CN105623281B - 一种高软化点沥青组合物颗粒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高软化点沥青组合物颗粒的制备方法，包括如下内容：（1）将高软化点沥青与相容剂进行充分混合，制得沥青母液，然后将沥青母液均匀喷洒到胶粉颗粒上，得到母液包裹的胶粉颗粒；（2）将步骤（1）所得物料送入反应器，从反应器底部通入压缩气体进行吹脱处理，相容剂呈气相由反应器上部出口排出，经冷却可循环使用，吹脱结束后，吹脱产物冷却至室温，然后经冷冻、粉碎，得到高软化点沥青组合物颗粒。本发明高软化点沥青组合物颗粒具有较高的软化点，较好的高温性能及变形能力，同时具有较好的分散性，可应用于水基钻井液当中，制备方法简单、操作方便，在深层钻井时可以起到良好的封堵和降滤失效果。

Description

一种高软化点沥青组合物颗粒的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高软化点沥青组合物颗粒的制备方法，具体地说涉及一种油田钻井使用的高软化点沥青组合物颗粒及其制备方法。

背景技术

随着石油工业的发展，钻井领域不断扩大，沥青类封堵剂在油田钻井中的应用越来越受到重视。沥青类封堵剂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。对于深层油气田的钻井作业中，一般软化点沥青会因为过度软化或流淌而无法满足深井下的高温作业要求。高软化点沥青（软化点在100℃以上，尤其是在120℃以上的沥青）因其出色的抗高温能力则可以满足深层钻井的要求。

高软化点沥青在钻井液中使用时，要求以极小的颗粒分散到泥浆体系中，这样既可以保证沥青分散均匀，又可以避免聚结成大的块状物堵塞振动筛而造成无法使用等问题的发生。

然而，将沥青粉碎成小的颗粒是十分困难的。由于其特殊的物性，普通的粉碎方式都会在粉碎的过程中放出大量的热，会使沥青随着温度的升高变软、变粘，即使已被粉碎的小颗粒也会重新粘结成大的颗粒。而且粉碎的粒径越小，这种情况越明显。

CN1616599A公开了一种颗粒沥青制造方法，包括热喷法和冷冻破碎法两种。其中热喷法是将块状沥青加热熔融后，通过高压喷头从冷却塔顶部向下喷射，冷却塔底侧部不断向上喷出低温冷却气体，使成雾状的沥青经冷却形成颗粒，经干燥得到。这种方法对高软化点沥青并不适用。因为高软化点沥青即时在较高温度下粘度也很高，容易造成喷嘴堵塞，无法喷出等问题。

CN1051957A、CN101108963 A、CN1715334A以及CN101311243A相继公开了采用向沥青中加入碳酸钙或其它惰性固体辅料来解决沥青难于粉碎成细小颗粒的问题。但是这种方法会造成沥青颗粒中有效成分的降低，而且由于引入其它组分，在使用过程中还有可能会造成泥浆体系的破坏。

此外，单纯的高软化点沥青颗粒在应用于钻井液体系当中时，由于颗粒变形能力相对有限，粘弹性相对较差，存在油气层孔道不规则时，不能很好地嵌入其中等问题。而且软化点越高，沥青的脆硬性越明显，难以起到良好的封堵和降滤失效果。

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组合物颗粒的制备方法。本发明高软化点沥青组合物颗粒具有较高的软化点，较好的高温性能及变形能力，同时具有较好的分散性，可应用于水基钻井液当中，制备方法简单、操作方便，在深层钻井时可以起到良好的封堵和降滤失效果。

本发明的高软化点沥青组合物颗粒的制备方法，包括如下内容：

（1）将高软化点沥青与相容剂进行充分混合，制得沥青母液，然后将沥青母液均匀喷洒到胶粉颗粒上，得到母液包裹的胶粉颗粒；

（2）将步骤（1）所得物料送入反应器，从反应器底部通入压缩气体进行吹脱处理，相容剂呈气相由反应器上部出口排出，经冷却可循环使用，吹脱结束后，吹脱产物冷却至室温，然后经冷冻、粉碎，得到高软化点沥青组合物颗粒。

