【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钻井液领域，涉及一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土的制备方法及其应用。
技术介绍
1、随着经济的发展，能源的需求量逐步增加，油气行业开采技术中的水基钻井液技术得到广泛的应用。常规的水基钻井液体系是由膨润土、水及处理剂组成的，其中膨润土是用于调整水基钻井液流变性能和滤失性能的最主要天然矿物。
2、膨润土在水中的分散状态、水化程度、降滤失效果易受到体系中不同的处理剂所影响，其中部分包被剂、絮凝剂以及抑制剂的加入会一定程度上抑制钻井液中膨润土的进一步水化，不利于钻井液中膨润土的分散，改变膨润土浆的流变性能，恶化其滤失性能。向钻井液中加入有护胶作用的处理剂，如降滤失剂是能有效减小其他处理剂对膨润土的影响，但降滤失剂的加入与其他处理剂在粘土颗粒间存在竞争吸附的关系，其他处理剂中常含有阳离子强吸附基团，故护胶效果容易受其他处理剂影响，提高降滤失及护胶材料的量会增大水基钻井液的使用成本，且性能不易调控。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：提供了一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土的制备方法及其应用，解决了水基钻井液中膨润土因普通降滤失类处理剂护胶效果较差，易受到其他处理剂污染而影响钻井液的流变及滤失性能的问题。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土，包括反应体系及引发剂；
4、所述反应体系包括以下质量份的组分：2000～2250份水、80～90份膨润土、4～5份碳酸钠、
5、所述引发剂的加量为反应体系总质量的0.05-0.1％。
6、进一步地，所述反应体系包括以下质量份的组分：2000～2250份水、80～90份膨润土、4～5份碳酸钠、2～3份亲水性乙烯基有机硅单体乙烯基三硅醇、6～8份亲水性阴离子单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、1～3份含强吸附基团的阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵、1～2份非离子单体丙烯酰胺；所述机硅聚合物亲水改性膨润土的结构式如下：
7、
8、膨润土本身存在分散性能有限，以及抗温性能不足等问题，本专利技术通过有机硅材料进行化学吸附再聚合上具有较强亲水性、以及抗温性能的单体，将其制备成具有良好分散及抗温能力的改性膨润土。
9、进一步地，所述反应体系包括以下质量份的组分：2000份水、80份膨润土、4份碳酸钠、3份亲水性乙烯基有机硅单体乙烯基三硅醇、7份亲水性阴离子单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、1份含强吸附基团的阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵、2份非离子单体丙烯酰胺。
10、进一步地，所述引发剂为过硫酸铵、亚硫酸氢钠，过硫酸铵、亚硫酸氢钠的加量之和为反应体系总质量的0.05％。
11、本专利技术通过膨润土有机改性的手段，将有机物提前与粘土发生化学作用，改变膨润土的结构，加入体系后的基浆各项性能发生显著变化。
12、本专利技术将蒙脱土含量较高的ocma级钻井液配浆膨润土作为改性膨润土的主要原材料，其主要成分为蒙脱土约占总土质量的85～90％，蒙脱土含量越高意味着在水溶液中水化后的粘土表面能与有机硅单体反应的活性羟基越多，更有利于有机硅材料的化学吸附作用；
13、本专利技术将膨润土称取在水中溶解，向其中加入碳酸钠，目的是将膨润土水化，使其中的钙基膨润土转化为钠土；
14、有机硅单体改性：当膨润土为部分水化状态具有较大的层间距时，有机硅单体能快速的进入层间与层间的硅羟基发生脱水缩合反应，形成-si-o-si-键产生化学吸附，少量多次缓慢加入也是可以减小单体自身的脱水缩合，化学吸附的结合力＞静电作用力＞氢键＞范德华力，故以此化学吸附的方法作为链接膨润土和亲水性阴离子构成的聚合物的桥梁，可以增强膨润土充分水化后的稳定性，不至于轻易受到其他处理剂由于物理竞争吸附带来的影响；
15、加入大量的阴离子单体，单体中含有强水化的磺酸基团，是为提高改性后膨润土的水化性能以及自身的护胶能力，带有阳离子吸附基团单体、以及非离子单体的引入可以使水溶液中的未完全反应的聚合物吸附至粘土表面，一方面可以增大与乙烯基三硅醇的反应效率，另一方面为聚合物提供了阳离子及更多的非离子吸附基团提高聚合物对膨润土的吸附稳定性能。
16、所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：
17、s1：按质量份比称取各个原料，包括水、膨润土、碳酸钠、亲水性乙烯基有机硅单体乙烯基三硅醇、亲水性阴离子单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、含强吸附基团的阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵、非离子单体丙烯酰胺，形成反应体系；还包括引发剂，所述引发剂的加量为反应体系总质量的0.05％；
18、s2：将膨润土溶解在水中加入碳酸钠搅拌4-10小时，滴加醋酸调节ph至4.5-6，保持磁力搅拌，室温下滴加乙烯基三硅醇，充分反应30min；
19、s3：步骤s2反应30min后调节溶液ph至8，提高反应温度至40℃以上，加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺单体，加入引发剂，搅拌反应1.5h；
20、s4：待步骤s3反应结束后将体系在离心机分离固相，将固相中的土层分离，用乙醇多次洗涤并离心分离，持续2-3次直至离心出单一土相，得到经有机硅聚合物亲水改性后的湿态膨润土；
21、s5：将有机硅聚合物亲水改性后的湿态膨润土放入烘箱中，在105±3℃下烘干至恒重，取出进行研磨，得到经有机硅聚合物亲水改性的膨润土。
22、进一步地，步骤s3中步骤s2反应30min后调节溶液ph至8，提高反应温度至50℃，加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺单体，加入引发剂，搅拌反应1.5h。
