用于井眼液的沉淀的增重劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種配制井眼液的方法，所述方法包括：使增重劑從溶液中沉淀；以及將沉淀的增重劑加入到基液中以形成井眼液。本發(fā)明還公開了包含分散劑包覆的沉淀的增重劑的流體和配制井眼液的方法。
【專利說明】用于井眼液的沉淀的增重劑
[0001]本申請是申請日為2007年9月11日、中國申請?zhí)枮?00780041191.4,PCT申請?zhí)枮镻CT/US2007/078159且發(fā)明名稱為《用于井眼液的沉淀的增重劑》的申請的分案申請。
[0002]相關申請的交叉引用
[0003]依照35U.S.C.§ 119，本申請要求2006年9月11日提交的美國專利申請60/825，156的優(yōu)先權，該美國專利申請的全部內容通過引用結合在此。
【技術領域】
[0004]本發(fā)明中所公開的實施方案總體上涉及井眼液。特別地，本發(fā)明中所公開的實施方案涉及用于井眼液的沉淀的增重劑。
【背景技術】
[0005]當在地層中鉆井或完井時，由于各種原因，通常在井中使用各種流體。井液的一般用途包括:在普通鉆井或鉆開(即，鉆開目標含油地層)時潤滑和冷卻鉆頭切削表面；將“巖屑”(由于鉆頭上的齒的切削作用而移除的地層片)運輸到地表上；控制地層流體壓力以防止噴出；保持井穩(wěn)定性；將固體懸浮于井中；將鉆井地層中的濾失最小化，并且穩(wěn)定鉆井通過的地層；將井附近的地層壓裂；用另一種流體代替井內的流體；將井進行清洗；對井進行測試；將水馬力傳遞到鉆頭上；將流體用于安置封隔器，廢棄井或者準備廢棄井，以及另外用于對井或地層進 行處理。
[0006]通常，鉆井液應當可在壓力下向下泵送，通過鉆管柱，然后通過并到達深入地層的鉆頭頭部周圍，然后通過在鉆桿外部與井壁或套管之間的環(huán)狀空間返回到地表。除了提供鉆井潤滑性和效率以及減緩磨損以外，鉆井液還應當使固體顆粒懸浮并向地表輸送固體顆粒以進行濾砂和處理。此外，該流體應當能夠使添加的增重劑(為了增加泥漿的比重)懸浮，并且輸送粘土和能夠粘附到并覆蓋井眼表面的其它物質，所述增重劑通常為磨細的重晶石(硫酸鋇礦石)。
[0007]鉆井液通常具有觸變性流體體系的特性。即，當被剪切時，例如當循環(huán)時，它們表現出低的粘度(在泵送或與移動鉆頭接觸過程中出現的)。然而，當停止剪切作用時，流體應當能夠懸浮其所含的固體以防止重力分離。另外，當鉆井液處于剪切條件下并且接近易流動液體時，它必須保持足夠高的粘度，以將來自井眼底部的所有多余的粒狀物質帶到地表上。鉆井液配劑還應當允許將巖屑和其它多余的粒狀材料移除，或者另外從液體部分中沉降出來。
[0008]越來越需要具有能夠使這些井的鉆井更容易的流變性曲線的鉆井液。具有定制的流變性的鉆井液確保從井眼中盡可能有效率和有效地移除巖屑，以避免在井中形成巖屑床，這可能導致鉆柱被卡住，以及其它的問題。出于鉆井液水力學(當量循環(huán)密度)觀點，還需要降低循環(huán)流體所需的壓力，這有助于避免將地層暴露于可能壓裂地層，導致流體損失并且可能導致井損失的過度壓力下。另外，改善的曲線必需防止流體中的加重劑的沉降或下降，如果這種情況發(fā)生，可能導致循環(huán)流體體系中的不均勻密度曲線，從而可能導致井控(氣體/流體注入)和井眼穩(wěn)定性問題(坍塌/裂紋)。
[0009]為了獲得滿足這些要求所需的流體特性，流體必須容易泵送，因此需要最低量的壓力，以迫使它穿過循環(huán)流體體系中的限制部分(restriction),例如鉆頭噴嘴或測井下井儀?；蛘邠Q言之，在高剪切條件下，流體必須具有可能最低的粘度。相反，在其中流體流動面積大并且流體速度緩慢，或存在低剪切條件的井區(qū)中，流體粘度必須盡可能高，以懸浮并且輸送鉆出的巖屑。這還適用于在流體在井眼中保持靜態(tài)的時候，其中需要將巖屑和加重料保持懸浮以防止沉降。然而，還應當指出，流體的粘度不應當在靜態(tài)條件下繼續(xù)增加至不可接受的水平。另外當需要再次循環(huán)流體時，這可能導致可以壓裂地層的過度壓力，或者換句話說，如果要求收回充分循環(huán)流體體系的壓力超過泵的限度，它可能導致損失時間。
