[發明專利]鉆井液用表面改性重晶石粉及其制備方法和水基鉆井液

有效

• 申請號: 202011216256.8
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112322259B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 邱正松;王帝;鐘漢毅;趙欣;馬梓文;馬佳欣;梁言;桂晨陽;劉云帆
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C09K8/03
• 分類號: C09K8/03;C09K8/16
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;劉亭亭

本發明涉及油田化學領域，公開了一種鉆井液用表面改性重晶石粉及其制備方法和水基鉆井液。所述制備方法包括：(1)將表面改性劑和水接觸，得到第一懸浮液；(2)將所述第一懸浮液和重晶石粉接觸，得到第二懸浮液；(3)將所述第二懸浮液進行研磨、離心和干燥處理，得到鉆井液用表面改性重晶石粉；其中，所述表面改性劑包括聚丙烯酸銨、聚順丁烯二酸銨和馬來酸丙烯酸共聚物鈉鹽中的一種或多種。該表面改性重晶石粉作為高溫高密度水基鉆井液加重材料，能夠顯著改善高溫高密度鉆井液的流變性能和沉降穩定性能，同時也能夠改善濾失造壁性能，且沉降穩定性能良好。

技術領域

本發明涉及油田化學領域，具體涉及一種鉆井液用表面改性重晶石粉及其制備方法和水基鉆井液。

背景技術

隨著對石油資源的不斷勘探和開發，油氣鉆探逐漸轉向深部地層，因此，鉆井工程中鉆遇高溫高壓儲層的概率亦逐漸增大。在深井超深井鉆井過程中，由于井底壓力高，因此需要使用高密度或超高密度鉆井液。深井鉆井過程中經常因高密度鉆井液的流動困難、循環阻力大、激動壓力高等而發生井漏或鉆井液失穩等復雜問題，改善高密度鉆井液的性能是確保深井安全、快速鉆進的關鍵。

高密度鉆井液中固相加重顆粒含量較高，其固相顆粒參與鉆井液凝膠結構的形成。在高密度鉆井液中，尤其在超高密度鉆井液中，加重顆粒接觸碰撞的概率增大，顆粒間的摩擦阻力增大，形成較強的流動阻力，導致體系的粘度和切力顯著增加。當鉆井液密度達到2.60g/cm³時，加重固相在鉆井液中的體積含量高達50％。由于加重固相含量的大幅增加，固相顆粒的表面潤濕和吸附作用大幅度降低了鉆井液中自由水含量；眾多固相顆粒間相互直接接觸的概率極高，固相顆粒間產生的接觸摩擦、碰撞和擠壓變形等構成的非結構粘度明顯增大，導致鉆井液的流變性變差。另外，由于井底的高溫高壓環境，高密度鉆井液流變性與沉降穩定性之間的矛盾較為突出。對于高密度鉆井液的維護和處理，經常陷入“加重—增稠—降粘—加重劑沉降—密度下降—再次加重”的惡性循環，容易誘發嚴重的井下事故。

因此，研究和開發一種鉆井液用表面改性重晶石粉具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的高密度鉆井液中流變性與沉降穩定性難以協同調控的缺陷，以及加重材料沉降并惡化鉆井液體系流變性等問題，提供一種鉆井液用表面改性重晶石粉及其制備方法和水基鉆井液，該表面改性重晶石粉作為高溫高密度水基鉆井液加重材料，能夠顯著改善高溫高密度鉆井液的流變性能和沉降穩定性能，同時也能夠改善濾失造壁性能，且沉降穩定性能良好。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供了一種鉆井液用表面改性重晶石粉的制備方法，其中，所述的制備方法包括：

(1)將表面改性劑和水接觸，得到第一懸浮液；

(2)將所述第一懸浮液和重晶石粉接觸，得到第二懸浮液；

(3)將所述第二懸浮液進行研磨、離心和干燥處理，得到鉆井液用表面改性重晶石粉；

其中，所述表面改性劑包括聚丙烯酸銨、聚順丁烯二酸銨和馬來酸丙烯酸共聚物鈉鹽中的一種或多種。

本發明第二方面提供了一種由前述所述的制備方法制備得到的鉆井液用表面改性重晶石粉。

本發明第三方面提供了一種水基鉆井液，其中，所述水基鉆井液含有前述所述的鉆井液用表面改性重晶石粉。

通過上述技術方案，本發明從重晶石粉表面特性(潤濕性、表面吸附特性)出發，采用特定的表面改性劑以及特定含量配比的表面改性劑，以及改性工藝對重晶石粉進行界面化學改性，改善其表面性能及其在高密度水基鉆井液中的加重特性。采用該表面改性重晶石粉加重的高密度水基鉆井液，具有良好的沉降穩定性、流變性、濾失造壁性及高溫穩定性。

具體實施方式