[发明专利]一种用于高密度钻井液的加重剂及其制法和含有该加重剂的钻井液

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井领域的钻井液所用的加重剂，进一步地说，是涉及一种用于高密度钻井液的加重剂及其制法和含有该加重剂的钻井液。

背景技术

随着油气勘探向深层和复杂地层的发展，油气埋藏越来越深，地层压力系数越来越高，钻遇的超高压气层、盐水层越多，高密度钻井液的应用范围越来越广。

高密度钻井液体系属于较稠的胶体悬浮体系，具有固相含量大、固相颗粒的分散程度高、钻井液体系中自由水量少、钻屑的侵入和积累不易清除的特点，对外来物质（地层水、盐、钻屑等）的侵污敏感，在深井高温高压条件下流变性容易失控，影响钻速、泵压、排量、岩屑的携带与悬浮等，而且维护其流变性的稳定比普通低密度钻井液更加困难。

高密度钻井液流变性控制困难，主要是因为：（1）加重材料的体积分数占钻井液总体积的比例高，使其在钻井液中易聚结和沉淀，严重影响钻井液流变性，导致滤饼质量差，粘附系数大，易造成卡钻事故；（2）钻遇泥页岩地层和其他易水化地层时，大量低密度钻屑及粘土侵入钻井液中，造成钻井液的固相含量进一步增加，而且这些有害固相难以清除，使钻井液的粘度和切力急剧上升；（3）作业层位较深，起下钻时间长，钻井液在静置过程中若受到盐水侵，沉降稳定性会受到破坏。

在高密度钻井液中，合理的固相粒度级配对钻井液的流变性、稳定性和滤失性都有影响。当加重剂颗粒较粗且粒径分布窄时，沉降速度大，悬浮稳定性变差，且颗粒间搭桥严重，造成钻井液摩阻上升；加重剂中细颗粒过多时，比表面巨大，表面效应严重，流动性变差；当体系中加重剂粒度分布合理，细颗粒分布于粗颗粒之间，连同处理剂的作用，可减轻粗颗粒间搭桥造成的摩阻效应，有助于流动改善。因此，通过合理的粒度级配满足颗粒密致堆积、减小堆积体积、增加有效加重密度，改善钻井液的流变性、稳定性。国外在高密度钻井液的设计中，应用了颗粒级配技术，优选加重剂的粒度分布，来控制高密度钻井液流变性。

US2007105724公开了用特定粒径分布的加重剂能够提高钻井液的密度和悬浮稳定性，主要解决高密度钻井液中加重材料沉降的问题，但对高密度钻井液流变性改善的效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高密度钻井液的加重剂及其制法和含有该加重剂的钻井液，致力于通过对加重材料进行合理的粒度级配，从而改善高密度钻井液的流变性和沉降稳定性，提高动切力，改善钻井液的携岩能力，降低高密度钻井液的使用难度和成本。

本发明的目的之一在于提供一种用于高密度钻井液的加重剂，所述加重剂包括颗粒粒径小于20μm的加重材料和颗粒粒径在20和25μm之间的加重材料；按重量百分比计，其中所述颗粒粒径小于20μm的加重材料的用量为加重剂总重量的21～100%，所述颗粒粒径在20和25μm之间的加重材料的用量为加重剂总重量的0～79%。其中，优选地，所述颗粒粒径小于20μm的加重材料的用量为加重剂总重量的90～94%，所述颗粒粒径在20和25μm之间的加重材料的用量为加重剂总重量的6～10%。更优选地，所述颗粒粒径小于20μm的加重材料的用量为加重剂总重量的92～94%，所述颗粒粒径在20和25μm之间的加重材料的用量为加重剂总重量的6～8%。

进一步地，所述加重剂还可包括颗粒粒径在25和37μm之间的加重材料；按重量百分比计，其中，所述颗粒粒径小于20μm的加重材料的用量为加重剂总重量的21～90%，所述颗粒粒径在20和25μm之间的加重材料的用量为加重剂总重量的0～45%，所述颗粒粒径在25和37μm之间的加重材料的用量为加重剂总重量的10～34%。优选地，所述颗粒粒径小于20μm的加重材料的用量为加重剂总重量的60～64%，所述颗粒粒径在20和25μm之间的加重材料的用量为加重剂总重量的3～7%，所述颗粒粒径在25和37μm之间的加重材料的用量为加重剂总重量的30～34%，更优选地，所述颗粒粒径小于20μm的加重材料的用量为加重剂总重量的62～64%，所述颗粒粒径在20和25μm之间的加重材料的用量为加重剂总重量的3～6%，所述颗粒粒径在25和37μm之间的加重材料的用量为加重剂总重量的30～33%。