一种耐高温水基钻井液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温水基钻井液及其制备方法，包括基浆和改性高软化点沥青液，改性高软化点沥青液包括改性高软化点沥青颗粒、水、稳定分散剂和稳定剂，改性高软化点沥青颗粒粒径≤120μm，包括由基础沥青构成的核和由改性剂形成的壳，按质量份数计，核为7~9份，壳为1~3份；所述改性剂包括聚合硫和游离硫，改性剂中聚合硫和游离硫的重量比为3:7~7:3。本发明专利技术的钻井液中添加了高软化点沥青液，其中的沥青颗粒为在基础沥青外包覆一层高弹聚合硫和游离硫的混合物，不仅颗粒粒径小，具有一定的弹性变形能力，而且抗高温性能优良，能够在常温下稳定储存，从而提高了钻井液的提粘切性、体系的动切力和高温高压降滤失性。

High temperature resistant water base drilling fluid and preparation method thereof

The invention discloses a high-temperature water-based drilling fluid and a preparation method thereof, including base slurry and modified asphalt with high softening point liquid, modified high softening point of asphalt mixture including modified asphalt with high softening point particles, water stability, dispersing agent and stabilizer, modified asphalt with high softening point particle size less than or equal to 120 Mu the M comprises a base asphalt modifier and formed by the nuclear shell, according to the quality of the number of copies, kernel for 7~9, shell is 1~3; the modifier including sulfur and sulfur free polymerization, polymerization modifier in sulfur and free sulfur weight ratio of 3:7~7:3. The drilling fluid of the invention adds high softening point of asphalt mixture, asphalt particles which is a mixture of sulfur and sulfur free polymerization based on asphalt coated a layer of elastic, not only small particle size, with a certain elastic deformation ability, and excellent high temperature performance, can storage stability at normal temperature, so as to improve the the viscosity of drilling fluid system, cutting shear force and high pressure filtration.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温水基钻井液及其制备方法
本专利技术涉及一种钻井液及其制备方法，特别是含有改性高软化点沥青的钻井液，属于石油钻井开采

技术介绍
