一種鉆井液用超高密度微粉體加重劑的制備方法和用圖
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種油氣井工程領域的加重劑，特別涉及一種鉆井液用超高密度微粉 體加重劑的制備方法和用途。
【背景技術】
[0002] 當前，我國淺層油氣資源儲量因多年開發而日益枯竭，迫使我們將勘探目標轉向 深部地層資源，但隨著鉆井深度的提高，難免鉆遇各種復雜地層，如川東北氣田、塔里木油 田克拉地區高壓油氣田、官渡板塊、青海油田在柴達木盆地的冷湖七號構造、新疆地區南緣 山前構造帶、及南海油田和海外的哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、阿塞拜疆等項目，經常鉆遇 高壓氣層、高壓鹽水層，有時還同時鉆遇鹽堿層等復雜地層，需要使用高性能的高密度鉆井 鉆井液及高密度固井水泥漿。
[0003] 國內的高密度鉆井液基本上還是采用加重劑的方法，而加重劑的主要材料多為重 晶石、赤鐵礦等。ChiligcrianGV等人認為重晶石的加重極限可以達到2. 64g/cm3,超過 此極限，鉆井液的流變性與沉降穩定性之間的矛盾將不可調和，出現顧此失彼的困難。目 前，國內市場上的加重劑大多采用傳統的球磨工藝完成，由于加重劑材料強度高，一般球磨 機加工時，細度< 150目，顆粒尺寸分布離散，且型貌多以片、棒狀居多，在實際應用中，所 配制的泥漿多存在流變性差，漿體不穩定、易沉降等成為配制高密度鉆井液的關鍵問題，同 時也較難滿足較高密度（2. 6~2. 8g/cm3)鉆井液的設計要求。
[0004] 高密度鉆井液流變性調控一直是深井和超深井鉆井液工藝技術的難點。21世紀以 來，為解決高密度鉆井液在高溫下的流變性調控問題，國外研究了一大批新型的抗高溫處 理劑和新型的加重材料。
[0005] 貝克休斯公司使用專利加重材料--Micromax，并開發出了一種逆乳化鉆井液。 這種加重材料是四氧化錳，與重晶石顆粒相比，四氧化錳具有粒徑小、顆粒呈球形的特點。 由于球形顆粒的粒間摩擦很小，故鉆井液的塑性粘度大幅度降低。雖然四氧化錳的密度比 重晶石大得多，但其顆粒的尺寸卻比重晶石小得多，這就意味著這些顆粒可以被弱結構的 鉆井液所支撐，同時在較低的屈服值下不會增加沉降的風險。Micromax可以改善鉆井液的 流變性能，同時降低加重材料發生沉降的趨勢，可在高溫高壓井和小井眼中使用。對于高溫 高壓井，減輕沉降趨勢和降低塑性粘度能大幅度縮短鉆井時間，減少井下漏失。連續管鉆井 和過油管鉆井的發展也為該鉆井液的使用提供了潛在市場。從健康與安全的角度來說，由 于細顆粒尺寸和粉塵所帶來的問題可以通過事先將加重材料與鉆井液混合來避免。二氧化 錳加重材料可以在粘度低的鉆井液中使用，也不會造成沉降，但是四氧化錳加重的鉆井液 的成本較高。目前，國內還未見四氧化錳加重鉆井液的研究和應用的報道。
[0006] 因此，現有技術還有待于更進一步的改進和發展，特別是對加重劑的加工工藝進 行必要的完善。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的就是針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種鉆井液用超高密度微 粉體加重劑的制備方法和用途，以提高鉆井液密度，解決高密度鉆井液流變性差、易沉降等 問題。
[0008] -種鉆井液用超高密度微粉體加重劑的制備方法，包括如下步驟： 首先，將加重劑材料利用物理方法進行超細粉碎提純；再向所述反應容器內依次加入 有機溶劑、水、表面活性劑與助表面活性劑攪拌30min至lh，進行充分反應后制得所述超高 密度微粉體加重劑；按照重量份，上述各反應物為：加重劑：70_90、有機溶劑：15_30、水溶 液：20-30、表面活性劑：2-7、助表面活性劑5-9 ;其中，加重劑采用鐵粉或鐵的化合物，所述 的有機溶劑為C6-C8直鏈烴或環烷烴，所述的表面活性劑為磺化琥珀酸鈉或十二烷基硫酸 鈉，所述的助表面活性劑為脂肪醇。
[0009] 上述的加重劑的密度大于6. 5g/cm3，細度D9。小于35ym，具有趨于球型的粒型、粒 貌。
[0010] 上述的加重劑經過精細加工。
