一种抗高温改性沥青的研究

朱绍洪 王双成(荆州市学成实业有限公司， 湖北 荆州 434023)

一种抗高温改性沥青的研究

朱绍洪 王双成(荆州市学成实业有限公司， 湖北 荆州 434023)

本文介绍了一种以高软化点的沥青为主要材料，经过高温催化反应和系列加工工艺，制得一种抗高温改性沥青粉RTMA，并用单一因素法研究了各组分的加量，得最佳配方为：74%沥青T-200 + 15%封堵材料 + 6%页岩抑制剂 + 2%乳化分散剂 + 3%催化剂。RTMA抗温能力达1800C，与现场浆的配伍性良好，具有很好的降滤失效果、防塌抑制性能，对20目-40目砂床具有很好的封堵效果。

改性沥青;抗高温;抑制性;封堵性

随着石油工业的发展和钻井领域的不断扩大，沥青类产品在钻井中的应用越来越大。沥青类产品分为天然沥青、石油沥青和改性沥青，在钻井中应用较广泛的是改性沥青产品[1]。但市场常见的改性沥青产品抗温能力有限，本文通过实验确定一定比例的高软化点沥青、封堵材料、页岩抑制剂、乳化分散剂和催化剂经过系列工艺后制备出抗高温改性沥青粉RTMA[2]。

1 抗高温改性沥青粉的制备

1.1 实验仪器与试剂

(1) 实验中使用的仪器

高速搅拌机，粉碎机，标准筛网，NH-2实验捏合机，NP-1型常温常压膨胀量测量仪，高温滚子加热炉，高温高压滤失仪，沥青软化点测试仪。

(2)实验材料

沥青：天一化工，软化点120℃～220℃；封堵材料：恒石矿产品加工厂；页岩抑制剂：阳离子类材料；乳化分散剂：阳离子表面活性剂、司盘和吐温系列乳化分散剂；催化剂：实验室自制。

1.2 合成操作

将一定量的沥青、封堵材料和页岩抑制剂加入捏合机中，搅拌30min混匀。升温至一定温度，使其沥青完全软化。将乳化分散剂和催化剂缓慢加入捏合机中，继续反应4小时后，倒出；待其冷却后，粉碎过60目筛，既得产品。

1.3 性能测试

(1) 抑制性能检测方法

通过评价样品岩心线性膨胀降低率来考察其抑制性能。

式中：X为岩心线性膨胀降低率，%；ΔH1为蒸馏水浸泡8h后钙膨润土的线性膨胀量，mm；ΔH2为3%试样溶液浸泡8h后钙膨润土的线性膨胀量，mm。

(2)封堵性能检测方法

测量样品的封闭滤失量降低率来考察其封堵性能，具体方法为：在水化好的350 mL 5%钠膨润土浆(加入占土量5%的纯碱)中，加入3%样品，在11000 r/min转速下搅拌20 min，即为样品浆；以高温高压滤失仪作为测试仪器，先将一片滤网(孔径为0.66mm)放入压滤器内，再加入100g粒径在(0.66～0.90)mm之间的石英砂，尽量填平；然后缓慢、均匀地沿器壁加入老化后的样品浆，在690kPa下测定样品浆30min封闭滤失量。

(3)高温高压滤失量检测方法

在水化好的350mL 3%钠膨润土浆(加入占土量5%的纯碱)中加入10.5g试样，高速搅拌20min，装入老化罐，放入滚子炉中于180℃±5℃恒温滚动老化16h，取出冷却至室温，倒出试验浆高速搅拌5min，按GB/T 16783中3.3测试温度180℃、压力3.45MPa条件下的高温高压滤失量。

(4)现场浆滚动回收率检测方法

按Q/SH 1500 0032-2013标准中4.4.3的规定测定现场浆的泥页岩一次滚动回收率。

2 结果与讨论

图1中分别是软化点为140℃，160℃，180℃，200℃，220℃的 沥 青T-140，T-160，T-180，T-200，T-220 的FLHTHP(高 温高压滤失量)。从图1中可知，随着沥青软化点升高，合成的改性沥青产品的FLHTHP先减小，后增大，当沥青软化点为200℃时，FLHTHP最小。2.2 封堵材料加量的确定

