重晶石改性及鉆井應用

重晶石粉是由天然重晶石礦物粉末而成，立德粉則是由硫酸鋇和硫化鋅所組成，兩者都是涂料工業(yè)的重要填料。但重晶石粉和立德粉表面親水，故其在有機體系中的應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機體系中的分散性，防止在油漆中使用時沉淀結(jié)塊，同時增加漆膜的光澤、韌性、附著力等。

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學沉積法、機械化學法、包覆法等。

化學沉積法主要是利用沉淀反應，加入改性劑和沉淀劑，使改性劑沉積在重晶石粉表面，形成一層極細微的無機氧化物包膜。機械化學法是將重晶石粉于改性劑混合均勻，經(jīng)氣流粉碎機粉碎，由于破碎面上有很好的活性點，改性劑在重晶石粉表面發(fā)生反應，形成表面改性層。包覆法是將重晶石粉裝入混合機中，與改性劑在攪拌過程中充分混合，使改性劑包覆在重金石粉表面

2、表面改性劑

根據(jù)不同的應用領域，重晶石粉可選用表面活性劑、偶聯(lián)劑、無機氧化物等表面改性劑。（1）試驗研究結(jié)果表明：用一種含有COOH、OH、SO3官能團的表面改性劑（SA-101）改性后的重晶石粉不僅活化指數(shù)高、分散性和流動性好，而且應用效果較好，能夠滿足C03-1紅醇酸調(diào)和漆的指標要求，可以代替沉淀硫酸鋇。（2）用油酸鈉對立德粉進行的表面改性研究表明，硫酸鋇對油酸鈉的吸附等溫線類似于氣體吸附中的BET二型等溫線，是多層吸附，吸附量不斷增加，無極限飽和值，在平衡濃度較低時就有較高的吸附量。

      表面改性后立德粉/水/空氣的接觸角基本上在80°左右，說明改性立德粉表面為油酸鈉所覆蓋，呈現(xiàn)疏水性。表面改性后硫酸鋇和立德粉在環(huán)己烷中的潤濕熱大于在水中的潤濕熱，說明改性后的硫酸鋇和立德粉由極性變?yōu)榉菢O性，由親水變?yōu)槭杷?，符合極性固體在極性液體中的潤濕熱比在非極性液體中的大，而非極性固體的潤濕熱與此相反的規(guī)律。改性后硫酸鋇和立德粉對水的潤濕熱呈現(xiàn)隨濃度的增大而遞減的趨勢，說明其表面疏水性隨濃度的增加而增大。（3）張鳳仙等以硅烷偶聯(lián)劑改性重晶石粉，添加量為5%時，改性后重晶石粉的安息角為36°，其表面由親水變?yōu)槭杷?，且分散性和流動性得到顯著改善。（4）王威等分別利用硬脂酸和硅烷偶聯(lián)劑（WD-60），其研究表明：硬脂酸的用量大于重晶石粉的0.5%時，其活化指數(shù)可達到99.7%以上；硅烷偶聯(lián)劑（WD-60）用量大于0.3%時，重晶石粉的活化指數(shù)大于77.8%。對于重晶石粉細度的控制還需要有及時取樣分析，一般情況下需要對重晶石粉兩小時取樣一次進行觀察和檢驗，并及時匯報檢測結(jié)果，這其中檢測結(jié)果的合格性以及合格率都是非常重要的。

      重晶石粉是鉆井液中的加重劑，在油田當中使用時則面臨的要求較高，這是由石油工程本身的特點所決定的。油田對重晶石粉細度的要求更是非常嚴格，既不能太粗，也不能太細，任何一種不合適的細度都將導致重泥漿本身的流變性能發(fā)生變化，從而導致嚴重的鉆探事故發(fā)生。其對重晶石粉的需求量越來越大，質(zhì)量要求也越來越嚴格和多樣化。因此，我國重晶石粉行業(yè)應加大對高端產(chǎn)品的技術、人才投入，提高生產(chǎn)運營質(zhì)量，加強對高端產(chǎn)品（如改性重晶石粉、納米重晶石粉）的技術研發(fā)，培養(yǎng)深加工技術（提純、超細、改性、復合）人才，才能加快行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源經(jīng)濟效益，在生產(chǎn)及應用中對重晶石的粒度準確分析及控制是很有必要的！

