CN105586063A - 一种钻井液用高软化点沥青的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井液用高软化点沥青的制备方法，包括如下内容：改性剂与相容剂混合得到母液，母液与熔融状态的沥青原料加入到调和罐混合均匀，然后加入磺化剂进行磺化反应，再加入碱溶液进行中和，然后从调和罐底部通入压缩气体进行吹脱处理，相容剂呈气相经调和罐上部出口排出，经冷却可循环使用，吹脱结束后，得到高软化点沥青。针对现有技术的不足，本发明方法工艺简单、操作方便、生产时间短，降低了能耗，节约了生产成本，所得产品具有较高的软化点，高温性能优良，有良好的水溶性，应用范围广泛。

Description

一种钻井液用高软化点沥青的制备方法

技术领域

本发明涉及一种钻井液用高软化点沥青的制备方法。

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℃。

由于沥青类物质的产品通常具有亲水性弱，亲油性强的特点，为了使沥青能够在石油钻井中得到有效应用，必须对沥青加以改性，使沥青在钻井液中有适度的溶解性和分散性。其中通过对沥青磺化改性得到的磺化沥青已经作为一种重要的钻井液防滤失产品。

磺化沥青主要成分是沥青磺酸钠盐，是由沥青在一定条件下经过磺化、中和及后处理等工序制得，磺化沥青作为一种性能好、成本低的沥青类钻井液处理剂，适用于水基、油基和乳化型钻井液，具有抑制页岩水化分散、降低钻井液高温高压滤失量、增大泥饼的致密性、韧性及润滑性能，提高钻井液的高温稳定性等多种功能，对于优质、安全、快速钻井和保护储层起到重要作用。

CN103805219A公开了一种磺化沥青的制备工艺，其步骤是：用沥青溶解池将固态沥青溶解为液态；将煤油、硫酸、碱水打入各自的计量罐；将煤油打入反应釜中，打开搅拌，将沥青溶解池中的沥青加入反应釜中；待沥青溶解完全，将硫酸计量罐中的硫酸加入反应釜中，进行磺化反应；待磺化反应结束后，关闭搅拌，沉降法回收煤油，打入煤油回收罐中存储，将碱水计量罐中的碱水打入反应釜中，打开搅拌，进行中和反应；待中和反应结束后，关闭搅拌，将反应釜中的物料打入出料罐中；将出料罐中的物料打入干燥设备中，进行干燥；制得磺化沥青。但是沉降法分离效果一般，油水分离也不彻底，并且后续产品还需要进行干燥处理，导致后续处理较为繁琐。

CN103710041A公开了一种磺化沥青的制备方法，包括以下步骤：a、将沥青与磺化剂进行磺化反应，得到中间产物，所述沥青的软化点＜110℃；b、将所述中间产物与碱性化合物进行中和反应，得到磺化沥青。该方法将软化点温度较低的沥青与磺化剂进行磺化反应，利用磺化反应放出的大量热量使软化点温度较低的沥青变为液态沥青，这种液态沥青能够与磺化剂进行比较充分的磺化反应，无需将沥青粉碎后溶解在有机溶剂中即可制备得到磺化沥青，节约了大量的对有机溶剂进行除水处理的时间。但是对于高软化点沥青，磺化反应热不足以使沥青变为液态。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种钻井液用高软化点沥青的制备方法，本发明方法工艺简单、操作方便、生产时间短，降低了能耗，节约了生产成本，所得产品具有较高的软化点，高温性能优良，有良好的水溶性，应用范围广泛。

本发明的钻井液用高软化点沥青的制备方法，包括如下内容：改性剂与相容剂混合得到母液，母液与熔融状态的沥青原料加入到调和罐混合均匀，然后加入磺化剂进行磺化反应，再加入碱溶液进行中和，然后从调和罐底部通入压缩气体进行吹脱处理，相容剂呈气相经调和罐上部出口排出，经冷却可循环使用，吹脱结束后，得到高软化点沥青。

本发明方法中，改性剂为岩沥青、地沥青或湖沥青中的一种或几种，软化点为180℃~350℃，优选200~300℃，占母液总重量的20wt%～80wt%，优选40wt%～60wt%。

本发明方法中，所述的相容剂为馏程范围在100~380℃之间的任意馏分，优选汽油、煤油或柴油中的一种或几种。

本发明方法中，所述的沥青原料为石油沥青，包括减压渣油、直馏沥青、溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青等中的一种或几种的混合物，沥青原料25℃针入度为20～1601/10mm，软化点为40～75℃。

本发明方法中，母液与沥青原料的混合的质量比为10：1~1：1，优选8：1~2：1。

本发明方法中，所述的磺化剂为三氧化硫、发烟硫酸或浓硫酸，优选发烟硫酸，磺化剂的用量为改性剂和沥青原料总质量的5wt%~30wt%，优选10wt%~20wt%；所述的磺化反应时间为5~120分钟，优选10~45分钟。

