CN110791260A

CN110791260A - 一种钻井液用改性复合重晶石

Info

Publication number: CN110791260A
Application number: CN201911118041.XA
Authority: CN
Inventors: 王刚毅; 黄明松; 胡亮
Original assignee: SICHUAN SHANGZHIDENG NEW MATERIALS CO Ltd; SICHUAN ZHENGRONG INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: SICHUAN SHANGZHIDENG NEW MATERIALS CO Ltd; SICHUAN ZHENGRONG INDUSTRIAL Co Ltd
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2039-11-15
Also published as: CN110791260B

Abstract

本发明公开了一种钻井液用改性复合重晶石，该重晶石由复合重晶石、改性剂六偏磷酸钠、丙烯酸类共聚物、辛基酚聚氧乙烯醚‑30、聚乙二醇400制成。该改性复合重晶在超细重晶石、钡钙石复合基础上，通过六偏磷酸钠和以邻苯二甲酸酐、丙烯酸、正丁醇为单体合成丙烯酸类共聚物超分散剂改善加重剂的表面性质，再辅以表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚‑30、聚乙二醇400进一步增强其亲水分散性能得到改性复合重晶石，适用于水基钻完井液，悬浮性优异，加重后钻井液体系密度降低率低于3%；酸溶率≥45%；钻井液体系滤饼粘滞系数较常规重晶石低30%以上；加硫酸钙前后表观粘度变化率≤3mPa·s。

Description

一种钻井液用改性复合重晶石

技术领域

本发明属于石油天然气及地质勘探开发中的钻井液领域，公开了一种钻井液用改性复合重晶石。

背景技术

石油天然气勘探开发钻井中，加重剂是钻井液中不可缺少的一种添加剂，其主要作用是加入钻井液中以提升钻井液密度，达到稳定井壁，平衡地层压力，防止井喷和井喷失控事故的发生的目的。加重剂自身的密度大，磨损性小，易粉碎，一般由不溶于水的惰性物质经研磨加工制备而成，属于惰性物质，既不溶于钻井液，也不与钻井液中的其它组分发生相互作用。目前常用的加重剂主要有重晶石粉、石灰石粉、铁矿粉和钛铁矿粉、方铅矿粉，其中，石灰石粉适于在非酸敏性而又需进行酸化作业的产层中使用，以减轻钻井液完井液对储层的损害，但其密度较低，只能配制密度不超过1.68g/cm³的钻井液和完井液；铁矿粉和钛铁矿粉的密度较大，可用于配制密度较高的钻井液，加重后钻井液中的固相含量相对较低，有利于流变性能的调控和提高钻速，但由于其含有导电物质，不利于钻井过程的地质导向，并且硬度较高，对钻具、钻头和泵的磨损也较为严重；方铅矿粉密度高达7.4~7.7g/cm³，可用于配制超高密度钻井液，以控制地层出现的异常高压，但该加重剂的成本高、货源少，仅限于在地层孔隙压力极高的特殊情况下使用。上述几种加重剂由于自身局限，一般在特定情况下使用，使用相对重晶石较少。

重晶石由于其自然界分布广，储量大，化学性质稳定，无磁性和毒性，是目前石油天然气勘探开发运用最广泛的加重剂。目前国内常规的重晶石也存在一定的不足之处：①在地下压力较高的情况下，就需要增加泥浆比重，往钻井液中加入重晶石粉是增加泥浆比重的有效措施。钻井液使用的重晶石细度一般要达到325目以上，如重晶石细度不够且钻井液结构不强时则极易分离出来沉降在循环罐底部；另外，钻井液现场处理使用离心机等设备分离有害固相时，由于设备条件有限，一定量的重晶石会随有害固相一同被分离出来，导致密度下降，需重新补加重晶石。②目前市场上大多数的重晶石加入泥浆中后，会使加重后钻井液的粘度和切力大幅度升高，不仅会导致钻井液的流变性能下降，还会导致开泵和循环时泵压过高，钻井液也更易被气侵，诱发井喷的几率增加。随着密度的提升，重晶石使用量增大，此情况更加趋于严重，钻井液性能维护困难。欲使高密度钻井液在加重后重新恢复其良好的流变性能，需要添加处理剂进行处理，而高密度钻井液在处理后粘度及切力下降，又会导致部分重晶石的沉淀，引起泥浆密度的降低。不仅浪费了大量的重晶石和钻井液处理剂，性能也难以实现稳定优质，还会诱发喷、漏、塌、卡等井下复杂情况。③在钻井过程中，尤其是在储层中钻进，由于储层裂缝和渗流通道发育较好，钻完井液中的重晶石不可避免会侵入裂缝和渗流通道并残留于其中，随时间累积，会造成油气渗流通道堵塞，导致油气产量降低，而重晶石为惰性物质，需要添加螯合物等解堵剂进行解堵返排，价格高昂且效果不佳。

