CN109825261A

CN109825261A - 复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂及其制备方法

Info

Publication number: CN109825261A
Application number: CN201910007086.3A
Authority: CN
Inventors: 吴仲岿; 张沐欣; 徐兵; 缪林辉; 王圳锟
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2019-01-04
Filing date: 2019-01-04
Publication date: 2019-05-31

Abstract

本发明提供了一种复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂及其制备方法，制得的沥青改性剂能够直接用于钻井液施工过程中，将沥青软化点提高40～50℃，有效降低沥青稠油高温流动性，切实改善沥青侵钻井液问题，从而降低钻井施工和工程作业的难度。本发明所提供的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将高分子聚合物颗粒放入高速粉碎机中粉碎，得到高分子聚合物粉末；步骤2.将高分子聚合物粉末加入有机溶剂中，充分搅拌30～40分钟后得到混合液；步骤3.向混合液中加入纳米颗粒和氧化剂，充分搅拌40～60分钟，制成沥青改性剂。

Description

复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂及其制备方法

技术领域

本发明属于油田钻井施工用改性剂领域，具体涉及一种复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂及其制备方法。

技术背景

目前，在油田钻井施工过程中，普遍面临着沥青质稠油侵害的难题，部分直井钻进至Kazhdumi层时，钻遇一种黏稠的、焦油状沥青，这种沥青侵入井眼后，形成油侵而迅速破坏钻井液性能，导致钻井施工无法继续进行。

在油田钻井施工过程中，干沥青的蠕动会导致钻井井眼缩径，稠油沥青会破坏钻井液流变性能，甚至导致钻井液胶凝，几乎丧失流动性；漏失地层的存在，意味着钻井液安全密度窗口窄，增加了处理沥青侵和盐水侵的难度；稠油沥青会污染堵漏浆，并且在稠油沥青地层也存在漏失通道，增加了堵漏工作的难度。同时，因为沥青质稠油的影响，将会增加钻井液消耗量和成本，增加钻井废弃物处理的难度和成本。

储层沥青侵入钻井液的机理类似于其他流体，都是由于井下压力失衡引起的。在钻遇软沥青层时，当钻井液的液柱压力小于地层的孔隙压力或渗透压力时，高温高压状态下的稠油沥青就在压差△P的作用下侵入到井内钻井液中，并随着钻井液的循环到达地面。当钻井液的液柱压力大于地层的孔隙压力或渗透压力时，侵人井内的沥青基本为塑性蠕动挤入井内，所以进入速度较为缓慢，但是随着时间增加，侵入通道的进一步打开，侵入速度会逐步加快。

侵入钻井液的稠油沥青无法通过固控设备和其他有效方法从钻井液中分离，混入钻井液中的稠油沥青经过地面再循环系统搅拌、钻头水眼剪切、钻杆搅动等机械作用被均匀分散于钻井液中，随着稠油沥青侵入量的增加，导致钻井液黏度急剧增加，流变性失控。侵入钻井液的沥青循环至地面后，由于温度降低，钻井液中部分稠油沥青析出堵塞振动筛、除砂除泥器筛布筛孔，造成固控设备使用效率低下，钻井液损失严重。稠油沥青的侵入，容易造成环空堵塞、起下钻困难、下套管困难、开泵困难且容易憋漏地层，给钻井作业带来难以想象的困难。随着沥青侵入的加剧，钻井液密度下降趋势明显，严重威胁井下安全。为平衡地层压力，往往需要立即加重钻井液，形成加重—密度下降—加重的恶性循环。随着压井钻井液密度的提高，容易压漏裸眼段薄弱地层，造成下喷上漏井下复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂及其制备方法，在钻井液环境中可有效提高沥青质稠油软化点，降低沥青稠油高温流动性，减少其向井筒的侵入速度和侵入量，切实降低钻井施工和工程作业的难度。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

<制备方法>

本发明提供一种复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将高分子聚合物颗粒放入高速粉碎机中粉碎，得到高分子聚合物粉末；步骤2.将高分子聚合物粉末加入有机溶剂中，充分搅拌30～40分钟后得到混合液；步骤3.向混合液中加入纳米颗粒和氧化剂，充分搅拌40～60分钟，制成沥青改性剂。

优选地，本发明提供的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法还可以具有以下特征：在步骤1中，高分子聚合物为聚苯乙烯。

优选地，本发明提供的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法还可以具有以下特征：在步骤1中，高分子聚合物粉末为100～200目的粉末。

优选地，本发明提供的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法还可以具有以下特征：在步骤2中，有机溶剂为四氢呋喃溶液。

优选地，本发明提供的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法还可以具有以下特征：在步骤2得到的混合液中，聚苯乙烯的质量分数为 25％。

