CN108147419A - 亲有机物质粘土和包含它们的钻井液 - Google Patents

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Abstract

亲有机物质粘土包含被季铵离子离子交换的蒙脱石型粘土，其中至少75摩尔％的所述季铵离子是双‑(2‑羟丙基)‑二甲基铵脂肪酸酯且至少90％的所述双‑(2‑羟丙基)‑二甲基铵脂肪酸酯的脂肪酸部分具有结构RC(O)，其中基团R是包含9‑21个碳原子的直链烷基或烯基。所述亲有机物质粘土可用于增稠油基组合物，特别是包含油相的用于钻油或气井的钻井液。

Description

亲有机物质粘土和包含它们的钻井液
发明领域
本发明涉及可用于在高温下增稠油基组合物的亲有机物质粘土，并涉及包含所述亲有机物质粘土的钻井液。
发明背景
亲有机物质粘土，其中蒙脱石型(smectite-type)粘土已经与四烷基季铵盐例如氯化二甲基-二(C14-C18烷基)铵进行离子交换，是已知的并且已经发现用作油基组合物的增稠剂。它们特别用作油基钻井液的添加剂，以防止颗粒(例如钻屑或重晶石加重剂)沉降。然而，四烷基铵盐的生物降解性差，且通常是杀菌的。因此，使用包含四烷基铵离子的亲有机物质粘土可能会导致环境问题，并在一些地区被环境法规所禁止。因此，需要不含生物降解性差的有机成分的亲有机物质粘土。
US 5,718,841公开了亲有机物质粘土，其中蒙脱石型粘土已经与包含烷基或芳烷基酯基团的季铵盐进行离子交换。具体公开的是包含双-(2-羟乙基)-二甲基铵二椰油脂肪酸酯、双-(2-羟乙基)-二甲基铵二氢化牛油脂肪酸酯和三-(2-羟乙基)-甲基铵离子的相应脂肪酸酯的亲有机物质粘土。该文献还公开了这些亲有机物质粘土在非含水钻井液中的用途。
US 5,718,841中制备的亲有机物质粘土包含具有易于水解的酯键的季铵离子。这限制了它们在高温下在含水油基组合物(例如在高温下使用的w/o乳液钻井液)中的使用。
WO 2006/079775公开了包含亲有机物质粘土的钻井液，所述亲有机物质粘土包含带有具有酰胺键的取代基的季铵盐。具体公开的是包含苄基-二甲基-(3-十八烷基酰氨基丙基)铵离子的亲有机物质粘土。在约65℃下这些亲有机物质粘土显示出使w/o乳液钻井液增稠16小时。然而，这些亲有机物质粘土必须以比包含二甲基-二(C14-C18烷基)铵离子的亲有机物质粘土更大的量使用。WO 2006/079775中使用的带有具有酰胺键的取代基的季铵盐比带有具有酯键的取代基的季铵盐的生物降解性也更低。
WO 01/28924公开了亲有机物质粘土，其中蒙脱石型粘土已经与为季铵化三烷醇胺的二酯的季铵盐进行离子交换。该亲有机物粘土用于与聚合物制备的纳米复合材料。
因此，仍然需要包含可生物降解的季铵离子的亲有机物质粘土，所述亲有机物质粘土具有与包含四烷基铵离子的常规亲有机物质粘土相当的增稠效率，并且在高温下在待用于w/o乳液钻井液的w/o乳液中足够稳定。
发明概述
现在已经发现，与现有技术中已知的双-(2-羟乙基)-二甲基铵牛油脂肪酸酯相比，包含双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的新型亲有机物质粘土意外地在增稠w/o乳液钻井液方面更有效并为该钻井液提供更好的乳液稳定性。
因此，本发明的一个主题是包含被季铵离子离子交换的蒙脱石型粘土的亲有机物质粘土，其中至少75摩尔％的所述季铵离子是双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯，且至少90％的所述双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的脂肪酸部分具有结构RC(O)，其中基团R是包含9-21个碳原子的直链烷基或烯基。
本发明的另一个主题是用于钻油井或气井的钻井液，其包含油相和本发明的亲有机物质粘土。
