一种有机土及其制备方法与应用与流程

本发明属于油田开采，涉及一种抗超高温的油包水乳化钻井液用有机土及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着石油勘探开发不断向深层、超深层储层迈进，钻井过程将面临越来越高的地层温度、压力和越来越复杂的地质条件。由于油基钻井液相对于水基钻井液具有更优的抑制性、润滑性和高温稳定性，成为了钻深井、超深井的首选。当然随着井底温度的不断升高，尤其是当温度高温180℃时，对钻井液的乳液稳定性、流变稳定性、沉降稳定性等提出了更高的要求。

2、深井、超深井的钻进过程中需要抗高温高密度的油基钻井液保证钻井过程钻井液的流动性，同时高密度钻井液形成高静液柱压力从而能够有效平衡地层的高压。高密度的钻井液需要通过向钻井液中加入大量的加重材料实现，加重材料越多对钻井液高温条件下的悬浮稳定性带来了巨大的挑战。一旦加重材料发生沉降将会造成一系列井下复杂事故，钻井过程中会钻遇卡钻、井漏，完井下套管难到底等，造成较大的时间、经济损失。

3、针对上述复杂情况，主要通过向油基钻井液中添加有机土来增强钻井液的流变稳定性，当温度高于180℃时，常规有机土容易失效，这主要是由于这类有机土是通过离子交换和插层改性制备得到，温度低于180℃时，有机土能够保持良好的稳定性；当温度高于180℃时，插层表面活性剂就会解吸，从而有机土失效，进一步造成油基钻井液体系流变不稳定，钻井液加重材料发生沉降，岩屑悬浮性能降低。因此，如何提高超高温条件下有机土的稳定性能以及提高超高温条件下高密度油基钻井液流变稳定性和沉降稳定性成为了高效钻探超深层储层的攻关核心。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的缺陷，本发明的第一目的在于提供一种抗超高温油包水乳化钻井液用有机土的制备方法；本发明的第二目的在于提供该制备方法制备得的有机土；本发明的第三目的在于提供该有机土在油包水乳化钻井液中的应用。该有机土在深井、超深井的超高温环境下具备优异的稳定性能，能够有效提高油包水乳化钻井液体系的结构力、表观粘度、动切力和低剪切速率粘度，改善油包水乳化钻井液体系在超高温条件下的流变稳定性和沉降稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案。

3、第一方面，本发明提供一种有机土的制备方法，其包括以下步骤：

4、步骤一，将利用强氧化性溶液对膨润土进行表面活化改性，得到第一反应中间体；

5、步骤二，将所述第一反应中间体与含有长链烷基的硅烷偶联剂在碱性水醇混合溶液中进行第一接触反应，得到第二反应中间体；其中，所述含有长链烷基的硅烷偶联剂中含有的长链烷基为c3+烷基；

6、步骤三，将所述第二反应中间体与季铵盐类表面活性剂进行第二接触反应，得到所述有机土。

7、在本发明技术方案中，先由强氧化性溶液对膨润土表面进行活化改性，形成更多的活性羟基，同时去除膨润土中的有机杂质，再用含有长链烷基的硅烷偶联剂与活化后的膨润土进行表面接枝，最后使用季铵盐类表面活性剂对接枝后的膨润土进行插层改性，从而实现提高有机土的抗温性能。

8、根据第一方面的优选实施方式，所述膨润土包括钠基膨润土和/或钙基膨润土；在一具体实施例中，所述膨润土为钠基膨润土。

9、根据第一方面的优选实施方式，所述强氧化性溶液包括双氧水和/或强酸；

10、进一步地，以所述双氧水的总质量为100％计，所述双氧水中h2o2的质量浓度不低于30％；

11、进一步地，所述强酸包括浓硫酸、浓盐酸和浓硝酸中的一种或两种以上的组合；其中，浓硫酸指h2so4质量浓度不低于70％(以浓硫酸总质量为100％计)的硫酸，所述浓盐酸指hcl质量浓度不低于37％(以浓盐酸总质量为100％计)的盐酸，所述浓硝酸指hno3质量浓度不低于68％(以浓硝酸总质量为100％计)的硝酸；

