專利名稱：乳化的聚合物鉆井液及其制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆探油氣井時(shí)使用的鉆井液，特別是鉆探穿過(guò)油砂地層時(shí)使用的鉆井液。
背景技術(shù)：
1、通用的鉆井液最常用旋轉(zhuǎn)鉆井方法鉆探油氣井。在該方法中，將具有固定的或可轉(zhuǎn)動(dòng)的切削齒的鉆頭安裝在鉆桿柱的下端，鉆桿柱是鉆桿、鉆環(huán)和其他鉆井附件的組配件。一般用與鉆機(jī)相關(guān)的輪盤或頂部驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿柱。在某些情況下，用通稱為泥漿馬達(dá)的裝置轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿柱。無(wú)論使用什么樣的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，鉆桿柱的轉(zhuǎn)動(dòng)都會(huì)使鉆頭鉆入地下。當(dāng)油氣井鉆探的更深時(shí)，將鉆桿的接續(xù)部分加到鉆桿柱上，直至達(dá)到所需的深度。鉆頭的切削齒直徑大于鉆桿柱部件的直徑，使鉆井作業(yè)在鉆桿柱和井筒的土方側(cè)之間產(chǎn)生環(huán)狀空間。
在旋轉(zhuǎn)鉆井作業(yè)中，稱為鉆井液的漿液混合物(通稱為“鉆井泥漿”)連續(xù)循環(huán)，穿過(guò)鉆桿柱下行，在鉆桿柱底部出來(lái)(通過(guò)鉆頭的切削齒附近的噴嘴或噴頭)后進(jìn)入鉆桿柱和井筒之間的環(huán)狀空間，然后重返到地面。鉆井泥漿在鉆井作業(yè)中起多種作用。最重要的作用是，泥漿將鉆井材料(通稱為“鉆屑(cutting)”)從井筒中帶到地面上，使得鉆屑不會(huì)堵塞井筒和阻礙繼續(xù)鉆探。在一般的鉆井作業(yè)中，用鉆井工業(yè)上公知的各種清洗設(shè)備如泥漿振動(dòng)篩、離心分離機(jī)、除泥器、除砂器、脫氣器、沉淀箱和其他裝置對(duì)從井筒返回的泥漿進(jìn)行處理。這樣從處理能夠除去鉆屑、地層氣和其他污染物，以重新利用清洗和調(diào)理后的泥漿。
鉆井泥漿還能夠潤(rùn)滑和冷卻鉆頭，能夠進(jìn)一步促進(jìn)有效的鉆井作業(yè)。鉆井泥漿另一個(gè)重要的作用是，如果油氣井鉆入高壓地下層，則能夠防止冒油氣。鉆桿柱中及其周圍的泥漿柱重量在井底部產(chǎn)生靜水壓，泥漿柱重量與泥漿密度和泥漿柱高度成正比。如果這種壓力足夠大，則它能夠抵消地層壓力，使油氣不會(huì)外冒。泥漿產(chǎn)生的靜水壓還有助于防止不需要的物質(zhì)滲入井筒，當(dāng)鉆探穿過(guò)含松散或易碎材料的地層時(shí)，這是特別重要的需要考慮的問(wèn)題。
鉆井泥漿的另一個(gè)有價(jià)值的作用是保護(hù)地層。適當(dāng)配置的鉆井泥漿，只要定向循環(huán)，就能夠保持為流體，但是在不循環(huán)的時(shí)候可能形成凝膠或有更強(qiáng)的觸變形。因?yàn)榫哂羞@些性能，所以當(dāng)用泥漿泵循環(huán)泥漿時(shí)，它會(huì)粘附和固化在井筒壁上，使井筒內(nèi)襯有保護(hù)性薄泥餅，防止松散或擾動(dòng)的地層材料脫落到井內(nèi)或?qū)⑦@樣的風(fēng)險(xiǎn)降至最低。
在某些情況下，例如，當(dāng)鉆探穿過(guò)含有一接觸水就膨脹的膨脹粘土的地層時(shí)，油基鉆井泥漿(或“油基泥漿”)是必需的和有益的。但是，更常使用的是水基鉆井泥漿(也稱“水基泥漿”)。除水外，一般水基泥漿的主要成分是增粘劑(viscosity agent)，增粘劑通常是細(xì)粉粘土，細(xì)粉粘土與水混合，形成泥漿斑脫土，泥漿斑脫土主要由稱為蒙脫石的膨脹粘土組成，其廣泛用在水基泥漿中，盡管也可以使用其他類型的粘土。
粘土還可以提高泥漿的密度，從而提高其防止冒油氣的效用。為此目的，也可以添加其他各種加重料如重晶石、赤鐵礦或碳酸鈣。
根據(jù)預(yù)定用途和所需的泥漿性能可以加入到鉆井泥漿中的其他物質(zhì)包括鉆井洗滌劑、發(fā)泡劑、消泡劑和堿性材料(為了抵消可能進(jìn)入泥漿的酸性污染物)。
為了一種或多種目的，通常還向水基泥漿中加入天然或合成聚合物材料。聚合物在鉆井泥漿中的性能和效果通常取決于聚合物的分子大小及其電荷(如陰離子、陽(yáng)離子或非離子)。一些聚合物可能具有減少液體從泥漿中流失的有益效果。一些聚合物可以降低泥漿的粘度，而其他聚合物可以使泥漿中的粘土絮凝，從而提高粘度。一些聚合物起多種作用。聚合物含量很大的水基泥漿也稱為聚合物鉆井液。
