阅读说明：本技术 高密度抗高温油基钻完井液 (High-density high-temperature-resistant oil-based drilling and completion fluid ) 是由 孟虎 陈亚宁 谷团 冯伟 杨涛 王家锦 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高密度抗高温油基钻完井液,其按重量份计主要包括如下组分：基油80～100份,有机土0.5～6份,乳化剂1～2份,润湿剂2～3份,碱度调节剂1～5份,抗高温提切剂0.5～2份,抗高温降滤失剂1～3份以及加重剂30～60份；其中,所述加重剂为改性重晶石微粉,所述改性重晶石微粉的制备方法是,首先将碳微米管进行处理使其成为内亲水外亲油的碳微米管,然后将其与微米级得重晶石微粉混合超声,使所述内亲水外亲油的碳微米管包裹住重晶石微粉,制得本发明所述加重剂。本发明针对超深井、高温井、高密度井使用,最高可抗温240℃,密度最高可调整至2.6g/cm<Sup>3</Sup>,且性能优良。(The invention discloses a high-density high-temperature-resistant oil-based drilling and completion fluid which mainly comprises the following components in parts by weight: 80-100 parts of base oil, 0.5-6 parts of organic soil, 1-2 parts of emulsifier, 2-3 parts of wetting agent, 1-5 parts of alkalinity regulator, 0.5-2 parts of high-temperature resistant shear promoter, 1-3 parts of high-temperature resistant filtrate reducer and 30-60 parts of weighting agent; the weighting agent is modified barite micro powder, and the preparation method of the modified barite micro powder comprises the steps of firstly processing a carbon micron tube to form a carbon micron tube with hydrophilic inside and lipophilic outside, and then mixing the carbon micron tube with micron-sized barite micro powder for ultrasonic treatment to enable the carbon micron tube with hydrophilic inside and lipophilic outside to wrap the barite micro powder, so that the weighting agent is prepared. The invention is used for ultra-deep wells, high-temperature wells and high-density wells, can resist the temperature of 240 ℃ at most, and can adjust the density to 2.6g/cm at most 3 And has excellent performance.)

高密度抗高温油基钻完井液

技术领域

本发明涉及石油工程油田化学技术领域。更具体地说，本发明涉及一种高密度抗高温油基钻完井液。

背景技术

随着世界对石油资源的需求持续增加和常规易开采石油资源进一步被开发，石油资源的勘探开发向高温、高压等高难度区域发展。油基钻完井液由于优良的抑制性、润滑性、热稳定性、抗污染性和储层保护等性能，目前已成为超深井、高温井、高密度井等复杂结构井的钻井过程中的首选。

高密度钻完井液可以压住地层，维护井壁稳定防止溢流、井喷等事故的发生，因此，高密度钻完井液对于深部地层油气藏的勘探开发有着十分重要意义。高温会使钻完井液发酵、增稠及失效，从而使钻完井液的性能发生剧变，并且不易调整和控制，严重时将导致钻井作业无法正常进行。使用重晶石作为加重材料的常规钻完井液在高温高压井中作业时，由于重晶石表面亲水疏油，在油基钻完井液中容易产生团聚沉降，沉降在井底的重晶石增加了钻井难度，严重影响钻井进度，重晶石也被大量浪费，增加了钻井成本。因此解决重晶石在油中沉降的问题，使其在较长一段时间内仍能很好的分散在油中，显得尤为重要。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种高密度抗高温油基钻完井液，其利用内亲水外亲油的碳微米管包裹住重晶石微粉，作为本发明的加重剂，使其适用于超深井、高温井、高密度井。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高密度抗高温油基钻完井液，按重量份计主要包括如下组分：基油80～100份，有机土0.5～6份，乳化剂1～2份，润湿剂2～3份，碱度调节剂1～5份，抗高温提切剂0.5～2份，抗高温降滤失剂1～3份以及加重剂30～60份；其中，所述加重剂为改性重晶石微粉，所述改性重晶石微粉的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将碳微米管和强氧化性酸按1:(0.1～10)的重量比混合，超声处理0.5～2h后加热至50～150℃，反应12～24h，过滤洗涤至混合物呈中性，真空干燥，继续添加亚硫酰氯，所述亚硫酰氯的重量为所述碳微米管的1～10倍，超声处理0.5～2h加热至30～100℃，搅拌回流下反应24～36h，抽滤洗涤，制得酰化碳微米管；

