專利名稱：鉆井液添加劑和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鉆井液組合物和提供井孔的方法。
背景技術：
當鉆探井孔時，通常使鉆井液循環(huán)通過鉆探管、通過鉆頭并且向上到達鉆探管周圍的環(huán)帶以使鉆屑循環(huán)出井孔并使鉆頭冷卻。該鉆井液含有的組分使鉆井液的密度提供約等于或大于鉆探井孔穿過其中的地層中流體的孔隙壓力的井底壓力，并且還提供不大于造成鉆探井孔穿過其中的地層斷裂的壓力的壓力。鉆井液通常還含有起其它作用的添加劑。例如，鉆井液通常含有將沿著井孔壁形成濾餅以減少從井孔到地層中的流體損失的固體。希望地，該濾餅具有相對低的滲透性以減少井孔的流體損失。特別對于以層段提供的將從其中開采烴的井孔部分而言，當從地層中開采烴時，該滲透性非常低的濾餅是不希望的。因此在開采烴之前優(yōu)選例如通過循環(huán)使濾餅中的固體分解的酸組合物而除去濾餅。希望濾餅全部除去，但采用除去濾餅的現(xiàn)有方法不容易實現(xiàn)。
Patel等在美國專利No.6,484,821中提出伯胺可用于鉆井液中以抑制粘土溶脹。含有大量粘土的地層通常不是烴開采區(qū)，這是因為粘土地層的不滲透性和多孔性不夠。
Clapper等在美國專利No.4,735,732中提出了過濾控制添加劑。該過濾控制添加劑用于反轉(zhuǎn)乳液鉆井液和使用該鉆井液的方法。該添加劑包括通過以下方式得到的熱解產(chǎn)品將細碎的含腐殖酸的材料和包含10-20個碳原子的烷基的伯胺或者包含一個烷基取代的苯基(該烷基具有10-20個碳原子)的伯胺互混并且加熱。
Murphey等在美國專利6,143,698中提出一種從地下井孔中除去濾餅的方法，其包括用包含添加劑的鉆井液鉆探井孔以形成包含可氧化降解的組分的濾餅。該可氧化降解的組分優(yōu)選是多糖。當希望除去濾餅時，將濾餅與清澈的含溴鹽水或者溴酸鹽產(chǎn)生劑接觸以使濾餅中的聚合物降解。該鹽水含有溴化物鹽和能夠延遲在井下條件下溴化物氧化成溴的氧化劑。在一個實施方案中，使用包含胺取代的淀粉和胺取代的黃原膠增稠劑的鉆井液。胺優(yōu)選是二乙基氨基異丙醇。替代地，提出了含有叔和季官能團的聚合物例如聚乙烯亞胺和環(huán)氧乙烷的共聚物。該方法依賴于濾餅的氧化和不會產(chǎn)生氣體而使濾餅從井孔壁上物理提升。
Card等在美國專利5,979,557中提出一種在井回轉(zhuǎn)期間限制地層水流入以將地層水力壓裂處理之后的聚合物回收最大化的方法。該方法包括以下步驟在含水區(qū)中選擇性堵塞孔隙結(jié)構(gòu)并且在地層表面不堵塞烴區(qū)的孔隙結(jié)構(gòu)；使用含有聚合物的流體進行水力壓裂處理；和使井回轉(zhuǎn)以回收聚合物。還提供一種將具有烴區(qū)和含水區(qū)的地層酸化的方法，優(yōu)選為基質(zhì)酸化的方法。該方法包括以下步驟在地層表面選擇性堵塞含水區(qū)中的孔隙結(jié)構(gòu)以選擇性阻礙酸遷移到含水區(qū)中；和將酸注入地層，其中由于選擇性堵塞步驟使酸從含水區(qū)轉(zhuǎn)移到烴區(qū)。當含水區(qū)含有殘余量的烴殘渣時，該方法進一步包括在選擇性堵塞步驟之前注入互溶劑。在這些方法中，選擇性堵塞步驟優(yōu)選在地層表面在含水區(qū)的孔隙結(jié)構(gòu)中形成粘性流體堵塞物。