23、进一步地，步骤s4中待步骤s3反应结束后将体系在离心机中在8000r·min-1下离心20min分离固相，将固相中的土层分离，用乙醇多次洗涤并离心分离，持续2-3次直至离心出单一土相，得到经有机硅聚合物亲水改性后的湿态膨润土。
24、本专利技术步骤s2中搅拌时间为4-10h，此时膨润土的晶层间距应在1.5～1.9nm；搅拌时间超过10h，晶层间距大部分在1.7～1.9nm；搅拌时间24h，晶层间距大部分大于1.9nm可视为充分水化；膨润土在水中分散，黏土颗粒水化后表面带有较多si-oh，能与有机硅聚合物分子水化后形成的si-oh发生缩聚反应，从而使有机硅以化学吸附的方式牢牢吸附在粘土颗粒表面；不充分的水化可以使得粘土的层间距扩大，有利于有机硅材料进入层间产生化学反应，同时增大了粘土与改性材料的吸附面积提高改性产率，同时较好的保持粘土层状结构，使膨润土的基本理化性质不发生大的变化。粘土的晶层随着搅拌时间延长而增大，不同的晶层间距影响有机硅聚合物插入层间的吸附效果，同时也影响后续亲水性单体的引入，因本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土，其特征在于：包括反应体系及引发剂；
2.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土，其特征在于：所述反应体系包括以下质量份的组分：2000～2250份水、80～90份膨润土、4～5份碳酸钠、2～3份亲水性乙烯基有机硅单体乙烯基三硅醇、6～8份亲水性阴离子单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、1～3份含强吸附基团的阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵、1～2份非离子单体丙烯酰胺。
3.根据权利要求2所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土，其特征在于：所述反应体系包括以下质量份的组分：2000份水、80份膨润土、4份碳酸钠、3份亲水性乙烯基有机硅单体乙烯基三硅醇、7份亲水性阴离子单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2份含强吸附基团的阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵、2份非离子单体丙烯酰胺。
4.根据权利要求2所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土，其特征在于：所述机硅聚合物亲水改性膨润土的结构式如下：
5.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用有
6.根据权利要求1-5中任意一项权利要求所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土的制备方法，其特征在于：步骤S3中步骤S2反应30min后调节溶液pH至8，提高反应温度至50℃，加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺单体，加入引发剂，搅拌反应1.5h。
8.根据权利要求6所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土的制备方法，其特征在于：步骤S4中待步骤S3反应结束后将体系在离心机中在8000r·min-1下离心20min分离固相，将固相中的土层分离，用乙醇多次洗涤并离心分离，持续2-3次直至离心出单一土相，得到经有机硅聚合物亲水改性后的湿态膨润土。
9.根据权利要求1-5中任意一项权利要求所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土的应用，其特征在于：所述有机硅聚合物亲水改性膨润土作为钻井液配浆土配置水基钻井液使用。
...【技术特征摘要】
1.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土，其特征在于：包括反应体系及引发剂；
2.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土，其特征在于：所述反应体系包括以下质量份的组分：2000～2250份水、80～90份膨润土、4～5份碳酸钠、2～3份亲水性乙烯基有机硅单体乙烯基三硅醇、6～8份亲水性阴离子单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、1～3份含强吸附基团的阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵、1～2份非离子单体丙烯酰胺。
3.根据权利要求2所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土，其特征在于：所述反应体系包括以下质量份的组分：2000份水、80份膨润土、4份碳酸钠、3份亲水性乙烯基有机硅单体乙烯基三硅醇、7份亲水性阴离子单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2份含强吸附基团的阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵、2份非离子单体丙烯酰胺。
4.根据权利要求2所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土，其特征在于：所述机硅聚合物亲水改性膨润土的结构式如下：
5.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用有机硅聚合物亲水改性膨润土，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄丹超，晏玮，陈世林，张兴，马乐，马方杉，罗仕林，唐涛，廖茂芪，张健，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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