步骤二、将所述步骤一制得的酰化碳微米管与乙二醇按1:50的重量比混合，密封后反复抽充氮气三次，超声处理0.5～2h后加热至30～120℃，反应12～30h，抽滤洗涤，真空干燥，再次添加α-溴代丁酰溴，所述α-溴代丁酰溴的重量为所述酰化碳微米管的1～10倍，密封后反复抽充氮气三次，超声处理0.5～2h后加热至50～150℃，反应20～30h，抽滤洗涤，真空干燥，制得表面带有引发集团的碳微米管；

步骤三、将所述步骤二制得的表面带有引发集团的碳微米管与氯化亚铜、四甲基乙二胺、二氯甲烷按重量比为1:(0.01～1):(0.01～5):(0～50)混合，密封后充氮气10～60min，加入丙烯酸叔丁酯单体，所述丙烯酸叔丁酯单体的重量为所述表面带有引发集团的碳微米管的1～20倍，继续充氮气10～60min，加热至80～150℃，体系粘度明显增加后停止反应，沉淀，将所述沉淀重溶，抽滤洗涤，真空干燥制得聚合度为5～200的聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳微米管；

步骤四、将所述步骤三制得的聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳微米管与氯化亚铜、四甲基乙二胺、二氯甲烷按重量比为1:(0.01～1):(0.01～5):(0～50)混合，密封后充氮气10～60min，加入苯乙烯单体，所述苯乙烯单体的重量为所述聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳微米管的1～5倍，继续充氮气10～60min，加热至80～150℃，体系粘度明显增加后停止反应，沉淀，将所述沉淀重溶，抽滤洗涤，真空干燥制得两嵌段高分子接枝的碳微米管；

步骤五、将所述步骤四制得的两嵌段高分子接枝的碳微米管与乙醇、盐酸按重量比为1:(0.1～50):(0.1～50)混合，密封反应12～30h，将溶剂和催化剂除去，得到内亲水外亲油型碳微米管，将所述内亲水外亲油型碳微米管与重晶石微粉按重量比为1:100混合于少量基油中，超声处理3～10h，最终制得本发明所述加重剂。

优选的是，所述碳微米管的管壁厚度为5～50nm，管径为100～500μm。

优选的是，所述重晶石微粉的平均粒径为10μm。

优选的是，所述的基油为白油、柴油、生物柴油或植物油中的一种或几种。

优选的是，所述的乳化剂为椰油脂肪酸二乙醇酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯醚、硬脂酸聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚类中的一种或几种。

优选的是，所述的润湿剂为油基钻完井液中常用的烷基苯磺酸盐类、高级脂肪酰胺磺酸盐类、油酸、环烷酸酰胺中的一种或几种。

优选的是，所述的碱度调节剂为氧化钙、氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或几种。

优选的是，所述抗高温提切剂包括黄原胶和羟乙基纤维素钠中的至少一种。

优选的是，所述抗高温降滤失剂包括羟乙基纤维素、聚阴离子纤维素、磺化酚醛树脂、磺化褐煤、褐煤树脂中的至少一种。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、本发明利用碳微米管，首先对其酸化和酰化处理后，再对其表面进行处理制得表面带有引发集团的碳微米管，然后利用原子转移自由基聚合反应引发丙烯酸叔丁酯单体聚合，再用原子转移自由基聚合反应继续引发苯乙烯单体聚合，得到两嵌段高分子接枝的碳微米管，然后对内层聚丙烯酸叔丁酯水解处理，使之具有亲水性，制得内亲水外亲油的碳微米管，其在溶剂中表现出独特的两亲性质；

第二、本发明利用制得的内亲水外亲油的碳微米管作为包裹材料，将其与重晶石微粉混合与油性介质中超声分散，使内亲水外亲油的碳微米管充分包裹重晶石微粉，制得本发明所述加重剂，以增加本发明体系的密度；

第三、本发明针对超深井、高温井、高密度井使用，最高可抗温240℃，密度最高可调整至2.6g/cm³，能够在钻完井过程中为压井、沉降、井径扩大、井壁失稳、防粘卡等复杂工况提供可靠的性能保障，且性能优良。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

<实例1>

高密度抗高温油基钻完井液，按重量份计主要包括如下组分：柴油100份，有机土3份，硬脂酸聚氧乙烯醚1份，环烷酸酰胺2份，氢氧化钠3份，黄原胶1份，羟乙基纤维素2份以及加重剂50份；其中，所述加重剂为改性重晶石微粉，所述改性重晶石微粉的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将管壁厚度为10nm，管径为500μm的碳微米管和浓硝酸按1:8的重量比混合，超声处理0.5h后加热至120℃，反应24h，过滤洗涤至混合物呈中性，真空干燥，继续添加亚硫酰氯，所述亚硫酰氯的重量为所述碳微米管的6倍，超声处理0.5h加热至60℃，搅拌回流下反应24h，抽滤洗涤，制得酰化碳微米管；

