CN102276992B

CN102276992B - 钻井液用改性磺化沥青及其制备方法

Info

Publication number: CN102276992B
Application number: CN 201110101059
Authority: CN
Inventors: 马礼俊; 赵善波; 雷恒永; 姚杰; 王忠交
Original assignee: HENAN JINMA PETROLEUM TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: HENAN JINMA PETROLEUM TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: CN102276992A

Abstract

本发明提供了一种钻井液用改性磺化沥青，包括高温硬煤沥青和磺化中温煤沥青。本发明还提供了一种钻井液用改性磺化沥青的制备方法，包括以下步骤：a)将中温煤沥青、煤油和发烟硫酸混合，反应后得到磺化中温煤沥青；b)将所述磺化中温煤沥青与高温硬煤沥青混合，得到钻井液用改性磺化沥青。中温煤沥青中胶质含量较低，容易被磺化剂磺化，得到的磺化沥青中硫酸钠等副产物较少，降滤失效果好。高温硬煤沥青的耐高温性能和稳定性能较好，能够提高改性磺化沥青的高温高压降滤失性能。实验表明，向基浆中加入2％本发明制备的改性磺化沥青得到的钻井液的高温高压滤失量为10mL～12mL，低于现有的磺化沥青和乳化沥青的高温高压滤失量。

Description

钻井液用改性磺化沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于磺化沥青技术领域，尤其涉及一种钻井液用改性磺化沥青及其制备方法。

背景技术

在石油钻井过程中，为了保持井径规则、防止坍塌，需要在泥浆中加入具有防塌功能的泥浆处理剂，以改善泥浆性能、达到稳定井壁的目的，尤其在复杂地层、深井和热井的钻探中，泥浆处理剂不仅要具有防塌性能还要有抗高温性能。改性沥青具有防止坍塌、降低钻井液高温高压滤失量、提高泥浆高温稳定性等作用，被广泛用作泥浆处理剂。

现有技术公开了多种钻井液用改性沥青，如阳离子乳化沥青和磺化沥青等，其中，磺化沥青具有抑制页岩水化分散、增大泥饼润滑性等作用而成为研究热点之一。如申请号为200910033436.X的中国专利文献公开了一种磺化沥青的制备方法，主要包括以下步骤：将沥青粉加入轻质油中边搅拌边升温形成混合溶液；然后向所述混合溶液中加入硫酸，保温；将保温后的溶液用氢氧化钠调节pH值，然后进行油层分离、烘干、粉碎后得到磺化沥青。该方法以石油沥青为原料制备磺化沥青，由于石油沥青中胶质成分含量较大，进行磺化时，磺化剂用量较大，得到的磺化沥青中含有大量硫酸钠等副产物，该磺化沥青配制的钻井液封堵防塌、降低高温高压滤失效果较差，加量大时还容易产生泡沫，对钻井作业产生影响。又如，河南金马石油科技有限责任公司生产的型号为FT-1的钻井液用磺化沥青，主要以石油沥青为原料，以发烟硫酸为磺化剂进行磺化反应后得到。但是，该磺化沥青用量小时，降高温高压滤失量效果较差；用量大时，容易出现钻井液起泡现象，不利于钻井作业。

煤沥青是由煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的沥青，主要用于制造涂料、电极、沥青焦、油毛毡等。与石油沥青相比，煤沥青具有与矿质集料粘附性好、润湿性好等优点，本发明人考虑以煤沥青代替石油沥青制备磺化沥青，以提高钻井液的降高温高压滤失性能。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种钻井液用改性磺化沥青及其制备方法，通过本发明提供的方法制备得到的改性磺化沥青用于钻井液时具有良好的高温高压降滤失性能。