[0010]井眼液還必須對井眼的穩(wěn)定性有貢獻，并且控制來自地層孔隙的氣體、油或水的流動，以防止例如地層流體的流出或井噴，或加壓的地層的倒塌。井眼內的液柱施加與井眼的深度和流體的密度成正比的靜壓。高壓地層可能需要比重高達3.0的流體。
[0011]多種材料目前被用于增加井眼液的密度。這些材料包括溶解的鹽，如氯化鈉、氯化鈣和溴化鈣。作為選擇，將粉末狀的礦物，如重晶石、方解石和赤鐵礦加入到流體中以形成密度增加的懸浮液。還已經描述了金屬粉末如鐵作為鉆井液中的增重材料的使用，其中所述增重材料包括直徑小于250 μ m并且優(yōu)選在15和75 μ m之間的鐵/鋼球形顆粒。還已經提出了細粉末狀的碳酸鈣或碳酸鐵的使用；然而，此類流體的塑性粘度隨著粒度的減小而快速地增加，從而限制了這些材料的應用。
[0012]對于這些井眼液添加劑的一個要求是其形成穩(wěn)定的懸浮液并且不易于沉降出來。第二個要求是所述懸浮液表現出低粘度，以促進泵送并使高壓的產生最小化。最后，井眼液漿液還應當表現出低的濾失量。
[0013]常規(guī)的增重劑如粉末狀的重晶石具有10-30 μ m的范圍內的平均粒子直徑(d5Q)。為了充分地懸浮，這些材料需要加入膠凝劑，如用于水基液的膨潤土，或用于油基液的有機改性膨潤土。還可以加入可溶性聚合物增粘劑，如黃原膠，以減慢增重劑的沉降速率。然而，隨著加入更多的膠凝劑以增加懸浮液穩(wěn)定性，流體粘度(塑性粘度和/或屈服點)不適宜地增加，從而導致泵送性降低。如果使用增粘劑保持固體懸浮的所需水平，情況也是這樣。
[0014]微粒增重劑的沉降(或“垂沉”)在以與垂向成大斜度所鉆的井眼中變得更加關鍵，因為例如一英寸(2.54cm)的垂沉可能導致沿井眼壁的上部連續(xù)的密度降低的液柱。為了到達例如遙遠的儲油層部分，通常在大的距離上對這樣的大斜度井進行鉆井。在這樣的情況下，重要的是將鉆井液的塑性粘度最小化，以減少在井眼長度上的壓力損失。同時，還應當保持高密度，以防止井噴。此外，如上面對微粒增重材料指出，垂沉的問題變得更加重要，以避免微粒增重劑在井眼的低側的差壓卡鉆或沉降出來。
[0015]能夠配制具有高密度和低塑性粘度的鉆井液在需要高密度井眼液的深高壓井中也是重要的。高粘度可能導致泵送條件下在井眼底部的壓力增加。此“當量循環(huán)密度”(ECD)的增加可能導致地層中的張開裂縫和井眼液向壓裂的地層的嚴重損失。再一次，為了保持靜壓頭以避免井噴，懸浮液的穩(wěn)定性是重要的。具有低粘度和最小的增重材料垂沉的高密度流體的目標仍然是一個挑戰(zhàn)。
[0016]因此，繼續(xù)要求改進井眼液。
【發(fā)明內容】

[0017]在一個方面中，本發(fā)明中所公開的實施方案涉及一種配制井眼液的方法，所述方法包括:使增重劑從溶液中沉淀；和將沉淀的增重劑加入到基液中以形成井眼液。
[0018]在另一個方面中，本發(fā)明中所公開的實施方案涉及一種配制井眼液的方法，所述方法包括:使增重劑從溶液中沉淀；用分散劑包覆增重劑；和將沉淀的增重劑加入到基液中以形成井眼液。
[0019]在另一個方面中，本發(fā)明中所公開的實施方案涉及一種井眼液，所述井眼液包含:基液；和沉淀的增重劑。
[0020]在另一個方面中，本發(fā)明中所公開的實施方案涉及一種井眼液，所述井眼液包含:基液；和包覆有分散劑的沉淀的增重劑。
[0021]從以下描述和后附的權利要求中，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將變得明顯。
【具體實施方式】
[0022]在一個方面中，本發(fā)明中所公開的實施方案涉及用于井眼液的沉淀的增重劑。此外，本發(fā)明中還公開了配制和使用包含沉淀的增重劑的流體的方法。
[0023]常規(guī)的增重劑如重晶石的來源是可以進行粉碎(研磨)處理以制備具有所需粒度的顆粒的開采的礦石。在井 下操作中使用的各顆粒度可以在例如AP1-級重晶石(d9CI~70微米)至微?；闹鼐?d9(l= 1-25微米)的范圍內。此外，如在每一個均轉讓給本發(fā)明的受讓人并且通過引用結合在此的美國專利申請出版物20040127366、20050101493、20060188651，美國專利6，586，372和7，176，165，以及美國臨時申請序列號11/741，199中所討論的，微粒化的增重劑可以提供在流體垂沉、流變性和/或濾失量方面的改善的性能。
