一种新型油基钻井液用有机海泡石及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型油基钻井液用有机海泡石及其制备方法，该制备方法包括将海泡石充分水化后，加入特定的季铵盐型表面活性剂对海泡石进行有机改性，即可制备油基钻井液用有机海泡石。此制备方法条件简单，对生产的设备需求低，有利于产业化的推广，制得的有机海泡石亲油性好，在油基钻井液中流变性能优异，提粘、提切效果显著，触变性突出，其抗高温性能优异，可在200℃条件下使用。

Organic sepiolite for oil base drilling fluid and preparation method thereof

The invention discloses a novel organic sepiolite and preparation of oil based drilling fluid preparation method, the preparation method comprises the sepiolite fully hydrated after adding quaternary ammonium surfactant specific to sepiolite modified sepiolite can be prepared with organic oil based drilling fluid. The preparation conditions of production equipment is simple, low demand, is conducive to the promotion of industrialization, the prepared organic sepiolite good lipophilicity, excellent rheological properties in oil-based drilling fluid, increasing viscosity and shear effect, thixotropy is prominent, the high temperature performance, can be used in the condition of 200 DEG C under the.

【技术实现步骤摘要】
一种新型油基钻井液用有机海泡石及其制备方法
本专利技术涉及油气田钻井领域，特别涉及一种亲油性好、流变性和抗高温性能优异的油基钻井液用有机海泡石及其制备方法。
技术介绍
海泡石为含水的镁硅酸盐，具有链状和层状的过渡型结构特征，属2:1层链状粘土。其结构通式为Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O，由硅氧四面体和镁氧八面体组成。构成硅氧四面体基础的氧，组成了间隔约0.65nm的连续晶层，而顶角氧交替地指向这种连续晶层的上下。晶层按八面体配位镁离子相互连接起来。因此，海泡石的晶体结构中具有连续的四面体片，而八面体片则是不连续的，形成大小约为0.37nm×1.06nm的通道。基于海泡石的结构特点，其具有较大的比表面积、吸附性、阳离子交换性和流变性等性质。海泡石的阳离子交换容量为20～45mmol/100g。海泡石的应用领域非常广泛，这些应用主要是基于海泡石的吸附性、光学性质、流变性和分子筛作用等特点。海泡石的主要应用领域包括吸附剂、净化剂、催化剂载体、药物缓释剂和流变控制剂等。Haden(Attapulgite:propertiesanduses[J].ClaysClayMiner,1963,10:284-290.)将坡缕石和海泡石的应用分为胶体类和非胶体类两大类。胶体类的应用主要是指利用海泡石的纤维状结构，使其分散在液相中，利用形成的分散液、溶胶甚至凝胶体系的性能。非胶体类的应用是指利用海泡石本身的晶体结构、性质或者利用海泡石颗粒本身的性能。海泡石微观上呈纤维状，具有平行于纤维轴的{110}解理，在水和高极性溶剂中易于分散，形成杂乱的纤维状悬浮体系，流变性极好。因此，海泡石在水基钻井液中的应用性能非常突出，具有良好的抗盐性和抗高温性，是盐水、海水钻井和高温钻井领域内常用的钻井液流变控制剂。随着钻井工程的发展，钻井实践中面临的高温深井、水平井和海上钻井等复杂井越来越多。钻井液能否在高温、高压、高密度条件下保持稳定而优异的性能至关重要。油基钻井液以其优异的抗高温性、润滑性、井壁稳定性、抗盐性和低渗透率等优异性能广泛用于此类复杂钻井工程中。有机粘土因其在油基体系中优异的凝胶性能和触变性被广泛用于油基钻井液的流变控制剂。当前，油基钻井液中广泛使用的流变控制剂是有机膨润土。膨润土是以蒙脱石为主要矿物的粘土岩。有机膨润土通常是利用阳离子交换的方式将有机阳离子插入蒙脱石层间，撑大层间距，增强有机蒙脱石的表界面的亲油性。有机膨润土加入油基体系中，片层结构分散、膨胀、剥离而形成不同尺度上的网络结构，为钻井液提供了良好的触变性和胶凝强度，能够有效调节油基钻井液流变性能。然而，有机膨润土在油基钻井液中的抗高温性往往不足以满足实际钻井的需求，通常以有机膨润土为流变控制剂的油基钻井液难以承受180℃以上的高温。这是由于有机蒙脱石的片层结构在高温下会萎缩，网络结构被破坏导致的。海泡石在水基体系中通过其纤维杂乱的分散而形成网络结构，而创造优异的流变性能。可以预见，通过有机改性，改变海泡石的表面性能，使其亲油性增强，也可以达到类似于水基体系中的效果。目前，有关海泡石的改性和产品开发主要是围绕吸附剂、净化剂、催化剂载体、高分子复合材料和水基体系中的流变剂展开的。对于海泡石的有机改性研究得比较少，目前有机海泡石报道的仅有用十六烷基三甲基溴化铵改性的有机海泡石，主要是应用在环境治理和高分子/海泡石复合材料的制备等方面。而其他类型有机改性剂制得的有机海泡石以及其在油基钻井液中的应用方面的研究鲜有文献报道。由于十六烷基三甲基溴化铵改性剂的热稳定性较差，难以满足油基钻井液的工作要求，在有机膨润土的制备中很少作为改性剂应用，故目前市场上用十六烷基三甲基溴化铵改性的有机海泡石同样难以满足有机钻井泥浆的要求。因此，为了解决现有有机膨润土热稳定性不足，特别是为了解决复杂钻井实践中油基钻井液的流变性和抗高温性不足的问题，急需研究并开发流变性能突出、抗高温性好的流变控制剂，而改性的有机海泡石有望成为这种优异流变控制剂。