本发明提供了一种钻井液用改性磺化沥青，包括高温硬煤沥青和磺化中温煤沥青。

优选的，所述高温硬煤沥青和磺化中温煤沥青的质量比为(0.5～2)∶(0.5～2)。

本发明还提供了一种钻井液用改性磺化沥青的制备方法，包括以下步骤：

a)将中温煤沥青、煤油和发烟硫酸混合，反应后得到磺化中温煤沥青；

b)将所述磺化中温煤沥青与高温硬煤沥青混合，得到钻井液用改性磺化沥青。

优选的，所述步骤a)中，所述中温煤沥青的软化点为75℃～95℃。

优选的，所述步骤a)中，所述中温煤沥青在四氯化碳中的溶解率为30％～50％。

优选的，所述步骤a)中，所述发烟硫酸中，SO₃的含量≥20wt％。

优选的，所述步骤b)中，所述高温硬煤沥青的软化点为130℃～150℃。

优选的，所述步骤a)中，所述中温煤沥青、煤油和发烟硫酸的质量比为(100～200)∶(3～10)∶(30～80)。

优选的，所述步骤b)中，所述磺化中温煤沥青与所述高温硬煤沥青的质量比为(0.5～2)∶(0.5～2)。

优选的，所述步骤b)中，所述磺化中温煤沥青的粒度为20目～60目，所述高温硬煤沥青的粒度为20目～60目。

与现有技术相比，本发明以中温煤沥青为原料，将其与煤油、发烟硫酸混合后进行磺化，得到磺化中温煤沥青；然后将所述磺化中温煤沥青与高温硬煤沥青混合，得到改性磺化沥青。中温煤沥青中胶质含量较低，容易被磺化剂磺化，得到的磺化沥青中硫酸钠等副产物较少，降滤失效果好。高温硬煤沥青的耐高温性能和稳定性能较好，能够提高改性磺化沥青的高温高压降滤失性能。另外，煤沥青与矿物集料的粘附性能较好，用作钻井液时能够更好的抑制页岩膨胀和分散，改善钻井液泥饼质量、增加润滑性等。实验表明，向基浆中加入2％本发明制备的改性磺化沥青得到的钻井液的高温高压滤失量为10mL～12mL，低于现有的磺化沥青和乳化沥青的高温高压滤失量。

具体实施方式

在所述钻井液用改性磺化沥青中，所述高温硬煤沥青的软化点优选为130℃～150℃，更优选为135℃～145℃；所述高温硬煤沥青的粒度优选为20目～60目，更优选为30目～50目。

在所述钻井液用改性磺化沥青中，所述磺化中温煤沥青为中温煤沥青经过磺化得到的反应产物。所述磺化中温煤沥青优选按照以下方法制备：

将中温煤沥青、煤油和发烟硫酸混合，反应后得到磺化沥青。

所述中温煤沥青的软化点优选为75℃～95℃，更优选为80℃～90℃；所述中温煤沥青在四氯化碳中的溶解率优选为30％～50％，更优选为35％～45％。

在所述钻井液用改性磺化沥青中，所述高温硬煤沥青与所述磺化中温煤沥青的质量比优选为(0.5～2)∶(0.5～2)，更优选为(1～1.5)∶(1～1.5)。

本发明以中温煤沥青和高温硬煤沥青为原料制备改性磺化沥青，得到的改性磺化沥青具有良好的高温高压降滤失性能。

在本发明中，所述中温煤沥青的软化点优选为75℃～95℃，更优选为80℃～90℃；所述中温煤沥青在四氯化碳中的溶解率优选为30％～50％，更优选为35％～45％。

将中温煤沥青、煤油和发烟硫酸混合，中温煤沥青在煤油和发烟硫酸的作用下被磺化，得到磺化中温煤沥青。

按照本发明，首先将中温煤沥青粉碎，优选粉碎至粒度为10目～40目，更优选为15目～35目。

优选在搅拌的条件下向粉碎后的中温煤沥青中加入煤油，加入后将中温煤沥青和煤油搅拌混合均匀，所述搅拌混合均匀的时间优选为5min～20min，更优选为10min～15min。所述中温煤沥青与所述煤油的质量比优选为(100～200)∶(3～10)，更优选为(120～180)∶(5～8)。

然后优选在搅拌的条件下向中温煤沥青和煤油的混合物中加入发烟硫酸，搅拌反应，发烟硫酸与中温煤沥青发生磺化反应，得到酸性磺化中温煤沥青。由于中温煤沥青胶质成分含量少，磺化反应较易进行，从而使得到的磺化中温煤沥青具有良好的降滤失性能。

在所述发烟硫酸中，SO₃的含量优选≥20wt％，更优选≥25wt％，最优选≥30wt％。所述发烟硫酸与所述中温煤沥青的质量比优选为(30～80)∶(100～200)，更优选为(40～60)∶(120～180)。

