CN106861641B - 一种有机改性海泡石的制备方法以及该有机改性海泡石的应用 - Google Patents

一种有机改性海泡石的制备方法以及该有机改性海泡石的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型有机改性海泡石的制备方法，所述方法如下进行：先对海泡石原矿进行提纯，然后采用阳离子改性剂和阴离子改性剂进行改性，得到有机改性海泡石；其中，基于10重量份的纯化海泡石，阳离子改性剂的用量为1～2.5重量份，而采用的阴离子改性剂的摩尔量等于阳离子改性剂的摩尔量。本发明所述方法条件温和、不苛刻，易于实现，也易于大规模生产应用；得到的有机改性海泡石在有机体系(油相)中具有良好地分散性、良好的触变性和高粘度；并且，得到的有机改性海泡石具有抗高温性，即在高温的有机体系(油相)中具有结构稳定性，满足油基钻井液的使用要求。

Description

一种有机改性海泡石的制备方法以及该有机改性海泡石的 应用
技术领域
本发明涉及有机改性海泡石领域，尤其涉及有机改性海泡石的制备方法，特别地，涉及一种新型有机改性海泡石的制备方法以及该有机改性海泡石的应用。
背景技术
海泡石是一种富镁硅酸盐矿物。其理论化学式为 Mg8[Si2O30](OH)4·12H2O，水分子中有4个为结晶水，其余为沸石水。SiO2含量54-60％，MgO 21-25％，并常含有少量铁、锰等元素。外观为土状或纤维状。硬度2-2.5，密度2.2g/cm3。干燥者可浮于水。颜色多变，一般为白、浅灰色，常见的还有浅红、淡黄，褐色等。斜方晶系；a0＝1.34nm，b0＝2.68nm，c0＝0.528nm，β＝90°；Z＝2。存在一维结构通道，通道横截面积0.37×1.64nm2，因而含较多的沸石水。
海泡石的储量和品位都比较低，但是由于其特殊的结构和性质，引起了广泛的关注。海泡石的主要性质有：(1)高比表面积，外部和内部比较面积分别可达400m2/g和500m2/g；(2) 具有一定的阳离子交换性，阳离子交换容量为20～45 mmol/100g；(3)吸附性；(4)催化性；(5)流变性。基于以上性质，海泡石主要应用于三个方面：(1)吸附材料，吸附剂、脱色剂、净化剂、澄清剂、过滤剂、杀虫剂、饲料添加剂、刺激剂及食品的保护剂、药物载体等；(2)催化剂及催化剂载体材料；(3)流变材料。作钻井优质抗盐泥浆材料的增稠剂、悬浮剂、触变剂、粘结剂，也可用于化妆品、涂料、涂层、饲料、肥料等，还常作为石棉代替材料。
因海泡石具有纤维状特点，在水中形成交织针状的集团，并扩散形成毛毡结构的悬浮体，使其在水基泥浆中具有优异的抗盐性能、触变性能和热稳定性能。但随着油气工程的发展，面对高温高压深井、大斜度钻井和水平井等复杂钻井，水基钻井液已经无法满足钻探工程的需求。油基钻井液因其在机械转速、抑制性、稳定井壁、润滑性和热稳定性等方面的突出表现而应用于复杂的钻井工程，这为有机粘土的开发和应用提供了机会和市场。目前，油基钻井液中存在着几个技术瓶颈：(1) 高密度钻井液的悬浮性和流变性的优化；(2)抗高温性。在高温高压深井中必须使用较高密度的钻井液，钻井液除了悬浮钻屑以外，还需要悬浮大量的加重材料(如重晶石)。这对有机钻井泥浆用有机粘土产品性能提出了更高的要求。
关于有机海泡石制备和应用研究已有报道，但其研究主要集中在聚合物/海泡石复合材料、有机废水处理以及催化剂领域用的有机海泡石，该类有机海泡石的性能不能满足油基钻井泥浆的要求。关于海泡石用于钻井液有学者做了相关研究。在报道“王松，胡三清，秦绍印，唐金龙.高温高密度钻井液完井液体系室内研究[J].河南石油，2003，17(2):46-48.”中，江汉石油学院的王松等人选用湖南产海泡石模拟盐水配制基浆，其配方组成为：海泡石+MgCl2+NaHCO3+Na2SO4+CaCl2+NaCl+ KCl+H2O。添加多种抗高温处理剂而复配成了具有较好热稳定性(抗温180℃)、抗盐性(20％)、抗钙性(3％)以及良好的流变性的钻井液体系。桂林工程学院的杨光华用湖南永和海泡石进行钻井泥浆试验，发现用NaOH将其悬浮液的pH值调节到9～10，可大幅提高粘度。在南海油田进行的钻井试验中，成功地用该粘土代替不适宜用海水造浆的膨润土配制优质稠泥浆和阳离子泥浆，钻进了2730m。如：杨光华，浏阳永和海泡石在海洋钻井泥浆中的应用.1997,16(3):205-208；杨光华,湖南永和海泡石的钻井泥浆试验.1999,19(2):135-139.中国石油大学的王富华等人针对室内配置的水基钻井液考察了配浆土的种类及配比、自制高温护胶剂GHJ-1加量以及钻井液浓度对水基钻井液粘度、切力等流变参数的影响，另外还考察了钻井液老化温度和老化时间的影响。关于油基钻井液用的有机海泡石的制备和应用研究鲜见报道，大部分是用海泡石未经改性直接造浆。
目前国内外研究报道的有机海泡石主要是以十六烷基三甲基铵盐以及低碳链的季铵盐为有机改性剂，所得有机海泡石在有机体系(油相)中表现出良好的分散性和吸附性。但该类有机海泡石不能满足油基钻井液的使用要求，油基钻井液不仅要求有机海泡石在有机体系(油相)中有良好的分散特性，同时还要求在高温的油基体系中有机海泡石的结构稳定，并能形成稳定的网络结构，保持良好的触变性和粘度。