本发明的主题还在于用于制备本发明的亲有机性粘土的第一种方法，其中将包含蒙脱石型粘土、0至15重量％的水和/或极性溶剂以及包含至少75摩尔％的甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的季铵盐的混合物在高于所述季铵盐熔点的温度下均匀化，并将所得均匀化的混合物干燥。
本发明的另一个主题是用于制备本发明的亲有机物质粘土的第二种方法，其中将蒙脱石型粘土的含水悬浮液与包含至少75摩尔％的甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的季铵盐在高于所述季铵盐熔点的温度下混合，将固体与所得悬浮液分离并将分离的固体干燥。
发明详述
本发明的亲有机物质粘土包括蒙脱石型粘土。术语蒙脱石型粘土是指包含可交换的阳离子(即在极性溶剂如水或醇存在下可以与和蒙脱石粘土接触的盐的阳离子交换的阳离子)的层状硅酸盐。蒙脱石型粘土通常具有三层结构，其中每个层状硅酸盐片包含两个硅酸盐四面体层和在所述两个四面体层之间的一个八面体配位的金属(通常为铝或镁)离子层。
蒙脱石型粘土可以是天然粘土矿物或合成粘土。合适的天然蒙脱石型粘土是现有技术中已知的膨润土、蒙脱土、锂蒙脱石、贝保石、富镁蒙脱石或皂石矿物。优选的天然蒙脱石型粘土是膨润土粘土，优选包含至少60重量％的蒙脱土的膨润土粘土，优选组成为(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2的蒙脱土。适合的蒙脱石型粘土市售可得，例如以商品名DS来自Elementis Specialties的锂蒙脱石、以商品名STANDARD和PREMIUM来自Bentonite Performance Minerals的膨润土。
蒙脱石型粘土优选具有至少75毫当量可交换阳离子/100g粘土的阳离子交换量。在本上下文中的术语阳离子交换量是指在pH 7下可以与1N乙酸铵溶液进行离子交换的阳离子量。适于确定蒙脱石型粘土的阳离子交换量的方法从M.B.Rollins,D.L.Pool,Claysand Clay Minerals 16(1968)165-172已知。阳离子交换量也可以用L.P.Meier,P.Kahr,Clays and Clay Minerals 47(1999)386-388的光度计法确定。
在本发明的亲有机物质粘土中，蒙脱石型粘土被季铵离子离子交换。本文中的术语“季铵离子”是指包含至少一个带正电荷的氮原子的阳离子，该氮原子仅与碳原子键合。优选地，蒙脱石型粘土的可交换阳离子的至少75摩尔％且至多100摩尔％被季铵离子离子交换。
至少75摩尔％且至多100摩尔％的季铵离子是双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯。双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯可以是结构(CH3)2N+(CH2CH(CH3)OH)(CH2CH(CH3)OC(＝O)R)的单酯、结构(CH3)2N+(CH2CH(CH3)OC(＝O)R)2的二酯，或单酯和二酯的混合物，其中R是脂肪酸部分RCOO的烃基。优选地，双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯平均具有1.2-2.0的脂肪酸部分与铵氮的摩尔比。至少90％的双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的脂肪酸部分具有结构RC(O)，其中基团R是包含9-21个碳原子的直链烷基或烯基。
双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的脂肪酸部分可以衍生自单一脂肪酸物质，例如棕榈酸(十六烷酸)、硬脂酸(十八烷酸)或油酸，或衍生自脂肪酸混合物。优选地，双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的脂肪酸部分衍生自天然来源的脂肪酸混合物，更优选来自天然油脂的脂肪酸。合适的脂肪酸混合物可以来源于菜籽油、椰油、棉籽油、棕榈油、大豆油、向日葵油或牛油。
