一种配制高屈服值油基钻井液用有机土及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种配制高屈服值油基钻井液用有机土，所述有机土由蒙脱石、烷基季铵盐阳离子表面活性剂、带有强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂和带长链烷基基团阴离子表面活性剂反应而成；所述的烷基季铵盐阳离子表面活性剂，投入量为钠基蒙脱石阳离子交换容量的0.6~1.5倍；带强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂的投入量为钠基蒙脱石阳离子交换容量的0.01~0.5倍；带长链烷基基团阴离子表面活性剂的投入量为带强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂等物质的量，即两种物质摩尔比为1:1。本发明能在由矿物油配制的钻井液中具有较高的屈服值且经高温老化后仍能保持稳定。
【专利说明】一种配制高屈服值油基钻井液用有机土及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油基钻井液用有机土领域，特别涉及到配制高屈服值油基钻井液的有机土及其制备方法。
【背景技术】
[0002]油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液，与水基钻井液相比，有机钻井液具有抗高温、抗盐侵、抗钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点。目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段，并且还可广泛地用作解卡液、射井完液、修井液和取芯液等。为了提高钻速和节约成本，从20世纪70年代中期开始，较广泛地使用油包水乳化钻井液。为了保护生态环境，适应海洋钻探等的需要，从80年代初开始使用以矿物油作为基础油的低毒油包水乳化钻井液。由于目前全油基钻井液已较少使用，因此通常所说的油基钻井液主要是指以柴油(由于对生态环境有影响，也被限制使用)或矿物油(白油)作为连续相的油包水乳化钻井液。其中屈服值(Yield Point)是反映钻井液性能的一个重要指标,它反映了钻井液流体在流动时内部凝胶网状结构的强度，也称为动切力，是表征钻井液性能的重要参数。屈服值的大小直接关系到钻井液钻进时携带钻屑和静止时悬浮加重材料的能力。较高的屈服值不仅可以提高钻井液携带岩屑的能力，还能净化井孔，防止井壁坍塌和卡钻事故。
[0003]目前，有机土是配制油基钻井液最常用的流变助剂，它可以有效地提高钻井液的流变粘度的同时降低滤失量。但普通的有机土主要作为油漆、油墨和润滑脂的触变剂和流变剂使用，一般剪切稀释指数较高，且使用时如果溶剂体系极性较低则需要添加小分子的极性活化剂，如甲醇、乙醇、丙酮和碳酸丙烯酯等才能成胶，但这些小分子物质易燃、易爆，容易引起安全事故。配制钻井液的矿物油在组成上主要以脂肪烃或脂环烃为主，极性较低。普通的有机土在矿物油中很难分散成胶，而小分子活化剂在配制钻井液时是不允许使用的。这就导致用普通有机土配制的钻井液表观粘度值可能很高，但塑性粘度值也较高，从而导致屈服值偏低，往往达不到使用要求，这些都是普通有机土未能充分分散的缘故。这时要提高钻井液的屈服值就需要添加提切剂来增加屈服值，这不仅增加了钻井液的成本，并且增加了钻井液的不稳定性和复杂性。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有有机土配制的钻井液屈服值偏低的缺陷，本发明的一个目的是提供一种配制高屈服值油基钻井液用有机土，该有机土能在由矿物油配制的钻井液中具有较高的屈服值且经高温老化后仍能保持稳定。本发明的另外一个目的是提供上述的有机土的制备方法。
[0005]为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案:
一种配制高屈服值油基钻井液用有机土，所述有机土由蒙脱石、烷基季铵盐阳离子表面活性剂、带有强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂和带长链烷基基团阴离子表面活性剂反应而成；所述的烷基季铵盐阳离子表面活性剂，投入量为钠基蒙脱石阳离子交换容量的0.6^1.5倍；带强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂的投入量为钠基蒙脱石阳离子交换容量的0.01-0.5倍；带长链烷基基团阴离子表面活性剂的投入量为带强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂等物质的量，即两种物质摩尔比为1:1。
[0006]作为优选，所述的烷基季铵盐阳离子表面活性剂的投入量为钠基蒙脱石阳离子交换容量的0.8~1.2倍。
[0007]作为优选，所述的烷基季铵盐阳离子表面活性剂为单或双长碳链且碳原子数为14-22的烷基季铵盐阳离子表面活性剂，其结构表达式分别为:1'