中温煤沥青与发烟硫酸反应后，得到酸性磺化中温煤沥青，将所述酸性磺化中温煤沥青干燥、粉碎后进行中和。本发明优选将所述酸性磺化中温煤沥青自然风干后，粉碎至粒度为10目～40目。将粉碎后的酸性磺化中温煤沥青优选在搅拌的条件下加入到氢氧化钠溶液中进行中和，得到磺化中温煤沥青。所述氢氧化钠溶液的质量浓度优选为20％～40％，更优选为30％；中和时间优选为10min～40min，更优选为20min～30min。

中和反应完毕后，得到的磺化中温煤沥青为胶体，将所述磺化中温煤沥青胶体优选在140℃下烘干48h，然后粉碎后得到磺化中温煤沥青。所述磺化中温煤沥青的粒度优选为20目～60目，更优选为30目～50目。

得到磺化中温煤沥青后，将其与高温硬煤沥青混合均匀，即可得到改性磺化沥青。按照本发明，所述高温硬煤沥青的软化点优选为130℃～150℃，更优选为135℃～145℃；所述高温硬煤沥青的粒度优选为20目～60目，更优选为30目～50目。所述高温硬煤沥青与所述磺化中温煤沥青的质量比优选为(0.5～2)∶(0.5～2)，更优选为(1～1.5)∶(1～1.5)。

得到改性磺化沥青后，将所述改性磺化沥青与基浆配制成钻井液并测定其滤失性能，结果表明，向基浆中加入2％本发明制备的改性磺化沥青得到的钻井液的高温高压滤失量为10mL～12mL，低于现有的磺化沥青和乳化沥青的高温高压滤失量。

本发明以中温煤沥青为原料，将其与煤油、发烟硫酸混合后进行磺化，得到磺化中温煤沥青；然后将所述磺化中温煤沥青与高温硬煤沥青混合，得到改性磺化沥青。中温煤沥青中胶质含量较低，容易被磺化剂磺化，得到的磺化沥青中硫酸钠等副产物较少，降滤失效果好。高温硬煤沥青的耐高温性能和稳定性能较好，能够提高改性磺化沥青的高温高压降滤失性能。另外，煤沥青与矿物集料的粘附性能较好，用作钻井液时能够更好的抑制页岩膨胀和分散，改善钻井液泥饼质量、增加润滑性等。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的改性磺化沥青及其制备方法进行详细描述。

以下各实施例中所用原料均为从市场上购得，其中，中温煤沥青购自安阳市万兴源贸易有限公司，其软化点为90℃～100℃；高温硬煤沥青购自安阳市兴鹏贸易有限公司，其软化点为130℃～145℃。

实施例1

向350mL蒸馏水中加入14g基准钠膨润土，以11000r/min的转速搅拌20min，搅拌过程中用玻璃棒刮下粘附在容器壁上的粘附物；搅拌后，将得到的混合物密闭养护24h，然后加入7.0g铁铬木质素磺酸盐和7.0g评价土，搅拌30min后，用质量浓度为20％的氢氧化钠溶液调节pH值至10，以11000r/min的转速搅拌20min后得到基浆。

实施例2

将中温煤沥青粉碎至20目，过20目标准检验筛后得到中温煤沥青颗粒；将150g所述中温煤沥青加入到捏合机中，搅拌的条件下加入5g煤油，捏合10min；继续在搅拌的条件下加入45gSO₃含量为25wt％的发烟硫酸，捏合30min；将得到的反应混合物自然风干、粉碎至20目，过20目标准检验筛，得到酸性磺化沥青颗粒；搅拌的条件下向127g质量浓度为30％的氢氧化钠溶液中加入所述酸性磺化沥青颗粒，搅拌中和30min后，得到磺化沥青胶体；将所述磺化沥青胶体在140℃烘房中烘干48h，粉碎至40目，过40目标准检验筛，得到磺化沥青颗粒；

将高温硬煤沥青粉碎至40目，过40目标准检验筛，得到高温硬煤沥青颗粒；

将150g磺化沥青颗粒和150g高温硬煤沥青颗粒在混料机中混合均匀，得到改性磺化沥青。

向实施例1制备的基浆中加入7.0g所述改性磺化沥青，搅拌30min，用质量浓度为20％的NaOH溶液调节pH值至10，以11000r/min的转速搅拌20min，再低速搅拌1h后，得到钻井液。

