專利名稱：環(huán)境上安全的鉆井液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆井、油井維修、完井以及油井維修液及其改進(jìn)方法。
在開采地下流體沉積物如油和/或氣和鉆井工藝中，尤其當(dāng)采用鉆頭和鉆桿旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)盤)方法鉆井時(shí)，將一種鉆井液，通常為一種制成具有預(yù)定的物理和化學(xué)性能的復(fù)合液，循環(huán)送至鉆孔底部，然后，從所述的鉆孔通過在鉆桿和鉆孔壁之間的或者在所述鉆桿和套管壁(已放置套管者)之間的環(huán)狀空間的通道返回到表面。
鉆井液必須起控制液體介質(zhì)粘度的作用，以從鉆孔除去鉆屑;它必須防止來自鉆孔的過量流體進(jìn)入周圍巖層，在孔壁上沉積成一層薄的但基本上不透水的濾餅;它必須具有足夠強(qiáng)度的凝膠結(jié)構(gòu)以保持懸浮固體，尤其在流體未作循環(huán)的時(shí)候;它必須作為加重物料發(fā)揮足夠的壓力以及向平衡來自水、氣、油或由地層滲透的其它流體的壓力，并防止塌陷或其它裝置進(jìn)入鉆孔。鉆井液同時(shí)也必須作為鉆頭軸承和鉆齒的切割表面的潤滑劑，以降低鉆管上的磨擦力。
鉆井液的科學(xué)和技術(shù)以及鉆井方法、維修、完井和油和/或氣井維修業(yè)已廣泛地研究了六十多年。人們已經(jīng)知道提高流動(dòng)點(diǎn)或凝膠強(qiáng)度、減少流體損失和降低水基鉆井液的磨擦系數(shù)和通過與鉆井液接觸來降低油頁巖的膨脹的各種材料和不同的方法。
雖然，所開發(fā)的系統(tǒng)與古老的水基流體相比表現(xiàn)出很大的改進(jìn)，但是它們在碰到困難的油頁巖地層時(shí)卻并不合適。因此，這迫使操作者轉(zhuǎn)向使用含烴流體。希望能對水基流體提供一種可生物降解的添加劑，以使油頁巖地層鉆井對油基系統(tǒng)的需求問題降至最小程度或完全避免。
本發(fā)明是在如下發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)上完成的當(dāng)將一種生物可降解的水溶性烷基糖苷加至某種水基鉆井液中時(shí)，會(huì)提高鉆井液的流動(dòng)點(diǎn)和/或凝膠強(qiáng)度，降低鉆井液的流體損耗、降低鉆井液的磨擦系數(shù)，和/或降低水成化活性并因而降低與鉆井液接觸的油頁巖的溶脹，它取決于加進(jìn)流體中烷基糖苷的濃度。
于是，本發(fā)明的目的是提供一種在于(a)增加水基鉆井液的流動(dòng)點(diǎn)或凝膠強(qiáng)度，(b)降低水基鉆井液的流體損失，(c)降低水基鉆井液的磨擦系數(shù)，(d)和/或降低水基鉆井液的水溶液活性并由此降低與鉆井液接觸的油頁巖的溶脹的方法，其特征包括將對這類提高或降低充分有效數(shù)量的烷基糖苷加至流體中。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供水基流體，它含有足夠數(shù)量的水溶性烷基糖苷足以能(a)提高該流體的流動(dòng)點(diǎn)或凝膠強(qiáng)度(b)降低該流體的流體損失(c)降低該流體的磨擦系數(shù)，和/或(d)降低該流體的水溶液活性并由此減少與流接觸的油頁巖上的溶脹。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種選自包括鉆井液、完井液、油井維修流體和井工作流體的組，其特征在于其中加有在下面所限定的某種烷基糖苷。
