[发明专利]一种高密度水基钻井液加重剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种高密度水基钻井液加重剂的制备方法，属于钻井助剂技术领域。本发明首先将重晶石与沼液混合浸泡后，进行冷冻解冻循环和球磨处理，制得球磨浆料，再取苔藓、牛奶和水，研磨混合制得苔藓匀浆，随后将苔藓匀浆和球磨浆料按比例混合均匀，再经冷冻解冻循环后，进行恒温恒湿光照处理，得光照料，再利用氧化剂对光照料进行氧化，制得氧化料，并利用浓硫酸为催化剂，使氧化料与乙醇反应，最后经过滤、洗涤和干燥，制得高密度水基钻井液加重剂。本发明技术方案制备的产品在水基钻井液体系中稳定性好，可将水基钻井液调节到适用的密度范围之内，且具有优良的润滑性能，可保障钻井工作顺利进行。

技术领域

本发明公开了一种高密度水基钻井液加重剂的制备方法，属于钻井助剂技术领域。

背景技术

随着石油勘探开发向深部发展，深井、超深井钻探数量日益增加，高密度水基钻井液加重剂的研究必将越来越受到重视。钻井液中最常用的加重剂是重晶石，其他还包括密度较低的碳酸钙、密度高的铁矿粉、四氧化锰和方铅矿粉等。

重晶石为含硫酸钡盐矿物，密度在4.3～4.7g/cm³之间，由于重晶石密度大、硬度适中、化学性质稳定，不溶于水和酸、无磁性和毒性，早在20世纪20年代就被用作石油和天然气钻井液的加重剂。它一般用于加重密度不超过2.30g/cm³的钻井液，目前仍然是应用最广泛的钻井液加重剂。

石灰石粉的主要成分为碳酸钙，密度为2.7～2.9g/cm³。易与盐酸等无机酸发生反应，生成二氧化碳、水和可溶性钙盐，因而在酸化作业的产层中无法使用，且由于其密度较低，一般只能用于配置密度不超过1.68g/cm³的钻井液和完井液。

铁矿物种类繁多，目前已发现的铁矿物和含铁矿物约300余种，其中常见的有170余种，但在当前技术条件下，可用于钻井液加重剂的主要为铁矿粉和钛铁矿粉，前者主要成分为氧化铁，密度为4.9～5.3g/cm³，后者主要成分为TiO₂·Fe₂O₃，密度为4.5～5.1g/cm³，均为棕色或黑褐色粉末。因它们的密度均大于重晶石，故可用于配制密度更高的钻井液。由于这两种加重材料的硬度约为重晶石的两倍，耐研磨，在使用中颗粒尺寸保持较好，所以损耗率低，但另一方面，对钻具、钻头和泥浆泵的磨损也较为严重。

方铅矿是硫化物中著名的矿物，一般呈黑褐色，由于其密度高达7.4～7.7g/cm³，可用于配制超高密度水基钻井液，以控制地层出现异常高压，但该加重剂的成本高，货源少，一般仅限于在底层孔隙压力极高的特殊情况下使用。

近年来，研究发现，四氧化锰加重的高密度水基钻井液体系表现出塑性粘度低、悬浮稳定性良好、机械摩阻低等优点，从而大量替代重晶石加重钻井液，很好地满足了高温高压井、海洋深水井高密度水基钻井液的需要。但四氧化锰加重体系的API滤失量稍大于传统加重材料加重体系，一方面可能是由于四氧化锰比表面积大，容易吸附钻井液处理剂，且随着密度的增加，吸附量也增大，降滤失效果变差，另一方面可能由于四氧化锰粒度分布窄，颗粒级配较差，对泥饼孔隙填充较差，导致滤失量较大。

以上加重剂在使用过程中都或多或少存在以下问题：大量加重材料的加入往往引起钻井液粘切大幅度上升、流动性变差等问题。加胶液或降粘剂的处理方法易影响加重剂在钻井液中的悬浮稳定性，尤其在钻深井时，由于井底温度高，对高密度水基钻井液的处理工作变得异常复杂，影响钻井的正常进行，甚至可能引起严重的卡钻事故。因此，改善加重剂的悬浮稳定性以提高加重钻井液的动力稳定性是优质、快速钻井的保证。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：针对传统高密度水基钻井液所用加重剂悬浮稳定性差，导致钻井工作无法正常进行的问题，提供了一种高密度水基钻井液加重剂的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：