CN104119846A - 高软化点钻井液用沥青及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田开采钻井液技术领域，具体的说是涉及一种高软化点钻井液用沥青，按重量份数计包括以下成分：天然岩沥青50-65份；渣油30-40份；油浆6-10份；其中，天然岩沥青的软化点＞190℃，渣油的胶质含量＞20％，油浆的芳香烃含量>10％。通过本配方及本方法制得的钻井液用沥青其软化点高，为150-160℃，油溶率80％以上，含水率3％以下，感温性小，稳定性高，所以在3000米以上深井的高温高压的井内环境时，在油基钻井液中可以有效抵抗高温高压所带来的滤失增大压力，同时沥青的特殊性又能稳定井壁，抑制能力强，能有效抑制泥页岩水化和硬脆性地层的坍塌，抗渗堵漏，润滑钻头。

Description

高软化点钻井液用沥青及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及油田开采钻井液技术领域，具体的说是涉及一种高软化点钻井液用沥青。

背景技术

在石油钻井过程中，经常遇到破碎、水敏性地层、水溶性地层，在复杂地层钻井过程中，会遇到井壁失稳，滤失过大等问题，在钻井作业中，加入钻井液来保护钻头，但是钻井液在压力下会渗透到地层土壤中造成流失，造成失水，不仅会诱发井眼失稳，还会对油气层产生损害。

在钻井作业中，防塌，封堵，降滤失是最重要的三个点，这样可以最大程度的降低钻井液对储层的伤害，保护油气层。现在通常采用加降滤失剂和防塌剂的方法来解决钻井中对钻井液滤失量的要求。目前国内采用的降滤失剂分为水基钻井液降滤失剂和油基钻井液降滤失剂，以CMC、磺化沥青粉、磺化褐煤为代表的水基钻井液降滤失剂在3000米以下的油井钻井使用，经过长年的摸索和研究，效果不错，但是在3000米以上深井中，随着井深的不断加大，井内的环境会发生很大改变，温度压力都会急剧升高，如果仍然用原来的水基钻井液方案，会让滤失量加大，井壁不稳，造成钻井液失水，岩屑无法排出，卡钻等，这个时候需要使用适用温度和压力更高的油基钻井液。

随着各地炼厂汽柴油产量的日益增加，渣油的产量也是水涨船高，但在如何利用渣油的问题上困难重重，没有找到一条行之有效的完全把渣油消化掉的方法，一方面造成资源浪费，同时还污染环境。

发明内容

根据上述不足之处，本发明的目的是提供一种适合高压力的高软化点钻井液用沥青。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高软化点钻井液用沥青，按重量份数计包括以下成分：天然岩沥青50-65份；渣油30-40份；油浆6-10份；其中，天然岩沥青的软化点＞190℃，渣油的胶质含量＞20％，油浆的芳香烃含量>10％。

优选的是：天然岩沥青55-60份；渣油32-38份；油浆7-9份。

本发明还提供一种高软化点钻井液用沥青的制备方法，其步骤如下：

(1)将天然岩沥青经过磨机粉碎成粉末，备用；

(2)将渣油加热到140-150℃；

(3)加热后的渣油中加入油浆，开启搅拌，继续加热到180-210℃；

(4)在加热混匀后的渣油和油浆的混合物中加入粉碎好的天然岩沥青粉，机械搅拌50-60分钟，冷却到室温以后，粉碎成10-200目的高软化点钻井液用沥青。

优选的是：所述粉碎后的天然岩沥青粉末过200目的筛子，其通过率大于90％。

优选的是：所述制得的高软化点钻井液用沥青其软化点为150-160℃，油溶率80％以上，含水率3％以下。

天然岩沥青作为一种自然资源，是石油类物质在长期地质环境变化条件下，经历复杂物理化学变化后形成的产物。由于天然岩沥青产生于岩石裂隙中，所受的压力与温度条件要比其他天然沥青高，故聚合程度很高，相对分子质量很大，软化点较高，一般高于190℃，有些甚至高达300℃。天然岩沥青具有高含氮量，并且其中的氮元素以官能团形式存在，这种存在使岩沥青具有很强的浸润性和对自由氧化基的高抵抗性，特别是与集料的粘附性及抗剥离性得到明显的改善。另一方面，天然岩沥青具有很高的沥青烯含量和大分子量，使溶液更加粘稠，使沥青粘度更好，更易于与聚合物结合，也具有更好的抗氧化性。