因此，为了克服现有技术中的不足，特别是为了解决单纯的使用未改性的海泡石时不得不添加各种助剂和抗高温处理剂等的缺点；以及使用季铵盐为有机改性剂制备的有机海泡石不满足油基钻井液的使用要求的现状。因此，亟待提出一种有机改性海泡石的新方法、新工艺，从而获得抗盐抗高温性能优异的高粘度有机海泡石。
发明内容
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，依次采用阳离子改性剂和阴离子改性对海泡石进行有机改性，其中，得到的有机改性海泡石在油相中不仅具有较好的分散性、较高的粘度，而且在高温下结构稳定，具有良好的抗高温性能，适用于油基钻井液的应用中，从而完成本发明。
本发提供了一种制备有机改性海泡石的方法，具体体现在以下方面：
(1)一种新型有机改性海泡石的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：
步骤1、对海泡石原矿进行提纯，得到纯化海泡石；
步骤2、对纯化海泡石进行有机改性，得到有机改性海泡石。
(2)根据上述(1)所述的方法，其中，步骤1包括以下子步骤:
步骤1.1、将海泡石原矿进行粉碎，过筛，得到海泡石原矿粉；
步骤1.2、将海泡石原矿粉和水混合，然后加入分散剂，浸泡，得到海泡石原矿粉的悬浮液；
步骤1.3、对步骤1.2的悬浮液进行搅拌，然后静置；
步骤1.4、取步骤1.3静置后的上层悬浊液，离心分离，然后依次经过干燥、粉碎和研磨过筛，得到纯化海泡石。
(3)根据上述(1)或(2)所述的方法，其中，在步骤2 中，依次采用阳离子改性剂和阴离子改性剂对纯化海泡石进行改性。
(4)根据上述(3)所述的方法，步骤2包括以下子步骤：
步骤2.1、将纯化海泡石与水混合，得到悬浮液；
步骤2.2、向上述悬浮液内加入阳离子改性剂，搅拌；
步骤2.3、再加入阴离子改性剂，搅拌；
步骤2.4、进行离心分离取沉淀，然后依次干燥、粉碎，得到有机改性海泡石。
(5)根据上述(4)所述的方法，其中，在步骤2.1中，基于10重量份的纯化海泡石，水的用量为300～500重量份，优选为350～450重量份，更优选为400重量份。
(6)根据上述()或(5)所述的方法，其中，在步骤2.2 中，
所述阳离子改性剂选自十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)、十六烷基三甲基氯化铵(HTAC)、十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)和十八烷基三甲基溴化铵(STAB)中的一种或几种，优选选自十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十八烷基三甲基溴化铵(STAB)中的一种或几种，更优选为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，
优选地，基于10重量份的纯化海泡石，阳离子改性剂的用量为1～2.5重量份，优选为1.5～2.5重量份，更优选为2重量份。
(7)根据上述(4)至(6)之一所述的方法，其中，
所述阴离子改性剂选自十二烷基硫酸钠和/或十六烷基硫酸钠，优选为十六烷基硫酸钠；和/或
基于重量份的纯化海泡石，阴离子改性剂的用量为1～2.5 重量份，优选为1.5～2.5重量份，更优选为2重量份；且阴离子改性剂的摩尔量等于阳离子改性剂的摩尔量。
(8)根据上述(4)至(8)之一所述的方法，其中，在步骤2.2和步骤2.3中，
所述搅拌均为磁力搅拌，搅拌转速均为500～800r/min，优选均为600r/min；和/或
搅拌1.5～2.5h，优选搅拌2h。
(9)根据上述(4)至(9)之一所述的方法，其中，在步骤2.4中，所述干燥于50～70℃下进行，优选60℃。
(10)根据上述(1)至(9)之一的方法制备的有机改性海泡石的应用，其应用于油基钻井液中。
附图说明
图1示出对比例8～12制备得到的有机改性海泡石的红外光谱图；
图2-1～图2-5分别示出对比例8～12制备得到的有机改性海泡石的表面接触角测试结果；
图3示出对比例8～12制备得到的有机改性海泡石的表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)和动切力(YP)；
图4-1～图4-5分别示出实施例1、对比例13～14、对比例2和对比例15制备得到的有机改性海泡石的表面接触角测试结果；
图5示出对比例13～14、对比例2、对比例11和对比例15制备得到的有机改性海泡石的表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)和动切力(YP)；
图6示出实施例1制备的纯化海泡石的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
本发明提供了一种新型有机改性海泡石的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、对海泡石原矿进行提纯，得到纯化海泡石；
