一种超高密度钻井液的制作方法

1.本发明属于钻井液技术领域，尤其涉及一种超高密度钻井液。


背景技术：

2.钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。
3.钻井液由分散介质、分散相和添加剂组成，添加剂一般为加重剂，钻井液中的加重剂作用在于增加钻井液密度而不能影响其使用材料或添加剂的性能。
4.现有技术中，cn200610113488.4油田钻井液用加重剂及其制备方法，该加重剂主要包括一种或多种无机电解质、硅酸盐、一种或多种表面活性剂以及加重材料，其不仅有较高的加重效率，而且在钻井液中的动力稳定性好，非常适合在高温、高压、高盐等恶劣环境中的使用。
5.cn201080021501.8使用亚微米尺寸粒子作为加重剂的高性能钻井液，使用包含重均粒径低于约1微米的亚微米沉淀重晶石的钻井液的方法和组合物。所公开的方法包括：使钻井液在井眼中循环的方法，其中所述钻井液包含携带液；和加重剂，所述加重剂包含重均粒径低于约1微米的亚微米沉淀重晶石。在一些实施方案中，钻井液可以包括逆乳液。
6.cn201280030333.8在地下井中使用的加重剂。地下井的钻井作业用水泥浆料中使用的加重剂组合物，该组合物包括：细碎的固体加重剂；和含磺酸，其盐或衍生物的分散剂，该磺酸具有通式(i)：-[a(osoo～m )-b-a
′
(osoo-m )]n-，其中a和a
′
各自为芳族部分；b是脂族部分；osoo～m 是由磺酸，其盐或衍生物组成的增溶基团；和n是至少2的整数。该组合物尤其用于配制在向下钻井的固井操作中使用的水泥浆料。还提供使用式(i)的磺酸，制备细碎的加重剂的方法，含该组合物的水泥配方和固井地下井的方法。上述专利技术方案是利用如重晶石，方铅矿石，石英石、石灰石及水溶性盐、氯化钙、溴化锌、溴化钠及食盐等。
[0007]
随着浅层油气藏开发已经进入枯竭期，油气开采正在向深井、超深井方向发展，常规密度的水泥浆体系等现有技术已经不能满足固井作业的需求，因而对高密度水泥浆体系的研究显得尤为重要。
[0008]
但是目前国内常用的钻井液高密度水泥浆密度很难超过2.6g/cm3，常用的加重剂重晶石粉一般只能使加重密度不超过2.30g/cm3的水基和油基钻井液；石灰石粉只能用于配制密度不超过1.68g/cm3的钻井液和完井液；方铅矿粉其密度高达7.4～7.7g/cm3，可以配制出3.0g/cm3超高密度钻井液，但该加重剂成本高、货源少，仅限于地层孔隙压力极高的特殊情况下使用，无法普及大量使用。
[0009]
普通的赤铁矿密度4.5～5.1g/cm3，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，且具有一定的酸溶性，因此可应用于需进行酸化的产层，硬度约为重晶石的两倍，因此耐研磨，在使用中颗粒尺寸保持较好，损耗率较低，但对
钻具、钻头和泵的磨损也较为严重。
[0010]
因此，亟需一种加重剂能够钻井液密度在2.6g/cm3以上，且不会对钻具、钻头和泵产生磨损，同时具有较好的流变性和沉降稳定性、失水量低、抗压强度高等性能，可有效应用于深井及超深井固井，是目前急于需要解决的问题。


