[发明专利]油田钻井液用加重剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻井液用加重剂及其制备方法，特别是一种用于石油钻井、完井或固井作业中水泥浆的加重剂及其制备方法。

技术背景

在高压或超高压的钻井现场作业中，需使用高密度或超高密度的钻井液。而在配制这种高密度的泥浆过程中，需要加入大量的泥浆加重材料，这些加重材料加入后，往往引起钻井液的粘度和切力大幅度上升，流动性差，这主要是由于固体颗粒之间频繁的相互摩擦、碰撞等引起的物理化学效应和微米级粒子相互之间增大的粘结效应所致。如果仅采用加水和加降粘剂的方法来处理，则易影响加重剂在泥浆中的悬浮稳定性。尤其钻深井时，由于井底温度高，使对高密度钻井液的处理工作变得异常复杂。最终使处理工作陷入“加重-增稠-降粘处理-加重剂沉淀-密度下降-再次加重”的恶性循环之中，影响钻井生产工作的正常进行，甚至可能引起严重的卡钻事故。

为了降低这种效应，通常的作法是对加重剂的表面进行活化处理，将原惰性表面形成活性表面，能在重泥浆中抑制增稠，并有良好的流动性和动力学稳定性。现在普遍使用的各种经活化的加重材料在密度高于2.20kg/l以后仍会导致钻井液体系流变性能明显变差，造成这种情况的主要原因有：①活化工艺过于简单，加重剂颗粒表面仅以表面活性剂进行了初步的包裹与改性，使用时容易遭到破坏；②活化剂在选择与使用上不够合理，造成活化加重材料性能不稳定，应用时易出现粘度效应的起伏；③活化处理条件不合理，致使活化处理深度不够。例如，本行业中常规的活化处理时，通常是将活化剂直接与加重剂固体粒子的原始表面接触，由于固体颗粒表面对于活化剂的吸附具有选择性和吸附量的限制，因此二者的结合效率往往较低；同时由于天然固体颗粒表面电性的不稳定，使吸附的牢固性、饱和性、可逆性(解吸附性)等不确定，也容易造成活化加重剂的性能不稳定，因此很难适用于高温、高压、高盐等恶劣环境。

因此，非常需要提供一种活化加重材料(加重剂)，不仅可以提高钻井液的密度，而且具有比较广泛的适用范围，如高温高压、复合盐污染、固相污染等恶劣条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高或超高密度钻井液体系的加重剂，其包含以下组分和重量份数：

(1)无机电解质：0.9～2份，优选为0.70～1.60份；

(2)硅酸盐0.15～1.2份，优选为0.30～0.95份；

(3)至少一种表面活性剂：0.3～1.4份，优选为0.70～1.2份；

(4)加重材料：100份。

其中所述的无机电解质采用无机盐即可，优选选自以下无机盐中的至少一种：KCl、NaCl、CaCl₂、MgCl₂、ZnCl₂、K₂SO₄、Al₂(SO₄)₃、ZnSO₄、FeCl₃、K₂SiO₃、K₂Si₄O₉·H₂O和Na₂SiO₃。

所述硅酸盐选自硅酸的水溶性金属盐，具体如硅酸钠、硅酸钾、水合四硅酸钾等。

其中所述的表面活性剂选自聚氧乙烯醚类、聚氧乙烯失水山梨醇类、聚氧苯酚醚类、烷基磺酸盐类、烷基苯磺酸盐类、氯代烷基硅烷类、丁基萘磺酸钠、甲基化烷基卤代烃的衍生物、烷基磺酸胺醋酸盐、氯代烷基硅烷类和氯代烷基吡啶类中的至少一种。

所述的表面活性剂可以单一使用，也可以两种或两种以上组合使用。当两种或两种以上表面活性剂复合使用时，可选择下述具体实施方案进行复配：选自非离子或阴离子表面活性剂中的至少一种和阳离子表面活性剂中的至少一种；或选自非离子表面活性剂中的至少一种和阴离子表面活性剂中的至少一种；或选自阳离子表面活性剂中的至少两种；

其中非离子表面活性剂包括：氯代烷基硅烷类、聚氧苯酚醚类、聚氧乙烯醚类、烷基聚氧乙烯醚类、聚氧乙烯失水山梨醇类；阴离子表面活性剂包括：丁基萘磺酸钠、烷基磺酸盐类、烷基苯磺酸盐类、烷基磺酸胺醋酸盐；阳离子表面活性剂包括：氯代烷基吡啶、烷基甲基卤代烃。