步骤2、对纯化海泡石进行有机改性，得到有机改性海泡石。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2中，依次采用阳离子改性剂和阴离子改性剂对纯化海泡石进行改性。
其中，在现有技术中，采用阳离子改性剂对海泡石进行改性，得到了分散良好的海泡石，但是所述海泡石远不能满足油田钻井的要求，即在油相中不具有高粘度且不具有抗高温性能呢过。因此，为了提高有机改性海泡石在油田钻井时的抗高温性以及高粘度，发明人进行了大量的实验后惊奇地发现:依次采用阳离子改性剂和阴离子改性剂对海泡石进行改性，获得的有机改性海泡石不仅在有机体系(油相)中具有良好的分散性，而且，阴离子改性剂的存在使在高温的有机体系(油相)中具有结构稳定性，说明其抗高温性能优异，同时，所述有机改性海泡石在油机体系中具有良好的触变性和粘度。
在本发明中，发明人推测，所述有机改性的作用原理可能为：天然海泡石具有较高的比表面积和少量的离子交换性，使海泡石具有很强的吸附能力。同时海泡石结构中的八面体存在 Na+代替Mg2+；四面体中存在Al3+、Fe2+代替Si4+的现象,使得海泡石结构表面带负电荷。在静电作用下，阳离子改性剂CTAB 等可以很好的吸附在海泡石表面，后加入的阴离子改性剂又与阳离子改性剂链结合。这样在海泡石表面形成长短不一的有机碳链，而有机碳链之间的相互缠绕，可以使两个海泡石颗粒在油相中产生作用力，从而形成高粘度。
根据本发明一种优选的实施方式，步骤1包括以下子步骤:
步骤1.1、将海泡石原矿进行粉碎，过筛，得到海泡石原矿粉；
步骤1.2、将海泡石原矿粉和水混合，然后加入分散剂，浸泡，得到海泡石原矿粉的悬浮液；
步骤1.3、对步骤1.2的悬浮液进行搅拌，然后静置；
步骤1.4、取步骤1.3静置后的上层悬浊液，离心分离，然后依次经过干燥、粉碎和研磨过筛，得到纯化海泡石。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤1.2中，基于1L 水，海泡石原矿的用量为6～14g，优选为8～12g，更优选为10g。
在进一步优选的实施方式中，在步骤1.2中，所述分散剂选自无机钠盐，优选为磷酸类无机钠盐，例如六偏磷酸钠。
其中，采用分散剂的目的是使海泡石充分分散于水中，而避免海泡石之间的聚集，从而对海泡石进行完全纯化，提高纯化效率。
在更进一步优选的实施方式中，在步骤1.2中，浸泡20～28h，优选浸泡22～26h，更优选浸泡24h。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤1.2中，所述分散剂占海泡石原矿的重量百分数为1～2％。
在进一步优选的实施方式中，在步骤1.2中，所述分散剂占海泡石原矿的重量百分数为1.25～1.75％。
在更进一步优选的实施方式中，在步骤1.2中，所述分散剂占海泡石原矿的重量百分数为1.5％。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤1.3中，采用大功率高速搅拌器进行搅拌。
在进一步优选的实施方式中，在步骤1.3中，搅拌1～3h，优选1.5～2.5h，更优选2h。
在更进一步优选的实施方式中，在步骤1.3中，所述静置如下进行：于室温下静置6～10h，优选于室温下静置7～9h，更优选于室温下静置8h。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤1.4中，所述干燥如下进行：于40～80℃下干燥，优选于50～70℃下干燥，更优选于60℃下干燥。
在进一步优选的实施方式中，在步骤1.4中，所述研磨过筛为研磨过200目筛。
根据本发明一种优选的实施方式，步骤2包括以下子步骤：
步骤2.1、将纯化海泡石与水混合，得到悬浮液。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2.1中，基于10 重量份的纯化海泡石，水的用量为300～500重量份。
在进一步优选的实施方式中，在步骤2.1中，基于10重量份的纯化海泡石，水的用量为350～450重量份。
在更进一步优选的实施方式中，在步骤2.1中，基于10重量份的纯化海泡石，水的用量为400重量份。
其中，将纯化海泡石与水混合，并搅拌，优选磁力搅拌器上搅拌，得到良好分散的纯化海泡石的悬浮液。
步骤2.2、向上述悬浮液内加入阳离子改性剂，搅拌。
其中，在本发明中，进行有机改性时，必须先加入阳离子改性剂。其中，由于纯化海泡石表面带负电荷，如果先加入阴离子改性剂，所述阴离子改性剂与纯化海泡石之间不会发生相互作用，因此，不会产生改性，所以，在本发明中，先加入阳离子改性剂。发明人推测，可能会发生如下现象：阳离子改性剂的正离子端与纯化海泡石表面的负电荷作用而使阳离子改性剂吸附在纯化海泡石的表面，形成单分子层，其中，正离子端与纯化海泡石接触，碳链段向外伸展。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2.2中，所述阳离子改性剂选自十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)、十六烷基三甲基氯化铵(HTAC)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十八烷基三甲基溴化铵(STAB)中的一种或几种。
