CN102070909A - 阳离子改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻井液用阳离子改性沥青及其制备方法技术领域，是一种阳离子改性沥青及其制备方法,该阳离子改性沥青组成为沥青、表面活性剂、改性剂5份至50份、余量为矿物油。本发明的有益效果是：和现有技术相比，本发明的显著优点是对微裂缝泥页岩地层的封堵更致密，在泥页岩表面的吸附能力更强，可在井壁形成不渗透隔层，防止钻井液滤液向地层渗透，降低滤失量，防止井壁坍塌。

Description

阳离子改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及钻井液用阳离子改性沥青及其制备方法技术领域，是一种阳离子改性沥青及其制备方法。

背景技术

钻井液是一种在钻井过程中具有携带钻屑、冷却润滑钻头、平衡地层压力、保护井壁稳定及保护油层不受伤害等多种作用的工作流体，其性能直接影响到钻井效率、井下安全和成本控制，是钻井工程技术的重要组成部分。

钻井工程中，经常钻遇强水敏泥页岩地层，容易造成钻头泥包、井壁垮塌、井径缩小、扭矩增大、钻具受卡等复杂事故，给钻井工程带来极大的危害。为解决上述问题，在过去几年内，采用了多种方法提高水基钻井液的抑制性能，如：钾钙基钻井液、有机盐钻井液、阳离子聚合物钻井液、聚合醇钻井液和硅酸盐钻井液等。这些钻井液在抑制泥页岩水化以及防止井壁垮塌等方面都发挥了较大的作用，但仍然存在着多种局限性。油基钻井液能够很好解决强水敏泥页岩地层引起的复杂问题，但油基钻井液存在着成本高、施工难度大、污染环境、安全性差等一系列问题，其推广和应用受到了制约。为了满足环境保护的要求，可以代替油基钻井液的水基钻井液在石油工业中的需求日益增长。近年来，国内外不少公司和研究机构分别研究开发出了一类具有强抑制性的新型水基钻井液，可以代替油基钻井液钻遇强水敏泥页岩地层，取得了优异的应用效果。

但是，上述抑制性水基钻井液都或多或少的存在向地层渗透失水。因此，钻井液具有抑制性的同时，增强其封堵能力非常有必要，使体系的井壁稳定能力得以提高。

发明内容

本发明提供了一种用于钻井液中的阳离子改性沥青及其制备方法，克服了上述现有技术存在的问题，其为钻井液提供一种封堵性强、润滑性好、对钻井液性能无副作用，可以增强钻井液稳定井壁能力的处理剂。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种用于钻井液中的阳离子改性沥青，其以100重量份计，该阳离子改性沥青组成为沥青20份到40份，表面活性剂3份至10份，改性剂5份至50份，余量为矿物油；其中，表面活性剂为tween-80、tween-60、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、双十八甲基二甲基氯化铵、双十六甲基二甲基氯化铵、双十二甲基二甲基氯化铵中的一种或一种以上的混合物，改性剂为环氧树脂、聚氨酯胶乳、聚丙烯酸酯胶乳、天然胶乳、聚乙酸乙烯酯胶乳、丁基橡胶胶乳中的一种或一种以上的混合物，矿物油为白油、煤油、柴油、液体石蜡中的一种。

对上述本发明的技术方案之一可进一步进行如下的选择或/和优化：

上述沥青为天然沥青或各类石油沥青。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种上述的阳离子改性沥青的制备方法,其特征在于按下述步骤进行：

第一步，将所需要量的矿物油和沥青加入反应器中，升温到60℃至150℃，搅拌使其溶解；

第二步，待沥青全部溶解后加入所需要量的表面活性剂，控制温度到60℃至100℃，搅拌20分钟；

第三步，在第二步后加入所需要量的改性剂，控制温度到60℃至95℃，搅拌60分钟至120分钟，冷却后即得阳离子改性沥青产品。

本发明的有益效果是：和现有技术相比，本发明的显著优点是对微裂缝泥页岩地层的封堵更致密，在泥页岩表面的吸附能力更强，可在井壁形成不渗透隔层，防止钻井液滤液向地层渗透，降低滤失量，防止井壁坍塌。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可依据本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例对本发明作进一步描述。各实施例中组分的含量以重量表示。