本發(fā)明的這些目的在說明的過程中將為本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所易于理解。
但是，本發(fā)明可以有各種改變和變換形式，本發(fā)明將結(jié)合以下的詳細(xì)說明和實(shí)施例作進(jìn)一步說明;然而應(yīng)該理解，所揭示的具體形式并不試圖限制本發(fā)明，反之，本發(fā)明包括在本發(fā)明的精神和范圍中的所有改變和變換形式，正如所附的權(quán)利要求書中所體現(xiàn)的。
本發(fā)明的鉆井液包含水溶液相，它可以是新鮮水、鹽水、海水或者所有它們的組合物。如果使用鹽水，它可以是一種天然存在的鹽水或者由一種或多種水溶性鹽溶解在水、鹽水、海水或其混合物中制備得到的鹽水。合適的水溶性鹽包括氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、乙酸鈉、乙酸鉀、乙酸鈣、甲酸鉀以及諸如此類，和其混合物。
所使用的糖苷是一種在糖(還原糖)中通過其還原性基團(tuán)與含有醇-羥(如苯酚或醇)基的有機(jī)取代基結(jié)合這一類型的化合物。許多已知的糖苷天然存在于植物和動(dòng)物中，并可從這類資源中原本提取。某些天然存在的糖苷是眾所周知的，以及帕來品稱作松柏甙，水楊甙，扁桃甙，熊果甙，橙皮甙，櫟素，尿藍(lán)母，翠雀寧和菊胺。大多數(shù)天然存在的糖苷的糖部分為葡萄糖，而將這些苷專門稱之為葡萄糖。(類似地，糖部分為半乳糖其苷具體地為半乳糖苷)當(dāng)苷的非糖部分(稱為配基)為酚或醇時(shí)，則將該化合物分別稱為芳基(糖)苷或烷基(糖)苷。于是，苯酚與葡萄糖的結(jié)合就產(chǎn)生了芳基(糖)苷稱作苯基(糖)苷;由甲醇和葡萄糖的結(jié)合所產(chǎn)生的苷為烷基(糖)苷放作甲基(糖)苷。關(guān)于苷類的更多信息通常可在以下書藉中得到參考M.L.Wolfrom and A.Thompson，H.Baumann and W.Pigman，in“The Carbohydrates”(W.Pigman，ed.)，Chapters IV and X，Academic Press，New Youk，1957;E.F.Armstrong and K.F.Armstrong，“The Glycosides，”Longmans，Green，New York，1931.Information on methyl glucoside，specifically，can be found in the following bookG.N.Bollenback，“Methyl Glucoside，”Academic press，New York，1958。
從結(jié)構(gòu)上講，苷是由有機(jī)根(芳基、烷基等)交換半縮醛羥基〔連結(jié)在結(jié)構(gòu)式Ⅰ環(huán)形還原糖中碳(Ⅰ)〕產(chǎn)生的化合物。