目前，为了减少重晶石沉降，增加重晶石在钻井液中的分散性，降低重晶石对储层的上海，虽有相关研究人员针对重晶石改性进行了研究，虽然重晶石在钻完井液中的沉降问题有所改善，但亲水性重晶石会增加油气的运移阻力，不利于储层保护；另外重晶石的加量增加，钻井液的摩阻会有一定程度的增加，对于这部分的改性鲜有研究。

基于上述分析，一种适用于水基钻完井液，悬浮性优异，加重后钻井液体系密度降低率＜3%；酸溶率≥45%；钻井液体系滤饼粘滞系数较常规重晶石低30%以上；加硫酸钙前后表观粘度变化率≤3mPa·s等改性复合重晶石是目前行业内急需的。

发明内容

鉴于上足不足，本发明提供了一种在超细重晶石、钡钙石复合基础上，通过六偏磷酸钠和以邻苯二甲酸酐、丙烯酸、正丁醇为单体合成丙烯酸类共聚物超分散剂改善加重剂的表面性质，再辅以表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚-30、聚乙二醇400进一步增强其亲水分散性能得到改性的改性复合重晶石，具体实施方案如下：

一种钻井液用改性复合重晶石，该重晶石由复合重晶石、改性剂六偏磷酸钠、丙烯酸类共聚物、辛基酚聚氧乙烯醚-30、聚乙二醇400制成。

一种钻井液用改性复合重晶石的制备方法，包括如下步骤：

（1）复合重晶石边搅拌边加入六偏磷酸钠，采用干法改性工艺，使六偏磷酸钠包覆在复合重晶石粉表面，得包覆重晶石备用；

（2）水中加入丙烯酸类共聚物、辛基酚聚氧乙烯醚-30、聚乙二醇400，搅拌混合均匀，得改性剂备用；

（3）将改性剂雾化处理后均匀喷洒在包覆重晶石表面，干燥后即得改性复合重晶石。

进一步的，所述水的使用量为复合重晶石粉体重量的0.4%，改性剂六偏磷酸钠的使用量为复合重晶石粉体重量的0.5-0.8%，丙烯酸类共聚物的使用量为复合重晶石粉体重量的0.025-0.05%，辛基酚聚氧乙烯醚-30的使用量为复合重晶石粉体重量的0.03-0.06%，聚乙二醇400的使用量为复合重晶石粉体重量的0.02-0.04%。

进一步的，所述改性剂六偏磷酸钠的使用量为复合重晶石粉体重量的0.6%，丙烯酸类共聚物的使用量为复合重晶石粉体重量的0.04%，辛基酚聚氧乙烯醚-30的使用量为复合重晶石粉体重量的0.05%%，聚乙二醇400的使用量为复合重晶石粉体重量的0.03%。

进一步的，步骤（1）所述复合重晶石由如下方法制得，按重量份配比计，取重晶石40~50份，钡钙石50~60份投入混料机，搅拌20min后得到复合重晶石。

进一步的，所述重晶石45份，钡钙石55份。

进一步的，所述重晶石粒径为500~800目，钡钙石粒径为400~600目。

进一步的，步骤（2）所述丙烯酸类共聚物由如下方法制得：称取一定量的邻苯二甲酸酐和正丁醇置于四颈烧瓶中恒温反应，待液体粘稠后，再升高温度至85℃，缓慢滴加丙烯酸水溶液2h，同时滴加过硫酸铵水溶液，滴加完毕后，继续在恒温 85℃下反应，冷却后用NaOH调节 pH至中性，得粘稠液体，将该液体用无水乙醇洗涤，干燥后得丙烯酸类共聚物备用。

