一种改性环氧沥青颗粒、油包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改性环氧沥青颗粒、油包水基钻井液及其制备方法。该改性环氧沥青颗粒包括由环氧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。该油包水基钻井液，以质量分数计，包括主乳化剂0.5%～5%，辅乳化剂0.1%～3%，有机土1%～3%，改性环氧沥青颗粒1%～5%，余量为油水基。本发明专利技术的油包水基钻井液采用了改性环氧沥青颗粒作为性能调节剂，可以在油包水基钻井液中保持很好的颗粒状态和高温变形能力，提高了封堵和降滤失效果。

Modified epoxy asphalt particle and oil in water drilling fluid and preparation method thereof

The invention discloses a modified epoxy asphalt particle, an oil water based drilling fluid and a preparation method thereof. The modified epoxy asphalt particles include a core composed of epoxy asphalt and a shell formed by a modifier, which is 7-9 copies of core and 1-3 copies of shell by mass fraction; the modifier includes polymeric sulfur and free sulfur, and the weight ratio of polymeric sulfur and free sulfur in the modifier is 3:7-7:3. The oil-in-water based drilling fluid consists of 0.5%-5% main emulsifier, 0.1%-3% auxiliary emulsifier, 1%-3% organic soil, 1%-5% modified epoxy asphalt particles and 1%-5% residual oil-water based. Modified epoxy asphalt particles are used as performance regulators in the oil-in-water based drilling fluid of the invention, which can maintain good particle state and high temperature deformation ability in the oil-in-water based drilling fluid, and improve the plugging and filtering failure results.

【技术实现步骤摘要】
一种改性环氧沥青颗粒、油包水基钻井液及其制备方法
本专利技术属于石油钻井开采
，具体涉及一种改性环氧沥青颗粒及其制备方法，以及采用改性环氧沥青颗粒作为性能调节剂的油包水基钻井液。
技术介绍
随着油气勘探逐步向深层发展，钻遇高温高压地层的机会逐渐增加。这些都对钻井液体系提出了更高的要求。与水基钻井液相比，油基钻井液具有抗污染能力强，润滑性好，抑制性强，有利于保持井壁稳定，能最大限度地保护油气层，易于维护等特点。油基钻井液优良的高温稳定性及抑制性，使其在钻复杂井，特别是钻高温深井和水敏性地层中，优势更加明显，能够有效地保护水敏性油气层，提高油气产量。油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液，分为全油基钻井液和油包水乳化钻井液。全油基钻井液中含水量多在5%以下。油包水乳化钻井液由油、水、乳化剂、降滤失剂、活度平衡剂等组成，钻井液中水含量多在5%~30%之间。但抗高温在180℃以上的油包水钻井液中的水含量一般在5%~10%，很少超过15%以上。水含量的增加，会使体系的动切力增加，流变性变好，提高携带岩屑的能力，但是会使其热稳定性和电稳定性下降。CN1660958A公开了一种合成基钻井液，尽管在150℃下老化16小时后能保持较好的流变性和电稳定性，但是含水量最高为25%。