一种钻井用改性膨润土钻井液以及制备方法与流程

2021-02-02 19:02:50|

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本发明涉及膨润土领域，尤其是涉及一种钻井用改性膨润土钻井液以及制备方法。

背景技术：

膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2：1型晶体结构，由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子，如cu、mg、na、k等，且这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不稳定，易被其它阳离子交换，故具有较好的离子交换性。由于具有特定的层状结构，使其具有较大的比表面积，因此具有较强的吸附性，同时由于有亲水基团oh的存在，在水溶液中具有优良的分散性和悬浮性及粘结性，在一定浓度范围内，表现出优良的触变性。即在有外加搅拌时，悬浊液表现为流动性很好的溶胶液，停止搅拌后会自行排列成立体网状结构的凝胶，而不发生沉降和水析离。这种特性特别适于配制钻井泥浆。常用的膨润土改性方法有钠化改性法、酸改性法、焙烧改性法、盐改性法、有机改性法和无机柱撑改性法、无机/有机复合改性法等。

专利cn103482638a公开了一种有机膨润土的制造方法，包括以下步骤：1)打浆；2)沉浆；3)旋流除沙器进行除沙；4)卧式离心机进一步过滤固体杂质；5)通过碟片离心机进行液-液分离，得到浓缩的钠基蒙脱石浆液；6)含固量测定；7)加入纯碱；8)升温，加入硫酸调节ph值，保温；9)有机化覆盖反应：加入白油、十八烷基三甲基氯化铵；10)压干；11)烘干。

专利cn107777696a公开了一种有机膨润土的制备方法，将钙基膨润土用雷蒙机研磨至细度为100～325目，加入水进行打浆，加入碳酸钠混合均匀，陈化，得到钠基膨润土浆料；将钠基膨润土浆料和聚丙烯酰胺加入反应釜中，进行反应，压滤，然后转入改性机中，向改性机中加入邻苯二甲酸二丁酯和乳化剂，进行改性，烘干，加入到混炼机中，与二甲基十八烷基苄基氯化铵进行混炼，得到有机膨润土。

上述钻井液在制备后使用时一方面改性加入的试剂过多，甚至有的有毒，或危险性高；有的改性过程过于复杂。而且，在实际使用时由于膨润土本身与其他试剂的融合不好，难免在实际使用时，静止时间一长还是存在沉降和水离析的情况。

激光辐照和烧蚀加工是最近几年提出的高效率改性方法，其一方面安全无毒，可控性好，另一方面激光能量高，其对于材料的加工可以到达纳米及，而广泛的应用于制备各种胶体中。另外氧化锌和氧化钛是高效率光改性材料，尤其是纳米级的氧化锌和氧化钛其比表面积高，在吸收光之后可以直接导致电子转移从而调节其电荷特性。

技术实现要素：

针对上述内容，为解决现有技术的问题，本申请一方面提供一种钻井用改性膨润土钻井液，包括如下组分：膨润土、增粘剂、降滤失剂、流型调节剂、封堵剂、加重剂、光改性粉、ph调节剂、润滑剂以及为水；

增粘剂为黄原胶、氧化胺、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种；所述降滤失剂为磺甲基酚醛树脂、褐煤树脂一种或几种；所述流型调节剂为聚酰胺lh-owa或者聚酰胺lh-orm；所述加重剂为重晶石；所述光改性粉为纳米zno或者纳米tio2；所述ph调节剂为硫酸，聚乙烯醇，硅酸钠和碳酸钠的混合物；所述润滑剂为石墨粉末或者二氧化硅纳米微球；

其中按照重量计量，膨润土为5-8份、增粘剂2-3份、降滤失剂2-3份、流型调节剂3-5份、封堵剂2-5份、加重剂40-50份、光改性粉10-15份、ph调节剂5-8份、润滑剂1-2份以及水100份。

另一方面共一种所述的钻井用改性膨润土钻井液的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、原料混合搅拌

将膨润土、降滤失剂、封堵剂、润滑剂、加重剂和光改性粉先进行混合，混合后使用高速混合器搅拌混合1小时以上，然后将其加入等重量的水进行混合，混合后搅拌1小时以上；

步骤2、冷冻成型

将步骤1得到的混合物进行冷冻，冷冻温度-20℃，冷冻时间10小时；冷冻的产品在室温下敞口通风融化，待化冻后进行搅拌粉碎；

步骤3、光辐照改性

将步骤2的产物进行多次冻融循环，直至其含水量低于30％；然后将其平铺成厚度5cm以下置于阳光下保持含水量30-35％暴晒100小时以上，要求每隔10小时进行一次翻动,要求阳光平均功率密度大于30w/m2；或者用50小时以上的紫外激光辐照代替阳光暴晒，每隔5小时进行一次翻动；激光辐照时要求激光功率密度大于50w/m2，激光波长小于300nm，改性过程中含水量不足时加水补充；

