CN114539992A - 一种改进的油基钻井液用有机累托石及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种改进的油基钻井液用有机累托石，以重量份计，由以下组分制备而得：累托石100份、季铵盐8～80份、阴离子表面活性剂0.08～40份；其制备方法包括以下步骤：A、碱化处理；B、无机酸活化处理；C、采用季铵盐和阴离子表面活性剂的有机化处理；D、过滤、陈化、干燥、粉碎、包装。相较于现已公开的油基钻井液用有机累托石产品，本发明的产品在钻井液体系中的性能得到了显著的提高；相较于现有的各种油基钻井液用有机土，本发明的产品及其制备方法具有生产成本较低和对原材料要求简单等优势。

Description

一种改进的油基钻井液用有机累托石及其制备方法

技术领域

本发明涉及油基钻井液用有机累托石技术领域，尤其是涉及一种改进的油基钻井液用有机累托石及其制备方法。

背景技术

有机粘土，又称有机土，在工业上可广泛应用于石油钻井液、涂料、聚合物纳米复合材料及其它的精细化工领域，其中，在石油钻井液领域，可用做油基钻井液的亲油胶体材料，为钻井液体系所要求的流变性提供保障。

现有油基钻井液用有机土的原料以膨润土为主，膨润土的主要成分为蒙脱石。可用于制备分散性较好的油基钻井液用有机土的蒙脱石的阳离子交换量一般为80～160mmol/100g。累托石也是一类粘土，同时也是一种层状硅酸盐，同样也具有阳离子交换能力，然而，累托石的分子结构与蒙脱石并不相同，尤其是，其晶面间距d[001]大约是蒙脱石的两倍，其分子内比蒙脱石多出了一个不参加阳离子交换的亚结构，导致其阳离子交换量大约只有蒙脱石的一半。世界上已经发现的累托石矿物的阳离子交换量大约为44～55mmol/100g。制备有机土，一般是用具有阳离子交换能力的有机阳离子交换剂与粘土进行反应，有机阳离子随反应而进入粘土分子层间，并生成有机土作为反应产物，这就意味着同样经过充分的阳离子交换反应，累托石比蒙脱石所需的阳离子交换剂少得多。工业上，一般采用季铵盐类阳离子表面活性剂作为有机阳离子交换剂。我们知道，季铵盐的成本远远高于非金属矿粘土的成本，是有机土原辅材料的首要的成本构成项。这就意味着若能同样保证性能符合石油钻井领域的要求，因累托石阳离子交换量比蒙脱石小得多，有机累托石的制备成本将会大大低于有机膨润土的成本。

专利201010258856.0、专利201510893277.6、专利201511005536.3公开了几种不同的有机累托石及其制备方法，其中的有机累托石都是由累托石和单长链烷基季铵盐反应而制得。专利201610053343.3则公开了一种大晶面间距的有机粘土及其生产方法，所制备的有机累托石由累托石和双长链烷基季铵盐反应所得。

经过简单计算就会发现，两个单长链烷基季铵盐的分子量之和大于相应的双长链烷基季铵盐的分子量，所以，即便采用双长链季铵盐的技术方案，有机累托石的制备成本也低于相应的有机膨润土。这说明，无论是单长链烷基季铵盐还是双长链烷基季铵盐的技术方案，有机累托石都具有显而易见的成本优势。

另一方面，一般制备钻井液用有机膨润土要求参与反应的蒙脱石纯度很高，通常需要90%甚至95%以上才能制备优质的油基钻井液用有机膨润土。使用累托石来制备油基钻井液用有机土时，当采用以双长链季铵盐为有机阳离子交换剂的技术方案时，则可以在油基钻井液中形成胶体时获得两倍的烷基长链胶体网络骨架密度，换句话说，同样保证相同的胶体网络骨架密度，当采用双长链季铵盐的技术方案并使其充分进行有机阳离子交换反应，则所要求的累托石原料的纯度可以降低一半，因此，这样就降低了对累托石原料的纯度的要求，大大有利于工业生产。世界上现有的累托石矿选矿提纯非常困难，因此，选择恰当配比的双长链季铵盐以便降低对原料的品质要求，具有特别重要的意义。

