CN105585857B - 一种高软化点沥青颗粒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高软化点沥青颗粒的制备方法，包括如下内容：（1）将高软化点沥青I与相容剂混合得到母液，然后将高软化点沥青II与母液混合均匀，经减压蒸馏抽出相容剂，经冷凝循环使用，反应釜底出料，冷却得到高软化点沥青混合物；（2）将步骤（1）得到的高软化点沥青混合物、表面活性剂和无机微粉加入到粉碎设备中进行混合粉碎，即制备出高软化点沥青颗粒；其中高软化点沥青II与高软化点沥青I的软化点差为15~50℃。本发明方法高软化点沥青颗粒具有较高的软化点，能够在较宽温度范围的钻井作业条件下持续发挥作用。
Description
技术领域
本发明属于石油沥青领域，具体涉及一种高软化点沥青颗粒的制备方法。
背景技术
沥青类产品是重要钻井液处理剂之一， 具有良好的防塌、润滑、乳化、降滤失和高温稳定等综合效能。沥青类产品一般含有不溶于水的沥青颗粒，并且有一定的软化点。当井眼内有足够高的温度和压力时，沥青颗粒软化变形，并被挤入井壁微裂缝中，阻止钻井液和滤液从微裂缝渗透，与泥饼一起有效地封堵地层。沥青类物质是石油钻井极其有效的防塌剂和油层保护剂。随着石油勘探与开发的发展，钻井深度不断加深，钻遇地层愈来愈复杂，定向井、水平井等特殊工艺井的数量逐渐增多。这使钻井工程对钻井液用沥青类产品及其体系提出了更高的要求。开发出高温性能好、有良好封堵性和降滤失性的高软化点沥青(指软化点在100℃以上，尤其是在120℃以上)，以满足油田钻井工程的需要，具有十分重要的意义。
高软化点沥青的制备工艺一般采用溶剂脱沥青或吹气氧化工艺，CN102464989A、CN102876344A、CN102464988A和CN102382696A等公开了几种用于钻井液中的高软化点沥青或沥青颗粒的制备方法，沥青软化点一般在120℃以上，最高达250℃。
CN102952526A公开了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%软化点为150～240℃的沥青、35～50重量%水，0.02～2%助剂，0.05～5 %乳化剂，0.01～1%稳定剂，该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。
US7220348B1、CN102876344 A、CN102876344 A和CN102732280A也公开几种高软化点沥青的生产方法，沥青产品软化点都在250℃以，但主要用于生产碳纤维制品、耐火材料粘结剂及纺丝领域。
现有的高软化点沥青在应用于钻井液体系当中时，由于组成单一，存在粘弹范围较小，使用温度范围较窄等问题，很难在井下持续发挥作用。CN1046176A公开了一种含有预混合的约2份高软化点硬沥青、约1份低软化点硬沥青、约1份苛化褐煤以及一种强亲油性非离子表面活性剂的水基钻井泥浆添加剂。这种添加剂组合物可以在宽范围的温度和压力内有效，但简单的机械混合很难有效的发挥不同软化点沥青的作用效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高软化点沥青颗粒的制备方法。本发明方法制备的高软化点沥青颗粒具有较高的软化点，能够在较宽温度范围的钻井作业条件下持续发挥作用。
本发明的高软化点沥青颗粒的制备方法，包括如下内容：
（1）将高软化点沥青I与相容剂混合得到母液，然后将高软化点沥青II与母液混合均匀，经减压蒸馏抽出相容剂，经冷凝循环使用，反应釜底出料，冷却得到高软化点沥青混合物；
（2）将步骤（1）得到的高软化点沥青混合物、表面活性剂和无机微粉加入到粉碎设备中进行混合粉碎，即制备出高软化点沥青颗粒；其中高软化点沥青II与高软化点沥青I的软化点差为15~50℃。
本发明方法中，所述的高软化点沥青I的软化点为120~300℃，优选160~260℃，高软化点沥青I可以为市售产品或天然硬沥青，也可以按照本领域常规技术制备，如减压蒸馏工艺、溶剂脱沥青工艺、吹气氧化工艺等，或几种工艺的结合。
