[发明专利]一种新型油基钻井液用有机海泡石及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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:properties and uses[J].Clays ClayMiner,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。