油基钻井液用有机土及其制备方法与流程

1.本发明属于钻井液技术领域，具体来讲，涉及一种油基钻井液用有机土、一种油基钻井液用有机土的制备方法、一种油基钻井液和一种长链有机硅季铵盐用作油基钻井液用有机土改性剂的用途。

背景技术：

2.钻井液是钻井过程中使用的循环冲洗介质，可分为水基钻井液、油基钻井液和气体钻井液，而油基钻井液因其具有耐高温、抗盐侵蚀、润滑性好等优点，广泛应用于油田钻井过程。近年来随着作业井深不断提高，实钻温度超过220℃，最高已达260℃以上。

3.有机土在油基钻井液中作为一种流变性调节剂，具有提高钻井液粘度和切力，提高钻井液乳液稳定性的作用。目前，常规的油基钻井液用有机土在作业中普遍存在高温、超高温条件下增粘、悬浮能力变差的现象，有机土抗超温能力较差。在高温、超高温条件下，油基钻井液出现重晶石沉降、破乳电压降低、滤失量变大等。因为常规有机土一般由膨润土经普通长链季铵盐插层吸附改性而成，在高温、超高温条件下吸附在膨润土上的有机土改性剂分散高温脱附，从而导致有机土失效。

4.硅酸镁锂(又称，水辉石)是非金属复合纳米材料，无机矿物质，不被细菌、加热和机械剪切破坏分解。硅酸镁锂又可称为锂皂石，属于蒙脱土中的一种，具有2：1型层状晶体结构。它具有优良的亲水膨胀性和悬浮触变性，能在水中很好地分散，具有良好的吸附作用和安全性。但是，在有机溶剂中溶解性差，不能形成溶胶。

5.常规的油基钻井液有机土通常以钠膨润土为基材，经过常规长链季铵盐插层改性而成，例如公告号“cn103773324b”、“cn104017549b”、“cn101624515b”的中国发明专利公开的有机土，这类有机土在常温或者中低温下评价时，胶体率高，提切增粘效果好。但是在超过180℃以后，增粘悬浮效果降低，超过220℃以后，增粘悬浮效果明显变差。由于硅酸镁锂在水中优良的提切效果，近年来也有由硅酸镁锂进行改性而成的有机土，例如公告号“cn109179443a”、“cn110183596b”的中国发明专利公开的有机土，“cn109179443a”所述有机土由普通季铵盐二硬脂二甲基氯化铵经插层改性而成，但无法得知抗温性能，由于插层改性主要是靠静电吸附作用力，吸附力不够强，同类市售产品经评价后可知，当温度超过220℃以后，增粘悬浮效果也明显变差。而“cn110183596b”所述有机土采用复合改性而成，采用季铵盐、聚醚改性硅氧烷磷酸酯表面活性剂进行接触反应得到改性中间体。再经将中和度为60～85％的中和丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基十四烷磺酸进行混合，得到单体溶液；将分散剂溶解于有机相中制得油相溶液；将锂皂石改性中间体、单体溶液、交联剂和引发剂混合，然后在惰性氛围下，将所得混合物料与油相溶液进行反相悬浮聚合反应，得到复合改性锂皂石。所述产品能抗200℃高温，但是存在所需原料多、制备方法复杂，工艺繁琐，生产条件要求高等弊端。

6.此外，也有采用烷基酚聚氧乙烯醚羧酸(磺酸)盐甜菜碱改性的有机土，如公告号“cn103896295b”的中国发明专利公开的有机土，经改性的有机土提高了在白油中的成胶

率，但是无法得知抗温性能。

技术实现要素：

7.本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明目的之一在于提供一种油基钻井液用有机土。本发明的另一目的在于提供一种油基钻井液用有机土的制备方法。本发明的又一目的在于提供一种油基钻井液。本发明的再一目的在于提供一种长链有机硅季铵盐用作油基钻井液用有机土改性剂的用途。

8.为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种油基钻井液用有机土，所述油基钻井液用有机土包括：长链有机硅季铵盐、硅酸镁锂、聚二甲基硅氧烷以及水，其中，所述长链有机硅季铵盐为以下结构通式中的一种或多种：

[0009][0010]

其中，r表示碳原子数为12～22的直链烷基。

[0011]

在本发明的一个示例性实施例中，所述长链有机硅季铵盐硅酸镁锂、聚二甲基硅氧烷以及水可通过化学结合和离子结合作用。

[0012]

在本发明的一个示例性实施例中，所述长链有机硅季铵盐可包括二甲基十二烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十四烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十六烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基二十二烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵中一种或多种。

[0013]

在本发明的一个示例性实施例中，所述油基钻井液用有机土按质量计，各组分用量可为30～50份的长链有机硅季铵盐、40～45份的硅酸镁锂、3～5份的聚二甲基硅氧烷、2000～3000份的水。

