1.本发明属于钻井液领域，更具体地，涉及一种复配加重剂、抗高温高密度钻井液及其制备方法和应用。
背景技术：
2.近年来，随着钻特殊井、超深井和复杂井数量的增多，深井和超深井的钻探己在国内外被看作今后钻探工业发展的一个重要方面。对钻井液工艺技术提出了更高的要求，原有的钻井液处理剂己不能完全满足钻井液工艺技术发展的需要。井越深，技术上的困难越多，因此，世界各国都把钻井深度和速度作为钻井工艺的重要标志。实践证明，深井、超深井钻井液质量对深井、超深井的成败、钻速、深部油气资源勘探和钻井成本有着极其重要的意义。从当前深井、超深井钻井液研究现状来看，常用的深井、超深井钻井液有水基和油基两大类。虽然油基钻井液相对水基钻井液有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定等优点，但是与水基相比，油基钻井液的配制成本高太多、使用时会对井场附近的生态环境造成严重影响、机械钻速一般也较低。而水基钻井液具有：成本低、配置处理维护较为简单、处理剂来源广且种类多、性能容易控制等优点：所以国内以水基钻井液为主。
3.但现有的钻井液存在着由于温度过高造成的井壁不稳定等问题。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于解决现有钻井液由于温度过高造成的井壁不稳定的问题，提供一种适用于深井的抗高温高密度钻井液，该钻井液能稳定井壁且适合高温。
5.为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种复配加重剂，该复配加重剂由api重晶石和0.89微米重晶石组成。
6.作为优选方案，api重晶石和0.89微米重晶石的重量比为3-5:1。
7.本发明的第二方面提供一种抗高温高密度钻井液，该抗高温高密度钻井液的原料组成包括：
8.水100重量份、膨润土4-7重量份、可选的碳酸钠0.3-0.5重量份、碱性调节剂0.2-1.5重量份、有机盐5-25重量份、磺化酚醛树脂1-9重量份、抗盐抗高温降滤失剂1-9重量份、高温稳定剂1-7重量份、乙二醇0.5-5重量份、复配加重剂40-60重量份；
9.所述复配加重剂为上述的复配加重剂；
10.优选地，该抗高温高密度钻井液的原料组成包括：
11.水100重量份、膨润土4-7重量份、可选的碳酸钠0.3-0.5重量份、碱性调节剂0.3-1.2重量份、有机盐10-22重量份、磺化酚醛树脂2-8重量份、抗盐抗高温降滤失剂2-8重量份、高温稳定剂2-6重量份、乙二醇1-4.5重量份、复配加重剂45-55重量份。
12.作为优选方案，该抗高温高密度钻井液的原料组成包括：
13.钙基膨润土4-7重量份、碳酸钠0.3-0.5重量份；
14.或者是：
15.纳基膨润土4-7重量份、碳酸钠0重量份。
16.作为优选方案，所述有机盐为kcl和nacl的混合物，混合物中kcl 和nacl的重量比为1:5-8。
17.作为优选方案，所述抗盐抗高温降滤失剂选自amps/am/ia三元共聚物、am-amps二元共聚物、抗盐抗高温降滤失剂kf-1中的至少一种，进一步优选为抗盐抗高温降滤失剂kf-1。
18.作为优选方案，所述高温稳定剂为高温稳定剂pchw。
19.作为优选方案，所述磺化酚醛树脂为磺化酚醛树脂smp-ii。
20.作为优选方案，所述钻井液的密度为1.5-2.2g/cm3。
21.本发明的第三方面提供上述的抗高温高密度钻井液的制备方法，该制备方法为如下方法之一；
22.方法1包括：
23.步骤s1-1：将膨润土、碳酸钠、水混合均匀，得到预水化的基浆；
24.步骤s1-2：在搅拌条件下，将有机盐、磺化酚醛树脂、抗盐抗高温降滤失剂、高温稳定剂、乙二醇与预水化好的基浆混合均匀；
