CN102952526B - 一种高软化点乳化沥青水基钻井液处理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高软化点乳化沥青水基钻井液处理剂及其制备方法，所述钻井液处理剂包括40～70重量％软化点为150℃～240℃的沥青、35～50重量％水，0.02～2重量％助剂，0.05～5重量％乳化剂，0.01～1重量％稳定剂，所述处理剂的电荷为阴离子，1天的储存稳定性≤1％，5天的储存稳定性≤5％，220℃、3.45MPa下的高温高压滤失量≤25ml。所述处理剂的制备方法包括将水、阴离子乳化剂、稳定剂以及助剂混合，然后将软化点为150～240℃的沥青细粉加入到上述溶液中，搅拌。本发明提供的钻井液处理剂具有良好的高温高压降滤失功能，适用于高温高压的深井及超深井钻井。

Description

一种高软化点乳化沥青水基钻井液处理剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种沥青类钻井液处理剂及其制备方法，更具体地说是一种用于高温高压深井钻井的乳化沥青水基钻井液处理剂及其制备方法。

背景技术

钻井液是指油气钻井过程中满足钻井工作需要的各种循环流体的总称，其在钻井过程中必不可少，被喻为钻井的血液。钻井液需要具有携带和悬浮钻屑、稳定井壁及控制地层压力、冷却和润滑钻头钻具、传递水动力、获取地下信息等功能，因此需要向其中添加具有各种功能的钻井液处理剂。钻井液处理剂按其作用可分为防塌剂、降滤失剂、堵漏剂、页岩抑制剂、降粘剂、润滑剂、高温稳定剂等多种，沥青类钻井液处理剂以其良好的防塌、降滤失、高温稳定等效果而得到广泛的应用。

沥青类钻井液处理剂依作用机理主要有两大类：化学作用为主的处理剂和物理作用为主的处理剂。①以化学作用为主的沥青类钻井液处理剂，通过化学作用(物理吸附、氢键和离子交换)附着于粘土或页岩的荷正电的边缘上并与正电荷相结合，使井壁岩石表面或粘土颗粒表面形成一层牢固的沥青吸附膜，防止液体进入页岩，也可阻止自由水向井壁岩石内部或粘土颗粒内部渗透，降低滤失量，抑制粘土膨胀和页岩分散，从而减小页岩坍塌的可能性，提高井壁的稳定性。②以物理作用为主的沥青类钻井液处理剂，靠粘附或覆盖作用抑制页岩的分散和坍塌，使用时其沥青颗粒进入井壁页岩的微孔隙、裂隙或层面间，或粘附在井壁上，封堵成有一定强度不受钻井液冲刷和温度的影响的膜，以阻止浆液中自由水向井壁渗透，从而降低滤失量，防止剥落性页岩表面水化和渗透水化，抑制页岩膨胀、解离和剥落性脱落，防止坍塌，稳定井壁。

一类沥青钻井液处理剂为乳化沥青防塌剂。例如CN200510200450.6公开了一种阳离子沥青防塌剂乳胶，其按重量百分比组成为40％至56％软化点为40℃～100℃的沥青，0至10％的软化点调节剂，0.7％至3.0％的乳化分散剂，0至16％的降滤失剂，其余为水。

CN200410079225.7公开了一种钻井液用阳离子、乳化沥青防塌剂及其生产方法。该阳离子、乳化沥青防塌剂，其按重量百分比组成为20％-40％的沥青，4％-9％的氢氧化钾，1％-3％的十六烷基三甲基氯化铵(工业级)，15％-30％的工业助剂油，5％-8％的丙烯酸单体，15％-30％的去离子水，0.1％-0.2％的过氧化二苯甲酰，5％-8％的环氧丙基三甲基氯化铵，2％-5％的山梨醇酐单油酸酐。其生产方法包括：A.聚合物乳液的制备；B.阳离子沥青乳液的制备；C.聚合物阳离子沥青乳液。