步骤二、将所述步骤一制得的酰化碳微米管与乙二醇按1:50的重量比混合，密封后反复抽充氮气三次，超声处理0.5h后加热至100℃，反应24h，抽滤洗涤，真空干燥，再次添加与所述酰化碳微米管等量的α-溴代丁酰溴，密封后反复抽充氮气三次，超声处理0.5h后加热至50℃，反应20h，抽滤洗涤，真空干燥，制得表面带有引发集团的碳微米管；

步骤三、将所述步骤二制得的表面带有引发集团的碳微米管与氯化亚铜、四甲基乙二胺、二氯甲烷按重量比为1:0.5:0.7:10混合，密封后充氮气10min，加入丙烯酸叔丁酯单体，所述丙烯酸叔丁酯单体的重量为所述表面带有引发集团的碳微米管的5倍，继续充氮气10min，加热至100℃，体系粘度明显增加后停止反应，沉淀，将所述沉淀重溶，抽滤洗涤，真空干燥制得聚合度为50的聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳微米管；

步骤四、将所述步骤三制得的聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳微米管与氯化亚铜、四甲基乙二胺、二氯甲烷按重量比为1:0.5:1:30混合，密封后充氮气10min，加入苯乙烯单体，所述苯乙烯单体的重量为所述聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳微米管的3倍，继续充氮气10min，加热至80℃，体系粘度明显增加后停止反应，沉淀，将所述沉淀重溶，抽滤洗涤，真空干燥制得两嵌段高分子接枝的碳微米管；

步骤五、将所述步骤四制得的两嵌段高分子接枝的碳微米管与乙醇、盐酸按重量比为1:1:1混合，密封反应24h，将溶剂和催化剂除去，得到内亲水外亲油型碳微米管，将所述内亲水外亲油型碳微米管与平均粒径为10μm的重晶石微粉按重量比为1:100混合，超声处理10h，最终制得本发明所述加重剂。

<实例2>

高密度抗高温油基钻完井液，按重量份计主要包括如下组分：白油80份，有机土1份，辛基酚聚氧乙烯醚1份，油酸3份，氧化钙5份，羟乙基纤维素钠0.5份，磺化酚醛树脂1份以及加重剂30份；其中，所述加重剂为改性重晶石微粉，所述改性重晶石微粉的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将管壁厚度为10nm，管径为500μm的碳微米管和硫酸按1:5的重量比混合，超声处理1h后加热至120℃，反应24h，过滤洗涤至混合物呈中性，真空干燥，继续添加亚硫酰氯，所述亚硫酰氯的重量为所述碳微米管的10倍，超声处理0.5h加热至60℃，搅拌回流下反应24h，抽滤洗涤，制得酰化碳微米管；

步骤二、将所述步骤一制得的酰化碳微米管与乙二醇按1:50的重量比混合，密封后反复抽充氮气三次，超声处理1h后加热至100℃，反应24h，抽滤洗涤，真空干燥，再次添加α-溴代丁酰溴，所述α-溴代丁酰溴的重量为所述酰化碳微米管的3倍，密封后反复抽充氮气三次，超声处理1h后加热至60℃，反应24h，抽滤洗涤，真空干燥，制得表面带有引发集团的碳微米管；

步骤三、将所述步骤二制得的表面带有引发集团的碳微米管与氯化亚铜、四甲基乙二胺、二氯甲烷按重量比为1:1:5:10混合，密封后充氮气30min，加入丙烯酸叔丁酯单体，所述丙烯酸叔丁酯单体的重量为所述表面带有引发集团的碳微米管的10倍，继续充氮气30min，加热至100℃，体系粘度明显增加后停止反应，沉淀，将所述沉淀重溶，抽滤洗涤，真空干燥制得聚合度为10的聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳微米管；

步骤四、将所述步骤三制得的聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳微米管与氯化亚铜、四甲基乙二胺、二氯甲烷按重量比为1:0.2:0.2:5混合，密封后充氮气30min，加入苯乙烯单体，所述苯乙烯单体的重量为所述聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳微米管的2倍，继续充氮气30min，加热至100℃，体系粘度明显增加后停止反应，沉淀，将所述沉淀重溶，抽滤洗涤，真空干燥制得两嵌段高分子接枝的碳微米管；