脂肪酸部分的烃基R优选具有16至18个碳原子、最优选16.5至17.8个碳原子的平均链长。基于脂肪酸混合物中各个脂肪酸的重量分数计算平均链长。可以调节平均链长，做法是从天然来源选择具有所需脂肪酸平均链长的脂肪酸，或混合来自不同天然来源具有不同平均链长的脂肪酸。包含具有这种平均链长的脂肪酸部分的本发明的亲有机物质粘土为包含所述亲有机物质粘土的钻井液提供较高的粘度，并且在高温下较少的随时间的粘度损失。当在w/o乳液钻井液中使用时，它们还提供更好的乳液稳定性。
脂肪酸部分的烃基R可以是饱和或不饱和的，并且对于游离脂肪酸RCOOH计算，可以具有0至120的碘值。碘值是通过ISO 3961方法确定的100克脂肪酸的双键反应消耗的碘量。可以调节碘值，做法是从天然来源选择具有所需碘值的脂肪酸，或混合来自不同天然来源具有不同碘值的脂肪酸，或部分氢化具有较高碘值的脂肪酸或脂肪酸混合物。双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯优选包含小于6重量％的多不饱和脂肪酸部分。可以通过选择性接触氢化来降低多不饱和脂肪酸部分的分数，选择性接触氢化是对CH＝CH-CH2-CH＝CH-子结构中的一个双键的选择性氢化而不是对单不饱和烃基的双键的氢化。
除了二-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯之外，本发明的亲有机物质粘土还可以包含(2-羟丙基)-(1-甲基-2-羟乙基)-二甲基铵脂肪酸酯。(2-羟丙基)-(1-甲基-2-羟乙基)-二甲基铵脂肪酸酯可以是结构(CH3)2N+(CH2CH(CH3)OH)(CH(CH3)CH2OC(＝O)R)的单酯、结构(CH3)2N+(CH2CH(CH3)OC(＝O)R)(CH(CH3)CH2OH)的单酯、结构(CH3)2N+(CH2CH(CH3)OC(＝O)R)(CH(CH3)CH2OC(＝O)R)的二酯、或单酯和二酯的混合物，其中R是脂肪酸部分RCOO的烃基。(2-羟丙基)-(1-甲基-2-羟乙基)-二甲基铵脂肪酸酯优选包含与双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯相同的脂肪酸部分。本发明的亲有机物质粘土优选包含摩尔比为4:1至20:1的双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯和(2-羟丙基)-(1-甲基-2-羟乙基)-二甲基铵脂肪酸酯。
本发明的亲有机物质粘土还可以包含少量不含酯部分的季铵离子，例如双-(2-羟丙基)-二甲基铵离子、(2-羟丙基)-(1-甲基-2-羟乙基)-二甲基铵离子、甲基-三-(2-羟乙基)铵离子或四烷基铵离子。
本发明的亲有机物质粘土可以通过包含可交换的金属或铵阳离子的蒙脱石型粘土与包含至少75摩尔％的双-(2-羟丙基)-二甲基铵盐脂肪酸酯的季铵盐之间的离子交换来制备。离子交换优选用包含可交换的钠离子的蒙脱石型粘土进行。优选地，使用已被钠而离子交换的蒙脱石型粘土。这种钠交换的蒙脱石型粘土可以通过现有技术已知的方法制备，例如从B.Isaac,Soil Sci.107(1969)337-342得到，并且市售可得，例如以商品名PREMIUM得自Bentonite Performance Minerals的钠交换的膨润土。
季铵盐优选为甲基硫酸盐，且双-(2-羟丙基)-二甲基铵盐脂肪酸酯优选为甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯。离子交换可以通过将蒙脱石型粘土的含水悬浮液与季铵盐的熔体或含水分散体混合以所谓的湿法进行。或者，离子交换可以通过将蒙脱石型粘土与季铵盐的熔体混合而以所谓的干法进行。将蒙脱石型粘土与季铵盐的熔体混合优选在少量水、极性溶剂或二者的混合物的存在下进行。水和/或极性溶剂的量可以足够小以将蒙脱石型粘土保持为粉末形式，或者可以选择足够大以将蒙脱石型粘土转化成可捏合团块。