[0014]

本发明另一方面提供了一种油基钻井液用有机土的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将硅酸镁锂加入高速搅拌下的去离子水中，形成硅酸镁锂胶体溶液，静止水化得到充分吸水分散的硅酸镁锂；对充分吸水分散的硅酸镁锂升温至75～95℃，加入长链烷基有机硅季铵盐和聚二甲基硅氧烷，低速搅拌后，得到浆料；对浆料循环研磨、压滤分离、烘干、粉碎和过筛，得到油基钻井液用有机土。

[0015]

在本发明的一个示例性实施例中，所述高速搅拌的速度可为7000～12000rpm，所述高速搅拌的时间可为1～2h；所述低速搅拌的速度可为50～150rpm，所述低速搅拌的时间可为0.5～1h；所述循环研磨可通过胶体磨研磨，所述循环研磨的时间可为0.5～2h。

[0016]

在本发明的一个示例性实施例中，所述静止水化的时间可为4～8h。

[0017]

在本发明的一个示例性实施例中，所述制备方法还可包括：对浆料循环研磨后降至室温，进行压滤分离。

[0018]

本发明的又一方面提供了一种油基钻井液，所述油基钻井液包括：采用如上述任意一项所述的油基钻井液用有机土、油、油基钻井液用乳化剂、油基钻井液用辅乳化剂、氯化钙、油基钻井液用降滤失剂、油基钻井液用封堵剂以及重晶石；其中，所述油包括柴油和/

或白油，所述油基钻井液用乳化剂包括改性松香酸盐，所述油基钻井液用辅乳化剂包括低分子聚酰胺，所述油基钻井液用降滤失剂包括改性沥青，所述油基钻井液用封堵剂包括碳酸钙。

[0019]

本发明的再一方面提供了一种长链有机硅季铵盐用作油基钻井液用有机土改性剂的用途，所述长链有机硅季铵盐用作油基钻井液用有机土改性剂的用途，其中，所述长链有机硅季铵盐的选自以下结构通式中的一种或多种：

[0020][0021]

其中，r表示碳原子数为12～22的直链烷基。

[0022]

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下中的至少一项：

[0023]

1)油基钻井液用有机土改性剂不容易因高温而脱附失效，使得改性后的有机土产品抗温达260℃以上，解决了有机土在超高温下作用下成胶较差，效果不好的问题。

[0024]

2)由于长链季铵盐中的硅氧烷水解后形成了硅醇结构，除了能在硅酸镁锂的层间发生静电吸附和化学键合反应外，还能与硅酸镁锂片状结构的表面羟基发生反应，形成硅烷偶联的共价键结构，进一步提升有机土的有机包覆效果，从而提升产品在柴油和白油中的分散效果，即提高了胶体率。

[0025]

3)本发明有机土配方中不同链长的有机硅季铵盐相互作用，使有机土在不同的溶剂油中都具有良好的分散效果，拓展了有机土的应用范围。

[0026]

4)本发明有机土制备方法具有生产出优异性能产品，还具有原材料种类简单、来源广泛、生产操作简便，生产反应条件温和，便于规模化生产推广应用。

具体实施方式

[0027]

在下文中，将结合示例性实施例详细地描述本发明的一种油基钻井液用有机土及其制备方法。

[0028]

目前主流的油基钻井液用有机土改性技术主要还是利用插层和静电吸附原理，基于此技术制备的有机土抗温能力不足以满足超高温(≥240℃)油基钻井液的应用需求。而通过复合改性的有机土虽然抗温性较常规有所提高，但是存在工艺复杂、制备条件苛刻等多种弊端。长链有机硅季铵盐目前应用较少，主要在医学领域用作长效杀菌剂。本发明创造性地提出将长链有机硅季铵盐和硅酸锂镁的特性结合起来，开发出一种制备工艺简单，生产条件温的抗超高温油基钻井液用有机土。

[0029]

第一示例性实施例

[0030]

在本发明的第一示例性实施例中，提供了一种油基钻井液用有机土，所述油基钻井液用有机土包括：长链有机硅季铵盐、硅酸镁锂、聚二甲基硅氧烷以及水。

[0031]

其中，长链有机硅季铵盐的选自以下结构通式中的一种或多种：

[0032][0033]

其中，r表示碳原子数为12～22的直链烷基。

[0034]

其中，长链有机硅季铵盐中的硅能水解生成硅醇，硅醇能与硅酸镁锂表面的羟基发生硅烷偶联作用，进而形成共价键，提高改性产品的抗温能力。

[0035]

其中，长链有机硅季铵盐可包括以上长链有机硅季铵盐的结构通式中的一种或多种。有机土配方中不同链长的有机硅季铵盐相互作用，使有机土在不同的溶剂油中都具有良好的分散效果，拓展了有机土的应用范围。