现已公开的有机累托石在基础油中，尤其是在白油、合成基油等清洁油品基础油中的成胶比较好，专利201010258856.0、专利201510893277.6、专利201511005536.3、专利201610053343.3都已经说明累托石在油中的胶体率很高，在有机累托石/基础油二元体系的常温流变性、高温流变性也比较好。但是，有机累托石配置成乳化液体系、钻井液体系后，性能往往存在一些问题，如：粘度值不理想，动切力、静切力性能不够好，等等。这说明，对有机累托石来说，油/有机土二元体系与油/有机土/乳化剂或再加上重晶石之类的加重剂后的多元体系的性能是不一样的。

如何既能保持有机累托石的生产成本低、对原料提纯要求简单等优势，又能显著地提高其在油基钻井液体系中的性能，是油基钻井液用有机累托石领域的关键课题。因此，有必要针对上述要点，进行技术改进。

发明内容

本发明的目的是为油基钻井液领域提供一种制备成本较低、对原材料要求简单、性能在现已公开的油基钻井液用有机累托石的基础上有显著提高的产品，同时提供该产品的制备方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种改进的油基钻井液用有机累托石，以重量份计，包括以下重量份组分制备而得：累托石100份、季铵盐8～80份、阴离子表面活性剂0.08～40份。

上述组分中所述的累托石为钙基累托石，纯度为55～94%，其分子结构里的层间阳离子中的钙离子占比达到50%以上。

所述的季铵盐为带有单长链或双长链且最长链的碳原子数为8～22的烷基季铵盐表面活性剂中的一种或多种，其结构简式为 [(R1,R2,R3,R4)N]⁺X⁻ , 其中(R1,R2,R3,R4)N表示一个氮原子有四个键分别与R1、R2、R3、R4连接，简式中，R1为碳原子数为8～22的直链烷基或带有活性基的烷基且活性基是烷氧基、羰基、羧基、羟基、苄基中的一种或多种，R2为碳原子数为1～22的直链烷基或带有活性基的烷基且活性基是烷氧基、羰基、羧基、羟基、苄基中的一种或多种，R3、R4为碳原子数为1～4的直链烷基或带有活性基的烷基且活性基是烷氧基、羰基、羧基、羟基、苄基中的一种或多种，X⁻为季铵盐的阴离子，该阴离子包括但不限于氯离子(Cl⁻)、溴离子(Br⁻)和硫酸甲酯根离子（[CH₃O-SO₃]⁻。

具体地，所述的季铵盐包括但不限于直链烷基三甲基氯化铵、直链烷基二甲基苄基氯化铵、直链烷基二甲基羟乙基氯化铵、双直链烷-聚乙氧基二甲基硫酸甲酯铵、双直链烷基二甲基氯化铵、双直链烷基甲基苄基氯化铵、双直链烷-羧乙基羟乙基甲基硫酸甲酯铵、直链烷基三甲基溴化铵、直链烷基二甲基苄基溴化铵、直链烷基二甲基羟乙基溴化铵、双直链烷基二甲基溴化铵、双直链烷基甲基苄基溴化铵,其中“直链烷基”或“直链烷-”的直链碳原子数n=8～22,优选地，n=12～18。工业上，十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基也分别被称为月桂基、肉豆蔻基、棕榈基、氢化牛脂基。

优选地，每100质量份累托石所需加入的季铵盐的总量范围为：

Q = 0.073776×M×p×(1－wr)÷(1－wq)×(1±20%) ，

式中各变量所表示的意义是：

Q — 有机化反应时，以重量份计，每100份累托石加入季铵盐份数的总重；

M — 所使用的季铵盐的分子量；

p — 累托石纯度，定义域为(0%，100%)；

wr — 累托石含水量，定义域为(0%，100%)；

wq — 季铵盐含水量，定义域为(0%，100%)；

当采用多种季铵盐时，则各个季铵盐用量的摩尔数之和Σ[Qn×(1－wqn)÷Mn](n=1,2,…,max; max表示季铵盐种类的总数)应符合上式Q×(1－wq)÷M取值范围的要求。