技术实现要素：

[0011]
本发明的目的在于：为了解决传统超高密度钻井液对钻具、钻头和泵的磨损也较为严重的问题，而提出的一种超高密度钻井液。
[0012]
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
[0013]
一种超高密度钻井液，由以下组分按重量份计组成：加重剂改性球形氧化铁50～80份、水泥20～60份、水20～28份、消泡剂0.1～0.2份、固体降失水剂0～0.25份、液体降失水剂0～0.3份、分散剂0.2～25g、缓凝剂0～10g、粗硅粉0～0.15份、膨胀剂0～0.3份、防窜增强剂0～0.3g。
[0014]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0015]
所述改性球形氧化铁的制备方法具体包括以下步骤：
[0016]
s101、将赤铁矿粉与改性聚乙二醇溶于蒸馏水中，在超声震荡添加下，缓慢滴入碳酸铵溶液和十二烷基磺酸钠溶液，得到胶体后，用蒸馏水和污水乙醇交替洗涤后真空干燥一段时间后，得到纳米级改性球形氧化铁微粒；
[0017]
s102、将纳米级改性球形氧化铁微粒送入炉体内加热球化，用高压氧气输送至主燃氧气和天然气燃烧的火焰中，温度达到2400℃以上，经火焰熔融后形成分散的小液滴，在负压作用下快速进入冷却区，冷凝成球状的小颗粒即制得球形氧化铁，制备得到的改性球形氧化铁微粒球形氧化铁按目分段，分200～220目和1800～2000目两段，并按1∶0.1～0.3的比例混合，混合时间是30～40min。
[0018]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0019]
所述改性聚乙二醇为有机硅改性聚乙二醇。
[0020]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0021]
所述液体降失水剂为复合变形淀粉降滤失剂。
[0022]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0023]
所述液体降失水剂的制备方法包括以下步骤：将干燥后的木梳淀粉、甘油和氢氧化钠水溶液，加入聚氯乙烯后高速混合机进行共混处理，取将pav颗粒与水混合后，依次加入碳酸钙、硬脂酸助剂加入混合机内共混5min，将混合料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒。
[0024]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0025]
所述木梳淀粉预处理方法包括将木梳淀粉进行恒温干燥24h，冷却至室温备用。
[0026]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0027]
所述双螺杆挤出机挤出机分段温度依次设置为90、120、140、140、120、110、90、90℃，转杆速度60r/min。
[0028]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0029]
所述消泡剂为含硅油类消泡剂。
[0030]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0031]
将配方量的各组分充分混合后，制备超高密度钻井液，钻井液密度超过2.6g/cm3。
[0032]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0033]
所述纳米级改性球形氧化铁微粒给料速度为10～40hz，高压输送氧气量是110～190m3/h，主燃氧气量550～660m3/h，天然气用量220～330m3/h，富氧系数1.0～1.3。
[0034]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0035]
本发明中，球形氧化铁加重剂与常用的加重剂重晶石相比，具有一定的酸溶性，可用于需进行酸化的地层，球形氧化铁加重剂因为球形颗粒，其表面积比不规则颗粒的表面积小，不会提高超高密度钻井液的稠度，同时通过对聚乙二醇提高球形氧化铁微粒的空间结构强度，并且聚乙二醇能够有效提高球形氧化铁表面坍落缺陷，保证氧化铁微粒表面的抵接强度，通过聚乙二醇的表面站位效应，降低对钻头表面的磨损，容易结晶且具有较大的相变焓，虽然在相变过程中会产生液体状态，且球形氧化铁具有科学的粒度分布，按目分级，将小颗粒与大颗粒混合，小颗粒填充率高，流动性好，可以配制较高密度的钻井液，同时通过制备液体降失水剂中聚氯乙烯与木梳淀粉的复配，能够有效提高钻井过程中的钻井液的输水效果。
附图说明
[0036]
图1为本发明采用的赤铁矿的结构示意图；
[0037]
图2为本发明球形氧化铁的结构示意图；
[0038]
图3为本发明球形氧化铁的放大结构示意图。
具体实施方式
[0039]
下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]
实施例1
[0041]
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：
[0042]
一种超高密度钻井液，由以下组分按重量份计组成：加重剂改性球形氧化铁50份、水泥20份、水20份、消泡剂0.1份、固体降失水剂0.15份、液体降失水剂0.1份、分散剂0.2g、缓凝剂1g、粗硅粉0.05份、膨胀剂0.1份、防窜增强剂0.1g；
[0043]
所述改性球形氧化铁的制备方法具体包括以下步骤：
[0044]
s101、将赤铁矿粉与改性聚乙二醇溶于蒸馏水中，在超声震荡添加下，缓慢滴入碳酸铵溶液和十二烷基磺酸钠溶液，得到胶体后，用蒸馏水和污水乙醇交替洗涤后真空干燥一段时间后，得到纳米级改性球形氧化铁微粒；
[0045]