步骤五、将所述步骤四制得的两嵌段高分子接枝的碳微米管与乙醇、盐酸按重量比为1:10:10混合，密封反应24h，将溶剂和催化剂除去，得到内亲水外亲油型碳微米管，将所述内亲水外亲油型碳微米管与平均粒径为10μm的重晶石微粉按重量比为1:100混合于少量基油中，超声处理5h，最终制得本发明所述加重剂。

<实例3>

高密度抗高温油基钻完井液，按重量份计主要包括如下组分：生物柴油80份，有机土0.5份，油酸聚氧乙烯醚2份，烷基苯磺酸盐2份，氢氧化钠5份，黄原胶0.5份，磺化酚醛树脂3份以及加重剂60份；其中，所述加重剂为改性重晶石微粉，所述改性重晶石微粉的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将管壁厚度为10nm，管径为500μm的碳微米管和浓硝酸按1:3的重量比混合，超声处理0.5h后加热至100℃，反应24h，过滤洗涤至混合物呈中性，真空干燥，继续添加亚硫酰氯，所述亚硫酰氯的重量为所述碳微米管的8倍，超声处理0.5h加热至100℃，搅拌回流下反应24h，抽滤洗涤，制得酰化碳微米管；

步骤二、将所述步骤一制得的酰化碳微米管与乙二醇按1:50的重量比混合，密封后反复抽充氮气三次，超声处理0.5h后加热至100℃，反应24h，抽滤洗涤，真空干燥，再次添加α-溴代丁酰溴，所述α-溴代丁酰溴的重量为所述酰化碳微米管的5倍，密封后反复抽充氮气三次，超声处理0.5h后加热至100℃，反应20h，抽滤洗涤，真空干燥，制得表面带有引发集团的碳微米管；

步骤三、将所述步骤二制得的表面带有引发集团的碳微米管与氯化亚铜、四甲基乙二胺、二氯甲烷按重量比为1:1:5:30混合，密封后充氮气30min，加入丙烯酸叔丁酯单体，所述丙烯酸叔丁酯单体的重量为所述表面带有引发集团的碳微米管的20倍，继续充氮气30min，加热至120℃，体系粘度明显增加后停止反应，沉淀，将所述沉淀重溶，抽滤洗涤，真空干燥制得聚合度为100的聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳微米管；

步骤四、将所述步骤三制得的聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳微米管与氯化亚铜、四甲基乙二胺、二氯甲烷按重量比为1:1:5:10混合，密封后充氮气30min，加入苯乙烯单体，所述苯乙烯单体的重量为所述聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳微米管的5倍，继续充氮气40min，加热至120℃，体系粘度明显增加后停止反应，沉淀，将所述沉淀重溶，抽滤洗涤，真空干燥制得两嵌段高分子接枝的碳微米管；

步骤五、将所述步骤四制得的两嵌段高分子接枝的碳微米管与乙醇、盐酸按重量比为1:10:20混合，密封反应24h，将溶剂和催化剂除去，得到内亲水外亲油型碳微米管，将所述内亲水外亲油型碳微米管与平均粒径为10μm的重晶石微粉按重量比为1:100混合于少量基油中，超声处理10h，最终制得本发明所述加重剂。

<对比例1>

高密度抗高温油基钻完井液，按重量份计主要包括如下组分：柴油100份，有机土3份，硬脂酸聚氧乙烯醚1份，环烷酸酰胺2份，氢氧化钠3份，黄原胶1份，羟乙基纤维素2份以及重晶石微粉30份，其中所述重晶石微粉的平均粒径为10μm。

<对比例2>

将实例1中用到的碳微米管改为碳纳米管。

高密度抗高温油基钻完井液，按重量份计主要包括如下组分：柴油100份，有机土3份，硬脂酸聚氧乙烯醚1份，环烷酸酰胺2份，氢氧化钠3份，黄原胶1份，羟乙基纤维素2份以及加重剂50份；其中，所述加重剂为改性重晶石微粉，所述改性重晶石微粉的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将碳纳米管和浓硝酸按1:8的重量比混合，超声处理0.5h后加热至120℃，反应24h，过滤洗涤至混合物呈中性，真空干燥，继续添加亚硫酰氯，所述亚硫酰氯的重量为所述碳纳米管的6倍，超声处理0.5h加热至60℃，搅拌回流下反应24h，抽滤洗涤，制得酰化碳纳米管；

步骤二、将所述步骤一制得的酰化碳纳米管与乙二醇按1:25的重量比混合，密封后反复抽充氮气三次，超声处理0.5h后加热至100℃，反应24h，抽滤洗涤，真空干燥，再次添加与所述酰化碳纳米管等量的α-溴代丁酰溴，密封后反复抽充氮气三次，超声处理0.5h后加热至20℃，反应10h，抽滤洗涤，真空干燥，制得表面带有引发集团的碳纳米管；

