一种生物质合成基钻井液用有机土及其制备方法和应用与流程

本发明属于钻井液，尤其涉及一种生物质合成基钻井液用有机土及其制备方法和应用。

背景技术：

1、有机土是油基钻井液与合成基钻井液中的基础材料，具有很强的油相选择性，是影响胶体稳定性、热稳定性、悬浮稳定性、滤失量的重要因素，与钻井液成本关系密切，因此国外专业化钻井液服务公司均将其作为最核心的材料。

2、目前，国内市场上还没有专门用于生物质合成基钻井液的有机土产品，主要使用柴油基钻井液用有机土。而柴油与生物质合成基液结构差异较大：柴油中含不饱和脂肪酸酯，氧化稳定性较差，尤其高温老化后容易出现增稠的现象，流变性调控难度大，还含有烃类、有机物和重金属等，一旦漏失侵入地层，难免污染水体；而生物质合成基液是一种窄碳链的含氧化合物(c12～c22为主)，属于不对称醚类结构，氧原子易和水分子形成氢键，乳液更稳定。基液结构的不同，导致同一种有机土在其中发挥的作用不同，形成的钻井液体系性能也不同。

3、在生物质合成基钻井液使用柴油基有机土存在以下问题：有机土与生物质合成基液配伍性差、成胶率低，悬浮稳定性差；在生物质合成基液中胶体率＜50％，而在柴油中胶体率大于90％，导致在低温高密度生物质合成基钻井液中形成亲油胶体速率慢，初期滤失量略大，造成钻井液消耗量大。

4、生物质合成基钻井液是一种环境友好的新型钻井液体系，适用于国家水源保护区、生禽保护区等环境敏感区域，是未来钻井液发展的方向，具有“低黏高切”、吸附损耗小、环保安全等特点。随着页岩气、页岩油开采力度的加大以及安全环保要求的不断提高，生物质合成基钻井液应用与日俱增，与其相匹配的有机土是生物质合成基钻井液大规模现场应用研究中亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种生物质合成基钻井液用有机土及其制备方法和应用，该生物质合成基钻井液用有机土在合成基液中具有较高的成胶率和增黏切效果，可提升生物质合成基钻井液性能，提高生物质合成基钻井液的黏度和切力，增强体系的悬浮稳定性，有利于降低高温高压滤失量，实现体系配方减量化，如降低降滤失剂、提切剂等核心助剂加量，降低综合使用成本。

2、本发明提供了一种生物质合成基钻井液用有机土，包括季铵盐型表面活性剂改性黏土矿物与覆盖在季铵盐型表面活性剂改性黏土矿物表面的丙烯酸酯类聚合物；所述丙烯酸酯类聚合物的单体为丙烯酸酯类硬单体。

3、优选的，所述丙烯酸酯类硬单体选自丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸甲酯与2-甲基丙烯酸乙酯中的一种或多种；

4、和/或，所述季铵盐型表面活性剂改性黏土矿物选自季铵盐型表面活性剂改性蒙脱石和/或季铵盐型表面活性剂改性膨润土。

5、本发明还提供了一种上述生物质合成基钻井液用有机土的制备方法，包括以下步骤：

6、a)将丙烯酸酯类聚合物乳液与季铵盐型表面活性剂改性黏土矿物混合加热进行有机物覆盖，得到生物质合成基钻井液用有机土；所述丙烯酸酯类聚合物乳液中丙烯酸酯类聚合物的单体为丙烯酸酯类硬单体。