s102、将纳米级改性球形氧化铁微粒送入炉体内加热球化，用高压氧气输送至主燃氧气和天然气燃烧的火焰中，温度达到2400℃以上，经火焰熔融后形成分散的小液滴，在负压作用下快速进入冷却区，冷凝成球状的小颗粒即制得球形氧化铁，制备得到的改性球形氧化铁微粒球形氧化铁按目分段，分200目和1800目两段，并按1∶0.1～0.3的比例混合，
混合时间是30min；
[0046]
所述改性聚乙二醇为有机硅改性聚乙二醇；
[0047]
所述液体降失水剂为复合变形淀粉降滤失剂，所述液体降失水剂的制备方法包括以下步骤：将干燥后的木梳淀粉、甘油和氢氧化钠水溶液，加入聚氯乙烯后高速混合机进行共混处理，取将pav颗粒与水混合后，依次加入碳酸钙、硬脂酸助剂加入混合机内共混5min，将混合料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，所述木梳淀粉预处理方法包括将木梳淀粉进行恒温干燥24h，冷却至室温备用，所述双螺杆挤出机挤出机分段温度依次设置为90、120、140、140、120、110、90、90℃，转杆速度60r/min，所述消泡剂为含硅油类消泡剂，将配方量的各组分充分混合后，制备超高密度钻井液，钻井液密度超过2.6g/cm3，所述纳米级改性球形氧化铁微粒给料速度为10hz，高压输送氧气量是110m3/h，主燃氧气量550m3/h，天然气用量220m3/h，富氧系数1.0。
[0048]
实施例2
[0049]
与实施例1不同的是，本实施例还公开了一种超高密度钻井液，由以下组分按重量份计组成：加重剂改性球形氧化铁65份、水泥40份、水24份、消泡剂0.15份、固体降失水剂0.20份、液体降失水剂0.2份、分散剂15g、缓凝剂15g、粗硅粉0.8份、膨胀剂0.2份、防窜增强剂0.2g；
[0050]
所述改性球形氧化铁的制备方法具体包括以下步骤：
[0051]
s101、将赤铁矿粉与改性聚乙二醇溶于蒸馏水中，在超声震荡添加下，缓慢滴入碳酸铵溶液和十二烷基磺酸钠溶液，得到胶体后，用蒸馏水和污水乙醇交替洗涤后真空干燥一段时间后，得到纳米级改性球形氧化铁微粒；
[0052]
s102、将纳米级改性球形氧化铁微粒送入炉体内加热球化，用高压氧气输送至主燃氧气和天然气燃烧的火焰中，温度达到2400℃以上，经火焰熔融后形成分散的小液滴，在负压作用下快速进入冷却区，冷凝成球状的小颗粒即制得球形氧化铁，制备得到的改性球形氧化铁微粒球形氧化铁按目分段，分210目和1900目两段，并按1∶0.1～0.3的比例混合，混合时间是30～40min；
[0053]
所述改性聚乙二醇为有机硅改性聚乙二醇；
[0054]
所述液体降失水剂为复合变形淀粉降滤失剂，所述液体降失水剂的制备方法包括以下步骤：将干燥后的木梳淀粉、甘油和氢氧化钠水溶液，加入聚氯乙烯后高速混合机进行共混处理，取将pav颗粒与水混合后，依次加入碳酸钙、硬脂酸助剂加入混合机内共混5min，将混合料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，所述木梳淀粉预处理方法包括将木梳淀粉进行恒温干燥24h，冷却至室温备用，所述双螺杆挤出机挤出机分段温度依次设置为90、120、140、140、120、110、90、90℃，转杆速度60r/min，所述消泡剂为含硅油类消泡剂，将配方量的各组分充分混合后，制备超高密度钻井液，钻井液密度超过2.6g/cm3，所述纳米级改性球形氧化铁微粒给料速度为10～40hz，高压输送氧气量是110～190m3/h，主燃氧气量550～660m3/h，天然气用量220～330m3/h，富氧系数1.0～1.3
[0055]
实施例3
[0056]
与实施例1-2均不同的是本实施例公开了一种超高密度钻井液，由以下组分按重量份计组成：加重剂改性球形氧化铁80份、水泥60份、水28份、消泡剂0.2份、固体降失水剂0.25份、液体降失水剂0.3份、分散剂25g、缓凝剂10g、粗硅粉0.15份、膨胀剂0.3份、防窜增
强剂0.3g；
[0057]
所述改性球形氧化铁的制备方法具体包括以下步骤：
[0058]
s101、将赤铁矿粉与改性聚乙二醇溶于蒸馏水中，在超声震荡添加下，缓慢滴入碳酸铵溶液和十二烷基磺酸钠溶液，得到胶体后，用蒸馏水和污水乙醇交替洗涤后真空干燥一段时间后，得到纳米级改性球形氧化铁微粒；
[0059]
s102、将纳米级改性球形氧化铁微粒送入炉体内加热球化，用高压氧气输送至主燃氧气和天然气燃烧的火焰中，温度达到2400℃以上，经火焰熔融后形成分散的小液滴，在负压作用下快速进入冷却区，冷凝成球状的小颗粒即制得球形氧化铁，制备得到的改性球形氧化铁微粒球形氧化铁按目分段，分200～220目和1800～2000目两段，并按1∶0.1～0.3的比例混合，混合时间是30～40min；
[0060]
所述改性聚乙二醇为有机硅改性聚乙二醇；
[0061]
所述液体降失水剂为复合变形淀粉降滤失剂，所述液体降失水剂的制备方法包括以下步骤：将干燥后的木薯淀粉、甘油和氢氧化钠水溶液，加入聚氯乙烯后高速混合机进行共混处理，取将pav颗粒与水混合后，依次加入碳酸钙、硬脂酸助剂加入混合机内共混5min，将混合料加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，所述木梳淀粉预处理方法包括将木梳淀粉进行恒温干燥24h，冷却至室温备用，所述双螺杆挤出机挤出机分段温度依次设置为90、120、140、140、120、110、90、90℃，转杆速度60r/min，所述消泡剂为含硅油类消泡剂，将配方量的各组分充分混合后，制备超高密度钻井液，钻井液密度超过2.6g/cm3，所述纳米级改性球形氧化铁微粒给料速度为10～40hz，高压输送氧气量是110～190m3/h，主燃氧气量550～660m3/h，天然气用量220～330m3/h，富氧系数1.0～1.3；
[0062]
将实施例1-3中制备的钻井液做120℃下2.49g/cm3体系下的下灰时间，以及购置微锰钻井液对比例试验，流变性，养护后是否包芯，沉降及稳定性
[0063][0064]
由上表可知，实施例2为本发明的优选实施例，样品密度、下灰时间和流变性均较佳。
[0065]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。