本发明方法中，所述的高软化点沥青II的软化点为140～350℃，优选为180～300℃；高软化点沥青II为固体粉状，平均粒径≤80mm，优选平均粒径≤60mm，其中高软化点沥青II可以为市售产品或天然硬沥青，也可以按照本领域常规技术制备，如减压蒸馏工艺、溶剂脱沥青工艺、吹气氧化工艺等，或几种工艺的结合。
本发明方法中，所述的相容剂为馏程范围在100~350℃之间的任意馏分，优选150~300℃之间的任意馏分，如汽油、煤油或柴油中的一种或几种。
本发明方法中，相容剂与高软化点沥青I混合的质量比为1:4~2:1，优选1:3~1:1。
本发明方法中，高软化点沥青I与相容剂混合温度为20~80℃，优选25~75℃。混合时间为5~60分钟，优选10~30分钟，混合过程可以采用普通的机械搅拌的方式，使二者混合均匀。
本发明方法中，高软化点沥青I与高软化点沥青II加入的质量比为：1:4～4:1。
本发明方法中，减压蒸馏条件为：温度 30~130℃，优选55~100℃，压力≤8kPa，蒸馏至无馏出物为止。
本发明方法中，高软化点沥青II优选与无机微粉进行干混，其中沥青与无机微粉的质量比为10：1~100：1，所述的无机微粉为石墨、蒙脱土、膨润土或水滑石中的一种或几种，无机微粉的粒度小于100μm，优选纳米级无机微粉，上述无机微粉优选经过有机改性的无机微粉，如硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等有机改性剂。
本发明方法中，所述的粉碎设备可以是高速剪切粉碎机、胶体磨、球磨粉碎机等搅拌或打击搅拌式粉碎设备，粉碎时间为10～60s，粉碎温度为不大于30℃，高软化点沥青优选在粉碎前进行低温脆化处理，低温脆化处理条件为：温度为0～-60℃，优选为-10～-30℃，时间为2～48小时，优选为2～10小时。
其中，所述的表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、木质素磺酸钠或木质素磺酸钙等中的一种或几种，加入量占高软化点沥青颗粒重量的0.05%~5%，优选0.5%~3%。
其中，所述的无机微粉为石墨、蒙脱土、膨润土或水滑石中的一种或几种， 无机微粉的粒度小于100μm，优选纳米级无机微粉，上述无机微粉优选经过有机改性的无机微粉，加入量占高软化点沥青颗粒重量的1%~10%，优选3%~5%。
本发明方法中还可以根据需要在步骤（2）过程中加入磷酸酯淀粉、羧甲基淀粉、阳离子淀粉、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇纤维和水溶性PVA纤维中的一种或几种。
本发明高软化点沥青颗粒的平均粒径为50～150μm，优选为60～100μm。
本发明高软化点沥青颗粒在油田钻井方面，特别是宽范围温度变化的深层钻井液体系中应用。
与现有技术中直接机械混合的高低软化点沥青相比，本发明的优点在于：本发明高软化点沥青颗粒中，颗粒内外之间结合更紧密，在温度变化时，能够更有效的配合，“外层-中间结合处-内核”结构能够更好的适应钻井过程中井温的连续变化；井温在外层沥青软化点附近时，软化点偏低的外层沥青变软，起到封堵的效果，内部的高软化点沥青作为钻井液泥饼的填充粒子，可以改善泥饼质量；井温在内外沥青层的软化点之间时，高软化点沥青颗粒中间结合处起到过渡的作用，继续有效的进行封堵，井温升高至内部沥青软化点附近时，软化点偏低的外层沥青先软化甚至流淌吸附到粘土颗粒上，起分散和护胶作用，有利于形成致密的泥饼，内部的高软化点沥青在接近软化点附近软化变形，起到封堵的效果。本发明高软化点沥青颗粒可以根据实际的需要对核相和外层的沥青进行软化点的调变，可以在较宽的钻井深度范围内持续发挥作用。本发明高软化点沥青颗粒相比于单一或机械混合的高软化点沥青，具有更强的变形能力，可以根据实际需要调整颗粒大小，从而使用油层内不同大小的孔的封堵，起到良好的封堵效果。
具体实施方式
