一种沥青类页岩抑制剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及页岩抑制剂技术领域，尤其涉及一种沥青类页岩抑制剂及其制备方法和应用
。


背景技术：

2.页岩抑制剂俗称防塌剂，是指主要用来抑制页岩中所含黏土矿物的水化
、
膨胀
、
分解作用，以防止井塌的处理剂
。
常用的页岩抑制剂有石膏
、
硅酸盐
、
石灰
、
各种钾盐
、
铵盐
、
各种沥青制品以及高聚物的钾
、
铵
、
钙盐等
。
3.目前，钻井液处理剂中沥青类产品包括磺化沥青
、
释烷基化沥青
、
阳离子沥青
、
乳化沥青
、
氧化沥青及其中一种或几种与表面活性剂
、
腐殖酸类等辅调配成的沥青掺合物等，但上述沥青类页岩抑制剂应用于水基钻井液时，虽然具有优良的防塌性能，但所得钻井液的高温高压滤失量较高，从而无法满足深井作业的使用需求
。
除此之外，沥青分为天然沥青和人工合成的沥青，天然沥青存在于自然界中，如今应用较少，一般难以接触，有毒物质基本均可挥发，因此对人体的危害不大
。
人工合成的沥青是煤焦油或石油分馏后的残渣
(
石油沥青
)
，气味中含有苯并芘等物质，毒性较大，对人体有一定的毒性，可经皮肤
、
呼吸道导致人体中毒，引起皮肤损伤
、
呼吸道损伤等
。
4.鉴于此，提供一种满足深井作业的使用需求且更加安全环保的沥青类页岩抑制剂显得十分的有必要
。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供了一种沥青类页岩抑制剂及其制备方法和应用
。
6.第一方面，本发明提供了一种沥青类页岩抑制剂，以重量份数计，所述沥青类页岩抑制剂包括以下原料：
7.天然沥青
40
～
55
份
、
石油沥青
18
～
25
份
、
改性剂8～
15
份和增溶剂1～
10
份；
8.所述改性剂是通过采用重量比为
(8
～
15):(3
～
6):(0.1
～
2)
的皂角粉
、
粉煤灰和偶联剂制得
。
9.进一步地，所述天然沥青和所述石油沥青的重量比为
2.5:1。
10.进一步地，所述改性剂的加入重量占所述天然沥青和所述石油沥青两者总重量的
(0.15
～
0.20)。
11.进一步地，以重量份数计，所述沥青类页岩抑制剂包括以下原料：
12.天然沥青
50
份
、
石油沥青
20
份
、
改性剂
12
份和增溶剂7份
。
13.进一步地，所述皂角粉的粒径为
300
目～
500
目；所述粉煤灰为一级粉煤灰；所述天然沥青包括新疆天然沥青
、
四川天然沥青
、
伊朗天然岩沥青和北美岩沥青中的至少一种；所述石油沥青的型号包括
10
号
、70
号和
90
号中的至少一种；所述偶联剂包括硅烷偶联剂
、
铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂中的至少一种；所述增溶剂包括环烷基橡胶油和芳香基橡胶油中的至少一种
。
14.第二方面，本发明提供了一种第一方面任一项所述的沥青类页岩抑制剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
15.将天然沥青和石油沥青进行混合粉碎，后进行低温等离子体改性，得到复合沥青料；
16.将皂角粉
、
粉煤灰和偶联剂加入水中进行搅拌混合，后浓缩干燥，得到改性剂；
17.将所述复合沥青料和增溶剂进行加热融化，后加入所述改性剂进行保温搅拌，得到所述沥青类页岩抑制剂
。
18.进一步地，所述将天然沥青和石油沥青进行混合粉碎，后进行低温等离子体改性，得到复合沥青料的步骤包括以下过程：
19.将天然沥青和石油沥青进行混合粉碎，得到粒径＜
5mm
的混合料；
20.将所述混合料加入低温等离子体处理装置中，调节装置内真空度达到
10pa
以下时，通入氧气，于氧气流量为
35-45cm3/min
和电源功率为
90-110w
条件下进行低温等离子体改性2～5分钟，得到所述复合沥青料
。
21.进一步地，所述保温搅拌的工作参数包括：温度为
160℃
～
245℃
，时间为
15
～
30
分钟，搅拌转速为
800
～
1200rpm。
22.第三方面，本发明提供了第一方面任一项所述的沥青类页岩抑制剂，和
/
或，第二方面任一项所述的制备方法制得的沥青类页岩抑制剂在油气钻井中的应用