為了提高水基泥漿的潤(rùn)滑性能，通常加入油如柴油或礦物油。因?yàn)橛筒蝗苡?或“不混溶”)水，所以它們可能分散在泥漿中成為乳液。當(dāng)油乳化在含水載液(如水或水基泥漿)中時(shí)，油破碎成許多小顆?；蛞旱?，在整個(gè)鉆井液中均勻分散成懸浮液。如果不乳化，則顆?；蛞旱螘?huì)由于分子間引力重新凝聚，油和水分離，形成分離的液相。
一般用一種或多種化學(xué)乳化劑(或″乳化劑″)乳化鉆井泥漿中的油。一些乳化劑歸類為表面活性化學(xué)試劑，稱為表面活性劑。但是，不是所有的表面活性劑都是乳化劑。有許多不同類型的表面活性劑，根據(jù)表面活性劑的特殊性能，可以為各種目的而將它們加入鉆井液。表面活性劑一般根據(jù)其親水親油平衡(HLB)值分類。HLB值(確定為1-40度)提供了根據(jù)分子結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)表面活性劑性能類別的半經(jīng)驗(yàn)法。
親水性分子或材料對(duì)水有表面親和力。易于被水潤(rùn)濕的粘土如斑脫土是親水性材料。相反，親脂性分子或材料對(duì)油或油性物質(zhì)有表面親和力。能夠有效乳化水包油的表面活性劑一般具有較高的HLB值，而能夠有效乳化油包水的表面活性劑一般具有較低的HLB值。因此，選擇用作鉆井泥漿中的添加劑的表面活性劑時(shí)，要根據(jù)所需的表面活性劑性能和效果考慮HLB值。
2、已知鉆井液存在的問(wèn)題具有多種已知配方的水基泥漿在許多應(yīng)用中具有令人滿意的效果。但是，當(dāng)鉆探穿過(guò)含油砂層時(shí)，例如，在北艾爾貝塔(Alberta)的廣闊土地上進(jìn)行鉆井時(shí)，會(huì)出現(xiàn)特殊的問(wèn)題。這些油砂層含有很大儲(chǔ)量的油，但是，這些油濃稠而質(zhì)重，因而難以開(kāi)采。近幾十年來(lái)，用新型的將利用露天開(kāi)采技術(shù)挖掘的大批油砂進(jìn)行廠內(nèi)處理的方法在從艾爾貝塔油砂中開(kāi)采重油取得了很大的成功。但是，這些方法的使用僅限于從距地面足夠近從而使露天開(kāi)采實(shí)際可行的油砂層中進(jìn)行開(kāi)采。從更深的油砂層中進(jìn)行開(kāi)采需要完全不同的方法。
依賴于原油在重力和/或壓力作用下流入生產(chǎn)井的傳統(tǒng)生產(chǎn)井技術(shù)在瀝青質(zhì)油砂層中無(wú)法正常運(yùn)行，或者說(shuō)根本無(wú)法運(yùn)行。因?yàn)檫@些砂層中的油稠度很大，并且是重質(zhì)油，所以在其自然狀態(tài)下一般太粘而不能流出砂巖。如果其粘度足夠低，可以進(jìn)行自流，則其開(kāi)采率也非常低。但是用稱為蒸汽輔助重力排油(或″SAGD″，這是工業(yè)上熟知的)的較新技術(shù)可以明顯提高從這些砂層中開(kāi)采重油的比率。
SAGD從概念上很簡(jiǎn)單。用公知的定向鉆井方法鉆探穿過(guò)油砂層水平生產(chǎn)井。在生產(chǎn)井上方基本平行于生產(chǎn)井的方向上鉆具有帶眼襯管的注蒸汽井。然后將過(guò)熱蒸汽注入油砂層(在襯管的根部和/或前端，或通過(guò)注射井襯管上的眼)，從而將通常從注射井向上和向下延伸的地層影響區(qū)(或″蒸汽室″)中的油或?yàn)r青加熱。這種加熱效果能夠使蒸汽室中的油或?yàn)r青粘度下降，使其在重力和/或壓力作用下穿過(guò)砂巖后通過(guò)生產(chǎn)井襯管上的眼進(jìn)入生產(chǎn)井，然后用傳統(tǒng)方法將其抽吸或升高到地面上。
與其他類型的鉆井作業(yè)相似，鉆SAGD井必須使用鉆井泥漿。但是，在瀝青質(zhì)油砂層中鉆井會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)有的鉆井泥漿技術(shù)不能滿意解決的許多實(shí)際問(wèn)題。鉆屑中含有大量重油或?yàn)r青，可能堵塞泥漿振動(dòng)篩和其他泥漿處理設(shè)備。因此，從泥漿中有效除去鉆屑將更為困難，洗滌和重新利用泥漿的可能性下降，甚至說(shuō)根本不可能。因?yàn)楸仨毾蚰酀{系統(tǒng)中加入新泥漿以置換不能有效洗滌從而必須棄置的泥漿，所以增加了泥漿成本。這又產(chǎn)生了處理廢棄泥漿的其他問(wèn)題，這些廢棄泥漿上負(fù)載有大量涂有重油和瀝青的砂巖。從實(shí)際和環(huán)境觀點(diǎn)考慮，與處理從更傳統(tǒng)的鉆井作業(yè)的泥漿中脫除的較清潔的粒狀材料相比，處理這種污染泥漿更困難得多。