步骤4、将步骤3改性后的产物加入增粘剂、流型调节剂、ph调节剂以及入水进行充分的混合，得到改性膨润土钻井液。

其中，光改性粉为纳米zno或者纳米tio2，其粒径小于200nm。

其中，光改性粉的制备方法如下：

步骤a、将工业氧化锌或者二氧化钛粉末加10倍体积的水混合，其中氧化锌和二氧化钛原料的纯度高于98％；

步骤b、将步骤a混合后的产物置于搅拌器中，使得其高速搅拌，然后将其置于红外脉冲激光下进行烧蚀制备，要求激光单脉冲能量大于100j/cm2,激光重复频率大于500hz，烧蚀时间大于10小时，加工直至粒径小于200nm；

步骤c、将步骤b中的产物进行烘干。

或者，光改性粉的制备方法如下：

步骤a、将工业锌粉或者钛粉加15倍体积的水混合，其中锌粉和钛粉原料的纯度高于95％；

步骤b、将步骤a混合后的产物置于搅拌器中，使得其高速搅拌，然后将其置于红外脉冲激光下进行烧蚀制备，要求激光单脉冲能量大于100j/cm2,激光重复频率大于500hz，烧蚀时间大于10小时，加工直至粒径小于200nm；烧蚀时保持水温低于30℃；

步骤c、将步骤b中的产物进行烘干。

其中，红外激光为二氧化碳激光器。

本发明的有益效果为：本发明在制备钻井液时，先将含有膨润土和光改性粉的原料进行多次的冻融循环搅拌，在低温下失水使其内部的分子连接强度进一步降低，降低后使得光改性粉与膨润土原料的混合更加充分，达到纳米级的接触，还可以在进行增粘等调节时提高调节效果；之后进一步使用阳光暴晒或者紫外光辐照的方式进行改性，可以对原料的表面电荷性质进行调节，从而使得在之后加入包括表面活性剂类的增粘剂、流型调节剂、ph调节剂等之后起浆快，成浆率好，裹沙能力强，滤失量低，稳定性更好；

使用的光改性粉其制备方法为激光烧蚀法，制备过程中无任何其他原料引入，可以直接对金属或者其氧化物直接烧蚀得到产品，产率高，安全无污染，不影响对膨润土的改性，还可以适合其他工业应用。

附图说明

被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。

图1为本发明的改性流程图；

图2为本发明的光改性粉加工流程图

图3为本发明的光改性粉的另一加工流程图。

具体实施方式

本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。

实施例1：

结合图1，本申请一方面提供一种钻井用改性膨润土钻井液，包括如下组分：膨润土、增粘剂、降滤失剂、流型调节剂、封堵剂、加重剂、光改性粉、ph调节剂、润滑剂以及为水；

另一方面共一种所述的钻井用改性膨润土钻井液的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、原料混合搅拌

步骤2、冷冻成型

将步骤1得到的混合物进行冷冻，冷冻温度-20℃，冷冻时间10小时；冷冻的产品在室温下敞口通风融化，待化冻后进行搅拌粉碎；

步骤3、光辐照改性

步骤4、将步骤3改性后的产物加入增粘剂、流型调节剂、ph调节剂以及入水进行充分的混合，得到改性膨润土钻井液。

其中，光改性粉为纳米zno或者纳米tio2，其粒径小于200nm。

其中冻融循环的次数至少为5次，如果冻融循环过程中含水量低于30％，则补充水至含水量为30％。

实施例2：

结合图3，光改性粉的制备方法如下：

步骤a、将工业氧化锌或者二氧化钛粉末加10倍体积的水混合，其中氧化锌和二氧化钛原料的纯度高于98％；

步骤c、将步骤b中的产物进行烘干。

实施例3：

结合图2，光改性粉的制备方法如下：

步骤a、将工业锌粉或者钛粉加15倍体积的水混合，其中锌粉和钛粉原料的纯度高于95％；

步骤c、将步骤b中的产物进行烘干。

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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