陰-陽離子型有機粘土在油基鉆井液中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有機改性粘土的應(yīng)用，具體涉及陰-陽離子型有機粘土在油基鉆井液 中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 油基鉆井液是指以油作為連續(xù)相的鉆井液，相比于水基鉆井液，油基鉆井液具有 抗高溫，抗鹽鈣侵、有利于井壁穩(wěn)定、潤滑性好和對油氣層損害程度較小等多種優(yōu)點，廣泛 應(yīng)用于多種油氣資源的勘探和開采。隨著油氣勘探開發(fā)逐步向深層發(fā)展，特別是頁巖氣資 源和深海油田資源的勘探和開采，鉆頭遇高溫高壓地層的概率逐漸增大，因此，使用性能優(yōu) 良、熱穩(wěn)定性好的油基鉆井液成為鉆探高難度的高溫深井、海上鉆井、大斜度定向井、水平 井和各種復(fù)雜地層的重要手段。
[0003] 有機粘土作為親油膠體，是油基鉆井液中的重要組分，直接影響油基鉆井液的整 體性能，包括熱穩(wěn)定性、流變性、凝膠性、攜巖能力和乳液穩(wěn)定性等等，現(xiàn)有技術(shù)中常選用有 機改性的膨潤土、蒙脫石等作為有機粘土添加到油基鉆井液中，選用不同粘土礦物、不同改 性劑或改性方法得到的有機粘土結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)差異較大，從而導(dǎo)致制得的油基鉆井液具 有不同的性能。
[0004] 目前，使用陽離子表面活性劑進行有機改性所得到的陽離子型有機粘土在油基鉆 井液中的應(yīng)用最為廣泛，但由于陽離子表面活性劑本身的熱穩(wěn)定性較差，不能滿足油基鉆 井液在高溫環(huán)境下的使用，盡管通過烴鏈長度和官能團種類的調(diào)整可以提高有機粘土的熱 穩(wěn)定性和凝膠性能，但提高程度有限，使用陽離子型有機粘土配制的油基鉆井液一般只能 在180°C以下保持較好的流變性和凝膠性，在更高溫度下則易發(fā)生固化，喪失使用性。
[0005] 專利201110119438. 8公開了一種陽離子-陰離子復(fù)合插層型有機蒙脫石材料及 其制備方法，采用陽離子表面活性劑和陰離子表面活性劑共同對鈣基蒙脫石進行改性，得 到具有更大層間距和更高熱分解溫度的疏水性有機蒙脫石。但目前對此類型有機粘土的研 宄較少，且關(guān)于其應(yīng)用方面的研宄并無報道。
[0006] 基于現(xiàn)有技術(shù)的上述狀況，本發(fā)明人對陰-陽離子型有機粘土的制備及應(yīng)用進行 研宄，目的是提供一種陰-陽離子型有機粘土在油基鉆井液中的應(yīng)用及含有所述陰-陽離 子型有機粘土的油基鉆井液。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明人通過銳意研宄發(fā)現(xiàn)：通過選擇合適的改性劑種類及其配比，可以得到層 間距更大、接觸角可調(diào)且熱分解溫度更高的陰-陽離子型有機粘土；將特定的陰-陽離子型 有機粘土添加至油基鉆井液中，通過控制合適的添加量和油基鉆井液中其它成分的種類及 含量，能夠使得含有所述陰-陽離子型有機粘土的油基鉆井液具有更好的熱穩(wěn)定性，且在 常溫和高溫下均表現(xiàn)出優(yōu)異的流變性、凝膠性、攜巖能力和乳液穩(wěn)定性。
[0008] 本發(fā)明的目的在于提供以下方面：
[0009] (1)陰-陽離子型有機粘土在油基鉆井液中的應(yīng)用，即將陰-陽離子型有機粘土作 為流變助劑應(yīng)用于油基鉆井液的配制。
[0010] (2) -種如上述（1)所述的陰-陽離子型有機粘土。
[0011] (3) -種含有如上述⑵所述的陰-陽離子型有機粘土的油基鉆井液，所述油基鉆 井液中還包括乳化劑、潤濕劑和加重材料。
[0012] 本發(fā)明所具有的有益效果包括：
[0013] (1)本發(fā)明將具有特定結(jié)構(gòu)的陰-陽離子型有機粘土作為流變助劑應(yīng)用于油基 鉆井液的配制，并控制陰-陽離子型有機粘土的添加量及油基鉆井液中其它組分的種類及 含量，使得含有所述陰-陽離子型有機粘土的油基鉆井液具有更好的熱穩(wěn)定性，且在常溫 (150°C )和高溫（220°C )下均表現(xiàn)出優(yōu)異的流變性、凝膠性、攜巖能力和乳液穩(wěn)定性，能滿 足高溫條件下的鉆井需要，解決了現(xiàn)有的油基鉆井液在較高溫度下易固化或性能降低、喪 失使用性的問題，適用于多種高難度深層油氣的勘探和開采。
[0014] (2)本發(fā)明提供的含有所述陰-陽離子型有機粘土的油基鉆井液具有良好的水容 量，在特定范圍內(nèi)，在低油水比的環(huán)境中比高油水比的環(huán)境中具有更好的流變性、凝膠性、 攜巖能力和乳液穩(wěn)定性，符合實際鉆井需要。