[0036]

可选地，长链有机硅季铵盐可包括二甲基十二烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十四烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十六烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基二十二烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵中一种或多种。

[0037]

在本示例性实施例中，所述油基钻井液用有机土按质量计，各组分用量可为30～50份的长链有机硅季铵盐、40～45份的硅酸镁锂、3～5份的聚二甲基硅氧烷、2000～3000份的水。

[0038]

其中，长链有机硅季铵盐的作用：由于季铵盐插吸附层的同时，硅烷水解后形成的硅醇结构具有强极性，能与无机土矿表面的羟基发生偶联反应形成共价键，从而提高长链烷基在无机矿土上的结合强度，使得改性剂不容易因高温而脱附失效，从而提高抗温能力。长链有机硅季铵盐可以选自市售产品，例如，长链有机硅季铵盐来自于湖北东曹化学科技有限公司。

[0039]

其中，硅酸镁锂的作用：有机土基准用土，在水溶液中分散为二维纳米颗粒，能更充分地与长链有机硅季铵盐发生反应。具有分散效果好，吸附能力强等特点。硅酸镁锂可以选自市售产品，例如，硅酸镁锂来自于江苏润丰合成科技有限公司，产品cas号为37220-90-9。

[0040]

其中，聚二甲基硅氧烷的作用：具有强效消泡作用，防止加入有机硅季铵盐表面活性剂时浆体起泡。

[0041]

其中，水的作用：作为溶剂，溶解分散硅酸镁锂和长链有机硅季铵盐，水解长链有机硅季铵盐。

[0042]

优选的，所述油基钻井液用有机土，包括如下重量百分比的原料：长链有机硅季铵盐40份、硅酸镁锂35份、聚二甲基硅氧烷4份、水2000份。

[0043]

本发明示例性实施例提供了一种抗超高温油基钻井液用有机土，在干燥前，包括如下加量的原料：长链有机硅季铵盐30～50份、硅酸镁锂40～45份、聚二甲基硅氧烷3～5份、水2000～3000份。

[0044]

通过使用有机硅季铵盐，创造性地将有机土改性剂与土的结合方式由以往单一的离子结合(静电结合)转变为化学结合(共价键结合)和离子结合(静电结合)两种方式同时作用。由于季铵盐插层吸附与黏土形成离子结合的同时，硅烷水解后形成的硅醇结构具有

强极性，能与无机土矿表面的羟基发生反应形成共价键，从而提高长链烷基在无机矿土上的结合强度，使得改性剂不容易因高温而脱附失效，使得改性后的有机土产品抗温达260℃以上，解决了有机土在超高温下作用下成胶较差，效果不好的问题。

[0045]

并且，由于长链季铵盐中的硅氧烷水解后形成了硅醇结构，除了能在硅酸镁锂的层间发生静电吸附和化学键合反应外，还能与硅酸镁锂片状结构的表面羟基发生反应，形成硅烷偶联的共价键结构，进一步提升有机土的有机包覆效果，从而提升产品在柴油和白油中的分散效果，即提高了胶体率。

[0046]

第二示例性实施例

[0047]

在本发明的第二示例性实施例中，提供了一种油基钻井液用有机土的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

[0048]

s1、硅酸镁锂加入高速搅拌下的去离子水中，形成硅酸镁锂胶体溶液，静止水化得到充分吸水分散的硅酸镁锂。

[0049]

可选地，硅酸镁锂可以全部加入高速搅拌下的去离子水中或者可以边高速搅拌边加入去离子水中。

[0050]

可选地，高速搅拌的速度可为7000～12000rpm，高速搅拌的时间可为1～2h。例如，高速搅拌的速度可为11000

±

1000，高速搅拌的时间可为1.5h。

[0051]

其中，高速搅拌的速度高于7000rpm，搅拌性能越好，当高速搅拌的速度高于12000rpm，会导致硅酸镁锂溅出。同时搅拌速度过高，搅拌阻力更大，损伤搅拌的仪器。

[0052]

其中，高速搅拌的时间高于1h时，搅拌充分。当高于2h时，会造成资源的浪费，同时也会导致电、人力的成本增加。可选地，静止水化的时间可为4～8h。例如，可为5、6、7h。

[0053]

这里，对于常规的静止水化反应，时间为16h，静止水化时间长，浪费了资源、降低了生产效率。在本发明中，静止水化在4～8h，既可以静止水化充分，又可以节约时间。

[0054]

其中，硅酸镁锂胶体溶液高速搅拌后形成胶体溶液，进行水化后可充分分散，形成纳米级的分散体系。

[0055]

s2、对充分吸水分散的硅酸镁锂升温至75～95℃，加入长链烷基有机硅季铵盐和聚二甲基硅氧烷，低速搅拌后，得到浆料。

[0056]

