CN105018048B - 钻井液用防塌剂高分子改性沥青 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钻井液用防塌剂高分子改性沥青，包括沥青30‑50重量份；去离子水8‑10重量份；高聚物改性剂5‑20重量份；蒽油4‑20重量份；纳米石墨粉1‑3重量份；聚乙二醇醚1‑3重量份；所述纳米石墨粉的粒径小于50nm。本发明钻井液用防塌剂高分子改性沥青的有益效果是静止储存48h软化点无变化，静止储存15天，软化点降低0.7‑2.4℃且未见聚合物在沥青上部形成乳状层或结皮，储存稳定性好，具有较高的市场推广使用价值。

Description

钻井液用防塌剂高分子改性沥青
技术领域
本发明属于石油钻井液防塌剂领域，尤其是涉及一种石油钻井液用防塌剂高分子改性沥青。
背景技术
钻井液用防塌剂在钻井液中起维持钻井液性能稳定和保持井壁稳定的作用。目前对钻井液防塌剂只按其化学组成进行分类，包括无机盐类、聚合物类、腐殖酸钾及其与树脂的交联物等、低分子有机物类和沥青类。其中，沥青类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，它们就软化变形，并被挤入井壁微裂隙中，与泥饼一起有效地封堵地层。目前，钻井工程中所使用的沥青类产品包括天然沥青、改性沥青、磺化沥青及乳化沥青等。常见沥青类防塌剂有荧光，干扰地质录井，不适合钻探井使用；而且常规沥青类防塌剂在井壁岩石上的吸附力不够理想，封堵防塌效果有待进一步提高。
改性沥青是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料。改性沥青其机理有两种，一是改变沥青化学组成，二是使改性剂均匀分布于沥青中形成一定的空间网络结构。高分子改性沥青是以高分子聚合物为改性剂的改性沥青。
现有的高分子改性沥青应用于钻井液防塌剂时高分子改性剂颗粒容易聚集，导致钻井液防塌剂稳定性差，不宜储存。
发明内容
本发明的目的是提供一种稳定性高、储存时间长的钻井液用防塌剂高分子改性沥青。
本发明的技术方案是：
钻井液用防塌剂高分子改性沥青，包括沥青30-50重量份；去离子水8-10重量份；高聚物改性剂5-20重量份；蒽油4-20重量份；纳米石墨粉1-3重量份；聚乙二醇醚1-3重量份；所述纳米石墨粉的粒径小于50nm。
本发明研究人员发现在钻井液用防塌剂高分子改性沥青中加入纳米石墨粉和聚乙二醇醚能够大幅度的提高高分子改性沥青的储存稳定性。
所述石墨粉的粒径范围为：粒径≤20nm占70-80％；20nm粒径≤50nm占20-30％。
所述石墨粉的粒径范围为：粒径≤10nm占0-10％；20nm≤粒径≤50nm占60-80％；20nm≤粒径≤50nm占20-30％。
采用上述粒径范围的纳米石墨粉能够提高高分子改性剂在沥青中的分散程度，防止高聚物颗粒团聚，从而提高钻井液用防塌剂高分子改性沥青的稳定性。
所述钻井液用防塌剂高分子改性沥青还包括过氧二异丙苯1-3重量份；石蜡油5-10重量份；二氧化硅1-5重量份。
所述高聚物改性剂包括磺化腐殖酸0.5-5重量份和高分子聚合物25-45.5重量份；所述高分子聚合物包括苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酸、丁二烯、异戊二烯中的一种或几种。
加入了磺化腐殖酸，在高分子改性沥青中引入了硫键或多硫键，形成了聚合物-沥青枝接物；并且磺化腐殖酸与沥青中的酰胺或胺中的活泼氢形成了氢键，进一步提高了钻井液用高分子改性沥青的稳定性。
所述沥青的软化点为140-200℃，喹啉不融物含量≤0.2％。