12、更进一步地，所述强氧化性溶液包括双氧水和强酸；

13、再进一步地，所述膨润土、所述双氧水与所述强酸的用量比为1kg:(10-45)ml:(50-80)ml，优选为1kg:(20-40)ml:(55-70)ml，更优选为1kg:(25-35)ml:(55-65)ml。

14、根据第一方面的优选实施方式，所述含有长链烷基的硅烷偶联剂中含有的长链烷基为c3-c18烷基；进一步地，所述含有长链烷基的硅烷偶联剂中含有的长链烷基为丙基、丁基、己基、辛基、葵基、十二烷基、十六烷基和十八烷基中的一种；再进一步地，所述含有长链烷基的硅烷偶联剂包括丙基三乙氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、己基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、葵基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷和十八烷基三乙氧基硅烷中的一种或两种以上的组合。

15、根据第一方面的优选实施方式，所述第一接触反应在ph值为7-11条件下进行；进一步地，所述第一接触反应在ph值为7-10条件下进行；更进一步地，所述第一接触反应在ph值为8-9条件下进行。

16、根据第一方面的优选实施方式，所述碱性水醇混合溶液中使用的碱性试剂包括氨水、氢氧化钠、氢氧化钙和三乙醇胺中的一种或两种以上的组合。

17、根据第一方面的优选实施方式，所述醇包括甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇中的一种或两种以上的组合。

18、根据第一方面的优选实施方式，所述第一反应中间体与含有长链烷基的硅烷偶联剂在碱性水醇混合溶液中进行第一接触反应；采用水醇混合溶液可促进硅烷偶联剂的充分水解，有助于硅烷偶联剂与膨润土的接枝反应。

19、根据第一方面的优选实施方式，步骤二中，将第一反应中间体与乙醇和/或水、含有长链烷基的硅烷偶联剂混合得到第一混合物，然后利用碱性试剂将第一混合物调节至碱性进行第一接触反应。

20、根据第一方面的优选实施方式，所述季铵盐类表面活性剂选用含有c8+长链烷基的季铵盐类表面活性剂；

21、进一步地，所述季铵盐类表面活性剂选用含有c8-c18长链烷基的季铵盐类表面活性剂；

22、进一步地，所述季铵盐类表面活性剂包括含有单c8+长链烷基的季铵盐类表面活性剂和/或含有双c8+长链烷基的季铵盐类表面活性剂；更进一步地，所述季铵盐类表面活性剂包括含有单c8-c18长链烷基的季铵盐类表面活性剂和/或含有双c8-c18长链烷基的季铵盐类表面活性剂；

23、进一步地，所述季铵盐类表面活性剂包括辛基三甲基氯化铵、葵基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、双辛基二甲基氯化铵、双葵基二甲基氯化铵、双十二烷基二甲基氯化铵、双十六烷基二甲基氯化铵、和双十八烷基二甲基氯化铵中的一种或两种以上的组合。

24、根据第一方面的优选实施方式，所述膨润土、所述含有长链烷基的硅烷偶联剂与所述季铵盐类表面活性剂的用量比为1kg:(0.010-0.050)mol:(0.02-1)mol；进一步地，所述膨润土、所述含有长链烷基的硅烷偶联剂与所述季铵盐类表面活性剂的用量比为1kg:(0.015-0.04)mol:(0.03-0.09)mol；更进一步地，所述膨润土、所述含有长链烷基的硅烷偶联剂与所述季铵盐类表面活性剂的用量比为1kg:(0.02-0.035)mol:(0.04-0.08)mol。在本发明中，所述膨润土、所述含有长链烷基的硅烷偶联剂与所述季铵盐类表面活性剂的用量可以根据所需的有机土的结构比例进行适当的调整。