25.步骤s1-3：将复配加重剂与步骤s1-2得到的混合物混合均匀；
26.步骤s1-4：用碱性调节剂调节体系ph至10-11，得到所述抗高温高密度钻井液；
27.方法2包括：
28.步骤s2-1：在搅拌条件下，将膨润土、有机盐、磺化酚醛树脂、抗盐抗高温降滤失剂、高温稳定剂、乙二醇、水混合均匀；
29.步骤s2-2：将复配加重剂与步骤s1-1得到的混合物混合均匀；
30.步骤s2-3：用碱性调节剂调节体系ph至10-11，得到所述抗高温高密度钻井液。
31.本发明的第四方面提供上述的抗高温高密度钻井液在高温复杂深井钻井中应用。
32.本发明的有益效果：
33.本发明的加重剂采用复配加重剂，该复配加重剂在压差作用下沉积、被捕捉而形成泥饼，可降低渗透率，从而获得更好的流变性能，有效提高了钻井液的封堵防塌能力进而达到稳定井壁的目的。
34.本发明的钻井液在钻井过程中可以有效清洁和冷却钻头，以及用于携带由钻头捣松的岩屑、块石、泥土或沙子；还可减少地层破坏，通过向钻井孔壁加衬或涂抹以阻止塌陷和通过用钻井液来阻止液体和固体颗粒侵入可渗透地层；能稳定井壁且适合高温深井的钻井作业。
35.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
36.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
37.本发明的第一方面提供一种复配加重剂，该复配加重剂由api重晶石和0.89微米
重晶石组成。
38.根据本发明，api重晶石、0.89微米重晶石均可通过商购获得，如api 重晶石可选用上海万照精细化工有限公司生产的型号为wsg-137的api重晶石，0.89微米重晶石可选用石家庄马跃建材有限公司的0.89微米重晶石。
39.作为优选方案，api重晶石和0.89微米重晶石的重量比为3-5:1。当 api重晶石和0.89微米重晶石的重量比在上述范围，其有益之处在于：可实现对钻遇地层有效刚性封堵并提高钻井液密度，稳定地层，防止地层垮塌。
40.本发明的第二方面提供一种抗高温高密度钻井液，该抗高温高密度钻井液的原料组成包括：
41.水100重量份、膨润土4-7重量份、可选的碳酸钠0.3-0.5重量份、碱性调节剂0.2-1.5重量份、有机盐5-25重量份、磺化酚醛树脂1-9重量份、抗盐抗高温降滤失剂1-9重量份、高温稳定剂1-7重量份、乙二醇0.5-5重量份、复配加重剂40-60重量份；
42.所述复配加重剂为上述的复配加重剂。
43.根据本发明，上述原料均可通过商购获得。
44.根据本发明，膨润土可选用本领域技术人员常规采用的膨润土，如购自灵寿县坤纳矿产品加工厂、型号为0100-kn的膨润土；其主要成分是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素，具有强的吸湿性和膨胀性，可吸附8-15倍于自身体积的水量，体积膨胀可达数倍至 30倍，在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状。在本发明的抗高温高密度钻井液体系中，膨润土的作用是用于保护井壁、上返岩屑、冷却钻头等且能有效地润滑钻井，防止腐蚀，同时它也是一种很好的提黏提切助剂，可以配制成优良的油包水泥浆和抗高温解卡剂，大大提高钻井速度和减少事故的发生。
45.根据本发明，碳酸钠可以选用本领域技术人员常规采用的碳酸钠，如购自吴江市杰达化工有限公司的碳酸钠。碳酸钠俗名苏打，洗剂碱属于盐类，具有盐的通性和稳定性，易溶于水，其水溶液呈碱性。在本发明的抗高温高密度钻井液体系中，碳酸钠的作用是：与钙基膨润土反映形成钠基膨润土，提高钻井液抑制性，防止钻井过程中泥页岩膨胀，预防井壁垮塌等井下复杂情况的发生。
