CN102952527A

CN102952527A - 一种沥青水基钻井液处理剂及其制备方法

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Publication number: CN102952527A
Application number: CN2011102469513A
Authority: CN
Inventors: 王翠红; 王子军
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-08-26
Also published as: CN102952527B

Abstract

一种沥青水基钻井液处理剂及其制备方法，该处理剂中油溶物含量不低于25重量％，水溶物含量不低于30重量％，磺酸钠基含量不低于10重量％，pH值为8～10，220℃高温高压滤失量不超过25ml，沥青的软化点为150～240℃。所述制备方法包括将沥青溶解于四氯化碳或四氯化碳和二氯乙烷混合物的分散剂、磺化、中和的步骤。所述处理剂高温高压抗滤失性好，适用于深井石油开采。

Description

一种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，更具体地说涉及一种磺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，在钻井过程中必不可少，被喻为钻井的血液。钻井液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，为此，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的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。以化学作用为主的沥青类钻井液处理剂，水溶性部分含量较高，而水溶性部分含大量电负性大离子，这些带负电的粒子通过化学作用(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。以物理作用为主的沥青类钻井液处理剂的成分主要是水不溶物，它适度分散于钻井液中而无聚结、漂浮现象，靠粘附或覆盖作用抑制页岩的分散和坍塌。这类沥青类钻井液处理剂中沥青胶体粒子在钻遇地层的高温下变软，在压差作用下沥青颗粒迅速从泥浆液中分离出来进入井壁页岩的微孔隙、裂隙或层面间，或粘附在井壁上，沥青微粒封堵成膜，该膜有一定强度，可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。

US3,089,842公开了磺化沥青的制备方法，以软化点在46℃～127℃范围内的沥青为原料，优选软化点在71℃～88℃范围内的沥青为原料；利用液态三氧化硫为磺化剂，以C5～C8的链烷烃为溶剂如戊烷、己烷、庚烷和辛烷，优选在7℃～60℃的温度下进行磺化反应，更优选磺化反应的温度在23℃～52℃。然而，其所得产品在超过150℃的高温下抗滤失性能差。

CN99109453.0公开了高温高压钻井液用磺化沥青及其制备方法，以煤焦油和石油沥青混合物为原料，以室温下为液体的烷烃为溶剂，以三氧化硫为磺化剂制备磺化沥青。其所得产品在超过150℃的高温下抗滤失性能差。

随着石油勘探与开发的发展，钻井深度不断加深，深井及超深井越来越多，这些油井的深度多在5000米以上，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，经常会超过150℃，因此在深井及超深井的开采过程中，钻井液长时间处于高温的环境条件下。现有磺化沥青钻井液处理剂，高温降滤失性差，难以满足深井及超深井的高温工作环境要求，现有磺化沥青制备方法，不适于制备用于高温环境的沥青水基钻井液处理剂。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供一种适用于深井及超深井钻井的沥青水基钻井液处理剂，该钻井液处理剂具有较好的高温高压降滤失效果；本发明要解决的另外技术问题是提供一种用于深井及超深井钻井的高温沥青水基钻井液处理剂的制备方法。本发明要解决的第三个问题是提供所述钻井液处理剂在油井钻井中的应用方法。

本发明提供一种沥青水基钻井液处理剂，所述的沥青的软化点大于150℃且不超过240℃，其满足：

油溶物含量、水溶物含量、磺酸钠基含量、pH值、高温高压滤失量按照Q/SH 0043-2007中的方法进行测试，其中高温高压滤失量测定的温度为220℃。

本发明还提供一种沥青水基钻井液处理剂的制备方法包括：将软化点大于150℃且不超过240℃沥青原料溶解于磺化分散剂中，然后将溶液与磺化剂接触，在0～60℃下进行磺化反应，然后加入碱中和，中和反应的终了pH值为8～10，然后回收得到高软化点沥青水基钻井液处理剂；沥青原料与溶剂的重量比为1∶0.1～1∶10，沥青原料与磺化剂的重量比为1∶0.05～1∶1.5，所述磺化分散剂为四氯化碳或四氯化碳和二氯乙烷的混合物。

