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一種油包水基鉆井液及其制備方法與流程

文檔序號(hào):42028055發(fā)布日期:2025-05-30 17:13閱讀:6來源:國知局

本發(fā)明涉及石油鉆井開采,具體涉及一種油包水基鉆井液及其制備方法。


背景技術(shù):

1、隨著油氣勘探逐步向深層發(fā)展,鉆遇高溫高壓地層的機(jī)會(huì)逐漸增加。這些都對(duì)鉆井液體系提出了更高的要求。與水基鉆井液相比,油基鉆井液具有抗污染能力強(qiáng),潤(rùn)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,易于維護(hù)等特點(diǎn)。油基鉆井液優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性及抑制性,使其在鉆復(fù)雜井,特別是鉆高溫深井和水敏性地層中,優(yōu)勢(shì)更加明顯。能夠有效地保護(hù)水敏性油氣層,提高油氣產(chǎn)量。

2、油基鉆井液是指以油作為連續(xù)相的鉆井液,分為全油基鉆井液和油包水乳化鉆井液。全油基鉆井液中含水量多在5%以下。油包水乳化鉆井液由油、水、乳化劑、降濾失劑、活度平衡劑等組成,鉆井液中水含量多在5%-30%之間。但抗高溫在180℃以上的油包水鉆井液中的水含量一般在5%-10%,很少超過15%以上。水含量的增加,會(huì)使體系的動(dòng)切力增加,流變性變好,提高攜帶巖屑的能力。但是會(huì)使其熱穩(wěn)定性和電穩(wěn)定性下降。cn1660958a公開了一種合成基鉆井液,盡管在150℃下老化16小時(shí)后能保持較好的流變性和電穩(wěn)定性,但是含水量最高為25%。而更高溫度和水含量下的使用性能未見報(bào)道。

3、油基鉆井液雖然優(yōu)點(diǎn)很多,但是在高溫深井中應(yīng)用時(shí),與之適應(yīng)的抗高溫處理劑卻成了制約其發(fā)展的因素之一。處理劑中的降濾失劑主要用于控制鉆井液體系的濾失量和穩(wěn)定性。針對(duì)這種高溫高壓的使用環(huán)境,國外研制出了一種在油基鉆井液中溶解性好,抗高溫能力強(qiáng)的油溶性聚合物顆粒降濾失劑。這種聚合物顆粒在降濾失過程中能在外部形成薄且易變形的泥餅,在內(nèi)部聚合物顆粒會(huì)封堵地層孔隙。雖能起到較好的降濾失效果,但價(jià)格昂貴。

4、瀝青類產(chǎn)品與特種聚合物相比,價(jià)格低廉且材料來源廣泛,是國內(nèi)外現(xiàn)代鉆井工程不可缺少的重要?jiǎng)┓N之一,具有良好的防塌、潤(rùn)滑、降低濾失和高溫穩(wěn)定等綜合效能。然而,一般軟化點(diǎn)瀝青會(huì)因?yàn)檫^度軟化甚至流淌而無法滿足深井下的高溫作業(yè)要求。

5、高軟化點(diǎn)瀝青是指軟化點(diǎn)在100℃以上,尤其是在120℃以上的瀝青。高軟化點(diǎn)瀝青因其出色的抗高溫能力而有著比較廣泛的應(yīng)用。高軟化點(diǎn)瀝青可以用于深層油氣田的鉆井作業(yè)中,作為鉆井液的重要組成部分,可以在高溫條件下起到封堵、防塌,穩(wěn)定井壁,降低濾失量的作用。