在进一步优选的实施方式中，在步骤2.2中，所述阳离子改性剂选自十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十八烷基三甲基溴化铵(STAB)中的一种或几种。
在更进一步优选的实施方式中，在步骤2.2中，所述阳离子改性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。
其中，发明人经过大量的实验及分析后发现，阳离子改性剂的碳链长短对有机改性具有重要影响：
(1)具有较短碳链的阳离子改性剂在纯化海泡石表面的附着性不好，而具有较长碳链的阳离子改性剂能够很好地附着在纯化海泡石表面；
具体参见图1，改性过的有机海泡石中，2920cm-1附近出现-CH-伸缩振动峰，在2850cm-1附近出现亚甲基-CH2-对称伸缩振动吸收峰；其中，OTAB改性的有机改性海泡石和DTAB改性的有机改性海泡石的谱线中代表-CH-和-CH2-的吸收峰很弱，说明短链阳离子改性剂在纯化海泡石表面的附着性不好，长链的改性剂与纯化海泡石的表面有更能的相互作用；
(2)使改性海泡石的表面极性较高，而具有较长碳链的阳离子改性剂能够降低纯化海泡石的表面极性；
具体参见图2-1～图2-5，可见，采用八烷基三甲基溴化铵 (OTAB)、十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十八烷基三甲基溴化铵(STAB)改性的有机改性海泡石的表面接触角依次为39.5°、44°、51.3°、56.6°、50.7°，说明，具有较短碳链的阳离子改性剂(OTAB/DTAB)改性得到的有机改性海泡石的表面接触角较小、表面极性和表面能较高，而具有较长碳链的阳离子改性剂(TTAB/CTAB/STAB)改性得到的有机改性海泡石的表面接触角较大、表面极性和表面能较低；
(3)具有较短碳链的阳离子改性剂改性得到的有机改性海泡石与有机体系(油相)的相容性差，这样，在有机体系(油相)中，改性海泡石容易团聚、进而沉降，使体系不稳定、流变性不好，而经具有较长碳链的阳离子改性剂改性的有机改性海泡石与有机体系(油相)可以很好地相容，进而提高有机体系(油相)的粘度；
具体参见图3，采用八烷基三甲基溴化铵(OTAB)、十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十八烷基三甲基溴化铵(STAB)改性的有机改性海泡石在有机体系(油相)中于150℃老化之后的表观粘度分别是25mPa·s、30mPa·s、47mPa·s、50 mPa·s和48mPa·s，说明，具有较短碳链的阳离子改性剂改性的海泡石在有机体系(油相)中的粘度较小，而具有较长碳链的阳离子改性剂改性的海泡石在有机体系(油相)中的粘度较大。
因此，阳离子改性剂的碳链长短对有机改性海泡石的性能具有重要影响。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2.2中，基于10 重量份的纯化海泡石，阳离子改性剂的用量为1～2.5重量份。
在进一步优选的实施方式中，在步骤2.2中，基于10重量份的纯化海泡石，阳离子改性剂的用量为1.5～2.5重量份。
在更进一步优选的实施方式中，在步骤2.2中，基于10重量份的纯化海泡石，阳离子改性剂的用量为2重量份。
其中，将阳离子改性剂的含量控制在1～2.5重量份/10重量份纯化海泡石，是因为不同阳离子改性剂的用量会影响纯化海泡石的表面极性，进而影响得到的有机改性海泡石与有机体系 (油相)的相容性，即影响有机改性海泡石在有机体系(油相) 中的粘度。
具体地：
(1)参见图4-1～图4-4、图2-4以及图4-5，分别为基于10 重量份纯化海泡石，零重量份、0.5重量份、1重量份、1.5重量份、2重量份和2.5重量份十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性纯化海泡石后的表面接触角，其表面接触角分别为28.7°、38.5°、 49.5°、51.3°、56.6°和55.4°；说明，经过有机改性后，有机改性海泡石的表面接触角均增大，但是不同阳离子改性剂的用量对其表面接触角的增大程度不一样，具体地，阳离子改性剂用量较低时(低于1重量份)，表面接触角增大较少(参见图4-2)，但是，当阳离子改性剂用量达到1～2.5重量份(基于10重量份纯化海泡石)时，有机改性海泡石表面接触角明显增大；
(2)参见图5，基于10重量份纯化海泡石，0.5重量份、1 重量份、1.5重量份、2重量份以及2.5重量份的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性得到的改性海泡石的表观粘度分别为30 mPa·s、46mPa·s、47mPa·s、50mPa·s和48mPa·s，塑性粘度分别是27mPa·s、44mPa·s、42mPa·s、45mPa·s和46mPa·s；可以看出，阳离子改性剂用量小于1重量份时，改性海泡石在有机体系(油相)中的粘度较差，而用量1～2.5重量份时，改性海泡石在有机体系(油相)中的粘度较大；因为，采用1～2.5重量份进行改性时，改性海泡石的表面接触角较大、表面极性较小，能够很好地与有机体系(油相)相容，进而提高有机体系(油相)的粘度；