可选地，硅酸镁锂可升温至77、80、83、87、90℃。

[0057]

其中，硅酸镁锂升温至75℃以上，硅酸镁锂反应活性越高，越有利于反应进行。当温度高于95℃，会造成操作人员烫伤，引发安全事故。当温度高于100℃时，加入材料会产生气泡，同时可能引发安全事故。

[0058]

可选地，低速搅拌的速度可为50～150rpm，所述低速搅拌的时间可为0.5～1h。例如，低速搅拌的速度可为70、90、110、130rpm，低速搅拌的时间可为0.7、0.9h。

[0059]

其中，低速搅拌的速度高于50rpm，搅拌性能越好，当低速搅拌的速度高于150rpm，搅拌消泡的效果会减弱。

[0060]

其中，低速搅拌的时间高于0.5h时，搅拌充分。当高于2h时，会造成资源的浪费，也会导致电、人力的成本增加。

[0061]

其中，使用长链烷基有机硅季铵盐(又称，有机土改性剂)与土的结合方式由以往单一的离子结合(静电结合)转变为化学结合(共价键结合)和离子结合(静电结合)两种方式同时作用。由于季铵盐插层吸附与硅酸镁锂形成离子结合的同时，硅烷水解后形成的硅

醇结构具有强极性，能与硅酸镁锂端面的羟基发生反应形成共价键，从而提高长链烷基在硅酸镁锂矿土上的结合强度，使得改性剂不容易因高温而脱附失效，使得改性后的有机土产品抗温达260℃以上。

[0062]

其中，长链烷基有机硅季铵盐中的硅氧烷水解后形成了硅醇结构，除了能在硅酸镁锂的层间发生静电吸附和化学键合反应外，还能与硅酸镁锂片状结构的表面羟基发生反应，形成硅烷偶联的共价键结构。进一步提升有机土的有机包覆效果，从而提升产品在柴油和白油中的分散效果，即提高了胶体率。

[0063]

在本示例性实施例中，长链有机硅季铵盐可包括长链有机硅季铵盐的结构通式中的一种或多种。

[0064]

具体来讲，长链有机硅季铵盐可包括二甲基十二烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十四烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十六烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基二十二烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵中的一种或多种。

[0065]

其中，不同链长的有机硅季铵盐相互作用，使有机土在不同的溶剂油中都具有良好的分散效果，拓展了有机土的应用范围。

[0066]

s3、对浆料循环研磨、压滤分离、烘干、粉碎和过筛，得到油基钻井液用有机土。

[0067]

在本示例性实施例中，循环研磨可通过胶体磨研磨，循环研磨的时间可为0.5～2h。其中，研磨的时间可1、1.5、1.8h。

[0068]

其中，研磨时间在0.5～2h既可以节约成本，又可以得到粒度合适的有机土。

[0069]

其中，s3步骤可包括：浆料循环研磨后降至室温，进行压滤分离。

[0070]

其中，油基钻井液用有机土的粒度可不小于200目，可为250、300目。

[0071]

其中，有机土的粒度不小于200目，在钻井过程中，不被振动筛筛出。

[0072]

第三示例性实施例

[0073]

在本发明的第三示例性实施例中，提供了一种油基钻井液用有机土的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

[0074]

a1、在高速乳化反应釜中7000～12000rpm的高速搅拌作用下，将硅酸镁锂均匀地分散在去离子水中，形成硅酸镁锂胶体溶液，形成胶体溶液后在室温下静止水化4～8h，让硅酸镁锂充分吸水分散。

[0075]

a2、升高反应釜温度至75～95℃，加入改性剂长链烷基有机硅季铵盐和聚二甲基硅氧烷，在低速50～150rpm下搅拌0.5～1h混合后，将反应釜中浆料通过胶体磨研磨循环研磨1～2h，得到研磨好的物料。

[0076]

a3、将研磨好的物料降至常温后进行压滤分离，将压滤后的物料经过高温烘干，粉碎，过筛后即得抗超高温油基钻井液用有机土。

[0077]

第四示例性实施例

[0078]

在本发明的第四示例性实施例中，提供了一种油基钻井液，采用如上任意一项所述的油基钻井液用有机土、油、油基钻井液用乳化剂、油基钻井液用辅乳化剂、氯化钙、油基钻井液用降滤失剂、油基钻井液用封堵剂以及重晶石。

[0079]

其中，油可包括柴油和/或白油，油基钻井液用乳化剂可包括改性松香酸盐，油基钻井液用辅乳化剂可包括低分子聚酰胺，油基钻井液用降滤失剂可包括改性沥青，油基钻

井液用封堵剂可包括碳酸钙。

[0080]