所述的阴离子表面活性剂是水溶性的磺酸盐、硫酸酯盐、羧酸盐阴离子表面活性剂的一种或多种，其结构简式分别为[R-SO₃]⁻M⁺、[RO-SO₃]⁻M⁺、[R-COO]⁻M⁺，R为碳原子数为8～22的烷基或带有含活性官能团结构的烷基且活性官能团是烷氧基、羰基、羧基、羟基、苄基、醚键中的一种或多种，M⁺是碱金属离子钠离子或钾离子。

优选地，所述阴离子表面活性剂是直链碳原子数为12～18的烷基硫酸钠(即烷基硫酸酯钠盐，下同)、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、脂肪酸钠、烷基硫酸钾、烷基磺酸钾、烷基苯磺酸钾；橄榄油羧酸钠；吡咯烷酮羧酸钠；脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠；脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠；脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钾中的一种或多种。这里，十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基也分别被称为月桂基、肉豆蔻基、棕榈基、氢化牛脂基。

还优选地，所述的阴离子表面活性剂的加入量是被加入的季铵盐有机阳离子交换剂总重量和的2.5%～25%。

为了实现上述目的，本发明另一方面提供改进的油基钻井液用有机累托石的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)累托石碱化处理：将累托石矿粉加入水中搅拌，使其充分散开，再加入占累托石重量1%～5%的碱金属盐，搅拌约30分钟，然后升温至55～85℃，边保温边继续搅拌30～120分钟；

(2)无机酸活化处理：在前述55～85℃下，在碱化处理后的浆液中加入无机酸，所述的无机酸包括但不限于硫酸、盐酸或硝酸，使得浆液的pH值为2.5～4.5，边保温边继续搅拌30～90分钟；

(3)有机化处理：在前述55～85℃下，加入占累托石重量8～80%的季铵盐并同时加入占累托石重量0.08～40%的阴离子表面活性剂边保温边继续搅拌30～120分钟，或者，先加入一部分或全部季铵盐，保持搅拌30～90分钟，再加入阴离子表面活性剂和剩下的(如果存在)季铵盐，继续保持搅拌30～120分钟；

(4)成品处理：停止加热，将浆液输送到压滤机或其它脱水过滤装置，并将脱水过滤所得的滤饼进行陈化、干燥、粉碎、包装，得到改进的油基钻井液用有机累托石成品。

所述的碱金属盐为呈碱性的钠盐、锂盐的一种或多种，一般是强碱弱酸型钠盐或锂盐，包括但不限于碳酸钠、草酸钠、醋酸钠、氟化钠、碳酸氢钠、磷酸钠、碳酸锂、草酸锂、醋酸锂、氟化锂。碱金属盐总加入量为累托石重量的3%～5%，当累托石原料的pH值大于5时，碱金属盐总加入量应取3%～4%。

优选地，所述的碱金属盐为碳酸钠或碳酸钠与碳酸锂的混合物，且碳酸锂占碱金属盐总重量的0.5～25%。

优选地，所述的无机酸为硫酸、盐酸，无机酸活化处理的温度为70～85℃。

经过无机酸活化后，累托石比表面积增加，还会被溶出一部分Al、Mg离子，增加了层间可交换阳离子量。无机酸活化处理工艺除了增大阳离子交换空间外，还能在有机化反应时更好地吸附有机阳离子，有利于较大分子量季铵盐的阳离子交换反应，也有利于在分散体系中形成更厚、更稳定的胶团。当部分采用或全部采用双长链烷基季铵盐作为有机阳离子交换剂时，无机酸活化处理尤为必要。

有机化处理时，应边加热保温边搅拌，季铵盐、阴离子表面活性剂既可以同时投入、一步完成反应，也可以先投入一部分或全部季铵盐进行有机化反应，待反应进行到一定程度，再同时补投剩余季铵盐(若存在)和阴离子表面活性剂。