随着石油勘探与开发的发展，钻井深度不断加深，钻遇地层愈来愈复杂，定向井、水平井等特殊工艺井的数量逐渐增多。这使钻井工程对钻井液的使用性能，特别是抗高温能力提出了更高的要求。沥青类产品作为重要的钻井液处理剂，具有良好的防塌、润滑、降低滤失和高温稳定等综合效能。然而一般软化点沥青会因为过度软化甚至流淌而无法满足深井下的高温作业要求。高软化点沥青是指软化点在100℃以上，尤其是在120℃以上的沥青。高软化点沥青因其出色的抗高温能力而有着比较广泛的应用。高软化点沥青可以用于深层油气田的钻井作业中，作为钻井液的重要组成部分，可以在高温条件下起到封堵、防塌，稳定井壁，降低滤失量的作用。为了提高钻井液用沥青类产品的使用性能，国内外先后公开了很多方法对沥青进行改性。其中最主要的方法就对沥青进行磺化。如US3485745、CN99109453、CN201010250241等。这种方法虽然能够增加产品的水溶性，但是油溶率较低。沥青经磺化后主要生成了磺酸盐，产品的软化点几乎测不出来，只能在较低的温度条件下使用。而且其颗粒没有弹性、变形能力差，不能任意嵌入井内的孔道，特别是不规则形孔道，不能很好地起到封堵和降滤失的作用。同时，这种工艺较复杂，对环境容易造成污染。钻井液以其连续相分为油基钻井液和水基钻井液。高软化点石油沥青主要以油溶性为主，所以在油基钻井液中分散性好，应用不成问题。但是在水基钻井液中，由于其水溶性很小，存在分散困难、不易稳定的问题。这也是制约高软化点沥青在水基钻井液中广泛应用的一个主要因素。高软化点沥青在钻井液中使用时，要求以极小的颗粒分散到泥浆体系中，这样既可以保证沥青分散均匀，又可以避免聚结成大的块状物堵塞振动筛而造成无法使用等问题的发生。通常情况下，沥青颗粒的粒径要求在150μm以下，甚至120μm以下方具有良好的使用效果。然而，沥青属于热敏性材料，在粉碎或超细粉碎时，会增加很大成本。即使能够得到细小的沥青颗粒，要想在水基钻井液中稳定分散也是很不容易的。如果不能稳定分散就无法在井下起到封堵和降滤失的作用。
技术实现思路
针对现有技术中的钻井液中使用的沥青产品软化点低，颗粒较大，在钻井液中分散性能不好，不能很好的满足钻井液的封堵、防塌，稳定井壁，降低滤失量的使用性能等问题，本专利技术提供一种可耐高温的水基钻井液，其包括一种含有改性高软化点沥青颗粒的沥青液，其沥青颗粒粒径小，可在水基钻井液中稳定分散，大大提高了钻井液的封堵、防塌，稳定井壁，降低滤失量等性能。本专利技术的技术目的通过以下技术方案实现：一种耐高温水基钻井液，以质量份数计，所述钻井液包括如下组分：基浆85~97份改性高软化点沥青液3~15份所述改性高软化点沥青液按质量份数计，包括以下组分：改性高软化点沥青颗粒3~7份水3~7份所述改性高软化点沥青颗粒粒径≤120μm，包括由基础沥青构成的核和由改性剂形成的壳，按质量份数计，核为7~9份，壳为1~3份；所述改性剂包括聚合硫和游离硫，改性剂中聚合硫和游离硫的重量比为3:7~7:3；所述改性高软化点沥青液中还包括稳定分散剂和稳定剂，所述稳定分散剂为聚氧乙烯醚类，其加入量为基础沥青的0.1%~10%，所述稳定剂为醇类或黄原酸酯类，其加入量为聚合硫和游离硫总量的0.01~0.5%。进一步地，所述的基浆是本领域常规的水基钻井液基浆，可以按照现有技术常规方法制备，基浆的组成及制备方法为本领域技术人员熟知，例如可按照以下制备过程进行：在水中加入无水碳酸钠，再加入钙膨润土，高速搅拌并养护一定时间后得到。进一步地，所述基础沥青为软化点为100～200℃的沥青，选自氧化沥青、溶剂脱油沥青、天然沥青中的至少一种。进一步地，所述稳定分散剂选自脂肪胺聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种；所述稳定剂选自异丙醇、4-氯1-丁醇、6-氯1-己醇、4-溴苯甲醇、二硫化二异丙基黄原酸酯和二硫化二正丁基黄原酸酯中的至少一种。进一步地，所述改性剂是通过将硫磺加热至120~160℃，10~60分钟后，加热至500~600℃，同时通入惰性气体，保持压力0.5~2.0MPa，保持10~100分钟，形成硫蒸汽，再将硫蒸汽喷入至含稳定分散剂和稳定剂的淬冷液中急冷得到。进一步地，所述钻井液中还包括性能调节剂，所述性能调节剂选自改性淀粉或水溶性纤维中的至少一种，其加入量按基浆和改性高软化点沥青液的总重量计，为二者总量的0.1%~5%。所述改性淀粉为磷酸酯淀粉、羧甲基淀粉或阳离子淀粉；所述水溶性纤维为羧甲基纤维素、聚乙烯醇纤维或羟乙基纤维素。本专利技术的另一技术目的在于提供上述耐高温水基钻井液的制备方法，包括以下步骤：①制备改性高软化点沥青液：将基础沥青加入至水中进行粉碎，加入稳定分散剂和稳定剂，得到沥青液；将硫磺加热至120~160℃，10~60分钟后，加热至500~600℃，同时通入惰性气体，保持压力0.5~2.0MPa，保持10~100分钟，形成硫蒸汽；将硫蒸汽喷入到沥青液中，两者的加入量按硫磺与基础沥青的质量比为1~3:7~9，形成的沥青颗粒悬浮于沥青液中，40~65℃条件下保持30~120分钟，得到改性高软化点沥青液；所述稳定分散剂为聚氧乙烯醚类，所述稳定剂为醇类或黄原酸酯类；②将改性高软化点沥青液和基浆，或将改性高软化点沥青液、基浆和性能调节剂混合均匀，得到所述耐高温水基钻井液。进一步地，所述稳定分散剂选自脂肪胺聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种，稳定分散剂的加入量为基础沥青的0.1~10%。