。
23.第四方面，本发明提供了一种钻井液，所述钻井液包括第一方面任一项所述的沥青类页岩抑制剂，和
/
或，第二方面任一项所述的制备方法制得的沥青类页岩抑制剂
。
24.本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：
25.本发明实施例提供了一种沥青类页岩抑制剂，该沥青类页岩抑制剂以天然沥青为主和少量的石油沥青作为主要原料，有效降低了因石油沥青所带来的有害物质含量，特别降低了石油沥青中有害物质苯并芘的含量，更加符合
《
中华人民共和国国家环境保护标准
hj892-2017》
的作业要求，并加入通过采用适量配比的皂角粉
、
粉煤灰和偶联剂制得的改性剂和增溶剂进行改性，提升沥青的综合改性效果
。
应用于制备水基钻井液时，可以获得优异的防塌性能和较好的降高温高压滤失效果，为沥青类页岩抑制剂的制备提供了新的思路，具有广泛的实际应用价值
。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例
。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围
。
27.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料
、
试剂
、
仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到
。
28.第一方面，本发明提供了一种沥青类页岩抑制剂，以重量份数计，所述沥青类页岩抑制剂包括以下原料：
29.天然沥青
40
～
55
份
、
石油沥青
18
～
25
份
、
改性剂8～
15
份和增溶剂1～
10
份；
30.所述改性剂是通过采用重量比为
(8
～
15):(3
～
6):(0.1
～
2)
的皂角粉
、
粉煤灰和
偶联剂制得
。
31.本发明实施例提供了一种沥青类页岩抑制剂，该沥青类页岩抑制剂以天然沥青为主和少量的石油沥青作为主要原料，有效降低了因石油沥青所带来的有害物质含量，特别降低了石油沥青中有害物质苯并芘的含量，更加符合
《
中华人民共和国国家环境保护标准
hj892-2017》
的作业要求，并加入通过采用适量配比的皂角粉
、
粉煤灰和偶联剂制得的改性剂和增溶剂进行改性，提升沥青的综合改性效果
。
应用于制备水基钻井液时，可以获得优异的防塌性能和较好的降高温高压滤失效果，为沥青类页岩抑制剂的制备提供了新的思路，具有广泛的实际应用价值
。
32.在一些具体实施例中，以重量份数计，所述沥青类页岩抑制剂可仅由天然沥青
40
～
55
份
、
石油沥青
18
～
25
份
、
改性剂8～
15
份和增溶剂1～
10
份组成；所述改性剂是通过采用重量比为
(8
～
15):(3
～
6):(0.1
～
2)
的皂角粉
、
粉煤灰和偶联剂制得
。
33.在一些具体实施例中，所述天然沥青的重量份数可为
40
份
、41
份
、42
份
、43
份
、44
份
、45
份
、46
份
、47
份
、48
份
、49
份
、50
份
、51
份
、52
份
、53
份
、54
份
、55
份等
。
34.在一些具体实施例中，所述石油沥青的重量份数可为
18
份
、19
份
、20
份
、21
份
、22
份
、23
份
、24
份
、25
份等
。
35.在一些具体实施例中，所述改性剂的重量份数可为8份
、9
份
、10
份
、11
份
、12
份
、13
份
、14
份
、15
份等
。
36.在一些具体实施例中，所述增溶剂的重量份数可为1份
、2
份
、3
份
、4
份
、5
份
、6
份
、7
份
、8
份
、9
份
、10
份等
。
37.在一些具体实施例中，所述皂角粉
、
粉煤灰和偶联剂的重量比优选为
14:5:0.5。
38.在一些具体实施例中，所述天然沥青和所述石油沥青的重量比为
2.5:1。
39.在一些具体实施例中，所述改性剂的加入重量占所述天然沥青和所述石油沥青两者总重量的
(0.15
～
0.20)
；优选为
0.17。
40.在一些具体实施例中，所述皂角粉的粒径为
300
目～
500
目；所述粉煤灰为一级粉煤灰
。
41.在一些具体实施例中，所述天然沥青包括新疆天然沥青
、
四川天然沥青
