【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钻井液用功能材料制备，具体涉及一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，对制备密度为0.8～1.0g/cm3的低密度钻井液尤为适用。
技术介绍
1、低密度钻井液技术是低压低渗衰竭油气藏勘探开发和欠平衡钻井的核心技术之一，利于防漏、保护储层和提速，常用技术中混油污染环境、充气及发泡设备成本高，加入减轻剂是最简单的方式，但玻璃中空微珠减轻剂壳层脆破碎率高，受制于缺少新型高性能减轻剂，该技术一直未有重大突破。
2、传统低密度钻井液多为油基钻井液、充气钻井液或泡沫钻井液等类型。其中密度为0.85～1.00g/cm3的钻井液以油基钻井液居多，该体系钻井液虽具有流动性好、耐温能力强、密度低等优点，但也伴随着环境污染严重、成本高、不利于录井作业等无法避免的缺点。密度低于0.85g/cm3的钻井液多为充气钻井液或泡沫钻井液，具有密度低、可调范围广，防漏失能力好等优点，但因其以气体作为减轻剂，而气体具有可压缩性、脉冲信号衰减严重、限制mwd技术的使用等缺点，同时还会导致钻具腐蚀、水力计算复杂、摩阻系数高等难题，限制了其使用范围。为此，研究一种环境友好、密度低、耐温能力强、不可压缩、适用mwd技术等条件的钻井液用减轻剂具有重要意义。
3、作为近年来发展起来的多功能减轻剂，空心玻璃微珠以其中空、轻质、耐压缩、高强度等优异特性广泛应用于固井水泥浆，有力地推动了我国固井技术的进步。21世纪初，相关技术人员也开始尝试使用空心玻璃微珠作为钻井液减轻剂制备低密度钻井液，并进行了多次现场试验，验证了其作为减轻剂制备钻井液具有
4、此外，为了开发出环境友好、降低密度效果明显、润滑减阻、mwd信号无损失、钻井液性能稳定、成本低廉的减轻剂或低密度钻井液体系，用于低压油气藏钻完井过程，中国专利cn103666407b，公开了“钻井液及其制备方法”，以轻质高化材料高分子中空微珠作为减轻剂，易对环境造成污染；同时因其具有一定的弹性和可变形性，在一定压力条件下，易产生变成，造成钻井液密度波动、脉冲信号减弱等问题。
5、针对上述技术问题，亟需研发出安全环保、降低密度效果明显、密度可调、成本低廉的用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是针对传统油基低密度钻井液存在的环境污染严重、成本高、不利于录井作业等无法避免的缺点以及充气钻井液或泡沫钻井液存在的可压缩性、脉冲信号衰减严重、限制mwd技术的使用的缺点，并导致钻具腐蚀、水力计算复杂、摩阻系数高等技术难题，以及现有低密度空心微珠减轻剂存在的耐压强度较低、易破碎、不耐磨及高分子微球存在的易产生变形，造成钻井液密度波动、脉冲信号减弱等一系列问题，而提供一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂。该减轻剂用于制备密度为0.8～1.0g/cm3的低密度钻井液和密度为0.90～1.45g/cm3低密度固井水泥浆，具有环境友好、降低密度效果明显、润滑减阻、mwd信号无损失等优点，同时解决了现有低密度空心玻璃微珠减轻剂存在的耐压强度低、易破碎、不耐磨等技术难题。
2、为实现本专利技术的上述目的，本专利技术一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，是由以下组份加工制备而成，原材料组份之和按100％计算时各组分的质量含量为：二氧化硅64～75％，三氧化二铝4.5～9％，三氧化二硼4.5～8％，氧化钙+氧化镁4.5～9％，氧化钠+氧化钾5～9％，氧化铈+氧化镧0.2～2.2％，三氧化二铁+二氧化锰0.3～1.5％，其他微量元素材料0.5～5％；并采用以下步骤制备而成：
3、1)前驱物粒子的制备
4、按照配方组成准确称量各原料组分，将所有组分预混处理后进行破碎、研磨至一定粒径后，进行造粒处理，制备成粒径d50为20～40μm的前驱物粒子；经物理分级处理，控制前驱物粒子粒径d90≤60μm。
5、所述造粒处理可以采用湿法造粒、干法造粒、粘附造粒、流化床造粒、干燥造粒等方法中的一种或多种，制备出粒径d50为20～40μm的前驱物粒子。
6、2)前驱物粒子预处理
7、将步骤1)制备的前驱物粒子进行干燥处理，使其含水率降低至0.5％以内；然后采用物理方法或化学方法，对前驱物粒子进行预处理，以减少微细颗粒之间的团聚、提高其流动性，方便后续的过程的输送，并可在高温玻化形成过程中分散均匀，同时提升颗粒的热传递效率。
8、3)前驱物粒子高温空心球化
9、将步骤2)制备的前驱物粒子与助燃气体充分混合后，采用气力输送的方式将物料与助燃气体送入混合室与燃料进行混合，混合后的前驱物粒子、助燃气体和燃料通入温度为1000～1450℃高温玻化炉中；粒子经过高温熔融成玻璃熔体，在表面张力的作用下形成球形，同时其内部将高温混合的气体包裹；玻璃熔体通过高温成型区后，在2min内快速冷至400～600℃，随后经1～4h缓慢降温至室温，形成密度为0.28～0.60g/cm3、粒径d50为20～40μm、粒径d90≤60μm、强度为20～150mpa的耐磨高强减轻剂；
10、4)减轻剂表面处理：精选表面处理剂，对步骤3)制备的减轻剂进行表面处理，制得基体适配性广、界面结合力强的用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂。
11、研究表明，原材料组份之和按100％计算时各组分的质量含量较优为：二氧化硅65～74％，三氧化二铝6～8％，三氧化二硼5～7％，氧化钙+氧化镁5～9％，氧化钠+氧化钾5～9％，氧化铈+氧化镧0.2～2.1％，三氧化二铁+二氧化锰0.3～1.2％，其他微量元素材料0.5～5％。其中，三氧化二铁、二氧化锰的添加，大幅提高了玻璃耐腐蚀性和稳定性。