下面将通过实施例对本发明进行进一步说明，但并不因此而限制本发明，其中的百分含量为质量百分含量。软化点的测试方法根据GB/T4507方法进行。高温高压滤失量按SY/T5621方法测定。
实施例1
取100g高软化点沥青I（软化点为180℃）和70g煤油置于容器中，室温（25℃）搅拌30分钟，待充分混合均匀后制得母液；将60g高软化点沥青II（软化点为200℃，平均粒径为60μm）与母液在反应器中混合，经减压蒸馏（温度80℃，压力≤8kPa）至无馏出物，釜底出料冷却得到高软化点沥青混合物；
将100g低温脆化处理的高软化点沥青混合物（低温脆化条件：温度-25℃，时间8小时）、4g水滑石和1.5g木质素磺酸钠，加入到高速粉碎机中，混合粉碎25s，得到高软化点沥青颗粒，记为A1，其平均粒径为85μm。
实施例2
取100g高软化点沥青I（软化点为220℃）和50g柴油置于容器中，室温50℃搅拌30分钟，待充分混合均匀后制得母液；将100g高软化点沥青II（软化点为250℃，平均粒径为70μm）与母液在反应器中混合，经减压蒸馏（温度100℃，压力≤8kPa）至无馏出物，釜底出料冷却得到高软化点沥青混合物；
将100g经低温脆化的高软化点沥青组合物（脆化处理条件同实施例1）、5g石墨、1g十六烷基三甲基溴化铵和3g羧甲基淀粉加入到高速粉碎机中，混合粉碎20s，得到高软化点沥青颗粒，记为A2，其平均粒径为95μm。
实施例3
取100g高软化点沥青I（软化点为170℃）和100g汽油置于容器中，室温80℃搅拌35分钟，待充分混合均匀后制得母液；将120g高软化点沥青II（软化点为140℃，平均粒径为70μm）与母液在反应器中混合，经减压蒸馏（温度40℃，压力≤8kPa）至无馏出物，釜底出料冷却得到高软化点沥青混合物；
将100g沥青组合物、6g蒙脱土和0.5g十八烷基三甲基溴化铵，加入到高速粉碎机中，混合粉碎30s，得到高软化点沥青颗粒，记为A3，其平均粒径为80μm。
对比例1
100g高软化点沥青I、4g水滑石和1.5g木质素磺酸钠，加入到高速粉碎机中，混合粉碎25s，得到高软化点沥青颗粒，记为A4，其平均粒径为80μm。
对比例2
100g高软化点沥青II、5石墨、1g十六烷基三甲基溴化铵和3g羧甲基淀粉加入到高速粉碎机中，混合粉碎20s，得到沥青颗粒，记为A5，其平均粒径为75μm。
对比例3
高软化点沥青I和高软化点沥青II的原料及用量比例同实施例3，100g高软化点沥青I和高软化点沥青II的混合物、6g蒙脱土和0.5g十八烷基三甲基溴化铵，加入到高速粉碎机中，混合粉碎30s，得到沥青颗粒，记为A6，其平均粒径为60μm。
将实施例1~3及对比例1~3中得到的高软化点青颗粒加入到配制好的基浆，高软化点沥青颗粒加入量占基浆重量的2%，在试验压力3.45MPa条件下分别测定不同温度老化后的滤失量，具体结果见表1。其中基浆制备方法如下：1000mL水中加入2.75g无水碳酸钠沥，再加入60g钙膨润土，高速搅拌20分钟于室温下养护24小时，得6%淡水基浆。
表1 高软化点沥青颗粒不同温度老化后的滤失量。
| 滤失量（180℃）/ mL | 滤失量（190℃）/ mL | 滤失量（200℃）/ mL | |
| 基浆 | 169 | 198 | 213 |
| 实施例1 | 19 | 16 | 33 |
| 对比例1 | 33 | 210 | 271 |
| 滤失量（220℃）/ mL | 滤失量（230℃）/ mL | 滤失量（250℃）/ mL | |
| 基浆 | 242 | 256 | 280 |
| 实施例2 | 28 | 22 | 20 |
| 对比例2 | 154 | 147 | 29 |
| 滤失量（140℃）/ mL | 滤失量（160℃）/ mL | 滤失量（170℃）/ mL | |
| 基浆 | 82 | 98 | 121 |
| 实施例3 | 29 | 22 | 24 |
| 对比例3 | 31 | 51 | 32 |
注：表中温度为陈化温度，陈化时间均为16小时。
Claims (16)