[0024]然而，本公開的實施方案通過沉淀提供此類增重劑的替代來源，從而還可以允許可獲得粒度的更寬范圍。與天然形成并被作為原料開采的、可以被稱為原生礦物的常規(guī)增重劑相比，如在本發(fā)明中所使用的，術語“沉淀的增重劑”是指通過化學沉淀從溶液中合成而形成的增重劑。“原生礦物”如原生重晶石，是指最初的商品，其包括原生礦物以及簡單選礦法，如洗選、跳汰選、重介質分選、搖床選礦、浮選和磁選的產品。然而，為了在井中使用，礦物還經壓碎/研磨和篩分。
[0025]在本發(fā)明中所公開的一些實施方案中使用的沉淀的增重劑可以包括本領域技術人員已知的典型增重劑化合物的各種沉淀形式，其可以包括，例如，硫酸鋇(重晶石)、碳酸鈣(方解石)、碳酸鎂(菱鎂礦)、碳酸鈣鎂(白云石)、氧化鐵(赤鐵礦)、硅酸鎂和硅酸鐵(橄欖石)、碳酸鐵(菱鐵礦)、和硫酸鍶(天青石)。此外，因為本公開的增重劑是合成制備的，所以本領域的普通技術人員應認識到可以通過沉淀形成與天然形成為礦物礦石的那些化合物不同的化合物，并且將其用作本公開的流體中的增重劑。因此，在一個實施方案中，可以使用各種金屬和/或堿土金屬，包括例如，鈣、鋇、鎂、鐵、鍶、鋁、和/或鋅的各種硫酸鹽、碳酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、硅鋁酸鹽、氧化物等。此外，盡管許多堿金屬鹽，如鈉非常易溶，但是有些，如硅鋁酸鈉和/或硅鋁酸鈉鎂非常不易溶，因此可以作為替代的沉淀的增重劑在本公開的流體中使用。
[0026]本領域的普通技術人員應認識到具體的沉淀的增重劑材料的選擇可以主要取決于材料的密度，因為通常在任何特定密度下的最低井眼液粘度是通過使用最高密度的顆粒獲得的。然而，其它的考慮可以影響產品的選擇，如成本、本地可得性，以及殘留的固體或濾餅是否可以從井中容易地被去除。
[0027]在一些實施方案中，沉淀的增重劑可以由比重為至少1.8的材料組成的顆粒形成；在其它實施方案中，比重為至少2.3 ;在其它實施方案中，比重為至少2.4 ;在其它實施方案中，比重為至少2.5 ;在其它實施方案中，比重為至少2.6 ;并且在另外的其它實施方案中，比重為至少2.68。例如，由比重為至少2.68的顆粒形成的增重劑可以允許將井眼液配制為滿足大部分密度要求，而仍具有低得足以使流體可泵送的顆粒體積分數。
[0028]在一些實施方案中，增重劑的平均粒度(d5CI)可以在大于5nm、10nm、30nm、50nm、100nm、200nm、500nm、700nm、I微米、1.2微米、1.5微米的下限至小于10微米、5微米、2.5微米、1.5微米、I微米、700nm、500nm、IOOnm的上限的范圍內，其中顆?？梢栽谌魏蜗孪拗寥魏紊舷薜姆秶鷥取Ｔ谄渌鼘嵤┓桨钢?，增重劑的‘(90%的顆粒均更小的尺寸)可以在大于 20nm、50nm、100nm、200nm、500nm、700nm、I 微米、1.2 微米、1.5 微米、3 微米、5 微米的下限至小于25微米、15微米、IO微米、5微米、2.5微米、I.5微米、I微米、700nm、500nm的上限的范圍內，其中顆粒可以在任何下限至任何上限的范圍內。
[0029]此外，本領域的普通技術人員應認識到增重劑可以具有不同于單峰分布的粒度分布。也就是說，增重劑可以具有在各個實施方案中可以是單峰、雙峰或多峰的粒度分布，該單峰分布可以是或可以不是高斯分布。
[0030]具有這些平均粒度的顆?？梢酝ㄟ^化學沉淀獲得，由此作為溶液中化學物種之間的化學反應的結果，制備不溶性的固體增重劑。在溶液中至少兩種化學物種(specific)的混合后發(fā)生沉淀。本領域的普通技術人員應認識到這些混合的化學品的化學特性取決于要用作增重劑的所需的生成化合物。例如，當需要硫酸鋇增重劑時，可以將鋇鹽溶液(例如，氫氧化鋇、氯化鋇等)與堿金屬硫酸鹽溶液(例如，硫酸鈉、硫酸)混合，以沉淀出硫酸鋇。然而，在需要碳酸鹽，如碳酸鈣的情況下，與二氧化碳結合的氫氧化鈣溶液導致碳酸鈣的形成?？梢酝ㄟ^用另一堿金屬(或其它金屬)鹽溶液代替所述堿金屬鹽溶液而類似地形成其它硫酸鹽和碳酸鹽，同時可以通過用硅酸鹽溶液，如硅酸鈉代替硫酸鹽溶液而形成硅酸鹽。此外，為了沉淀其它化合物如氧化鐵，可以通過使溶液暴露于高溫和高壓下以使溶液中的鐵水解并沉淀出來，使氧化鐵從鐵鹽溶液中沉淀。
