CN106753280A - 一种球形氧化铁及球形氧化铁为加重剂的超高密度钻井液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种球形氧化铁,其采用赤铁矿通过高温火焰熔融法生产,将赤铁矿用高压氧气输送至主燃氧气和天燃气燃烧的火焰中,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;所述赤铁矿给料速度为10~40Hz,高压输送氧气量是110~190m3/h,主燃氧气量550~660m3/h,天燃气用量220~330m3/h,富氧系数1.0~1.3;一种球形氧化铁为加重剂的超高密度钻井液,将上述混合完成的球形氧化铁为加重剂,制备超高密度钻井液,钻井液密度超过2.6g/cm3,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、胶结性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种球形氧化铁及球形氧化铁为加重剂的超高密度钻井液,其属于固井钻井液技术领域。
背景技术
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
因此,研制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,同时又可以满足酸化地层使用,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。
发明内容
本发明要解决的问题是克服现有技术存在的问题,提供一种球形氧化铁及球形氧化铁为加重剂的超高密度钻井液,可以使配制的钻井液密度超过2.6g/cm3,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、胶结性能良好等,可有效应用于深井及超深井固井。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种球形氧化铁,其采用赤铁矿通过高温火焰熔融法生产,将赤铁矿用高压氧气输送至主燃氧气和天燃气燃烧的火焰中,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;
所述赤铁矿给料速度为10~40Hz,高压输送氧气量是110~190m3/h,主燃氧气量550~660m3/h,天燃气用量220~330m3/h,富氧系数1.0~1.3;
作为优选,所述赤铁矿给料速度25Hz为最佳。
作为优选,所述高压输送氧气量是180m3/h,主燃氧气量600m3/h为最佳。
作为优选,所述富氧系数1.1为最佳。
所述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。
一种球形氧化铁为加重剂的超高密度钻井液,将上述混合完成的球形氧化铁为加重剂,制备超高密度钻井液,钻井液密度超过2.6g/cm3,重量配比如下:
球形氧化铁 500~800g
水泥 200~600g
水 200~280g
消泡剂 1~2g
固体降失水剂 0~25g
液体降失水剂 0~30g
分散剂 2~25g
缓凝剂 0~10g
粗硅粉 0~150g
膨胀剂 0~30g
防窜增强剂 0~30g
本发明具有的优点和积极效果是:
1、本发明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。
2、本发明通过对角形赤铁矿高温火焰熔融法生产,控制赤铁矿的给料速度和高压输送氧气量,控制主燃氧气量、天燃气用量和富氧系数,使高温温度达到2400℃以上,经火焰熔融快速,制得的球形氧化铁因为球形颗粒,改变角形赤铁矿为球形氧化铁,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。
3、本发明球形氧化铁因颗粒性状是球形的,其之间的摩擦系数小,对钻具、钻头和钻井泵的磨损小。
4、本发明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。
5、本发明利用球形氧化铁为加重剂,制备高密度钻井液密度超过2.6g/cm3,球形氧化铁对钻井液混灰能力、冷热浆流变、静胶凝强度、抗压强度都有较大改善,具有较好的水泥浆钻井液的流动性和沉降稳定性,与目前常用的加重剂相比,粒度规格丰富,应用范围广,可以降低生产成本。
附图说明
图1为本发明采用的赤铁矿的结构示意图。
图2为本发明球形氧化铁的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明,下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。
如图1、2所示,本发明一种球形氧化铁加重剂及制备的超高密度钻井液。
实施例1
一种球形氧化铁,采用赤铁矿通过高温火焰熔融法生产。将赤铁矿用高压氧气输送至主燃氧气和天燃气燃烧的火焰中,温度达到2400℃以上,赤铁矿给料速度为20Hz,高压输送氧气量是140m3/h,主燃氧气量550m3/h,天燃气用量250m3/h,富氧系数1.0;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加重剂,将球形氧化铁200目和1800目两段,并按1:0.1的比例混合,混合时间是30min。
用球形氧化铁为加重剂的超高密度钻井液。将上述混合完成的球形氧化铁为加重剂制备超高密度钻井液,重量配比如下:球形氧化铁500g、水泥300g、水244g、消泡剂1.5g、固体降失水剂3g、分散剂3g、缓凝剂1.5g g,配制成的钻井液密度超过2.6g/cm3。
实施例2
一种球形氧化铁,采用赤铁矿通过高温火焰熔融法生产。将赤铁矿用高压氧气输送至主燃氧气和天燃气燃烧的火焰中,温度达到2400℃以上,赤铁矿给料速度为35Hz,高压输送氧气量是190m3/h,主燃氧气量650m3/h,天燃气用量320m3/h,富氧系数1.3;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加重剂,将球形氧化铁220目和2000目两段,并按1:0.3的比例混合,混合时间是40min。
用球形氧化铁为加重剂的超高密度钻井液。将上述混合完成的球形氧化铁为加重剂制备超高密度钻井液,重量配比如下:球形氧化铁700g、水泥500g、水260g、消泡剂1.5g、固体降失水剂8g、分散剂10g、缓凝剂0.5g,配制成的钻井液密度超过2.8g/cm3。
实施例3
一种球形氧化铁,采用赤铁矿通过高温火焰熔融法生产。将赤铁矿用高压氧气输送至主燃氧气和天燃气燃烧的火焰中,温度达到2400℃以上,赤铁矿给料速度为25Hz,高压输送氧气量是180m3/h,主燃氧气量600m3/h,天燃气用量300m3/h,富氧系数1.1;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加重剂,将球形氧化铁210目和1900目两段,并按1:0.2的比例混合,混合时间是35min。
用球形氧化铁为加重剂的超高密度钻井液。将上述混合完成的球形氧化铁为加重剂制备超高密度钻井液,重量配比如下:球形氧化铁600g、水泥420g、水220g、消泡剂1.2g、液体降失水剂20g、分散剂12g、缓凝剂2g,防窜增强剂20g,粗硅粉140g,配制成的钻井液密度超过2.75g/cm3。
以上对本发明的实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种球形氧化铁,其采用赤铁矿通过高温火焰熔融法生产,将赤铁矿用高压氧气输送至主燃氧气和天燃气燃烧的火焰中,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。
2.根据权利要求1所述的一种球形氧化铁,其特征在于:所述赤铁矿给料速度为10~40Hz,高压输送氧气量是110~190m3/h,主燃氧气量550~660m3/h,天燃气用量220~330m3/h,富氧系数1.0~1.3。
3.根据权利要求1所述的一种球形氧化铁,其特征在于:所述赤铁矿给料速度25Hz为最佳。
4.根据权利要求1所述的一种球形氧化铁,其特征在于:所述高压输送氧气量是180m3/h,主燃氧气量600m3/h为最佳。
5.根据权利要求1所述的一种球形氧化铁,其特征在于:所述富氧系数1.1为最佳。
6.根据权利要求1所述的一种球形氧化铁,其特征在于:所述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。
7.根据权利要求1所述的一种球形氧化铁为加重剂的超高密度钻井液,其特征在于:将上述混合完成的球形氧化铁为加重剂,制备超高密度钻井液,钻井液密度超过2.6g/cm3,重量配比如下:
球形氧化铁 500~800g
水泥 200~600g
水 200~280g
消泡剂 1~2g
固体降失水剂 0~25g
液体降失水剂 0~30g
分散剂 2~25g
缓凝剂 0~10g
粗硅粉 0~150g
膨胀剂 0~30g
防窜增强剂 0~30g。
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