Ⅰ＝D-葡萄糖Ⅱ＝甲基α-D-吡喃葡糖苷Ⅲ＝甲基β-D-吡喃葡糖苷Ⅳ＝甲基α-D-呋喃葡糖苷Ⅴ＝甲基β-D-呋喃葡糖苷一種烷基葡糖苷如甲基葡糖苷可以存在幾種異構(gòu)體形式。含有有機(jī)根的碳原子〔碳(1)〕是不對稱的而且環(huán)結(jié)構(gòu)可自6節(jié)向5節(jié)(吡喃糖和呋喃糖)轉(zhuǎn)換。這樣，每個(gè)葡糖苷就至少有4個(gè)不同的異構(gòu)體，稱為α-和β-呋喃葡糖苷(式Ⅱ和Ⅲ)以及α-和β-呋喃葡糖苷(式Ⅳ和Ⅴ)。作為本發(fā)明的目的，所使用的名詞烷基(糖)苷(或烷基D-(糖)苷通常包括了烷基(糖)苷所有的異構(gòu)體。所用的烷基α-D-(糖)苷和烷基β-D-(糖)苷涉及烷基具有特殊的α-或β-旋光性。于是，甲基α-D-(糖)苷包括甲基α-D-吡喃糖苷和甲基α-D-呋喃糖苷的異構(gòu)體，以及甲基β-D-(糖)苷包括甲基β-D-吡喃糖苷和甲基β-D-呋喃糖苷。
作為本發(fā)明的烷基(糖)苷是水溶性的。于是，該烷基基團(tuán)可含有自1-4個(gè)碳原子，即該烷基可選自甲基、乙基、正-丙基、異-丙基、正丁基、異-丁基、仲-丁基、叔丁基以及其混合物。較佳的烷基基團(tuán)為甲基或乙基，最佳的為甲基。于是較佳的(糖)苷為甲基(糖)苷和乙基(糖)苷，而最佳的為甲基(糖)苷。
在此處所用的一種烷基(糖)苷，其定義為一種含有自1-5個(gè)糖原單元的物料，如葡萄糖，和含有1-4個(gè)碳原子的烷基根或取代的烷基根。
如果(糖)苷含有2或多于2個(gè)葡萄糖單元，例如聚合物那么可將該物料叫做多葡糖苷。如果該葡糖苷含有2個(gè)葡萄糖單元，則可將該物料稱為具有聚合度(D.P)為2的葡糖苷或多葡糖苷。D.P.值通常是表明具有不同聚合程度的(糖)苷混合物所得到的平均值。此處的(糖)苷較佳的D.P.值為1.0到5左右，更佳地為1.0-3.0。專門名詞(糖)苷也包括(糖)苷的衍生物如甲基、環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷加合物，只要氯甲烷、環(huán)氧乙烷和/或環(huán)氧丙烷的摩爾數(shù)與還原糖單體反應(yīng)的摩爾數(shù)的比將不使該(糖)苷變成水不溶性。于是，該烷基(糖)苷將具有如下的實(shí)驗(yàn)式
式中n＝0-4，R＝C1-C4烷基以及每一個(gè)Z分別為選自包括H，CH3，(CH2CH2O)aH和〔CH2CHCCH3)O〕bH，a＝1-20，b＝1-15。
制備烷基(糖)苷的方法是已知的。結(jié)合參閱以下例示的美國專利2，276，621;2，390，507;2，606，186;3，296，245;以及3，375，243。
本發(fā)明者業(yè)已發(fā)現(xiàn)將水溶性的烷基(糖)苷，較佳地為甲基葡(糖)苷以如下的數(shù)量加到水基鉆井液中(1)3%重量或更多將提高鉆井液的流動(dòng)點(diǎn)或凝膠強(qiáng)度;(2)5%重量或更多將降低鉆井液的流體損失;(3)15%重量或更多將降低鉆井液的磨擦系數(shù);以及(4)鉆井液的液相的35%重量或更多將降低鉆井液水溶液活性并由此減少、接觸鉆井液的油頁巖的溶脹。
眾所周知，提高鉆井液的流動(dòng)點(diǎn)將增加鉆井液的鉆屑攜帶容量(在其它所有影響鉆屑攜帶容量的因素不變化的情況下)。同時(shí)，當(dāng)鉆井液在不循環(huán)時(shí)，提高鉆井液的凝膠強(qiáng)度將增加鉆井液，保持鉆屑在懸浮物中的能力。因此，往往是希望能提高鉆井液的流動(dòng)點(diǎn)或凝膠強(qiáng)度。
本發(fā)明者業(yè)已發(fā)現(xiàn)將生物可降解的水溶的烷基(糖)苷以約3%或更多的數(shù)量，較佳地至少為8%重量加至鉆井液中將提高鉆井液的流動(dòng)點(diǎn)和/或凝膠強(qiáng)度。