随着石油勘探与开发的发展，钻井深度不断加深，深度在5000米以上的深井及超深井越来越多。由于地温梯度和地层压力梯度的影响，随着钻井深度的增加，地下温度越来越高，温度甚至超过150℃，而现有乳化沥青钻井液处理剂难以在温度高于150℃的高温高压环境下仍保证良好的降滤失效果，且以上申请的防塌剂为阳离子型，与井壁上附着的带正电的粘土或页岩相斥，不能很好地起到防塌作用，不能满足深井及超深井的高温高压工作环境要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供一种乳化沥青水基钻井液处理剂，以解决现有乳化沥青钻井液处理剂高温高压下降滤失效果差的问题。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种所述沥青水基钻井液处理剂的制备方法。

本发明提供一种乳化沥青水基钻井液处理剂，包括40～70重量％软化点为150℃～240℃的沥青、35～50重量％水，0.02～2重量％助剂，0.05～5重量％的乳化剂，0.01～1重量％稳定剂，所述处理剂具有如下性质：

沥青乳液电荷阴离子          (分析方法参见SH/T 0099.3)

储存稳定性(1天)    ≤1％    (分析方法参见SH/T0099.5)

储存稳定性(5天)    ≤5％    (分析方法参见SH/T0099.5)

高温高压滤失量(220℃，压差3.45MPa)    ≤25ml  (分析方法参见Q/SH 0043-2007、GB/T 16783)

本发明还提供一种乳化沥青水基钻井液处理剂的制备方法包括：将软化点为150℃～240℃的沥青粉碎成细粉，然后将其与水、阴离子表面活性剂、稳定剂以及助剂的混合物混合，搅拌。

本发明进一步提供一种深井钻井方法，包括在钻井过程中向井中引入水基钻井液，所述钻井液中包括本发明提供的乳化沥青水基钻井液处理剂。

本发明提供的乳化沥青水基钻井液处理剂，沥青软化点高，乳化沥青胶团带负电荷，与钻井泥浆混溶性好，在使用时能与井壁上带正电荷的粘土或页岩更好地相结合，既能起到化学作用又能起到物理作用，具有良好的降滤失功能，能够满足深井及超深井作业的高温高压要求。

本发明提供的乳化沥青水基钻井液处理剂制备方法，以软化点为150℃～240℃的高软化点沥青为原料，将其粉碎成细粉，以水为分散介质，以阴离子表面活性剂、稳定剂及助剂为乳化分散剂，在一定的乳化温度下搅拌形成水包油型的阴离子乳化沥青水基钻井液处理剂，其高温高压降滤失性能良好。本发明提供了制备高软化点乳化沥青水基钻井液处理剂的方法，解决了高软化点沥青其水溶性差、不易与泥浆混溶，难以起到防塌粘堵作用的问题。

本发明提供的钻井方法，具有良好的高温高压防塌降滤失功能，高温高压滤失量低，特别适用于深井及超深井的钻井。

具体实施方式

本发明所述的沥青为高软化点沥青，可选自天然沥青、氧化沥青、溶剂脱沥青中的脱油沥青、减压深拔得到的减压渣油、催化裂化油浆经蒸馏后的重组分之中的一种或一种以上，其软化点大于150℃且不超过240℃，优选不超过220℃。沥青在所述乳化沥青水基钻井液处理剂乳液中所占的重量百分比为40％～70％，优选沥青在所述乳化沥青水基钻井液处理剂乳液中所占的重量百分比为50％～65％。

所述的阴离子乳化剂选自硬脂酸钠、C10-35烷基(碳原子数为10～35个的烷基)硫酸钠、C10-14烷基苯磺酸钠、C10-18脂肪酸甲酯α-磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、油酰胺基甲氧基苯磺酸钠、木质素磺酸盐中的一种或几种。优选情况下，所述阴离子乳化剂的用量使得到的乳化沥青水基钻井液处理剂乳液中含有0.05～5重量％的阴离子乳化剂.