季铵盐的熔点优选为-10至80℃。由于季铵盐通常是不具有清晰熔点的不同物质的混合物，因此本上下文中的术语熔点是指通过差示扫描量热法确定的熔解曲线中的最大值。
可用于与蒙脱石型粘土进行离子交换的甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯可以通过使双-(2-羟丙基)-甲基胺或包含(2-羟丙基)-(1-甲基-2-羟乙基)-甲基胺和双-(2-羟丙基)-甲基胺的胺混合物与脂肪酸反应，并用硫酸二甲酯使所得产物季化而制备。包含以合适摩尔比的(2-羟丙基)-(1-甲基-2-羟乙基)-甲基胺和双-(2-羟丙基)-甲基胺的胺混合物可以通过使甲基胺与环氧丙烷在合适的反应条件下反应来制备，并且可从BASF和Lanxess市售获得。
在第一步中，使双-(2-羟丙基)-甲基胺或所述胺混合物与脂肪酸反应，优选脂肪酸与胺的摩尔比为1.2-2.0。反应优选在160-220℃的温度下进行。优选通过蒸馏从反应混合物中除去水。在反应过程中，压力优选从环境压力降至100至5毫巴范围内的压力以增强水的去除。第一步可以在酸性催化剂的存在下进行，酸性催化剂优选以0.05至0.2重量％的量使用。合适的酸性催化剂是甲磺酸、对甲苯磺酸和次磷酸。反应优选进行直到反应混合物的酸值在1-10mg KOH/g的范围内。酸值通过根据ISO 660使用标准化的碱溶液滴定来确定，并且以mg KOH/g样品计算。
在第二步中，使第一步中得到的反应混合物与硫酸二甲酯反应，优选硫酸二甲酯与胺的摩尔比为0.90-0.97。反应优选在60-100℃的温度下进行。反应优选进行直到反应混合物的总胺值在1-8mg KOH/g的范围内。根据美国石油化学家协会(American OilChemists Society)的方法Tf 2a-64，通过用高氯酸的非水滴定来确定总胺值，并且以mgKOH/g样品计算。
在本发明的用于制备本发明的亲有机物质粘土的第一种方法中，包含蒙脱石型粘土、0至15重量％的水和/或极性溶剂以及包含至少75摩尔％的甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的季铵盐的混合物在高于所述季铵盐熔点的温度下均匀化，并将所得均匀化的混合物干燥。术语极性溶剂代表在25℃下介电常数大于10的溶剂，并且优选在25℃下介电常数大于20。极性溶剂的介电常数通常低于水的介电常数。优选的极性溶剂是具有1至4个碳原子的一元、二元或多元醇，如乙醇、1-丙醇、2-丙醇、乙二醇、丙二醇和甘油。极性溶剂可以与水或与一种或多种其它极性溶剂混合使用。在这种情况下，0-15重量％的范围适用于水和极性溶剂的组合量。用于制备亲有机物质粘土的混合物优选包含水、极性溶剂或两者，水和极性溶剂的组合量为0.1-15重量％，更优选8-12重量％。
蒙脱石型粘土优选作为干燥粉末或水湿粉末使用。水或水和醇的混合物可以单独地加入，或者与蒙脱石型粘土一起加料。醇溶剂可以单独加入、与蒙脱石型粘土一起加入或与季铵盐一起加入。
季铵盐优选作为熔体加入，并且可以包含至多15重量％的作为稀释剂的醇，例如乙醇、2-丙醇或1,2-丙二醇。季铵盐优选具有如上定义的-10℃至80℃的熔点。季铵盐的用量优选为使蒙脱石型粘土的铵氮与可交换阳离子的摩尔比为0.9:1至1.1:1，优选0.95:1至1.05:1。这里的摩尔比是指如上定义的阳离子交换量。
蒙脱石型粘土、水和/或极性溶剂和季铵盐的混合物可以用常规固体混合器或共混器均匀化，并且优选用碾泥机(pug mill)或挤出机均匀化。使混合物在高于季铵盐熔点的温度下均匀化，并优选均匀化15至30分钟。
然后将所得均匀化的混合物干燥以除去全部或一部分水和极性溶剂。干燥优选在60至70℃下进行。均匀化的混合物可以在干燥之前、干燥之后或在干燥之前和之后二者进行研磨。可以用传统的研磨机或磨机如锤磨机、球磨机或转磨机进行研磨。
均匀化的混合物在干燥后优选进行研磨。研磨后，优选通过筛分除去大于75μm的颗粒。