該粘性流體優(yōu)選至少含有能夠在含水環(huán)境中形成蠕蟲狀膠束的粘彈性表面活性劑、實現(xiàn)地層穩(wěn)定性的水溶性鹽和含水載液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括鉆探井孔的方法，其包括以下步驟提供包含伯胺的鉆井液；使鉆井液循環(huán)同時鉆探井孔，其中當鉆探井孔時將伯胺摻入沉積在井孔壁上的濾餅中；和在鉆探井孔之后通過使包含亞硝酸的流體循環(huán)到井孔中而將至少部分濾餅除去。
本發(fā)明包括鉆井液，該鉆井液包含約0.5-3wt％的伯胺形式的氮。
本發(fā)明包括在烴開采區(qū)中提供井孔的方法，其包括以下步驟將暴露于活化組分時形成氣體的固體組分摻入鉆井液，使其中有固體組分的鉆井液循環(huán)同時在烴開采區(qū)中鉆探井孔，和在開采區(qū)中鉆探至少部分井孔之后使包含活化組分的鉆井液循環(huán)，由此在濾餅中形成氣泡，并使濾餅至少部分從井孔壁上剝離。
具體實施例方式
本發(fā)明的鉆井液包括當活化組分與固體組分接觸時產(chǎn)生氣體的組分。當在鉆探過程期間通過井循環(huán)時，該組分將其本身對著井孔壁摻入濾餅并且稍微摻入井孔壁中。井孔內(nèi)輕微的過壓迫使一些鉆井液進入穿過其中鉆探井孔的地層，并且鉆井液中的固體由此沉積在井孔表面上和地層中井孔附近的孔隙間隔中。當鉆井液通入地層時，更多的固體將沉積在井孔表面上并且最終形成濾餅。濾餅然后通過在井孔壁表面和表面附近生成相對不可滲透的表層而減少鉆井液的損失。特別是當鉆探井孔穿過其中的地層是開采層段時，希望在所述表層已經(jīng)達到在鉆探時減少鉆井液損失的目的之后，將該表層除去。
為除去濾餅，本發(fā)明的鉆井液摻入了與活化組分接觸時產(chǎn)生氣體的組分。在一個實施方案中，形成氣體的組分是含伯胺的組分，所述活化組分包括亞硝酸。伯胺可以為固體形式以使其被包埋在濾餅中?？梢岳缤ㄟ^接枝到不溶于鉆井液組合物的淀粉或黃原膠或其它天然或合成聚合物上而將伯胺摻入固體中。伯胺可以是被水解成胺形式的聚合物例如聚乙烯甲酰胺。這類聚乙烯甲酰胺可按商品名Lupamin從BASF Corporation獲得?？梢允褂美缑麨長upamin 1595的Lupamin的低分子量形式或者命名為Lupamin 9095的高分子量形式。
可以例如通過由G.Mino和S.Kaizerman在Journal of PolymerScience，31卷，242-243頁中提出的方法以外的方法將伯胺接枝到淀粉上。如Mino和Kaizerman所描述的，在該方法中在有機還原劑例如醇、硫醇、二醇、醛或胺的存在下使用鈰鹽例如硝酸鹽和硫酸鹽形成有效的氧化還原體系。該氧化-還原產(chǎn)生鈰離子和能夠引發(fā)乙烯基聚合的過渡自由基物質(zhì)?？梢匀缦轮苽渥鳛槔拥木郾０酚诰垡蚁┐忌系慕又酆衔锟梢詫?.5ml于1M硝酸中的0.1M硝酸鈰銨溶液加入到于97.5ml水中的5g丙烯酰胺和1g聚乙烯醇的溶液中。聚合可以在氮氣氛中在20℃下進行。在聚合例如1小時后，可以將溶液倒入過量的丙酮中以沉淀出粗聚合物。丙烯酰胺的轉(zhuǎn)化率可以例如為93％。粗聚合物的分級沉淀可以表現(xiàn)出將沒有游離的聚丙烯酰胺存在。該步驟可以用淀粉或黃原膠代替聚乙烯酰胺，并且可以用例如聚乙烯甲酰胺代替丙烯酰胺以制得可用于實施本發(fā)明的含伯胺的組分。可以容易地改進該方法以將伯胺接枝到不溶于本發(fā)明的鉆井液組合物的其它聚合物上。這類聚合物可以例如為合成或天然聚合物。