[0031]混合可以在例如攪拌釜反應器(間歇式的或連續(xù)式的)、靜態(tài)混合器或轉子-定子混合器中進行。其中轉子以高速(如至少120000rpm)轉動的設備特別適合用于形成這種沉淀的增重劑，因為齒合設備的剪切力、橫向力和摩擦力(與高速結合)可以導致細的、分散的顆粒的形成。另外的技術如碰撞射流、微通道混合器的使用，或Taylor-Couette反應器的使用可以改善混合強度，并且導致更小的顆粒和更好的顆粒均勻性。作為選擇，通過允許獨立地控制各種參數，如輸入功率、反應器設計、停留時間、顆粒、或反應物濃度，可以提供更高的剪切和攪拌能量以引起微觀混合和局部消散高功率的超聲破碎也可以提供更小的顆粒和更好的顆粒均勻性。在溶液已經通過混合器后，所得的沉淀的增重劑可以被分離出來并且干燥，以在稍后在井眼液中使用。在美國專利7，238，331中討論了可以在需要納米尺寸的增重劑時使用的特定混合器，該專利的全部內容通過引用結合在此。
[0032]如上所述，在本發(fā)明中所公開的實施方案中使用的流體可以包含沉淀的增重劑。在一些實施方案中，沉淀的增重劑可以是未包覆的。在其它實施方案中，沉淀的增重劑可以被分散劑或濕潤劑包覆。例如，在本發(fā)明中所公開的一些實施方案中使用的流體可以包含分散劑包覆的沉淀的增重劑。沉淀的增重劑的表面包覆可以在沉淀的過程中、在沉淀之后、或既在沉淀的過程中又在沉淀之后進行。為了防止顆粒的團聚，這種包覆層的包含可以是適宜的，從而還可以對其中使用所述顆粒的井眼液提供所需的流變效果。如該術語在本發(fā)明中所使用的，“表面的包覆”意在表示足夠數目的分散劑分子被吸附(物理地或化學地)或另外與顆粒的表面緊密地結合，使得材料的細粒不導致在現有技術中觀察到的粘度的快速上升。通過使用這樣的定義，本領域的技術人員應當理解并認識到分散劑分子實際上可能沒有完全覆蓋顆粒表面，并且分子數目的量化是極困難的。因此，根據需要，依賴于結果導向的定義。作為該方法的結果，人們可以通過在加入到鉆井液中之前用分散劑包覆顆粒而控制細粒的膠體相互作用。通過這樣做，除了提高流體的濾失(過濾)性能以外，還可以系統(tǒng)地控制包含在添加劑中的流體的流變性，以及對流體中的污染物的耐受性。
[0033]在一些實施方案中，沉淀的增重劑包括含有包覆到顆粒的表面上的反絮凝劑或分散劑的固體膠態(tài)顆粒。沉淀的粒度可以允許表現出沉降或垂沉趨勢降低的高密度懸浮液或漿液，同時顆粒表面上的分散劑控制顆粒之間的相互作用，從而導致較低的流變剖面(rheological profile).因此，通過用分散劑表面包覆顆粒結合高密度、細的粒度和膠體相互作用的控制，使得高密度、較低的粘度和最小的垂沉的目標協調。
[0034]在一些實施方案中，增重劑包括包覆有聚合物反絮凝劑或分散劑的、重均顆粒直徑(d5(l)小于10微米的分散的固體膠態(tài)顆粒。在其它實施方案中，增重劑包括包覆有聚合物反絮凝劑或分散劑的、重均顆粒直徑(CU)小于8微米的分散的固體膠態(tài)顆粒；在其它實施方案中，重均顆粒直徑(d5(l)小于6微米；在其它實施方案中，重均顆粒直徑(d5(l)小于4微米；并且在另外的其它實施方案中，重均顆粒直徑(d5(l)小于2微米。細的粒度將產生將表現出沉降或垂沉趨勢降低的懸浮液或漿液，并且在顆粒表面上的聚合物分散劑可以控制顆粒之間的相互作用，因而將產生較低的流變性剖面。細的粒度和對膠體相互作用的控制的結合使得較低的粘度和最小的垂沉兩個目標協調。
[0035]可以通過在混合前將分散劑加入溶液中實現分散劑對沉淀的增重劑的包覆。因此，在發(fā)生混合和沉淀時， 顆粒被包覆。如果需要超細或納米尺寸的增重劑，在混合和沉淀過程中分散劑的存在還可以提供對顆粒的晶粒生長的抑制，并且還防止顆粒的團聚。
