CN107446558A - 一种钻井液用无机膨润土的制备方法 - Google Patents

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陈华军
刘萍
李冬
田文杰
杨刚宾
赵莉
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    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/03—Specific additives for general use in well-drilling compositions
    • C09K8/032—Inorganic additives

Abstract

本发明涉及一种钻井液用无机膨润土的制备方法，具体包括以下步骤:（1）、取低品级钙基膨润土粉碎后加入复合钠化剂，搅拌均匀得到混合物，然后将混合物溶于水中，并用火碱调节pH≥12，搅拌均匀，得到泥浆，备用；（2）、在步骤（1）制得的泥浆中加入无机复合悬浮剂，搅拌均匀，然后再加入聚合硫酸盐，使泥浆的pH值为7～10，搅拌均匀后过滤，取沉淀除去水分后得到钻井液用无机膨润土。本发明采用低品级钙基膨润土制备OCMA级无机钻井液膨润土，省略了低品级膨润土提纯步骤，优化了无机造浆膨润土的加工工艺，制备过程中不添加有机高分子材料，降低了膨润土生产成本，并且产品造浆率高，实现了低品级膨润土资源的高附加值利用。

Description

一种钻井液用无机膨润土的制备方法
技术领域
本发明涉及低品级膨润土改性技术领域，具体涉及一种钻井液用无机膨润土的制备方法。
背景技术
随着工业的发展，国内外石油钻井和水平定向钻进行业对膨润土的需求量逐年增多。我国膨润土资源丰富，储量居世界第一，但大多为低品级的钙基膨润土，蒙脱石含量介于60%～80%之间。GB/T 5005-2010将钻井液膨润土分为3大类，即未经处理膨润土、钻井级膨润土和OCMA级膨润土。其中钻井膨润土和OCMA级膨润土加入了各种化学增效剂，未处理膨润土很难达到使用要求。
目前，国内外采用低品级钙基膨润土制备OCMA级无机钻井液膨润土，需要对低品级钙基膨润土进行提纯处理。按提纯过程中加水量可分为干法提纯和湿法提纯，按反应的类型可分为物理法和化学法，按加入的药剂类型可分为自然沉降法、分散剂法和絮凝法等。但是，采用未经提纯的低品级钙基膨润土制备OCMA级无机钻井液膨润土的相关研究较少。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种钻井液用无机膨润土的制备方法，制备过程中不需要对低品级膨润土进行提纯处理，并且不添加有机高分子材料，降低了膨润土生产成本。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种钻井液用无机膨润土的制备方法，具体包括以下步骤:
（1）、取Na2CO3和络合剂混合均匀后制得复合钠化剂，将低品级钙基膨润土粉碎后加入复合钠化剂，搅拌均匀得到混合物，然后将混合物溶于水中，并用火碱调节pH≥12，搅拌均匀，得到泥浆，备用；
（2）、在步骤（1）制得的泥浆中加入无机复合悬浮剂，搅拌均匀，然后再加入聚合硫酸盐，使泥浆的pH值为7～10，搅拌均匀后过滤，取沉淀除去水分后得到钻井液用无机膨润土。
作为本发明一种钻井液用无机膨润土的制备方法的进一步优化：所述步骤（1）采用的低品级钙基膨润土中蒙脱石的含量为60-80%，低品级钙基膨润土粉碎后过200目筛。
作为本发明一种钻井液用无机膨润土的制备方法的进一步优化：所述步骤（1）的复合钠化剂中Na2CO3和络合剂的质量比为20:1-10:1，络合剂为氨三乙酸钠、乙二胺四乙酸盐、二乙烯三胺五羧酸盐，乙二胺四甲叉磷酸钠或二乙烯三胺五甲叉膦酸盐。
作为本发明一种钻井液用无机膨润土的制备方法的进一步优化：所述步骤（1）中低品级钙基膨润土和复合钠化剂的加入重量比为25：1。
作为本发明一种钻井液用无机膨润土的制备方法的进一步优化：所述步骤（1）中混合物与水的加入重量比为1:5-1:15。
作为本发明一种钻井液用无机膨润土的制备方法的进一步优化：所述步骤（2）中的无机复合悬浮剂由硅酸盐和硫酸盐组成，且硅酸盐和硫酸盐的重量比为1:1～1:5。
作为本发明一种钻井液用无机膨润土的制备方法的进一步优化：
所述步骤（2）中无机复合悬浮剂的加入量为步骤（1）中混合物重量的1/25。