实施例1

将30份柴油和30份天然沥青加入反应器中，升温至120℃，搅拌使其溶解；待沥青全部溶解后加入5份十六烷基三甲基溴化铵，控制温度90~100℃，搅拌20分钟；然后加入35份环氧树脂，控制温度60~95℃，搅拌90分钟，冷却后即得阳离子改性沥青产品。

实施例2

将35份柴油和35份天然沥青加入反应器中，升温至130℃，搅拌使其溶解；待沥青全部溶解后加入5份十六烷基三甲基溴化铵，2份tween-80，控制温度80~90℃，搅拌20分钟；然后加入23份环氧树脂，控制温度60~95℃，搅拌100分钟，冷却后即得阳离子改性沥青产品。

实施例3

将35份柴油和35份天然沥青加入反应器中，升温至100℃，搅拌使其溶解；待沥青全部溶解后加入8份十六烷基三甲基溴化铵，控制温度60~80℃，搅拌20分钟；然后加入22份聚乙酸乙烯酯胶乳，控制温度60~70℃，搅拌100分钟，冷却后即得阳离子改性沥青产品。

实施例4

将40份柴油和40份天然沥青加入反应器中，升温至100℃，搅拌使其溶解；待沥青全部溶解后加入8份十六烷基三甲基溴化铵，控制温度60~80℃，搅拌20分钟；然后加入12份聚丙烯酸酯胶乳，控制温度60~70℃，搅拌100分钟，冷却后即得阳离子改性沥青产品。

实施例5

将35份柴油和35份天然沥青加入反应器中，升温至100℃，搅拌使其溶解；待沥青全部溶解后加入8份十六烷基三甲基溴化铵，控制温度60~80℃，搅拌20分钟；然后加入22份聚丙烯酸酯胶乳，控制温度60~70℃，搅拌100分钟，冷却后即得阳离子改性沥青产品。

实施例6

将35份柴油和35份天然沥青加入反应器中，升温至100℃，搅拌使其溶解；待沥青全部溶解后加入10份双十六甲基二甲基氯化铵，控制温度60~80℃，搅拌20分钟；然后加入20份聚乙酸乙烯酯胶乳，控制温度60~70℃，搅拌100分钟，冷却后即得阳离子改性沥青产品。

实施例7

该用于钻井液中的阳离子改性沥青以100重量份计，该阳离子改性沥青组成为沥青20份到40份，表面活性剂3份至10份，改性剂5份至50份，余量为矿物油；其中，表面活性剂为tween-80、tween-60、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、双十八甲基二甲基氯化铵、双十六甲基二甲基氯化铵、双十二甲基二甲基氯化铵中的一种或一种以上的混合物，改性剂为环氧树脂、聚氨酯胶乳、聚丙烯酸酯胶乳、天然胶乳、聚乙酸乙烯酯胶乳、丁基橡胶胶乳中的一种或一种以上的混合物，矿物油为白油、煤油、柴油、液体石蜡中的一种。沥青为天然沥青或各类石油沥青。