同時(shí)，眾所周知，優(yōu)良的工程實(shí)施地層鉆探的流體損失是最少的。于是，在鉆井液中可加入一種或多種添加劑以降低鉆井液的流體損失。本發(fā)明者業(yè)已發(fā)現(xiàn)在鉆井液中加入5%重量或更多的、較佳地至少為10%重量的水溶的烷基(糖)苷，將降低鉆井液的API流體損失。
業(yè)已知道在含水基鉆井液中加入各種材料以提高鉆井液的潤滑性。添加鉆井液重量的約15%或更多的水可溶的烷基(糖)苷將可明顯降低鉆井液的磨擦系數(shù)，從而增加了鉆井液的潤滑性。
尤其較佳的是在鉆井液中加入足夠的水溶的烷基(糖)苷以降低鉆井液的水溶液活性，并由此降低接觸鉆井液的油頁巖的溶脹和/或分散。
眾所周知，通過在其中溶解一種水溶的鹽可以降低逆油包水乳化鉆井液的水相的水溶液活性。因此，可將油基泥漿的水溶液活性調(diào)節(jié)成沒有水能通過滲透而進(jìn)入與鉆井液相接觸的頁巖。事實(shí)上，可將該水溶液活性進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其能抽出油頁巖的水并進(jìn)入逆乳化泥漿中。當(dāng)水被油頁吸入時(shí)就會(huì)發(fā)生油頁巖溶脹。
然而，水基油漿的水溶液活性可通過在其中溶解入水溶性鹽和極性有機(jī)化合物來降低，在沒有半一滲透膜包封油頁巖的情況下，水將轉(zhuǎn)移到膨脹與泥漿相接觸的溶脹油頁巖，并會(huì)發(fā)生油頁巖的溶脹。
本發(fā)明者意外地發(fā)現(xiàn)通過在其中加入水溶性的烷基(糖)苷可以顯著降低水基溶體的活性，并因而降低與流體接觸的油頁巖的溶脹。事實(shí)上，在水基鉆井液中以非常高濃度存在的烷基(糖)苷的，可以從溶脹的油頁巖中除去水。烷基(糖)苷產(chǎn)生這種結(jié)果的機(jī)理至今尚未知曉。
鉆井液的液相較佳地為含有不少于溶解在其中的約35%重量的烷基(糖)苷，自約35%-65%是較佳地，而最佳地為自約45%-60%。在本說明書中和權(quán)利要求書中使用名詞“液相”時(shí)，其定義為結(jié)合水和溶解物質(zhì)，如鹽、堿以及溶解在其中的烷基(糖)苷。
以降低鉆井液水溶活性并由此降低與流體接觸的油頁巖溶脹所需的烷基(糖)苷的濃度，可以用將水溶性鹽加至水基流體而降低。水溶性鹽和水溶性烷基(糖)苷的結(jié)合協(xié)同減少了水基流體的活性。
實(shí)際上鉆井液的液相可用作為油包水反乳化鉆井液的內(nèi)相。于是，通過在其中結(jié)合烷基(糖)苷，較佳地為甲基葡糖苷可降低，反乳化鉆井液的含水相的水液的活性。
本發(fā)明的鉆井液，除了該水液相外，還含有在鉆井液領(lǐng)域中其它可知物質(zhì)，以提供水基鉆井液具有所需的某些特性。因而鉆井液可含有加重劑、增粘劑、減少流體損失添加劑、流變改性添加劑(稱作稀釋劑)乳化劑、滲漏損失控制添加劑、潤滑添加劑、消泡劑、pH控制劑以及諸如此類，包括抑制油頁巖鉆屑水合和/或分散的已知材料，所有這些物質(zhì)都是被溶解、懸浮或分散在鉆井液中。
較佳的本發(fā)明的鉆井液含有堿性物質(zhì)以使該鉆井液具有不小于約8.5的pH值，較佳地pH約為9-12。較佳的堿性物質(zhì)為氫氧化鈉或氫氧化鉀，最佳地為氫氧化鉀。其它的堿如氧化鈣、氫氧化鈣、氧化鎂、碳酸鈉以及諸如此類，也可用于合適配方的鉆井液中。
本發(fā)明的鉆井液含有烷基(糖)苷，當(dāng)與含有未改性的糖，如葡萄糖、半乳糖、蔗糖以及諸如此類的鉆井液比較時(shí)，具有增強(qiáng)的熱穩(wěn)定性。