本发明方法中，所述的碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，中和至反应体系的pH值为8~10。

本发明方法中，所述的压缩气体为氮气或惰性气体中的一种或几种，优选氮气。

本发明方法中，改性剂与相容剂混合温度为20~80℃，优选25~75℃。混合时间为1~60分钟，优选10~30分钟，混合过程采用普通的机械搅拌的方式。

本发明方法中，所述的调和罐为带有搅拌功能的反应容器，调和罐下部设有压缩气体入口，上部设有气体出口。

本发明方法中，所述的吹脱处理的条件为：吹脱温度150～300℃，优选为180～280℃，吹脱时间为0.5～5小时，优选为1~3小时，压缩气体入口压力为0.1~0.3MPa。

本发明方法中，吹脱处理过程优选按照如下方式进行：在温度150~250℃，进行吹脱处理30~150分钟，然后升温至200~300℃，吹脱10~100分钟。

本发明方法制备的高软化点沥青产品的软化点在120~250℃，优选在150~220℃。

本发明方法与现有技术相比具有以下优点：

（1）由于岩沥青等沥青原料的软化点很高，多在200℃甚至240℃以上，采用普通调和工艺生产高软化点沥青时，需要将岩沥青粉碎成极细的粉末，否则很难混融均匀。而且所得产品的软化点越高，加入的改性剂就越多，需要的调和温度也越高，甚至超高300℃以上。这样，不仅提高了成本，增加了能耗，而且也会使产品性质劣化。本发明方法中，选用合适的相容剂在常温下即可将难以熔融的改性剂制成质地均匀的母液，为了加快混融速度，可以适当加热，使后面的调和改性过程更易进行。可以在较低的温度，较短的时间完成生产，有效提高产品软化点，而且对改性剂的细度没有过高的要求。此外，由于所选相容剂均为石油馏分，与改性剂有很好的相容性，而且不会给产品带来任何杂质，同时，产品软化点可以根据不同需要进行调节。

（2）本发明在调和过程中，同时进行了磺化反应，使得高软化点沥青具有良好的水溶性，在调和罐下部通入压缩气体一方面是为了将母液中的相容剂、体系中的水分及磺化反应生成的磺酸盐等杂质在较低的温度和较短的时间内吹脱除去，得到杂质少的高软化点沥青；另一方面可以起到辅助搅拌的作用，使反应体系混合得更均匀。如果不通入压缩气体，只靠升温和搅拌，则需要较高的温度和较长的时间，而且相容剂、水分及磺酸盐等杂质很难去除干净；相容剂经压缩气体吹脱后由调和罐上部出口排出，并冷却进入收集器循环使用，节约了资源而且避免了废物排放。

本发明的高软化点沥青具有优良的高温性能、抗温度敏感性能和良好的水溶性。可以用于深层油气田的钻井作业中，特别适合在深井、超深井、丛生井下使用。作为钻井液的重要组成部分，可以在高温条件下起到封堵、防塌，稳定井壁，降低率失量的作用。此外，由于其抗感温性好，还可以用作高分子材料的改性添加剂等等。因此，有着广阔的应用前景。

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。

实施例1

取120g岩沥青（软化点为212℃）和100g煤油置于容器中，室温（25℃）搅拌20分钟，待充分混合均匀后制得母液。将80g针入度为821/10mm的减压渣油（软化点为44.6℃），置于调和罐中加热至140℃熔融态，加入母液搅拌均匀，然后加入三氧化硫10g，反应10分钟，然后加入30wt%氢氧化钠溶液中和至pH为9，然后通入压缩氮气，调节减压阀使调和罐气体入口压力为0.15MPa，调和罐温度保持在190℃，搅拌100分钟，然后升温至220℃，搅拌30分钟，得到高软化点沥青产品。产品性质见表1。

对比例1

母液制备同实施例1。将80g针入度为821/10mm的减压渣油（软化点为44.6℃），置于调和罐中加热至140℃熔融态。在调和罐中加入母液，温度保持在190℃，搅拌100分钟。将调和罐温度升至220℃，搅拌30分钟，得到高软化点沥青产品，软化点102℃，由于相容剂未脱除干净，软化点偏低。

实施例2

取160g岩沥青（软化点为226℃）和150g柴油置于容器中，60℃搅拌15分钟，待充分混合均匀后制得母液。将40g针入度为451/10mm的减压渣油（软化点为47.8℃），置于调和罐中加热至150℃熔融态，加入母液搅拌均匀，然后加入发烟硫酸（SO₃含量为25wt%）40g，反应20分钟，然后加入30wt%氢氧化钠溶液中和至pH为9，通入压缩氮气，调节减压阀使调和罐气体入口压力为0.22MPa，调和罐温度保持在210℃，搅拌90分钟，然后升温至270℃，搅拌25分钟，得到高软化点沥青产品。产品性质见表1。

