CN101108963B - 一种用作钻井液防塌剂的天然沥青改性产品及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用作石油钻井液防塌剂的粉状天然沥青改性产品及其制备方法。防塌剂组成为新疆克拉玛依市乌尔禾区地产天然沥青以及改性剂；改性剂为非离子表面活性剂、有机阳离子聚合物(聚季铵盐)、非水溶性固体辅料。制备方法采用均混法、捏合法或湿堆法，生产工艺简单可靠，不产生废料和环境污染。产品中天然沥青软化点130℃～150℃，产品油溶成分含量≥85％、水溶成分含量≤10％、无毒，具有沥青含量高、油溶成分含量高、水溶成分含量低、对钻井液流变性影响小等特点，适用于深井钻井作防塌剂。

Description

一种用作钻井液防塌剂的天然沥青改性产品及其制备方法

技术领域

本发明属于石油钻井液处理剂，具体地说涉及一种用作钻井液防塌剂的天然沥青改性产品及其制备方法。

背景技术

钻井液是石油钻井过程中使用的一种循环流体，被形象地称为钻井的血液。钻井液防塌剂的作用是使钻开地层后形成的井眼保持稳定，最常用的防塌剂是磺化沥青。磺化沥青采用炼厂沥青为原料，用浓硫酸或三氧化二硫进行磺化、碱中和制成，生产工艺过程控制复杂，产品质量不稳定，并且产生环境污染。磺化反应使沥青可以溶于水的同时，也使沥青丧失了可软化性质。磺化沥青产品的水溶物含量高，可以很方便在各种井温条件下使用，但对于深部地层微裂缝、解理发育的硬脆性泥页岩的封堵防塌效果不理想。

SPE有文献报道国外使用天然沥青作钻井液防塌剂，而在我国新疆克拉玛依市乌尔禾区最早发现了国内独一无二的天然沥青资源，其软化点为130℃～150℃，油溶率≥99.5％，灰分≤0.1％，无毒，是一种质地很纯的优质沥青品种。

发明内容

本发明涉及一种用作钻井液防塌剂的天然沥青改性产品，其组成为新疆克拉玛依乌尔禾天然沥青以及改性剂，各组分质量百分比含量为：

天然沥青：        85％～90％

改性剂：          10％～15％

其中改性剂组成为①非离子表面活性剂，其作用是改善天然沥青在水相中的润湿能力；②有机阳离子聚合物(聚季铵盐)，起协同增效作用；③非水溶性固体辅料，其作用是提高产品的抗粘结性，使产品在储存过程中不结块。各组分质量比为：

1～2份非离子表面活性剂

3～5份有机阳离子聚合物(聚季铵盐)

5～7份非水溶性固体辅料

本发明制备方法采用均混法、捏合法或湿堆法，其特征在于具体步骤如下：

(1)将块状天然沥青敲打成碎片状；

(2)按组分含量计算称量；

(3)非离子表面活性剂加适量水制成溶液，浇或洒到天然沥青上混合均匀，然后湿堆24h，期间不定时混拌，最后摊晒，晾干；或将天然沥青置于捏合机内，均匀滴加表面活性剂溶液，常温捏合搅拌1.5h～2.0h，倾出物料，在100±5℃温度条件下烘干；

(4)将有机阳离子聚合物(聚季铵盐)和非水溶性固体辅料与步骤(3)所得混合均匀，粉碎，质检合格后包装得到产品。

本发明利用天然沥青在钻井井下温度接近软化点温度时可软化变形的性质来封堵地层微裂缝、解理面，达到防止井塌、保持井壁稳定的目的，通过改性提高天然沥青的水润湿能力和抗粘结性，实现了天然沥青防塌剂的工业化生产和应用。本发明保证了产品中天然沥青的高含量(达到85％～90％)，主要对天然沥青进行物理改性，保持了天然沥青的高油溶率和水不溶性质，并且生产工艺简单可靠，产品质量稳定，不产生废料和环境污染。