46.根据本发明，所述碱性调节剂可以使用本领域技术人员常规采用的碱性调节剂，如氢氧化钠溶液，具体可选用购自沧州阳迪化工产品有限公司、型号为5300的氢氧化钠。碱性调节剂为0.2-1.5重量份，本领域技术人员可根据需要选择相应用量进行添加，以满足体系达到相应的ph值。
47.根据本发明，所述乙二醇可以使用本领域技术人员常规采用的乙二醇，如选用购自郑州祖辉化工产品有限公司、型号为115032的乙二醇，其各项参数为：分子式c2h6o2；结构式：hoch2ch2oh，分子量62.07，熔点-13.2℃，沸点：197.85℃；密度：相对密度(水＝1)1.1155(20℃)；相对密度：(空气＝1)2.14；外观与性状：无色、无臭、有甜味、粘稠液体。根据相关测试结果，在本发明的抗高温高密度钻井液体系中，乙二醇的加入，可使老化后溶液粘度增加，上部离心液(模拟地层条件搅拌后观察，磺化褐煤中加乙二醇和不加乙二醇对比)颜色比不加乙二醇的深得多，这是由于由于磺化褐煤与处理剂发生了高温交联作用，增加了磺化褐煤的亲水性而部份溶解所致。对体系中的处理剂的确有促进其高温交联的作用。
48.优选地，该抗高温高密度钻井液的原料组成包括：
49.水100重量份、膨润土4-7重量份、可选的碳酸钠0.3-0.5重量份、碱性调节剂0.3-1.2重量份、有机盐10-22重量份、磺化酚醛树脂2-8重量份、抗盐抗高温降滤失剂2-8重量份、高温稳定剂2-6重量份、乙二醇1-4.5重量份、复配加重剂45-55重量份。
50.作为优选方案，该抗高温高密度钻井液的原料组成包括：
51.钙基膨润土4-7重量份、碳酸钠0.3-0.5重量份；
52.或者是：
53.纳基膨润土4-7重量份、碳酸钠0重量份。
54.也就是说，当膨润土选用钙基膨润土时，需要搭配碳酸钠；当膨润土选用纳基膨润土时，无需再添加碳酸钠。
55.作为优选方案，所述有机盐为kcl和nacl的混合物，混合物中kcl 和nacl的重量比为1:5-8。
56.作为优选方案，所述抗盐抗高温降滤失剂选自amps/am/ia三元共聚物、am-amps二元共聚物、抗盐抗高温降滤失剂kf-1中的至少一种，进一步优选为抗盐抗高温降滤失剂kf-1。如可以使用任丘市正成化工有限公司、型号为kf-1的抗盐抗高温降滤失剂，在本发明的高温高密度钻井液体系中，其对钻屑包被、抑制分散能力强，能有效控制钻井液中有害固相积累，提高钻井速度；在淡水、盐水、饱和盐水钻井液中降滤失效果显著，较好地避免了水土分层现象；抗温能力大于180℃，盐水钻井液曾使用到井深5600米；可在井壁表面形成聚合物吸附层、抑制泥页岩水化分散和剥蚀掉块，保持井壁稳定。
57.作为优选方案，所述高温稳定剂为高温稳定剂pchw。
58.磺化酚醛树脂作为深井泥浆处理剂，具有高温高压降失水好、抗盐、抗钙好，降低泥饼磨擦系数等良好性能，对于巩固井壁，防塌、防卡具有重要作用。作为优选方案，所述磺化酚醛树脂为磺化酚醛树脂smp-ii。如可选用购自河北恒聚化工有限公司、型号为6001的磺化酚醛树脂smp-ii。在本发明的抗高温高密度钻井液体系中，smp-ii在苯环单元引入磺酸基，苯环间又以碳原子相连；又因为苯羟基在邻对位上引进了磺酸钠基
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so3na，水化作用强、缔合水的键能高，因而又解决了水溶性问题，决定了其抗盐、抗钙、降低高温高压降失水量的作用。
59.作为优选方案，所述钻井液的密度为1.5-2.2g/cm3。