所述稳定剂选自异丙醇、4-氯1-丁醇、6-氯1-己醇、4-溴苯甲醇、二硫化二异丙基黄原酸酯和二硫化二正丁基黄原酸酯中的至少一种，稳定剂的加入量为硫磺的0.01~0.5%。进一步地，步骤①中将沥青粉碎可采用高速剪切乳化机、胶体磨或研磨机中的一种，粉碎时间20~60分钟，粉碎至平均粒径≤120mm。进一步地，所述硫磺选择工业优级硫磺粉（纯度99.5%以上）。进一步地，步骤②在所述混合可以采用普通机械搅拌、高剪切、胶体磨或超声分散等技术手段，混合时间根据物料体系的均匀程度，一般为5~30分钟。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：（1）在本专利技术的制备方法中，在制备改性高软化点沥青液时，基础沥青在水中粉碎可以避免因放热造成的颗粒重新粘结，沥青液可以作为淬冷液，沥青颗粒可以提供核相，有利于硫的聚合。在制备沥青液的过程中加入稳定剂，可以提高高弹聚合硫的收率和稳定性。同时可以使高弹硫聚合物在沥青外部形成一层包覆层，经过后续冷却、稳定处理后，形成有机的整体，提高改性沥青颗粒的使用性能。（2）本专利技术方法中，在硫磺聚合反应过程中引入惰性气体（如N2），一是为了在高温下起到保护作用，另一方面是为了给聚合后的硫雾化提供足够的动力；此外，还可以通过压力的调整，来调变最终颗粒的粒径大小，从而满足不同的使用要求。（3）一般来说，硫熔融反应后，高弹聚合硫的转化率为40~60%，本方法中并不需要对其进行萃取、提纯等处理，因为这部分没有转化的硫虽然不能与高软化点沥青形成有机的整体，但是它是很好的分散剂与隔离剂，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温水基钻井液，其特征在于：以质量份数计，所述钻井液包括如下组分：基浆                    85~97份改性高软化点沥青液      3~15份所述改性高软化点沥青液按质量份数计，包括以下组分：改性高软化点沥青颗粒         3~7份水                           3~7份所述改性高软化点沥青颗粒粒径≤120μm，包括由基础沥青构成的核和由改性剂形成的壳，按质量份数计，核为7~9份，壳为1~3份；所述改性剂包括聚合硫和游离硫，改性剂中聚合硫和游离硫的重量比为3:7~7:3；所述改性高软化点沥青液中还包括稳定分散剂和稳定剂，所述稳定分散剂为聚氧乙烯醚类，其加入量为基础沥青的0.1%~10%，所述稳定剂为醇类或黄原酸酯类，其加入量为聚合硫和游离硫总量的0.01~0.5%。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温水基钻井液，其特征在于：以质量份数计，所述钻井液包括如下组分：基浆85~97份改性高软化点沥青液3~15份所述改性高软化点沥青液按质量份数计，包括以下组分：改性高软化点沥青颗粒3~7份水3~7份所述改性高软化点沥青颗粒粒径≤120μm，包括由基础沥青构成的核和由改性剂形成的壳，按质量份数计，核为7~9份，壳为1~3份；所述改性剂包括聚合硫和游离硫，改性剂中聚合硫和游离硫的重量比为3:7~7:3；所述改性高软化点沥青液中还包括稳定分散剂和稳定剂，所述稳定分散剂为聚氧乙烯醚类，其加入量为基础沥青的0.1%~10%，所述稳定剂为醇类或黄原酸酯类，其加入量为聚合硫和游离硫总量的0.01~0.5%。2.根据权利要求1所述的耐高温水基钻井液，其特征在于：所述基础沥青为软化点为100~200℃的沥青，选自氧化沥青、溶剂脱油沥青、天然沥青中的至少一种。3.根据权利要求1所述的耐高温水基钻井液，其特征在于：所述稳定分散剂选自脂肪胺聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。4.根据权利要求1所述的耐高温水基钻井液，其特征在于：所述稳定剂选自异丙醇、4-氯1-丁醇、6-氯1-己醇、4-溴苯甲醇、二硫化二异丙基黄原酸酯和二硫化二正丁基黄原酸酯中的至少一种。5.根据权利要求1所述的耐高温水基钻井液，其特征在于：所述改性剂是通过将硫磺加热至120~160℃，10~60分钟后，加热至500~600℃，同时通入惰性气体，保持压力0.5~2.0MPa，保持10~100分钟，形成硫蒸汽，再将硫蒸汽喷入至含稳定分散剂和稳定剂的淬冷液中急冷得到。6.根据权利要求1所述的耐高温水基钻井液，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅丽，郭皎河，姚汉荣，李志军，张建峰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11