当天然沥青溶于基质后，在高温及小分子包围作用下，造成天然岩沥青大胶束的破裂，使其暴露出许多活性点，而这些活性点迅速与小分子结合形成半聚合作用，这也为它与其他物质作为复合改性剂提供了极有价值的依据。

天然岩沥青的抗微生物侵蚀作用很强，并具有在自由表面形成致密光亮保护膜的特点。因此，由天然岩沥青作为高软化点钻井液用沥青的主要材料，是高软化点钻井液用沥青防塌、封堵、降滤失的关键材料。

原油经减压蒸馏所得的残余油。又称减压渣油。有时将从常压蒸馏塔底所得的重油称为常压渣油。色黑粘稠，常温下呈半固体状。渣油主要是指从常减压装置底层出来的重组分，其中常压装置出来叫做常压渣油，减压装置出来的叫做减压渣油。渣油含有较大量的金属、硫和氮等杂质元素以及胶质、沥青质，渣油的加入可以一定程度上降低天然岩沥青的软化点，这是由于3000米以上深度的油田钻井其能达到的高温状态一般为150-160℃，软化点太高没有必要，软化点过低，到不到抗高温的要求。

另一方面，由于天然岩沥青是高分子量聚合物，因此其粘度很大，加入油浆，可以降低整个高软化点钻井液用沥青的粘度，使其易于利用。

天然岩沥青应用的机理：将天然岩沥青中加入渣油和油浆，由于温度与渣油和油浆的共同作用，使得天然岩沥青这些相对分子质量很大的胶束被破坏，而破坏的胶束上暴露出的许多活性点立即被渣油和油浆所填充、饱和，形成一种全新的组合，最终形成以天然岩沥青大胶束分子为中心，渣油和油浆填充、包围的新的方式。实质上是在天然岩沥青中加入了大量的非自发核心物质，这个核心的相对分子质量较普通沥青相对分子质量小，对以沥青质为核心的结构进行了改造，其改造程度的大小取决于加入渣油和油浆的相对分子质量大小及氮、氧、硫侧链的数量多少。天然岩沥青与渣油和油浆之间形成合适的配比关系，可以得到所要求的高软化点钻井液用沥青，形成的高软化点钻井液用沥青其性能就越优越。

本发明的有益效果在于：通过本配方及本方法制得的钻井液用沥青其软化点高，为150-160℃，油溶率80％以上，含水率3％以下，感温性小，稳定性高，所以在3000米以上深井的高温高压的井内环境时，在油基钻井液中可以有效抵抗高温高压所带来的滤失增大压力，同时沥青的特殊性又能稳定井壁，抑制能力强，能有效抑制泥页岩水化和硬脆性地层的坍塌，抗渗堵漏，润滑钻头。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种高软化点钻井液用沥青，按重量份数计包括以下成分：天然岩沥青50份，渣油30份，油浆6份，其中，天然岩沥青的软化点195℃，渣油的胶质含量27％，油浆的芳香烃含量16％。

本发明还提供一种高软化点钻井液用沥青的制备方法，其步骤如下：(1)将天然岩沥青经过磨机粉碎成粉末，备用；(2)将渣油加热到140℃；(3)加热后的渣油中加入油浆，开启搅拌，继续加热到180℃；(4)在加热混匀后的渣油和油浆的混合物中加入粉碎好的天然岩沥青粉，机械搅拌50分钟，冷却到室温以后，粉碎成10目的高软化点钻井液用沥青。