60.本发明中，特定的复配加重剂的加入既可以提高钻井液的静液柱压力，起到平衡地层坍塌应力，稳定井壁的作用，同时在高压井中可以平衡地层的流体压力，防止井涌、井喷等事故的发生，相比于现有加重剂具有封堵地层孔缝从而达到稳定井壁的优点。
61.本发明的第三方面提供上述的抗高温高密度钻井液的制备方法，该制备方法为如下方法之一；
62.方法1包括：
63.步骤s1-1：将膨润土、碳酸钠、水混合均匀，得到预水化的基浆；
64.步骤s1-2：在搅拌条件下，将有机盐、磺化酚醛树脂、抗盐抗高温降滤失剂、高温稳定剂、乙二醇与预水化好的基浆混合均匀；
65.步骤s1-3：将复配加重剂与步骤s1-2得到的混合物混合均匀；
66.步骤s1-4：用碱性调节剂调节体系ph至10-11，得到所述抗高温高密度钻井液；
67.方法2包括：
68.步骤s2-1：在搅拌条件下，将膨润土、有机盐、磺化酚醛树脂、抗盐抗高温降滤失剂、高温稳定剂、乙二醇、水混合均匀；
69.步骤s2-2：将复配加重剂与步骤s1-1得到的混合物混合均匀；
70.步骤s2-3：用碱性调节剂调节体系ph至10-11，得到所述抗高温高密度钻井液。
71.方法1适用于当膨润土选用钙基膨润土、需要搭配碳酸钠；方法2适用于当膨润土选用纳基膨润土、无需再添加碳酸钠的情况。
72.根据本发明，在一个具体的实施方式中，方法1包括：
73.步骤s1-1：将膨润土、碳酸钠、水混合搅拌6h，然后静置24h，得到预水化的基浆；
74.步骤s1-2：在搅拌条件下，将有机盐、磺化酚醛树脂、抗盐抗高温降滤失剂、高温稳定剂、乙二醇与预水化好的基浆混合均匀；
75.步骤s1-3：将复配加重剂与步骤s1-2得到的混合物混合均匀；
76.步骤s1-4：用碱性调节剂调节体系ph至10-11，得到所述抗高温高密度钻井液。
77.本发明的第四方面提供上述的抗高温高密度钻井液在高温复杂深井钻井中应用。其中，高温复杂深井地层是指井底温度≥120℃、井深≥4500m、井底有漏失和/或断层和/或破裂带的地层。
78.本发明实施例中，复配加重剂由api重晶石和0.89微米重晶石组成， api重晶石和0.89微米重晶石的重量比为4:1，api重晶石为上海万照精细化工有限公司公司生产的型号为wsg-137的api重晶石，0.89微米重晶为石家庄马跃建材有限公司的0.89微米重晶石。
79.本发明实施例中，有机盐为kcl和nacl的混合物，混合物中kcl和 nacl的重量比为1:6.5。
80.本发明实施例中，膨润土购自灵寿县坤纳矿产品加工厂，型号为 0100-kn，属于钙基膨润土；碳酸钠购自吴江市杰达化工有限公司；磺化酚醛树脂smp-ii购自河北恒聚化工有限公司，型号为6001；氢氧化钠购自沧州阳迪化工产品有限公司，配置得到氢氧化钠溶液；乙二醇购自郑州祖辉化工产品有限公司，型号为115032；抗盐抗高温降滤失剂kf-1购自任丘市正成化工有限公司。
81.实施例1
82.本实施例提供一种抗高温高密度钻井液及其制备方法。
83.步骤s1-1：将7重量份的膨润土、0.5重量份的碳酸钠依次加入至100 水重量份的水中，混合搅拌6h，然后静置24h，得到预水化的基浆；
84.步骤s1-2：在3000rpm搅拌条件下，将12重量份的有机盐、3重量份的磺化酚醛树脂smp-ii、3重量份的抗盐抗高温降滤失剂kf-1、4重量份的高温稳定剂pchw、2重量份的乙二醇与预水化好的基浆混合均匀；
85.步骤s1-3：将50重量份复配加重剂与步骤s1-2得到的混合物混合均匀；
86.步骤s1-4：用氢氧化钠溶液调节体系ph至10-11，得到所述抗高温高密度钻井液。
87.实施例2