6、但是,單純的高軟化點(diǎn)瀝青顆粒在應(yīng)用于鉆井液體系當(dāng)中時(shí),特別是較高水含量的油包水鉆井液體系中時(shí),會(huì)造成容易聚集,分散困難等問題,影響鉆井液的整體使用性能。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在瀝青顆粒應(yīng)用于油包水基鉆井液過程中存在容易團(tuán)聚,懸浮能力及抗高溫能力變差等問題,本發(fā)明提供了一種油包水基鉆井液及其制備方法,可以很好地解決瀝青顆粒在鉆井液中分散困難等問題,起到很好的封堵和降濾失效果,同時(shí)提高了鉆井液的攜巖能力。

2、本發(fā)明第一方面提供了一種油包水基鉆井液,以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì),包括如下組分:

3、

4、其中,所述陽離子改性高軟化點(diǎn)瀝青顆粒,包括基質(zhì)瀝青和改性劑,所述改性劑是活化劑對(duì)二氧化硅進(jìn)行活化處理得到。

5、進(jìn)一步地,所述的活化劑的制備方法包括:首先將腈類單體在催化劑的作用下,合成環(huán)狀單體;然后將上述環(huán)狀單體進(jìn)行開環(huán)聚合,形成環(huán)狀單體的聚合物;最后環(huán)狀單體的聚合物在酸性條件下水解,得到活化劑。具體為:

6、(a)將腈類單體和催化劑加入反應(yīng)器中,加熱至90-120℃,再加入氨基醇類單體,反應(yīng)30-60h,得到環(huán)狀單體;

7、(b)將步驟(a)所得環(huán)狀單體、引發(fā)劑與腈類單體混合,在100-160℃下反應(yīng)30-90min,然后在零下10℃-10℃下加入koh的甲醇溶液,攪拌8-24h,除去溶劑,將殘余聚合物溶于氯仿,沉淀提純,干燥,得到環(huán)狀單體的聚合物;

8、(c)將步驟(b)所得環(huán)狀單體的聚合物溶于熱水中,加熱回流,加入鹽酸溶液,反應(yīng)24-72h,除去溶劑,殘余聚合物重新溶于熱水中,加入naoh溶液至溶液ph值為9-10,析出沉淀離心,除去上清液,重復(fù)2-3次,干燥,得到活化劑。

9、進(jìn)一步地,步驟(a)中,所述腈類單體優(yōu)選為超干乙腈和/或丙腈。所述催化劑為二水合乙酸鋅。其中,腈類單體與催化劑加入量的體積質(zhì)量比為10-20:1ml/g。所述氨基醇類單體,優(yōu)選為2-氨基乙醇和3-氨基-1-丙醇中一種或幾種。所述腈類單體與氨基醇類單體加入量的體積比為1:1-1:3。

10、進(jìn)一步地,步驟(b)中,所述引發(fā)劑為磺酸酯陽離子類引發(fā)劑,優(yōu)選為對(duì)甲苯磺酸甲酯(meots)、三氟甲磺酸乙酯、3-丁炔基對(duì)甲苯磺酸酯等中一種或多種。步驟(b)中,所述腈類單體優(yōu)選超干乙腈和/或丙腈。其中,步驟(b)與步驟(a)所述腈類單體可以相同也可以不同。所述引發(fā)劑與環(huán)狀單體加量的體積比為0.01-0.1:1;所述環(huán)狀單體與腈類單體的體積比為1:1-1:3。

11、進(jìn)一步地,步驟(b)中,環(huán)狀單體、引發(fā)劑與腈類單體混合后,在微波反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)。

12、進(jìn)一步地,步驟(b)中,所述koh的甲醇溶液中koh的濃度為0.8-1.2mol/l。所述koh的甲醇溶液加入量為環(huán)狀單體體積的1/10-1/40。

13、進(jìn)一步地,步驟(b)中,所述攪拌在20-30℃下進(jìn)行,優(yōu)選在室溫下進(jìn)行。

14、進(jìn)一步地,步驟(b)中,所述除去溶劑可采用旋蒸的方式。所述沉淀提純可以在正己烷中進(jìn)行。所述干燥的條件為:30-50℃下真空中干燥24-72h。