具体实施例

实施例1：

(1)称取450kg天然沥青置放于水泥地面，称取5kg非离子表面活性剂用10kg自来水稀释制成溶液；

(2)用铁锨翻动天然沥青，同时向其浇洒步骤(1)非离子表面活性剂溶液，加完溶液后混拌均匀，然后用塑料布盖严物料；

(3)步骤(2)物料密闭堆放24h，中间混拌2次；

(4)将步骤(3)物料移至阳光下晾晒至干，然后加入20kg有机阳离子聚合物(聚季铵盐)、30kg固体辅料混合均匀；

(5)将步骤(4)物料粉碎(粉碎机筛网直径0.42mm)，得到样本产品1。

实施例2：

(1)称取425kg天然沥青置放于水泥地面，称取7.5kg非离子表面活性剂用10kg自来水稀释制成溶液；

(2)用铁锨翻动天然沥青，同时向其浇洒步骤(1)非离子表面活性剂溶液，加完溶液后混拌均匀，然后用塑料布盖严物料；

(3)步骤(2)物料密闭堆放24h，中间混拌2次；

(4)将步骤(3)物料移至阳光下晾晒至干，然后加入30kg有机阳离子聚合物(聚季铵盐)、37.5kg固体辅料混合均匀；

(5)将步骤(4)物料粉碎(粉碎机筛网直径0.42mm)，得到样本产品2。

实施例3：

(1)称取450kg天然沥青置于捏合机内，称取5kg非离子表面活性剂用10kg自来水稀释制成溶液；

(2)开启捏合机，同时向其均匀滴加步骤(1)非离子表面活性剂溶液(控制在30min加完)，加完溶液后捏合搅拌1.5h～2.0h，倾出物料；

(3)步骤(2)物料移至烘干房在105±5℃条件下烘干；

(4)将步骤(3)物料加入20kg有机阳离子聚合物(聚季铵盐)、30kg固体辅料混合均匀；

(5)将步骤(4)物料粉碎(粉碎机筛网直径0.42mm)，得到样本产品3。

实施例4：

(1)称取425kg天然沥青置于捏合机内，称取7.5kg非离子表面活性剂用10kg自来水稀释制成溶液；

(2)开启捏合机，同时向其均匀滴加步骤(1)非离子表面活性剂溶液(控制在30min加完)，加完溶液后捏合搅拌1.5h～2.0h，倾出物料；

(3)步骤(2)物料移至烘干房在105±5℃条件下烘干；

(4)将步骤(3)物料加入30kg有机阳离子聚合物(聚季铵盐)、37.5kg固体辅料混合均匀；

(5)将步骤(4)得到的物料进行粉碎(粉碎机筛网直径0.42mm)，得到样本产品4。

将实施例样本产品按照钻井液处理剂相关标准程序进行检验，检测数据见表1～表4：

          表1  产品1质量检测数据

检测项目	实测结果
		外观	自由流动粉末
细度(0.42mm筛孔筛余)，％	2.7
		水溶性/分散性	分散，润湿
水溶物含量，％	5.5
		油溶物含量，％	92.7
发泡率，％	3.2
		表观粘度，mPa·s	9
塑性粘度，mPa·s	6
		API滤失量，ml	15.7
高温高压滤失量，ml	56

          表2  产品2质量检测数据

检测项目	实测结果
		外观	自由流动粉末
细度(0.42mm筛孔筛余)，％	1.8
		水溶性/分散性	分散，润湿
水溶物含量，％	8.5
		油溶物含量，％	87.5

发泡率，％	4.2
		表观粘度，mPa·s	10
塑性粘度，mPa·s	7
		API滤失量，ml	16.5
高温高压滤失量，ml	59

            表3  产品3质量检测数据

检测项目	实测结果
		外观	自由流动粉末
细度(0.42mm筛孔筛余)，％	3.0
		水溶性/分散性	分散，润湿
水溶物含量，％	5.9
		油溶物含量，％	93.5
发泡率，％	3.7
		表观粘度，mPa·s	9
塑性粘度，mPa·s	6
		API滤失量，ml	15
高温高压滤失量，ml	57

            表4  产品4质量检测数据

检测项目	实测结果
		外观	自由流动粉末
细度(0.42mm筛孔筛余)，％	2.8

水溶性/分散性	分散，润湿
		水溶物含量，％	9.0
油溶物含量，％	89.5
		发泡率，％	4.5
表观粘度，mPa·s	10
		塑性粘度，mPa·s	7
API滤失量，ml	16
		高温高压滤失量，ml	60

本发明天然沥青改性防塌剂产品与磺化沥青产品在基本性质上有明显不同(见表5)，与磺化沥青产品相比，具有无毒、有明确的软化点温度范围、沥青含量高、油溶成分含量高、水溶成分含量低等特点。

     表5  本发明产品与磺化沥青产品性质对比

项目	磺化沥青产品	天然沥青改性产品
			毒性	有	无
软化点	---	130℃～150℃
			油溶率	≤20％	≥85％
水溶率	≥75％	≤10％

Claims (2)

1.一种用作钻井液防塌剂的天然沥青改性产品，其特征在于：主要组分为新疆克拉玛依乌尔禾地产的天然沥青以及改性剂；

各组分质量百分比为：

天然沥青：85％～90％

改性剂：10％～15％，其中所述改性剂按质量比的1～2份非离子表面活性剂、3～5份有机阳离子聚合物聚季铵盐和5～7份非水溶性固体辅料组成；

以上各组分如以下方法制备，即：

(1)将块状天然沥青敲打成碎片状；

(2)按组分含量计算称量；

(3)非离子表面活性剂加适量水制成溶液，浇或洒到天然沥青上混合均匀，然后湿堆24h，此期间不定时混拌，最后进行摊晒、晾干；或将天然沥青置于捏合机内，均匀滴加非离子表面活性剂溶液，常温捏合搅拌1.5h～2.0h，倾出物料，在100±5℃的温度条件下烘干；

(4)将有机阳离子聚合物聚季铵盐和非水溶性固体辅料与步骤(3)所得物混合均匀、粉碎得到本产品。

2.根据权利要求1所述的用作钻井液防塌剂的天然沥青改性产品其制备方法如下：

(1)将块状天然沥青敲打成碎片状；

(2)按组分含量计算称量；

(3)非离子表面活性剂加适量水制成溶液，浇或洒到天然沥青上混合均匀，然后湿堆24h，此期间不定时混拌，最后进行摊晒、晾干；或将天然沥青置于捏合机内，均匀滴加非离子表面活性剂溶液，常温捏合搅拌1.5h～2.0h，倾出物料，在100±5℃的温度条件下烘干；

(4)将有机阳离子聚合物聚季铵盐和非水溶性固体辅料与步骤(3)所得物混合均匀、粉碎得到本产品。