另外，鉆屑由于有稠油和瀝青而非常粘，它們會(huì)粘在鉆桿、套管和襯管上。這些粘性鉆屑在泥漿中的存在會(huì)增加鉆桿柱部件上的拉力，從而增加轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿柱所需要的功率和轉(zhuǎn)矩，增加鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的磨損和磨蝕，增加鉆井的保養(yǎng)和維修費(fèi)用。當(dāng)襯管鉆入水平井時(shí)，粘性鉆屑和瀝青會(huì)造成特殊的問(wèn)題，因?yàn)楫?dāng)鉆井從垂直方向變?yōu)樗椒较驎r(shí)它們會(huì)集聚在彎曲套管部分上，如果想毫無(wú)困難地將襯管鉆入水平部分，通常必須預(yù)先清楚集聚物。
將負(fù)載有瀝青的泥漿通過(guò)大泥漿冷卻器，用這種方法可以在一定程度上減輕這些問(wèn)題。這樣可以將泥漿中的瀝青冷卻至不會(huì)粘到足以粘附在井部件上的溫度。這種方法的主要缺點(diǎn)是花費(fèi)大，因?yàn)橐慌_(tái)泥漿冷卻器的運(yùn)行費(fèi)用是每天幾千美元。
本發(fā)明的發(fā)明人嘗試著解決負(fù)載有瀝青的鉆屑粘附在井部件上的問(wèn)題，采用的方法是使用約含0.3wt％的Montello，Inc.of Tulsa，Oklahoma銷售的稱為HME Energizer的非離子表面活性劑的聚合物鉆井液，HMEEnergizer由約10％-30％的表面活性劑和70％-90％的烴類溶劑組成，從而用每平方米泥漿中含有0.3-0.9千克表面活性劑的HME Energizer處理泥漿系統(tǒng)。但是，事實(shí)證明這種配方?jīng)]有效果。在這種低濃度下，HME Energizer不能乳化鉆屑中的油和瀝青，在高濃度下，泥漿太稠，不能用在油田中。
鑒于上述原因，現(xiàn)在需要一種水基鉆井液，該鉆井液能夠在油砂層中用于旋轉(zhuǎn)鉆井作業(yè)，能夠有效除去負(fù)載有油和瀝青的鉆屑，不會(huì)有有害量的或者根本就沒(méi)有鉆屑或其中含有的油或?yàn)r青粘附在鉆桿柱部件和相關(guān)的井下設(shè)備上；不會(huì)明顯增加或降低鉆井液的稠度或粘度；很少或沒(méi)有增加作用在鉆桿柱上的拉力；很少或沒(méi)有增加轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿柱所需要的功率；不會(huì)明顯降低或者根本不會(huì)降低用傳統(tǒng)泥漿清洗裝置有效清洗鉆井液的適應(yīng)性及隨后再次用在鉆井作業(yè)中的適應(yīng)性；不需要使用泥漿冷卻設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)這些性能。本發(fā)明是針對(duì)這些需要而完成的。
發(fā)明概述總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明是一種水基聚合物鉆井液，它能夠?qū)⒂蜕皩又泻械挠秃蜑r青全部或大部分乳化，使油和瀝青分散在泥漿中，形成乳液。這樣就可以消除或明顯降低油、瀝青和鉆屑堵塞井或粘附在鉆桿柱部件上的可能性。該乳化過(guò)程將砂粒與油和瀝青分離，使泥漿通過(guò)傳統(tǒng)的泥漿振動(dòng)篩或本領(lǐng)域公知的其他合適裝置時(shí)能夠除去砂粒。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過(guò)導(dǎo)入有效量的HLB值大約等于或大于7的不同表面活性劑可以將油砂鉆屑中的油和瀝青乳化在水基鉆井泥漿中。實(shí)際效用要求的這些表面活性劑的組成和濃度隨鉆屑中油或?yàn)r青的性能和濃度及泥漿中乳化的油或?yàn)r青的濃度而變化。但是業(yè)已發(fā)現(xiàn)需要的濃度一般至少是每立方米鉆井泥漿中有0.1kg表面活性劑(HLB值大約等于或大于7)。
已經(jīng)泵出油砂井返回地面的本發(fā)明的鉆井液通過(guò)添加合適的材料如鈣、陰離子或非離子聚合物和/或陽(yáng)離子聚合物脫水，然后進(jìn)行離心分離，除去不需要的鉆屑。
因此，第一方面，本發(fā)明是一種鉆井液，其包括含水液體，一種或多種增粘劑，和一種或多種HLB值大約等于或大于7的表面活性劑。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，含水液體是水，一般是淡水，但是也可以是海水或地層水(即，在鉆探穿過(guò)的地層中天然產(chǎn)生的水)。鉆井液的密度是1000-1050kg/m3。但是，在不背離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下其密度可以超出該范圍。鉆井液還可以包括一種或多種下述成分聚合物材料，堿性材料，具有溶劑性能的載油，加重材料(weighting material)和消泡劑。本專利說(shuō)明書中使用的具有溶劑性能的載油表示具有使其能有效提高鉆井液將瀝青乳化到鉆井液中的能力的性能的油。