所述的稳定剂是选自氯化铵、氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化锌中的一种或一种以上，优选为氯化铵和/或氯化钙。优选，其用量使所得到的乳化沥青水基钻井液处理剂中含有0.01～1重量％的稳定剂。

所述的助剂选自有机酸，优选甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、柠檬酸、脂肪酸C10-22(含有10至22个碳原子的脂肪酸)、芳香酸、环烷烃羧酸、磺酸，更优选为乙二酸、苯甲酸、脂肪酸C10-22、萘酸、石油磺酸中的一种或一种以上。优选，所述助剂的用量使得到的乳化沥青水基钻井液处理剂乳液中助剂的含量为0.02～2重量％。

优选情况下，阴离子表面活性剂、助剂以及稳定剂在乳化沥青水基钻井液处理剂乳液中所占的重量百分比为0.1重量％～10.0重量％，更优选为1重量％～5.5重量％。所述的乳化沥青水基钻井液处理剂中：阴离子表面活性剂所占的重量百分比为0.05重量％～5重量％，稳定剂所占的重量百分比为0.01重量％～1重量％，助剂所占的重量百分比为0.02重量％～2重量％。

本发明提供的沥青水基钻井液处理剂制备方法，将水、阴离子表面活性剂、稳定剂以及助剂混合形成乳化剂溶液，然后将其与软化点为150～240℃的沥青粉混合，在0～90℃(乳化温度)下搅拌，乳化形成水包油型的阴离子乳化沥青水基钻井液处理剂。搅拌乳化的时间可以根据需要选择，通常搅拌时间不低于1分钟，优选搅拌时间为2分钟～20小时，更优选为5分钟～10小时。所述沥青细粉的粒度不超过60目(即所述沥青细粉的颗粒尺寸不超过250微米)，通常其粒度在60目～2000目之间(即所述沥青细粉的颗粒尺寸为250微米～6.5微米)。乳化温度优选为40℃～70℃。

本发明提供的沥青水基钻井液处理剂制备方法中，将沥青粉碎成细粉后与乳化剂溶液混合进行乳化，其中所述粉碎为现有方法，所述粉碎使得到的沥青细粉能通过60目的筛，即沥青细粉的粒度不超过60目。

所述搅拌所用的设备可以是简单搅拌器、胶体磨、静态混合器、高剪切混合乳化机、均化器或超声波乳化器。

本发明提供的钻井液处理剂，适用于井下温度大于150℃深井或超深油井钻井，所述的深井的井下温度为150～240℃，优选160～220℃。所述钻井液中，本发明提供的钻井液处理剂可根据需要添加，例如其含量可为钻井液总重量的0.1～3％重量。

下面结合实施例，对本发明提供的高软化点沥青水基钻井液处理剂及其制备方法予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

本发明所用沥青的性质如表1所示，沥青样品均经过粉碎并通过60目筛。

实施例1

本实施例所用1号沥青的性质见表1。在150g水加入2g十二烷基硫酸钠、2g十二烷基苯磺酸钠、1.0g氯化钙和0.1g苯甲酸，然后将所得混合物加热至温度为50℃，用高速剪切机剪切1分钟，使乳化剂、稳定剂及助剂能够与水形成均匀的溶液，在剪切机剪切下将200g  1号沥青粉加入到上述溶液中，于温度为50℃剪切5分钟，得到沥青水基钻井液处理剂。产物性质见表3。

实施例2

按照实施例1的方法，不同的是本实施例所用原料为2号沥青(性质见表1)，所用乳化剂、稳定剂及助剂分别为十六烷基三甲基氯化铵、氯化铵及乙二酸，乳化剂、稳定剂及助剂用量及试验条件见表2，产物性质分析结果见表3。

