：累托石100份，季铵盐11～119份，强碱弱酸型碱金属盐0.1～15份，非离子表面活性剂0.5～20份，所述的非离子表面活性剂是烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚或失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或多种。本专利技术还提供上述组合物的制备方法，包括下述步骤：(1)碱化：将累托石和强碱弱酸型碱金属盐混合均匀，加入相当于累托石重量0.1～1倍的水，搅拌，使得物料充分润湿、完全均匀，升温至50～95℃，保温15～180min；(2)有机化：将季铵盐及白油(如有必要)或非离子表面活性剂(如有必要)加入到上述步骤(1)所述的碱化处理后的混合料中，边搅拌边加热，将目标反应温度设定在70～120℃，如果设定的反应温度大于100℃，反应容器则必须是密闭的，达到设定温度后，边搅拌边保温30～210min；(3)成品化：有机化产物经过干燥、粉碎，得本专利技术油基钻井液用有机累托石的组合物。本专利技术专利中，累托石、碱金属盐与季铵盐的阳离子交换反应式如下：碱化反应：钙基累托石+强碱弱酸型碱金属盐碱化累托石+钙的弱酸盐有机化反应：碱化累托石+季铵盐有机累托石+碱金属盐式中，[REC]-代表不含可交换阳离子的累托石，价位仅为示意；M+代表Li+、Na+、K+等可交换的碱金属阳离子；[WA]-表示弱酸根，价位仅为示意；A代表非烷基活性基；R1～R4代表长直链(n=12～24)烷基或甲基，其中，长直链烷基(R1或R1/R2)的数量为1或2个，一个甲基(R4)可被非烷基活性基(A)取代；N为氮原子；X-代表卤族元素的离子Cl-、Br-。按横式，[R1R2NR3R4/A]+X-即为季铵盐。反应分两步。第一步为碱化，钙基累托石经碱化处理后转换为钠/锂/钾基累托石(即碱化累托石)，同时，钙离子与弱酸根生成难溶性的盐。第二步为有机化，碱化累托石与季铵盐发生有机化阳离子交换反应，生成有机累托石和碱金属盐的混合产物。最后将该混合物进行干燥和粉碎，即得本专利技术专利的组合物。本专利技术所使用的累托石原料为钙基累托石，因为已知天然累托石及其精矿均为钙基，即累托石层间阳离子中的钙离子占比达到50%以上。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油基钻井液用有机累托石的组合物，其特征在于，该组合物中含有有机累托石和碱金属盐，所述的有机累托石和碱金属盐由以下重量份的成分制备而成：累托石100份，季铵盐11～119份，强碱弱酸型碱金属盐0.1～15份。

【技术特征摘要】
1.一种油基钻井液用有机累托石的组合物，其特征在于，该组合物中含有有机累托石和碱金属盐，所述的有机累托石和碱金属盐由以下重量份的成分制备而成：累托石100份，季铵盐11～119份，强碱弱酸型碱金属盐0.1～15份。2.如权利要求1所述的油基钻井液用有机累托石的组合物，其特征在于所述的累托石为钙基累托石，纯度为60～98%，层间阳离子中的钙离子占比达到50%以上。3.如权利要求2所述的油基钻井液用有机累托石的组合物，其特征在于所述的钙基累托石纯度为70～95%。4.如权利要求1所述的油基钻井液用有机累托石的组合物，其特征在于所述的季铵盐为m烷基三甲基卤化铵、m烷基二甲基非烷基活性基卤化铵、双n烷基二甲基卤化铵或双n烷基甲基非烷基活性基卤化铵中的一种，m为烷基链的碳原子数，n为双烷基链的碳原子数，它们的值为12～24，卤族元素为氯或溴，非烷基活性基为羟基、羰基、羧基、苄基、烷氧基或上述基团与烃基的组合基中的一种。5.如权利要求4所述的油基钻井液用有机累托石的组合物，其特征在于：以累托石为100重量份计，所述季铵盐为16～72重量份。6.如权利要求1所述的油基钻井液用有机累托石的组合物，其特征在于所述的强碱弱酸型碱金属盐为强碱弱酸型无机盐或有机盐，具体的为强碱弱酸型锂盐、钠盐、钾盐的一种或多种。7.如权利要求6所述的油基钻井液用有机累托石的组合物，其特征在于：所述的强碱弱酸型锂盐、钠盐、钾盐为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、草酸锂、草酸钠、...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪昌秀，
申请(专利权)人：武汉华矿胶体化学有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42