、
伊朗天然岩沥青和北美岩沥青中的至少一种；优选为四川天然沥青和新疆天然沥青等
。
42.在一些具体实施例中，所述石油沥青的型号包括
10
号
、70
号和
90
号中的至少一种；优选为
70
号石油沥青
。
43.在一些具体实施例中，所述偶联剂包括硅烷偶联剂
、
铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂中的至少一种；优选为如异丙基二油酸酰氧基
(
二辛基磷酸酰氧基
)
钛酸酯
、
异丙基三油酸酰氧基钛酸酯
、
单烷氧基钛酸酯偶联剂等钛酸酯偶联剂
。
44.在一些具体实施例中，所述增溶剂包括环烷基橡胶油和芳香基橡胶油中的至少一种；具体如昆仑牌
kn4006
的环烷基橡胶油等
。
45.在一些具体实施例中，优选地，以重量份数计，所述沥青类页岩抑制剂包括以下原料：
46.天然沥青
50
份
、
石油沥青
20
份
、
改性剂
12
份和增溶剂7份
。
47.需要说明的是，本发明实施例提供的沥青类页岩抑制剂中所涉及的组分原料，若无特殊的限定或说明，各组分均可直接采用市售产品
。
48.第二方面，基于一个总的发明构思，本发明提供了一种第一方面任一项所述的沥青类页岩抑制剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
49.将天然沥青和石油沥青进行混合粉碎，后进行低温等离子体改性，得到复合沥青料；
50.将皂角粉
、
粉煤灰和偶联剂加入水中进行搅拌混合，后浓缩干燥，得到改性剂；
51.将所述复合沥青料和增溶剂进行加热融化，后加入所述改性剂进行保温搅拌，得到所述沥青类页岩抑制剂
。
52.本发明实施例提供的制备方法通过采用低温等离子体改性进行物理改性并结合采用适量配比的皂角粉
、
粉煤灰和偶联剂制得的改性剂进行化学改性的方式，提升沥青的综合改性效果
。
应用于制备水基钻井液时，可以获得优异的防塌性能和较好的降高温高压滤失效果，为沥青类页岩抑制剂的制备提供了新的思路
。
53.在一些具体实施例中，所述将天然沥青和石油沥青进行混合粉碎，后进行低温等离子体改性，得到复合沥青料的步骤包括以下过程：
54.将天然沥青和石油沥青进行混合粉碎，得到粒径＜
5mm
的混合料；
55.将所述混合料加入低温等离子体处理装置中，调节装置内真空度达到
10pa
以下时，通入氧气，于氧气流量为
35-45cm3/min
和电源功率为
90-110w
条件下进行低温等离子体改性2～5分钟，得到所述复合沥青料
。
56.在一些具体实施例中，所述保温搅拌的工作参数包括：温度为
160℃
～
245℃
，时间为
15
～
30
分钟，搅拌转速为
800
～
1200rpm。
57.在一些具体实施例中，得到改性剂的加入水量保证皂角粉
、
粉煤灰和偶联剂能进行充分搅拌即可
。
58.需要说明的是，本发明实施例提供的沥青类页岩抑制剂的制备方法中所涉及的操作步骤，若无特殊的限定或说明，均可按照本领域常规方式或采用现有设备进行，在此不再一一赘述
。
59.第三方面，基于一个总的发明构思，本发明提供了第一方面任一项所述的沥青类页岩抑制剂，和
/
或，第二方面任一项所述的制备方法制得的沥青类页岩抑制剂在油气钻井中的应用
。
60.本发明提供了一种新型的沥青类页岩抑制剂，应用于制备水基钻井液时，可以获得优异的防塌性能和较好的降高温高压滤失效果，具有广泛的实际应用价值
。
61.第四方面，本发明提供了一种钻井液，所述钻井液包括第一方面任一项所述的沥青类页岩抑制剂，和
/
或，第二方面任一项所述的制备方法制得的沥青类页岩抑制剂
。
62.本发明提供的钻井液是基于上述第一方面任一项所述的沥青类页岩抑制剂来实现，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述
。
63.本发明提供的钻井液可采用现有的如聚磺钻井液等已知常用的钻井液作为基础液，然后加入1～
5wt
％的本发明提供的沥青类页岩抑制剂，即可
。
64.在一些具体实施例中，也可根据现有技术中公开的水基钻井液配方，适应性地采用本发明提供的沥青类页岩抑制剂，即可
。
比如，以重量份数计，所述钻井液包括以下组分：蒙脱石1份，水
100
份，重晶石
20
份，聚乙二醇1份，页岩抑制剂5份；所述页岩抑制剂为第一方面任一项所述的沥青类页岩抑制剂，和