粉碎后的天然岩沥青粉末过200目的筛子，其通过率为93％。

经测定，制得的高软化点钻井液用沥青其软化点为160℃，油溶率83％，含水率2.98％。

本发明还提供一种高软化点钻井液用沥青的应用，其操作步骤如下：(1)配制油基钻井液：矿物油与水的比例为90:10；(2)制备油基钻井液降滤失剂：将上述油基钻井液中加入油基钻井液质量为2.5％的有机土，3％的有机褐煤，2％的乳化剂，3％的高软化点钻井液用沥青，搅拌混匀。

实施例2

一种高软化点钻井液用沥青，按重量份数计包括以下成分：天然岩沥青65份，渣油40份，油浆10份，其中，天然岩沥青的软化点196℃，渣油的胶质含量30％，油浆的芳香烃含量19％。

本发明还提供一种高软化点钻井液用沥青的制备方法，其步骤如下：(1)将天然岩沥青经过磨机粉碎成粉末，备用；(2)将渣油加热到150℃；(3)加热后的渣油中加入油浆，开启搅拌，继续加热到210℃；(4)在加热混匀后的渣油和油浆的混合物中加入粉碎好的天然岩沥青粉，机械搅拌60分钟，冷却到室温以后，粉碎成200目的高软化点钻井液用沥青。

粉碎后的天然岩沥青粉末过200目的筛子，其通过率为95％。

经测定，制得的高软化点钻井液用沥青其软化点为160℃，油溶率87％，含水率2.1％。

本发明还提供一种高软化点钻井液用沥青的应用，其操作步骤如下：(1)配制油基钻井液：矿物油与水的比例为90:10；(2)制备油基钻井液降滤失剂：将上述油基钻井液中加入油基钻井液质量为2.5％的有机土，3％的有机褐煤，2％的乳化剂，3％的高软化点钻井液用沥青，搅拌混匀。

实施例3

一种高软化点钻井液用沥青，按重量份数计包括以下成分：天然岩沥青55份，渣油32份，油浆7份，其中，天然岩沥青的软化点260℃，渣油的胶质含量45％，油浆的芳香烃含量26％。

本发明还提供一种高软化点钻井液用沥青的制备方法，其步骤如下：(1)将天然岩沥青经过磨机粉碎成粉末，备用；(2)将渣油加热到145℃；(3)加热后的渣油中加入油浆，开启搅拌，继续加热到195℃；(4)在加热混匀后的渣油和油浆的混合物中加入粉碎好的天然岩沥青粉，机械搅拌55分钟，冷却到室温以后，粉碎成100目的高软化点钻井液用沥青。

粉碎后的天然岩沥青粉末过200目的筛子，其通过率为92％。

经测定，制得的高软化点钻井液用沥青其软化点为159℃，油溶率90，含水率1.6％。

本发明还提供一种高软化点钻井液用沥青的应用，其操作步骤如下：(1)配制油基钻井液：矿物油与水的比例为90:10；(2)制备油基钻井液降滤失剂：将上述油基钻井液中加入油基钻井液质量为2.5％的有机土，3％的有机褐煤，2％的乳化剂，3％的高软化点钻井液用沥青，搅拌混匀。

实施例4

一种高软化点钻井液用沥青，按重量份数计包括以下成分：天然岩沥青60份，渣油38份，油浆9份，其中，天然岩沥青的软化点246℃，渣油的胶质含量31％，油浆的芳香烃含量18％。

本发明还提供一种高软化点钻井液用沥青的制备方法，其步骤如下：(1)将天然岩沥青经过磨机粉碎成粉末，备用；(2)将渣油加热到149℃；(3)加热后的渣油中加入油浆，开启搅拌，继续加热到200℃；(4)在加热混匀后的渣油和油浆的混合物中加入粉碎好的天然岩沥青粉，机械搅拌60分钟，冷却到室温以后，粉碎成10-200目的高软化点钻井液用沥青。