采用高软化点的沥青可以进一步提高储存稳定性，并且高软化点的沥青能够适应高温深井地层，尤其是深度大于5000m的井。
一种钻井液用防塌剂高分子改性沥青的制备方法，包括如下步骤：
(1)将称量后的去离子水、高聚物改性剂、蒽油、纳米石墨粉、磺化腐殖酸和聚乙二醇醚混合均匀获得混合物；
(2)将30-50％的沥青加热升温至170-200℃，加入步骤(1)所得到的混合物，保温并搅拌0.5-1h后，加入50-70％的沥青后降温至145-165℃，保温继续搅拌4-8h获得钻井液用防塌剂高分子改性沥青，所述搅拌速率为3000r/min。
沥青混合温度过高容易加重改性沥青的老化，而且还能够加剧高聚物颗粒的聚集程度，不利于稳定性的提高。本发明将沥青分为两部分与混合物混合搅拌，降低了混合搅拌的温度，避免了沥青老化和高聚物颗粒聚集，进一步提高了稳定性。
一种钻井液用防塌剂高分子改性沥青的制备方法，包括如下步骤：
(1)将称量后的去离子水、高聚物改性剂、蒽油、纳米石墨粉、磺化腐殖酸、聚乙二醇醚、过氧二异丙苯、石蜡油和二氧化硅混合均匀获得混合物；
(2)将30-50％的沥青加热升温至170-200℃，加入步骤(1)所得到的混合物，保温并搅拌0.5-1h后，加入50-70％的沥青后降温至145-165℃，保温继续搅拌4-8h获得钻井液用防塌剂高分子改性沥青，所述搅拌速率为3000r/min。
本发明具有的优点和积极效果是：本发明钻井液用防塌剂高分子改性沥青，静止储存48h软化点无变化，静止储存15天，软化点降低0.7-2.4℃且未见聚合物在沥青上部形成乳状层或结皮，储存稳定性好，具有较高的市场推广使用价值。
具体实施方式
实施例1
(1)称取去离子水8份、蒽油20份、粒径小于50nm的纳米石墨粉3份、聚乙二醇醚1份、磺化腐殖酸5份和苯乙烯30份、丙烯腈15.5份，混合均匀获得混合物；
(2)将25份沥青加热升温至170-200℃，加入步骤(1)所得到的混合物，保温并在3000r/min的条件下搅拌1h后，加入25份的沥青后降温至145℃，保温继续在3000r/min的条件下搅拌8h获得钻井液用防塌剂高分子改性沥青。
所述钻井液用防塌剂高分子改性沥青的软化点为198℃；静止储存48h软化点无变化，静止储存15天，软化点降低0.7℃且未见聚合物在沥青上部形成乳状层或结皮。
实施例2
(1)称取去离子水10份、蒽油4份、粒径小于50nm的纳米石墨粉3份、聚乙二醇醚3份、磺化腐殖酸0.5份和苯乙烯30份、甲基丙烯腈15.5份，混合均匀获得混合物，其中，纳米石墨粉的粒径范围为：粒径≤20nm占70-80％；20nm粒径≤50nm占20-30％；
(2)将15份沥青加热升温至170-200℃，加入步骤(1)所得到的混合物，保温并在3000r/min的条件下搅拌1h后，加入35份的沥青后降温至165℃，保温继续在3000r/min的条件下搅拌8h获得钻井液用防塌剂高分子改性沥青。
所述钻井液用防塌剂高分子改性沥青的软化点为168℃；静止储存48h软化点无变化，静止储存15天，软化点降低0.9℃且未见聚合物在沥青上部形成乳状层或结皮。
实施例3
(1)称取去离子水9份、蒽油10份、粒径小于50nm的纳米石墨粉2份、聚乙二醇醚2份、磺化腐殖酸4份和苯乙烯45份，混合均匀获得混合物，其中，纳米石墨粉的粒径范围为：粒径≤10nm占0-10％；20nm≤粒径≤50nm占60-80％；20nm≤粒径≤50nm占20-30％；
(2)将17.5份沥青加热升温至170-200℃，加入步骤(1)所得到的混合物，保温并在3000r/min的条件下搅拌1h后，加入28份的沥青后降温至150℃，保温继续在3000r/min的条件下搅拌8h获得钻井液用防塌剂高分子改性沥青。