图1 不同软化点沥青对高温高压滤失量的影响

封堵材料主要影响改性沥青的封堵性能和高温高压滤失量，图2中的是不同加量的封堵材料合成出的改性沥青的封闭滤失量和高温高压滤失量。从图2中可知，随着封堵材料加量的增加，封闭滤失量迅速降低，高温高压滤失量略有上升，当封堵材料加量达到15%后，封闭滤失量变化较小，因此封堵材料加量为15%。

图2 封堵材料的加量对改性沥青性能的影响

2.3 页岩抑制剂加量的确定

页岩抑制剂主要影响改性沥青的抑制页岩膨胀能力和高温高压滤失量，表1中是不同加量的页岩抑制剂对改性沥青抑制性能的影响。从表1中可知随着页岩抑制剂加量的增加，改性沥青的抑制性能和降高温高压滤失量性能越好，对20目-40目砂床的封堵效果也有较明显提升，当页岩抑制剂加量高于6%后，线性膨胀降低率达60%以上，考虑到产品成本因素，页岩抑制剂加量为6%。

表1 页岩抑制剂加量的影响

2.4 乳化分散剂加量的确定

乳化分散剂为阳离子表面活性剂、司盘系列和吐温系列等乳化剂按一定比例复合而成，在改性沥青中主要起分散作用和乳化作用。表2中是乳化分散剂的加量对改性沥青的影响。从表2中可知，当乳化分散剂加量较低时，改性沥青分散性能较差，对高温高压滤失量、封闭滤失量和抑制性都有一定的影响，当乳化分散剂加量大于1%时，改性沥青分散性能较好，高温高压滤失量、封闭滤失量和抑制性都较好。综合考虑到产品成本因素，乳化分散剂加量为2%。

表2 乳化分散剂加量的对改性沥青性能的影响

综上，抗高温改性沥青配方为：74%沥青T-200 +15%封堵材料 + 6%页岩抑制剂 + 2%乳化分散剂 + 3%催化剂。

3 改性沥青配伍性能的研究

选用现场浆配方(2%搬土浆 + 0.2%Na2CO3+0.3%KPAM + 0.3%XSJ + 1%PAL + 2%JRH-626 +3%SPNH + 3%SMP-Ⅱ+重晶石，调密度至2.0g/cm3)，考察改性沥青的加量对现场浆的影响，并评价其流变性、滤失性、封堵性能和线性膨胀降低率，结果见表3。由表3可知，RTMA的加入对现场浆的表观粘度、塑性粘度和静切力影响较小，且当RTMA的加量为3%～5%，API滤失量、高温高压滤失量和页岩滚动回收率均有明显的提高，对20目-40目砂床的封堵性能提升较明显。

表3 改性沥青与现场浆配伍性能实验结果

4 结语

(1) 通过实验确定改性沥青RTMA的配方为：74%沥青T-200+15%封堵材料+ 6%页岩抑制剂+2%乳化分散剂+3%催化剂。

(2) 根据实验确定的封堵材料、页岩抑制剂和乳化分散剂的最佳用量，制备出了性能优良的改性沥青，其高温高压滤失量10mL、封闭滤失量8.0 mL，岩心线性膨胀降低率大于60%。

(3) 室内研究表明，RTMA与现场浆配伍性良好，不增粘，降滤失效果明显，具有很好的抑制性能和封堵性能。

[1]孔德双,高丽娟,滕艳杰,等.磺化中温煤沥青的制备及表征[J].科技创新与应用,2014,(33)∶32-33.

[2]杨玉良,李跃明,马世昌,等.沥青在石油钻井中的研究与应用[J].新疆石油天然气,2010,(01)∶59-62+106-107.

①朱绍洪(1984- )，男，长江大学化学与环境工程学院2004级本科生，主要从事油田应用化学的研究。 ②王双成(1989- )，男，长江大学化学与环境工程学院2016级研究生，主要从事油田应用化学的研究。