而更高温度和水含量下的使用性能未见报道。油基钻井液虽然优点很多，但是在高温深井中应用时，与之适应的抗高温处理剂却成了制约其发展的因素之一。处理剂中的降滤失剂主要用于控制钻井液体系的滤失量和稳定性。针对这种高温高压的使用环境，国外研制出了一种在油基钻井液中溶解性好，抗高温能力强的油溶性聚合物颗粒降滤失剂。这种聚合物颗粒在降滤过程中能在外部形成薄且易变形的泥饼，在内部聚合物颗粒会封堵地层孔隙。虽能起到较好的降滤失效果，但价格昂贵。沥青类产品与特种聚合物相比，价格低廉且材料来源广泛，是国内外现代钻井工程不可缺少的重要剂种之一，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。一般的高软化点沥青多为石油沥青、煤沥青、天然沥青等。环氧沥青是指沥青中加入环氧树脂后，经过物理共混，稳定均匀后再与固化剂发生交联反应，形成一种多组分高性能的固化物。其中，组成不同的环氧沥青，其性能不同。在整个环氧沥青中，如果环氧体系占主导，则形成不可逆的热固性材料；如果沥青体系占主导，则形成有部分热塑性的高软化点沥青。但是，高软化点沥青颗粒在应用于钻井液体系当中时，由于颗粒变形能力相对有限，粘弹性相对较差，存在油气层孔道不规则时，不能很好地嵌入其中等问题。而且软化点越高，沥青的脆硬性越明显，难以起到良好的封堵和降滤失效果。CN102304353A和CN103013460A公开了一种将橡胶粉、天然沥青和超细碳酸钙按一定比例混合、粉碎的方法制备沥青颗粒组合物，有的还加入了聚合物纤维等。这种方法只是将橡胶粉（和\或聚合物纤维）和沥青简单地混合，二者并没有形成有机的整体，难以在较宽的粘弹区间内持续发挥作用。此外，所用沥青为天然沥青，软化点不易控制或在80到120℃之间，油溶物含量高达98%以上，在油基钻井液中使用时，基本上都溶在油相当中，抗高温性能变差。而橡胶粉在白油或柴油组成的连续相中长时间浸泡溶胀，可能会发生聚结，破坏整个钻井液体系的稳定性。
技术实现思路
针对现有技术制备高软化点沥青工艺复杂且成本较高，而且沥青颗粒应用于油包水基钻井液过程中存在油溶度高，钻井液体系中缺乏沥青颗粒对地层孔道和裂缝进行有效封堵，使其滤失量增加，悬浮能力及抗高温能力变差等问题，本专利技术提供了一种改性环氧沥青颗粒、油包水基钻井液及其制备方法。该油包水基钻井液采用改性环氧沥青颗粒作为性能调节剂，既有一定的抗高温能力又具有一定的高温可变形能力，能够起到很好的封堵、防塌和降滤失效果，同时提高了钻井液的携岩能力。本专利技术第一方面提供了一种改性环氧沥青颗粒，包括由环氧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，优选为4:6~7:3。所述环氧沥青可由常规方法制备，一般采用环氧树脂、固化剂与原料沥青经化学反应得到的。所述原料沥青为减压渣油、氧化沥青、溶脱沥青、天然沥青中的至少一种，软化点为30~70℃。所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，环氧当量为180~280克/当量，优选为CYD-127、CYD-128、CYD-134、E-42、E-44等中的至少一种，进一步优选为CYD-128、E-44中的至少一种，环氧树脂的加入量为原料沥青重量的5%~30%。所述固化剂为脂肪族胺类，优选长链脂肪族胺类，进一步优选为氢化牛脂基伯胺、氢化牛脂基丙撑二胺、椰油基1,3-丙撑二胺、十六烷基二甲基叔胺、十八烷基二甲基叔胺中的一种或几种，固化剂的加入量为占原料沥青重量的5%~20%。所述改性环氧沥青颗粒的粒径≤150μm。本专利技术第二方面提供了一种油包水基钻井液，以质量分数计，包括如下组分：主乳化剂0.5%～5.0%，辅乳化剂0.1%～3.0%，有机土1%～3%，性能调节剂1%～5%，油水基余量，所述油水基中按体积比计，包括油相:水相=90:10～60:40；所述的性能调节剂为所述的改性环氧沥青颗粒。所述主乳化剂为长链脂肪酰胺系列表面活性剂，优选为月桂酰二乙醇胺、油酸酰胺、油酰二乙醇胺和椰油酰二乙醇胺中的至少一种，所述辅乳化剂为Span系列的表面活性剂或脂肪酸聚氧乙烯酯系列，Span系列的表面活性剂优选为Span-60、Span-80和Span-85中的至少一种，脂肪酸聚氧乙烯酯系列选自松香酸聚氧乙烯酯、油酸聚氧乙烯酯和硬脂酸聚氧乙烯酯中的至少一种。在所述油包水基钻井液中，所述油相为柴油、生物柴油、白油、植物油中的至少一种，优选白油。所述水相为质量浓度为10%～30%的氯化钙水溶液。