12、研究还表明，在所述的氧化钙+氧化镁组份中，氧化钙与氧化镁的配比在3:1～7:1之间为优，该配比充分利用了不同碱土金属氧化物离子大小差异，增强了高温空心球化后玻璃的耐磨性能，并有利于提高最终产品的耐磨、硬度、热稳定性等机械性能；在所述的氧化钠+氧化钾组份中，氧化钠与氧化钾的配比在3:1～7:1范围为佳，该配比充分利用了碱金属离子的混合碱效应和离子粒径的大小差异，增强了碱金属离子的助熔作用，并通过改变高温空心球化后玻璃微观结本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于是由以下组份加工制备而成，原材料组份之和按100％计算时各组分的质量含量为：二氧化硅64～75％，三氧化二铝4.5～8％，三氧化二硼4.5～9％，氧化钙+氧化镁4.5～9％，氧化钠+氧化钾5～9％，氧化铈+氧化镧0.2～2.2％，三氧化二铁+二氧化锰0.3～1.5％，其他微量元素材料0.8～5％；并采用以下步骤制备而成：
2.如权利要求1所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于原材料组份之和按100％计算时各组分的质量含量为：二氧化硅65～74％，三氧化二铝6～8％，三氧化二硼5～7％，氧化钙+氧化镁5～9％，氧化钠+氧化钾5～9％，氧化铈+氧化镧0.2～2.1％，三氧化二铁+二氧化锰0.3～1.2％，其他微量元素材料0.5～5％。
3.如权利要求1所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于：在所述的氧化钙+氧化镁组份中，氧化钙与氧化镁的配比为3:1～7:1。
4.如权利要求1所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于：在所述的氧化钠+氧化
5.如权利要求1所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于：原材料组份之和按100％计算时，氧化铈的质量含量为0.1～0.8％，氧化镧的质量含量为0.1～1％。
6.如权利要求1所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于：所述的其他微量元素材料为氧化钇、氧化钕、氧化钪、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化钒、五氧化二磷中的一种或两种以上的混合物，其中氧化钨、氧化钒、五氧化二磷中至少加入一种。
7.如权利要求1所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于：所述的物理方法为采用电晕起电机或范式起电机设备赋予粒子表面相同电荷，达到相互排斥的效果，从而实现良好的流动性；所述的化学方法为采用表面处理剂对干燥处理后的前驱物粒子进行表面改性，避免粒子的团聚现象并提高其流动性。
8.如权利要求7所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于：所述的表面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆铝酸盐偶联剂、表面活性剂、有机硅、不饱和有机酸及有机低聚物、超分散剂、水溶性高分子、无机表面改性剂中的任意一种或两种及以上的混合物。
9.如权利要求1所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于：步骤3)中，所述助燃气体为空心、氧气或二者的结合，燃料为煤气、天然气或石油气中的一种或多种组合。
10.如权利要求7所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于：步骤4)中，所述的表面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆铝酸盐偶联剂、表面活性剂、有机硅、不饱和有机酸及有机低聚物、超分散剂、水溶性高分子、无机表面改性剂中的任意一种或两种及以上的混合物；表面处理方法为：先采用无机表面改性剂进行表面处理，后采用表面活性剂、不饱和有机酸、分散剂、水溶性高分子中的一种或两种及以上的混合物进行表面改性。
...【技术特征摘要】
1.一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于是由以下组份加工制备而成，原材料组份之和按100％计算时各组分的质量含量为：二氧化硅64～75％，三氧化二铝4.5～8％，三氧化二硼4.5～9％，氧化钙+氧化镁4.5～9％，氧化钠+氧化钾5～9％，氧化铈+氧化镧0.2～2.2％，三氧化二铁+二氧化锰0.3～1.5％，其他微量元素材料0.8～5％；并采用以下步骤制备而成：
2.如权利要求1所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于原材料组份之和按100％计算时各组分的质量含量为：二氧化硅65～74％，三氧化二铝6～8％，三氧化二硼5～7％，氧化钙+氧化镁5～9％，氧化钠+氧化钾5～9％，氧化铈+氧化镧0.2～2.1％，三氧化二铁+二氧化锰0.3～1.2％，其他微量元素材料0.5～5％。
3.如权利要求1所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于：在所述的氧化钙+氧化镁组份中，氧化钙与氧化镁的配比为3:1～7:1。
4.如权利要求1所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于：在所述的氧化钠+氧化钾组份中，氧化钠与氧化钾的配比为3:1～7:1。
5.如权利要求1所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于：原材料组份之和按100％计算时，氧化铈的质量含量为0.1～0.8％，氧化镧的质量含量为0.1～1％。
6.如权利要求1所述的一种用于制备低密度钻井液的耐磨高强减轻剂，其特征在于：所述的其他微量元素材料为氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：柳雷，杨家祥，汪俊，彭丽芬，陈伟，刘亚辉，汪光辉，
申请(专利权)人：中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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