(3)而如果阳离子改性剂的用量高于2.5重量份时，多余的阳离子改性剂不仅会增加成本，而且会成为杂质，进而影响产品性能；
因此，在本发明中，基于10重量份的纯化海泡石，阳离子改性剂的用量为1～2.5重量份。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2.2中，加入阳离子改性剂后，搅拌1.5～2.5h。
在进一步优选的实施方式中，在步骤2.2中，加入阳离子改性剂后，搅拌2h。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2.2中，所述搅拌为磁力搅拌，搅拌转速为500～800r/min。
在进一步优选的实施方式中，在步骤2.2中，所述搅拌为磁力搅拌，搅拌转速为600r/min。
其中，在该转速范围内，阳离子改性剂可以充分有效地吸附在纯化海泡石表面，进而进行改性。
步骤2.3、再加入阴离子改性剂，搅拌。
其中，相较于单纯采用阳离子改性剂改性的有机改性海泡石，再采用阴离子表面改性剂进一步改性的有机改性海泡石在有机体系(油相)中具有更高的粘度，关键是，加入阴离子表改性剂后能够大大提高有机改性海泡石在油相中的抗高温性。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2.3中，所述阴离子改性剂选自十二烷基硫酸钠和/或十六烷基硫酸钠。
在进一步优选的实施方式中，在步骤2.3中，所述阴离子改性剂为十六烷基硫酸钠。
其中，由于阴离子改性剂与阳离子改性剂的结合为有机链端的相互缠结，因为，阴离子改性剂的贪凉不宜太短，因为若其碳链太短则不能很好地与阳离子改性剂的有机碳链相互缠结，则不能实现改性。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2.3中，基于重量份的纯化海泡石，阴离子改性剂的用量为1～2.5重量份。
在进一步优选的实施方式中，在步骤2.3中，基于10重量份的纯化海泡石，阴离子改性剂的用量为1.5～2.5重量份。
在更进一步优选的实施方式中，在步骤2.3中，基于10重量份的纯化海泡石，阴离子改性剂的用量为2重量份。
其中，所述阴离子改性剂的有机链端与阳离子改性剂的有机链端相互缠绕，提高有机改性海泡石在有机体系(油相)中的作用力，进而提高有机体系(油相)的粘度。
根据本发明一种优选的实施方式，阴离子改性剂的摩尔用量等于阳离子改性剂的摩尔用量。
其中，在本发明中，阳离子改性剂先与纯化海泡石的表面作用，然后阴离子改性剂与阳离子改性剂作用，因此，阴离子改性剂的摩尔用量应当等同与阳离子改性剂的摩尔用量，因为如果阴离子改性剂的摩尔量少于阳离子改性剂的摩尔量，则会有部分阳离子改性剂未与阴离子改性剂作用，而如果阴离子改性剂的摩尔量多于阳离子改性剂的摩尔量，则在体系中存在多余的阴离子改性剂，成为杂质。因此，在本发明中，严格控制使用的阴离子改性剂的摩尔量等于使用的阳离子改性剂的摩尔量。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2.3中，加入阴离子改性剂后，搅拌1.5～2.5h。
在进一步优选的实施方式中，在步骤2.3中，加入阴离子改性剂后，搅拌2h。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2.3中，所述搅拌为磁力搅拌，搅拌转速为500～800r/min。
在进一步优选的实施方式中，在步骤2.3中，所述搅拌为磁力搅拌，搅拌转速为600r/min。
其中，在该转速范围内，阴离子改性剂可以充分有效地与阳离子改性剂结合，进而进行改性。
步骤2.4、进行离心分离取沉淀，然后依次干燥、粉碎，得到有机改性海泡石。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2.4中，所述干燥于50～70℃下进行。
在进一步优选的实施方式中，在步骤2.4中，所述干燥于60℃下进行。
本发明还提供了上述方法制备的有机改性海泡石的应用，其应用于油机钻井液。
本发明所具有的有益效果：
(1)本发明所述方法所采用的原料简单、成本低；
(2)本发明所述方法条件温和、不苛刻，易于实现，也易于大规模生产应用；
(3)由本发明所述方法得到的有机改性海泡石在有机体系 (油相)中具有良好地分散性；
(4)由本发明所述方法得到的有机改性海泡石在有机体系 (油相)中具有良好的触变性和高粘度；
(5)由本发明所述方法得到的有机改性海泡石具有抗高温性，即在高温的有机体系(油相)中具有结构稳定性；
(6)由本发明所述方法得到的有机改性海泡石能够满足油机钻井液的使用要求，是一种油机钻井液用有机改性海泡石。
实施例
以下通过具体实施例进一步描述本发明。不过这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。
实施例1纯化海泡石的制备
利用粉碎机将海泡石原矿粉碎，过200目筛，得海泡石原矿粉；
称取80g海泡石粉分散于8L蒸馏水中，添加占海泡石重量 1.5％的分散剂六偏磷酸钠，浸泡24小时，得到海泡石原矿粉的悬浮液；