[0036]還可以在沉淀之后，在基本上沒有溶劑的干混方法中進行分散劑對沉淀的增重劑的包覆。所述方法包括將沉淀的增重劑和分散劑以所需比率共混，以形成共混的材料。然后可以將共混的材料進料至熱交換系統(tǒng)，如熱脫附系統(tǒng)?？梢允褂没旌掀?，如螺旋輸送器使混合物前進通過熱交換器。通過冷卻，聚合物可以保持與增重劑結合。然后可以將聚合物/增重劑混合物分離為聚合物包覆的增重劑、未結合的聚合物、和可能形成的任何團聚體。如果需要，可以任選地將未結合的聚合物再循環(huán)到該工藝的開始處。在另一個實施方案中，在不加熱的情況下，單獨的干混方法可以用來包覆增重劑。
[0037]作為選擇，在沒有干混處理的情況下，可以通過如上所述的熱吸附包覆沉淀的增重劑。在此實施方案中，用于制備被包覆的載體(substrate)的方法可以包括:將沉淀的增重劑加熱至足以使單體分散劑在增重劑上反應的溫度，以形成聚合物包覆的分級增重劑，以及回收聚合物包覆的增重劑。在另一個實施方案中，可以使用催化方法，以在分級的增重劑的存在下形成聚合物。在又一實施方案中，聚合物可以預先形成，并可以被熱吸附到分級的增重劑上。
[0038]如上所述，微粒化的增重劑的實施方案可以包括反絮凝劑或分散劑。在一個實施方案中，分散劑可以選自分子量為至少150道爾頓的羧酸，如油酸和多元脂肪酸、烷基苯磺酸、烷基磺酸、直鏈α-烯基磺酸、磷脂如卵磷脂，醚磺酸酯、聚醚，包括它們的鹽并包括它們的混合物。例如，還可以使用合成聚合物，例如HYPERMER OM-1 (Imperial ChemicalIndustries, PLC，英國倫敦)或聚丙烯酸酯。此類聚丙烯酸酯可以包括甲基丙烯酸十八酯和/或丙烯酸丁酯的聚合物。在另一個實施方案中，可以使用相應的酸，甲基丙烯酸和/或丙烯酸。本領域的技術人員應認識到可以使用其它丙烯酸酯或其它不飽和羧酸單體(或其酯)，以獲得與在本發(fā)明中所公開的基本上相同的結果。
[0039]當要將分散劑包覆的微粒化的增重劑用于水基液中時，在一個具體實施方案中，可以使用分子量為至少2000道爾頓的水溶性聚合物。此類水溶性聚合物的實例可以包括選自以下化合物的任何單體的均聚物或共聚物:丙烯酸、衣康酸、馬來酸或馬來酸酐、丙烯酸羥丙酯乙烯基磺酸、丙烯酰胺基2-丙磺酸、丙烯酰胺、苯乙烯磺酸、丙烯酸類磷酸酯(acrylic phosphate ester)、甲基乙烯基醚和醋酸乙烯酯、或它們的鹽。
[0040]在一個實施方案中，聚合物分散劑可以具有約10，000道爾頓至約300，000道爾頓的平均分子量，在另一個實施方案中，聚合物分散劑可以具有約17，000道爾頓至約40，000道爾頓的平均分子量，在又一實施方案中，聚合物分散劑可以具有約200，000-300, 000道爾頓的平均分子量。本領域的普通技術人員應認識到，當在研磨處理的過程中將分散劑加到增重劑中時，可以使用中間分子量聚合物(10，000-300, 000道爾頓)。
[0041 ] 此外，特別在本發(fā)明所公開的實施方案的范圍內的是，在本發(fā)明所公開的干混方法之前或與同時將聚合物分散劑聚合。此類聚合可以涉及例如，熱聚合、催化聚合、引發(fā)聚合或其組合。
[0042]給定在本發(fā)明中所公開的沉淀的增重劑和分散劑包覆的沉淀的增重劑的粒狀性質，本領域的技術人員應當認識到可以將其它的組分與增重劑混合以改變各種宏觀性質。例如，可以包括抗結塊劑、潤滑`劑、和用于減輕水分積聚的試劑。作為選擇，可以將增強潤滑性或幫助控制濾失的固體材料加到在本發(fā)明中所公開的增重劑和鉆井液中。在一個說明性實施例中，加入細粉末的天然石墨、石油焦炭、石墨化的炭、或這些的混合物，以改善鉆井液的潤滑性、機械鉆速、和濾失性以及其它性質。另一個說明性的實施方案利用磨細的聚合物材料以給予鉆井液各種特性。在加入此類材料的情況下，重要的是注意加入材料的量不應當對鉆井液的性質和性能具有顯著的不利影響。在一個說明性的實施方案中，加入占小于5重量％的聚合物濾失材料以增強鉆井液的性能。作為選擇，加入小于5重量％的適當尺寸的石墨和石油焦炭以改善流體的潤滑性和濾失性能。最后，在另一個說明性的實施方案中，加入小于5重量％的常規(guī)抗結塊劑，從而有助于增重材料的大量儲存。
