一種用于高密度鉆井液的加重劑及其制法和含有該加重劑的鉆井液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及石油鉆井領(lǐng)域的鉆井液所用的加重劑，具體是涉及一種用于高密度鉆井液的加重劑及其制法和含有該加重劑的鉆井液；本發(fā)明所述加重劑包括不同粒徑級(jí)配的加重材料；可包括顆粒粒徑在75和100μm之間、顆粒粒徑在53和75μm之間、顆粒粒徑在37和53μm之間、顆粒粒徑在25和37μm之間，顆粒粒徑在20和25μm之間及顆粒粒徑小于20μm的加重材料。以本發(fā)明的粒度級(jí)配的加重材料制備的加重劑進(jìn)一步應(yīng)用到高密度鉆井液中，可以使鉆井液塑性粘度降低，動(dòng)切力增高，高溫老化具有良好的沉降穩(wěn)定性，有利于鉆井液高溫高壓濾失量的控制和降低高密度鉆井液的當(dāng)量循環(huán)密度。
【專利說明】一種用于高密度鉆井液的加重劑及其制法和含有該加重劑 的鉆井液

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油鉆井領(lǐng)域的鉆井液所用的加重劑，進(jìn)一步地說，是涉及一種用于 高密度鉆井液的加重劑及其制法和含有該加重劑的鉆井液。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油氣勘探向深層和復(fù)雜地層的發(fā)展，油氣埋藏越來越深，地層壓力系數(shù)越來 越高，鉆遇的超高壓氣層、鹽水層越多，高密度鉆井液的應(yīng)用范圍越來越廣。
[0003] 高密度鉆井液體系屬于較稠的膠體懸浮體系，具有固相含量大、固相顆粒的分散 程度高、鉆井液體系中自由水量少、鉆屑的侵入和積累不易清除的特點(diǎn)，對(duì)外來物質(zhì)(地層 水、鹽、鉆屑等）的侵污敏感，在深井高溫高壓條件下流變性容易失控，影響鉆速、泵壓、排 量、巖屑的攜帶與懸浮等，而且維護(hù)其流變性的穩(wěn)定比普通低密度鉆井液更加困難。
[0004] 高密度鉆井液流變性控制困難，主要是因?yàn)椋海?)加重材料的體積分?jǐn)?shù)占鉆井液 總體積的比例高，使其在鉆井液中易聚結(jié)和沉淀，嚴(yán)重影響鉆井液流變性，導(dǎo)致濾餅質(zhì)量 差，粘附系數(shù)大，易造成卡鉆事故；（2)鉆遇泥頁巖地層和其他易水化地層時(shí)，大量低密度 鉆屑及粘土侵入鉆井液中，造成鉆井液的固相含量進(jìn)一步增加，而且這些有害固相難以清 除，使鉆井液的粘度和切力急劇上升；（3)作業(yè)層位較深，起下鉆時(shí)間長，鉆井液在靜置過 程中若受到鹽水侵，沉降穩(wěn)定性會(huì)受到破壞。
[0005] 在高密度鉆井液中，合理的固相粒度級(jí)配對(duì)鉆井液的流變性、穩(wěn)定性和濾失性都 有影響。當(dāng)加重劑顆粒較粗且粒徑分布窄時(shí)，沉降速度大，懸浮穩(wěn)定性變差，且顆粒間搭橋 嚴(yán)重，造成鉆井液摩阻上升；加重劑中細(xì)顆粒過多時(shí)，比表面巨大，表面效應(yīng)嚴(yán)重，流動(dòng)性變 差；當(dāng)體系中加重劑粒度分布合理，細(xì)顆粒分布于粗顆粒之間，連同處理劑的作用，可減輕 粗顆粒間搭橋造成的摩阻效應(yīng)，有助于流動(dòng)改善。因此，通過合理的粒度級(jí)配滿足顆粒密致 堆積、減小堆積體積、增加有效加重密度，改善鉆井液的流變性、穩(wěn)定性。國外在高密度鉆井 液的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用了顆粒級(jí)配技術(shù)，優(yōu)選加重劑的粒度分布，來控制高密度鉆井液流變性。
[0006] US2007105724公開了用特定粒徑分布的加重劑能夠提高鉆井液的密度和懸浮穩(wěn) 定性，主要解決高密度鉆井液中加重材料沉降的問題，但對(duì)高密度鉆井液流變性改善的效 果不明顯。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于高密度鉆井液的加重劑及其制法和含有該加重 劑的鉆井液，致力于通過對(duì)加重材料進(jìn)行合理的粒度級(jí)配，從而改善高密度鉆井液的流變 性和沉降穩(wěn)定性，提高動(dòng)切力，改善鉆井液的攜巖能力，降低高密度鉆井液的使用難度和成 本。
[0008] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于高密度鉆井液的加重劑，所述加重劑包括顆 粒粒徑小于20 μ m的加重材料和顆粒粒徑在20和25 μ m之間的加重材料；按重量百分比 計(jì)，其中所述顆粒粒徑小于20 μ m的加重材料的用量為加重劑總重量的21?100%，所述顆 粒粒徑在20和25 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的0?79%。其中，優(yōu)選地，所 述顆粒粒徑小于20 μ m的加重材料的用量為加重劑總重量的90?94%，所述顆粒粒徑在20 和25 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的6?10%。更優(yōu)選地，所述顆粒粒徑小于 20 μ m的加重材料的用量為加重劑總重量的92?94%，所述顆粒粒徑在20和25 μ m之間的 加重材料的用量為加重劑總重量的6?8%。