正如在本技術(shù)領(lǐng)域中已眾所周知，在鉆探時(shí)是將鉆井液在鉆孔中循環(huán)。當(dāng)鉆孔周圍接觸的地層溫度高于周圍表面溫度時(shí)，鉆井液溫度亦會(huì)隨之增高。由于溫度的升高，在鉆井液內(nèi)的反應(yīng)可能發(fā)生，取決干其組成，這就降低了鉆井液的pH值。于是，需要預(yù)先加入堿以保持所需的pH。
在本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，提供了一種烷基葡糖苷的水溶液和添加堿的鉆井液。由此，為了在鉆井液中較少地加入保持所需pH的總的堿金屬氫氧化物，本發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)需要將堿金屬氫氧化物和烷基葡糖苷水溶液進(jìn)行預(yù)反應(yīng)以提供一種液體添加劑用于制備和保存鉆井液。該水溶液由約50%重量至約85%重量的烷基葡糖苷和不少于約2%重量的堿性金屬氧化物所組成。較佳地，該含水溶液包括自約55%至80%重量的烷基葡糖苷和自約2.5%至10%重量的堿金屬氫氧化物，最佳地，自約60%至80%重量的烷基葡糖苷和自約2.5%至5%重量的堿性金屬氫氧化物。
為了更完整地說明本發(fā)明，給出如下非限定性的實(shí)施例。在這些實(shí)施例和所有的說明書中，可以采用以下的縮略語API＝美國石油學(xué)院，CP＝厘泊;℃＝攝氏度;F-華氏度;%＝百分?jǐn)?shù);cc＝立方厘米;cm＝厘米;l＝升;sec＝秒;ft＝呎;min＝分鐘;Psi＝磅/平方吋;lb/bb或PPb＝磅/42加倫桶;YP＝流動(dòng)點(diǎn);PV＝塑料粘度;MG＝甲基葡糖苷。除了另有說明外，用在實(shí)施例中的甲基葡糖苷為含有自約45%至55%重量的甲基α-D-葡糖苷。約94%重量的甲基葡糖苷為甲基吡喃葡糖苷異構(gòu)體以及約6%重量的甲基呋喃葡糖苷異構(gòu)體。除非另外說明，所有鉆井液數(shù)據(jù)采用列在API說明書RP 13B中的過程得到的。
實(shí)施例1制備一種含有70%重量的甲基葡糖苷和3.3%重量的氫氧化鉀的甲基葡糖苷水溶液。制備的鉆探泥漿為在新鮮水中含有12.5ppb(35.7千克/米3)的API級膨潤陶瓷土，0.5ppb(1.43千克/米3)氫氧化鉀以及足夠量的甲基葡糖苷溶液以提供在表1所列的甲基葡糖苷濃度。這些鉆探泥漿于150°F(65.5℃)加熱滾動(dòng)4小時(shí)，然后得到在160°F(71.1℃)的粘度。得到的數(shù)據(jù)在表1中給出。
表 1含甲基葡糖苷的膨潤土泥漿和實(shí)驗(yàn)室配方基本泥漿在新鮮水中的12.5ppb預(yù)水合的API級膨潤土和0.5ppb KOH制成，泥漿于150°F熱滾4小時(shí)。
甲基葡糖苷重量%流變學(xué) 0 3.25 6.5 13.0 19.5RPM600 6 10 12 39 53300 3 6 7 31 47200 3 4 6 29 45100 2 3 4 26 436 1 1 1 20 193 1 1 1 18 15塑性粘度,cp 3 4 5 8 6流動(dòng)點(diǎn),1b/100sp.ft 0 2 2 23 41初始凝膠1b/100sp.ft 2 3 1 16 1210分鐘凝膠,1b/100 6 9 18 19 13sp.ft20YP/PV 0 0.5 0.4 2.9 6.8實(shí)施例2制備了一種含有68%重量的甲基葡糖苷和2.25%重量的氫氧化鉀的甲基葡糖苷水溶液，制備的鉆探泥漿為在新鮮水中含有列于表2A的甲基葡糖苷溶液、XCD黃蓍膠、FLOPLEX交聯(lián)的羧甲基淀粉、DEXTRID預(yù)凝膠化淀粉和重晶石。該鉆探泥漿于150°F(65.5℃)加熱滾動(dòng)16小時(shí)，冷至室溫，得到API流動(dòng)損失和磨擦系數(shù)。其數(shù)據(jù)在表2B中給出。
