一种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水基钻井液及其制备方法。该水基钻井液包括基浆和改性环氧沥青液，改性环氧沥青液包括改性环氧沥青颗粒、水、稳定分散剂和稳定剂，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。本发明专利技术的水基钻井液中添加了改性环氧沥青液，其中的沥青颗粒为在环氧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。该钻井液在高温使用时具有很好的流变性能和高温高压降滤失效果。

Water base drilling fluid and preparation method thereof

The invention discloses a water base drilling fluid and a preparation method thereof. The water-based drilling fluid includes base slurry and modified epoxy asphalt fluid. The modified epoxy asphalt fluid includes modified epoxy asphalt particles, water, stabilizer and stabilizer. The modified epoxy asphalt particles include a core composed of epoxy asphalt and a shell formed by the modifier. The modified epoxy asphalt particles contain 7-9 cores and 1-3 shells according to the mass fraction. The agent includes polymerized sulfur and free sulphur, and the weight ratio of polymerized sulfur and free sulphur in the modifier is 3:7~7:3. Modified epoxy asphalt fluid is added to the water-based drilling fluid of the invention, in which the asphalt particles are a mixture of high elastic polymeric sulfur and free sulfur coated on the epoxy asphalt. The asphalt particles have small particle size, certain elastic deformation ability and excellent high temperature resistance. The drilling fluid has good rheological properties and high temperature and high pressure filtration effect when used at high temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种水基钻井液及其制备方法
本专利技术属于石油钻井开采
，具体涉及一种水基钻井液及其制备方法。
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。一般的高软化点沥青多为石油沥青、煤沥青、天然沥青等。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、CN99109453.0、CN201010250241.3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。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。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
针对现有技术制备高软化点沥青工艺复杂且成本较高，而且水基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，本专利技术提供了一种水基钻井液及其制备方法。该水基钻井液采用改性环氧沥青液，能够使沥青颗粒在水基钻井液中稳定分散，并具有一定的弹性变形能力，抗高温性能优良，能够提高钻井液的封堵、防塌，稳定井壁，降低滤失量等性能。本专利技术提供的水基钻井液，以质量份数计，包括：基浆85~95份改性环氧沥青液5~15份，所述改性环氧沥青液，按质量份数计，包括以下组分：改性环氧沥青颗粒2~6份水3~7份，所述改性环氧沥青颗粒粒径≤120μm，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；所述改性环氧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，其加入量为环氧沥青的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质量的0.01%~0.5%。所述的环氧沥青可采用常规方法制备，一般是环氧树脂、固化剂与原料沥青反应而得。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，如氢化牛脂基伯胺、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%。进一步地，所述改性环氧沥青液中还可以包括性能调节剂，所述性能调节剂为液体古马隆树脂，其加入量按环氧沥青和硫磺总重量计，为二者总质量的1%~10%。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，再加入钠膨润土，高速搅拌并养护一定时间后得到。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。本专利技术还提供了上述水基钻井液的制备方法，包括：（1）、将环氧沥青加入至水中进行粉碎，加入稳定分散剂和稳定剂，得到环氧沥青基液；（2）、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；（3）、将步骤（2）得到的硫蒸汽喷入到步骤（1）得到的环氧沥青基液中，两者的加入量按硫磺与环氧沥青的质量比为1~3:7~9，形成的改性环氧沥青颗粒悬浮于沥青基液中，10~50℃条件下保持30~120分钟，混合均匀得到改性环氧沥青液；（4）、将步骤（3）得到的改性环氧沥青液和基浆，按照比例混合均匀，得到所述水基钻井液。在制备本专利技术的水基钻井液时，所用环氧沥青可采用常规方法制备，具体过程如下：将原料沥青加热至100~150℃，加入固化剂，搅拌均匀，然后加入环氧树脂，继续搅拌10~30分钟，在120~140℃条件下恒温4~10小时，冷却得到环氧沥青。在环氧沥青的制备方法中，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%。在环氧沥青的制备方法中，所述固化剂为脂肪族胺类，优选长链脂肪族胺类，如氢化牛脂基伯胺、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，固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水基钻井液，以质量份数计，包括：基浆                    85~95份改性环氧沥青液          5~15份，所述改性环氧沥青液，按质量份数计，包括以下组分：改性环氧沥青颗粒        2~6份水                      3~7份，所述改性环氧沥青颗粒粒径≤120μm，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；所述改性环氧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，其加入量为环氧沥青的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质量的0.01%~0.5%。

【技术特征摘要】
1.一种水基钻井液，以质量份数计，包括：基浆85~95份改性环氧沥青液5~15份，所述改性环氧沥青液，按质量份数计，包括以下组分：改性环氧沥青颗粒2~6份水3~7份，所述改性环氧沥青颗粒粒径≤120μm，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；所述改性环氧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，其加入量为环氧沥青的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质量的0.01%~0.5%。2.按照权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述的环氧沥青采用环氧树脂、固化剂与原料沥青反应而得。3.按照权利要求2所述的水基钻井液，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所述的水基钻井液，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所述的水基钻井液，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，如氢化牛脂基伯胺、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所述的水基钻井液，其特征在于：所述改性环氧沥青液中还包括性能调节剂，所述性能调节剂为液体古马隆树脂，其加入量按环氧沥青和硫磺总重量计，为二者总质量的1%~10%。7.按照权利要求1所述的水基钻井液，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；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。8.按照权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述改性剂是通过将硫磺加热至120~160℃，10~60...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅丽，姚汉荣，宁爱民，郭皎河，张建峰，刘树华，
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