[0043]可以將在本發(fā)明中所描述的粒狀材料(即，包覆的和/或未包覆的沉淀的增重劑)以干燥形式加入鉆井液中作為增重劑，或濃縮為水性介質中的漿液或有機液體的形式。如已知的，有機液體應當具有油基鉆井液的添加劑所要求的必需的環(huán)境特性?？紤]到這一點，油質流體可以具有在40°C小于10厘沲(IOmmVs)的運動粘度，并且出于安全原因，具有高于60°C的閃點。合適的油質流體為，例如，柴油、礦物油或白油、正烷烴或合成油如α -烯烴油、酯油、這些流體的混合物、以及鉆井領域技術人員已知的其它類似流體或其它井眼液制劑。
[0044]井眼液制劑
[0045]上述沉淀的顆粒可以用于任何井眼液如鉆井液、固井液、完井液、充填液、修井(維修)液、增產液、壓井液、隔離液，和高密度流體的其它用途，如在重介質分重液中或在船舶或其它交通工具的壓艙液中。本發(fā)明的流體的此類備選用途以及其它用途對于本公開的特定領域的技術人員應當是明顯的。依照一個實施方案，增重劑可以用于井眼液制劑。井眼液可以是水基液、正乳液(direct emulsion)、逆乳液、或油基液。
[0046]水基井眼液可以具有作為基礎液體(base liquid)的水性流體和沉淀的增重劑(包覆的或未包覆的 )。水基井眼液可以具有作為基礎液體的水性流體和沉淀的增重劑。水性流體可以包括淡水、海水、鹽水、水和水溶性有機化合物的混合物，以及它們的混合物中的至少一種。例如，可以用所需的鹽在淡水中的混合物配制水性流體。這樣的鹽可以包括但不限于，例如堿金屬氯化物、氫氧化物或羧酸鹽。在本發(fā)明中公開的鉆井液的各種實施方案中，所述鹽水可以包括海水、其中鹽濃度低于海水的鹽濃度的水溶液，或其中鹽濃度高于海水的鹽濃度的水溶液?？梢栽诤Ｋ邪l(fā)現的鹽包括但不限于，氯化物、溴化物、碳酸鹽、碘化物、氯酸鹽、溴酸鹽、甲酸鹽、硝酸鹽、氧化物和氟化物的鈉、鈣、硫、鋁、鎂、鉀、鍶、硅、鋰和磷鹽?？梢员换旌显邴}水中的鹽包括，存在于天然海水中的這些鹽或任何其它的有機或無機溶解鹽的任意一種或多種。另外，可以用于本發(fā)明中公開的鉆井液的鹽水可以是天然的或合成的，其中合成鹽水在組成上趨于簡單得多。在一個實施方案中，鉆井液的密度可以通過增加鹽水中的鹽濃度(至多飽和)來控制。在一個具體實施方案中，鹽水可以包括金屬例如銫、鉀、鈣、鋅和/或鈉的一價或二價陽離子的鹵化物或羧酸鹽。
[0047]油基/逆乳液井眼液可以包含油質連續(xù)相、非油質不連續(xù)相、和沉淀的增重劑。本領域的普通技術人員應認識到，可以根據所需應用將上述微沉淀的增重劑改性。例如，改性可以包括將分散劑親水/疏水性化。
[0048]油質流體可以是液體，更優(yōu)選為天然的或合成的油，并且更優(yōu)選所述油質流體選自包括下列的組中:柴油；礦物油；合成油，如包括聚α-烯烴、直鏈和支鏈烯烴等的氫化和非氫化烯烴、聚二有機硅氧烷、硅氧烷、或有機硅氧烷、脂肪酸酯、特別是脂肪酸的直鏈、支鏈和環(huán)狀烷基醚；本領域技術人員已知的類似化合物；以及它們的混合物。油質流體的濃度應當足夠，使得逆乳液形成，并且可以少于逆乳液的約99體積％。在一個實施方案中，油質流體的量為逆乳液流體的約30體積％至約95體積％，并且更優(yōu)選為逆乳液流體的約40體積％至約90體積％。在一個實施方案中，油質流體可以包括至少5體積％的選自包括下列的組中的材料:酯、醚、縮醛、碳酸二烷基酯、烴及它們的組合。
[0049]在本發(fā)明中公開的逆乳液流體的制劑中所使用的非油質流體是液體，并且可以是水性液體。在一個實施方案中，非油質液體可以選自包括下列的組中:海水、含有有機和/或無機溶解鹽的鹽水、含有水混溶性的有機化合物的液體及它們的組合。非油質流體的量典型地小于用于形成逆乳液所需的理論極限。因此，在一個實施方案中，非油質流體的量小于約70體積％，并且優(yōu)選約I體積％至約70體積％。在另一個實施方案中，非油質流體優(yōu)選為逆乳液流體的約5體積％至約60體積％。流體相可以包含水性流體或油質流體，或它們的混合物。在一個具體實施方案中，可以將包覆的重晶石或其它微?；脑鲋貏┌ㄔ诰哂兴粤黧w的井眼液中，所述水性流體包括淡水、海水、鹽水、及它們的組合中的至少一種。