具体来讲，碳酸钙包括400目碳酸钙、1200目碳酸钙。

[0081]

第五示例性实施例

[0082]

在本发明的第五示例性实施例中，提供了一种长链有机硅季铵盐用作油基钻井液用有机土改性剂的用途，所述长链有机硅季铵盐的选自以下结构通式中的一种或多种：

[0083][0084]

其中，r表示碳原子数为12～22的直链烷基。

[0085]

为了更好地理解本发明的上述的示例性实施例，下面结合具体示例来说明油基钻井液用有机土及其制备方法。

[0086]

示例1

[0087]

一种油基钻井液用有机土，在干燥前包括如下配比的原料：硅酸镁锂40份、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵30份、聚二甲基硅氧烷4份、去离子水2000份。

[0088]

钻井液用有机土的制备方法包括如下步骤：

[0089]

(1)在高速乳化反应釜中11000rpm的高速搅拌作用下，将硅酸镁锂均匀地分散在去离子水中，形成硅酸镁锂胶体溶液，形成胶体溶液后在室温下静止水化6个小时，让硅酸镁锂充分吸水分散；

[0090]

(2)升高反应釜温度至85℃，加入改性剂长链烷基有机硅季铵盐和聚二甲基硅氧烷，在低速100rpm下搅拌1h混合后，将反应釜中浆料通过胶体磨研磨循环研磨2h；

[0091]

(3)将研磨好的物料降至常温后进行压滤分离；

[0092]

(4)将压滤后的物料经过高温烘干，粉碎，过筛后即得抗超高温油基钻井液用有机土。

[0093]

其中，长链有机硅季铵盐来自于湖北东曹化学科技有限公司。

[0094]

其中，硅酸镁锂来自于江苏润丰合成科技有限公司，产品cas号为37220-90-9。

[0095]

示例2

[0096]

一种油基钻井液用有机土，在干燥前包括如下配比的原料：硅酸镁锂40份、二甲基十二烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵35份、聚二甲基硅氧烷4份、水2000份。

[0097]

油基钻井液用有机土的制备方法，包括如下步骤：

[0098]

(1)在高速乳化反应釜中11000rpm的高速搅拌作用下，将硅酸镁锂均匀地分散在去离子水中，形成硅酸镁锂胶体溶液，形成胶体溶液后在室温下静止水化6个小时，让硅酸镁锂充分吸水分散；

[0099]

(2)升高反应釜温度至85℃，加入改性剂长链烷基有机硅季铵盐和聚二甲基硅氧烷，在低速100rpm下搅拌1h混合后，将反应釜中浆料通过胶体磨研磨循环研磨2h；

[0100]

(3)将研磨好的物料降至常温后进行压滤分离；

[0101]

(4)将压滤后的物料经过高温烘干，粉碎，过筛后即得抗超高温油基钻井液用有机土。

[0102]

示例3

[0103]

一种油基钻井液用有机土，在干燥前包括如下配比的原料：硅酸镁锂40份、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵15份、二甲基十四烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵5份、二甲基十二烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵15份、聚二甲基硅氧烷4份、水2000份。

[0104]

油基钻井液用有机土的制备方法包括如下步骤：

[0105]

(1)在高速乳化反应釜中10000rpm的高速搅拌作用下，将硅酸镁锂均匀地分散在去离子水中，形成硅酸镁锂胶体溶液，形成胶体溶液后在室温下静止水化6个小时，让硅酸镁锂充分吸水分散；

[0106]

(2)升高反应釜温度至85℃，加入改性剂长链烷基有机硅季铵盐和聚二甲基硅氧烷，在低速100rpm下搅拌1h混合后，将反应釜中浆料通过胶体磨研磨循环研磨2h；

[0107]

(3)将研磨好的物料降至常温后进行压滤分离；

[0108]

(4)将压滤后的物料经过高温烘干，粉碎，过筛后即得抗超高温油基钻井液用有机土。

[0109]

示例4

[0110]

一种油基钻井液用有机土，在干燥前包括如下配比的原料：硅酸镁锂40份、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵20份、二甲基十二烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化15份、聚二甲基硅氧烷4份、水2000份。

[0111]

油基钻井液用有机土的制备方法包括如下步骤：

[0112]

(1)在高速乳化反应釜中10000rpm的高速搅拌作用下，将硅酸镁锂均匀地分散在去离子水中，形成硅酸镁锂胶体溶液，形成胶体溶液后在室温下静止水化6个小时，让硅酸镁锂充分吸水分散；

[0113]

(2)升高反应釜温度至85℃，加入改性剂长链烷基有机硅季铵盐和聚二甲基硅氧烷，在低速100rpm下搅拌1h混合后，将反应釜中浆料通过胶体磨研磨循环研磨2h；

[0114]

(3)将研磨好的物料降至常温后进行压滤分离；

[0115]

