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，包括基浆和改性沥青液。改性沥青液包括改性沥青颗粒、水、性能调节剂和乳化剂，改性沥青颗粒含有接枝活化沥青和改性剂，所述接枝活化沥青由基础沥青和有机酸酐在150‑250℃下反应制备。所述改性剂含有聚合硫和游离硫，以所述改性沥青颗粒的总量计，所述硫元素的含量为10~40重量%，以硫元素的总量计，聚合硫的含量为30~70重量%；所述改性沥青颗粒的总粒径≤150μm。本发明专利技术的钻井液中添加了改性沥青液，其中的沥青颗粒为在接枝活化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。

Water base drilling fluid and preparation method thereof

The invention discloses a water base drilling fluid and a preparation method thereof, which comprises a base slurry and a modified asphalt fluid. Modified asphalt liquor includes modified asphalt particles, water, performance regulators and emulsifiers. Modified asphalt particles contain graft-activated asphalt and modifier. The graft-activated asphalt is prepared by reaction of base asphalt and organic anhydride at 150 250 C. The modifier contains polymeric sulfur and free sulfur. According to the total amount of the modified asphalt particles, the content of the sulfur element is 10-40 wt%, and the content of the polymeric sulfur is 30-70 wt%. The total diameter of the modified asphalt particles is less than 150 micron. Modified asphalt fluid is added to the drilling fluid in which the asphalt particles are a mixture of high elastic polymeric sulfur and free sulfur coated on the grafted activated asphalt. The asphalt particles not only have small particle size, have certain elastic deformation ability, but also have excellent high temperature resistance and can be stored stably at normal temperature, thereby improving drilling performance. The viscosity and shear force of the liquid, the dynamic shear force of the system and the high temperature and high pressure filtration loss.

【技术实现步骤摘要】
一种水基钻井液及其制备方法
本专利技术涉及一种钻井液及其制备方法，特别是含有改性沥青颗粒的钻井液，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，提高了钻井液的抗高温性能。本专利技术的技术目的通过以下技术方案实现：一种水基钻井液，以质量份数计，所述钻井液包括如下组分：基浆80~95份改性沥青液5~20份所述改性沥青液按质量份数计，包括以下组分：改性沥青颗粒2~6份性能调节剂0.1~1份乳化剂0.01~0.1份水3~7份所述改性沥青颗粒含有接枝活化沥青和改性剂，所述接枝活化沥青由基础沥青和有机酸酐在150-250℃下反应制备；所述改性剂含有聚合硫和游离硫，以所述改性沥青颗粒的总量计，所述硫元素的含量为10~40重量%，以硫元素的总量计，聚合硫的含量为30~70重量%；所述改性沥青颗粒的总粒径≤150μm；所述性能调节剂为液体古马隆树脂，乳化剂为长链脂肪酰胺系列或脂肪酸聚氧乙烯酯系列表面活性剂。在上述水基钻井液中，作为进一步的优选，所述改性沥青颗粒中，以硫元素的总量计，聚合硫的含量为40~60重量%。以所述改性沥青颗粒的总量计，所述改性剂的含量为15~35重量%，沥青的含量为65~85重量%。本专利技术中，聚合硫也称不溶硫，是常规单质硫的一种同素异形体，简称IS，分子结构为以8个硫原子为单元环经开环聚合作用形成高度聚合的以8原子环为单元的分子链，其分子量可达数万甚至数十万以上，因此不溶于对普通单质硫具有良好溶解性的有机溶剂中。本专利技术特别优选聚合硫分子链上的硫原子数在108以上。本专利技术的改性沥青颗粒含有大量的硫元素，优选为改性沥青颗粒总量的15~35重量%。而现有的未经改性的沥青（为区别起见，也称为基础沥青）一般含硫较少，硫元素的含量一般远低于10重量%，聚合硫的含量更是几乎为0。在上述水基钻井液中，所述改性沥青颗粒为核-壳结构，核主要由接枝活化沥青构成，壳主要由改性剂构成；优选地，所述改性沥青颗粒的核的粒径为50~120μm，壳的厚度为5~50μm；优选地，所述改性沥青颗粒的总粒径为90~120μm，核的粒径为80~110μm，壳的厚度为10~30μm。在上述水基钻井液中，所述改性沥青颗粒以其总量计，所述壳的含量为10~30重量%，核的含量为70~90重量%。在上述水基钻井液中，所述有机酸酐选自顺丁烯二酸酐、聚乙二酸酐、聚戊二酸酐、聚壬二酸酐和聚异丁烯丁二酸酐中的至少一种。本专利技术的水基钻井液中，所述改性沥青颗粒由于含有或者表面包覆有聚合硫改性剂，因此所述改性沥青颗粒较改性前的沥青软化点相应提高。优选地，所述改性沥青颗粒的软化点为120~210℃，优选为130~180℃。在上述水基钻井液中，所述乳化剂选自月桂酰二乙醇胺、油酸酰胺、油酰二乙醇胺和椰油酰二乙醇胺中的至少一种；或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。在上述水基钻井液中，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。本专利技术的另一技术目的在于提供上述水基钻井液的制备方法，包括以下步骤：（1）制备改性沥青颗粒：①将硫磺粉加热至250~350℃，10~60分钟后，加入稳定剂，同时通入氮气或惰性气体，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将基础沥青加热至熔融状态，加入占沥青重量2~20%的有机酸酐，并通入氮气或惰性气体使沥青反应釜压力保持在0.2-1.0MPa，反应温度为150-250℃，反应2-8小时，得到接枝活化沥青反应液；③将步骤①的液态改性剂和步骤②的接枝活化沥青反应液从反应塔两端分别喷入，按硫磺：接枝活化沥青反应液的重量比为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10~50℃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，保持30~120分钟，然后进行脱水和干燥，再将所得固体用振动筛进行筛分；所述稳定剂为能够与聚合硫分子链两端硫原子成键的物质，包括单烯烃、二烯烃、卤代二烯烃、卤代芳烃和硝基卤代芳烃中的一种或多种；所述酸酐为一元或多元有机酸酐；（2）制备改性沥青液：将液体古马隆和步骤（1）制备的改性沥青颗粒加入到含乳化剂的水中，进行剪切乳化，得到所述改性沥青液；（3）制备钻井液：将改性沥青液和基浆混合。在上述制备方法中，步骤（1）中所述稳定剂优选自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、六氯对二甲苯、碘代硝基苯和溴代硝基苯中的至少一种。在上述制备方法中，所述酸酐为一元或多元有机酸酐，优选自顺丁烯二酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水基钻井液，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份改性沥青液         5~20份所述改性沥青液按质量份数计，包括以下组分：改性沥青颗粒       2~6份性能调节剂         0.1~1份乳化剂             0.01~0.1份水                 3~7份所述改性沥青颗粒含有接枝活化沥青和改性剂，所述接枝活化沥青由基础沥青和有机酸酐在150‑250℃下反应制备；所述改性剂含有聚合硫和游离硫，以所述改性沥青颗粒的总量计，所述硫元素的含量为10~40重量%，以硫元素的总量计，聚合硫的含量为30~70重量%；所述改性沥青颗粒的总粒径≤150μm；所述性能调节剂为液体古马隆树脂，乳化剂为长链脂肪酰胺系列或脂肪酸聚氧乙烯酯系列表面活性剂。

