一种抗高温水基钻井液及其制备方法技术

技术编号:15510368 阅读:122 留言:0更新日期:2017-06-04 03:51
本发明专利技术公开了一种抗高温性能良好的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、性能调节剂、乳化剂和水。改性高软化点沥青颗粒平均粒径≤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,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。

【技术实现步骤摘要】
一种抗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是对沥青进行磺化。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抗高温的水基钻井液,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:一种抗高温水基钻井液,以质量份数计,所述钻井液包括如下组分:基浆80~95份改性高软化点沥青液5~20份。所述改性高软化点沥青液按质量份数计,包括以下组分: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性能调节剂和乳化剂;所述性能调节剂为液体古马隆树脂,乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚系列或司盘系列。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,所述改性剂是通过将硫磺加热至250~350℃熔融,通入惰性气体,保持压力0.5~2.0MPa,反应10~100分钟后进行急冷得到。进一步地,由硫磺制备改性剂过程中,硫磺熔融时还需加入预稳定剂,急冷时急冷液中还需加入稳定剂。进一步地,所述预稳定剂选自1-十二(碳)烯、1-十四(碳)烯、1-十八(碳)烯、丁二烯、氯丁二烯、异戊二烯、苯乙烯、六氯对二甲苯、碘代硝基苯和溴代硝基苯中的至少一种;其加入量为硫磺重量的0.01~0.5%;所述稳定剂选自异丙醇、4-氯-1-丁醇、6-氯-1-己醇和4-溴苯甲醇中的至少一种;其加入量为硫磺重量的0.01~0.5%。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;①硫磺粉加热至250~350℃,10~60分钟后,加入预稳定剂,同时通入惰性气体,保持压力0.5~2.0MPa,反应10~100分钟,使硫磺熔融聚合,形成液态改性剂;②将基础沥青在密闭原料罐中加热至熔融状态,并通入惰性气体使原料罐压力保持在0.2~1.0MPa;③将步骤①的液态改性剂和步骤②的熔融沥青从反应塔两端分别喷入,两者的加入量按硫磺与基础沥青的质量比为1~3:7~9,使二者逆流接触,保持10~60分钟;④将步骤③得到的产物喷入到含稳定剂的淬冷液中进行急冷,形成包覆改性剂的沥青颗粒,并悬浮于淬冷液中,于40~65℃条件下保持30~120分钟,进行充分的固化和稳定,然后将液体古马隆树脂作为一种性能调节剂加入到上述制备的含有改性高软化点沥青颗粒的淬冷液中,同时加入适当乳化剂,采用高剪切乳化机乳化10-60分钟,得到所述改性高软化点沥青液;其中沥青颗粒平均粒径≤120μm;(2)以步骤(1)制备的改性高软化点沥青液作为一种改性组分制备钻井液:将改性高软化点沥青液和基浆,混合均匀,得到所述抗高温水基钻井液。进一步地,所述硫磺选择工业优级纯度99.5%以上硫磺粉,所述淬冷液为水。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,分别在硫磺熔融聚合和聚合硫、游离硫包覆至沥青颗粒外喷入淬冷液中两个阶段加入预稳定剂和稳定剂,可以提高高弹聚合硫的收率。在硫熔融聚合后期引入高软化点沥青,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,有利于沥青颗粒稳定分散。(4)在制备高软化点沥青液时,加入液体古马隆树脂作为性能调节剂,一方面,在制备沥青颗粒时没有聚合的游离硫可以溶解在液体古马隆树脂中,使包覆有聚合硫的沥青颗粒保持很好的颗粒状态和粘弹性能。另一方面,这部分古马隆树脂可以调节钻井液的流变性能,使原本难溶于水的高软化点沥青颗粒在水基钻井液中更容易分散,从而使钻井液体系更加稳定。(4)本专利技术的水基钻井液中加入了改性高软化点沥青液,并通过改性剂、乳化剂、性能调节剂等各种添加剂的协同作用,可以使高软化点沥青颗粒稳定均匀分散在水基钻井液中。本专利技术的方法工艺简单、操作方便、成本较低,制得的高软化点沥青液中的沥青颗粒为在基础沥青外包覆一层高弹聚合硫,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,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,本专利技术钻井液可在油田本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种抗高温水基钻井液,其特征在于:以质量份数计,所述钻井液包括如下组分:基浆                    80~95份改性高软化点沥青液      5~20份。

【技术特征摘要】
1.一种抗高温水基钻井液,其特征在于:以质量份数计,所述钻井液包括如下组分:基浆80~95份改性高软化点沥青液5~20份。2.根据权利要求1所述的一种抗高温水基钻井液,其特征在于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2~6份性能调节剂0.1~1份乳化剂0.01~0.1份水3~7份。3.根据权利要求2所述的一种抗高温水基钻井液,其特征在于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。4.根据权利要求2所述的一种抗高温水基钻井液,其特征在于所述改性高软化点沥青液中还包括性能调节剂和乳化剂;所述性能调节剂为液体古马隆树脂,乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚系列或司盘系列。5.根据权利要求3所述的一种抗高温水基钻井液,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。6.根据权利要求3所述的一种抗高温水基钻井液,其特征在于所述改性剂是通过将硫磺加热至250~350℃熔融,通入惰性气体,保持压力0.5~2.0MPa,反应10~100分钟后进行急冷得到。7.根据权利要求6所述的一种抗高温水基钻井液,其特征在于由硫磺制备改性剂过程中,硫磺熔融时还需加入预稳定剂,急冷时急冷液中还需加入稳定剂。8.根据权利要求7所述的一种抗高温水基钻井液,其特征在于所述预稳定剂选自1-十二(碳)烯、1-十四(碳)烯、1-十八(碳)烯、丁二烯、氯丁二烯、异戊二烯...

【专利技术属性】
技术研发人员:马骏
申请(专利权)人:辽宁石油化工大学
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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