[0009] 進(jìn)一步地，所述加重劑還可包括顆粒粒徑在25和37 μ m之間的加重材料；按重量 百分比計(jì)，其中，所述顆粒粒徑小于20 μ m的加重材料的用量為加重劑總重量的21?90%， 所述顆粒粒徑在20和25 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的0?45%，所述顆粒 粒徑在25和37 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的10?34%。優(yōu)選地，所述顆 粒粒徑小于20 μ m的加重材料的用量為加重劑總重量的60?64%，所述顆粒粒徑在20和 25 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的3?7%，所述顆粒粒徑在25和37 μ m之間 的加重材料的用量為加重劑總重量的30?34%，更優(yōu)選地，所述顆粒粒徑小于20 μ m的加重 材料的用量為加重劑總重量的62?64%，所述顆粒粒徑在20和25 μ m之間的加重材料的用 量為加重劑總重量的3?6%，所述顆粒粒徑在25和37 μ m之間的加重材料的用量為加重劑 總重量的30?33%。
[0010] 進(jìn)一步地,所述加重劑還可包括顆粒粒徑在37和53 μ m之間的加重材料；按重量 百分比計(jì)，其中，所述顆粒粒徑小于20 μ m的加重材料的用量為加重劑總重量的21?76%， 所述顆粒粒徑在20和25 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的0?13%，所述顆粒 粒徑在25和37 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的10?34%，所述顆粒粒徑在37 和53 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的14?32%。優(yōu)選地，所述顆粒粒徑小于 20 μ m的加重材料的用量為加重劑總重量的41?45%，所述顆粒粒徑在20和25 μ m之間的 加重材料的用量為加重劑總重量的2?6%，所述顆粒粒徑在25和37 μ m之間的加重材料的 用量為加重劑總重量的21?25%，所述顆粒粒徑在37和53 μ m之間的加重材料的用量為加 重劑總重量的28?32%。更優(yōu)選地，所述顆粒粒徑小于20 μ m的加重材料的用量為加重劑 總重量的43?45%，所述顆粒粒徑在20和25 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的 2?4%，所述顆粒粒徑在25和37 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的23?25%， 所述顆粒粒徑在37和53 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的28?30%。
[0011] 進(jìn)一步地,所述加重劑還可包括顆粒粒徑在53和75μπι之間的加重材料；其中，按 重量百分比計(jì)，所述顆粒粒徑小于20 μ m的加重材料的用量為加重劑總重量的21?56%，所 述顆粒粒徑在20和25 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的0?10%，所述顆粒粒 徑在25和37 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的10?34%，所述顆粒粒徑在37和 53 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的14?32%，所述顆粒粒徑在53和75 μ m之 間的加重材料的用量為加重劑總重量的20?31%。其中，優(yōu)選地，所述顆粒粒徑小于20 μ m 的加重材料的用量為加重劑總重量的28?32%，所述顆粒粒徑在20和25 μ m之間的加重材 料的用量為加重劑總重量的1?5%，所述顆粒粒徑在25和37 μ m之間的加重材料的用量為 加重劑總重量的14?18%，所述顆粒粒徑在37和53 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總 重量的19?23%，所述顆粒粒徑在53和75 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的 27?31%。更優(yōu)選地，其中，所述顆粒粒徑小于20 μ m的加重材料的用量為加重劑總重量的 28?30%，所述顆粒粒徑在20和25 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的3?5%， 所述顆粒粒徑在25和37 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的14?16%，所述顆粒 粒徑在37和53 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的21?23%，所述顆粒粒徑在 53和75 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的28?30%。