实施例8

实施例7的阳离子改性沥青按下述步骤得到：

第一步，将所需要量的矿物油和沥青加入反应器中，升温到60℃至150℃，搅拌使其溶解；

第二步，待沥青全部溶解后加入所需要量的表面活性剂，控制温度到60℃至100℃，搅拌20分钟；

第三步，在第二步后加入所需要量的改性剂，控制温度到60℃至95℃，搅拌60分钟至120分钟，冷却后即得阳离子改性沥青产品。

下面是本发明阳离子改性沥青对钻井液性能的影响测试。

例1

由以下组分配制钾钙基钻井液（重量体积百分比）

4%坂土浆 + 0.6%降失水剂JT888 + 0.5%水解聚丙烯晴铵盐NP-2 +７%钾盐抑制剂KCl + 0.5%氧化钙CaO + 3%磺化酚醛树脂SMP。

例２

由以下组分配制“双强”钻井液（重量体积百分比）

4%坂土浆+0.2%两性离子聚合物FA367+0.5%羧甲基淀粉CMS+0.5%水解聚丙烯晴铵盐NP-2+8%钾钙复合抑制剂GY-1+3%磺化酚醛树脂SMP。

例３

由以下组分配制有机盐钻井液（重量体积百分比）

4%坂土浆+ 0.5%有机盐降失水剂Redul1 + 0.2%有机盐提切剂Visol +30%有机盐加重剂Weigh2 + 30%有机盐加重剂Weigh3。

钻井液性能对比表

钻井液	实验条件	D	配方对比	FL	PV	YP	Gel	回收率
									例1	110°C热滚16h	1.12		5.8	36	8	3月7日	83.5
例1	110°C热滚16h	1.12	+5%QF-1	3.8	38	7	3月9日	92.7
									例2	110°C热滚16h	1.15		4.6	41	6	2月5日	89.8
例2	110°C热滚16h	1.15	+5%QF-1	3.6	45	5	2月6日	98.8
									例3	110°C热滚16h	1.42		2.4	46	5	2月6日	85.4
例3	110°C热滚16h	1.42	+5%QF-1	1.5	44	6	2月7日	94.3

D：钻井液密度，g/cm ³ 。

：API滤失量，mL。

：钻井液塑性粘度，mPa·s。

：钻井液动切力，Pa。

：钻井液初切力/钻井液终切力，Pa。

：阳离子改性沥青。

回收率（%）：采用岩屑滚动回收率来评价钻井液的抑制性，岩屑滚动回收率实验通过向钻井液中加入6～10目页岩岩屑50g，在110℃的老化罐（约350ml）中热滚16h小时，然后用40目筛网回收岩屑，经洗涤、干燥、称重。回收的岩屑重量与初始岩屑重量之比即为岩屑回收率。回收率越高，表示钻井液的抑制性越强，岩屑的分散程度越低。

注：表中实验中所用岩屑清水滚动回收率为3.5%。

通过本发明对钻井液性能的影响测试结果表明：本发明能降低钻井液滤失量，提高泥页岩滚动回收率，对钻井液流变性能影响小。

Claims (4)

1.一种用于钻井液中的阳离子改性沥青，其特征在于以100重量份计，该阳离子改性沥青组成为沥青20份到40份，表面活性剂3份至10份，改性剂5份至50份，余量为矿物油；其中，表面活性剂为tween-80、tween-60、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、双十八甲基二甲基氯化铵、双十六甲基二甲基氯化铵、双十二甲基二甲基氯化铵中的一种或一种以上的混合物，改性剂为环氧树脂、聚氨酯胶乳、聚丙烯酸酯胶乳、天然胶乳、聚乙酸乙烯酯胶乳、丁基橡胶胶乳中的一种或一种以上的混合物，矿物油为白油、煤油、柴油、液体石蜡中的一种。

2.根据权利要求1所述的阳离子改性沥青,其特征在于沥青为天然沥青或各类石油沥青。

3.根据权利要求1所述的阳离子改性沥青,其特征在于按下述步骤得到：

第一步，将所需要量的矿物油和沥青加入反应器中，升温到60℃至150℃，搅拌使其溶解；

第二步，待沥青全部溶解后加入所需要量的表面活性剂，控制温度到60℃至100℃，搅拌20分钟；

第三步，在第二步后加入所需要量的改性剂，控制温度到60℃至95℃，搅拌60分钟至120分钟，冷却后即得阳离子改性沥青产品。

4.一种根据权利要求1或2所述的阳离子改性沥青的制备方法,其特征在于按下述步骤进行：

第一步，将所需要量的矿物油和沥青加入反应器中，升温到60℃至150℃，搅拌使其溶解；

第二步，待沥青全部溶解后加入所需要量的表面活性剂，控制温度到60℃至100℃，搅拌20分钟；

第三步，在第二步后加入所需要量的改性剂，控制温度到60℃至95℃，搅拌60分钟至120分钟，冷却后即得阳离子改性沥青产品。