优选地，所述的阴离子表面活性剂的加入量是被加入的季铵盐总重量和的2.5%～25%。

所述的压滤机或其它脱水过滤装置包括但不限于普通板框压滤机、隔膜压滤机、真空抽滤机或离心机。

所述的陈化是将过滤后的滤饼置于阴凉通风处堆放至少4～72小时。

所述的干燥是将陈化后的产物在30～105℃温度下干燥至含水率≤3.5%,干燥时，起始干燥温度设定不高于85℃，待含水率降低至15%以下时，可将干燥温度设置至不超过105℃的更高的温度。

所述的粉碎是采用粉碎机将干燥后的产物粉碎成至少80目或平均粒径≤0.173mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：既能保持有机累托石的生产成本低、对原料提纯要求简单等优势，又能显著地提高其在油基钻井液体系中的性能。

具体实施方式

本发明所披露的工艺条件的参数控制范围、参与反应的物质的量的范围和任何具体值都不应局限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值。实际上，符合本发明原理的合理推演、组合的数值或数值范围，应被视为本发明的等价形式，被视同为在本文中具体公开。

另外，在本发明所披露的内容的基础上，本领域的专业技术人员可以对本发明做各种符合本发明原则的改动或修改，这些改动或修改应被视作本发明的等价形式，同样应被视为在本文中具体公开。

实施例1

改进的油基钻井液用有机累托石的制备方法，包含以下步骤：

(1)称取纯度70%、含水率5%的累托石矿粉原料100.0份的重量份，加入到装有2000份重量份的水的反应容器中，搅拌，使其充分散开并形成均匀的浆液，再加入占累托石重量的4.5%的碳酸钠，搅拌30分钟，然后升温至70℃后，边保温边继续搅拌60分钟，得碱化浆液；

(2)在保温70℃情况下，向碱化浆液中加入盐酸，使得浆液的pH值为3～3.5，边保温边继续搅拌60分钟，得活化浆液；

(3)在保温70℃情况下，同时向活化浆液中加入23.0重量份的净含量95%的十八烷基二甲基苄基氯化铵和4.0重量份的十二烷基硫酸钠，边保温边继续搅拌90分钟，得有机累托石成品的浆液；

(4)停止加热，将有机累托石成品浆液输送到压滤机脱水过滤，得有机累托石成品滤饼；

(5)将滤饼陈化24小时；

(6)将陈化后的滤饼在70℃干燥，当含水率小于10%时，再在95℃温度下烘干至含水率小于3.5%；

(7)粉碎至200目，包装入袋，得改进的油基钻井液用有机累托石产品。

实施例2

改进的油基钻井液用有机累托石的制备方法，其步骤是：将实施例1中第(3)步的季铵盐和阴离子表面活性剂分别改为41.5重量份的净含量为85%的双十八烷基甲基苄基氯化铵和6.0重量份的十六烷基苯磺酸钠，其它步骤与实施例1相同。

实施例3

改进的油基钻井液用有机累托石的制备方法，包含以下步骤：

(1)称取纯度70%、含水率5%的累托石矿粉原料100.0份的重量份，加入到装有2000份重量份的水的反应容器中，搅拌，使其充分散开并形成均匀的浆液，再同时加入占累托石重量的4.4%的碳酸钠和0.1%的碳酸锂，搅拌30分钟，然后升温至75℃后，边保温边继续搅拌60分钟，得碱化浆液；

(2)在保温75℃情况下，向碱化浆液中加入硫酸，使得浆液的pH值为3～3.5，边保温边继续搅拌60分钟，得活化浆液；

(3)在保温75℃情况下，同时向活化浆液中加入24.0重量份的净含量80%的十八烷基三甲基氯化铵和5.5重量份的十六烷基苯磺酸钠，边保温边继续搅拌90分钟，得有机累托石成品的浆液；