一、重晶石粉在鉆井液當中的應用

重晶石粉是一種很重要的非金屬礦物原料,不僅是各種鋇化合物的化工原料，還廣泛用于油漆填料、顏料以及石油化工等行業(yè)領域內(nèi)。在石油化工工程領域主要鉆井泥漿加重劑來使用。

在石油鉆探的過程當中，環(huán)流泥漿的作用主要就是通過對鉆頭溫度的控制和對鉆頭雜物的清潔來實現(xiàn)防止油井自噴這是因為環(huán)流泥漿能夠較好的帶走鉆頭在切削過程當中所產(chǎn)生的碎屑物，起到封閉孔壁和潤換鉆桿的作用。

但是當循環(huán)泥漿難以與地下油氣壓力平衡的時候，就需要在鉆井液當中加入適量的重 晶石粉來提高循環(huán)泥漿的混合密度，使得在地層壓力較大的情況下也能對鉆井起到調(diào)節(jié)作用。在常規(guī)的生產(chǎn)建設當中，重晶石粉因為其密度相對較大、原材料容易獲得、制造工藝簡單以及經(jīng)濟便宜易得等特點而得到重用。

二、油田對重晶石粉的應用要求

并不是任何規(guī)格和級別的重晶石粉都能滿足循環(huán)泥漿當中加重劑應當?shù)囊?，事實上，只有重晶石粉的各項指標合適時才能夠進一步的對循環(huán)泥漿的粘度、塑料粘度以及靜切力等起到明顯效果。對于一些不滿足條件的重晶石原料還需要進一步的加工和處理以符合石油工程的要求，實際上，在眾多因素中，鉆井液用重晶石粉質(zhì)量控制當中很重要的一點就是重晶石粉細度的控制，不可過粗，也不可過細，否則都會導致泥漿的流變性能不穩(wěn)定而導致不良事故的發(fā)生。因此就有必要采取良好的措施控制原料的細度。

三、鉆井液用重晶石粉細度的控制措施

結(jié)合從業(yè)人員長期實踐經(jīng)驗和理論研究得出的結(jié)論，對鉆井液用重晶石細度的控制措施總結(jié)出如下幾點：1、控制好礦石本身的干濕比例，礦石本身干濕比例以及密度對分析機的轉(zhuǎn)速都是有一定影響的，首先就要將這一點考慮在內(nèi)，一般情況下，干礦石的轉(zhuǎn)速要比濕礦石的轉(zhuǎn)速略低一些，而密度較大的礦石則又比密度較小的礦石轉(zhuǎn)速低一些。除此之外還需要注意控制好所使用鼓風機的實際風量。

2、磨輥與磨環(huán)的控制，使用時間上的差別將導致最終的實際間隙有較大差別，但是這樣一種區(qū)別并不影響最終得到的重晶石粉的質(zhì)量，只是會在產(chǎn)量上有一定的出入，這樣一種狀況出現(xiàn)的原因就是在重晶石粉細度沒有達到既定的要求時，即便是分析及本身的轉(zhuǎn)速處于非常理想的狀態(tài)，一般也是很難將摻雜其中的石粉吹出去，正是因為這樣，在此不對其進行要求，認為其對于細度的影響并不大。

3、保持電壓的穩(wěn)定，如果電壓發(fā)生較大變化的話主要是會影響到分析機的正常運轉(zhuǎn)，因此在對鉆井液用重晶石進行細度上的控制時就還需要考慮控制好分析機的電壓，保證其不在分析機使用過程當中發(fā)生太大的變化或者是頻繁的波動。當然，在波動幅度不大的時候，也可以直接調(diào)整來保證分析及的穩(wěn)定性。

4、嚴格遵守開機順序和停機順序，嚴格遵守開機順序同樣能夠在一定程度上實現(xiàn)對重晶石粉細度的控制，具體來說，在開機之前首先要開破碎機，然后開啟分析機，并在分析及啟動并預熱一小段時間后再啟動鼓風機，最后再依次開啟給料機和主機。從這樣一個開機順序的目的就是希望能夠盡可能的避免在開機過程當中因分析機剛開機轉(zhuǎn)速不足而把不合格的石粉也吹出來，從而一定程度的實現(xiàn)重晶石粉的純化。而在停機的時候則首先停止破碎機和給料機，再將分析機和鼓風機停止，這樣一種停機安排則是希望盡量避免重晶石粉的細度受到分析轉(zhuǎn)速下降的影響。通過這樣一種開機順序和停機順序的安排與執(zhí)行，一般就能得到相對 更佳的重晶石粉細度來。