鉆井液還可以含有來(lái)自于通過(guò)油砂層鉆井時(shí)產(chǎn)生的鉆屑的乳化油或其他瀝青質(zhì)材料(bituminous material)。
第二方面，本發(fā)明是制備含有來(lái)自油砂鉆屑的乳化油或?yàn)r青的乳化鉆井液的方法，該方法包括下述步驟-提供原始鉆井液(primary drilling fluid)，其包括含水液體，一種或多種增粘劑，和一種或多種HLB值大約等于或大于7的表面活性劑；和-將原始鉆井液與鉆探穿過(guò)含油或?yàn)r青的油砂層產(chǎn)生的鉆屑混合；其中，所述的表面活性劑能夠?qū)@屑中的油或?yàn)r青有效乳化，乳化油或?yàn)r青基本上均勻地分散在原始鉆井液中，從而形成乳化鉆井液。在該方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，將原始鉆井液與鉆屑混合的步驟可以用下述方法完成將原始鉆井液循環(huán)通過(guò)被鉆探穿過(guò)油砂層的井筒環(huán)狀空間循環(huán)，使來(lái)自于油砂層的鉆屑混入原始鉆井液。
在本發(fā)明方法的替代性實(shí)施方案中，原始鉆井液還可以包括一種或多種下述成分聚合物材料，堿性材料，具有溶劑性能的載油，加重材料和消泡劑。
除上述實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)外，本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)在另外存在表面活性劑或沒(méi)有另外存在表面活性劑的情況下，通過(guò)導(dǎo)入有效量的具有溶劑性能的載油可以將油砂鉆屑中的油和瀝青乳化到水基鉆井泥漿中。因此，第三方面，本發(fā)明是一種鉆井液，其包括含水液體，一種或多種增粘劑，和具有溶劑性能的載油。在該方面發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，載油濃度是每立方米鉆井液中有5-75kg載油。鉆井泥漿還可以包括一種或多種下述成分聚合物材料，堿性材料，具有溶劑性能的載油，加重材料和消泡劑。鉆井液還可以含有來(lái)自于通過(guò)油砂層鉆井時(shí)產(chǎn)生的鉆屑的乳化油或其他瀝青質(zhì)材料。
附圖簡(jiǎn)述下面參考附

圖1說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案，圖1是示出用于配制本發(fā)明鉆井液的增粘劑和防流失劑的例示性組合的圖表。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述上面列舉了本發(fā)明鉆井液的必要成分和任選成分。本發(fā)明不要求這些成分以規(guī)定的相對(duì)比例或固定配方進(jìn)行組合。每一種成分的比例及任選成分的選擇是可以變化的，這取決于用鉆井液鉆探穿過(guò)的地下材料的特殊性能，還取決于用戶希望得到的特殊鉆井液性能。但是，下面列出各種成分濃度的一般范圍和可用于這些成分的具體材料的例子。
在本發(fā)明鉆井液的優(yōu)選實(shí)施方案中，增粘劑可以是PAC(聚陰離子纖維素)、粘土、淀粉或黃原酸膠。如果用粘土作為增粘劑，則應(yīng)當(dāng)是適用于或在本發(fā)明領(lǐng)域內(nèi)已知為適用于鉆井液的一種類型的粘土。增粘劑的濃度是每立方米鉆井液中有0.1kg-100kg的增粘劑。如果用粘土作為增粘劑，則粘土的濃度范圍優(yōu)選是10-40kg/m3。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，HLB值大約等于或大于7的表面活性劑濃度是每立方米鉆井液中有0.1kg-60kg的表面活性劑。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，這些表面活性劑的濃度范圍是2.5-25kg/m3。HLB值大約等于或大于7的表面活性劑可以選自陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑，其包括但不限定為羧酸鹽、sulfonide、硫酸鹽、磷酸鹽、聚乙氧基醚(polyethyoxylate ether)、烷基酚乙氧基化物、醇乙氧基化物、脂肪酸乙氧基化物、乙氧基化鏈烷醇酰胺、烷基醚磷酸鹽、烷基苯磺酸鹽、乙氧基化脂肪酸、蓖麻油乙氧基化物、甘油酯、環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷嵌段共聚物、壬基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇、咪唑啉、甜菜堿、丙酸鹽和兩性乙酸鹽。
