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。