(4)停止加热，将有机累托石成品的浆液输送到压滤机脱水过滤，得有机累托石成品滤饼；

(5)将滤饼陈化24小时；

(6)将陈化后的滤饼在75℃干燥至含水率小于10%时，再在103℃温度下烘干至含水率小于3.5%并冷却；

(7)粉碎至200目，包装入袋，得改进的油基钻井液用有机累托石产品。

实施例4

改进的油基钻井液用有机累托石的制备方法，其步骤是：将实施例3中第(1)步所添加的两种碱金属盐改为4.5重量份的单一种碳酸钠，将实施例3中第(3)步中的季铵盐和阴离子表面活性剂分别改为39重量份的净含量为80%的双十八烷基二甲基氯化铵和6.0重量份的十六烷基苯磺酸钠，其它步骤与实施例3相同。

实施例5

改进的油基钻井液用有机累托石的制备方法，包含以下步骤：

(1)称取纯度62.5%、含水率5%的累托石矿粉原料100.0份的重量份，加入到装有2000份重量份的水的反应容器中，搅拌，使其充分散开并形成均匀的浆液，再同时加入占累托石重量的4.4%的碳酸钠和0.1%的碳酸锂，搅拌30分钟，然后升温至80℃后，边保温边继续搅拌60分钟，得碱化浆液；

(2)在保温80℃情况下，向碱化浆液中加入硫酸，使得浆液的pH值为3～3.5，边保温边继续搅拌60分钟，得活化浆液；

(3)在保温80℃情况下，同时向活化浆液中加入39.0重量份的净含量为88%的双棕榈羧乙基羟乙基甲基硫酸甲酯铵和5.0重量份的十六烷基磺酸钠，边保温边继续搅拌90～150分钟，得有机累托石成品的浆液；

(4)停止加热，将有机累托石成品的浆液输送到压滤机脱水过滤，得有机累托石成品滤饼；

(5)将滤饼陈化48小时；

(6)将陈化后的滤饼在80℃干燥至含水率小于10%时，再在103℃温度下烘干至含水率小于3.5%并冷却；

(7)粉碎至200目，包装入袋，得改进的油基钻井液用有机累托石产品。

实施例6

改进的油基钻井液用有机累托石的制备方法，包含以下步骤：

(1)称取纯度62.5%、含水率5%的累托石矿粉原料100.0份的重量份，加入到装有2000份重量份的水的反应容器中，搅拌，使其充分散开并形成均匀的浆液，再同时加入占累托石重量的4.3%的碳酸钠和0.25%的碳酸锂，搅拌30分钟，然后升温至80℃后，边保温边继续搅拌60分钟，得碱化浆液；

(2)在保温80℃情况下，向碱化浆液中加入硫酸，使得浆液的pH值为3～3.5，边保温边继续搅拌60分钟，得活化浆液；

(3)在保温80℃情况下，向活化浆液中加入19.5重量份的净含量95%的十八烷基二甲基苄基氯化铵，边保温边继续搅拌60分钟，得有机累托石半成品的浆液；

(4)在保温80℃情况下，同时向上述半成品浆液中加入6.0重量份的净含量85%的双十八烷基甲基苄基氯化铵和6.0重量份的十六烷基苯磺酸钠，边保温边继续搅拌90～120分钟，得有机累托石成品的浆液；

(5)停止加热，将有机累托石成品的浆液输送到压滤机脱水过滤，得有机累托石成品滤饼；

(6)将滤饼陈化48小时；

(7)将陈化后的滤饼在80℃干燥至含水率小于3.5%并冷却；

(8)粉碎至200目，包装入袋，得改进的油基钻井液用有机累托石产品。

实施例7

改进的油基钻井液用有机累托石的制备方法，其步骤是：将实施例6中第(1)步所添加的两种碱金属盐改为4.5重量份的单一种碳酸钠；将第(3)步中的季铵盐改为30.0重量份的净含量为85%的双十八烷基甲基苄基氯化铵；将第(4)步中的季铵盐和阴离子表面活性剂改为8.0重量份的净含量为88%的双棕榈羧乙基羟乙基甲基硫酸甲酯铵和7.0重量份的十六烷基磺酸钠；其它步骤与实施例6相同。