含伯胺的組分可以例如約0.1-10wt％氮的濃度存在于鉆井液組合物中，并且在另一個實施方案中以約0.5-3wt％氮存在于鉆井液組合物中。
在一個實施方案中，伯胺可以以液體形式加入，但固體可以提供在濾餅中濃縮并且保留在濾餅中直到與亞硝酸組合物接觸而開始脫除的優(yōu)點。
可以通過將亞硝酸鈉溶液與無機酸例如鹽酸組合而形成用于除去濾餅的酸溶液。亞硝酸鈉當與酸組合時變成亞硝酸，并且將迅速使伯胺官能團轉(zhuǎn)化成重氮官能團，其進一步分解成烯烴和氮氣。通過常規(guī)的酸侵蝕，酸可以進一步使濾餅組分分解，但產(chǎn)生氮氣的行為將在濾餅中產(chǎn)生滲透性、使濾餅破碎、使濾餅從井孔壁提升并極大地強化了濾餅的脫除。
Kornblum和Lffland在Journal of the American ChemicalSociety，71卷，2137頁中說明了伯胺不與pH低于3的亞硝酸反應。但本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)與聚合物例如Lupamin在3或更小的pH下劇烈反應。本發(fā)明的一些實施方案可以使用pH例如為4或更小或者作為選擇pH為1-3的亞硝酸溶液以將濾餅從井孔中除去。
頁巖水合抑制劑可以足夠的濃度存在以減少頁巖基于表面水合的溶脹和/或基于滲透的溶脹。存在于特定鉆井液配方中的頁巖水合抑制劑的精確量可以由測試鉆井液和遇到的頁巖地層的組合的試差方法決定。但通常頁巖水合抑制劑可以約1-18磅/桶(lbs/bbl或ppb)(約2.852-51.34g/l)的濃度用于鉆井液中，并且更優(yōu)選為約2-12磅/桶(約5.704-34.22g/l)鉆井液的濃度。
為了提高鉆井液的密度，本發(fā)明一些實施方案的鉆井液包括增重材料。這類增重材料的主要目的是提高鉆井液的密度以防止反沖和噴出。本領域技術人員將知道并且理解防止反沖和噴出對于鉆探機的安全日常操作而言是重要的。因此將功能有效量的增重材料加入鉆井液中，該用量主要取決于被鉆探的地層的性質(zhì)。
適用于配制本發(fā)明的鉆井液的增重材料可以通常選自任何類型的固體、顆粒形式、懸浮于溶液中、作為部分制備過程溶解于水相中或之后在鉆探期間加入的增重材料。優(yōu)選地，增重材料選自重晶石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、碳酸鎂、有機和無機鹽以及這些化合物的混合物和組合物及類似的可用于配制鉆井液的這類增重材料。
除了先前提到的其它組分之外，任選將通常稱為膠凝材料、稀釋劑和流體損失控制劑的材料加入鉆井液配方中。在這些附加材料當中，可以按鉆探條件功能需要的濃度將各材料加入到配方中。用于水基鉆井液中的典型膠凝材料是膨潤土、海泡石、粘土、綠縷石粘土、陰離子高分子量聚合物和生物聚合物。
還通常將稀釋劑例如木質(zhì)磺酸鹽加入水基鉆井液中。通常加入木質(zhì)磺酸鹽、改性的木質(zhì)磺酸鹽、聚磷酸酯和丹寧酸。在其它實施方案中，也可以加入低分子量聚丙烯酸酯作為稀釋劑。為了降低流動阻力和控制膠凝趨勢，將稀釋劑加入鉆井液。稀釋劑實施的其它功能包括減少過濾和濾餅厚度、抵銷鹽的作用、將水對鉆探地層的影響最小化、使油在水中乳化和在高溫下使鉆井液性能穩(wěn)定。