进一步的，所述恒温反应温度为65℃，反应时间为1h；所述恒温85℃下反应时间为3.5h。

本发明还公开了一种根据上述任一制备方法制得的钻井液用改性复合重晶石。

本发明的有益效果在于：

1、本发明制得的复合重晶石，有利于解堵酸化和酸化压裂施工，对储层影响较小，酸溶率≥45%；筛选出超细复合重晶石，控制重晶石的粒度分散范围和大小，有利于进行表面改性，同时粒度较小有利于分散悬浮。

2、本发明使用六偏磷酸钠对复合重晶石进行包覆，使其与改性剂稳固结合；丙烯酸类共聚物通过-COO-在颗粒表面形成锚固，提高吸附牢度，不易解吸，具有空间稳定作用，加重后钻井液体系密度降低率低于3%。

3、本发明制得的改性重晶石分子量小，不会造成絮凝沉降和钻井液体系粘度增加，加硫酸钙前后表观粘度变化率≤3mPa·s。

4、本发明制得的改性重晶石含有苯环基团，抗温性能提高，不易降解，适用于不同温度的钻井液，能有效提升复合重晶石的亲水分散性能，同时增加其电动电位值，使复合重晶石接触变为弹性接触，降低钻井液流动时的内摩擦阻力，钻井液体系泥滤饼粘滞系数较常规重晶石低30%以上。

具体实施方式

实施例1

500目~800目重晶石40份，400目~600目钡钙石60份，六偏磷酸钠为复合重晶石粉体重量的0.5%，丙烯酸类共聚物为复合重晶石粉体重量的0.025%，辛基酚聚氧乙烯醚-30为复合重晶石粉体重量的0.03%，聚乙二醇400为复合重晶石粉体重量的0.02%。

一种钻井液用改性复合重晶石的制备方法，包括如下步骤：

（1）取重晶石，钡钙石投入混料机，搅拌20min后得到复合重晶石，复合重晶石边搅拌边加入六偏磷酸钠，采用干法改性工艺，使六偏磷酸钠包覆在复合重晶石粉表面，得包覆重晶石备用；

（2）制备丙烯酸类共聚物：称取一定量的邻苯二甲酸酐和正丁醇置于四颈烧瓶中65℃恒温反应1h，待液体粘稠后，再升高温度至85℃，恒温反应3.5h，缓慢滴加丙烯酸水溶液2h，同时滴加过硫酸铵水溶液，滴加完毕后，继续在恒温 85℃下反应，冷却后用 NaOH调节 pH至中性，得粘稠液体，将该液体用无水乙醇洗涤，干燥后得丙烯酸类共聚物；

（3）水中加入丙烯酸类共聚物、辛基酚聚氧乙烯醚-30、聚乙二醇400，搅拌混合均匀，得改性剂备用；

（4）将改性剂雾化处理后均匀喷洒在包覆重晶石表面，干燥后即得改性复合重晶石。

实施例2

500目~800目重晶石50份，400目~600目钡钙石50份，六偏磷酸钠为复合重晶石粉体重量的0.8%，丙烯酸类共聚物为复合重晶石粉体重量的0.05%，辛基酚聚氧乙烯醚-30为复合重晶石粉体重量的0.06%，聚乙二醇400为复合重晶石粉体重量的0.04%。

一种钻井液用改性复合重晶石的制备方法，包括如下步骤：

实施例3

500目~800目重晶石45份，400目~600目钡钙石55份，六偏磷酸钠为复合重晶石粉体重量的0.6%，丙烯酸类共聚物为复合重晶石粉体重量的0.04%，辛基酚聚氧乙烯醚-30为复合重晶石粉体重量的0.05%，聚乙二醇400为复合重晶石粉体重量的0.03%。

一种钻井液用改性复合重晶石的制备方法，包括如下步骤：

（4）将改性剂雾化处理后均匀喷洒并包覆重晶石表面，干燥后即得改性复合重晶石。

试验例1：

本实验例分别选择实施例1、2、3和未改性的重晶石样品进行测试，聚磺钻井液体系配方：3%土浆+ 0.5% NaOH + 0.1% KPAM + 0.2% PAC-LV + 6%SMP-Ⅱ+ 4% SHR-1+4% KHm +3%磺化沥青 + 5%KCl + 20%NaCl +重晶石粉。

