本發(fā)明屬于石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種油基鉆井液及其制備方法。
背景技術(shù)：
早在20世紀(jì)60年代，國外就對油基鉆井液十分重視，70年代針對深井、超深井鉆井的需要先后研制了一系列高溫油基鉆井液，與水基鉆井液相比，油基鉆井液抗污染能力強(qiáng)，潤滑性好，抑制性強(qiáng)，有利于保持井壁穩(wěn)定，能最大限度地保護(hù)油氣層；同時油基鉆井液性能穩(wěn)定，易于維護(hù)，抗溫能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好。油基鉆井液優(yōu)良的抑制性及抗溫性，使其在鉆復(fù)雜井，特別是在鉆高溫深井和水敏性地層中優(yōu)勢更明顯， 能夠更有效地保護(hù)水敏性油氣層，提高油氣產(chǎn)量。
瀝青類產(chǎn)品是作為重要油基鉆井液處理劑之一， 具有良好的防塌、潤滑、乳化、降濾失和高溫穩(wěn)定等綜合效能。瀝青類產(chǎn)品一般含有不溶于水的瀝青顆粒，并且有一定的軟化點(diǎn)。當(dāng)井眼內(nèi)有足夠高的溫度和壓力時，瀝青顆粒軟化變形，并被擠入井壁微裂縫中，阻止鉆井液和濾液從微裂縫滲透，與泥餅一起有效地封堵地層。瀝青類物質(zhì)是石油鉆井極其有效的防塌劑和油層保護(hù)劑。隨著石油勘探與開發(fā)的發(fā)展，鉆井深度不斷加深，鉆遇地層愈來愈復(fù)雜，定向井、水平井等特殊工藝井的數(shù)量逐漸增多。這使鉆井工程對鉆井液用瀝青類產(chǎn)品及其體系提出了更高的要求。開發(fā)出高溫性能好、有良好封堵性和降濾失性的高軟化點(diǎn)瀝青(指軟化點(diǎn)在100℃以上，尤其是在120℃以上)，以滿足油田鉆井工程的需要，具有十分重要的意義。
高軟化點(diǎn)瀝青的制備工藝一般采用溶劑脫瀝青或吹氣氧化工藝，CN102464989A、CN102876344A、CN102464988A和CN102382696A等公開了幾種用于鉆井液中的高軟化點(diǎn)瀝青或?yàn)r青顆粒的制備方法，瀝青軟化點(diǎn)一般在120℃以上，最高達(dá)250℃。
CN102952526A公開了一種高軟化點(diǎn)乳化瀝青水基鉆井液處理劑及其制備方法，所述鉆井液處理劑包括40～70%軟化點(diǎn)為150～240℃的瀝青、35～50重量%水，0.02～2%助劑，0.05～5 %乳化劑，0.01～1%穩(wěn)定劑，該鉆井液處理劑具有良好的高溫高壓降濾失功能，適用于高溫高壓的深井及超深井鉆井。
US7220348B1、CN102876344 A、CN102876344 A和CN102732280A也公開幾種高軟化點(diǎn)瀝青的生產(chǎn)方法，瀝青產(chǎn)品軟化點(diǎn)都在250℃以，但主要用于生產(chǎn)碳纖維制品、耐火材料粘結(jié)劑及紡絲領(lǐng)域。
現(xiàn)有的高軟化點(diǎn)瀝青在應(yīng)用于鉆井液體系當(dāng)中時，由于組成單一，存在粘彈范圍較小，使用溫度范圍較窄等問題，很難在井下持續(xù)發(fā)揮作用。CN1046176A公開了一種含有預(yù)混合的約2份高軟化點(diǎn)硬瀝青、約1份低軟化點(diǎn)硬瀝青、約1份苛化褐煤以及一種強(qiáng)親油性非離子表面活性劑的水基鉆井泥漿添加劑。這種添加劑組合物可以在寬范圍的溫度和壓力內(nèi)有效，但簡單的機(jī)械混合很難有效的發(fā)揮不同軟化點(diǎn)瀝青的作用效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種油基鉆井液及其制備方法。本發(fā)明油基鉆井液具有潤滑性好、抗高溫和性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，能夠在較寬溫度范圍的鉆井作業(yè)條件下持續(xù)發(fā)揮作用。