[0015] (3)本發(fā)明提供的含有所述陰-陽離子型有機粘土的油基鉆井液所需原料易得， 價格便宜，制備方法簡單，制備過程易控制，適于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0016] 圖1示出實施例1、4、6和對比例1制得的有機膨潤土的XRD圖譜；
[0017] 圖2示出實施例1、4、6和對比例1制得的有機膨潤土的接觸角測試圖；
[0018] 圖3示出實施例1、4、6和對比例1制得的有機膨潤土的熱重曲線圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面通過附圖、實驗例和實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。通過這些說明，本發(fā)明 的特點和優(yōu)點將變得更為清楚明確。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種陰-陽離子型有機粘土在油基鉆井液中的應(yīng)用，即將陰-陽 離子型有機粘土作為流變助劑應(yīng)用于油基鉆井液的配制。
[0021] 在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，將所述陰-陽離子型有機粘土添加于油基鉆井 液中，可顯著提高油基鉆井液的多項性能，包括提高熱穩(wěn)定性和凝膠穩(wěn)定性，以及降低濾失 量，使得所述油基鉆井液可滿足多種高難度深層油氣勘探開發(fā)的需要，尤其是頁巖氣資源 和深海油田資源的勘探和開采。
[0022] 在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述陰-陽離子型有機粘土在油基鉆井液中的 添加量為〇· 1~10g/100ml，優(yōu)選為0· 3~8. 0g/100ml，更優(yōu)選為0· 5~6. 0g/100ml。
[0023] 在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述陰-陽離子型有機粘土為使用陰離子表面 活性劑和陽離子表面活性劑進行有機改性的粘土礦物，具體來說，所述陰-陽型離子型有 機粘土為使用熱穩(wěn)定性好的陰離子表面活性劑和有利于插層反應(yīng)的陽離子表面活性劑進 行有機改性的粘土礦物，相比于現(xiàn)有技術(shù)中常用的陽離子型有機膨潤土市售品DG-〇Mt，所 述陰-陽型離子型有機粘土具有更大的層板間距（約為4. 0~6. Onm)，有機粘土層結(jié)構(gòu)易 剝離，其表面具有極強的可調(diào)性，在油基鉆井液中具有良好的分散性，同時具有良好的熱穩(wěn) 定性、流變性和凝膠性，因而含有所述陰-陽型離子型有機粘土的油基鉆井液在常溫和高 溫下均能表現(xiàn)出優(yōu)異的流變性、凝膠性、攜巖能力和乳液穩(wěn)定性。
[0024] 在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述陰離子表面活性劑為具有如下式（I )~ (IV )所示結(jié)構(gòu)的物質(zhì)中的一種或幾種：
[0025]
[0026] 其中，式（I )~（IV)中η為3~31，優(yōu)選為7~25的整數(shù)；X+為一價陽離子， 優(yōu)選為Na+或K +。
[0027] 所述陰離子表面活性劑優(yōu)選為十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫 酸鈉或硬脂酸鈉中的一種或幾種，上述陰離子表面活性劑熱穩(wěn)定性強，用其對粘土礦物進 行有機改性，可提尚有機粘土的整體熱穩(wěn)定性。
[0028] 在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述陽離子表面活性劑為具有如下式（V )~ (IX )所示結(jié)構(gòu)的物質(zhì)中的一種或幾種：
[0029]
[0030] 其中，式（V)~（K)中m為3~31，優(yōu)選為7~25的整數(shù)；Y_為一價陰離子， 優(yōu)選為Cr或Br '
[0031] 所述陽離子表面活性劑優(yōu)選為十二烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨、 十四烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十四烷基二甲基芐基氯化銨、十六烷基 三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基二甲基芐基氯化銨、十八烷基三