重晶石改性及钻井应用

重晶石粉是由天然重晶石矿物粉末而成，立德粉则是由硫酸钡和硫化锌所组成，两者都是涂料工业的重要填料。但重晶石粉和立德粉表面亲水，故其在有机体系中的应用受到了一定的限制。

表面改性的目的是改性重晶石粉和立德粉在有机体系中的分散性，防止在油漆中使用时沉淀结块，同时增加漆膜的光泽、韧性、附着力等。

1、表面改性方法

重晶石粉和立德粉常用的表面改性方法有化学沉积法、机械化学法、包覆法等。

化学沉积法主要是利用沉淀反应，加入改性剂和沉淀剂，使改性剂沉积在重晶石粉表面，形成一层极细微的无机氧化物包膜。机械化学法是将重晶石粉于改性剂混合均匀，经气流粉碎机粉碎，由于破碎面上有很好的活性点，改性剂在重晶石粉表面发生反应，形成表面改性层。包覆法是将重晶石粉装入混合机中，与改性剂在搅拌过程中充分混合，使改性剂包覆在重金石粉表面

2、表面改性剂

根据不同的应用领域，重晶石粉可选用表面活性剂、偶联剂、无机氧化物等表面改性剂。（1）试验研究结果表明：用一种含有COOH、OH、SO3官能团的表面改性剂（SA-101）改性后的重晶石粉不仅活化指数高、分散性和流动性好，而且应用效果较好，能够满足C03-1红醇酸调和漆的指标要求，可以代替沉淀硫酸钡。（2）用油酸钠对立德粉进行的表面改性研究表明，硫酸钡对油酸钠的吸附等温线类似于气体吸附中的BET二型等温线，是多层吸附，吸附量不断增加，无极限饱和值，在平衡浓度较低时就有较高的吸附量。

      表面改性后立德粉/水/空气的接触角基本上在80°左右，说明改性立德粉表面为油酸钠所覆盖，呈现疏水性。表面改性后硫酸钡和立德粉在环己烷中的润湿热大于在水中的润湿热，说明改性后的硫酸钡和立德粉由极性变为非极性，由亲水变为疏水，符合极性固体在极性液体中的润湿热比在非极性液体中的大，而非极性固体的润湿热与此相反的规律。改性后硫酸钡和立德粉对水的润湿热呈现随浓度的增大而递减的趋势，说明其表面疏水性随浓度的增加而增大。（3）张凤仙等以硅烷偶联剂改性重晶石粉，添加量为5%时，改性后重晶石粉的安息角为36°，其表面由亲水变为疏水，且分散性和流动性得到显著改善。（4）王威等分别利用硬脂酸和硅烷偶联剂（WD-60），其研究表明：硬脂酸的用量大于重晶石粉的0.5%时，其活化指数可达到99.7%以上；硅烷偶联剂（WD-60）用量大于0.3%时，重晶石粉的活化指数大于77.8%。对于重晶石粉细度的控制还需要有及时取样分析，一般情况下需要对重晶石粉两小时取样一次进行观察和检验，并及时汇报检测结果，这其中检测结果的合格性以及合格率都是非常重要的。

      重晶石粉是钻井液中的加重剂，在油田当中使用时则面临的要求较高，这是由石油工程本身的特点所决定的。油田对重晶石粉细度的要求更是非常严格，既不能太粗，也不能太细，任何一种不合适的细度都将导致重泥浆本身的流变性能发生变化，从而导致严重的钻探事故发生。其对重晶石粉的需求量越来越大，质量要求也越来越严格和多样化。因此，我国重晶石粉行业应加大对高端产品的技术、人才投入，提高生产运营质量，加强对高端产品（如改性重晶石粉、纳米重晶石粉）的技术研发，培养深加工技术（提纯、超细、改性、复合）人才，才能加快行业转型升级，实现优质资源经济效益，在生产及应用中对重晶石的粒度准确分析及控制是很有必要的！

一、重晶石粉在钻井液当中的应用

重晶石粉是一种很重要的非金属矿物原料,不仅是各种钡化合物的化工原料，还广泛用于油漆填料、颜料以及石油化工等行业领域内。在石油化工工程领域主要钻井泥浆加重剂来使用。

在石油钻探的过程当中，环流泥浆的作用主要就是通过对钻头温度的控制和对钻头杂物的清洁来实现防止油井自喷这是因为环流泥浆能够较好的带走钻头在切削过程当中所产生的碎屑物，起到封闭孔壁和润换钻杆的作用。

但是当循环泥浆难以与地下油气压力平衡的时候，就需要在钻井液当中加入适量的重 晶石粉来提高循环泥浆的混合密度，使得在地层压力较大的情况下也能对钻井起到调节作用。在常规的生产建设当中，重晶石粉因为其密度相对较大、原材料容易获得、制造工艺简单以及经济便宜易得等特点而得到重用。

二、油田对重晶石粉的应用要求

并不是任何规格和级别的重晶石粉都能满足循环泥浆当中加重剂应当的要求，事实上，只有重晶石粉的各项指标合适时才能够进一步的对循环泥浆的粘度、塑料粘度以及静切力等起到明显效果。对于一些不满足条件的重晶石原料还需要进一步的加工和处理以符合石油工程的要求，实际上，在众多因素中，钻井液用重晶石粉质量控制当中很重要的一点就是重晶石粉细度的控制，不可过粗，也不可过细，否则都会导致泥浆的流变性能不稳定而导致不良事故的发生。因此就有必要采取良好的措施控制原料的细度。

三、钻井液用重晶石粉细度的控制措施

结合从业人员长期实践经验和理论研究得出的结论，对钻井液用重晶石细度的控制措施总结出如下几点：1、控制好矿石本身的干湿比例，矿石本身干湿比例以及密度对分析机的转速都是有一定影响的，首先就要将这一点考虑在内，一般情况下，干矿石的转速要比湿矿石的转速略低一些，而密度较大的矿石则又比密度较小的矿石转速低一些。除此之外还需要注意控制好所使用鼓风机的实际风量。

2、磨辊与磨环的控制，使用时间上的差别将导致最终的实际间隙有较大差别，但是这样一种区别并不影响最终得到的重晶石粉的质量，只是会在产量上有一定的出入，这样一种状况出现的原因就是在重晶石粉细度没有达到既定的要求时，即便是分析及本身的转速处于非常理想的状态，一般也是很难将掺杂其中的石粉吹出去，正是因为这样，在此不对其进行要求，认为其对于细度的影响并不大。

3、保持电压的稳定，如果电压发生较大变化的话主要是会影响到分析机的正常运转，因此在对钻井液用重晶石进行细度上的控制时就还需要考虑控制好分析机的电压，保证其不在分析机使用过程当中发生太大的变化或者是频繁的波动。当然，在波动幅度不大的时候，也可以直接调整来保证分析及的稳定性。

4、严格遵守开机顺序和停机顺序，严格遵守开机顺序同样能够在一定程度上实现对重晶石粉细度的控制，具体来说，在开机之前首先要开破碎机，然后开启分析机，并在分析及启动并预热一小段时间后再启动鼓风机，最后再依次开启给料机和主机。从这样一个开机顺序的目的就是希望能够尽可能的避免在开机过程当中因分析机刚开机转速不足而把不合格的石粉也吹出来，从而一定程度的实现重晶石粉的纯化。而在停机的时候则首先停止破碎机和给料机，再将分析机和鼓风机停止，这样一种停机安排则是希望尽量避免重晶石粉的细度受到分析转速下降的影响。通过这样一种开机顺序和停机顺序的安排与执行，一般就能得到相对 更佳的重晶石粉细度来。