(4)将压滤后的物料经过高温烘干，粉碎，过筛后即得抗超高温油基钻井液用有机土。

[0116]

示例5

[0117]

一种油基钻井液用有机土，在干燥前包括如下配比的原料：硅酸镁锂40份、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵15份、二甲基十二烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化20份、聚二甲基硅氧烷4份、水3000份。

[0118]

油基钻井液用有机土的制备方法包括如下步骤：

[0119]

(1)在高速乳化反应釜中10000rpm的高速搅拌作用下，将硅酸镁锂均匀地分散在去离子水中，形成硅酸镁锂胶体溶液，形成胶体溶液后在室温下静止水化6个小时，让硅酸镁锂充分吸水分散；

[0120]

(2)升高反应釜温度至85℃，加入改性剂长链烷基有机硅季铵盐和聚二甲基硅氧烷，在低速100rpm下搅拌1h混合后，将反应釜中浆料通过胶体磨研磨循环研磨2h；

[0121]

(3)将研磨好的物料降至常温后进行压滤分离；

[0122]

(4)将压滤后的物料经过高温烘干，粉碎，过筛后即得抗超高温油基钻井液用有机

土。

[0123]

示例6

[0124]

一种油基钻井液用有机土，在干燥前包括如下配比的原料：硅酸镁锂30份、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵45份、聚二甲基硅氧烷4份、水2000份。

[0125]

油基钻井液用有机土的制备方法包括如下步骤：

[0126]

(1)在高速乳化反应釜中10000rpm的高速搅拌作用下，将硅酸镁锂均匀地分散在去离子水中，形成硅酸镁锂胶体溶液，形成胶体溶液后在室温下静止水化6个小时，让硅酸镁锂充分吸水分散；

[0127]

(2)升高反应釜温度至85℃，加入改性剂长链烷基有机硅季铵盐和聚二甲基硅氧烷，在低速100rpm下搅拌1h混合后，将反应釜中浆料通过胶体磨研磨循环研磨2h；

[0128]

(3)将研磨好的物料降至常温后进行压滤分离；

[0129]

(4)将压滤后的物料经过高温烘干，粉碎，过筛后即得抗超高温油基钻井液用有机土。

[0130]

对比例1

[0131]

油基钻井液用有机土制备方法与示例1的制备方法相同，除了干燥前包括如下配比的原料不同，在干燥前包括如下配比的原料：硅酸镁锂40份、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵20份、聚二甲基硅氧烷4份、水2000份。

[0132]

对比例2

[0133]

油基钻井液用有机土制备方法与示例1的制备方法相同，除了干燥前包括如下配比的原料不同，在干燥前包括如下配比的原料：硅酸镁锂40份、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵60份、聚二甲基硅氧烷4份、水2000份。

[0134]

对比例3

[0135]

油基钻井液用有机土制备方法与示例1的制备方法相同，除了干燥前包括如下配比的原料不同，在干燥前包括如下配比的原料：硅酸镁锂40份、甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵15份、十二烷三甲基氯化铵20份、聚二甲基硅氧烷4份、水2000份。

[0136]

对比例4

[0137]

油基钻井液用有机土制备方法与示例1的制备方法相同，除了干燥前包括如下配比的原料不同，在干燥前包括如下配比的原料：硅酸镁锂40份、十八烷基三甲基氯化铵35份、聚二甲基硅氧烷4份、水2000份。

[0138]

对比例5

[0139]

油基钻井液用有机土制备方法与示例1的制备方法相同，除了干燥前包括如下配比的原料不同，在干燥前包括如下配比的原料：硅酸镁锂40份、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵35份、水2000份。

[0140]

实验分析

[0141]

1、胶体率实验

[0142]

实验所用白油为四川省长宁区块现场所取3#白油；实验所用柴油为市售0#柴油；有机土为示例1～6及对比例1～5制备的有机土以及市售有机土；其中市售有机土为1号为：浙江某厂家有机土；市售有机土为2号为：上海某厂家有机土；市售有机土为3号为：山东某厂家有机土。

[0143]

常温胶体率

[0144]

按照sy/t 1817-2015的方法：称8克试样(称准至0.01克)，慢慢倒入装有400ml白油(柴油)的高搅杯中，在11000r/min

±

300r/min转速下高速搅拌10min，然后用量筒量取100ml试液倒入具塞量筒中，同时启动秒表计时，记录静置90min后，上部白油(柴油)的体积v。

[0145]

按照公示(1)计算胶体率：

[0146][0147]

式中：j—胶体率，单位为百分比(％)；v—90min量筒上部析出的游离油，单位为毫升(ml)。

[0148]

同一样品做平行实验，胶体率重复性不大于0.5ml以内，取算术平均值作为测试结果。

[0149]