实验方法如下：

在4个高搅杯中加入300 mL蒸馏水后加入9g试验用配浆土，高速搅拌20min，期间应多次取下刮试杯壁，在（25±1）℃密闭养护24h。

在四份基浆中分别依次加入1.5g NaOH、0.3gKPAM、0.6gPAC-LV、18gSMP-Ⅱ、12gSHR-1、12gKHm、9g磺化沥青、15gKCl、60gNaCl，最后分别加入实施例1、2、3和未改性的重晶石样品450g，每加完一种药品先用玻璃棒搅匀，再高速搅拌15min，搅拌过程中中断两次，以刮下粘糊在容器壁上的粘附物。

将配置好的4份试验浆装入老化罐中，放入滚子炉中在（150±5）℃下恒温滚动老化16h，取出老化罐冷至室温，将试验浆高速搅拌5min后，再测定钻井液的密度，然后将试验浆静置3h，再测定钻井液上部的密度，计算钻井液密度降低率。

表1实施例1、2、3在淡水基浆中的效果检测

。

从表1结果看出，本发明的一种钻井液用改性复合重晶石在聚磺钻井液体系中，密度加重至1.90g/cm³左右，经改性后的复合重晶石密度降低率小于3%，远低于未改性的重晶石，说明改性复合重晶石的悬浮能力加强，而且经过180℃老化16h，说明具有一定的抗温能力。

试验例2：

本实验例选择实施例1、2、3和未改性的重晶石样品进行测试，聚合物钻井液体系配方：3%土浆+0.4%80A51+0.4%PAC -Lv +1.0%水解聚丙烯腈铵盐+0.1%XY-27+0.5%Na₂CO₃+重晶石。

实验方法如下：

在4个高搅杯中加入300 mL蒸馏水后加入9g试验用配浆土，高速搅拌20min，期间应多次取下刮试杯壁；在（25±1）℃密闭养护24h。

在四份基浆中分别依次加入1.2g80A51、1.2gPAC-Lv、3g水解聚丙烯腈铵盐、0.3gXY-27、1.5g无水碳酸钠、450g重晶石。每加完一种药品先用玻棒搅匀，再高速搅拌15min，搅拌过程中中断两次，以刮下粘糊在容器壁上的粘附物。

将配置好的4份试验浆装入老化罐中，放入滚子炉中在（150±5）℃下恒温滚动老化16h，取出老化罐冷至室温，试验浆高速搅拌5min后，用中压失水仪得到滤饼，采用NZ-2型滑板式滤饼粘滞系数测定仪测定其不同密度时泥饼的摩擦系数。

表2 聚合物钻井液体系实验数据

。

根据表2中的数据表明，本发明的一种钻井液用改性复合重晶石在聚合物钻井液体系中，密度加重至1.90g/cm³左右，添加改性后的复合重晶石的钻井液泥饼摩擦系数较未改性重晶石小30%，说明改性后复合重晶石的内摩擦里降低，添加后钻井液摩阻降低，可降低卡钻风险。

试验例3：

本实验例选择实施例1、2、3及未改性的重晶石样品进行测试，主要测试其溶蚀率和粘度效应。

酸溶率测定：

称取在（105±3）℃干燥2h的试样1g（精确至0.0001g），置入250ml烧杯中，加入1∶1盐酸溶液75mL，盖上表面皿。在电炉上煮沸20min后，加入50mL蒸馏水。待溶液冷却后将溶液和剩余物全部转入已知质量（精确至0.0001g）的滤纸中过滤，用蒸馏水洗涤至无Cl^-为止（用硝酸银溶液检查）。将滤纸及残渣放入已恒重的称量瓶中并放入干燥箱中，在105℃±3℃以下干燥3h，取出放入干燥器中，冷却30min称量（精确至0.0001g）。