[0050]可以使用常規(guī)方法以與通常用于制備常規(guī)的水基和油基鉆井液的方式類似的方式制備本發(fā)明中公開的鉆井液。在一個實施方案中，將如上所述所需量的水基液和適量的一種或多種沉淀的增重劑混合在一起，并且在連續(xù)混合的情況下依次加入鉆井液的其余組分。在另一個實施方案中，將所需量的油質流體如基礎油、非油質流體和適量的一種或多種沉淀的增重劑混合到一起，并且在連續(xù)混合的情況下依次加入其余的組分。逆乳液可以通過劇烈攪拌、混合或剪切油質流體和非油質流體而形成。
[0051]在又一實施方案中，本公開的沉淀的產物可以單獨、或與常規(guī)機械研磨的增重劑組合使用?？梢员话诒景l(fā)明中公開的井眼液中的其它添加劑包括例如，濕潤劑、親有機性粘土、增粘劑、濾失控制劑、表面活性劑、分散劑、界面張力降低劑、PH緩沖劑、互溶劑、稀釋劑、沖淡劑和清潔劑。對于配制鉆井液和泥漿的本領域普通技術人員，這樣的試劑的加入應當是熟知的。
[0052]有利地，本公開的用于井眼液的實施方案可以具有高密度，而沒有犧牲流變性和/或垂沉的風險。在本發(fā)明中公開的一些實施方案中使用的流體的一個特性是顆粒形成穩(wěn)定的懸浮液，并且不易于沉降出來。在本發(fā)明中公開的一些實施方案中使用的流體的更適宜的特性是懸浮液在剪切下表現出低粘度，從而促進泵送，并將高壓的產生和濾失或流體流入的可能性最小化。此外，與常規(guī)的自上而下的方法相比，通過使用自下而上的方法，可以在不需要能源密集型研磨方法的情況下獲得細顆粒，并且特別可以制備實際上不能以其它方式得到的納米尺寸的增重劑。此外，在某些礦物礦石可能是稀有、昂貴的、或有枯竭風險的情況下，本公開的方法可以允許配制井眼液，而不考慮這種擔心。此外，還應當指出，由于天然的礦物礦石可能含有可以降低增重劑的比重的雜質，所以可以通過在更可控的環(huán)境中合成而形成增重劑，使得雜質減少(因此增加實際的比重)。
[0053]盡管已經對本`發(fā)明的有限數量的實施方案進行了描述，但是受益于本公開的本領域技術人員應當認識到，可以設計不偏離本申請中公開的本發(fā)明范圍的其它實施方案。因此，本發(fā)明的范圍應當僅僅由后附權利要求限制。
【權利要求】
1.一種方法，所述方法包括: 在分散劑的存在下使增重劑從溶液中沉淀，以形成具有小于700納米的d5(l的沉淀的增重劑，其中所述沉淀的增重劑包括硫酸鋇、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鈣鎂、氧化鐵、硅酸鎂、硅酸鐵、碳酸鐵和硫酸鍶中的至少一種； 將所述沉淀的增重劑加入到基液中以形成井眼液；以及 將所述井眼液循環(huán)到井眼中。
2.權利要求1所述的方法，其中所述沉淀包括:將金屬鹽溶液或堿金屬鹽溶液與硫酸鹽溶液、二氧化碳、或沉淀磷酸鹽或硅酸鹽溶液中的至少一種混合。
3.權利要求1所述的方法，其中所述沉淀的增重劑具有小于500nm的平均粒度。
4.權利要求3所述的方法，其中所述沉淀的增重劑具有小于IOOnm的平均粒度。
5.權利要求1所述的方法，所述方法還包括:用所述井眼液鉆井。
6.權利要求1所述的方法，其中所述基液是選自水基液、油基液和逆乳液中的一種。
7.權利要求1所述的方法，其中所述分散劑包括選自以下物質中的至少一種:油酸、多元脂肪酸、烷基苯磺酸、烷基磺酸、直鏈α烯基磺酸、它們的堿土金屬鹽，以及磷脂。
8.權利要求1所述的方法，其中所述分散劑包括聚丙烯酸酯。
9.權利要求8所述的方法，其中所述聚丙烯酸酯是選自甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的聚合物中的至少一種。
10.權利要求1所述的方法，其中所述分散劑包括選自以下化合物的一種或多種單體的均聚物或共聚物:丙烯酸、衣康酸`、馬來酸或馬來酸酐、丙烯酸羥丙酯、乙烯基磺酸、丙烯酰胺基2-丙磺酸、丙烯酰胺、苯乙烯磺酸、丙烯酸類磷酸酯、甲基乙烯基醚或醋酸乙烯酯、或它們的鹽。
11.一種方法，所述方法包括: 將井眼液循環(huán)到井眼中，所述井眼液包含基液和沉淀的增重劑，所述沉淀的增重劑通過下述形成: 使增重劑從溶液中沉淀，其中所述沉淀的增重劑包括硫酸鋇、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鈣鎂、氧化鐵、硅酸鎂、硅酸鐵、碳酸鐵和硫酸鍶中的至少一種； 控制所述沉淀的增重劑的粒度至d5(l小于700納米，并且使所述沉淀的增重劑分散。
