陰-陽(yáng)離子型有機(jī)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(jī)改性粘土的應(yīng)用，具體涉及陰-陽(yáng)離子型有機(jī)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(rùn)滑性好和對(duì)油氣層損害程度較小等多種優(yōu)點(diǎn)，廣泛 應(yīng)用于多種油氣資源的勘探和開(kāi)采。隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)逐步向深層發(fā)展，特別是頁(yè)巖氣資 源和深海油田資源的勘探和開(kāi)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(jī)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(jī)改性的膨潤(rùn)土、蒙脫石等作為有機(jī)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(jī)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(yáng)離子表面活性劑進(jìn)行有機(jī)改性所得到的陽(yáng)離子型有機(jī)粘土在油基鉆 井液中的應(yīng)用最為廣泛，但由于陽(yáng)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(guò)烴鏈長(zhǎng)度和官能團(tuán)種類(lèi)的調(diào)整可以提高有機(jī)粘土的熱 穩(wěn)定性和凝膠性能，但提高程度有限，使用陽(yáng)離子型有機(jī)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(zhuān)利201110119438. 8公開(kāi)了一種陽(yáng)離子-陰離子復(fù)合插層型有機(jī)蒙脫石材料及 其制備方法，采用陽(yáng)離子表面活性劑和陰離子表面活性劑共同對(duì)鈣基蒙脫石進(jìn)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(jī)蒙脫石。但目前對(duì)此類(lèi)型有機(jī)粘土的研 宄較少，且關(guān)于其應(yīng)用方面的研宄并無(wú)報(bào)道。
[0006] 基于現(xiàn)有技術(shù)的上述狀況，本發(fā)明人對(duì)陰-陽(yáng)離子型有機(jī)粘土的制備及應(yīng)用進(jìn)行 研宄，目的是提供一種陰-陽(yáng)離子型有機(jī)粘土在油基鉆井液中的應(yīng)用及含有所述陰-陽(yáng)離 子型有機(jī)粘土的油基鉆井液。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明人通過(guò)銳意研宄發(fā)現(xiàn)：通過(guò)選擇合適的改性劑種類(lèi)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(yáng)離子型有機(jī)粘土；將特定的陰-陽(yáng)離子型 有機(jī)粘土添加至油基鉆井液中，通過(guò)控制合適的添加量和油基鉆井液中其它成分的種類(lèi)及 含量，能夠使得含有所述陰-陽(yáng)離子型有機(jī)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(yáng)離子型有機(jī)粘土在油基鉆井液中的應(yīng)用，即將陰-陽(yáng)離子型有機(jī)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(yáng)離子型有機(jī)粘土。
[0011] (3) -種含有如上述⑵所述的陰-陽(yáng)離子型有機(jī)粘土的油基鉆井液，所述油基鉆 井液中還包括乳化劑、潤(rùn)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(yáng)離子型有機(jī)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(yáng)離子型有機(jī)粘土的添加量及油基鉆井液中其它組分的種類(lèi)及 含量，使得含有所述陰-陽(yáng)離子型有機(jī)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(wèn)題，適用于多種高難度深層油氣的勘探和開(kāi)采。
[0014] (2)本發(fā)明提供的含有所述陰-陽(yáng)離子型有機(jī)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(shí)際鉆井需要。
[0015] (3)本發(fā)明提供的含有所述陰-陽(yáng)離子型有機(jī)粘土的油基鉆井液所需原料易得， 價(jià)格便宜，制備方法簡(jiǎn)單，制備過(guò)程易控制，適于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1示出實(shí)施例1、4、6和對(duì)比例1制得的有機(jī)膨潤(rùn)土的XRD圖譜；
[0017] 圖2示出實(shí)施例1、4、6和對(duì)比例1制得的有機(jī)膨潤(rùn)土的接觸角測(cè)試圖；
[0018] 圖3示出實(shí)施例1、4、6和對(duì)比例1制得的有機(jī)膨潤(rùn)土的熱重曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面通過(guò)附圖、實(shí)驗(yàn)例和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。通過(guò)這些說(shuō)明，本發(fā)明 的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更為清楚明確。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種陰-陽(yáng)離子型有機(jī)粘土在油基鉆井液中的應(yīng)用，即將陰-陽(yáng) 離子型有機(jī)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(shí)施方式中，將所述陰-陽(yáng)離子型有機(jī)粘土添加于油基鉆井 液中，可顯著提高油基鉆井液的多項(xiàng)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(kāi)發(fā)的需要，尤其是頁(yè)巖氣資源 和深海油田資源的勘探和開(kāi)采。
[0022] 在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述陰-陽(yáng)離子型有機(jī)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(shí)施方式中，所述陰-陽(yáng)離子型有機(jī)粘土為使用陰離子表面 活性劑和陽(yáng)離子表面活性劑進(jìn)行有機(jī)改性的粘土礦物，具體來(lái)說(shuō)，所述陰-陽(yáng)型離子型有 機(jī)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(yáng)離子表面活性劑進(jìn) 行有機(jī)改性的粘土礦物，相比于現(xiàn)有技術(shù)中常用的陽(yáng)離子型有機(jī)膨潤(rùn)土市售品DG-〇Mt，所 述陰-陽(yáng)型離子型有機(jī)粘土具有更大的層板間距（約為4. 0~6. Onm)，有機(jī)粘土層結(jié)構(gòu)易 剝離，其表面具有極強(qiáng)的可調(diào)性，在油基鉆井液中具有良好的分散性，同時(shí)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(yáng)型離子型有機(jī)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(shí)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(jià)陽(yáng)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(qiáng)，用其對(duì)粘土礦物進(jìn) 行有機(jī)改性，可提尚有機(jī)粘土的整體熱穩(wěn)定性。
[0028] 在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述陽(yáng)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(jià)陰離子， 優(yōu)選為Cr或Br '
[0031] 所述陽(yáng)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