表 2 A鉆探泥漿的組成試樣 新鮮水 MG 溶 XCD FLOPLEX DEXTRID 重晶石液No. cc g g g g g1 310.6 0 1 1 2.5 01A 293.2 34 1 1 2.5 01B 277.0 66 1 1 2.5 01C 241.7 135 1 1 2.5 01D 205.7 205 1 1 2.5 01E 185.5 245 1 1 2.5 02 310.6 0 1 1 2.5 1152A 293.2 34 1 1 2.5 1152B 277.0 66 1 1 2.5 1152C 241.7 135 1 1 2.5 1152D 205.7 205 1 1 2.5 1152E 185.5 245 1 1 2.5 115表 2B甲基葡糖苷(MG)對API濾液和磨擦系數(shù)的影響試樣 % % API濾液 磨擦系數(shù)No. MG*MG** cc1 0 0 27.0 0.201A 7.07 7.0 11.0 0.201B 13.0 12.8 9.4 0.181C 24.2 24.0 9.0 0.091D 33.9 33.5 7.0 0.041E 38.5 38.2 6.2 0.032 0 0 5.0 0.17
2A 7.07 5.2 5.0 0.162B 13.0 9.6 4.0 0.152C 24.2 18.4 2.7 0.102D 33.9 26.2 1.6 0.052E 38.5 30.15 0.5 0.08＊基于鉆探泥漿的液相重量＊＊基于鉆探泥漿的重量實(shí)施例3制備了一種含有70%重量的甲基葡糖苷和2.7%重量的氫氧化鉀的甲基葡糖苷水溶液。將2748克該甲基葡糖苷溶液與含8.13%重量膨潤土的737克預(yù)水合的API級膨潤土漿混合30分鐘。然后，加入16克DEXTRID牌號的預(yù)凝膠化的土豆淀粉(作為泥漿損失控制添加劑)，并將鉆探泥漿試樣再混合60分鐘。于是鉆探泥漿含有975.8千克/米3的甲基葡糖苷溶液(683千克/米3甲基葡糖苷，26.3千克/米3氫氧化鉀)，21.3千克/米3膨潤土和5.7千克/米3的DEXTRID。將此鉆探泥漿試樣分成350cc等分試樣，并在分開的等分試樣口加入28.6千克/米3氯化鈉或14.3千克/米3石膏。將這些試樣于150°F滾動(dòng)16小時(shí)，以及得到的某些性能示于表3中。列于表3中的水液性能系采用APIRP138-2的過程由Digital Thermo-Hygrometer Model 880(General Eastern)儀器測定得到的。
將鉆探泥漿用API級膨潤土加重到1632.7千克/米3制備成如上述的含583.8千克/米3甲基葡糖苷，22.6千克/米3KOH，18.3千克/米3API級膨潤土，5.7千克/米3DEXTRID泥漿損失控制添加劑和586千克/米3重晶石。如上述所示處理和評價(jià)該基本的鉆探泥漿。其數(shù)據(jù)列于表3中。
實(shí)施例4制備了二種鉆探泥漿為在新鮮水中含有1ppb(2.85千克/米3)黃蓍膠，2.5ppb(7.1千克/米3)交聯(lián)的羧甲基淀粉，1 ppb(2.85千克/米3)預(yù)凝膠化的土豆淀粉以及一種為基于液相重量的53%甲基葡糖苷，另一種為基于液相重量的44%甲基葡糖苷。這些濃度的甲基葡糖苷制成的鉆探泥漿分別具有0.84和0.88的水液活性。該鉆探泥漿同時(shí)含有20Ib/bbI57千克/米3的秘魯(Pierre)油頁巖以模仿鉆探固體并用重晶石加重到1440千克/米3。