本发明方法中，所述的高软化点沥青的软化点为120~220℃，选自氧化沥青、溶脱沥青或天然沥青中的一种或几种混合。

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，可以为汽油、煤油或柴油中的一种或几种。

本发明方法中，所述的胶粉颗粒是丁基橡胶胶粉、丁腈橡胶胶粉、氯丁橡胶胶粉、丁苯橡胶胶粉或含氟橡胶胶粉中的一种或几种，粒径为60~200目，优选80~160目。

本发明方法中，所述的高软化点沥青占沥青母液总重量的20wt%～80wt%。

本发明方法中，所述的沥青母液与胶粉颗粒混合的质量比为10：1~1：1。

本发明方法中，所述的喷洒过程可以采用具有喷洒功能的设备，如喷壶、喷洒机、喷雾器等，喷洒过程中可以对物料进行翻动或拌和，使沥青母液均匀包裹在胶粉颗粒表面。

本发明方法中，所述的反应器带有搅拌功能的反应容器，下部设有压缩气体入口，上部设有气体出口，侧面设有物料入口。

本发明方法中，所述的压缩气体为空气、氮气或惰性气体中的一种或几种。

本发明方法中，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0.1~0.5MPa。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。

本发明方法中，所述冷冻条件为：冷冻温度为-10～-50℃，优选-20~-40℃，冷冻时间5～24小时，优选10~18小时。

本发明方法中，所述的粉碎过程在振动筛中进行振动粉碎，其中振动筛筛孔为大于60目标准筛，筛下部分即为得到高软化点沥青组合物颗粒。振动粉碎时间为1～100s，优选10～50s。

本发明方法中，优选在步骤（2）所述的吹脱结束后，向吹脱产物中加入促进剂，以沥青组合物颗粒重量为基准，促进剂加入量占高软化点沥青组合物颗粒重量的1%~10%；其中促进剂为硫酸盐、季铵盐或木质素磺酸盐中的一种或几种，其中硫酸盐为改性月桂醇基硫酸钠、仲醇基硫酸钠和混合脂肪醇硫酸钠等中的一种或几种；季铵盐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等中的一种或几种；木质素磺酸盐为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙。

本发明方法制备的高软化点沥青组合物颗粒在油田钻井方面，特别是深层钻井液体系中的应用。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）在制备高软化点沥青组合物时，引入了橡胶粉作为改性剂。在制备过程中采用先将高软化点沥青与相容剂制成沥青母液再喷洒在胶粉颗粒表面的方法，可以大大降低沥青液的粘度，在室温或稍微加热的条件下即可喷洒均匀且不易堵塞喷嘴，不仅使包裹过程更易操作和均匀，而且大大降低了能耗。

（2）制备过程中采用冷冻和振动粉碎的方法，可以形成以胶粉颗粒为核相，以高软化点沥青为壳层的改性沥青颗粒，使沥青和橡胶粉有机地结合为一体，不仅提高了颗粒的抗高温性能，同时亦增加其可变形能力，起到了很好的降低高温高压滤失量的作用。

（3）在粉碎的同时加入的促进剂，均为带有表面活性的固体粉末，可防止沥青颗粒粘结到一起；另一方面，加入到钻井液中，这些表面活性剂可以使沥青颗粒均匀稳定地分散到钻井液体系当中，增加钻井液的使用性能。

（4）油气层的裂缝或孔道大小不一，而单纯的高软化点沥青颗粒的变形能力毕竟有限，不能与之很好匹配，因此易造成不能任意嵌入到井内的所有大小和形状的孔道等问题，难以起到理想的封堵和降滤失效果；本发明采用以适宜粒径的橡胶粉为核相，以高软化点沥青为壳层得到的改性高软化点沥青颗粒，即增加了其粘弹使用范围，可以在较宽的孔径分布范围内使用，起到了良好的封堵和稳定井壁的作用。

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。

实施例1

取100g氧化沥青（软化点为146.5℃）和120g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。取100目丁苯橡胶胶粉75g，将制得的沥青母液置于喷壶中，均匀喷洒到胶粉颗粒上，边喷洒边翻动。喷洒结束后，送入反应器中并通入压缩空气，调节减压阀使反应器气体入口压力为0.20MPa，反应器温度保持在185℃，搅拌60分钟，然后升温至210℃，搅拌25分钟，然后加入6.2g十六烷基三甲基氯化铵置于冷冻箱中冷冻（冷冻温度-35℃，冷冻时间为12小时），取出后放入振动筛（筛底选用80目标准筛）振动粉碎20s，筛下即得高软化点沥青组合物颗粒。

