[发明专利]一种沥青组合物颗粒及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沥青组合物颗粒及制备方法，具体地说涉及一种油田钻井用的高软化点沥青组合物及制备的方法。

背景技术

高软化点沥青是指软化点在100℃以上，尤其是在120℃以上的沥青。高软化点沥青因其出色的抗高温能力而有着比较广泛的应用。如作为建筑房屋的屋顶罩面之用，即使在炎热的夏季也不会变得很软甚至流淌。还可以用于深层油气田的钻井作业中，作为钻井液的重要组成部分，可以在高温条件下起到封堵、防塌，稳定井壁，降低率滤失量的作用。此外，还可以用作高分子材料的改性添加剂等。

沥青类产品在油气钻井过程中有着广泛的用途，可以作为钻井液（俗称泥浆）的重要组成部分，是国内外现代钻井工程不可缺少的重要剂种之一，具有良好的防塌、润滑、降低滤失和高温稳定等综合效能。随着石油勘探与开发的发展，钻井深度不断加深，钻遇地层愈来愈复杂，定向井、水平井等特殊工艺井的数量逐渐增多。这使钻井工程对钻井液用沥青类产品及其体系提出了更高的要求。普通软化点沥青会因为过度软化甚至流淌而无法满足深井下的高温作业要求。开发出高温性能好、有良好封堵性和降滤失性的高软化点沥青，以满足油田钻井工程的需要，具有十分重要的意义。

为了提高钻井液用沥青类产品的使用性能，国内外先后公开了很多方法对沥青进行改性。其中最主要的方法就对沥青进行磺化。如US3485745、CN99109453、CN201010250241等。这种方法虽然能够增加产品的水溶性，但是油溶率较低。沥青经磺化后主要生成了磺酸盐，产品的软化点几乎测不出来，只能在较低的温度条件下使用。而且其颗粒没有弹性、变形能力差，不能任意嵌入井内的孔道，特别是不规则形孔道，不能很好地起到封堵和降滤失的作用。同时，这种工艺较复杂，对环境容易造成污染。CN99123211公开了一种采用表面部分磺化的方法生产油井堵水剂的方法，这种方法的优点是提高了产品的油溶物含量（可达60%），从而提高了产品中可变形颗粒的含量。缺点是产品的软化点只有100℃左右，无法在深井和超深井中使用。

高软化点沥青在钻井液中使用时，要求以微小的颗粒分散到泥浆体系中，这样既可以保证沥青分散均匀，又可以避免聚结成较大的块状物堵塞振动筛而造成无法使用等问题的发生。通常情况下，沥青颗粒的粒径要求在120μm以下，甚至100μm以下方可正常使用。

然而，将沥青粉碎成小的颗粒是十分困难的。采用一般的粉碎设备可以将石料或煤类的物质粉碎成很小的颗粒。但是沥青与上述物质有很大区别。因为在粉碎过程中，随着粉碎机的高速旋转与物料摩擦而产生大量的热，会使物料温度升高很多。沥青由于其特殊的物性，会随着温度的升高变软、变粘，即使已被粉碎的小颗粒也会重新粘结成大的颗粒。而且粉碎的粒径越小，这种情况越明显。

为了解决这些问题，CN95120535公开了一种生产高软化点沥青细微颗粒的方法。它主要包括三个步骤：先将原料与水制成乳化液，然后从乳化液的细微颗粒萃取并除去轻组分，最后分离并回收沥青细微颗粒。该方法可以得到细小的沥青颗粒，而缺点在于工艺过程复杂，萃取时需要使用大量有机溶剂，生产成本提高。在最后回收处理阶段需要干燥，容易造成沥青颗粒部分熔化并重新粘合在一起。

CN200310107024公开了一种颗粒沥青制造方法，包括热喷法和冷冻破碎法两种。热喷法是将块状沥青加热熔融后，通过高压喷头从冷却塔顶部向下喷射，冷却塔底侧部不断向上喷出低温冷却气体，使成雾状的沥青经冷却形成颗粒，经干燥得到。这种方法对高软化点沥青并不适用。因为高软化点沥青即时在较高温度下粘度也很高，容易造成喷嘴堵塞，无法喷出等问题。

冷冻粉碎技术兴起于上世纪初，首先在橡胶和塑料行业得到应用。冷冻粉碎是利用物料在低温下的“脆性”，即物料随着温度的降低，其硬度和脆性增大，而塑性和韧性降低。冷冻粉碎原理就是先将物料冷冻到玻璃转化温度或脆化温度以下，再用较小的力即可以将物料粉碎。这种方法对于煤沥青是一种比较理想的粉碎方式，但是对于石油沥青，特别是高软化点沥青来说存在较大问题。石油沥青具有特殊的粘韧性和温度敏感性，仅仅采用冷冻粉碎会造成沥青颗粒度不够。即使沥青粒度能够达到要求，但是随着沥青粒径的变小，比表面积增大，颗粒之间呈现自聚趋势，也无法在常温下长期保存。

发明内容