[0011] 本發明提到的鉆井液用超高密度微粉體加重劑制備超高密度水基鉆井液，其制備 方法是： 按重量份數：水1000份、鉆井液用膨潤土 15-20份、碳酸鈉0. 5-2份、增粘劑3-10份、 胺類抑制劑5-15份、降濾失劑30-50份、封堵防塌劑20-30份、潤滑劑20-30份、表面活性 劑3-5份、超高密度微粉體加重劑：根據密度需要添加，所述的水為淡水； 在高攪杯中加入淡水，開啟攪拌機，在4000r/min下邊攪拌邊加入上述組分，攪拌均勻 后用超高密度微粉體加重劑加重至密度2. 50g/cm3。
[0012] 上述的增粘劑為聚丙烯酰胺PAM、聚丙烯酰胺鉀鹽、XC生物聚合物、磺酸鹽共聚物 中的一種或多種。
[0013] 上述的胺類抑制劑為聚胺、胺基聚醇、胺基硅醇中的一種或多種。
[0014] 上述的降濾失劑為腐植酸鉀、腐植酸鈉、腐植酸羧甲基化產物、腐植酸磺化產物、 磺化褐煤樹脂、磺甲基酚醛樹脂、抗溫淀粉中的一種或多種。
[0015] 上述的封堵防塌劑為鋁基聚合物防塌劑、聚合醇防塌劑、氧化瀝青、磺化瀝青、乳 化石蠟中的一種或多種。
[0016] 上述的潤滑劑為白油潤滑劑、聚合醇潤滑劑、全油基潤滑劑、石墨粉中的一種或多 種。
[0017] 上述的表面活性劑為斯盤-80、吐溫-80、十六烷基三甲基溴化銨中的一種或多 種。
[0018] 本發明的有益效果是：（1)本發明的超高密度微粉體加重劑密度大于6. 5g/cm3， 遠大于重晶石粉等常規加重劑，與密度為4. 2g/cm3的重晶石相比，用該加重劑將鉆井液加 重至2. 6g/cm3,其固相含量僅為前者的60%，加重后較低的固相含量一方面有利于調控流變 性和提高鉆速；另一方面可以減少加重材料的回收成本，有較高的經濟效益。（2)本發明的 超高密度微粉體加重劑產品趨于球型的粒型、粒貌，粒徑小于常規加重劑，具有良好的分散 性、懸浮性，與鉆井液配伍性好，采用其作為加重劑所配出的超高密度鉆井液具有良好的流 變性與穩定性，可滿足深井復雜井對超高密度鉆井液的要求。（3)本發明的超高密度微粉體 加重劑酸化率達94. 5%，可實現儲層的酸化解堵，有利于保護油氣層。（4)本發明的制備方 法簡單，反應條件溫和，操作方便，易于大規模工業化生產。
【具體實施方式】
[0019] 實施例1:超高密度微粉體加重劑的制備： 將80g經過超微粉化的鐵粉或鐵的化合物加入到1000mL容器中，隨后依次加入20mLC6 環烷烴、20mL水、5g磺化琥I自酸鈉、6g脂肪醇。攪拌30min至lh，利用微乳化法，進行充分 反應后制得粉體加重劑微粒溶膠，最后經過分離洗滌并干燥，制取超高密度微粉體加重劑。
[0020] 方案1，利用本發明的超高密度微粉體加重劑制備超高密度水基鉆井液的配制方 法1: 在高攪杯中加入l〇〇〇mL淡水，開啟攪拌機，在4000r/min下邊攪拌邊加入20g鈉膨潤 土、2g碳酸鈉、3g磺酸鹽共聚物、10g胺基聚醇、20g磺化褐煤樹脂（SPNH)、50g磺化酸醛樹 脂（SMP-II)、25g氧化瀝青和10g鋁基聚合物防塌劑、20g白油潤滑劑、5g吐溫-80,攪拌均 勻后用超高密度微粉體加重劑加重至密度2. 50g/cm3。
[0021] 方案2,利用本發明的超高密度微粉體加重劑制備超高密度水基鉆井液的配制方 法2: 在高攪杯中加入l〇〇〇mL淡水，開啟攪拌機，在4000r/min下邊攪拌邊加入20g鈉膨潤 土、2g碳酸鈉、10g聚丙烯酰胺鉀鹽、10g聚胺、25g磺化褐煤樹脂（SPNH)、50g磺化酚醛樹脂 (SMP-II)、15g氧化瀝青和15g鋁基聚合物防塌劑、30g白油潤滑劑、5g表面活性劑SP-80, 攪拌均勻后用超高密度微粉體加重劑加重至密度2. 80g/cm3。
[0022] 下面對實施例中的效果進行說明。
[0023] 實施例1中所制備的超高密度微粉體加重劑性能評價 表1:實施例1中所制備的超高密度微粉體加重劑性能評價
從表1可以看出：本發明所述的超高密度微粉體加重劑密度遠高于常規加重劑重晶石 粉；粒徑D9。和D5。值則小于常規加重劑重晶石粉；較高的密度和較小的粒徑，將有助于配制 性能良好的高密度鉆井液。而該加重劑酸化率達到94. 5%，有利于實現儲層的酸化解堵。 [0024]實施例1中所制備的超高密度水基鉆井液性能評價 表2:實施例2和3中所制備的超高密度水基鉆井液性能評價
從表2可以看出：采用本發明的超高密度加重劑作為加重劑的超高密度水基鉆井液在 密度2. 50g/cm3和2. 80g/cm3下，具有較好的流變性能和沉降穩定性，經過150°C/16h老 化，鉆井液體系的流變性能和濾失量變化不大，仍保持在較好的水平，說明該