计算：

式中：

S——酸溶率，%；

m——试样质量，g；

m₁——滤纸及称量瓶的质量，g；

m₂——滤纸和酸不溶物及称量瓶质量，g。

粘度效应测定

向1L搪瓷杯中加人250mL蒸馏水，称取已在（105±3）℃下烘干2h并冷却至室温的重晶石粉样品（称准至0.1g），在低速搅拌器搅拌下，用小勺加入搪瓷杯，加完后再搅拌15min（期间至少应停下两次，刮下黏附在容器壁上和搅拌器叶片上的重晶石粉）。将搅拌后的悬浮液在（25±1）℃下密闭养护24 h。

将养护后的悬浮液用低速搅拌器搅拌15min，用钻井液密度计测量悬浮液的密度。当测得的密度为（2.50±0.02）g/cm³时，将悬浮液转人直读式黏度计的样品杯中，用玻璃棒搅匀后在600r/min下测定悬浮液的表观黏度（因悬浮液沉降较快，应读取读值下降前的最大值）。

向测定黏度后的悬浮液中加入通过0.175mm孔径筛的无水硫酸钙2.50g，用低速搅拌器搅拌5min，在（25±1）℃下静置30 min，再搅拌15min（期间至少应停下两次，刮下黏附在容器壁上和搅拌器叶片上的重晶石粉）。

对于加入硫酸钙前后的悬浮液，按下式计算其表观黏度：

AV-悬浮液的表观黏度，单位为毫帕秒（mPa·s）；

R ₆₀₀-黏度计在600 r/min下的读值。

表3溶蚀率和粘度效应实验数据

。

根据表3中的数据表明，本发明的一种钻井液用改性复合重晶石酸溶率可达到50%左右，随钡钙石含量增加，酸溶率可进一步提高，可进行酸化解堵和酸化压裂施工，防止重晶石污染储层；改性复合重晶石的粘度效应低，加入硫酸钙前后，粘度变化量小于3mPa·s，对钻井液流变性能影响小，不会造成粘度增加。

上述实施例仅是对本发明产品的说明，并非对本发明做出任何形式上的限制，不脱离本发明技术方案的范围之内，任何利用上述揭示的技术内容作出简单变换的等同方案，均属本发明的保护范围。

Claims

1.一种钻井液用改性复合重晶石，其特征在于，该重晶石由复合重晶石、改性剂六偏磷酸钠、丙烯酸类共聚物、辛基酚聚氧乙烯醚-30、聚乙二醇400制成。

2.一种根据权利要求1所述钻井液用改性复合重晶石的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述水的使用量为复合重晶石粉体重量的0.4%，改性剂六偏磷酸钠的使用量为复合重晶石粉体重量的0.5-0.8%，丙烯酸类共聚物的使用量为复合重晶石粉体重量的0.025-0.05%，辛基酚聚氧乙烯醚-30的使用量为复合重晶石粉体重量的0.03-0.06%，聚乙二醇400的使用量为复合重晶石粉体重量的0.02-0.04%。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述改性剂六偏磷酸钠的使用量为复合重晶石粉体重量的0.6%，丙烯酸类共聚物的使用量为复合重晶石粉体重量的0.04%，辛基酚聚氧乙烯醚-30的使用量为复合重晶石粉体重量的0.05%%，聚乙二醇400的使用量为复合重晶石粉体重量的0.03%。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述复合重晶石由如下方法制得，按重量份配比计，取重晶石40~50份，钡钙石50~60份投入混料机，搅拌20min后得到复合重晶石。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述重晶石45份，钡钙石55份。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述重晶石粒径为500~800目，钡钙石粒径为400~600目。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述丙烯酸类共聚物由如下方法制得：称取一定量的邻苯二甲酸酐和正丁醇置于四颈烧瓶中恒温反应，待液体粘稠后，再升高温度至85℃，缓慢滴加丙烯酸水溶液2h，同时滴加过硫酸铵水溶液，滴加完毕后，继续在恒温 85℃下反应，冷却后用 NaOH调节 pH至中性，得粘稠液体，将该液体用无水乙醇洗涤，干燥后得丙烯酸类共聚物备用。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述恒温反应温度为65℃，反应时间为1h；所述恒温85℃下反应时间为3.5h。

10.一种根据权利要求2-9所述任一制备方法制得的钻井液用改性复合重晶石。