[发明专利]超高温水基钻井液用改性硫酸钡加重剂及其制备方法以及超高温水基钻井液

说明书

本发明涉及油田化学领域，公开了一种超高温水基钻井液用改性硫酸钡加重剂及其制备方法以及超高温水基钻井液。所述改性硫酸钡加重剂包括硫酸钡以及负载在所述硫酸钡上的无定形碳，且以所述改性硫酸钡加重剂的总重量为基准，所述无定形碳以碳元素计的含量为2‑20重量％。所述改性硫酸钡加重剂具有优良的分散稳定性和较高的zeta电位绝对值。

技术领域

本发明涉及油田化学领域，具体涉及一种超高温水基钻井液用改性硫酸钡加重剂及其制备方法以及超高温水基钻井液。

背景技术

目前全世界范围内中浅层的石油资源日渐枯竭，深层、超深层的油气资源成为重要的接替领域。深层、超深层油气资源钻探过程中对钻井液提出更高的性能要求。其中，超高温高密度条件下水基钻井液流变性和沉降稳定性的调控是最为突出的问题。常规API重晶石在使用过程中常常会出现流变性难以控制，超高温条件下处理剂失效导致的沉降和卡钻等严重问题。

由于高密度钻井液中加重剂所占的比例非常高(重晶石体积分数甚至可达50％以上)，加重材料及部分钻屑在高温高压环境下受到长期的高剪切作用及钻头的研磨作用，导致钻井液中细微颗粒增多，流变性极难控制。目前主要通过加入水进行稀释，或者通过加入处理剂降低粘度来改善钻井液的流变性，但由此带来的问题是钻井液结构强度和悬浮重晶石等加重剂的能力变弱，部分重晶石出现沉降，甚至威胁到钻井施工安全。极端情况下出现“加重—增稠—降黏处理—加重剂沉淀—密度下降—再次加重”的恶性循环，从而诱发井下复杂情况。

硫酸钡(重晶石)是一种天然形成的白色无机盐，为中性体质填料，相对密度为4.3-4.7g/cm³，具有耐腐蚀性，被广泛应用于钻井液中调节密度。为了改善重晶石在钻井液中的分散稳定性，根据胶体与界面化学理论，目前主要采用不同的分散剂对其进行表面改性，如偶联剂、表面活性剂、聚合物类分散剂和有机硅类等。

其中，偶联剂分子中的一部分基团可与粉体表面的各种官能团反应，形成强有力的化学键，另一部分基团可与有机高聚物发生某些化学反应或物理缠绕，从而将两种性质差异很大的材料牢固地结合起来，改善重晶石粉体的分散稳定性。

其中，表面活性剂分子上的羧基、醚基、氨基等极性基团，可与重晶石表面发生物理化学吸附或化学反应，达到提高重晶石分散稳定性的目的。

其中，聚合物类分散剂通过聚合物链段的一端或两端锚定在颗粒表面上，形成空间稳定化屏障，使重晶石颗粒分散均匀。高分子有机硅是以硅氧键链为骨架，硅原子上接有有机基团的一类聚合物，其无机骨架有很高的结构稳定性和使有机侧基呈低表面取向的柔曲性，吸附于重晶石颗粒表面，可有效防止重晶石颗粒结块。

上述不同的改性剂在一定程度上提高了重晶石的分散稳定性，然而，在超高温条件下，大部分处理剂会因高温作用而发生热降解或者热氧化降解，并且高温促进了分散剂在重晶石颗粒表面的解吸附，由此导致重晶石在超高温条件下更易发生聚结，形成网架结构，恶化钻井液的流变性和沉降稳定性。

因此，寻求新的方法和手段改善超高温条件下重晶石的分散稳定性是当前的研究重点和难点。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中水基钻井液用加重剂在超高温条件下分散、悬浮性能差的问题，提供一种超高温水基钻井液用改性硫酸钡加重剂及其制备方法以及超高温水基钻井液，所述改性硫酸钡加重剂在220℃高温热滚后，仍具有优良的分散稳定性，以及所述改性硫酸钡加重剂的zeta电位绝对值显著提高。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种改性硫酸钡加重剂，其中，所述改性硫酸钡加重剂包括硫酸钡以及负载在所述硫酸钡上的无定形碳，且以所述改性硫酸钡加重剂的总重量为基准，所述无定形碳以碳元素计的含量为2-20重量％。

本发明第二方面提供了一种前述所述的改性硫酸钡加重剂的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将硫酸盐和钡盐在富氨溶剂中进行接触，得到硫酸钡；