[0012] 進(jìn)一步地，所述加重劑還可包括顆粒粒徑在75和100 μ m之間的加重材料；其中， 按重量百分比計(jì)，所述顆粒粒徑小于20 μ m的加重材料的用量為加重劑總重量的21?35%， 所述顆粒粒徑在20和25 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的0?10%，所述顆粒 粒徑在25和37 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的10?24%，所述顆粒粒徑在37 和53 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的14?28%，所述顆粒粒徑在53和75 μ m 之間的加重材料的用量為加重劑總重量的20?31%，所述顆粒粒徑在75和100 μ m之間的 加重材料的用量為加重劑總重量的21?29%。其中，優(yōu)選地，所述顆粒粒徑小于20 μ m的加 重材料的用量為加重劑總重量的21?25%，所述顆粒粒徑在20和25 μ m之間的加重材料的 用量為加重劑總重量的〇?4%，所述顆粒粒徑在25和37 μ m之間的加重材料的用量為加重 劑總重量的10?14%，所述顆粒粒徑在37和53 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量 的14?18%，所述顆粒粒徑在53和75 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的20? 24%，所述顆粒粒徑在75和100 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的23?27%。更 優(yōu)選地,所述顆粒粒徑小于20 μ m的加重材料的用量為加重劑總重量的23?25%，所述顆粒 粒徑在20和25 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的2?4%，所述顆粒粒徑在25 和37 μ m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的10?12%，所述顆粒粒徑在37和53 μ m 之間的加重材料的用量為加重劑總重量的14?16%，所述顆粒粒徑在53和75 μ m之間的加 重材料的用量為加重劑總重量的22?24%，所述顆粒粒徑在75和100 μ m之間的加重材料 的用量為加重劑總重量的23?25%。
[0013] 其中，所述加重材料選自重晶石、改性重晶石、鐵礦粉、活化鐵礦粉、錳礦粉、碳酸 鈣、碳酸鋇、方鉛礦粉中的至少一種，優(yōu)選重晶石。
[0014] 本發(fā)明的加重劑可按本領(lǐng)域常用的制備方法進(jìn)行制備，也可以按下述方法進(jìn)行制 備：按所述用量分別準(zhǔn)備不同顆粒粒徑范圍的加重材料；再將所述加重材料混合均勻，即 得。
[0015] 本發(fā)明的目的之二是提供含有所述用于高密度鉆井液的加重劑的鉆井液。
[0016] 所述鉆井液可以采用本領(lǐng)域常用方法進(jìn)行制備，具體可用如下方法進(jìn)行制備：在 6000?12000轉(zhuǎn)高速攪拌下，向基液中緩慢加入本發(fā)明的加重劑，攪拌均勻后即配制成高 密度鉆井液。
[0017] 一般情況下，計(jì)算加重鉆井液所需加重劑的用量可采用以下公式：
[0018]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于高密度鉆井液的加重劑，其特征在于： 所述加重劑包括顆粒粒徑小于20 ii m的加重材料和顆粒粒徑在20和25 ii m之間的加 重材料；按重量百分比計(jì)，其中所述顆粒粒徑小于20 iim的加重材料的用量為加重劑總重 量的21?100%，所述顆粒粒徑在20和25 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的0? 79%。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于高密度鉆井液的加重劑，其特征在于： 按重量百分比計(jì)，所述顆粒粒徑小于20 y m的加重材料的用量為加重劑總重量的90? 94%，所述顆粒粒徑在20和25 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的6?10%。
3. 如權(quán)利要求1所述的用于高密度鉆井液的加重劑，其特征在于： 所述加重劑還包括顆粒粒徑在25和37 y m之間的加重材料；其中，按重量百分比計(jì)，所 述顆粒粒徑小于20 ii m的加重材料的用量為加重劑總重量的21?90%，所述顆粒粒徑在20 和25 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的0?45%，所述顆粒粒徑在25和37 ii m 之間的加重材料的用量為加重劑總重量的10?34%。
4. 如權(quán)利要求3所述的用于高密度鉆井液的加重劑，其特征在于： 按重量百分比計(jì)，所述顆粒粒徑小于20 y m的加重材料的用量為加重劑總重量的60? 64%，所述顆粒粒徑在20和25 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的3?7%，所述顆 粒粒徑在25和37 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的30?34%。