88.本实施例提供一种抗高温高密度钻井液及其制备方法。
89.步骤s1-1：将4重量份的膨润土、0.3重量份的碳酸钠依次加入至100 水重量份的水中，混合搅拌6h，然后静置24h，得到预水化的基浆；
90.步骤s1-2：在3000rpm搅拌条件下，将15重量份的有机盐、5重量份的磺化酚醛树脂
smp-ii、5重量份的抗盐抗高温降滤失剂kf-1、4重量份的高温稳定剂pchw、2重量份的乙二醇与预水化好的基浆混合均匀；
91.步骤s1-3：将50重量份复配加重剂与步骤s1-2得到的混合物混合均匀；
92.步骤s1-4：用氢氧化钠溶液调节体系ph至10-11，得到所述抗高温高密度钻井液。
93.实施例3
94.本实施例提供一种抗高温高密度钻井液及其制备方法。
95.步骤s1-1：将4重量份的膨润土、0.3重量份的碳酸钠依次加入至100 水重量份的水中，混合搅拌6h，然后静置24h，得到预水化的基浆；
96.步骤s1-2：在3000rpm搅拌条件下，将20重量份的有机盐、8重量份的磺化酚醛树脂smp-ii、8重量份的抗盐抗高温降滤失剂kf-1、6重量份的高温稳定剂pchw、4重量份的乙二醇与预水化好的基浆混合均匀；
97.步骤s1-3：将50重量份复配加重剂与步骤s1-2得到的混合物混合均匀；
98.步骤s1-4：用氢氧化钠溶液调节体系ph至10-11，得到所述抗高温高密度钻井液。
99.对比例1
100.与实施例1的不同之处在于：将复配加重剂替换为普通重晶石，该普通重晶石来源于安丘市临浯重晶石有限公司的型号为dfg0032的产品。
101.对比例2
102.与实施例1的不同之处在于：将抗盐抗高温降滤失剂kf-1替换为改性淀粉，该改性淀粉来源于宁津县嘉和节能材料有限公司型号为ik62的产品。
103.测试例
104.将实施例1-3、对比例1-2的钻井液分别放于180℃高温滚子炉热滚后，用ggs42-2a型高温高压失水仪测定180℃条件下hthp失水。用于评价钻井液的流变、滤失性能。ggs42-2a型高温高压失水仪实验具体步骤是：
105.①
将加热套和相应电压电源接通，将温度计插入温度计孔，将加温套加热至选定的测量温度为180℃，在整个测试过程中用温控器保持温度恒定。
106.②
将样品搅拌30min。将样品装入浆杯，注意样品液面不要超过离杯上端13mm处。放上滤纸，上好浆杯。
107.③
将杯的上端和下端气阀关闭，反把浆杯放入加温套。将温度计插入温度计孔中。
108.④
将加压管汇与上、下二气阀连接，并将其销住。在气阀关闭状态下，将上、下管汇施加0.5mpa的压力。打开上端气阀，通入气压，并加温至 180℃。
109.⑤
当温度达到设定的温度时，将上端气压加至4mpa，打开下端气阀。在30min的整个测量过程中，保持预先设定的温度即为180℃，收集滤液。
110.⑥
在测量过程中使下端压力保持在4mpa，若下端回压超过4mpa，泄放一些滤液，以放掉一些回压。记下测量温度和压力下的滤液体积的毫升数。样品在杯中加热的时间不应超过1h。
111.⑦
标准过滤面积为45.2cm2，如过滤面积为22.6cm2，将滤液体积乘2，记入记录。
112.⑧
在测量接近结束后，关闭上下二气阀，拔掉“t”型销，释放调压器中的气压。以毫米为记录单位，量测泥饼厚度，并描述泥饼质量。
113.测试结果如下：
[0114][0115][0116]
实验发现，加入复配加重剂对钻井液流变性影响很大，对比例1可看出未加复配加重剂钻井液流变参数差；将抗盐抗高温降滤失剂kf-1替换为改性淀粉使得钻井液滤失性能急剧下降。
[0117]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。