所述钻井液用防塌剂高分子改性沥青的软化点为200℃；静止储存48h软化点无变化，静止储存15天，软化点降低2.4℃且未见聚合物在沥青上部形成乳状层或结皮。
实施例4
(1)称取去离子水8份、蒽油15份、粒径小于50nm的纳米石墨粉2份、聚乙二醇醚2份、磺化腐殖酸3份和苯乙烯30份、丙烯酸5份、丁二烯1.5份、异戊二烯4份，混合均匀获得混合物，其中，纳米石墨粉的粒径范围为：粒径≤10nm占0-10％；20nm≤粒径≤50nm占60-80％；20nm≤粒径≤50nm占20-30％；
(2)将25份沥青加热升温至170-200℃，加入步骤(1)所得到的混合物，保温并在3000r/min的条件下搅拌1h后，加入25份的沥青后降温至145℃，保温继续在3000r/min的条件下搅拌8h获得钻井液用防塌剂高分子改性沥青。
所述钻井液用防塌剂高分子改性沥青的软化点为179℃；静止储存48h软化点无变化，静止储存15天，软化点降低1.8℃且未见聚合物在沥青上部形成乳状层或结皮。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.钻井液用防塌剂高分子改性沥青，其特征在于：包括沥青30-50重量份；去离子水8-10重量份；高聚物改性剂5-20重量份；蒽油4-20重量份；纳米石墨粉1-3重量份；聚乙二醇醚1-3重量份；所述纳米石墨粉的粒径小于50nm,所述石墨粉的粒径范围为：粒径≤20nm占70-80％；20nm＜粒径≤50nm占20-30％；所述高聚物改性剂为磺化腐殖酸0.5-5重量份和高分子聚合物25-45.5重量份；所述高分子聚合物选自苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酸、丁二烯、异戊二烯中的一种或几种形成的单体单元；所述沥青的软化点为140-200℃，喹啉不融物含量≤0.2％；
所述钻井液用防榻剂高分子改性沥青由以下方法制备得到，包括如下步骤：
(1)将称量后的去离子水、高分子聚合物、蒽油、纳米石墨粉、磺化腐殖酸和聚乙二醇醚混合均匀获得混合物；
(2)将50-70％的沥青加热升温至170-200℃，加入步骤(1)所得到的混合物，保温并搅拌0.5-1h后，加入30-50％的沥青后降温至145-165℃，保温继续搅拌4-8h获得钻井液用防塌剂高分子改性沥青，所述搅拌速率为3000r/min；
所述钻井液用防塌剂高分子改性沥青，静止储存48h软化点无变化，静止储存15天，软化点降低0.7-2.4℃且未见聚合物在沥青上部形成乳状层或结皮。
2.根据权利要求1所述的钻井液用防塌剂高分子改性沥青，其特征在于：所述钻井液用防塌剂高分子改性沥青还包括过氧二异丙苯1-3重量份；石蜡油5-10重量份；二氧化硅1-5重量份。
3.一种权利要求2所述的钻井液用防塌剂高分子改性沥青的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将称量后的去离子水、高分子聚合物、蒽油、纳米石墨粉、磺化腐殖酸、聚乙二醇醚、过氧二异丙苯、石蜡油和二氧化硅混合均匀获得混合物；
(2)将50-70％的沥青加热升温至170-200℃，加入步骤(1)所得到的混合物，保温并搅拌0.5-1h后，加入30-50％的沥青后降温至145-165℃，保温继续搅拌4-8h获得钻井液用防塌剂高分子改性沥青，所述搅拌速率为3000r/min。
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