15、進(jìn)一步地,步驟(c)中,所述熱水的溫度均為40-80℃。所述加熱回流的溫度為80-120℃,加熱回流的時(shí)間為10-30min。所述鹽酸溶液的質(zhì)量濃度為30%-38%。所述鹽酸溶液加入量與環(huán)狀單體的聚合物加入量的質(zhì)量之比為1-20:1。所述除去溶劑可采用旋蒸的方式。所述干燥的條件為:在50-70℃真空干燥24-72h。

16、進(jìn)一步地,所述陽離子改性高軟化點(diǎn)瀝青顆粒的平均粒徑為60-100目。

17、進(jìn)一步地,所述基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)為80-180℃的瀝青,優(yōu)選為氧化瀝青、溶劑脫油瀝青、天然瀝青中的至少一種。

18、進(jìn)一步地,以所述陽離子改性高軟化點(diǎn)瀝青顆粒的重量計(jì),所述改性劑的含量為1%-10%,所述基質(zhì)瀝青的含量為90%-99%。

19、進(jìn)一步地,所述二氧化硅的粒徑為5μm-50μm。

20、進(jìn)一步地,所述乳化劑為長(zhǎng)鏈脂肪酰胺系列表面活性劑,優(yōu)選為月桂酰二乙醇胺、油酸酰胺、油酰二乙醇胺和椰油酰二乙醇胺中的至少一種。

21、進(jìn)一步地,所述油水基液中按體積比計(jì),包括油相:水相=90:10-60:40;

22、進(jìn)一步地,所述油水基液中,油相為柴油、生物柴油、白油或植物油中的至少一種,優(yōu)選白油;水相為質(zhì)量濃度10%-30%的氯化鈣水溶液。

23、進(jìn)一步地,所述油包水基鉆井液中,還包括加重劑。所述加重劑的加入量滿足使得鉆井液密度達(dá)到1.50-2.10g/cm3,所述加重劑為重晶石和/或石灰石。

24、本發(fā)明第二方面提供了一種油包水基鉆井液的制備方法,包括以下步驟:

25、(1)制備陽離子改性高軟化點(diǎn)瀝青顆粒;

26、(2)將陽離子改性高軟化點(diǎn)瀝青顆粒與乳化劑、有機(jī)土、油水基液混合,得到油包水基鉆井液。

27、進(jìn)一步地,步驟(2)中,各組分的加入順序優(yōu)選為向油水基液中,加入乳化劑,第一攪拌,加入有機(jī)土,第二攪拌,再加入陽離子改性高軟化點(diǎn)瀝青顆粒,第三攪拌,得到油包水基鉆井液。

28、進(jìn)一步地,如需調(diào)整油包水基鉆井液的密度,步驟(2)中加入加重劑。

29、進(jìn)一步地,步驟(2)中,所述第一攪拌的時(shí)間為10-30分鐘,第二攪拌的時(shí)間為5-10分鐘,第三攪拌的時(shí)間為20-40分鐘。

30、進(jìn)一步地,步驟(1)制備陽離子改性高軟化點(diǎn)瀝青顆粒的方法包括:

31、(i)制備改性劑;

32、(ii)將基質(zhì)瀝青加入到有機(jī)溶劑中溶解,再加入步驟(i)所得的改性劑,攪拌下進(jìn)行反應(yīng),得到陽離子改性高軟化點(diǎn)瀝青。

33、進(jìn)一步地,步驟(i)中,改性劑的制備方法,包括:

34、(i)將二氧化硅、環(huán)氧型硅烷偶聯(lián)劑和乙醇混合,加熱回流,所得懸浮液離心分離,沉淀物用乙醇超聲分散,除去上清液,洗滌,干燥,得到中間產(chǎn)物;

35、(ii)將活化劑加入到乙醇中溶解,加入步驟(i)所得中間產(chǎn)物,加熱回流,所得懸浮液離心分離,沉淀物用水超聲分散,除去上清液,洗滌,干燥,得到改性劑。