12.權利要求11所述的方法，其中所述控制包括在沉淀過程中向溶液中加入分散劑。
13.權利要求11所述的方法，其中所述控制包括在攪拌釜反應器、轉子-定子混合器、碰撞射流、微通道混合器、Taylor-Couette反應器或超聲破碎中的至少一種的存在下進行的沉淀。
14.權利要求11所述的方法，其中所述分散劑包括選自以下物質中的至少一種:油酸、多元脂肪酸、烷基苯磺酸、烷基磺酸、直鏈α烯基磺酸、它們的堿土金屬鹽，以及磷脂。
15.權利要求14所述的方法，其中所述分散劑包括聚丙烯酸酯。
16.權利要求15所述的方法，其中所述聚丙烯酸酯是選自甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的聚合物中的至少一種。
17.權利要求11所述的方法，其中所述沉淀的增重劑具有小于500nm的平均粒度。
18.權利要求17所述的方法，其中所述沉淀的增重劑具有小于IOOnm的平均粒度。
19.一種方法，所述方法包括:將井眼液循環(huán)到井眼中，所述井眼液包含基液和沉淀的增重劑，其中所述沉淀的增重劑包括硫酸鋇、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鈣鎂、氧化鐵、硅酸鎂、硅酸鐵、碳酸鐵和硫酸鍶中的至少一種，所述沉淀的增重劑通過下述過程形成: 在攪拌爸反應器、轉子-定子混合器、碰撞射流、微通道混合器、Taylor-Couette反應器或超聲破碎中的至少一種的存在下使增重劑分散并從溶液中沉淀。
20.權利要求19所述的方法，其中所述沉淀的增重劑具有小于700nm的平均粒度。
21.權利要求20所述的方法，其中所述沉淀的增重劑具有小于500nm的平均粒度。
22.權利要求19所述的方法，所述方法還包括:用所述井眼液鉆井。
23.一種方法，所述方法包括: 將井眼液循環(huán)到井眼中，所述井眼液包含基液和沉淀的增重劑，其中所述沉淀的增重劑包括硫酸鋇、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鈣鎂、氧化鐵、硅酸鎂、硅酸鐵、碳酸鐵和硫酸鍶中的至少一種，所述沉淀的增重劑通過下述過程制成: 在分散劑的存在下使所述沉淀的增重劑從溶液中沉淀，以形成具有小于I微米的d5(l的沉淀的增重劑。
24.權利要求23所述的方法，其中所述沉淀包括:將金屬鹽溶液或堿金屬鹽溶液與硫酸鹽溶液、二氧化碳、或沉淀磷酸鹽或硅酸鹽溶液中的至少一種混合。
25.權利要求23所述的方法，其中所述沉淀的增重劑具有小于700nm的平均粒度。
26.權利要求25所述的方法，其中所述沉淀的增重劑具有小于500nm的平均粒度。
27.權利要求23所述的方法，所述方法還包括:用所述井眼液鉆井。
28.權利要求23所述的方法，其中所述基液是選自水基液、油基液和逆乳液中的一種。
29.權利要求23所述的方法，其中所述分散劑包括選自以下物質中的至少一種:油酸、多元脂肪酸、烷基苯磺酸、烷基磺酸、直鏈α烯基磺酸、它們的堿土金屬鹽，以及磷脂。
30.權利要求23所述的方法，其中所述分散劑包括聚丙烯酸酯。
31.權利要求30所述的方法，其中所述聚丙烯酸酯是選自甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的聚合物中的至少一種。
32.權利要求23所述的方法，其中所述分散劑包括選自以下化合物的一種或多種單體的均聚物或共聚物:丙烯酸、衣康酸、馬來酸或馬來酸酐、丙烯酸羥丙酯、乙烯基磺酸、丙烯酰胺基2-丙磺酸、丙烯酰胺、苯乙烯磺酸、丙烯酸類磷酸酯、甲基乙烯基醚或醋酸乙烯酯、或它們的鹽。
【文檔編號】C09K8/03GK103725264SQ201310725930
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2007年9月11日 優(yōu)先權日:2006年9月11日
【發(fā)明者】戴維·安東尼·巴拉德, 雅羅·馬薩姆 申請人:M-I有限公司