為了進(jìn)一步控制粘度，控制液體流失到地層中，鉆井液還可以含有一種或多種聚合物材料。這些聚合物材料包括但不限定為粘土、PAC、瓜耳膠、天然有機(jī)聚合物、合成聚合物和HEC(羥乙基纖維素)。如果使用聚合物材料，則淀粉可以是改性淀粉或未改性淀粉如馬鈴薯淀粉或玉米淀粉。如果使用聚合物材料，則聚合物的總濃度是每立方米鉆井液中有0.1kg-50kg的聚合物。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，聚合物的濃度范圍是1.0-25kg/m3。
如圖1中的例子所示，鉆井液的粘度隨選擇的增粘劑類型和濃度而變化。圖1示出黃原酸膠、PAC、淀粉和粘土的各種組合和濃度及各種情況下得到的相對(duì)粘度。在圖1中，最左欄(″典型值″)示出已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的在寬范圍領(lǐng)域中有效的這四種材料的組合和濃度。接下來(lái)的五欄(″高粘度″)示出已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的能夠產(chǎn)生較高粘度的組合和濃度，最后五欄(″低粘度″)示出能夠產(chǎn)生較低粘度的組合。
盡管圖1所示的每一種組合都包括列舉的四種增粘劑中的至少兩種，但是，如果較低粘度和較高粘度可以接受，則本發(fā)明的鉆井液可以只有效使用這些增粘劑中的一種。然而我們發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)情況下，至少使用這些增粘劑中的兩種可以導(dǎo)致優(yōu)異的鉆井液性能。還應(yīng)當(dāng)注意的是，可以用HEC和/或瓜耳膠取代黃原酸膠，在粘度方面具有類似的效果。
鉆井液還可以含有一種或多種堿性材料，包括但不限定為苛性鈉(氫氧化鈉)和純堿(碳酸鈉)。在鉆井液中加入堿性材料的目的包括控制堿度、保持所需的pH值和/或降低硬度。如果使用堿性材料，則堿性材料的濃度是每立方米鉆井液中有0.1kg-20kg的堿性材料。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，堿性材料的濃度范圍是0.5-5kg/m3。
鉆井液還可以含有具有溶劑性能的載油。載油可以包括但不限定為HT-40TM(Petro-Canada生產(chǎn))、Drillsol(Enerchem International Inc.，ofNisku，Alberta，Canada生產(chǎn))、Shellsol(Shell Chemical Company生產(chǎn))和類似材料。如果使用載油，則載油的濃度是每立方米鉆井液中有0.1kg-100kg的載油。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，載油的濃度范圍是1.0-75kg/m3。
鉆井液還可以含有一種或多種加重材料，其包括但不限定為重晶石、赤鐵礦和碳酸鈣。如果使用加重材料，則加重材料的濃度是每立方米鉆井液中有0.1kg-1000kg的加重材料。
鉆井液還可以含有一種或多種消泡劑，其包括但不限定為本發(fā)明領(lǐng)域內(nèi)公知類型的醇類和硅酮類消泡劑。如果使用消泡劑，則消泡劑的濃度是每立方米鉆井液中有0.1kg-30kg的消泡劑。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，消泡劑的濃度范圍是0.1-15kg/m3。
鉆井液還可以包括來(lái)自于通過(guò)油砂層鉆井時(shí)產(chǎn)生的鉆屑的乳化油或其他瀝青質(zhì)材料，每立方米鉆井液中有0.1kg-500kg的乳化油或?yàn)r青。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，乳化油或?yàn)r青的濃度范圍是0.1-250kg/m3。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，如果鉆井液包括PAC和/或黃原酸膠，則好像特別能夠提高來(lái)自于鉆屑的油或?yàn)r青的乳化度。盡管得到這些優(yōu)點(diǎn)的確切機(jī)理目前尚不明確，但是可以相信的是，PAC或黃原酸膠的存在能夠促進(jìn)瀝青顆粒的包覆，使其更易于乳化在鉆井液中。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于理解的是，在不背離本發(fā)明基本概念的情況下可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)，所有這些改動(dòng)都包括在后面附加的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)。