這些鉆探泥漿在實(shí)驗(yàn)室中用來鉆探從北海Danish地區(qū)得到的漸新世紀(jì)油頁巖。這是一種含有約26%重量蒙脫石并具有陽離子交換容量約30毫當(dāng)量/100克和0.92水液活性的非?；顫姷挠晚搸r。在下面參考文獻(xiàn)中討論的孔底模擬單元(DSC)用于鉆探油頁巖和評價(jià)這些鉆探泥漿對該油頁巖的效果(1)Simpson，J.P.，Dearing，H.L.，和Saliabury，D.P.，的”孔底模擬單元顯示對在鉆孔壁上的油頁巖水合的意想不到的效果”SPE Drilling Engineering(1989年3月)，24-30;(2)Salisbury，D.P.，Ramos，G.G.，和Wilton，B.S.，”油頁巖的井壁不穩(wěn)定性采用一種孔底模擬試驗(yàn)單元”第32版，U.S.Symposium on Rock Mechanics，Norman，OK，1991年7月10-12日。
用DSC測試每一種鉆探泥漿時(shí)，使油頁巖試樣經(jīng)受在原處油頁巖的推算出的溫度和壓力。試驗(yàn)條件如下積土壓力5140psi;側(cè)限壓力4200psi;孔隙壓力3700psi;鉆探泥漿壓力4100;Annular粘度52ft/min;Annular剪切5021/秒;溫度150°F;鉆頭1.25＃吋，2錐，磨齒;油頁巖試樣外徑5.25吋、長6吋。
在控制的速率下鉆探油頁巖以避免機(jī)械損壞。而泥漿通過在鉆桿和鉆孔表面之間的環(huán)隙循環(huán)72小時(shí)，測量進(jìn)入液體或泵入油頁巖周圍的液體。在測試結(jié)束時(shí)，將壓力和溫度降至環(huán)境狀態(tài)。立刻用于一切鉆石鋸將油頁巖樣品垂直地切割。然后，從鉆孔表面以0.25、1和2吋遞增進(jìn)行針穿硬度測定。油頁巖試樣取自試驗(yàn)的相同地點(diǎn)。通過于200°F在干燥爐中干燥過夜測定水份含量。采用電子測濕儀測量水相活性(按照在APIRP 13B-2中給出的過程)，其數(shù)據(jù)在表4中給出。
結(jié)果的討論1.水溶活性0.84鉆探泥漿。沒有增高油頁巖孔壓以及也沒有水通量進(jìn)入油頁巖，除了偶然地初始潤濕該暴露的孔表面外。極大地降低了靠近鉆孔表面的濕含量，并可能少量降低1吋基底。甲基葡糖苷或許替代在接近鉆孔表面的一些水?；钚杂兴档筒⒒旧嫌不拷@孔表面的油頁巖。鉀已滲入靠近鉆孔表面的油頁巖，但離開鉆孔1吋油頁巖的可交換的堿，沒有顯著的改變。目測顯示的鉆孔尺寸在極好的狀況，帶有的齒痕仍然明顯。所有這一切說明甲基葡糖苷水基泥漿對油頁巖的效果明顯類似于那些具有相同活性的油基泥漿。甲基葡糖苷似乎成為固定在接近鉆孔表面的油頁巖上，形成一種有效的半透膜，它使水從油頁巖向水移動(dòng)(在化學(xué)勢超過液壓勢400psi時(shí)迫使水趨向于進(jìn)入油頁巖)。Ⅱ.具有水液活性0.88的鉆探泥漿。如果要形成接近完美的半透膜，要平衡400psi水壓差和0.92油頁巖活性產(chǎn)生的總的水成勢，鉆探泥漿的活性應(yīng)該約為0.88。DSC測試表明由0.88活性的甲基葡糖苷泥漿建立的所需的膜并提供了鉆孔的穩(wěn)定性。這里沒有油頁巖孔壓增加而僅僅是從油頁巖萃取出一點(diǎn)點(diǎn)水。該數(shù)據(jù)說明甲基葡糖苷取代在接近鉆孔表面油頁巖中的一些水，相應(yīng)降低了水份和活性以及稍許降低硬度。被測量的鉆孔帶有齒痕的鉆頭仍然清晰可見。