采用GB/T 16783.1中规定的方法测定所述钻井液在150℃、3.45MPa压差下的高温高压滤失量，结果参见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的钻井液的高温高压滤失量。

实施例3

采用实施例2提供的方法、原料和步骤制备改性磺化沥青，区别在于，所用发烟硫酸中SO₃含量为30wt％。

实施例4

采用实施例2提供的方法、原料和步骤制备改性磺化沥青，区别在于，将150g磺化沥青颗粒和130g高温硬煤沥青颗粒在混料机中混合均匀，得到改性磺化沥青。

实施例5

采用实施例2提供的方法、原料和步骤制备改性磺化沥青，区别在于，搅拌的条件下加入10g煤油。

实施例6

采用实施例2提供的方法、原料和步骤制备改性磺化沥青，区别在于，加入80g SO₃含量为25wt％的发烟硫酸。

实施例7

采用实施例2提供的方法、原料和步骤制备改性磺化沥青，区别在于，将磺化沥青胶体烘干后粉碎至50目，将高温硬煤沥青粉碎至50目。

实施例8

采用实施例2提供的方法、原料和步骤制备改性磺化沥青，区别在于，加入40g SO₃含量为30wt％的发烟硫酸。

实施例9

实施例10

采用实施例2提供的方法、原料和步骤制备改性磺化沥青，区别在于，加入发烟硫酸后捏合40min。

实施例11

采用实施例2提供的方法、原料和步骤制备改性磺化沥青，区别在于，加入80g SO₃含量为25wt％的发烟硫酸，捏合35min。

比较例1

向实施例1制备的基浆中加入7.0g新乡市星光化工有限公司生产的磺化沥青，搅拌30min，用质量浓度为20％的NaOH溶液调节pH值至10，以11000r/min的转速搅拌20min，再低速搅拌1h后，得到钻井液。

比较例2

向实施例1制备的基浆中加入7.0g新乡市星光化工有限公司生产的乳化沥青，搅拌30min，用质量浓度为20％的NaOH溶液调节pH值至10，以11000r/min的转速搅拌20min，再低速搅拌1h后，得到钻井液。

表1本发明实施例及比较例提供的钻井液的高温高压滤失量

由表1可知，本发明提供的方法制备得到的改性磺化沥青具有更好的降高温高压滤失效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种钻井液用改性磺化沥青，包括高温硬煤沥青和磺化中温煤沥青；

所述高温硬煤沥青的软化点为130℃～150℃，所述高温硬煤沥青的粒度为20目～60目；

所述磺化中温煤沥青为中温煤沥青经过磺化得到的反应产物；所述磺化中温煤沥青按照如下方法制备：将中温煤沥青、煤油和发烟硫酸混合，反应后得到磺化中温煤沥青；

所述中温煤沥青的软化点为75℃～95℃，所述中温煤沥青在四氯化碳中的溶解率为30%～50%；

所述高温硬煤沥青与所述磺化中温煤沥青的质量比优选为（0.5～2）:（0.5～2）。

2.一种钻井液用改性磺化沥青的制备方法，包括以下步骤：

a）将中温煤沥青、煤油和发烟硫酸混合，反应后得到磺化中温煤沥青；

b）将所述磺化中温煤沥青与高温硬煤沥青混合，得到钻井液用改性磺化沥青。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a）中，所述中温煤沥青的软化点为75℃～95℃。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a）中，所述中温煤沥青在四氯化碳中的溶解率为30%～50%。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a）中，所述发烟硫酸中，SO₃的含量≥20wt%。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b）中，所述高温硬煤沥青的软化点为130℃～150℃。

7.根据权利要求2～6任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a）中，所述中温煤沥青、煤油和发烟硫酸的质量比为（100～200）:（3～10）:（30～80）。

8.根据权利要求2～6任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b）中，所述磺化中温煤沥青与所述高温硬煤沥青的质量比为（0.5～2）:（0.5～2）。

9.根据权利要求2～6任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b）中，所述磺化中温煤沥青的粒度为20目～60目，所述高温硬煤沥青的粒度为20目～60目。