用电搅拌器搅拌2小时，将海泡石配成“浓度”不超过10g/L 的悬浮液，在室温状态下静置8小时；
取上层8cm悬浊液，离心分离，60℃干燥，粉碎、研磨过筛，得纯化海泡石。
实施例2有机改性海泡石的制备
将10.5g实施例1制备的纯化海泡石分散于400g水中，得到悬浮液；称取十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)1.58g加入上述悬液中磁力搅拌2h，然后再加入1.25g十二烷基硫酸钠(SDS) 继续搅拌2h。将悬浊液离心分离，取出沉淀，60℃烘干，粉碎，得到有机改性海泡石。
取10.5g实施例2制备的有机改性海泡石与350mL 5号白油混合，8000rpm下高速搅拌20min，然后分别在不同温度(66℃， 150℃，180℃和200℃)下热滚陈化。取出陈化后的样品，然后于8000rpm下高速搅拌5min，再静置5min，分别测粘度。其中，于66℃，150℃，180℃和200℃下热滚后的表观粘度分别为47 mPa·s，45mPa·s，53.5mPa·s和65mPa·s；塑性粘度分别为45 mPa·s，37mPa·s，40mPa·s和43mPa·s。通过上述数据得到，实施例2制备的有机改性海泡石在有机体系(油相)中充分分散，且使得有机体系的粘度较高，且高温时的粘度稳定，耐高温性好。
实施例3有机改性海泡石的制备
将10.5g实施例1制备的纯化海泡石分散于400g水中，得到悬浮液；称取十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)2.1g加入上述悬液中磁力搅拌2h，然后再加入1.66g十二烷基硫酸钠(SDS) 继续搅拌2h。将悬浊液离心分离，取出沉淀，60℃烘干，粉碎，得到有机改性海泡石。
取10.5g实施例3制备的有机改性海泡石与350mL 5号白油混合，8000rpm下高速搅拌20min，然后分别在不同温度(66℃， 150℃，180℃和200℃)下热滚陈化。取出陈化后的样品，然后于8000rpm下高速搅拌5min，再静置5min，分别测粘度。其中，于66℃，150℃，180℃和200℃下热滚后的表观粘度分别为46 mPa·s，45mPa·s，47.5mPa·s和48mPa·s；塑性粘度分别为35 mPa·s，37mPa·s，40mPa·s和43mPa·s。通过上述数据得到，实施例3制备的有机改性海泡石在有机体系(油相)中充分分散，且使得有机体系的粘度较高，且高温时的粘度稳定，耐高温性好。
实施例4有机改性海泡石的制备
将10.5g实施例1制备的纯化海泡石分散于400g水中，得到悬浮液；称取十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)1.46g加入上述悬液中磁力搅拌2h，然后再加入1.25g十二烷基硫酸钠(SDS) 继续搅拌2h。将悬浊液离心分离，取出沉淀，60℃烘干，粉碎，得到有机改性海泡石。
取10.5g实施例4制备的有机改性海泡石与350mL 5号白油混合，8000rpm高速搅拌20min，然后在不同温度(66℃，150℃， 180℃，200℃)下热滚陈化。取出经过陈化后的样品经过 8000rpm高速搅拌5min再静置5min,分别测粘度。66℃，150℃， 180℃，200℃温度热滚后的表观粘度分别是35mPa·s，37mPa·s， 38.5mPa·s，38mPa·s；塑性粘度分别是30mPa·s，30mPa·s， 33mPa·s，35mPa·s。通过上述数据得到，实施例4制备的有机改性海泡石在有机体系(油相)中充分分散，且使得有机体系的粘度较高，且高温时的粘度稳定，耐高温性好。
实施例5有机改性海泡石的制备
将10.5g实施例1制备的纯化海泡石分散于400g水中，得到悬浮液；称取十八烷基三甲基溴化铵(STAB)1.7g加入上述悬液中磁力搅拌2h，然后再加入1.25g十二烷基硫酸钠(SDS)继续搅拌2h。将悬浊液离心分离，取出沉淀，60℃烘干，粉碎，得到有机改性海泡石。
取10.5g实施例5制备的有机改性海泡石与350mL 5号白油混合，8000rpm高速搅拌20min，然后在不同温度(66℃，150℃， 180℃，200℃)下热滚陈化。取出经过陈化后的样品经过 8000rpm高速搅拌5min再静置5min,分别测粘度。66℃，150℃， 180℃，200℃温度热滚后的表观粘度分别是45mPa·s，44.7 mPa·s，50mPa·s，55mPa·s；塑性粘度分别是45mPa·s， 40mPa·s，43mPa·s，44mPa·s。通过上述数据得到，实施例5制备的有机改性海泡石在有机体系(油相)中充分分散，且使得有机体系的粘度较高，且高温时的粘度稳定，耐高温性好。
对比例
对比例1
将10.5g实施例1制备的纯化海泡石分散于400g水中，得到悬浮液；称取十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)1.727g加入上述悬液中磁力搅拌2h，然后再加入1.615g十二烷基硫酸钠 (SDS)继续搅拌2h。将悬浊液离心分离，取出沉淀，60℃烘干，粉碎，得到有机改性海泡石。