老化后胶体率

[0150]

将常温胶体率中具塞量筒中测完常温胶体率的试液倒回高搅杯中，降高搅杯中的试样倒入陈化釜中，在所需实验温度下老化16h，老化完成后，冷却至室温，在11000r/min

±

300r/min转速下高速搅拌10min，然后用量筒量取100ml试液倒入具塞量筒中，同时启动秒表计时，记录静置90min后，上部白油(柴油)的体积v。

[0151]

老化后胶体率计算方法按公式(1)进行计算。

[0152]

测试结果

[0153]

具体测试结果如下表1所示：

[0154]

表1不同有机土在柴油中老化前后胶体率对比

[0155][0156]

从不同示例和对比例的胶体率数据可以看出，本发明示例制备的有机土：

[0157]

示例制备的有机土常温下在柴油中的胶体率比市售的有机土胶体率高，也比对比例高，总体成胶效果都非常好。从260℃老化后的结果来看，示例1～6比对比例1、3、4、5的胶体率都要高。虽然对比例2老化后胶体率也较高，但是生产过程中起泡明显，不利于生产进行。总体而言，实验体现出了产品突出的抗温效果。

[0158]

从上述实验现象证明，本发明制备的有机土配方中各组分相互协同作用，缺少某种组分或者将该组分替换成本领域常用的有机土组分均达不到本技术配方的成胶效果。

[0159]

2、增粘提切能力

[0160]

实验所用白油为四川省长宁区块现场所取3#白油；实验所用柴油为市售0#柴油；有机土为示例1～6及对比例1～5制备的有机土以及市售有机土；其中市售有机土为1号为：浙江某厂家有机土；市售有机土为2号为：上海某厂家有机土；市售有机土为3号为：山东某厂家有机土。

[0161]

测试方法

[0162]

(1)称取相当350ml白油(柴油)的质量(按密度换算成质量，称准至0.01)，然后加入10.5g试样(称准至0.01g)，用变频高速搅拌器在3000r/min的转速下搅拌10min，再在11000r/min的转速下搅拌10min，按gb/t 16783.2的规定测定表观黏度、塑性黏度、动切力、读值。

[0163]

(2)将配制好的油胶体溶液装入高温高压不锈钢老化罐中，充入1.0mpa的氮气后放入滚子加热炉中加热到所需实验温度，恒温滚动16h，取出冷却至室温，再在11000r/min的转速下搅拌10min，按gb/t 16783.2的规定测定表观黏度、塑性黏度、动切力、读值。

[0164]

同一样品做平行实验，表观黏度重复性不大于1.5mpa.s以内，塑性黏度重复性不大于1.0mpa.s，动切力重复性不大于1.5pa，读值重复性不大于0.5，取算术平均值为检测结果。

[0165]

实验结果

[0166]

具体增粘能力见表2，从表2数据可知，本发明示例制备的有机土在柴油中具有较好的增粘能力，增粘幅度明显高于对照组和市售产品，市售产品增粘能力相对较低，尤其是市售产品1号和2号，其增粘能力无论是在白油和柴油中均较低。从数据中也可以看出，多种链长复合改性的样品，如示例3、示例6均有明显的增粘能力。而其他的则相对较低。本发明制备的有机土配方中各组分相互协同作用，缺少某种组分或者将该组分替换成本领域常用的有机土组分均达不到本技术配方的增粘能力。

[0167]

表2合成有机土的增粘能力

gc)和6.0g试样，在11000r/min高速下搅拌20min，在高速搅拌条件下，缓慢加入60ml质量分数为25.0％的氯化钙盐水，加完后再高搅20min，再加入12.0g氧化钙，高速搅拌30min，24.0g改性沥青(cq-yjjs-h)、3.0g油基钻井液用封堵剂(yx-40)400目碳酸钙，3.0g油基钻井液用封堵剂(yx-120)1200目碳酸钙，加完后高速搅拌，10min，再加入388g重晶石，高速搅拌30min即为试验浆；

[0174]

将其倒入恒温杯，按gb/t 16783—2012中的规定测定试样浆(50

±

1)℃时的yp值(钻井液屈服值，又叫动切力)、r3(六速度旋转粘度计3转读值)最大读值和静切力、es值；

[0175]

将试样浆放入滚子炉中，在(260

±

2)℃下滚动16h，取出冷却，开罐，观察试样在老化罐中的析水、析油情况，倒出上层析液，用量筒测量出析液体积后，将上层析出液和下层泥浆倒回高搅杯，高速搅拌20min，将其倒入恒温杯，按gb/t 16783.2—2012中的规定测定试样浆(50

±

1)℃时的yp值、r3最大读值和静切力、es值，180℃条件下的hthp滤失量值。

[0176]

实验结果

[0177]