本發(fā)明的油基鉆井液，按重量份計，包括如下組分：基油85~95份，瀝青組合物 2~6份，有機(jī)土 1~5份，乳化劑 2~4份，潤濕劑 1~3份，堿度調(diào)節(jié)劑 0.5~2份以及加重劑。
本發(fā)明中，所述的基油可以是白油、柴油、生物柴油、植物油等中的一種或幾種，優(yōu)選白油。
本發(fā)明中，所述的瀝青組合物，以高軟化點(diǎn)瀝青為核相，外層包裹高軟化點(diǎn)煤瀝青，該瀝青組合物按質(zhì)量百分比計，包括如下組分：高軟化點(diǎn)瀝青20%～50%，高軟化點(diǎn)煤瀝青50%～80%；其中高軟化點(diǎn)瀝青與高軟化點(diǎn)煤瀝青的軟化點(diǎn)差為15~40℃。
所述的高軟化點(diǎn)瀝青的軟化點(diǎn)為140～260℃，優(yōu)選為150～240℃；高軟化點(diǎn)瀝青為固體粉狀，平均粒徑≤100μm，優(yōu)選平均粒徑≤60μm。所述的高軟化點(diǎn)瀝青可以采用市售產(chǎn)品，也可以按照本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)制備，如減壓蒸餾工藝、溶劑脫瀝青工藝、吹氣氧化工藝等，或幾種工藝的結(jié)合。所述的高軟化點(diǎn)煤瀝青的軟化點(diǎn)為100~180℃，優(yōu)選120~150℃。
所述的瀝青組合物的制備方法，包括如下內(nèi)容：將熔融的煤瀝青加入到氧化反應(yīng)器中，通入空氣進(jìn)行吹氣氧化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，將氧化物料噴灑到高軟化點(diǎn)瀝青粉表面形成包裹，冷卻得到瀝青組合物，將瀝青組合物加入到粉碎設(shè)備中進(jìn)行混合粉碎，即制備出瀝青組合物顆粒。
其中，所述的氧化反應(yīng)器為間歇式氧化釜或連續(xù)式氧化塔。氧化反應(yīng)條件為：氣體流量為0.05～1m3·kg-1·h-1，優(yōu)選0.1～0.8m3·kg-1·h-1，更優(yōu)選0.4~0.6 m3·kg-1·h-1。氧化溫度為220～300℃，優(yōu)選為240~280℃，氧化時間為5～20小時，優(yōu)選8～15小時。優(yōu)選在吹氣氧化過程中加入促進(jìn)劑，促進(jìn)劑為雙氧水、氯酸鉀、高錳酸鉀或氯化鐵中的一種或幾種，促進(jìn)劑加入量為占煤瀝青質(zhì)量的0.1wt%～1.0wt%。所述的煤瀝青為經(jīng)中溫或高溫蒸餾后的煤瀝青，軟化點(diǎn)為50～95℃。所述的噴灑過程可以采用帶有一定壓力的連接有霧化噴嘴的噴灑設(shè)備，壓力及噴嘴大小根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，確保能夠?qū)⒀趸锪蠂姵黾纯伞?/p>
所述的粉碎設(shè)備可以是高速剪切粉碎機(jī)、膠體磨、球磨粉碎機(jī)等攪拌或打擊攪拌式粉碎設(shè)備，粉碎時間為10～60s，粉碎溫度為不大于20℃，瀝青組合物優(yōu)選在粉碎前進(jìn)行低溫脆化處理，低溫脆化處理?xiàng)l件為：溫度為0～-60℃，優(yōu)選為-10～-30℃，時間為2～48小時，優(yōu)選為2～10小時。
所述的瀝青組合物顆粒的平均粒徑為50～130μm，優(yōu)選為60～100μm。
本發(fā)明中，所述的乳化劑為椰油脂肪酸二乙醇酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯醚，硬脂酸聚氧乙烯醚，月桂酸聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚類或脂肪醇聚氧乙烯醚類中的一種或幾種。
本發(fā)明中，所述的潤濕劑為油基鉆井液中常用的烷基苯磺酸鹽類、高級脂肪酰胺磺酸鹽類、油酸、環(huán)烷酸酰胺中的一種或幾種。
本發(fā)明中，所述的堿度調(diào)節(jié)劑為氧化鈣、氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種或幾種。