在該專利申請(qǐng)文件中，詞語(yǔ)“包括”用其非限定性的意思，表示該詞語(yǔ)后面的項(xiàng)目包括在內(nèi)，但是也不排除沒(méi)有具體指出的項(xiàng)目。除非上下文明確要求有一種且只有一種這樣的元素，否則用不定代詞“一種”表示的元素不排除存在一種以上元素的可能性。
權(quán)利要求
1.一種鉆井液，其包括(a)含水液體；(b)一種或多種增粘劑；和(c)一種或多種HLB值大約等于或大于7的表面活性劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，還包括乳化的瀝青質(zhì)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，其中，乳化的瀝青質(zhì)材料來(lái)自鉆探穿過(guò)油砂時(shí)產(chǎn)生的鉆屑。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的鉆井液，其中，乳化油或?yàn)r青的濃度是每立方米鉆井液中有0.1-250kg的乳化油或?yàn)r青。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，其中，含水液體包括水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，其中，一種或多種增粘劑選自聚陰離子纖維素、黃原酸膠、粘土和淀粉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的鉆井液，其中，粘土是斑脫土。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，其中，一種或多種增粘劑的濃度是每立方米鉆井液中有0.1-40kg的增粘劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，其中，一種或多種HLB值大約等于或大于7的表面活性劑選自羧酸鹽、sulfonide、硫酸鹽、磷酸鹽、聚乙氧基醚、烷基酚乙氧基化物、醇乙氧基化物、脂肪酸乙氧基化物、乙氧基化鏈烷醇酰胺、烷基醚磷酸鹽、烷基苯磺酸鹽、乙氧基化脂肪酸、蓖麻油乙氧基化物、甘油酯、環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷嵌段共聚物、壬基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇、咪唑啉、甜菜堿、丙酸鹽和兩性乙酸鹽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，其中，一種或多種HLB值大約等于或大于7的表面活性劑包括陰離子表面活性劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，其中，一種或多種HLB值大約等于或大于7的表面活性劑包括非離子表面活性劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，其中，一種或多種HLB值大約等于或大于7的表面活性劑的總濃度是每立方米鉆井液中有0.5-25kg的表面活性劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，還包括一種或多種聚合物材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的鉆井液，其中，一種或多種聚合物材料選自黃原酸膠、聚陰離子纖維素、改性淀粉和未改性淀粉。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的鉆井液，其中，聚合物材料的濃度是每立方米鉆井液中有0.1-25kg的聚合物材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，還包括一種或多種堿性材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的鉆井液，其中，一種或多種堿性材料選自氫氧化鈉和碳酸鈉。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的鉆井液，其中，一種或多種堿性材料的總濃度是每立方米鉆井液中有0.5-5kg的堿性材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，還包括載油。