[發明專利]一種新型油基鉆井液用有機海泡石及其制備方法

有效

• 申請號: 201710236093.1
• 申請日: 2017-04-12
• 公開（公告）號: CN106883831B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 張澤朋;莊官政;廖立兵;呂國誠;梅樂夫;譚建杰;歐陽東紅;劉衛湘
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）;湘潭海泡石科技有限公司
• 主分類號: C09K8/03
• 分類號: C09K8/03;C09K8/32
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 路永斌;劉冬梅

本發明公開了一種新型油基鉆井液用有機海泡石及其制備方法，該制備方法包括將海泡石充分水化后，加入特定的季銨鹽型表面活性劑對海泡石進行有機改性，即可制備油基鉆井液用有機海泡石。此制備方法條件簡單，對生產的設備需求低，有利于產業化的推廣，制得的有機海泡石親油性好，在油基鉆井液中流變性能優異，提粘、提切效果顯著，觸變性突出，其抗高溫性能優異，可在200℃條件下使用。

技術領域

本發明涉及油氣田鉆井領域，特別涉及一種親油性好、流變性和抗高溫性能優異的油基鉆井液用有機海泡石及其制備方法。

背景技術

海泡石為含水的鎂硅酸鹽，具有鏈狀和層狀的過渡型結構特征，屬2:1層鏈狀粘土。其結構通式為Mg₈Si₁₂O₃₀(OH)₄(OH₂)₄·8H₂O，由硅氧四面體和鎂氧八面體組成。構成硅氧四面體基礎的氧，組成了間隔約0.65nm的連續晶層，而頂角氧交替地指向這種連續晶層的上下。晶層按八面體配位鎂離子相互連接起來。因此，海泡石的晶體結構中具有連續的四面體片，而八面體片則是不連續的，形成大小約為0.37nm×1.06nm的通道。基于海泡石的結構特點，其具有較大的比表面積、吸附性、陽離子交換性和流變性等性質。海泡石的陽離子交換容量為20～45mmol/100g。

海泡石的應用領域非常廣泛，這些應用主要是基于海泡石的吸附性、光學性質、流變性和分子篩作用等特點。海泡石的主要應用領域包括吸附劑、凈化劑、催化劑載體、藥物緩釋劑和流變控制劑等。Haden(Attapulgite:properties and uses[J].Clays ClayMiner,1963,10:284-290.)將坡縷石和海泡石的應用分為膠體類和非膠體類兩大類。膠體類的應用主要是指利用海泡石的纖維狀結構，使其分散在液相中，利用形成的分散液、溶膠甚至凝膠體系的性能。非膠體類的應用是指利用海泡石本身的晶體結構、性質或者利用海泡石顆粒本身的性能。

海泡石微觀上呈纖維狀，具有平行于纖維軸的{110}解理，在水和高極性溶劑中易于分散，形成雜亂的纖維狀懸浮體系，流變性極好。因此，海泡石在水基鉆井液中的應用性能非常突出，具有良好的抗鹽性和抗高溫性，是鹽水、海水鉆井和高溫鉆井領域內常用的鉆井液流變控制劑。

隨著鉆井工程的發展，鉆井實踐中面臨的高溫深井、水平井和海上鉆井等復雜井越來越多。鉆井液能否在高溫、高壓、高密度條件下保持穩定而優異的性能至關重要。油基鉆井液以其優異的抗高溫性、潤滑性、井壁穩定性、抗鹽性和低滲透率等優異性能廣泛用于此類復雜鉆井工程中。

有機粘土因其在油基體系中優異的凝膠性能和觸變性被廣泛用于油基鉆井液的流變控制劑。當前，油基鉆井液中廣泛使用的流變控制劑是有機膨潤土。膨潤土是以蒙脫石為主要礦物的粘土巖。有機膨潤土通常是利用陽離子交換的方式將有機陽離子插入蒙脫石層間，撐大層間距，增強有機蒙脫石的表界面的親油性。有機膨潤土加入油基體系中，片層結構分散、膨脹、剝離而形成不同尺度上的網絡結構，為鉆井液提供了良好的觸變性和膠凝強度，能夠有效調節油基鉆井液流變性能。然而，有機膨潤土在油基鉆井液中的抗高溫性往往不足以滿足實際鉆井的需求，通常以有機膨潤土為流變控制劑的油基鉆井液難以承受180℃以上的高溫。這是由于有機蒙脫石的片層結構在高溫下會萎縮，網絡結構被破壞導致的。

海泡石在水基體系中通過其纖維雜亂的分散而形成網絡結構，而創造優異的流變性能?？梢灶A見，通過有機改性，改變海泡石的表面性能，使其親油性增強，也可以達到類似于水基體系中的效果。

目前，有關海泡石的改性和產品開發主要是圍繞吸附劑、凈化劑、催化劑載體、高分子復合材料和水基體系中的流變劑展開的。對于海泡石的有機改性研究得比較少，目前有機海泡石報道的僅有用十六烷基三甲基溴化銨改性的有機海泡石，主要是應用在環境治理和高分子/海泡石復合材料的制備等方面。而其他類型有機改性劑制得的有機海泡石以及其在油基鉆井液中的應用方面的研究鮮有文獻報道。