可以將多種流體損失控制劑加入本發(fā)明一些實施方案的鉆井液中，其通常選自合成有機聚合物、生物聚合物和其混合物。也可以將流體損失控制劑例如改性褐煤、聚合物、改性淀粉和改性纖維素加入到本發(fā)明的水基鉆井液體系中。在一個實施方案中，可以將本發(fā)明的添加劑選擇為具有低毒性和與常用的陰離子鉆井液添加劑例如聚陰離子羧甲基纖維素(PAC或CMC)、聚丙烯酸酯、部分水解的聚丙烯酰胺(PHPA)、木質(zhì)磺酸鹽、黃原膠、它們的混合物等相容。
本發(fā)明的一些實施方案的鉆井液還可以包含包封劑，所述包封劑通常選自合成的有機、無機和生物聚合物及其混合物。包封劑的作用是在沿著鏈的多個點吸附到粘土顆粒上，由此將顆粒粘結(jié)在一起并包封鉆屑。這些包封劑有助于在較少鉆屑分散到鉆井液中的情況下改善鉆屑的脫除。包封劑的性質(zhì)可以是陰離子、陽離子、兩性或非離子的。
可以存在于本發(fā)明一些實施方案的鉆井液中的其它添加劑包括一些產(chǎn)品例如潤滑劑、穿透率強化劑、消泡劑、腐蝕抑制劑和損失循環(huán)產(chǎn)品。這些化合物是在配制水基鉆井液的領域中的普通技術人員已知的。
包含以下實施例以說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。本領域技術人員應該理解在下面的實施例中公開的技術代表在本發(fā)明的實踐中由本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的功能良好的技術，并且因此可以將其看作是用于本發(fā)明實踐的優(yōu)選方式。但從本公開內(nèi)容的角度出發(fā)，本領域技術人員應該理解可以針對所公開的特定實施方案作出許多改變并仍然得到相同或類似的結(jié)果，只要不偏離本發(fā)明的范圍即可。
以下實施例說明了當濾餅含有伯胺時通過將濾餅暴露于酸產(chǎn)生氣體而除去濾餅的可行性。
表12ppg PHPA鉆井液新鮮水 lb283.50＝283.50 cc (＝0.81 bbl)膨潤土 lb8.003.02ccNaCl lb73.00 ccPAC-Llb0.750.47ccDEXTRID LT lb4.002.67ccEZ-MUD DPlb0.750.94ccBARAZAN-D PLUS lb0.350.22cc重晶石 lb118.00 27.90 ccRev-Dust lb20.00 8.51cc總計 lb508.35 385.80 cc密度 g/cc 1.321.32密度 ppg 10.98 10.98Lupamin lb10.00 9.26總計 lb518.35 395.06 cc最終密度(g/cc) g/cc 1.311.31最終密度(ppg)ppg 10.93 10.93最終Lupamin濃度 ppb 9.779.77在實驗室環(huán)境中由12磅/加侖(1.438kg/l)PHPA鉆井液體系和由12磅/加侖(1.438kg/l)木質(zhì)磺酸鹽鉆井液制成濾餅。根據(jù)上表配方制備所述鉆井液。用10磅/加侖(1.198kg/l)Lupamin 1595制備這些鉆井液的樣品，并且用10磅/加侖(1.198kg/l)Lupamin 9095制備另一樣品。然后在150下進行高溫流體損失試驗以由各鉆井液生成樣品濾餅。將濾餅切成兩半，并向盤子中裝入一半樣品、鹽酸溶液及含有5.0wt％鹽酸和5.0wt％亞硝酸鈉的亞硝酸鈉溶液。