实施例8

改进的油基钻井液用有机累托石的制备方法，其步骤是：将实施例6中第(1)步中的累托石原料改为78%纯度、6%含水率的累托石矿粉，所添加的两种碱金属盐改为4.5重量份的单一种碳酸钠；将第(3)步中的季铵盐改为40.0重量份的净含量为85%的双十八烷基甲基苄基氯化铵；将第(4)步中的季铵盐和阴离子表面活性剂改为8.0重量份的净含量为88%的双棕榈羧乙基羟乙基甲基硫酸甲酯铵和10.0重量份的烷基酚聚氧乙烯醚羧酸钠；其它步骤与实施例6相同。

实施例9

改进的油基钻井液用有机累托石的制备方法，包含以下步骤：

(1)称取纯度78%、含水率6%的累托石矿粉原料100.0份的重量份，加入到装有2000份重量份的水的反应容器中，搅拌，使其充分散开并形成均匀的浆液，再同时加入占累托石重量的4.3%的碳酸钠和0.25%的碳酸锂，搅拌30分钟，然后升温至80℃后，边保温边继续搅拌60分钟，得碱化浆液；

(2)在保温80℃情况下，向碱化浆液中加入硫酸，使得浆液的pH值为3～3.5，边保温边继续搅拌60分钟，得活化浆液；

(3)在保温80℃情况下，同时向活化浆液中加入42.0重量份的净含量为85%的双十八烷基甲基苄基氯化铵和8.0重量份的净含量为80%的双十八烷基二甲基氯化铵，边保温边继续搅拌60分钟，得有机累托石半成品的浆液；

(4)在保温80℃情况下，向上述半成品浆液中加入12.0重量份的烷基酚聚氧乙烯醚羧酸钠，边保温边继续搅拌90～120分钟，得有机累托石成品的浆液；

(5)停止加热，将有机累托石成品的浆液输送到压滤机脱水过滤，得有机累托石成品滤饼；

(6)将滤饼陈化48小时；

(7)将陈化后的滤饼在80℃干燥至含水率小于3.5%并冷却；

(8)粉碎至200目，包装入袋，得改进的油基钻井液用有机累托石产品。

对比例1

制备过程不添加阴离子表面活性剂的有机累托石的制备方法，其步骤是：取消实施例1中步骤(3)所加入的4.0重量份的十二烷基硫酸钠，该步骤的季铵盐加入量及其工艺条件不变；该实施例其它步骤不变；得对比例1的有机累托石产品。

对比例2

制备过程不添加阴离子表面活性剂的有机累托石的制备方法，其步骤是：取消实施例8中第(4)步所加入的10.0重量份的烷基酚聚氧乙烯醚羧酸钠，该步骤的季铵盐加入量及其工艺条件不变；该实施例其它步骤不变；得对比例2的有机累托石产品。

测试样品的制备：

将待评价的实施例各改进的油基钻井液用有机累托石、对比例各制备过程不添加阴离子表面活性剂的有机累托石以及商品有机土(统称待评价有机土)，分别与石灰一同加入至白油中，用泥浆变频高速搅拌机以11000rpm转速搅拌15分钟，然后同时投入主乳化剂和辅乳化剂再搅拌5分钟。加入氯化钙卤水，继续搅拌20分钟。最后加入重晶石，仍然以11000rpm转速再搅拌30分钟。测试样品的制备配方见表1。

测试样品的检测：

1）用六速粘度计在50℃下测定最初的各个流变性能，即为热滚前的性能。

2）将泥浆样品入老化罐并放入热滚炉中，在150℃温度下热滚老化16个小时。

3）冷却样品，并且用泥浆变频高速搅拌机以11000rpm转速再次搅拌30分钟。用六速粘度计在50℃下测定样品的流变性能，即为热滚后的性能值。

实施例、对比例以及商品有机土的检测结果见表2。

通过比较表2的数据可知，相较于对比例1，实施例1在完全相同的累托石和季铵盐加入量以及完全相同的工艺条件情况下，其性能比对比例1更好；相较于对比例2，实施例8在完全相同的累托石和季铵盐加入量以及完全相同的工艺条件情况下，其性能比对比例2更好。其差别在于阴离子表面活性剂的加入。