本发明还提供一种钻井方法，包括在钻井过程中向井中引入包括沥青水基钻井液处理剂的水基钻井液，所述沥青水基钻井液处理剂为本发明提供的沥青水基钻井液处理剂。

所述的沥青原料为高软化点沥青，其软化点大于150℃不超过240℃，优选为160℃～220℃，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、催化裂化油浆蒸馏后得到的重组分之中的一种或一种以上。优选的，所述的沥青中还含有有机硫化合物，其硫含量为1.5重量％～5.0重量％，优选2.0重量％～4.0重量％。

所述的磺化剂是选自液态三氧化硫、发烟硫酸中的一种或一种以上。所述磺化剂中的三氧化硫含量为20重量％～100重量％。

所述的磺化反应温度为0℃～60℃，优选为35℃～55℃。磺化反应的时间大于0.1小时，通常为1小时～8小时，优选3小时～7小时，更优选5小时～6小时。

所述的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或一种以上。

本发明提供的沥青水基钻井液处理剂，油溶物含量高，水溶物含量高，磺酸钠基含量高，沥青软化点高，在使用时既能起到物理作用又能起到化学作用，在超过150℃的高温环境下具有良好的防塌、降滤失、高温稳定功能，高温高压滤失量低。本发明提供的沥青水基钻井液处理剂制备方法，提供了用于高温高压环境的高性能防塌及降滤失磺化沥青钻井液处理剂的制备方法，所得产品既具有较高的油溶性组分，又具有较高的水溶组分和磺酸钠基活性组分，在使用时既能起到化学作用又能起到物理作用，提供了高软化点沥青的新应用方法。

具体实施方式

本发明提供的沥青水基钻井液处理剂的制备方法，将高软化点沥青溶解于所述的磺化分散剂中然后进行磺化反应，为了加速溶解，将沥青原料粉碎成细粉，通常该细粉的粒度不大于60目(颗粒尺寸不大于250微米)，然后与所述的磺化分散剂混合，搅拌以使沥青溶解，沥青原料与磺化分散剂的重量比例为1∶0.1～1∶10。所述的磺化分散剂中四氯化碳的含量为60重量％～100重量％。优选磺化分散剂为四氯化碳。

本发明提供的高软化点沥青水基钻井液处理剂的制备方法，将沥青溶液与磺化剂接触进行磺化反应，沥青原料与磺化剂的重量比例为1∶0.05～1∶1.5，优选为1∶0.1～1∶1.0。磺化反应的时间优选为3小时～7小时，更优选5小时～6小时。

磺化反应结束后，向反应体系中加入碱性物水溶液，使之与反应生成的沥青磺酸、未反应的三氧化硫及硫酸发生中和反应，碱的用量使得到的混合物的PH值为8～10，优选为8～9。

本发明提供的沥青水基钻井液处理剂的制备方法，所述的回收包括：将中和合格的混合物蒸馏，所得固化物干燥后粉碎得到高软化点沥青水基钻井液处理剂，蒸馏得到的磺化分散剂和水的混合物经冷却后，静置沉降分层，分别得到磺化分散剂及水，磺化分散剂供循环利用。蒸馏过程中控制蒸馏温度不超过150℃，优选不超过120℃。

本发明提供的钻井液处理剂的使用方法，所述的钻井液中包括1重量％～3重量％的所述沥青水基钻井液处理剂。

本发明提供的钻井液处理剂，适用于深井及超深井钻井作业，其井下温度不低于150℃，尤其是适用于井下温度为160～220℃的深井或超深井的钻井。为了在高温井的钻井中具有更好的防塌以及降滤失效果，优选所用沥青水基钻井液处理剂的沥青软化点较钻井时的井底温度低5～70℃，更优选低10～20℃。

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。

实施例中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。所用三氧化硫、发烟硫酸为北京市李遂化工厂生产，发烟硫酸中三氧化硫含量为20％～50％。

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/重量％	40.4	49.6	64.7	11.2
油溶物/重量％	99.1	79.6	60.1	99.9
					水溶物/重量％	0.5	1.4	0.7	0