实施例2

取100g溶脱沥青（软化点为157.2℃）和160g柴油置于容器中，40℃搅拌15分钟，待充分混合均匀后制得母液。取120目丁基橡胶胶粉46g，将制得的沥青母液置于喷壶中，均匀喷洒到胶粉颗粒上，边喷洒边翻动。喷洒结束后，送入反应器中并通入压缩空气，调节减压阀使反应器气体入口压力为0.25MPa，反应器温度保持在200℃，搅拌80分钟，然后升温至260℃，搅拌40分钟，然后加入7.5g木质素磺酸钠置于冷冻箱中冷冻（冷冻温度-25℃，冷冻时间为14小时）。取出后放入振动筛（筛底选用100目标准筛）振动粉碎30s，筛下即得高软化点沥青组合物颗粒。

实施例3

取100g天然沥青（软化点为138.8℃）和120g煤油置于容器中，30℃搅拌20分钟，待充分混合均匀后制得母液。取100目氯丁橡胶胶粉52g，将制得的沥青母液置于喷壶中，均匀喷洒到胶粉颗粒上，边喷洒边翻动。喷洒结束后，送入反应器中并通入压缩氮气，调节减压阀使反应器气体入口压力为0.18MPa，反应器温度保持在180℃，搅拌70分钟，然后升温至230℃，搅拌25分钟，然后加入9.0g仲醇基硫酸钠置于冷冻箱中冷冻（冷冻温度-30℃，冷冻时间为10小时），取出后放入振动筛（筛底选用80目标准筛）振动粉碎30s，筛下即得高软化点沥青组合物颗粒。

实施例4

取50g氧化沥青（软化点为163.6℃）和50g溶脱沥青（软化点为161.5℃），再取240g柴油置于容器中，50℃搅拌35分钟，待充分混合均匀后制得母液。取140目丁腈橡胶胶粉28g，将制得的沥青母液置于喷壶中，均匀喷洒到胶粉颗粒上，边喷洒边翻动。喷洒结束后，送入反应器中并通入压缩空气，调节减压阀使反应器气体入口压力为0.28MPa，反应器温度保持在200℃，搅拌90分钟，然后升温至250℃，搅拌50分钟，得到改性高软化点沥青。然后加入9.0g仲醇基硫酸钠置于冷冻箱中冷冻（冷冻温度-35℃，冷冻时间为11小时），取出后放入振动筛（筛底选用120目标准筛）振动粉碎30s，筛下即得高软化点沥青组合物颗粒。

实施例5

取100g氧化沥青（软化点为171.8℃）和150g柴油置于容器中，55℃搅拌30分钟，待充分混合均匀后制得母液。取140目丁苯橡胶胶粉60g，将制得的沥青母液置于喷壶中，均匀喷洒到胶粉颗粒上，边喷洒边翻动。喷洒结束后，送入反应器中并通入压缩空气，调节减压阀使反应器气体入口压力为0.32MPa，反应器温度保持在220℃，搅拌50分钟，然后升温至265℃，搅拌40分钟，然后加入7.2g木质素磺酸钙置于冷冻箱中冷冻（冷冻温度-20℃，冷冻时间为15小时），取出后放入振动筛（筛底选用120目标准筛）振动粉碎40s，筛下即得高软化点沥青组合物颗粒。

实施例6

取100g氧化沥青（软化点为183.4℃）和200g柴油置于容器中，60℃搅拌35分钟，待充分混合均匀后制得母液。取120目氯丁橡胶胶粉68g，将制得的沥青母液置于喷壶中，均匀喷洒到胶粉颗粒上，边喷洒边翻动。喷洒结束后，送入反应器中并通入压缩空气，调节减压阀使反应器气体入口压力为0.35MPa，反应器温度保持在220℃，搅拌50分钟，然后升温至265℃，搅拌35分钟，然后加入加入10.5g十八烷基三甲基氯化铵置于冷冻箱中冷冻（冷冻温度-25℃，冷冻时间为13小时），取出后放入振动筛（筛底选用100目标准筛）振动粉碎20s，筛下即得高软化点沥青组合物颗粒。

对比例1

取软化点为146.5℃的氧化沥青100g，加热至熔融状态。取100目丁苯橡胶胶粉75g，在100℃温度下预热40分钟，加入7.2g水滑石，将熔化好的高软化点沥青置于喷壶中，将高软化点沥青均匀喷洒到已经预热的颗粒上，边喷洒边翻动。喷洒结束后，在135℃条件下静置30分钟，冷却到室温。然后置于冷冻箱中冷冻（冷冻温度-35℃，冷冻时间为12小时）。取出后放入振动筛，加入6.2g十六烷基三甲基氯化铵。筛底选用80目标准筛，振动粉碎20s，筛下即得高软化点沥青组合物颗粒。