25、根据第一方面的优选实施方式，所述表面活化改性的温度为60-100℃；进一步地，所述表面活化改性的温度为70-90℃。

26、根据第一方面的优选实施方式，所述表面活化改性的时间为1-4h；进一步地，所述表面活化改性的时间为2-3h。

27、根据第一方面的优选实施方式，所述第一接触反应的温度为80-100℃；进一步地，所述第一接触反应的温度为85-95℃。

28、根据第一方面的优选实施方式，所述第一接触反应的时间为4-8h；进一步地，所述第一接触反应的时间为5-6h。

29、根据第一方面的优选实施方式，所述第二接触反应的温度为30-70℃；进一步地，所述第二接触反应的温度为40-60℃。

30、根据第一方面的优选实施方式，所述第二接触反应的时间为2-6h；进一步地，所述第二接触反应的时间为3-4h。

31、根据第一方面的优选实施方式，步骤二中，将所述第一反应中间体与含有长链烷基的硅烷偶联剂在碱性水醇混合溶液中进行第一接触反应过程中，加料时在250-300r/min搅拌条件下进行，可使反应更加充分。

32、根据第一方面的优选实施方式，步骤三中，将所述第二反应中间体与季铵盐类表面活性剂进行第二接触反应过程中，加料时在350-400r/min搅拌条件下进行，可使反应更加充分。

33、第二方面，本发明还提供上述制备方法制备得到的有机土。

34、本发明提供的有机土具备优异的耐温性能，能够耐受200-260℃的超高温，在深井、超深井的超高温环境下具备优异的稳定性，能够适用于油包水乳化钻井液，改善油包水乳化钻井液体系在超高温条件下的流变稳定性和沉降稳定性。

35、第三方面，本发明还提供上述有机土在油气开采中的应用。

36、根据第三方面的优选实施方式，上述有机土在油气开采中用于油包水乳化钻井液(即油基钻井液)；

37、具体可用于油包水乳化钻井液的增粘提切。

38、根据第三方面的优选实施方式，所述油包水乳化钻井液的老化温度为260℃。

39、第四方面，本发明还提供了一种油包水乳化钻井液，该钻井液包含上述有机土。

40、根据第四方面的优选实施方式，以所述油包水乳化钻井液的总质量为100％计，所述有机土的含量为2-5％。

41、根据第四方面的优选实施方式，所述油包水乳化钻井液的油相可以由本领域常规采用的油相提供；进一步地，所述油包水乳化钻井液的油相包括柴油和/或白油；更进一步地，所述白油包括3#白油(闪点为220℃、40℃运动粘度为3mm2/s、比重为0.85)和/或5#白油(闪点为220℃、40℃运动粘度为3.5mm2/s、比重为0.85)。

42、根据第四方面的优选实施方式，所述油包水乳化钻井液的水相为cacl2的水溶液；进一步地，以cacl2的水溶液总质量为100％计，所述cacl2的水溶液中cacl2的质量浓度为20-40％。

43、根据第四方面的优选实施方式，所述油包水乳化钻井液的油相和水相的体积比为70-90:30-10。

44、根据第四方面的优选实施方式，所述油包水乳化钻井液还可以含有本领域常规采用的其它处理剂，例如主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、碱度调节剂和加重剂等中的一种或多种。上述处理剂及其用量都可以参照本领域常规的种类和用量进行选择，本发明对此并无特别的限定。

45、本发明提供技术方案，具有如下有益效果：

46、本发明通过采用强氧化溶液、硅烷偶联剂和季铵盐表面活性剂对膨润土进行改性，得到抗超高温有机土。本发明的抗超高温有机土可以在200-260℃极端高温环境下有效提高油包水乳化钻井液的结构强度，尤其是提高钻井液体系的表观粘度、动切力和低剪切速率粘度，从而使油包水乳化钻井液体系具有优良的固相悬浮能力，有效解决超高温条件下油包水乳化钻井液体系的固相沉降以及岩屑悬浮问题，满足现阶段深井、超深井的实际应用需求。