36、進(jìn)一步地,步驟(i)中,所述環(huán)氧型硅烷偶聯(lián)劑為3-縮水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷(gptms)。所述二氧化硅與環(huán)氧型硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量體積比為1:1-3g/ml;將二氧化硅、環(huán)氧型硅烷偶聯(lián)劑和乙醇混合,其中環(huán)氧型硅烷偶聯(lián)劑與乙醇體積比為1:1-5。

37、步驟(i)和(ii)中,所述加熱回流的溫度均為80-120℃,加熱回流時(shí)間為12-36h。

38、進(jìn)一步地,步驟(i)中,所述離心分離的轉(zhuǎn)速為5000-15000rpm,離心分離的時(shí)間為10-30min。所述超聲分散的頻率為20khz-60khz,超聲分散時(shí)間為5-20min。所述干燥的溫度為50-80℃,干燥的時(shí)間為5-20h。

39、進(jìn)一步地,步驟(i)、(ii)中的乙醇均為無水乙醇。

40、進(jìn)一步地,步驟(ii)中,以乙醇的質(zhì)量為基準(zhǔn),活化劑的加入量為1-20%。以乙醇的質(zhì)量為基準(zhǔn),中間產(chǎn)物的加入量為1-30%。其中,活化劑與中間產(chǎn)物加入量的質(zhì)量比為1:1-2。

41、進(jìn)一步地,步驟(ii)中,所述離心分離的轉(zhuǎn)速為5000-15000rpm,離心分離的時(shí)間為10-30min。所述超聲分散的頻率為20khz-60khz,超聲分散時(shí)間為5-20min。所述攪拌回流時(shí)間為12-36h。所述干燥的溫度為50-80℃,干燥的時(shí)間為5-20h。

42、進(jìn)一步地,步驟(ii)中,所述有機(jī)溶劑選自氯仿、二氯甲烷、甲苯、四氫呋喃、四氯化碳中的一種或幾種。所述有機(jī)溶劑與基質(zhì)瀝青的質(zhì)量比為1-20:1。

43、進(jìn)一步地,步驟(ii)中,所述攪拌的轉(zhuǎn)速為80~2000rpm。所述反應(yīng)的條件為:反應(yīng)溫度為50-100℃,反應(yīng)時(shí)間2-10h。

44、進(jìn)一步地,步驟(ii)中,所述反應(yīng)結(jié)束后,冷凍,粉碎,得到粒度滿足要求的陽離子改性高軟化點(diǎn)瀝青顆粒。

45、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):

46、(1)本發(fā)明陽離子改性高軟化點(diǎn)瀝青顆粒,采用特定的改性劑,即經(jīng)特殊結(jié)構(gòu)活化劑處理的微米sio2,其含有的胺基與瀝青進(jìn)行了接枝反應(yīng),解決了微米sio2在瀝青中容易團(tuán)聚,難于分散的問題,另外特殊結(jié)構(gòu)活化劑處理的sio2加入到瀝青當(dāng)中,可有效提高瀝青的軟化點(diǎn),所得改性瀝青抗溫能力高,活性強(qiáng),在應(yīng)用于鉆井液時(shí)可在高溫下持續(xù)發(fā)揮作用。

47、(2)本發(fā)明陽離子改性高軟化點(diǎn)瀝青顆粒表面接枝了陽離子基團(tuán),具有較強(qiáng)的表面活性,更容易在鉆井液中均勻穩(wěn)定分散,解決了瀝青基處理劑較難在水基或高水含量油基鉆井液中穩(wěn)定分散的難題;且陽離子改性高軟化點(diǎn)瀝青顆粒表面呈正電性,而井壁巖層通常具有負(fù)電性,因此與井壁結(jié)合得更加牢固,能夠更好地發(fā)揮封堵和降濾失的效果。

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