一种高密度水基钻井液加重剂的制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Preparation of a high density water based drilling fluid additive

The invention discloses a preparation method of high density water base drilling fluid additive, which belongs to the field of drilling AIDS. The invention firstly barite and biogas slurry mixed after soaking, freeze thaw cycles and ball milling process, milling slurry was prepared, then moss, milk and water, grinding mixing moss homogenate, then moss homogenate and milling slurry mixing, then through freezing solution freeze cycles, constant temperature and humidity light light treatment, care, and use of oxidant for oxidizing light for prepared oxide material, and using concentrated sulfuric acid as catalyst, the oxidation material and ethanol reaction, filtering, washing and drying to prepare high-density water-based drilling fluid weighting-material. The product prepared by the technical scheme has good stability in the water base drilling fluid system, and can adjust the water base drilling fluid to the applicable density range, and has excellent lubricating performance, so as to ensure the smooth drilling operation.

【技术实现步骤摘要】
一种高密度水基钻井液加重剂的制备方法
本专利技术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

技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术所采用的技术方案是：（1）取重晶石，粉碎得重晶石碎料，再按重量份数计，依次取80～100份重晶石碎料，200～300份沼液，搅拌混合均匀后，冷冻解冻循环6～10次，再经球磨粉碎，得球磨浆料；（2）按重量份数计，依次取10～20份苔藓，40～60份牛奶，20～50份水，研磨混合，得苔藓匀浆；（3）按重量份数计，依次取100～150份球磨浆料，20～40份苔藓匀浆，搅拌混合均匀，得混合料，并将混合料冷冻解冻循环4～6次后，将混合料于恒温恒湿环境下进行光照处理7～10天，得光照料；（4）将光照料与氧化剂按质量比为1：8～1：10混合氧化，再经过滤、洗涤和干燥，得氧化料；（5）按重量份数计，依次取20～30份氧化料，80～100份无水乙醇，8～10份浓硫酸，恒温搅拌反应后，再经过滤、洗涤和干燥，即得高密度水基钻井液加重剂。所述冷冻解冻循环具体条件为：于温度为-20～-18℃条件下冷冻4～6h后，于微波功率为200～400W条件下，微波解冻8～10min。步骤（2）所述苔藓为细叶泥炭藓、鳞叶藓或大凤尾藓中的任意一种。步骤（3）所述恒温恒湿环境下光照处理条件为：温度为12～15℃，湿度为65～70%，光照强度为400～450Lx。所述氧化剂是由以下重量份数的原料混合而成：40～60份质量分数为15%双氧水，8～10份高锰酸钾，8～10份质量分数为10%硝酸，20～40份水。