作为本发明一种钻井液用无机膨润土的制备方法的进一步优化：所述步骤（2）中通过加入聚合硫酸盐调节泥浆的pH值为7～10，聚合硫酸盐加入量为步骤（1）中混合物重量的1/100。
作为本发明一种钻井液用无机膨润土的制备方法的进一步优化：
所述步骤（2）中泥浆通过真空抽滤、离心脱水、带式压滤或板框压滤进行过滤。
作为本发明一种钻井液用无机膨润土的制备方法的进一步优化：
所述步骤（2）中沉淀通过自然风干、晒干或设备烘干的方式进行除水。
有益效果
一、本发明采用低品级钙基膨润土制备OCMA级无机钻井液膨润土，省略了低品级膨润土提纯步骤，由于低品级膨润土中含有长石、方解石等粗颗粒硅酸盐，传统膨润土制备方法需要进行提纯，分为干法提纯和湿法提纯。本发明加入无机复合悬浮剂可以提高粗颗粒硅酸盐悬浮性能，再加入聚合硫酸盐进一步提高粗颗粒硅酸盐悬浮性能和膨润土造浆液粘度，二者可以保证粗颗粒硅酸盐在膨润土使用过程中不会发生下沉，而是和膨润土一起悬浮在溶液中。
二、本发明优化了无机造浆膨润土的加工工艺，制备过程中不添加有机高分子材料，降低了膨润土生产成本，以现有技术中制备过程中添加羧甲基纤维素为例，羧甲基纤维素市场价格为7800/吨，羧甲基纤维素添加量为1.0%，则每吨膨润土羧甲基纤维素添加成本为78元。本专利不添加该有机高分子材料，采用硅酸盐、硫酸盐和聚合硫酸盐代替有机高分子材料，进一步提高膨润土性能。硅酸盐和硫酸盐市场价格分别为800/吨和500/吨，二者按重量比1:1混合得无机复合悬浮剂，其价格为650/吨，添加量为1/25，每吨生产成本为26元。聚合硫酸盐市场价格为1000/吨，添加量为1/100，每吨生产成本为10元。所以，用硅酸盐、硫酸盐和聚合硫酸盐代替有机高分子材料，每吨生产成本可降低42元。
三、本发明制备方法的产品造浆率高，1吨本发明的OCMA级无机钻井液膨润土可以配出粘度为15m·Pa·s的钻井液10-13m3，实现了低品级膨润土资源的高附加值利用。
附图说明
图1是本发明制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
一种钻井液用无机膨润土的制备方法，具体包括以下步骤:
（1）、取Na2CO3和络合剂混合均匀后制得复合钠化剂（Na2CO3和络合剂的质量比为20:1，络合剂为氨三乙酸钠），将低品级钙基膨润土（蒙脱石的含量为60%）粉碎后过200目筛，加入复合钠化剂（低品级钙基膨润土和复合钠化剂的加入重量比为25：1），搅拌均匀得到混合物，然后将混合物溶于水中（混合物与水的加入重量比为1:5），并用火碱调节pH至12，搅拌均匀，得到泥浆，备用；
（2）、在步骤（1）制得的泥浆中加入无机复合悬浮剂（无机复合悬浮剂的加入量为步骤（1）中混合物重量的1/25，无机复合悬浮剂由硅酸盐和硫酸盐组成，且硅酸盐和硫酸盐的重量比为1:1），搅拌均匀，然后再加入聚合硫酸盐，使泥浆的pH值为7，搅拌均匀后通过真空抽滤进行过滤，取沉淀通过自然风干的方式进行除水后得到钻井液用无机膨润土。
实施例2
一种钻井液用无机膨润土的制备方法，具体包括以下步骤:
（1）、取Na2CO3和络合剂混合均匀后制得复合钠化剂（Na2CO3和络合剂的质量比为15:1，络合剂为乙二胺四乙酸盐），将低品级钙基膨润土（蒙脱石的含量为68%）粉碎后过200目筛，加入复合钠化剂（低品级钙基膨润土和复合钠化剂的加入重量比为25：1），搅拌均匀得到混合物，然后将混合物溶于水中（混合物与水的加入重量比为1:9），并用火碱调节pH至13，搅拌均匀，得到泥浆，备用；
（2）、在步骤（1）制得的泥浆中加入无机复合悬浮剂（无机复合悬浮剂的加入量为步骤（1）中混合物重量的1/25，无机复合悬浮剂由硅酸盐和硫酸盐组成，且硅酸盐和硫酸盐的重量比为1:1～1:2），搅拌均匀，然后再加入聚合硫酸盐，使泥浆的pH值为8，搅拌均匀后通过离心脱水进行过滤，取沉淀通过晒干的方式进行除水后得到钻井液用无机膨润土。
实施例3
一种钻井液用无机膨润土的制备方法，具体包括以下步骤:
（1）、取Na2CO3和络合剂混合均匀后制得复合钠化剂（Na2CO3和络合剂的质量比为12:1，络合剂为乙二胺四甲叉磷酸钠），将低品级钙基膨润土（蒙脱石的含量为75%）粉碎后过200目筛，加入复合钠化剂（低品级钙基膨润土和复合钠化剂的加入重量比为25：1），搅拌均匀得到混合物，然后将混合物溶于水中（混合物与水的加入重量比为1:12），并用火碱调节pH至12，搅拌均匀，得到泥浆，备用；