步骤三、将所述步骤二制得的表面带有引发集团的碳纳米管与氯化亚铜、四甲基乙二胺、二氯甲烷按重量比为1:0.5:0.7:10混合，密封后充氮气10min，加入丙烯酸叔丁酯单体，所述丙烯酸叔丁酯单体的重量为所述表面带有引发集团的碳纳米管的5倍，继续充氮气10min，加热至100℃，体系粘度明显增加后停止反应，沉淀，将所述沉淀重溶，抽滤洗涤，真空干燥制得聚合度为50的聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳纳米管；

步骤四、将所述步骤三制得的聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳纳米管与氯化亚铜、四甲基乙二胺、二氯甲烷按重量比为1:0.5:1:30混合，密封后充氮气10min，加入苯乙烯单体，所述苯乙烯单体的重量为所述聚丙烯酸叔丁酯接枝的碳纳米管的3倍，继续充氮气10min，加热至50℃，体系粘度明显增加后停止反应，沉淀，将所述沉淀重溶，抽滤洗涤，真空干燥制得两嵌段高分子接枝的碳纳米管；

步骤五、将所述步骤四制得的两嵌段高分子接枝的碳纳米管与乙醇、盐酸按重量比为1:1:1混合，密封反应24h，将溶剂和催化剂除去，得到内亲水外亲油型碳纳米管，将所述内亲水外亲油型碳纳米管与平均粒径为10μm的重晶石微粉按重量比为1:100混合，超声处理10h，最终制得本发明所述加重剂。

<内亲水外亲油型碳微米管的管壁厚度和管径测定>

取实例1～3制得的内亲水外亲油型碳微米管和对比例2制得的内亲水外亲油型碳纳米管，对其管壁厚度和管径进行测定，测定结果表1所示：

表1

测定结果表明，各实例制得的内亲水外亲油型碳微米管，管壁厚度平均为50nm平均管径能达到350μm，完全可以包覆在平均粒径为10μm的重晶石微粉表面，以实现对重晶石微粉的亲油性改性；而对比例2中由于采用的碳纳米管为原材料，最终制得的内亲水外亲油型碳纳米管的管壁厚度和管径均为纳米级，无法实现对微米级重晶石微粉的包裹，难以对其进行亲油改性。

<分散性能试验>

利用沉降速度法评价本发明所述加重剂的分散性能，测量实例1～3与对比例1～2中使用的加重剂在基油中的沉降速度并记录，试验结果如表2所示：

表2

试验结果表明，本发明制得的加重剂即实例1～3制得的改性重晶石微粉，由于其表面包裹有内亲水外亲油型碳微米管，在油性介质中有良好的的分散性。而对比例1直接采用重晶石微粉作为加重剂，其沉降速度为本发明加重剂的60倍，沉降速度快，在油性介质中的分散性差；对比例2由于制得的内亲水外亲油型碳纳米管的管壁厚度和管径均为纳米级，无法实现对微米级重晶石微粉的包裹，难以对其进行亲油改性，因此沉降速度与对比例1相差不大，在油性介质中的分散性差。

<油基钻完井液密度测定试验>

将实例1～3以及对比例1～2制备的含有空气的钻完井液密度用加压钻井液密度计精确测定，测定结果如表3所示：

表3

测定结果表明，按照本发明实例1～3的试验程序和比例配制的钻井完液密度可达到2.6g/cm³；对比例1直接采用重晶石微粉作为加重剂，其在油性介质中的分散性差，为防止重晶石大量沉降影响钻进进度，增加钻井难度，重晶石加入量相对较少，因此最终配制处的钻井完液密度较小；对比例2由于加重剂中添加了碳纳米管，使钻井完液的密度较对比例2有所增加，但碳纳米管尺寸较小，无法实现对微米级重晶石微粉的包裹，难以对其进行亲油改性，不能提高加重剂在油性介质中的分散性，仍然存在易团聚沉降的问题。

<油基钻完井液抗温稳定性试验>

在实验温度240℃下，分别测定24h、36h、48h和168h后实例1配制的钻井完液的老化情况，即测试其抗温稳定性能，对比数据如表4所示：

从表4中可以看出，实例1配制的钻井完液在240℃条件下，经过24h、36h、48h和168h老化后，表观粘度和塑性粘度呈下降趋势，但下降幅度不大，仍保持良好的流变性能，老化时间从24h增加到48h后钻井完液的HPHT滤失量增加幅度较大，超过48h后HPHT滤失量增加幅度变小，钻井完液处于稳定状态。

表3

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实例。