本發(fā)明中，加重劑組分將鉆井液密度加重至達(dá)到1.5～2.5g/cm3；所述的加重劑為重晶石、鐵礦粉、石灰石粉或方鉛礦粉等中的一種或幾種。
本發(fā)明的油基鉆井液中，還可以根據(jù)實(shí)際需要加入其它類別的添加劑，如有機(jī)土增效劑、增粘提切劑，絮凝劑等。
本發(fā)明的油基鉆井液的制備方法，包括如下內(nèi)容：按配比將乳化劑、潤濕劑加入到基油中攪拌10~20分鐘，然后加入有機(jī)土攪拌10~15分鐘，再加入瀝青組合物、堿度調(diào)節(jié)劑攪拌10~30分鐘，最后加入加重劑把鉆井液密度調(diào)節(jié)到需要值，得到油基鉆井液。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明瀝青組合物采用兩種性質(zhì)的瀝青進(jìn)行組合，瀝青組合物外層為煤瀝青，煤瀝青脆性大，常溫下易粉碎，與井壁泥頁巖的粘附性好；本發(fā)明瀝青組合物相比于直接機(jī)械混合的高低軟化點(diǎn)瀝青，高低軟化點(diǎn)瀝青之間結(jié)合更緊密，在溫度變化時，能夠更有效的配合，“外層-中間結(jié)合處-內(nèi)核”結(jié)構(gòu)能夠更好的適應(yīng)鉆井過程中井溫的連續(xù)變化；井溫較低時，軟化點(diǎn)偏低的外層煤瀝青變軟，起到封堵的效果，內(nèi)部的高軟化點(diǎn)瀝青作為鉆井液泥餅的填充粒子，可以改善泥餅質(zhì)量；井溫升高時，軟化點(diǎn)偏低的外層煤瀝青先軟化甚至流淌吸附到粘土顆粒上，起分散和護(hù)膠作用，有利于形成致密的泥餅，內(nèi)部的高軟化點(diǎn)瀝青在接近軟化點(diǎn)附近軟化變形，起到封堵的效果。同時，瀝青組合物外層的煤瀝青部分溶解在油基鉆井液的油相中起到提粘切及潤滑作用，又能在鉆井液中保持一定的顆粒狀態(tài)，同時，瀝青油溶物含量的多少可以調(diào)節(jié)顆粒的大小，更好地起到封堵、防塌和降濾失效果，提高了鉆井液的攜巖能力。本發(fā)明瀝青組合物可以根據(jù)實(shí)際的需要對瀝青組合物的內(nèi)部和外層的瀝青進(jìn)行軟化點(diǎn)的調(diào)變，在應(yīng)用于油基鉆井液時，無需再加潤滑劑和提切劑等添加劑，簡化了鉆井液配制的步驟，節(jié)約了成本，可以在較寬的鉆井深度范圍內(nèi)持續(xù)發(fā)揮作用。
具體實(shí)施方式
下面將通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，但并不因此而限制本發(fā)明，其中的百分含量為質(zhì)量百分含量。軟化點(diǎn)的測試方法根據(jù)GB/T4507方法進(jìn)行。
實(shí)施例1
將高錳酸鉀加入到熔融的煤瀝青（軟化點(diǎn)為60℃）中混合均勻，然后轉(zhuǎn)入到氧化釜中，進(jìn)行吹氣氧化，反應(yīng)結(jié)束后，將氧化物料趁熱噴灑至高軟化點(diǎn)瀝青粉表面（軟化點(diǎn)為150℃，平均粒徑為70μm），然后冷卻至室溫，得到瀝青組合物，氧化條件及產(chǎn)品性質(zhì)見表1；其中高錳酸鉀：煤瀝青：高軟化點(diǎn)瀝青粉的質(zhì)量比為1:175:50。
將經(jīng)低溫脆化的瀝青組合物（低溫脆化條件：溫度-25℃，時間8小時）加入到高速粉碎機(jī)中，混合時間5s，粉碎時間25s，得到瀝青組合物顆粒，記為A1，其平均粒徑為100μm。
將椰油脂肪酸二乙醇酰胺、十二烷基苯磺酸鈉加入到5#白油中攪拌15分鐘，然后加入有機(jī)土攪拌15分鐘，再加入A1、CaO攪拌20分鐘，最后加入重晶石把鉆井液密度調(diào)節(jié)到需要值，得到鉆井液1。
其中基油：乳化劑：潤濕劑：有機(jī)土：瀝青組合物：CaO的質(zhì)量為90：2：1：2：3：0.5。
實(shí)施例2
