一种用于高密度钻井液的加重剂及其制法和含有该加重剂的钻井液的制作方法
【专利摘要】本发明涉及石油钻井领域的钻井液所用的加重剂，具体是涉及一种用于高密度钻井液的加重剂及其制法和含有该加重剂的钻井液；本发明所述加重剂包括不同粒径级配的加重材料；可包括颗粒粒径在75和100μm之间、颗粒粒径在53和75μm之间、颗粒粒径在37和53μm之间、颗粒粒径在25和37μm之间，颗粒粒径在20和25μm之间及颗粒粒径小于20μm的加重材料。以本发明的粒度级配的加重材料制备的加重剂进一步应用到高密度钻井液中，可以使钻井液塑性粘度降低，动切力增高，高温老化具有良好的沉降稳定性，有利于钻井液高温高压滤失量的控制和降低高密度钻井液的当量循环密度。
【专利说明】一种用于高密度钻井液的加重剂及其制法和含有该加重剂 的钻井液
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油钻井领域的钻井液所用的加重剂，进一步地说，是涉及一种用于 高密度钻井液的加重剂及其制法和含有该加重剂的钻井液。
【背景技术】
[0002] 随着油气勘探向深层和复杂地层的发展，油气埋藏越来越深，地层压力系数越来 越高，钻遇的超高压气层、盐水层越多，高密度钻井液的应用范围越来越广。
[0003] 高密度钻井液体系属于较稠的胶体悬浮体系，具有固相含量大、固相颗粒的分散 程度高、钻井液体系中自由水量少、钻屑的侵入和积累不易清除的特点，对外来物质(地层 水、盐、钻屑等）的侵污敏感，在深井高温高压条件下流变性容易失控，影响钻速、泵压、排 量、岩屑的携带与悬浮等，而且维护其流变性的稳定比普通低密度钻井液更加困难。
[0004] 高密度钻井液流变性控制困难，主要是因为：（1)加重材料的体积分数占钻井液 总体积的比例高，使其在钻井液中易聚结和沉淀，严重影响钻井液流变性，导致滤饼质量 差，粘附系数大，易造成卡钻事故；（2)钻遇泥页岩地层和其他易水化地层时，大量低密度 钻屑及粘土侵入钻井液中，造成钻井液的固相含量进一步增加，而且这些有害固相难以清 除，使钻井液的粘度和切力急剧上升；（3)作业层位较深，起下钻时间长，钻井液在静置过 程中若受到盐水侵，沉降稳定性会受到破坏。
[0005] 在高密度钻井液中，合理的固相粒度级配对钻井液的流变性、稳定性和滤失性都 有影响。当加重剂颗粒较粗且粒径分布窄时，沉降速度大，悬浮稳定性变差，且颗粒间搭桥 严重，造成钻井液摩阻上升；加重剂中细颗粒过多时，比表面巨大，表面效应严重，流动性变 差；当体系中加重剂粒度分布合理，细颗粒分布于粗颗粒之间，连同处理剂的作用，可减轻 粗颗粒间搭桥造成的摩阻效应，有助于流动改善。因此，通过合理的粒度级配满足颗粒密致 堆积、减小堆积体积、增加有效加重密度，改善钻井液的流变性、稳定性。国外在高密度钻井 液的设计中，应用了颗粒级配技术，优选加重剂的粒度分布，来控制高密度钻井液流变性。
[0006] US2007105724公开了用特定粒径分布的加重剂能够提高钻井液的密度和悬浮稳 定性，主要解决高密度钻井液中加重材料沉降的问题，但对高密度钻井液流变性改善的效 果不明显。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种用于高密度钻井液的加重剂及其制法和含有该加重 剂的钻井液，致力于通过对加重材料进行合理的粒度级配，从而改善高密度钻井液的流变 性和沉降稳定性，提高动切力，改善钻井液的携岩能力，降低高密度钻井液的使用难度和成 本。
[0008] 本发明的目的之一在于提供一种用于高密度钻井液的加重剂，所述加重剂包括颗 粒粒径小于20 μ m的加重材料和颗粒粒径在20和25 μ m之间的加重材料；按重量百分比 计，其中所述颗粒粒径小于20 μ m的加重材料的用量为加重剂总重量的21?100%，所述颗 粒粒径在20和25 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的0?79%。其中，优选地，所 述颗粒粒径小于20 μ m的加重材料的用量为加重剂总重量的90?94%，所述颗粒粒径在20 和25 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的6?10%。更优选地，所述颗粒粒径小于 20 μ m的加重材料的用量为加重剂总重量的92?94%，所述颗粒粒径在20和25 μ m之间的 加重材料的用量为加重剂总重量的6?8%。
[0009] 进一步地，所述加重剂还可包括颗粒粒径在25和37 μ m之间的加重材料；按重量 百分比计，其中，所述颗粒粒径小于20 μ m的加重材料的用量为加重剂总重量的21?90%， 所述颗粒粒径在20和25 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的0?45%，所述颗粒 粒径在25和37 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的10?34%。优选地，所述颗 粒粒径小于20 μ m的加重材料的用量为加重剂总重量的60?64%，所述颗粒粒径在20和 25 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的3?7%，所述颗粒粒径在25和37 μ m之间 的加重材料的用量为加重剂总重量的30?34%，更优选地，所述颗粒粒径小于20 μ m的加重 材料的用量为加重剂总重量的62?64%，所述颗粒粒径在20和25 μ m之间的加重材料的用 量为加重剂总重量的3?6%，所述颗粒粒径在25和37 μ m之间的加重材料的用量为加重剂 总重量的30?33%。