对比例2

取软化点为157.2℃溶脱沥青100g，取120目丁基橡胶胶粉46g，置于冷冻箱中冷冻（冷冻温度-25℃，冷冻时间为14小时）。加入6.0g水滑石和7.3g木质素磺酸钠。在小型万能粉碎机中粉碎25s，选用100目标准筛筛分，筛下即得高软化点沥青橡胶颗粒。

将以上实施例1~6（沥青1~6）和对比例1~2（对比1~2）中得到的高软化点沥青颗粒加入到配制好的基浆中，加入量按基浆质量的百分比计，进行钻井液性能评价。在试验压力3.45MPa条件下分别测定不同温度老化后的高温高压滤失量，高温高压渗透失水，具体结果见表1。

表1 不同高软化点沥青组合物颗粒的钻井液性能。

注：表中温度为陈化温度，陈化时间均为16小时。

高温高压滤失量(FL_HTHP)按标准SY/T5621方法测定。高温高压渗透失水（FLˊ_HTHP）按如下方法进行：测完高温高压滤失量后，小心倒出加温罐中的钻井液，再在加温罐中加入清水，在高温高压下测30 分钟的失水量，即为高温高压渗透失水。

由表中数据可以看出，本发明高软化点沥青颗粒经橡胶粉改性后，改善了钻井液的流变性质，并通过制作出特殊的颗粒结构，改善了钻井液的使用性能，不仅抗高温能力强，而且使用范围更宽，起到了很好的封堵、降滤失效果，可以在深层油气钻井作业中使用。

Claims (16)

1.一种高软化点沥青组合物颗粒的制备方法，其特征在于包括如下内容：（1）将高软化点沥青与相容剂进行充分混合，制得沥青母液，然后将沥青母液均匀喷洒到胶粉颗粒上，得到母液包裹的胶粉颗粒；（2）将步骤（1）所得物料送入反应器，从反应器底部通入压缩气体进行吹脱处理，相容剂呈气相由反应器上部出口排出，经冷却可循环使用，吹脱结束后，吹脱产物冷却至室温，然后经冷冻、粉碎，得到高软化点沥青组合物颗粒；所述的高软化点沥青组合物颗粒以胶粉颗粒为核相，以高软化点沥青为壳层；所述的沥青母液与胶粉颗粒混合的质量比为10：1~1：1。

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的软化点为120~220℃，选自氧化沥青、溶脱沥青或天然沥青中的一种或几种混合。

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：所述的胶粉颗粒是丁基橡胶胶粉、丁腈橡胶胶粉、氯丁橡胶胶粉、丁苯橡胶胶粉或含氟橡胶胶粉中的一种或几种，粒径为60~200目。

6.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占沥青母液总重量的20wt%～80wt%。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的喷洒过程采用具有喷洒功能的设备，喷洒过程中对物料进行翻动或拌和，使沥青母液均匀包裹在胶粉颗粒表面。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的反应器为带有搅拌功能的反应容器，下部设有压缩气体入口，上部设有气体出口，侧面设有物料入口。

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：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0.1~0.5MPa。

11.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。

12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述冷冻条件为：冷冻温度为-10～-50℃，冷冻时间5～24小时。

13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的粉碎过程为在振动筛中进行振动粉碎，其中振动筛筛孔为大于60目标准筛，筛下部分即为高软化点沥青组合物颗粒。

14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于：振动粉碎时间为1～100s。

15.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（2）所述的吹脱结束后，向吹脱产物中加入促进剂，以沥青组合物颗粒重量为基准，促进剂加入量占高软化点沥青组合物颗粒重量的1%~10%；其中促进剂为硫酸盐、季铵盐或木质素磺酸盐中的一种或几种，其中硫酸盐为改性月桂醇基硫酸钠、仲醇基硫酸钠和混合脂肪醇硫酸钠等中的一种或几种；季铵盐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等的一种或几种；木质素磺酸盐为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙。

16.按照权利要求1~15任一权利要求所述的方法制备的高软化点沥青组合物颗粒在油田深层钻井液体系中的应用。