对比例2

将40g针入度为451/10mm的减压渣油（软化点为47.8℃），置于调和罐中加热至150℃熔融态，加入160g岩沥青（软化点为226℃），调和罐温度保持在210℃，搅拌90分钟，然后升温升至270℃，搅拌25分钟，得到高软化点沥青产品，改性剂和沥青未能完全混融，软化点未测出。

实施例3

取150g岩沥青（软化点为226℃）和130g柴油置于容器中，50℃搅拌10分钟，待充分混合均匀后制得母液。将50g针入度为581/10mm的减压渣油（软化点为46.2℃），置于调和罐中加热至150℃熔融态，加入母液搅拌均匀，然后加入三氧化硫30g，反应1小时，然后加入30wt%氢氧化钠溶液中和至pH为9，并通入压缩氦气，调节减压阀使调和罐气体入口压力为0.20MPa，调和罐温度保持在200℃，搅拌85分钟。将调和罐温度升至260℃，保持25分钟。工艺条件及产品性质见表1。

对比例3

将50g针入度为581/10mm的减压渣油（软化点为46.2℃），置于调和罐中加热至150℃熔融态，加入150g岩沥青（软化点为226℃）。调和罐温度保持在315℃，搅拌110分钟，温度过高，局部结焦。

实施例4

取136g岩沥青（软化点为212℃）和160g柴油置于容器中，40℃搅拌20分钟，待充分混合均匀后制得母液。将64g针入度为451/10mm的减压渣油（软化点为47.8℃），置于调和罐中加热至145℃熔融态，加入母液搅拌均匀，然后加入三氧化硫50g，反应2小时，然后加入30wt%氢氧化钠溶液中和至pH为9，通入压缩氮气，调节减压阀使调和罐气体入口压力为0.25MPa，调和罐温度保持在225℃，搅拌120分钟，得到高软化点沥青产品。产品性质见表1。

对比例4

取136g岩沥青（软化点为212℃）和160g柴油置于容器中，40℃搅拌20分钟，待充分混合均匀后制得母液。将64g针入度为451/10mm的减压渣油（软化点为47.8℃），置于调和罐中加热至145℃熔融态，通入压缩氮气，调节减压阀使调和罐气体入口压力为0.25MPa，调和罐温度保持在225℃，搅拌120分钟，得到高软化点沥青产品。产品性质见表1。

将实施例1~4及对比例4中得到的高软化点青粉碎至100目，加入到配制好的基浆，高软化点沥青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，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高软化点沥青产品性质及针对不同温度的滤失量。

注：[1]由于相容剂未脱除干净，软化点偏低。

[2]改性剂和沥青未能完全混融，软化点等项目未测出。

[3]温度过高，局部结焦。

Claims (13)

1.一种钻井液用高软化点沥青的制备方法，其特征在于包括如下内容：改性剂与相容剂混合得到母液，母液与熔融状态的沥青原料加入到调和罐混合均匀，然后加入磺化剂进行磺化反应，再加入碱溶液进行中和，然后从调和罐底部通入压缩气体进行吹脱处理，相容剂呈气相经调和罐上部出口排出，经冷却循环使用，吹脱结束后，得到高软化点沥青。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：改性剂为岩沥青、地沥青或湖沥青中的一种或几种，软化点为180~350℃，占母液总重量的20wt%～80wt%。

3.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100~380℃之间的任意馏分。

4.按照权利要求1或3所述的方法，其特征在于：所述的相容剂为汽油、煤油或柴油中的一种或几种。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的沥青原料为减压渣油、直馏沥青、溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青中的一种或几种的混合物，沥青原料25℃针入度为20～1601/10mm，软化点为40～75℃。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：母液与沥青原料的混合的质量比为10：1~1：1。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的磺化剂为三氧化硫、发烟硫酸或浓硫酸，磺化剂的用量为改性剂和沥青原料总质量的5wt%~60wt%；所述的磺化反应时间为1分钟~5小时。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，中和至反应体系的pH值为8~10。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的压缩气体为空气、氮气或惰性气体中的一种或几种。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：改性剂与相容剂混合温度为20~80℃，混合时间为1~60分钟。

11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的调和罐为带有搅拌功能的反应容器，调和罐下部设有压缩气体入口，上部设有气体出口。

12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的吹脱处理的条件为：吹脱温度150～300℃，吹脱时间为0.5～5小时，压缩气体入口压力为0.1~0.3MPa。

13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：吹脱处理过程按照如下方式进行：在温度150~250℃，进行吹脱处理30~150分钟，然后升温至200~300℃，吹脱10~100分钟。