实施例1

本实施例所用1号沥青的性质见表1。

称取1号沥青样品100g倒入1000ml三口烧瓶中，向其中加入200g四氯化碳试剂(化学纯)，将三口烧瓶置于电加热套中，将沥青样品及分散剂的混合物加热至温度为40℃，并在40℃温度下搅拌10分钟；通过等压滴定管将20ml 20％的发烟硫酸(三氧化硫含量为21.5重量％)按1ml/min的速率滴加到三口烧瓶中，加完后在40℃搅拌3.5h，然后，通过等压滴定管将浓度为5重量％的氢氧化钠水溶液慢慢滴加到三口烧瓶中，对反应生成的沥青磺酸、未反应的三氧化硫及硫酸进行中和反应，当反应产物体系的PH值为8时停止滴加氢氧化钠溶液。然后将反应产物转移到蒸馏瓶中进行蒸馏，控制温度不超过150℃，溶剂冷却后收集，通过分液漏斗将水和四氯化碳分离；蒸馏的残余物则转移到烧杯中进行烘干、粉碎得到产物，产物性质分析结果见表3，产物性质分析方法参见Q/SH0043-2007。

实施例2

按照实施例1的方法，本实施例所用2号沥青性质见表1，所用磺化分散剂为四氯化碳∶二氯乙烷(体积比2∶1)的混合溶液，所用磺化剂为50％发烟硫酸(三氧化硫含量≥50％)。其操作条件见表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，本实施例所用3号沥青性质见表1，所用磺化分散剂为四氯化碳，所用磺化剂为液态三氧化硫。其操作条件见表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，本实施例所用2号沥青性质见表1，所用磺化分散剂为四氯化碳，所用磺化剂为50％发烟硫酸(三氧化硫含量50.5重量％)。其操作条件见表2，产物性质分析结果见表3。

对比例1

按照实施例1的方法，不同的是所用的分散剂为二氯乙烷。其操作条件见表2，产物性质分析结果见表3。

对比例2

按照实施例1的方法，不同的是所用的沥青原料为4号沥青，其性质见表1，其操作条件见表2，产物性质分析结果见表3。

表2

表3

由表3可见，本发明得到的高软化点沥青水基钻井液处理剂，具有较高的油溶物含量和水溶物含量，具有较高的磺酸钠基含量，高温高压滤失量低，具有较好的降滤失性能。

Claims

1.一种沥青水基钻井液处理剂，该处理剂中油溶物含量不低于25重量％，水溶物含量不低于30重量％，磺酸钠基含量不低于10重量％，pH值为8～10，220℃高温高压滤失量不超过25ml，所述沥青的软化点大于150℃且不超过240℃。

2.按照权利要求1所述的处理剂，其特征在于，所述的沥青软化点为160～220℃。

3.按照权利要求1或2所述的处理剂，其特征在于，所述处理剂中油溶物的含量为25重量％～60重量％，水溶物含量为30重量％～50重量％，磺酸钠基含量为10重量％～30重量％。

4.一种沥青水基钻井液处理剂的制备方法，其特征在于，包括：将软化点大于150℃且不超过240℃的沥青原料溶解于磺化分散剂中，在0℃～60℃下与磺化剂接触进行磺化反应，然后加入碱中和，中和反应的终了pH值为8～10，然后回收得到沥青水基钻井液处理剂；其中，沥青原料与磺化分散剂的重量比为1∶0.1～1∶10，沥青原料与磺化剂的重量比为1∶0.05～1∶1.5；所述的磺化分散剂为四氯化碳或四氯化碳和二氯甲烷的混合物。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的沥青原料与磺化分散剂的重量比为1∶1～1∶5。

6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述沥青原料与磺化剂的重量比为1∶0.1～1∶1。

7.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，磺化反应的温度为35℃～55℃。

8.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，磺化反应时间为3小时～7小时。磺化反应时间优选为5小时～6小时。

9.按照权利要求4或8所述的方法，其特征在于，中和反应的温度不超过80℃。

10.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的磺化剂为三氧化硫、发烟硫酸中的一种或一种以上。

11.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的磺化分散剂中四氯化碳的含量为60～100重量％。

12.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的沥青原料含有1.5重量％～5.0重量％的硫。

13.一种钻井方法，包括在钻井过程中向井中引入包括沥青水基钻井液处理剂的水基钻井液，其特征在于，所述沥青水基钻井液处理剂为权利要求1～3任一项提供的沥青水基钻井液处理剂。