取10.5g对比例1制备的有机改性海泡石与350mL 5号白油混合，8000rpm下高速搅拌20min，然后分别在不同温度(66℃， 150℃，180℃和200℃)下热滚陈化。取出陈化后的样品，然后于8000rpm下高速搅拌5min，再静置5min，分别测粘度。其中，于66℃、150℃、180℃和200℃下热滚后的表观粘度分别为 32.5mPa·s、33.5mPa·s、34mPa·s和34mPa·s；塑性粘度分别为 25mPa·s、27mPa·s、26.5mPa·s和27mPa·s。
将其与实施例2相比，在该对比例中，采用的是含有短碳链的阳离子表面改性剂，分析结果可知，对比例1所得有机改性海泡石在油相中的粘度明显低于实施例2所得有机改性海泡石在油相中的粘度。
对比例2
重复实施例2的制备过程，区别在于不加入阴离子改性剂。
取10.5g对比例2制备的有机改性海泡石与350mL 5号白油混合，8000rpm下高速搅拌20min，然后分别在不同温度(66℃， 150℃，180℃和200℃)下热滚陈化。取出陈化后的样品，然后于8000rpm下高速搅拌5min，再静置5min，分别测粘度。其中，于66℃、150℃、180℃和200℃下热滚后的表观粘度分别为30 mPa·s、25mPa·s、22mPa·s和22mPa·s；塑性粘度分别为33mPa·s、 27mPa·s、20mPa·s和23mPa·s。
与实施例2相比，该对比例采用与实施例2等量的阳离子改性剂，且未加入阴离子改性剂，分析结果可知，(1)对比例2 所得有机改性海泡石在油相中的粘度明显低于实施例2所得有机改性海泡石在油相中的粘度，因为在实施例2中存在阴离子改性剂与阳离子改性剂之间碳链的相互缠结，进而提高粘度，而在对比例2中未加入阴离子改性剂，因此其粘度会明显较低；(2) 在对比例2中，油相的粘度随温度升高而降低，说明其不具有抗高温性能，在高温下结构不稳定。
对比例3
重复实施例2的制备过程，区别在于不加入阴离子改性剂，且加入的阳离子改性剂的用量为2.83g，即为实施例2中阳离子改性剂与阴离子改性剂用量之和。
取10.5g对比例3制备的有机改性海泡石与350mL 5号白油混合，8000rpm下高速搅拌20min，然后分别在不同温度(66℃， 150℃，180℃和200℃)下热滚陈化。取出陈化后的样品，然后于8000rpm下高速搅拌5min，再静置5min，分别测粘度。其中，于66℃、150℃、180℃和200℃下热滚后的表观粘度分别为35 mPa·s、33mPa·s、30mPa·s和20mPa·s；塑性粘度分别为32mPa·s、 30mPa·s、26mPa·s和20mPa·s。
与实施例2相比，即使该对比例采用的阳离子改性剂的量等于实施例2中阳离子改性剂和阴离子改性剂的用量和，但是，分析结果可知，(1)对比例3所得有机改性海泡石在油相中的粘度明显低于实施例2所得有机改性海泡石在油相中的粘度；(2)在对比例3中，油相的粘度随温度升高而降低，说明其不具有抗高温性能，在高温下结构不稳定，进一步说明，在体系中加入阴离子改性剂可以显著提高抗高温性能。
对比例4
重复实施例2的制备过程，区别在于，加入的十六烷基三家子溴化铵为4.2g，十二烷基硫酸钠为1.575g。
取10.5g对比例4制备的有机改性海泡石与350mL 5号白油混合，8000rpm下高速搅拌20min，然后分别在不同温度(66℃， 150℃，180℃和200℃)下热滚陈化。取出陈化后的样品，然后于8000rpm下高速搅拌5min，再静置5min，分别测粘度。其中，于66℃、150℃、180℃和200℃下热滚后的表观粘度分别为37 mPa·s、35mPa·s、35.5mPa·s和36mPa·s；塑性粘度分别为36.2 mPa·s、35mPa·s、34.6mPa·s和35mPa·s。
与实施例2相比，基于10重量份的纯化海泡石，该对比例采用的阳离子改性剂为4重量份，超出了2.5重量份的范围，分析结果可知，当阳离子改性剂添加过量时，所得有机改性海泡石在油相中的粘度明显下降。
对比例5
重复实施例2的制备过程，区别在于，十二烷基硫酸钠的用量为2.5g。
取10.5g对比例5制备的有机改性海泡石与350mL 5号白油混合，8000rpm下高速搅拌20min，然后分别在不同温度(66℃， 150℃，180℃和200℃)下热滚陈化。取出陈化后的样品，然后于8000rpm下高速搅拌5min，再静置5min，分别测粘度。其中，于66℃、150℃、180℃和200℃下热滚后的表观粘度分别为42 mPa·s、38.5mPa·s、40mPa·s和41mPa·s；塑性粘度分别为41 mPa·s、37mPa·s、35mPa·s和36mPa·s。
与实施例2相比，在对比例5中，阳离子改性剂与阴离子改性剂的摩尔用量不相等，其中，阴离子改性剂用量过量，所得有机改性海泡石在油相中的粘度明显降低。
对比例6
重复实施例2的制备过程，区别在于，十六烷基三甲基溴化铵的用量为2g，十二烷基硫酸钠的用量为1.5g。