[0010] 进一步地,所述加重剂还可包括颗粒粒径在37和53 μ m之间的加重材料；按重量 百分比计，其中，所述颗粒粒径小于20 μ m的加重材料的用量为加重剂总重量的21?76%， 所述颗粒粒径在20和25 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的0?13%，所述颗粒 粒径在25和37 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的10?34%，所述颗粒粒径在37 和53 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的14?32%。优选地，所述颗粒粒径小于 20 μ m的加重材料的用量为加重剂总重量的41?45%，所述颗粒粒径在20和25 μ m之间的 加重材料的用量为加重剂总重量的2?6%，所述颗粒粒径在25和37 μ m之间的加重材料的 用量为加重剂总重量的21?25%，所述颗粒粒径在37和53 μ m之间的加重材料的用量为加 重剂总重量的28?32%。更优选地，所述颗粒粒径小于20 μ m的加重材料的用量为加重剂 总重量的43?45%，所述颗粒粒径在20和25 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的 2?4%，所述颗粒粒径在25和37 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的23?25%， 所述颗粒粒径在37和53 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的28?30%。
[0011] 进一步地,所述加重剂还可包括颗粒粒径在53和75μπι之间的加重材料；其中，按 重量百分比计，所述颗粒粒径小于20 μ m的加重材料的用量为加重剂总重量的21?56%，所 述颗粒粒径在20和25 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的0?10%，所述颗粒粒 径在25和37 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的10?34%，所述颗粒粒径在37和 53 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的14?32%，所述颗粒粒径在53和75 μ m之 间的加重材料的用量为加重剂总重量的20?31%。其中，优选地，所述颗粒粒径小于20 μ m 的加重材料的用量为加重剂总重量的28?32%，所述颗粒粒径在20和25 μ m之间的加重材 料的用量为加重剂总重量的1?5%，所述颗粒粒径在25和37 μ m之间的加重材料的用量为 加重剂总重量的14?18%，所述颗粒粒径在37和53 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总 重量的19?23%，所述颗粒粒径在53和75 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的 27?31%。更优选地，其中，所述颗粒粒径小于20 μ m的加重材料的用量为加重剂总重量的 28?30%，所述颗粒粒径在20和25 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的3?5%， 所述颗粒粒径在25和37 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的14?16%，所述颗粒 粒径在37和53 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的21?23%，所述颗粒粒径在 53和75 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的28?30%。