在用于制备本发明的亲有机物质粘土的本发明的第二种方法中，在高于季铵盐熔点的温度下将蒙脱石型粘土的含水悬浮液与季铵盐混合，所述季铵盐包含至少75摩尔％的甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯，从所得悬浮液分离出固体，将分离的固体干燥。
蒙脱石型粘土的含水悬浮液优选包含2-20重量％的粘土，并且优选通过使用常规高剪切混合器或共混器如共混器将蒙脱石型粘土分散在水或水溶液中来制备蒙脱石型粘土的含水悬浮液。
季铵盐优选作为熔体加入，并且可以包含至多15重量％的作为稀释剂的醇，例如乙醇、2-丙醇或1,2-丙二醇。季铵盐优选具有如上定义的-10℃至80℃的熔点。季铵盐的用量优选为使蒙脱石型粘土的铵氮与可交换阳离子的摩尔比为0.9:1至1.1:1，优选0.95:1至1.05:1。这里的摩尔比是指如上定义的阳离子交换量。
含水悬浮液和季铵盐的混合可以用常规混合器或共混器进行，优选使用与用于制备蒙脱石型粘土的含水悬浮液相同的装置来进行。在将固体与所得悬浮液分离之前，混合优选进行30至60分钟。
可以通过任何合适的技术(例如过滤或离心)将固体与所得悬浮液分离。
然后将分离的固体干燥。干燥可如上文对于本发明的第一种方法所述来进行。
干燥的固体优选在干燥后进行研磨。干燥固体的研磨可以如上详述进行。研磨后，优选通过筛分除去大于75μm的颗粒。
本发明的亲有机物质粘土可用于增稠油基组合物，例如油基钻井液、油漆或密封剂。本发明的亲有机物质粘土中所含的双-(2-羟丙基)二甲基铵脂肪酸酯是完全可生物降解的，因此本发明的亲有机物质粘土可用于配制可生物降解的油基组合物。本发明的亲有机物质粘土中包含的季铵离子的生物降解使用于制造本发明的亲有机物质粘土的无机粘土再生。由于二-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的快速生物降解，季铵盐从本发明的亲有机物质粘土中的浸出不会造成环境危害。
与现有技术的包含具有酯键的季铵离子的亲有机物质粘土相比，本发明的亲有机物质粘土具有更好的水解稳定性，因此即使在升高的温度下也可以在包含水的油基组合物中使用，在这样的组合物中提供与包含四烷基铵离子的亲有机物质粘土相当的稳定性。因此，本发明的亲有机物质粘土优选用于包含5-40重量％水的油基组合物中，并且可用于增稠油包水乳液。
本发明的亲有机物质粘土特别可用于增稠用于钻油井或气井的钻井液，因为其可用于配制可在环境敏感区域中用于离岸钻井的生物可降解钻井液，并且在120℃的温度且可能甚至在更高温度下提供足够的水解稳定性。
因此，本发明还涉及用于钻油井或气井的钻井液，其包含油相和本发明的亲有机物质粘土。
油相可以包含现有技术已知的用于配制钻井液的任何油，并且优选是脂肪酸甲酯的混合物。这样的混合物被称为生物柴油并且市售可得。
本发明的钻井液优选包含10-50g/l的本发明的亲有机物质粘土。
本发明的钻井液优选还包含分散的水相，优选油相与分散的水相的重量比(不包括分散在相中的固体)在95:5至50:50的范围内，更优选在90:10到70:30的范围内。水相可以是水或盐溶液，例如氯化钠或氯化钙的溶液，并且优选为包含约30重量％的氯化钙的浓氯化钙溶液。
本发明的钻井液可另外包含一种或多种用于将水相分散在油相中并使分散体稳定的乳化剂。
本发明的钻井液还可包含加重剂(weighting agent)，优选重晶石。
实施例
实施例1
由甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵油酸二酯通过干法制备的亲有机物质粘土
将来自Bentonite Performance Minerals的PREMIUM S钠膨润土(50g)放入运行中的具有加热至60℃的硬瓷研钵及研杵的RM 200研钵研磨机的研杵中。滴加去离子水(5g)以使粘土溶胀，并将所得混合物再研磨3分钟。然后加入熔融的甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵油酸(oleic acid)二酯(38.8g)，将混合物研磨20分钟。将所得亲有机物质粘土在60℃的烘箱中干燥16小时，用BrinkmannZM-1实验室台式超离心研磨机研磨，并通过200目筛筛分，得到粒径小于75μm的亲有机物质粘土粉末。