本专利技术的有益效果是：本专利技术技术方案首先以弱酸性的沼液浸泡重晶石碎料，使沼液缓慢渗透进入重晶石孔隙结构中，弱酸性的沼液可侵蚀重晶石孔隙，使孔隙率在一定程度上得以提高，再配合冷冻解冻循环，在冷冻过程中，孔隙中的水分结冰体积膨胀，从而拓宽孔隙通道，在解冻过程中，沼液进一步渗透进入拓宽后的孔隙通道中，沼液中的部分有机质和微生物吸附生长于孔隙结构中，使重晶石转变为内部适合微生物附着生长的多空隙结构，经球磨粉碎后，使重晶石碎料进一步细化，部分孔隙结构暴露，再与苔藓匀浆混合过程中，该结构更适合于苔藓附着生长，此时重晶石结构内部及表面皆有适合苔藓生长的孔隙及营养物质，故重晶石内部及表面皆会有苔藓生长附着，且在生长过程中，苔藓会分泌酸性物质，进一步侵蚀重晶石内部孔隙，内部孔隙结构拓宽后，苔藓进一步在内部生长，苔藓通过光合作用产生的有机质与死亡后的苔藓共同沉积填充于重晶石内部，并在重晶石孔隙表面形成水膜，再通过氧化剂氧化，使有机质氧化，表面羟基转变为羧基，再与乙醇在浓硫酸催化作用下，形成疏水的酯基，且该反应在重晶石表面及内部都发生，疏水结构的产生有利于在孔隙及内部形成油包水膜，在使用过程中，重晶石因各种因素碎裂后，内部结构暴露，仍然具有与外部表面类似的稳定油包水膜结构，从而使重晶石在使用过程中，从始至终都可以在水基钻井液中稳定分散，保障钻井工作的正常进行。具体实施方式取重晶石，倒入破碎机中，粉碎至平均粒径为10～20mm的重晶石碎料，再按重量份数计，依次取80～100份重晶石碎料，200～300份沼液，倒入混料机中，以200～400r/min转速搅拌混合45～60min后，停止搅拌，静置浸泡20～40min，再将混料机中物料转入冰箱中，于温度为-20～-18℃条件下冷冻4～6h后，于微波功率为200～400W条件下，微波解冻8～10min，如此冷冻解冻循环6～10次，再将最后一次解冻的物料转入球磨机中，按球料质量比为10：1～20：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合2～4h，得球磨浆料；按重量份数计，依次取10～20份苔藓，40～60份牛奶，20～50份水，于石磨中，以80～100r/min转速研磨混合30～60min，得苔藓匀浆；按重量份数计，依次取100～150份球磨浆料，20～40份苔藓匀浆，用玻璃棒搅拌混合10～20min，得混合料，并将混合料转入冰箱中，于温度为-20～-18℃条件下冷冻4～6h后，于微波功率为200～400W条件下，微波解冻8～10min，如此冷冻解冻循环4～6次后，将最后一次解冻的混合料转入温度为12～15℃，湿度为65～70%，光照强度为400～450Lx的环境中，恒温恒湿光照处理7～10天，得光照料；再按质量比为1：8～1：10将光照料与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高密度水基钻井液加重剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）取重晶石，粉碎得重晶石碎料，再按重量份数计，依次取80～100份重晶石碎料，200～300份沼液，搅拌混合均匀后，冷冻解冻循环6～10次，再经球磨粉碎，得球磨浆料；（2）按重量份数计，依次取10～20份苔藓，40～60份牛奶，20～50份水，研磨混合，得苔藓匀浆；（3）按重量份数计，依次取100～150份球磨浆料，20～40份苔藓匀浆，搅拌混合均匀，得混合料，并将混合料冷冻解冻循环4～6次后，将混合料于恒温恒湿环境下进行光照处理7～10天，得光照料；（4）将光照料与氧化剂按质量比为1：8～1：10混合氧化，再经过滤、洗涤和干燥，得氧化料；（5）按重量份数计，依次取20～30份氧化料，80～100份无水乙醇，8～10份浓硫酸，恒温搅拌反应后，再经过滤、洗涤和干燥，即得高密度水基钻井液加重剂。

【技术特征摘要】
1.一种高密度水基钻井液加重剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）取重晶石，粉碎得重晶石碎料，再按重量份数计，依次取80～100份重晶石碎料，200～300份沼液，搅拌混合均匀后，冷冻解冻循环6～10次，再经球磨粉碎，得球磨浆料；（2）按重量份数计，依次取10～20份苔藓，40～60份牛奶，20～50份水，研磨混合，得苔藓匀浆；（3）按重量份数计，依次取100～150份球磨浆料，20～40份苔藓匀浆，搅拌混合均匀，得混合料，并将混合料冷冻解冻循环4～6次后，将混合料于恒温恒湿环境下进行光照处理7～10天，得光照料；（4）将光照料与氧化剂按质量比为1：8～1：10混合氧化，再经过滤、洗涤和干燥，得氧化料；（5）按重量份数计，依次取20～30份氧化料，80～100份无水乙醇，8～10份浓硫酸，恒温搅拌反应后，再经过滤、洗涤和干燥，即得高密度水基钻井...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建乐，许蘅，
申请(专利权)人：常州聚盛节能工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32