7、优选的，所述丙烯酸酯类聚合物与季铵盐型表面活性剂改性黏土矿物的质量比为(2.4～3.5)：(7.2～10.5)。

8、优选的，所述步骤a)具体为：

9、b1)将黏土矿物在水中水化后，加入季铵盐型表面活性剂混合加热反应，得到季铵盐型表面活性剂改性黏土矿物的悬浊液；

10、b2)将丙烯酸酯类聚合物乳液与季铵盐型表面活性剂改性黏土矿物的悬浊液混合加热进行有机物覆盖，得到生物质合成基钻井液用有机土。

11、优选的，所述黏土矿物选自钠基蒙脱石和/或钠基膨润土；

12、和/或，所述季铵盐型表面活性剂中长链烷基的碳原子数为12～18；

13、和/或，所述黏土矿物与季铵盐型表面活性剂的质量比为10：(4～6)。

14、优选的，所述季铵盐型表面活性剂选自十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或多种；

15、和/或，所述丙烯酸酯类聚合物乳液与季铵盐型表面活性剂改性黏土矿物的悬浊液的质量比为(8～10)：(60～70)。

16、优选的，所述步骤b1)中水化的时间大于1h；

17、所述步骤b1)中加热反应的温度为70℃～80℃；加热反应的时间为1～2h；

18、所述步骤b2)中混合加热的温度为70℃～80℃；混合加热的时间为30～60min。

19、优选的，所述丙烯酸酯类聚合物乳液按照以下方法制备：

20、将丙烯酸酯类硬单体、水与乳化剂混合在保护气氛中进行乳液聚合，得到丙烯酸酯类聚合物乳液；

21、所述丙烯酸酯类硬单体与乳化剂的质量比为(140～150)：(4.5～6)；

22、所述乳液聚合的温度为70℃～85℃；

23、所述乳液聚合的时间为1～2h。

24、本发明还提供了一种生物质合成基钻井液，包括上述的生物质合成基钻井液用有机土。

25、本发明提供了一种生物质合成基钻井液用有机土，包括季铵盐型表面活性剂改性黏土矿物与覆盖在季铵盐型表面活性剂改性黏土矿物表面的丙烯酸酯类聚合物；所述丙烯酸酯类聚合物的单体为丙烯酸酯类硬单体。与现有技术相比，本发明提供的生物质合成基钻井液用有机土通过长链铵的插入提高改性土的亲油性，提高其在生物质合成基液中的分散性；通过丙烯酸酯类聚合物的表面吸附、覆盖有利于增强有机土的稳定性，同时利用酯基提升有机土乳化稳定性，降低生物质合成基钻井液的高温高压滤失量，从而使生物质合成基钻井液用有机土在生物质合成基液中具有较高的胶体率和较高的表观黏度，进而可提升生物质合成基钻井液性能，提高生物质合成基钻井液的黏度和切力，增强体系的悬浮稳定性，还可以降低高温高压滤失量。

26、实验结果表明，本发明提供的生物质合成基钻井液用有机土在生物质合成基液中胶体率高(≥85％)，表观黏度高，其制备过程不需要有机溶剂，经济可行性强。本发明提供的生物质合成基钻井液用有机土制备的生物质合成基钻井液，120℃老化16h表观黏度21.5～25mpa·s，高温高压滤失量2.8～3.8ml，破乳电压大于800v，表现出较好的成胶性、悬浮稳定性，高温高压滤失量降低。

1.一种生物质合成基钻井液用有机土，其特征在于，包括季铵盐型表面活性剂改性黏土矿物与覆盖在季铵盐型表面活性剂改性黏土矿物表面的丙烯酸酯类聚合物；所述丙烯酸酯类聚合物的单体为丙烯酸酯类硬单体。

2.根据权利要求1所述的生物质合成基钻井液用有机土，其特征在于，所述丙烯酸酯类硬单体选自丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸甲酯与2-甲基丙烯酸乙酯中的一种或多种；

3.一种权利要求1所述的生物质合成基钻井液用有机土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸酯类聚合物与季铵盐型表面活性剂改性黏土矿物的质量比为(2.4～3.5)：(7.2～10.5)。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)具体为：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述黏土矿物选自钠基蒙脱石和/或钠基膨润土；

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述季铵盐型表面活性剂选自十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵与十八烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或多种；

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b1)中水化的时间大于1h；

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸酯类聚合物乳液按照以下方法制备：

10.一种生物质合成基钻井液，其特征在于，包括权利要求1或2所述的生物质合成基钻井液用有机土或权利要求3～9任意一项所述制备方法制备的生物质合成基钻井液用有机土。