总的来说，阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂的共同作用是一个非常复杂的过程，通常情况下会发生相互反应而形成沉淀性盐，导致二者均失去表面活性。但是，在某些特定条件下，阴离子表面活性剂，哪怕是比较少的阴离子表面活性剂，不仅不与阳离子表面活性剂的作用相互抵消，反而会与之产生强烈的协同效应，导致体系具有比单一表面活性剂更高的表面活性。本专利的实施例说明，在本专利所公开的产品方案、技术路线下，钻井液用有机累托石的磺酸钠/钾、硫酸酯钠盐/钾盐、羧酸钠/钾类阴离子表面活性剂与季铵盐类的阳离子表面活性剂能产生协同效应，从而大大提高产品的性能。

由表2的数据还可以发现，本专利的部分实施例的各项性能指标达到或超过了商品例有机土Bentone-38的性能。

同时，通过实施例可以发现，本专利各个实施例都对累托石纯度要求比较低，而且季铵盐有机阳离子交换剂的加入量也比较低，本发明的产品相较于其它的油基钻井液用有机土具有生产成本低、对原材料要求简单等优势。这说明，本专利达成了既定的目标。

上述实施案例只为说明本发明的技术方案及特点，其目的在于更好的让熟悉该技术的人士予以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，均在本发明保护范围之内，其中未详细说明的为现有技术。

Claims (10)

1.一种改进的油基钻井液用有机累托石，以重量份计，由以下组分制备而得：累托石100份、季铵盐8～80份、阴离子表面活性剂0.08～40份。

2.根据权利要求1所述的一种改进的油基钻井液用有机累托石，其特征在于组分中所述累托石为钙基累托石，纯度为55～94%，其分子结构里的层间阳离子中的钙离子占比达到50%以上。

3.根据权利要求1所述的一种改进的油基钻井液用有机累托石，其特征在于所述季铵盐的加入总量范围为：

Q = 0.073776×M×p×(1－wr)÷(1－wq)×(1±20%) ，

式中各变量所表示的意义是：

Q — 有机化反应时，以重量份计，每100份累托石加入季铵盐份数的总重；

M — 所使用的季铵盐的分子量；

p — 累托石纯度，定义域为(0%，100%)；

wr — 累托石含水量，定义域为(0%，100%)；

wq — 季铵盐含水量，定义域为(0%，100%)；

当采用多种季铵盐时，则各个季铵盐用量的摩尔数之和Σ[Qn×(1－wqn)÷Mn](n=1,2,…,max; max表示季铵盐种类的总数)应符合上式Q×(1－wq)÷M取值范围的要求。

4.根据权利要求1所述的一种改进的油基钻井液用有机累托石，其特征在于所述阴离子表面活性剂的加入量是被加入的季铵盐总重量和的2.5%～25%。

5.根据权利要求1或3所述的一种改进的油基钻井液用有机累托石，其特征在于所述季铵盐为带有单长链或双长链且最长链的碳原子数为8～22的烷基季铵盐表面活性剂中的一种或多种，所述季铵盐的结构简式为 [(R1,R2,R3,R4)N]⁺X⁻ , 其中(R1,R2,R3,R4)N表示一个氮原子有四个键分别与R1、R2、R3、R4连接，简式中，R1为碳原子数为8～22的直链烷基或带有活性基的烷基且活性基是烷氧基、羰基、羧基、羟基、苄基中的一种或多种，R2为碳原子数为1～22的直链烷基或带有活性基的烷基且活性基是烷氧基、羰基、羧基、羟基、苄基中的一种或多种，R3、R4为碳原子数为1～4的直链烷基或带有活性基的烷基且活性基是烷氧基、羰基、羧基、羟基、苄基中的一种或多种，X⁻为季铵盐的阴离子,该阴离子包括但不限于氯离子(Cl⁻)、溴离子(Br⁻)和硫酸甲酯根离子（[CH₃O-SO₃]⁻；