【权利要求】
1.一种配制高屈服值油基钻井液用有机土，其特征在于:所述有机土由蒙脱石、烷基季铵盐阳离子表面活性剂、带有强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂和带长链烷基基团阴离子表面活性剂反应而成；所述的烷基季铵盐阳离子表面活性剂，投入量为钠基蒙脱石阳离子交换容量的0.6^1.5倍；带强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂的投入量为钠基蒙脱石阳离子交换容量的0.01~0.5倍；带长链烷基基团阴离子表面活性剂的投入量为带强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂等物质的量。
2.根据权利要求1所述的一种配制高屈服值油基钻井液用有机土，其特征在于:所述的烷基季铵盐阳离子表面活性剂的投入量为钠基蒙脱石阳离子交换容量的0.8^1.2倍。
3.根据权利要求1或2所述的一种配制高屈服值油基钻井液用有机土，其特征在于:所述的烷基季铵盐阳离子表面活性剂为单或双长碳链且碳原子数为14~22的烷基季铵盐阳离子表面活性剂，其结构表达式分别为:
4.根据权利要求1所述的一种配制高屈服值油基钻井液用有机土，其特征在于:所述的带强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂的投入量为钠基蒙脱石阳离子交换容量的0.05~0.3 倍。
5.根据权利要求1或4所述的一种配制高屈服值油基钻井液用有机土，其特征在于:所述的带强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂的分子结构中带有酰胺基、羟基或酯基的中的一种或两种及以上；作为优选，所述的带强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂为十六/十八烷基二羟乙基氯化铵、二 (牛油乙基酰胺)聚乙氧基甲基硫酸甲酯铵和二 (牛油乙基酯)聚乙氧基甲基硫酸甲酯铵中的一种或两种及以上的混合物。
6.根据权利要求1或4所述的一种配制高屈服值油基钻井液用有机土，其特征在于:所述的带长链烷基基团阴离子表面活性剂为碳链由12-18个碳的脂肪酸、脂肪酸盐、烷基磺酸或烷基磺酸盐；作为优选，所述的带长链烷基基团阴离子表面活性剂为肉豆蘧酸/肉豆蘧酸钠、棕榈酸/棕榈酸钠、硬脂酸/硬脂酸钠、十四烷基磺酸/十四烷基磺酸钠、十四烷基磺酸/十四烷基磺酸钠、十六烷基磺酸/十六烷基磺酸钠、十六烷基苯磺酸/十六烷基苯磺酸钠、十八烷基磺酸/十八烷基磺酸钠、十八烷基苯磺酸/十八烷基苯磺酸钠中的一种或两种及以上的混合物。
7.一种制备权利要求1或2或4所述的一种配制高屈服值油基钻井液用有机土的方法，其特征在于该方法包括以下的步骤: 1)将膨润土原矿粉在淡水或去离子水中打浆； 2)加入土量的1%~5%的钠盐改型剂，搅拌广2小时，经自然沉降、水力旋流器、过滤式离心机或卧式离心机除砂，优选卧式离心机；将分离的悬液再经高压均质机或碟片式离心机进一步去除杂质，得到钠基蒙脱石悬液； 。3)将钠基蒙脱石悬液边搅拌边加热至4(T90°C，优选6(T80°C;保温0.5^2小时，用磷酸、硫酸或盐酸将悬液的酸碱度调节至pH=2~5，继续搅拌0.5^2小时； 。4)向悬液中投入烷基季铵盐阳离子表面活性剂，投入量为钠基蒙脱石阳离子交换容量的0.6^1.5倍继续搅拌反应0.5^2小时； 。 5)同时向悬液中投入带强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂和带长链烷基基团阴离子表面活性剂，带强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂的投入量为钠基蒙脱石CEC的。0.01~0.5倍；带长链烷基基团阴离子表面活性剂的投入量为带强极性基团的季铵盐阳离子表面活性剂等物质的量，继续搅拌反应0.5^2小时； 。 6)停止加热，将反应浆液泵入板框压滤机或离心分离机中脱水，然后将滤饼在闪蒸式干燥机、微波干燥机或热风干燥机中烘干，最后经磨粉机磨粉、包装。
8.根据权利要求7所述的一种配制高屈服值油基钻井液用有机土的制备方法，其特征在于:步骤I)膨润土原矿粉蒙脱石含量> 40%，蒙脱石层电荷密度〈0.45/单位半晶胞的钙基、镁基、钠基、锂基或混合型膨润土。
9.根据权利要求7所述的一种配制高屈服值油基钻井液用有机土的制备方法，其特征在于:步骤2)钠盐改型剂选用Na2C03、NaF和Na2SO4中的一种或两种及以上的混合物，优选NaF。
10.根据权利要求7所述的一种配制高屈服值油基钻井液用有机土的制备方法，其特征在于:步骤2)钠基蒙脱石悬液中的蒙脱石纯度> 95%。
【文档编号】C09K8/035GK104017549SQ201410246492
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】宋海明, 李静静, 林鸿福, 王春伟, 周泽雄, 陈杰, 赵艳, 廖永明 申请人:浙江丰虹新材料股份有限公司