1.一种高软化点沥青颗粒的制备方法，其特征在于包括如下内容：（1）将高软化点沥青I与相容剂混合得到母液，然后将高软化点沥青Ⅱ与母液混合均匀，经减压蒸馏抽出相容剂，经冷凝循环使用，反应釜底出料，冷却得到高软化点沥青混合物；（2）将步骤（1）得到的高软化点沥青混合物、表面活性剂和无机微粉加入到粉碎设备中进行混合粉碎，即制备出高软化点沥青颗粒；其中高软化点沥青Ⅱ与高软化点沥青I的软化点差为15~50℃；相容剂与高软化点沥青I混合的质量比为1:4~2:1；高软化点沥青I与高软化点沥青Ⅱ加入的质量比为：1:4～4:1；其中高软化点沥青Ⅱ为内核，高软化点沥青I为外层。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的高软化点沥青I的软化点为120~300℃。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的高软化点沥青I的软化点为160~260℃。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的高软化点沥青Ⅱ的软化点为140～350℃，高软化点沥青Ⅱ为固体粉状，平均粒径≤80mm，其中高软化点沥青Ⅱ为市售产品、天然硬沥青或按照本领域常规技术制备。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的相容剂为馏程范围在100~350℃之间的任意馏分。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的相容剂为馏程范围在150~300℃之间的任意馏分。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：高软化点沥青I与相容剂混合温度为20~80℃，混合时间为5~60分钟。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：减压蒸馏条件为：温度 30~130℃，压力≤8kPa，蒸馏至无馏出物为止。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：高软化点沥青Ⅱ加入前与无机微粉进行干混，其中沥青与无机微粉的质量比为10：1~100：1，所述的无机微粉为石墨、蒙脱土、膨润土或水滑石中的一种或几种，无机微粉的粒度小于100μm。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的粉碎时间为10～60s，粉碎温度为不大于30℃。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：高软化点沥青混合物在粉碎前进行低温脆化处理，低温脆化处理条件为：温度为0～-60℃，时间为2～48小时。
12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、木质素磺酸钠或木质素磺酸钙中的一种或几种，加入量占高软化点沥青颗粒重量的0.05%~5%。
13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的无机微粉为石墨、蒙脱土、膨润土或水滑石中的一种或几种， 无机微粉的粒度小于100μm，加入量占高软化点沥青颗粒重量的1%~10%。
14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）过程中加入磷酸酯淀粉、羧甲基淀粉、阳离子淀粉、羧甲基纤维素和水溶性PVA纤维中的一种或几种。
15.按照权利要求1~14任一权利要求所述的方法制备的高软化点沥青颗粒，其特征在于：高软化点沥青颗粒的平均粒径为50～150μm。
16.按照权利要求1~14任一权利要求所述的方法制备的高软化点沥青颗粒在宽范围温度变化的深层钻井液体系中的应用。
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