所述季铵盐包括但不限于直链烷基三甲基氯化铵、直链烷基二甲基苄基氯化铵、直链烷基二甲基羟乙基氯化铵、双直链烷-聚乙氧基二甲基硫酸甲酯铵、双直链烷基二甲基氯化铵、双直链烷基甲基苄基氯化铵、双直链烷-羧乙基羟乙基甲基硫酸甲酯铵、直链烷基三甲基溴化铵、直链烷基二甲基苄基溴化铵、直链烷基二甲基羟乙基溴化铵、双直链烷基二甲基溴化铵、双直链烷基甲基苄基溴化铵,其中“直链烷基”或“直链烷-”的直链碳原子数n=8～22。

6.根据权利要求1或4所述的一种改进的油基钻井液用有机累托石，其特征在于所述阴离子表面活性剂是水溶性的磺酸盐、硫酸酯盐、羧酸盐阴离子表面活性剂的一种或多种，其结构简式分别为[R-SO₃]⁻M⁺、[RO-SO₃]⁻M⁺、[R-COO]⁻M⁺，R为碳原子数为8～22的烷基或带有含活性官能团结构的烷基且活性官能团是烷氧基、羰基、羧基、羟基、苄基、醚键中的一种或多种，M⁺是碱金属离子钠离子或钾离子。

7.根据权利要求6所述的一种改进的油基钻井液用有机累托石，其特征在于，所述阴离子表面活性剂是直链碳原子数为12～18的烷基硫酸钠、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、脂肪酸钠、烷基硫酸钾、烷基磺酸钾、烷基苯磺酸钾、橄榄油羧酸钠、吡咯烷酮羧酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钾中的一种或多种。

8.根据权利要求1～4任一项所述的一种改进的油基钻井液用有机累托石的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

S1、累托石碱化处理：将累托石矿粉加入水中搅拌，使其充分散开，再加入占累托石重量1%～5%的碱金属盐，搅拌25-35分钟，然后升温至55～85℃，边保温边继续搅拌30～120分钟；

S2、无机酸活化处理：在前述55～85℃温度下，于碱化处理后的浆液中加入无机酸，所述无机酸包括但不限于硫酸、盐酸或硝酸，使得浆液的pH值为2.5～4.5，边保温边继续搅拌30～90分钟；

S3、有机化处理：在前述55～85℃温度下，加入占累托石重量8%～80%的季铵盐并同时加入占累托石重量0.08%～40%的阴离子表面活性剂边保温边继续搅拌30～120分钟，或者，先加入上述重量份中的一部分季铵盐，保持搅拌30～90分钟，再加入上述重量份的阴离子表面活性剂和剩下的季铵盐，继续保持搅拌30～120分钟；

S4、成品处理：停止加热，将浆液输送到压滤机或其它脱水过滤装置，并将脱水过滤所得的滤饼进行陈化、干燥、粉碎、包装，得到改进的油基钻井液用有机累托石成品。

9.根据权利要求8所述的一种改进的油基钻井液用有机累托石的制备方法，其特征在于所述碱金属盐为呈碱性的钠盐、锂盐的一种或多种，一般是强碱弱酸型的钠盐或锂盐，包括但不限于碳酸钠、草酸钠、醋酸钠、氟化钠、碳酸氢钠、磷酸钠、碳酸锂、草酸锂、醋酸锂、氟化锂；碱金属盐总加入量为累托石重量的3%～5%。

10.根据权利要求8所述的一种改进的油基钻井液用有机累托石的制备方法，其特征在于

S4中陈化是将脱水过滤后的滤饼置于阴凉通风处堆放至少4～72小时；

S4中干燥是将陈化后的产物在30～105℃温度下干燥至含水率≤3.5%,干燥时，起始干燥温度设定不高于85℃，待含水率降低至15%以下时，可将干燥温度设置至85～105℃温度；

S4中粉碎是采用粉碎机将干燥后的产物粉碎成至少80目或平均粒径≤0.173mm。