表3不同有机土在白油基钻井液中260℃老化后性能对比

[0178]

[0179][0180]

从上表可以看出，示例合成的有机土，在钻井液中具有良好的悬浮能力，抗温能力达260℃。同时，对钻井液的稳定性和滤失量的降低也具有帮助。其综合性能，明显优于市售产品。从对比例可以看出，经过有机硅季铵盐改性的有机土，其抗温能力明显优于常规季铵盐改性的有机土。

[0181]

综上所述，将长链有机硅季铵盐和硅酸锂镁的特性结合起来，开发出一种制备工艺简单，生产条件温的抗超高温油基钻井液用有机土。

[0182]

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。技术特征：

1.一种油基钻井液用有机土，其特征在于，所述油基钻井液用有机土包括：长链有机硅季铵盐、硅酸镁锂、聚二甲基硅氧烷以及水，其中，所述长链有机硅季铵盐的选自以下结构通式中的一种或多种：其中，r表示碳原子数为12～22的直链烷基。2.根据权利要求1所述的油基钻井液用有机土，其特征在于，所述长链有机硅季铵盐硅酸镁锂、聚二甲基硅氧烷以及水通过化学结合和离子结合作用。3.根据权利要求1所述的油基钻井液用有机土，其特征在于，所述长链有机硅季铵盐包括二甲基十二烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十四烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十六烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基二十二烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵中一种或多种。4.根据权利要求1所述的油基钻井液用有机土，其特征在于，所述油基钻井液用有机土按质量计，各组分用量为30～50份的长链有机硅季铵盐、40～45份的硅酸镁锂、3～5份的聚二甲基硅氧烷、2000～3000份的水。5.一种如权利要求1至4中任意一项所述的油基钻井液用有机土的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将硅酸镁锂加入高速搅拌下的去离子水中，形成硅酸镁锂胶体溶液，静止水化得到充分吸水分散的硅酸镁锂；对充分吸水分散的硅酸镁锂升温至75～95℃，加入长链烷基有机硅季铵盐和聚二甲基硅氧烷，低速搅拌后，得到浆料；以及对浆料循环研磨、压滤分离、烘干、粉碎和过筛，得到油基钻井液用有机土。6.根据权利要求5所述的油基钻井液用有机土的制备方法，其特征在于，所述高速搅拌的速度为7000～12000rpm，所述高速搅拌的时间为1～2h；所述低速搅拌的速度为50～150rpm，所述低速搅拌的时间为0.5～1h；所述循环研磨通过胶体磨研磨，所述循环研磨的时间为0.5～2h。7.根据权利要求5所述的油基钻井液用有机土的制备方法，其特征在于，所述静止水化的时间为4～8h。8.根据权利要求5所述的油基钻井液用有机土的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：对浆料循环研磨后降至室温，进行压滤分离。9.一种油基钻井液，其特征在于，所述油基钻井液包括：如权利要求1至4中任意一项所述的油基钻井液用有机土、油、油基钻井液用乳化剂、油基钻井液用辅乳化剂、氯化钙、油基钻井液用降滤失剂、油基钻井液用封堵剂以及重晶石；其中，所述油包括柴油和/或白油，所述油基钻井液用乳化剂包括改性松香酸盐，所述油基钻

井液用辅乳化剂包括低分子聚酰胺，所述油基钻井液用降滤失剂包括改性沥青，所述油基钻井液用封堵剂包括碳酸钙。10.一种长链有机硅季铵盐用作油基钻井液用有机土改性剂的用途，其特征在于，所述长链有机硅季铵盐的选自以下结构通式中的一种或多种：其中，r表示碳原子数为12～22的直链烷基。

技术总结

本发明提供了一种油基钻井液用有机土及其制备方法。所述油基钻井液用有机土包括：长链有机硅季铵盐、硅酸镁锂、聚二甲基硅氧烷以及水。所述油基钻井液用有机土的制备方法包括以下步骤：将硅酸镁锂加入高速搅拌下的去离子水中，形成硅酸镁锂胶体溶液，静止水化得到充分吸水分散的硅酸镁锂；对充分吸水分散的硅酸镁锂升温至75～95℃，加入长链烷基有机硅季铵盐和聚二甲基硅氧烷，低速搅拌后，得到浆料；对浆料循环研磨、压滤分离、烘干、粉碎和过筛，得到油基钻井液用有机土。本发明原材料种类简单、来源广泛、生产操作简便，生产反应条件温和，便于规模化生产推广应用。便于规模化生产推广应用。

技术研发人员：陶怀志 艾加伟 邓虎 陈俊斌 李枝林 唐贵 明显森 舒小波 景岷嘉 周杨 袁志平

受保护的技术使用者：中国石油集团川庆钻探工程有限公司

技术研发日：2022.05.31

技术公布日：2022/8/30