（2）、在步骤（1）制得的泥浆中加入无机复合悬浮剂（无机复合悬浮剂的加入量为步骤（1）中混合物重量的1/25，无机复合悬浮剂由硅酸盐和硫酸盐组成，且硅酸盐和硫酸盐的重量比为1:3），搅拌均匀，然后再加入聚合硫酸盐，使泥浆的pH值为9，搅拌均匀后通过带式压滤进行过滤，取沉淀通过设备烘干的方式进行除水后得到钻井液用无机膨润土。
实施例4
一种钻井液用无机膨润土的制备方法，具体包括以下步骤:
（1）、取Na2CO3和络合剂混合均匀后制得复合钠化剂（Na2CO3和络合剂的质量比为10:1，络合剂为二乙烯三胺五甲叉膦酸盐），将低品级钙基膨润土（蒙脱石的含量为80%）粉碎后加入复合钠化剂（低品级钙基膨润土和复合钠化剂的加入重量比为25：1），搅拌均匀得到混合物，然后将混合物溶于水中（混合物与水的加入重量比为1:15），并用火碱调节pH至12，搅拌均匀，得到泥浆，备用；
（2）、在步骤（1）制得的泥浆中加入无机复合悬浮剂（无机复合悬浮剂的加入量为步骤（1）中混合物重量的1/25，无机复合悬浮剂由硅酸盐和硫酸盐组成，且硅酸盐和硫酸盐的重量比为1:5），搅拌均匀，然后再加入聚合硫酸盐，使泥浆的pH值为10，搅拌均匀后通过板框压滤进行过滤，取沉淀通过自然风干的方式进行除水后得到钻井液用无机膨润土。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种钻井液用无机膨润土的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤:
（1）、取Na2CO3和络合剂混合均匀后制得复合钠化剂，将低品级钙基膨润土粉碎后加入复合钠化剂，搅拌均匀得到混合物，然后将混合物溶于水中，并用火碱调节pH≥12，搅拌均匀，得到泥浆，备用；
（2）、在步骤（1）制得的泥浆中加入无机复合悬浮剂，搅拌均匀，然后再加入聚合硫酸盐，使泥浆的pH值为7～10，搅拌均匀后过滤，取沉淀除去水分后得到钻井液用无机膨润土。
2.如权利要求1所述一种钻井液用无机膨润土的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）采用的低品级钙基膨润土中蒙脱石的含量为60-80%，低品级钙基膨润土粉碎后过200目筛。
3.如权利要求1所述一种钻井液用无机膨润土的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）的复合钠化剂中Na2CO3和络合剂的质量比为20:1-10:1，络合剂为氨三乙酸钠、乙二胺四乙酸盐、二乙烯三胺五羧酸盐，乙二胺四甲叉磷酸钠或二乙烯三胺五甲叉膦酸盐。
4.如权利要求1所述一种钻井液用无机膨润土的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中低品级钙基膨润土和复合钠化剂的加入重量比为25：1。
5.如权利要求1所述一种钻井液用无机膨润土的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中混合物与水的加入重量比为1:5-1:15。
6.如权利要求1所述一种钻井液用无机膨润土的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的无机复合悬浮剂由硅酸盐和硫酸盐组成，且硅酸盐和硫酸盐的重量比为1:1～1:5。
7.如权利要求6所述一种钻井液用无机膨润土的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中无机复合悬浮剂的加入量为步骤（1）中混合物重量的1/25。
8.如权利要求1所述一种钻井液用无机膨润土的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中通过加入聚合硫酸盐调节泥浆的pH值为7～10，聚合硫酸盐加入量为步骤（1）中混合物重量的1/100。
9.如权利要求1所述一种钻井液用无机膨润土的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中泥浆通过真空抽滤、离心脱水、带式压滤或板框压滤进行过滤。
10.如权利要求1所述一种钻井液用无机膨润土的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中沉淀通过自然风干、晒干或设备烘干的方式进行除水。
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