将Exxon EscaidTM 110烃流体(280ml)、30重量％的氯化钙水溶液(72.4ml)、亲有机物质粘土粉末(8.0g)、硬脂酸(6.0g)和氢氧化钙(0.8g)置于HamiltonHMD200混合器，并在设置II下混合30分钟，以制备基础钻井液。在48.9℃(120°F)下对于该新制备的基础钻井液、和对于在得自OFI testing equipment的五辊烘箱中在121℃(250°F)下以25min-1旋转16小时老化的样品确定流变性质和乳液稳定性。根据AmericanPetroleum Institute Recommended Practice 13D，使用来自OFI testing equipment的Couette同轴圆筒旋转粘度计800型确定流变特性。使用来自OFI testing equipment的电稳定性仪测定以介电击穿电压表示的乳液稳定性。
表1列出了刚制备的和在121℃(250°F)下动态老化后的基础钻井液的三个制剂的平均流变学数据。每个样品确定乳液稳定性四次，表1给出95％置信区间的平均值。
用于钻油井或气井的钻井液可以通过将350g基础钻井液与236g重晶石以及6g辅助乳化剂(例如脂肪酰胺基胺或脂肪咪唑啉)混合来制备。
表1
实施例1的基础钻井液的流变性质和乳液稳定性
实施例2
由部分氢化的牛油脂肪酸的甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸二酯通过干法制备的亲有机物质粘土
使用38.0g碘值为20的部分氢化的牛油脂肪酸的甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸二酯重复实施例1。
表2列出了刚制备和在121℃下老化后的基础钻井液的三个制剂的平均流变学数据。测定每个样品的乳液稳定性四次，表2给出95％置信区间的平均值。
表2
实施例2的基础钻井液的流变性质和乳液稳定性
实施例3(比较例)
由氯化双-(2-羟乙基)-二甲基铵脂肪酸二酯通过干法制备的亲有机物质粘土
使用37.8g碘值为20的部分氢化的牛油脂肪酸的氯化双-(2-羟乙基)-二甲基铵脂肪酸二酯重复实施例1研磨15分钟。
表3列出了刚制备和在121℃下老化后的基础钻井液的三个制剂的平均流变学数据。测定每个样品的乳液稳定性四次，表3给出95％置信区间的平均值。
表3
实施例3的基础钻井液的流变性质和乳液稳定性
实施例4(比较例)
由氯化二(C14-C18-烷基)二甲基铵通过干法制备的亲有机物质粘土
使用33.4g氯化二(C14-C18-烷基)二甲基铵重复实施例1。
表4列出了刚制备和在121℃下老化后的基础钻井液的三个制剂的平均流变学数据。测定每个样品的乳液稳定性四次，表4给出95％置信区间的平均值。
表4
实施例4的基础钻井液的流变性质和乳液稳定性
实施例5
由部分氢化的牛油脂肪酸的甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸二酯通过湿法制备的亲有机物质粘土
将去离子水(700ml)放在双速共混器中。将共混器设定为高速，加入来自Bentonite Performance Minerals的PREMIUM E钠膨润土(30g)，将混合物共混30秒。将所得悬浮液倒入装有1.5升水的3升烧杯中，并在用顶置式搅拌器以100分钟-1搅拌的同时在热板上加热至80℃。然后将搅拌速率提高到500分钟-1，在搅拌下缓慢加入碘值为20的熔融的部分氢化的牛油脂肪酸的甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸二酯(22.8g)，所得混合物在不加热的情况下在500分钟-1下再搅拌30分钟。然后通过在Q8滤纸上真空过滤来分离亲有机物质粘土，在60℃的烘箱中干燥16小时，用BrinkmannZM-1实验室台式超离心研磨机研磨，并通过200目筛筛分来提供粒径小于75μm的亲有机物质粘土粉末。