在所述油包水基钻井液中，还可以包括加重剂，调节钻井液密度达到1.50～2.10g/cm3，所述加重剂为重晶石和/或石灰石。本专利技术第三方面提供了所述改性环氧沥青颗粒的制备方法，包括：（1）、硫磺粉加热至250~350℃熔融，通入惰性气体，保持压力0.5~2.0MPa，反应10~100分钟，使硫磺熔融聚合，形成液态改性剂；（2）、将环氧沥青置于密闭罐中加热至熔融状态，并通入惰性气体使密闭罐压力保持在0.2~2.0MPa；（3）、将步骤（2）的环氧沥青与步骤（1）得到的液态改性剂相接触，两者的加入量按硫磺与环氧沥青的质量比为1~3:7~9；（4）、将步骤（3）得到的产物喷入到淬冷液中进行急冷，得到改性环氧沥青颗粒。步骤（1）中，将硫磺粉加热熔融后，优选加入预稳定剂。预稳定剂为能够与聚合硫分子链两端硫原子成键的物质，优选为单烯烃、二烯烃、卤代二烯烃、卤代芳烃、硝基卤代芳烃中的一种或多种，进一步优选为1-十二碳烯、1-十四碳烯、1-十八碳烯、丁二烯、氯丁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性环氧沥青颗粒，包括由环氧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，优选为4:6~7:3。

【技术特征摘要】
1.一种改性环氧沥青颗粒，包括由环氧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，优选为4:6~7:3。2.按照权利要求1所述的改性环氧沥青颗粒，其特征在于：所述环氧沥青是采用环氧树脂、固化剂与原料沥青经化学反应得到的。3.按照权利要求2所述的改性环氧沥青颗粒，其特征在于：所述原料沥青为减压渣油、氧化沥青、溶脱沥青、天然沥青中的至少一种，软化点为30~70℃。4.按照权利要求2所述的改性环氧沥青颗粒，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，环氧当量为180~280克/当量，优选为CYD-127、CYD-128、CYD-134、E-42、E-44中的至少一种，进一步优选为CYD-128、E-44中的至少一种，环氧树脂的加入量为原料沥青重量的5%~30%。5.按照权利要求2所述的改性环氧沥青颗粒，其特征在于：所述固化剂为脂肪族胺类，优选长链脂肪族胺类，进一步优选为氢化牛脂基伯胺、氢化牛脂基丙撑二胺、椰油基1,3-丙撑二胺、十六烷基二甲基叔胺、十八烷基二甲基叔胺中的一种或几种，固化剂的加入量为占原料沥青重量的5%~20%。6.按照权利要求1所述的改性环氧沥青颗粒，其特征在于：所述改性环氧沥青颗粒的粒径≤150μm。7.一种油包水基钻井液，以质量分数计，包括如下组分：主乳化剂0.5%～5.0%，辅乳化剂0.1%～3.0%，有机土1%～3%，性能调节剂1%～5%，油水基余量，所述油水基中按体积比计，包括油相:水相=90:10～60:40；所述的性能调节剂为权利要求1~6任一所述的改性环氧沥青颗粒。8.按照权利要求7所述的油包水基钻井液，其特征在于：所述主乳化剂为长链脂肪酰胺系列表面活性剂，优选为月桂酰二乙醇胺、油酸酰胺、油酰二乙醇胺和椰油酰二乙醇胺中的至少一种，所述辅乳化剂为Span系列的表面活性剂或脂肪酸聚氧乙烯酯系列，Span系列的表面活性剂优选为Span-60、Span-80和Span-85中的至少一种，脂肪酸聚氧乙烯酯系列选自松香酸聚氧乙烯酯、油酸聚氧乙烯酯和硬脂酸聚氧乙烯酯中的至少一种。9.按照权利要求7所述的油包水基钻井液，其特征在于：在所述油包水基钻井液中，所述油相为柴油、生物柴油、白油和植物油中的至少一种，优选白油；所述水相为质量浓度为10%～30%的氯化钙水溶液。10.按照权利要求7所述的油包水基钻井液，其特征在于：在所述油包水基钻井液中，还包括加重剂，调节钻井液密度达到1.50～2.10g/cm3，所述加重剂为重晶石和/或石灰石。11.权利要求1~6任一所述改性环氧沥青颗粒的制备方法，包括：（1）、硫磺粉加热至250~350℃熔融，通入惰性气体，保持压力0.5~2.0MPa，反应10~100分钟，使硫磺熔融聚合，形成液态改性剂；（2）、将环氧沥青置于密闭罐中加热至熔融状态，并通入惰性气体使密闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅丽，姚汉荣，李志军，郭皎河，刘树华，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