5. 如權(quán)利要求3所述的用于高密度鉆井液的加重劑，其特征在于： 所述加重劑還包括顆粒粒徑在37和53 之間的加重材料；按重量百分比計(jì)，其中，所 述顆粒粒徑小于20 ii m的加重材料的用量為加重劑總重量的21?76%，所述顆粒粒徑在20 和25 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的0?13%，所述顆粒粒徑在25和37 ii m 之間的加重材料的用量為加重劑總重量的10?34%，所述顆粒粒徑在37和53 ii m之間的加 重材料的用量為加重劑總重量的14?32%。
6. 如權(quán)利要求5所述的用于高密度鉆井液的加重劑，其特征在于： 按重量百分比計(jì)，所述顆粒粒徑小于20 y m的加重材料的用量為加重劑總重量的41? 45%，所述顆粒粒徑在20和25 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的2?6%，所述顆 粒粒徑在25和37 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的21?25%，所述顆粒粒徑在 37和53 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的28?32%。
7. 如權(quán)利要求5所述的用于高密度鉆井液的加重劑，其特征在于： 所述加重劑還包括顆粒粒徑在53和75 之間的加重材料；按重量百分比計(jì)，其中，所 述顆粒粒徑小于20 ii m的加重材料的用量為加重劑總重量的21?56%，所述顆粒粒徑在20 和25 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的0?10%，所述顆粒粒徑在25和37 ii m 之間的加重材料的用量為加重劑總重量的10?34%，所述顆粒粒徑在37和53 ii m之間的加 重材料的用量為加重劑總重量的14?32%，所述顆粒粒徑在53和75 ii m之間的加重材料的 用量為加重劑總重量的20?31%。
8. 如權(quán)利要求7所述的用于高密度鉆井液的加重劑，其特征在于： 按重量百分比計(jì)，所述顆粒粒徑小于20 y m的加重材料的用量為加重劑總重量的28? 32%，所述顆粒粒徑在20和25 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的1?5%，所述顆 粒粒徑在25和37 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的14?18%，所述顆粒粒徑 在37和53 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的19?23%，所述顆粒粒徑在53和 75 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的27?31%。
9. 如權(quán)利要求7所述的用于高密度鉆井液的加重劑，其特征在于： 所述加重劑還包括顆粒粒徑在75和lOOym之間的加重材料；按重量百分比計(jì)，其中， 所述顆粒粒徑小于20 ii m的加重材料的用量為加重劑總重量的21?35%，所述顆粒粒徑在 20和25 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的0?10%，所述顆粒粒徑在25和37 ii m 之間的加重材料的用量為加重劑總重量的10?24%，所述顆粒粒徑在37和53 ii m之間的加 重材料的用量為加重劑總重量的14?28%，所述顆粒粒徑在53和75 ii m之間的加重材料的 用量為加重劑總重量的20?31%，所述顆粒粒徑在75和100 ii m之間的加重材料的用量為 加重劑總重量的21?29%。
10. 如權(quán)利要求9所述的用于高密度鉆井液的加重劑，其特征在于： 按重量百分比計(jì)，所述顆粒粒徑小于20 y m的加重材料的用量為加重劑總重量的21? 25%，所述顆粒粒徑在20和25 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的0?4%，所述顆 粒粒徑在25和37 iim之間的加重材料的用量為加重劑總重量的10?14%，所述顆粒粒徑 在37和53 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的14?18%，所述顆粒粒徑在53和 75 ii m之間的加重材料的用量為加重劑總重量的20?24%，所述顆粒粒徑在75和100 ii m 之間的加重材料的用量為加重劑總重量的23?27%。
11. 如權(quán)利要求1?10之一所述的用于高密度鉆井液的加重劑，其特征在于： 所述加重材料選自重晶石、改性重晶石、鐵礦粉、活化鐵礦粉、錳礦粉、碳酸鈣、碳酸鋇、 方鉛礦粉中的至少一種。
12. 如權(quán)利要求1?11之一所述的用于高密度鉆井液的加重劑的制備方法，包括以下 步驟： 1) 按所述用量分別準(zhǔn)備不同顆粒粒徑范圍的加重材料； 2) 將所述加重材料混合均勻，即得。
13. 含有如權(quán)利要求1?11之一所述的用于高密度鉆井液的加重劑的鉆井液。
【文檔編號(hào)】C09K8/03GK104371673SQ201310349412
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】薛玉志, 李勝, 董曉強(qiáng), 王琳, 林永學(xué), 任立偉, 李濤, 楊小華 申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院