实施例3

按照实施例1的方法，不同的是本实施例所用原料为3号沥青(性质见表1)，所用乳化剂、稳定剂及助剂分别为5-油酰胺基-2-甲氧基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、氯化钙及石油磺酸盐，乳化剂、稳定剂及助剂用量及试验条件见表2，产物性质分析结果见表3。

实施例4

按照实施例2的方法，不同的是本实施例所用乳化剂为十八烷基三甲基氯化铵及十二烷基苯磺酸钠，助剂为萘酸，乳化剂、稳定剂及助剂用量及试验条件见表2，产物性质分析结果见表3。

对比例1

按照实施例2的方法，不同的是本实施例没有使用稳定剂和助剂，乳化剂用量及试验条件见表2，产物性质分析结果见表3。

表1

分析项目	1号沥青	2号沥青	3号沥青	4号沥青
					软化点(环球法)/℃	152.0	182.1	218.2	74.7
密度(20℃)/g/cm3	1.251	1.274	1.302	1.052
					沥青质/％	40.4	49.6	64.7	11.2
油溶物/％	99.1	79.6	60.1	100.0
					水溶物/％	0.5	1.4	0.7	0

表2

对比例2

按照实施例2的方法，不同的是本实施例所用原料为4号沥青(性质见表1)，乳化剂、稳定剂及助剂用量及试验条件见表2，产物性质分析结果见表3。

表3

分析项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例1	对比例2
							储存稳定性(1天)/％	0.3	0.5	0.7	0.4	3.2	0.3
储存稳定性(5天)/％	1.5	1.8	3.2	1.8	11.9	0.9
							乳化沥青微粒离子电荷	阴离子	阴离子	阴离子	阴离子	阴离子	阴离子
蒸发残余物含量/％	56	53	48	62	53	53
							220℃高温高压滤失量/ml	22.3	20.5	19.7	20.8	52.3	77.2

Claims (12)

1.一种乳化沥青水基钻井液处理剂，包括40～70重量％软化点为150～240℃的沥青、35～50重量％水，0.02～2重量％助剂，0.05～5重量％乳化剂，0.01～1重量％稳定剂，所述处理剂的电荷为阴离子，1天的储存稳定性≤1％，5天的储存稳定性≤5％，220℃、3.45MPa下的高温高压滤失量≤25ml，各组分的含量之和为100重量％。

2.按照权利要求1所述的沥青水基钻井液处理剂，其特征在于，所述乳液中含有50～65重量％沥青。

3.一种乳化沥青水基钻井液处理剂的制备方法，其特征在于，包括将水、阴离子乳化剂、稳定剂以及助剂混合，然后将软化点为150～240℃的沥青原料细粉加入到上述溶液中，在0～90℃的温度下搅拌。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的乳化剂为硬脂酸钠、C10-35烷基硫酸钠、C10-14烷基苯磺酸钠、C10-18脂肪酸甲酯α一磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、油酰胺基甲氧基苯磺酸钠、木质素磺酸盐构成的这组物质中的一种或多种。

5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的稳定剂选自氯化铵、氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化锌中的一种或多种。

6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的助剂选自有机酸。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的助剂选自甲酸、乙酸、乙二酸、酒石酸、柠檬酸、脂肪酸C10-22、芳香酸、环烷烃羧酸、磺酸中的一种或几种。

8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的助剂选自为乙二酸、苯甲酸、脂肪酸C10-22、萘酸、石油磺酸中的一种或几种。

9.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，沥青、水、阴离子乳化剂、稳定剂以及助剂形成的混合物的温度为0～90℃，乳化温度为40℃～70℃。

10.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述沥青细粉的粒度不超过60目。

11.按照权利要求3或10所述的方法，其特征在于，所述沥青细粉的粒度为2000～60目。

12.一种深井钻井方法，包括在钻井过程中向井中引入水基钻井液，其特征在于，所述钻井液中包括权利要求1～2任一项所述的沥青水基钻井液处理剂。