优选地，本发明提供的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法还可以具有以下特征：在步骤3中，纳米颗粒为纳米CaCO₃、纳米Al₂O₃、纳米Fe₂O₃中的任意一种。

优选地，本发明提供的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法还可以具有以下特征：在步骤3中，加入的纳米颗粒的质量分数为1～3％。

优选地，本发明提供的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法还可以具有以下特征：在在步骤3中，氧化剂为单质碘、KMnO₄、MnO₂、FeCl₃、 KClO₃中的任意一种。

优选地，本发明提供的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法还可以具有以下特征：在在步骤3中，加入的氧化剂的质量分数为1～3％。

<沥青改性剂>

本发明还提供了一种复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂，其特征在于：采用上述<制备方法>中描述的方法制得。

在本发明提供的沥青改性剂中：以重量百分含量计，高分子聚合物含量为 25％，纳米颗粒含量为1～3％，氧化剂的含量为1～3％，余量为有机溶剂。

发明的作用与效果

1、本发明提供的改性剂能够直接用于钻井液施工过程中，将沥青软化点提高40～50℃，有效降低沥青稠油高温流动性，切实改善沥青侵钻井液问题，从而降低钻井施工和工程作业的难度；

2、本发明提供的改性剂制备方法，操作简单，制备成本较低，经济效益和环境效益良好。

具体实施方式

以下对本发明涉及的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂及其制备方法的具体实施方案进行详细地说明。

<实施例一>

制备方法

本实施例提供的沥青改性剂的制备方法包括以下步骤：

步骤1.取一定量的聚苯乙烯颗粒，放入高速粉碎机中粉碎3-5分钟，得到100-200目的聚苯乙烯粉末；

步骤2.按重量百分含量取一定量的四氢呋喃，加入聚苯乙烯粉末，搅拌 30-40分钟；

步骤3.分别加入1-3％的纳米CaCO₃和1-3％的单质碘，搅拌40-60分钟，制成沥青改性剂。

该沥青改性剂包含：聚苯乙烯、四氢呋喃、纳米CaCO₃和单质碘；以重量百分含量计，聚苯乙烯含量为25％，纳米CaCO₃含量为1-3％，单质碘含量为 1-3％，余量为四氢呋喃。

性能表征

将基质沥青加热至160℃，使其呈流动态，然后将沥青改性剂加入基质沥青中，在140-160℃下搅拌2-4小时，在140-160℃下发育2小时，制得成品改性沥青，采用环球法测量改性沥青软化点为95.56℃。将改性沥青加入NaCl 聚合物钻井液，测量其流变性能，具体数据见下表1。

表1不同软化点沥青侵污对钻井液性能影响

由上述表1可知，在NaCl聚合物钻井液中加入10％稠油和不同软化点沥青后，钻井液的黏度和切力均增大，滤失量略有降低，尤其是加入50-60℃的低软化点沥青使钻井液的黏度和切力显著增加，流变性极差。而提升沥青软化点后，流变性得到显著改善。

上述表1所列出的流变性能数据的测试方法为：(a)配制NaCl聚合物钻井液，成分包括：淡水土浆、纯碱、烧碱、PAC-LV、包被剂80A51、润滑剂HLB、 PF-FLO、5#白油、NaCl、XC，按照一定的比例混合搅拌而成，重晶石加重至 1.25g/cm³，即得NaCl聚合物钻井液；(b)将改性沥青加热至95℃，使其略有流动性；(c)将配制的NaCl聚合物钻井液倒入泥浆杯，高速搅拌后加入改性沥青；(d)将沥青质污染后的实验钻井液倒入老化罐，120℃下老化12h；(e) 经老化后加热至50℃、70℃测定其流变性能。

<实施例二>

本实施例提供的沥青改性剂的制备方法包括以下步骤：

步骤3.分别加入1-3％的纳米Fe₂O₃和1-3％的单质碘，搅拌40-60分钟，制成沥青改性剂。

该沥青改性剂包含：聚苯乙烯、四氢呋喃、纳米Fe₂O₃和单质碘；以重量百分含量计，聚苯乙烯含量为25％，纳米Fe₂O₃含量为1-3％，单质碘含量为 1-3％，余量为四氢呋喃。

性能表征

将基质沥青加热至160℃，使其呈流动态，然后将沥青改性剂加入基质沥青中，在140-160℃下搅拌2-4小时，在140-160℃下发育2小时，制得成品改性沥青，采用环球法测量改性沥青软化点为94.97℃。