通过实施例1的方法制备基础钻井液。
表5列出了刚制备和在121℃下老化后的基础钻井液的流变学数据。测定每个样品的乳液稳定性五次，表5给出95％置信区间的平均值。
表5
实施例5的基础钻井液的流变性质和乳液稳定性
实施例1至3证明了本发明的亲有机物质粘土比现有技术的用双-(2-羟乙基)-二甲基铵脂肪酸酯盐制备的亲有机物质粘土更有效地增稠钻井液，并且在高温下提供了钻井液的更好的乳液稳定性。与实施例4的比较表明，本发明的亲有机物质粘土在允许在钻井液中替代由不可生物降解的四烷基铵盐制成的常规亲有机物质粘土的水平提供增稠和乳液稳定性。

Claims (19)

1.一种亲有机物质粘土，其包含被季铵离子离子交换的蒙脱石型粘土离子，其中至少75摩尔％的所述季铵离子是双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯，且至少90％的所述双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的脂肪酸部分具有结构RC(O)，其中基团R是包含9-21个碳原子的直链烷基或烯基。
2.权利要求1的亲有机物质粘土，其另外包含(2-羟丙基)-(1-甲基-2-羟乙基)-二甲基铵脂肪酸酯，其中双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯与(2-羟丙基)-(1-甲基-2-羟乙基)-二甲基铵脂肪酸酯的摩尔比为4:1至20:1。
3.权利要求1或2的亲有机物质粘土，其中所述蒙脱石型粘土的至少75摩尔％的可交换阳离子被季铵离子离子交换。
4.权利要求1至3中任一项的亲有机物质粘土，其中所述蒙脱石型粘土包括膨润土。
5.权利要求4的亲有机物质粘土，其中所述膨润土包含至少60重量％的蒙脱土。
6.权利要求1至5中任一项的亲有机物质粘土，其中基团R的平均链长为16至18个碳原子。
7.权利要求1至6中任一项的亲有机物质粘土，其中基团R对于游离脂肪酸RCOOH计算的碘值为0至120。
8.权利要求1至7中任一项的亲有机物质粘土，其中所述双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯平均具有1.2至2.0的脂肪酸部分与铵氮的摩尔比。
9.一种制备根据权利要求1至8中任一项的亲有机物质粘土的方法，其中将包含蒙脱石型粘土、0至15重量％的水和/或极性溶剂以及包含至少75摩尔％的甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的季铵盐的混合物在高于所述季铵盐熔点的温度下均匀化，并将所得均匀化的混合物干燥。
10.权利要求9的方法，其中所述均匀化的混合物在其已被干燥之后进行研磨。
11.一种制备根据权利要求1至8中任一项的亲有机物质粘土的方法，其中将蒙脱石型粘土的含水悬浮液与包含至少75摩尔％的甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的季铵盐在高于所述季铵盐熔点的温度下混合，将固体与所得悬浮液分离并将分离的固体干燥。
12.权利要求11的方法，其中所述干燥的固体进行研磨。
13.权利要求10或12的方法，其中在研磨后通过筛分除去大于75μm的颗粒。
14.权利要求9至13中任一项的方法，其中所述季铵盐的熔点为-10℃至80℃。
15.权利要求1至8中任一项中所定义的亲有机物质粘土用于增稠油基组合物的用途。
16.权利要求15的用途，其中所述油基组合物包含5至40重量％的水。
17.一种用于钻油井或气井的钻井液，其包含油相和如权利要求1至8中任一项所定义的亲有机物质粘土。
18.权利要求17的钻井液，其还包括分散的水相。
19.权利要求18的钻井液，其中除分散在相中的固体之外，油相与分散的水相的重量比在95:5至50:50的范围内。
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