[0012] 进一步地，所述加重剂还可包括颗粒粒径在75和100 μ m之间的加重材料；其中， 按重量百分比计，所述颗粒粒径小于20 μ m的加重材料的用量为加重剂总重量的21?35%， 所述颗粒粒径在20和25 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的0?10%，所述颗粒 粒径在25和37 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的10?24%，所述颗粒粒径在37 和53 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的14?28%，所述颗粒粒径在53和75 μ m 之间的加重材料的用量为加重剂总重量的20?31%，所述颗粒粒径在75和100 μ m之间的 加重材料的用量为加重剂总重量的21?29%。其中，优选地，所述颗粒粒径小于20 μ m的加 重材料的用量为加重剂总重量的21?25%，所述颗粒粒径在20和25 μ m之间的加重材料的 用量为加重剂总重量的〇?4%，所述颗粒粒径在25和37 μ m之间的加重材料的用量为加重 剂总重量的10?14%，所述颗粒粒径在37和53 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量 的14?18%，所述颗粒粒径在53和75 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的20? 24%，所述颗粒粒径在75和100 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的23?27%。更 优选地,所述颗粒粒径小于20 μ m的加重材料的用量为加重剂总重量的23?25%，所述颗粒 粒径在20和25 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的2?4%，所述颗粒粒径在25 和37 μ m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的10?12%，所述颗粒粒径在37和53 μ m 之间的加重材料的用量为加重剂总重量的14?16%，所述颗粒粒径在53和75 μ m之间的加 重材料的用量为加重剂总重量的22?24%，所述颗粒粒径在75和100 μ m之间的加重材料 的用量为加重剂总重量的23?25%。
[0013] 其中，所述加重材料选自重晶石、改性重晶石、铁矿粉、活化铁矿粉、锰矿粉、碳酸 钙、碳酸钡、方铅矿粉中的至少一种，优选重晶石。
[0014] 本发明的加重剂可按本领域常用的制备方法进行制备，也可以按下述方法进行制 备：按所述用量分别准备不同颗粒粒径范围的加重材料；再将所述加重材料混合均匀，即 得。
[0015] 本发明的目的之二是提供含有所述用于高密度钻井液的加重剂的钻井液。
[0016] 所述钻井液可以采用本领域常用方法进行制备，具体可用如下方法进行制备：在 6000?12000转高速搅拌下，向基液中缓慢加入本发明的加重剂，搅拌均匀后即配制成高 密度钻井液。
[0017] 一般情况下，计算加重钻井液所需加重剂的用量可采用以下公式：
[0018]
【权利要求】
1. 一种用于高密度钻井液的加重剂，其特征在于： 所述加重剂包括颗粒粒径小于20 ii m的加重材料和颗粒粒径在20和25 ii m之间的加 重材料；按重量百分比计，其中所述颗粒粒径小于20 iim的加重材料的用量为加重剂总重 量的21?100%，所述颗粒粒径在20和25 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的0? 79%。
2. 如权利要求1所述的用于高密度钻井液的加重剂，其特征在于： 按重量百分比计，所述颗粒粒径小于20 y m的加重材料的用量为加重剂总重量的90? 94%，所述颗粒粒径在20和25 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的6?10%。
3. 如权利要求1所述的用于高密度钻井液的加重剂，其特征在于： 所述加重剂还包括颗粒粒径在25和37 y m之间的加重材料；其中，按重量百分比计，所 述颗粒粒径小于20 ii m的加重材料的用量为加重剂总重量的21?90%，所述颗粒粒径在20 和25 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的0?45%，所述颗粒粒径在25和37 ii m 之间的加重材料的用量为加重剂总重量的10?34%。
4. 如权利要求3所述的用于高密度钻井液的加重剂，其特征在于： 按重量百分比计，所述颗粒粒径小于20 y m的加重材料的用量为加重剂总重量的60? 64%，所述颗粒粒径在20和25 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的3?7%，所述颗 粒粒径在25和37 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的30?34%。
5. 如权利要求3所述的用于高密度钻井液的加重剂，其特征在于： 所述加重剂还包括颗粒粒径在37和53 之间的加重材料；按重量百分比计，其中，所 述颗粒粒径小于20 ii m的加重材料的用量为加重剂总重量的21?76%，所述颗粒粒径在20 和25 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的0?13%，所述颗粒粒径在25和37 ii m 之间的加重材料的用量为加重剂总重量的10?34%，所述颗粒粒径在37和53 ii m之间的加 重材料的用量为加重剂总重量的14?32%。