<实施例三>

本实施例提供的沥青改性剂的制备方法包括以下步骤：

步骤3.分别加入1-3％的纳米Al₂O₃和1-3％的单质碘，搅拌40-60分钟，制成沥青改性剂。

该沥青改性剂包含：聚苯乙烯、四氢呋喃、纳米Al₂O₃和单质碘；以重量百分含量计，PS含量为25％，纳米Al₂O₃含量为1-3％，单质碘含量为1-3％，余量为四氢呋喃。

性能表征

将基质沥青加热至160℃，使其呈流动态，然后将沥青改性剂加入基质沥青中，在140-160℃下搅拌2-4小时，在140-160℃下发育2小时，制得成品改性沥青，采用环球法测量改性沥青软化点为94.85℃。

<实施例四>

本实施例提供的沥青改性剂的制备方法包括以下步骤：

步骤3.分别加入1-3％的纳米CaCO₃和1-3％的KMnO₄，搅拌40-60分钟，制成沥青改性剂。

该沥青改性剂包含：聚苯乙烯、四氢呋喃、纳米碳酸钙和KMnO₄；以重量百分含量计，聚苯乙烯含量为25％，纳米碳酸钙含量为1-3％，KMnO₄含量为1-3％，余量为四氢呋喃。

性能表征

将基质沥青加热至160℃，使其呈流动态，然后将沥青改性剂加入基质沥青中，在140-160℃下搅拌2-4小时，在140-160℃下发育2小时，制得成品改性沥青，采用环球法测量改性沥青软化点为95.75℃。

<实施例五>

本实施例提供的沥青改性剂的制备方法包括以下步骤：

步骤3.分别加入1-3％的纳米CaCO₃和1-3％的氧化剂KClO₃，搅拌40-60 分钟，制成沥青改性剂。

该沥青改性剂包含：聚苯乙烯、四氢呋喃、纳米CaCO₃和KClO₃；以重量百分含量计，聚苯乙烯含量为25％，纳米碳酸钙含量为1-3％，KClO₃含量为 1-3％，余量为四氢呋喃。

性能表征

将基质沥青加热至160℃，使其呈流动态，然后将沥青改性剂加入基质沥青中，在140-160℃下搅拌2-4小时，在140-160℃下发育2小时，制得成品改性沥青，采用环球法测量改性沥青软化点为96.12℃。

<实施例六>

本实施例提供的沥青改性剂的制备方法包括以下步骤：

步骤3.分别加入1-3％的纳米CaCO₃和1-3％的FeCl₃，搅拌40-60分钟，制成沥青改性剂。

该沥青改性剂包含：聚苯乙烯、四氢呋喃、纳米CaCO₃和FeCl₃；以重量百分含量计，聚苯乙烯含量为25％，纳米CaCO₃含量为1-3％，FeCl₃含量为 1-3％，余量为四氢呋喃。

性能表征

将基质沥青加热至160℃，使其呈流动态，然后将沥青改性剂加入基质沥青中，在140-160℃下搅拌2-4小时，在140-160℃下发育2小时，制得成品改性沥青，采用环球法测量改性沥青软化点为94.23℃。

以上仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂及其制备方法并不仅仅限定于在以上中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims

1.一种复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.将高分子聚合物颗粒放入高速粉碎机中粉碎，得到高分子聚合物粉末；

步骤2.将所述高分子聚合物粉末加入有机溶剂中，充分搅拌30～40分钟后得到混合液；

步骤3.向所述混合液中加入纳米颗粒和氧化剂，充分搅拌40～60分钟，制成所述沥青改性剂。

2.根据权利要求1所述的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法，其特征在于：

其中，在所述步骤1中，所述高分子聚合物为聚苯乙烯。

3.根据权利要求1所述的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法，其特征在于：

其中，在所述步骤1中，所述高分子聚合物粉末为100～200目的粉末。

4.根据权利要求1所述的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法，其特征在于：

其中，在所述步骤2中，所述有机溶剂为四氢呋喃溶液。

5.根据权利要求1所述的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法，其特征在于：

其中，在步骤2的所述混合液中，所述聚苯乙烯的质量分数为25％。

6.根据权利要求1所述的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法，其特征在于：

其中，在所述步骤3中，所述纳米颗粒为纳米CaCO₃、纳米Al₂O₃、纳米Fe₂O₃中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法，其特征在于：

其中，在所述步骤3中，加入的所述纳米颗粒的质量分数为1～3％。

8.根据权利要求1所述的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法，其特征在于：

其中，在所述在步骤3中，所述氧化剂为单质碘、KMnO₄、MnO₂、FeCl₃、KClO₃中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法，其特征在于：

其中，在所述在步骤3中，加入的所述氧化剂的质量分数为1～3％。

10.一种复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂，其特征在于：

采用权利要求1至8中任意一项所述的复合型抑制钻遇沥青质危害的沥青改性剂的制备方法制得。