/
或，第二方面任一项所述的制备方法制得的沥青类
页岩抑制剂
。
65.在一些具体实施例中，本发明提供的钻井液的制备可按照本领域常规方式或采用现有设备进行，在此不再一一赘述
。
66.下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明
。
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围
。
下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定
。
若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准
、
常规条件
、
或按照制造厂商所建议的条件进行
。
67.实施例168.本例提供一种沥青类页岩抑制剂，以重量份数计
(
每1重量份数为
10g)
，以重量份数计，所述沥青类页岩抑制剂包括以下原料：天然沥青
(
具体为产自新疆软化点为
130℃
～
160℃
的新疆天然沥青
)40
份
、
石油沥青
(
具体为
70
号石油沥青
)18
份
、
改性剂8份和增溶剂
(
具体为昆仑牌
kn4006
的环烷基橡胶油
)7
份；所述改性剂是通过采用重量比为
8:3:0.2
的皂角粉
(
具体为粒径为
300
目～
500
目的皂角粉
)、
粉煤灰
(
具体为一级粉煤灰
)
和偶联剂
(
具体为异丙基三油酸酰氧基钛酸酯
)
制得
。
69.上述沥青类页岩抑制剂的制备方法包括以下步骤：
70.步骤
(1)
：将天然沥青和石油沥青进行混合粉碎，得到粒径＜
5mm
的混合料；将所述混合料加入低温等离子体处理装置中，调节装置内真空度达到
10pa
以下时，通入氧气，于氧气流量为
42cm3/min
和电源功率为
95w
条件下进行低温等离子体改性3分钟，得到所述复合沥青料；
71.步骤
(2)
：将皂角粉
、
粉煤灰和偶联剂加入
40
重量份的水中进行搅拌混合
30
分钟，后减压浓缩干燥至恒重，得到改性剂；
72.步骤
(3)
：将步骤
(1)
所得复合沥青料和增溶剂进行加热融化，后加入步骤
(2)
所得改性剂于
200℃
温度和
1000rpm
转速下进行保温搅拌
25
分钟，后冷却粉碎，得到所述沥青类页岩抑制剂
。
73.实施例274.本例提供一种沥青类页岩抑制剂，与实施例1的区别仅在于：以重量份数计
(
每1重量份数为
10g)
，所述沥青类页岩抑制剂包括以下原料：天然沥青
55
份
、
石油沥青
25
份
、
改性剂
15
份和增溶剂
10
份，所述改性剂是通过采用重量比为
15:6:1
的皂角粉
、
粉煤灰和偶联剂制得；其余步骤及参数均相同
。
75.实施例376.本例提供一种沥青类页岩抑制剂，与实施例1的区别仅在于：将天然沥青的用量为
45
份，改性剂的用量调整为
10
份；其余步骤及参数均相同
。
77.实施例478.本例提供一种沥青类页岩抑制剂，与实施例1的区别仅在于：所述改性剂是通过采用重量比为
14:5:0.5
的皂角粉
、
粉煤灰和偶联剂制得；其余步骤及参数均相同
。
79.实施例580.本例提供一种沥青类页岩抑制剂，与实施例1的区别仅在于：以重量份数计
(
每1重量份数为
10g)
，所述沥青类页岩抑制剂包括以下原料：天然沥青
50
份
、
石油沥青
20
份
、
改性剂
12
份和增溶剂7份，所述改性剂是通过采用重量比为
14:5:0.5
的皂角粉
、
粉煤灰和偶联剂
[0094][0095][0096]
由表1可知，本发明提供的沥青类页岩抑制剂应用于制备水基钻井液时，不仅具有优良的防塌性能，有利于利于井壁加固；还具有不错的降高温高压滤失效果，可满足深井作业的使用需求
。
同时，相较于对比例，本发明实施例提供的沥青类页岩抑制剂的性能更佳
。
[0097]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明
。
对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现
。
因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围
。