6. 如权利要求5所述的用于高密度钻井液的加重剂，其特征在于： 按重量百分比计，所述颗粒粒径小于20 y m的加重材料的用量为加重剂总重量的41? 45%，所述颗粒粒径在20和25 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的2?6%，所述颗 粒粒径在25和37 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的21?25%，所述颗粒粒径在 37和53 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的28?32%。
7. 如权利要求5所述的用于高密度钻井液的加重剂，其特征在于： 所述加重剂还包括颗粒粒径在53和75 之间的加重材料；按重量百分比计，其中，所 述颗粒粒径小于20 ii m的加重材料的用量为加重剂总重量的21?56%，所述颗粒粒径在20 和25 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的0?10%，所述颗粒粒径在25和37 ii m 之间的加重材料的用量为加重剂总重量的10?34%，所述颗粒粒径在37和53 ii m之间的加 重材料的用量为加重剂总重量的14?32%，所述颗粒粒径在53和75 ii m之间的加重材料的 用量为加重剂总重量的20?31%。
8. 如权利要求7所述的用于高密度钻井液的加重剂，其特征在于： 按重量百分比计，所述颗粒粒径小于20 y m的加重材料的用量为加重剂总重量的28? 32%，所述颗粒粒径在20和25 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的1?5%，所述颗 粒粒径在25和37 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的14?18%，所述颗粒粒径 在37和53 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的19?23%，所述颗粒粒径在53和 75 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的27?31%。
9. 如权利要求7所述的用于高密度钻井液的加重剂，其特征在于： 所述加重剂还包括颗粒粒径在75和lOOym之间的加重材料；按重量百分比计，其中， 所述颗粒粒径小于20 ii m的加重材料的用量为加重剂总重量的21?35%，所述颗粒粒径在 20和25 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的0?10%，所述颗粒粒径在25和37 ii m 之间的加重材料的用量为加重剂总重量的10?24%，所述颗粒粒径在37和53 ii m之间的加 重材料的用量为加重剂总重量的14?28%，所述颗粒粒径在53和75 ii m之间的加重材料的 用量为加重剂总重量的20?31%，所述颗粒粒径在75和100 ii m之间的加重材料的用量为 加重剂总重量的21?29%。
10. 如权利要求9所述的用于高密度钻井液的加重剂，其特征在于： 按重量百分比计，所述颗粒粒径小于20 y m的加重材料的用量为加重剂总重量的21? 25%，所述颗粒粒径在20和25 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的0?4%，所述颗 粒粒径在25和37 iim之间的加重材料的用量为加重剂总重量的10?14%，所述颗粒粒径 在37和53 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的14?18%，所述颗粒粒径在53和 75 ii m之间的加重材料的用量为加重剂总重量的20?24%，所述颗粒粒径在75和100 ii m 之间的加重材料的用量为加重剂总重量的23?27%。
11. 如权利要求1?10之一所述的用于高密度钻井液的加重剂，其特征在于： 所述加重材料选自重晶石、改性重晶石、铁矿粉、活化铁矿粉、锰矿粉、碳酸钙、碳酸钡、 方铅矿粉中的至少一种。
12. 如权利要求1?11之一所述的用于高密度钻井液的加重剂的制备方法，包括以下 步骤： 1) 按所述用量分别准备不同颗粒粒径范围的加重材料； 2) 将所述加重材料混合均匀，即得。
13. 含有如权利要求1?11之一所述的用于高密度钻井液的加重剂的钻井液。
【文档编号】C09K8/03GK104371673SQ201310349412
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】薛玉志, 李胜, 董晓强, 王琳, 林永学, 任立伟, 李涛, 杨小华 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院