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现：采用特定的季铵盐型表面活性剂对海泡石进行有机改性，即可制备亲油性好、流变性和抗高温性能优异的油基钻井液用有机海泡石。此制备方法条件简单，对生产的设备需求低，从而完成本专利技术。本专利技术的目的在于提供以下方面：(1)一种新型油基钻井液用有机海泡石的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将海泡石原料与溶剂混合；步骤2，向上述体系中加入改性剂，进行反应；步骤3，反应结束后，经后处理，得到有机海泡石。(2)一种利用上述(1)所述的制备方法得到的新型油基钻井液用有机海泡石，所述有机海泡石包括以下配比的组分：海泡石10重量份，改性剂0.5～8重量份，优选为1.5～5重量份，优选地，所述改性剂为季铵盐型表面活性剂，优选为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵中任意一种或多种；更优选地，所述有机海泡石在2θ为7.30°、19.71°、23.71°和35.02°处存在(110)、(060)、(260)以及(371)晶面衍射峰；尤其优选地，所述有机海泡石相对于海泡石原料的17°而言，其接触角可增加至100％以上，甚至达到200％；与海泡石原料的胶体率(仅为2.0％)相比，其胶体率可达到100.0％；由其配制的钻井液在150℃时的表观粘度、塑性粘度和切力可分别大于20.0mPa·s、18.0mPa·s和2.0Pa，在66℃、150℃、180℃和200℃时的触变环面积分别大于1.5Pa·s-1、23.0Pa·s-1、14.5Pa·s-1和8.5Pa·s-1。(3)一种油基钻井液，所述油基钻井液中包括上述(2)所述的有机海泡石，所述有机海泡石的浓度为10～100g/L，优选为20～50g/L。根据本专利技术提供的一种新型油基钻井液用有机海泡石及其制备方法，具有以下有益效果：1)在整个制备方法中，采用水作为溶剂，不引入有机溶剂，成本低、绿色安全；2)海泡石原料价格低廉、易得，使用安全，降低了生产成本；3)整个制备方法工艺简单，使用到的溶剂价格低廉，对使用的生产设备要求不高，在易于操作的同时，降低了成本，这些因素均有利于产业化的推广；4)通过本专利技术中制备方法得到的有机海泡石亲油性好，其接触角相对于海泡石原料的17°而言，可增加至100％以上，甚至达到200％；其胶体率与海泡石原料(仅为2.0％)相比，可达到100.0％；由其配制的钻井液在150℃时的表观粘度、塑性粘度和切力可分别大于20.0mPa·s、18.0mPa·s和2.0Pa；在66℃、150℃、180℃和200℃时的触变环面积分别大于1.5Pa·s-1、23.0Pa·s-1、14.5Pa·s-1和8.5Pa·s-1；因而在油基钻井液中流变性能优异，提粘、提切效果显著，触变性突出，其抗高温性能优异，可在200℃条件下使用。附图说明图1为本专利技术中实施例1～3中制备的有机海泡石的XRD谱图，并与海泡石原料的XRD谱图进行比较。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。根据本专利技术的一方面，提供一种新型油基钻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油基钻井液用有机海泡石的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将海泡石原料与溶剂混合；步骤2，向上述体系中加入改性剂，进行反应；步骤3，反应结束后，经后处理，得到有机海泡石。

【技术特征摘要】
1.一种油基钻井液用有机海泡石的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将海泡石原料与溶剂混合；步骤2，向上述体系中加入改性剂，进行反应；步骤3，反应结束后，经后处理，得到有机海泡石。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，称取海泡石原料于反应釜中，搅拌，混匀；所述海泡石原料为提纯后的海泡石，提纯后海泡石原料的纯度大于70％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1中还包括将所述海泡石原料粉碎，粉碎后的海泡石原料的最大粒径小于75微米。4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述溶剂为水；所述海泡石原料在体系中的质量浓度为15(重量)％～60(重量)％，优选为25(重量)％～50(重量)％。5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述海泡石和改性剂的重量配比为10：(0.5～8)，优选为10：(1.5～5)。6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述改性剂在反应体系中的质量浓度为2(重量)％～15(重量)％；和/或反应过程伴随搅拌；和/或反应时间为0.5～5h，优选为1h～3h；和/或反应温度为10℃～80℃，优选为15℃～35℃。7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述改性剂为季铵盐型表面活性剂，优选为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵中任意一种或多种。8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述后处理包括固液分离，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽朋，庄官政，廖立兵，吕国诚，梅乐夫，谭建杰，欧阳东红，刘卫湘，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，湘潭海泡石科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11