【技术特征摘要】
1.一种水基钻井液，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份改性沥青液5~20份所述改性沥青液按质量份数计，包括以下组分：改性沥青颗粒2~6份性能调节剂0.1~1份乳化剂0.01~0.1份水3~7份所述改性沥青颗粒含有接枝活化沥青和改性剂，所述接枝活化沥青由基础沥青和有机酸酐在150-250℃下反应制备；所述改性剂含有聚合硫和游离硫，以所述改性沥青颗粒的总量计，所述硫元素的含量为10~40重量%，以硫元素的总量计，聚合硫的含量为30~70重量%；所述改性沥青颗粒的总粒径≤150μm；所述性能调节剂为液体古马隆树脂，乳化剂为长链脂肪酰胺系列或脂肪酸聚氧乙烯酯系列表面活性剂。2.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述改性沥青颗粒中，以硫元素的总量计，聚合硫的含量为40~60重量%；以所述改性沥青颗粒的总量计，所述改性剂的含量为15~35重量%，沥青的含量为65~85重量%。3.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述改性沥青颗粒的软化点为120~210℃，优选为130~180℃。4.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述改性沥青颗粒为核-壳结构，核主要由接枝活化沥青构成，壳主要由改性剂构成；优选地，所述改性沥青颗粒的核的粒径为50~120μm，壳的厚度为5~50μm；优选地，所述改性沥青颗粒的总粒径为90~120μm，核的粒径为80~110μm，壳的厚度为10~30μm。5.根据权利要求4所述的水基钻井液，其特征在于：以改性沥青颗粒的总重量计，所述壳的含量为10~30重量%，核的含量为70~90重量%。6.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述有机酸酐选自顺丁烯二酸酐、聚乙二酸酐、聚戊二酸酐、聚壬二酸酐和聚异丁烯丁二酸酐中的至少一种。7.权利要求1~6任意一项所述的水基钻井液的制备方法，包括以下步骤：（1）制备改性沥青颗粒：①将硫磺粉加热至250~350℃，10~60分钟后，加入稳定剂，同时通入氮气...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅丽，姚汉荣，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