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的鉆井液，其中，載油的濃度是每立方米鉆井液中有0.1-75kg的載油。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，還包括一種或多種加重材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的鉆井液，其中，一種或多種加重材料選自重晶石、赤鐵礦和碳酸鈣。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的鉆井液，其中，一種或多種加重材料的濃度是每立方米鉆井液中有0.1-300kg的加重材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的鉆井液，還包括一種或多種消泡劑。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的鉆井液，其中，一種或多種消泡劑選自醇類和硅酮類消泡劑。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的鉆井液，其中，消泡劑的總濃度是每立方米鉆井液中有0.1-15kg的消泡劑。
27.一種制備含有來(lái)自油砂鉆屑的乳化油或?yàn)r青的乳化鉆井液的方法，該方法包括下述步驟(a)提供原始鉆井液，其包括含水液體，增粘劑，和一種或多種HLB值大約等于或大于7的表面活性劑；和(b)將原始鉆井液與鉆探穿過(guò)含油或?yàn)r青的油砂層產(chǎn)生的鉆屑混合；其中，所述的表面活性劑能夠?qū)?lái)自鉆屑的油或?yàn)r青有效乳化，乳化油或?yàn)r青基本上均勻地分散在原始鉆井液中，從而形成乳化鉆井液。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，將原始鉆井液與鉆屑混合的步驟可以用下述方法完成將原始鉆井液循環(huán)通過(guò)被鉆探穿過(guò)油砂層鉆井的井筒環(huán)狀空間，使來(lái)自油砂層的鉆屑混入原始鉆井液。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，原始鉆井液包括一種或多種聚合物。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，原始鉆井液包括一種或多種堿性材料。
31.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，原始鉆井液包括載油。
32.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，原始鉆井液包括一種或多種加重材料。
33.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，原始鉆井液包括一種或多種消泡劑。
34.一種鉆井液，其包括(a)含水液體；(b)一種或多種增粘劑；和(c)具有溶劑性能的載油。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的鉆井液，其中，含水液體包括水。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的鉆井液，其中，一種或多種增粘劑包括粘土。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的鉆井液，其中，粘土是斑脫土。
38.根據(jù)權(quán)利要求34的鉆井液，其中，一種或多種增粘劑的濃度是每立方米鉆井液中有10-40kg的增粘劑。
39.根據(jù)權(quán)利要求34的鉆井液，其中，載油的濃度是每立方米鉆井液中有1.0-75kg的載油。
全文摘要
一種水基聚合物鉆井液，它含有有效量的HLB值大約等于或大于7的表面活性劑，它能夠?qū)⒂蜕般@屑中含有的油和瀝青乳化，使油和瀝青分散在泥漿中，形成乳液。這樣就可以消除或明顯降低油、瀝青和鉆屑堵塞井或粘附在鉆桿柱部件上的可能性。該乳化過(guò)程將砂粒與油和瀝青分離，使泥漿通過(guò)傳統(tǒng)的泥漿振動(dòng)篩或其他合適裝置時(shí)能夠除去砂粒。
文檔編號(hào)C09K8/04GK1745157SQ200380109373
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2003年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月2日
發(fā)明者吳安明, 杰伊·布羅克霍夫 申請(qǐng)人:馬奎斯流體股份有限公司