取10.5g对比例6制备的有机改性海泡石与350mL 5号白油混合，8000rpm下高速搅拌20min，然后分别在不同温度(66℃， 150℃，180℃和200℃)下热滚陈化。取出陈化后的样品，然后于8000rpm下高速搅拌5min，再静置5min，分别测粘度。其中，于66℃、150℃、180℃和200℃下热滚后的表观粘度分别为30.6 mPa·s、25mPa·s、22.3mPa·s和24mPa·s；塑性粘度分别为31 mPa·s、23mPa·s、20mPa·s和20mPa·s。
与实施例2相比，在对比例6中，阳离子改性剂与阴离子改性剂的摩尔用量不相等，其中，阴离子用量不足，所得有机改性海泡石在油相中的粘度明显降低，且粘度随温度升高而降低，说明其不具有抗高温性，再一次说明阴离子改性剂对抗高温性能的重要性。
对比例7
重复实施例2的制备过程，区别在于，先加入阴离子改性剂再加入阳离子改性剂。
取10.5g对比例7制备的有机改性海泡石与350mL 5号白油混合，8000rpm下高速搅拌20min，然后分别在不同温度(66℃， 150℃，180℃和200℃)下热滚陈化。取出陈化后的样品，然后于8000rpm下高速搅拌5min，再静置5min，分别测粘度。其中，于66℃、150℃、180℃和200℃下热滚后的表观粘度分别为23.7 mPa·s、19mPa·s、20mPa·s和18.3mPa·s；塑性粘度分别为 22mPa·s、20mPa·s、16mPa·s和15mPa·s。
与实施例2相比，阳离子改性剂与阴离子改性剂加入顺序不同，分析结果可知，(1)在该对比例中，所得有机改性海泡石在油相中的粘度明显较低，且粘度随着温度升高而降低，说明其抗高温性能差。
对比例8
重复对比例2的制备过程，区别在于，加入的阳离子改性剂为八烷基三甲基溴化铵，且加入量为1.45g。
对比例9
重复对比例8的制备过程，区别在于，将八烷基三甲基溴化铵替换为等摩尔量的十二烷基三甲基溴化铵。
对比例10
重复对比例8的制备过程，区别在于，将八烷基三甲基溴化铵替换为等摩尔量的十四烷基三甲基溴化铵。
对比例11
重复对比例8的制备过程，区别在于，将八烷基三甲基溴化铵替换为等摩尔量的十六烷基三甲基溴化铵(2.1g)。
对比例12
重复对比例8的制备过程，区别在于，将八烷基三甲基溴化铵替换为等摩尔量的十八烷基三甲基溴化铵。
对比例13
重复对比例11的制备过程，区别在于，加入的十六烷基三甲基溴化铵为0.53g。
对比例14
重复对比例11的制备过程，区别在于，加入的十六烷基三甲基溴化铵为1.05g。
对比例15
重复对比例11的制备过程，区别在于，加入的十六烷基三甲基溴化铵为2.6g。
实验例
实验例1红外检测
对对比例8～12制备得到的有机改性海泡石进行红外检测，结果如图1所示。
实验例2表面接触角测试
对对比例8～12制备得到的有机改性海泡石进行表面接触角测试，结果分别如图2-1～图2-5所示；
对实施例1、对比例13～14、对比例2、对比例11和对比例15 制备得到的有机改性海泡石进行表面接触角测试，结果分别如图4-1～图4-4、图2-4以及图4-5所示。
实验例3粘度检测
对对比例8～12制备得到的有机改性海泡石的表观粘度 (AV)、塑性粘度(PV)和动切力(YP)进行检测，结果如图 3所示；
对对比例13～14、对比例2、对比例11和对比例15制备得到的有机改性海泡石的表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)和动切力(YP)进行检测，结果如图5所示。
实验例4X射线衍射实验
对实施例1制备的纯化海泡石进行X射线衍射实验，其中，采用日本日立公司生产的D/MAX2000型X射线粉晶衍射仪(Cu 靶Kα射线)，在λ＝0.15406nm，步宽＝0.02，工作电压40Kv，工作电流100mA条件下分析样品。获得的X射线衍射图谱如图6所示，由图6可知，纯化海泡石的晶格规整度好。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种有机改性海泡石的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、对海泡石原矿进行提纯，得到纯化海泡石；
步骤1包括以下子步骤:
步骤1.1、将海泡石原矿进行粉碎，过200目筛，得到海泡石原矿粉；
步骤1.2、将海泡石原矿粉和水混合，基于1L水，海泡石原矿的用量为6~14 g，然后加入占海泡石重量1.5%的分散剂六偏磷酸钠，浸泡，得到海泡石原矿粉的悬浮液；
步骤1.3、对步骤1.2的悬浮液进行搅拌，然后静置；
步骤1.4、取步骤1.3静置后的上层悬浊液，离心分离，然后依次经过干燥、粉碎和研磨过筛，得到纯化海泡石；
步骤2、对纯化海泡石进行有机改性，得到有机改性海泡石；
在步骤2中，依次采用阳离子改性剂和阴离子改性剂对纯化海泡石进行改性，
步骤2包括以下子步骤：
步骤2.1、将10.5g纯化海泡石与400g水混合，得到悬浮液；
步骤2.2、向上述悬浮液内加入1.58g阳离子改性剂十六烷基三甲基溴化铵，搅拌；
步骤2.3、再加入1.25g阴离子改性剂十二烷基硫酸钠，且阴离子改性剂的摩尔量等于阳离子改性剂的摩尔量，搅拌；
步骤2.4、进行离心分离取沉淀，然后依次于50~70℃下进行干燥、粉碎，得到有机改性海泡石。
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