粉碎后的天然岩沥青粉末过200目的筛子，其通过率91％。

经测定，制得的高软化点钻井液用沥青其软化点为153℃，油溶率82％，含水率2.9％。

本发明还提供一种高软化点钻井液用沥青的应用，其操作步骤如下：(1)配制油基钻井液：矿物油与水的比例为90:10；(2)制备油基钻井液降滤失剂：将上述油基钻井液中加入油基钻井液质量为2.5％的有机土，3％的有机褐煤，2％的乳化剂，3％的高软化点钻井液用沥青，搅拌混匀。

实施例5

一种高软化点钻井液用沥青，按重量份数计包括以下成分：天然岩沥青57份，渣油36份，油浆8份，其中，天然岩沥青的软化点220℃，渣油的胶质含量23％，油浆的芳香烃含量>10％。

本发明还提供一种高软化点钻井液用沥青的制备方法，其步骤如下：(1)将天然岩沥青经过磨机粉碎成粉末，备用；(2)将渣油加热到148℃；(3)加热后的渣油中加入油浆，开启搅拌，继续加热到205℃；(4)在加热混匀后的渣油和油浆的混合物中加入粉碎好的天然岩沥青粉，机械搅拌50分钟，冷却到室温以后，粉碎成150目的高软化点钻井液用沥青。

粉碎后的天然岩沥青粉末过200目的筛子，其通过率为97％。

经测定，制得的高软化点钻井液用沥青其软化点为157℃，油溶率93％，含水率2.5％。

本发明还提供一种高软化点钻井液用沥青的应用，其操作步骤如下：(1)配制油基钻井液：矿物油与水的比例为90:10；(2)制备油基钻井液降滤失剂：将上述油基钻井液中加入油基钻井液质量为2.5％的有机土，3％的有机褐煤，2％的乳化剂，3％的高软化点钻井液用沥青，搅拌混匀。

试验结果：以实施例5的配比及方法制得的高软化点钻井液用沥青，测量相关指标。试验结果见表1。

表1 以实施例5制得的钻井液性能参数表

本发明可以为渣油的利用提供新的应用领域，不失为一个新的渣油的利用方法。采用本发明方法制备的软化点150-160℃的高软化点钻井液用沥青，性能稳定，抑制能力强，能有效抑制泥页岩水化和硬脆性地层的坍塌，抗渗堵漏，同时有一定的润滑作用，适应于深度3000米以上，不同工况的油田开采钻井液体系。

Claims (6)

1.一种高软化点钻井液用沥青，其特征在于：按重量份数计包括以下成分：

天然岩沥青 50-65份

渣油       30-40份

油浆       6-10份

其中，天然岩沥青的软化点＞190℃，渣油的胶质含量＞20％，油浆的芳香烃含量>10％。

2.根据权利要求1所述的高软化点钻井液用沥青，其特征在于：

天然岩沥青 55-60份

渣油       32-38份

油浆       7-9份。

3.根据权利要求1所述的一种高软化点钻井液用沥青的制备方法，其特征在于：其步骤如下：

(1)将天然岩沥青经过磨机粉碎成粉末，备用；

(2)将渣油加热到140-150℃；

(3)加热后的渣油中加入油浆，开启搅拌，继续加热到180-210℃；

(4)在加热混匀后的渣油和油浆的混合物中加入粉碎好的天然岩沥青粉，机械搅拌50-60分钟，冷却到室温以后，粉碎成10-200目的高软化点钻井液用沥青。

4.根据权利要求3所述的一种高软化点钻井液用沥青的制备方法，其特征在于：所述粉碎后的天然岩沥青粉末过200目的筛子，其通过率大于90％。

5.根据权利要求3所述的一种高软化点钻井液用沥青的制备方法，其特征在于：所述制得的高软化点钻井液用沥青其软化点为150-160℃，油溶率80％以上，含水率3％以下。

6.根据权利要求1所述的一种高软化点钻井液用沥青的应用，其特征在于：其操作步骤如下：

(1)配制油基钻井液：矿物油与水的比例为90:10；

(2)制备油基钻井液降滤失剂：将上述油基钻井液中加入油基钻井液质量为2.5％的有机土，3％的有机褐煤，2％的乳化剂，3％的高软化点钻井液用沥青，搅拌混匀。