將熔融的煤瀝青（軟化點(diǎn)為70℃）中，混合均勻，然后轉(zhuǎn)入到氧化釜中，進(jìn)行吹氣氧化，反應(yīng)結(jié)束后，將氧化物料趁熱噴灑至高軟化點(diǎn)瀝青粉表面（軟化點(diǎn)為185℃，平均粒徑為50μm），然后冷卻至室溫，得到瀝青組合物，氧化條件及產(chǎn)品性質(zhì)見表1；其中煤瀝青與高軟化點(diǎn)瀝青粉的質(zhì)量比為3:1。
將經(jīng)低溫脆化的瀝青組合物（低溫脆化條件：溫度-10℃，時間5小時）加入到高速粉碎機(jī)中，混合時間5s，粉碎時間20s，得到瀝青組合物顆粒，記為A2，其平均粒徑為80μm。
將辛基酚聚氧乙烯醚、油酸加入到3#白油中攪拌20分鐘，然后加入有機(jī)土攪拌15分鐘，再加入A2、CaO攪拌30分鐘，最后加入重晶石把鉆井液密度調(diào)節(jié)到需要值，得到鉆井液2。
其中基油：乳化劑：潤濕劑：有機(jī)土：瀝青組合物：CaO的質(zhì)量為92：1.5：2：2：1：0.5。
實(shí)施例3
將熔融的煤瀝青（軟化點(diǎn)為90℃）加入到氧化釜中，進(jìn)行吹氣氧化，反應(yīng)結(jié)束后，將氧化物料趁熱噴灑至高軟化點(diǎn)瀝青粉表面（軟化點(diǎn)為200℃，平均粒徑為30μm），然后冷卻至室溫，得到瀝青組合物，氧化條件及產(chǎn)品性質(zhì)見表1；其中煤瀝青與高軟化點(diǎn)瀝青粉的質(zhì)量比為3:2。
將瀝青組合物加入到高速粉碎機(jī)中，混合時間5s，粉碎時間30s，得到瀝青組合物顆粒，記為A3，其平均粒徑為50μm。
將脂肪醇聚氧乙烯醚、環(huán)烷酸酰胺加入到0#柴油中攪拌10分鐘，然后加入有機(jī)土攪拌10分鐘，再加入瀝青組合物、CaO攪拌15分鐘，最后加入重晶石把鉆井液密度調(diào)節(jié)到需要值，得到鉆井液3。
其中基油：乳化劑：潤濕劑：有機(jī)土：瀝青組合物：CaO的質(zhì)量為85：3：2：1：3：1。
對比例1
將經(jīng)低溫脆化處理的煤瀝青粉（軟化點(diǎn)為120℃，平均粒徑為80μm）加入到高速粉碎機(jī)中，混合時間5s，得到瀝青組合物顆粒，記為A4。
將椰油脂肪酸二乙醇酰胺、十二烷基苯磺酸鈉加入到基油中攪拌15分鐘，然后加入有機(jī)土攪拌15分鐘，再加入瀝青組合物、CaO攪拌20分鐘，最后加入重晶石把鉆井液密度調(diào)節(jié)到需要值，得到鉆井液1。
其中基油：乳化劑：潤濕劑：有機(jī)土：瀝青組合物：CaO的質(zhì)量為90：2：1：2：3：0.5。
對比例2
將經(jīng)低溫脆化處理的高軟化點(diǎn)瀝青粉（軟化點(diǎn)為185℃，平均粒徑為60μm）加入到高速粉碎機(jī)中，混合時間5s，得到瀝青組合物顆粒，記為A5。
將辛基酚聚氧乙烯醚、油酸加入到基油中攪拌20分鐘，然后加入有機(jī)土攪拌15分鐘，再加入瀝青組合物、CaO攪拌30分鐘，最后加入重晶石把鉆井液密度調(diào)節(jié)到需要值，得到鉆井液1。
其中基油：乳化劑：潤濕劑：有機(jī)土：瀝青組合物：CaO的質(zhì)量為92：1.5：2：2：1：0.5。
對比例3
將軟化點(diǎn)為200℃的瀝青（平均粒徑為70μm）與軟化點(diǎn)為183℃的煤瀝青（平均粒徑為50μm）加入到高速粉碎機(jī)中，混合時間5s，得到瀝青組合物顆粒，記為A6；其中軟化點(diǎn)為155℃的瀝青與軟化點(diǎn)為120℃的煤瀝青的質(zhì)量比為2:3。
將脂肪醇聚氧乙烯醚、環(huán)烷酸酰胺加入到基油中攪拌10分鐘，然后加入有機(jī)土攪拌10分鐘，再加入瀝青組合物、CaO攪拌15分鐘，最后加入重晶石把鉆井液密度調(diào)節(jié)到需要值，得到鉆井液1。
其中基油：乳化劑：潤濕劑：有機(jī)土：瀝青組合物：CaO的質(zhì)量為85：3：2：1：3：1。
表1 瀝青組合物制備條件及產(chǎn)品性質(zhì)。
表2油基鉆井液性能。
注：熱滾時間：時間為16小時，流變性測試溫度為60℃，高溫高壓濾失量測定條件：180℃，3.5MPa；AV：表觀粘度，PV：塑性粘度，YP：動切力。