在將酸溶液加入濾餅樣品之前，濾餅并未呈現(xiàn)出多孔。在加入酸溶液之后，各濾餅膨脹且多孔。
本領域技術人員將理解對于所公開的實施方案、結(jié)構(gòu)、材料和方法，可以進行許多改進和變化，只要不偏離其精神和范圍即可。因此，后面所附權(quán)利要求書和它們的功能等價物的范圍將不受本文中所描述和說明的特定實施方案的限制，因為這些在性質(zhì)上只是例舉性的。
權(quán)利要求
1.一種鉆井液，其包含約0.5-3wt％的伯胺形式的氮。
2.權(quán)利要求1的鉆井液，其還包含約1-10wt％的淀粉。
3.權(quán)利要求2的鉆井液，其中至少部分伯胺接枝到淀粉上。
4.權(quán)利要求2的鉆井液，其中至少部分伯胺接枝到黃原膠上。
5.權(quán)利要求1的鉆井液，其中伯胺接枝到不溶于該鉆井液的聚合物上。
6.權(quán)利要求1的鉆井液，其中該鉆井液是水基鉆井液。
7.權(quán)利要求1的鉆井液，其中伯胺是脂族胺。
8.權(quán)利要求1的鉆井液，其還包含膨潤土。
9.權(quán)利要求1的鉆井液，其中該鉆井液還包含氯化鈉。
10.一種在烴開采區(qū)中提供井孔的方法，其包括以下步驟將暴露于活化組分時形成氣體的固體組分摻入鉆井液；使其中有固體組分的鉆井液循環(huán)同時在烴開采區(qū)中鉆探井孔；和在開采區(qū)中鉆探至少部分井孔之后使包含活化組分的鉆井液循環(huán)，由此在濾餅中形成氣泡并使濾餅至少部分從井孔壁上剝離。
11.權(quán)利要求10的方法，其中固體組分是伯胺。
12.權(quán)利要求11的方法，其中伯胺接枝到淀粉上。
13.權(quán)利要求11的方法，其中伯胺接枝到黃原膠上。
14.權(quán)利要求11的方法，其中伯胺接枝到不溶于鉆井液的聚合物上。
15.權(quán)利要求11的方法，其中活化組分是酸。
16.權(quán)利要求15的方法，其中活化組分還包含亞硝酸。
17.權(quán)利要求21的方法，其中伯胺是聚乙烯胺。
18.權(quán)利要求10的方法，其還包括以下步驟在鉆探井孔之后并在使包含活化組分的鉆井液循環(huán)之前在井孔中設置濾網(wǎng)。
19.權(quán)利要求10的方法，其中氣泡是氮氣泡。
全文摘要
提供一種用于鉆探井孔的方法，其包括以下步驟提供包含伯胺的鉆井液；使鉆井液循環(huán)同時鉆探井孔，其中當鉆探井孔時將伯胺摻入沉積在井孔壁上的濾餅中；和在鉆探井孔之后通過使流體循環(huán)到井孔中而將至少部分濾餅除去，其中所述流體為包含亞硝酸的組合物。本發(fā)明還包括含有固體組分的鉆井液，所述固體組分當與濾餅中使其產(chǎn)生氣體的組分接觸時產(chǎn)生氣體。在一些實施方案中，該固體組分是接枝到不溶于鉆井液組合物的聚合物如淀粉上的伯胺。
文檔編號C09K8/38GK101068904SQ200580041497
公開日2007年11月7日 申請日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者L·M·哈伯曼 申請人:國際殼牌研究有限公司