表 4甲基葡糖苷鉆探泥漿對反應(yīng)性油頁巖的效果在孔底模擬單元中水液活性 水液活性油頁巖 距鉆孔表面的距離,吋 距鉆孔表面的距離,吋特點(diǎn) 0.25 1.0 2.0 0.25 1.0 2.0水分% 11.0 13.8 14.7 14.7 16.5 16.7水液活性 0.87 0.90 0.91 0.88 0.89 0.91針穿硬度計(jì)硬度 62 58 58 55 58 58可交換的基鉀,mgq/100g 6.8 2.2 1.2鎂,meq/100g 2.7 3.0 3.1鈉,meq/100g 13.0 15.5 15.1鈣,meq/100g 12.9 14.5 14.8
權(quán)利要求
1.一種提高水基鉆井液流動(dòng)點(diǎn)或凝膠強(qiáng)度的方法，其特征在于包括將有效數(shù)量的水溶性烷基葡糖苷加到鉆探泥漿中。
2.一種降低水基鉆井液流失的方法，其特征在于包括將有效數(shù)量的水溶性烷基葡糖苷加到鉆探泥漿中。
3.一種降低水基鉆井液磨擦系數(shù)的方法，其特征在于包括將有效數(shù)量的水溶性烷基葡糖苷加到鉆探泥漿中。
4.一種降低由于鉆井液的接觸油頁巖溶脹的方法，其特征在于包括加將有效數(shù)量的水溶性烷基葡糖苷到鉆探泥漿中。
5.一種降低水基泥漿水液活性的方法，其特征在于將有效數(shù)量的水溶性烷基葡糖苷加到泥漿中。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的烷基葡糖苷為甲基葡糖苷，其加至鉆井液中以提高鉆井液流動(dòng)點(diǎn)或凝膠強(qiáng)度的甲基葡糖苷數(shù)量至少約為鉆井液重量的3%。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的烷基葡糖苷為甲基葡糖苷，其加至鉆井液中以降低鉆井液流動(dòng)損失的甲基葡糖苷數(shù)量至少約為鉆井液重量的5%。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述的烷基葡糖苷為甲基葡糖苷，其加至鉆井液中以降低水基鉆井液的磨擦系數(shù)甲基葡糖苷數(shù)量至少約為鉆井液重量的15%。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的烷基葡糖苷為甲基葡糖苷，其加至鉆井液中以降低鉆井液所接觸的油頁巖溶脹的甲基葡糖苷數(shù)量至少約為鉆井液的液相重量的35%。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的烷基葡糖苷為甲基葡糖苷，甲基葡糖苷的數(shù)量至少約為鉆井液液相重量的35%。
11.一種含有水溶性烷基葡糖苷的水基的鉆井液，其特征在于其數(shù)量為足以(a)提高鉆井液的流動(dòng)點(diǎn)或凝膠強(qiáng)度，(b)降低鉆井液的流失損失，(c)降低鉆井液的磨擦系數(shù)，或(d)降低鉆井液的水液活性。
12.如權(quán)利要求11所述的泥漿，其特征在于所述的烷基葡糖苷為甲基葡糖苷，以及所述的甲基葡糖苷的數(shù)量至少約為鉆井液重量的3%。
13.如權(quán)利要求11所述的泥漿，其特征在于所述的烷基葡糖苷為甲基葡糖苷，以及所述的甲基葡糖苷的數(shù)量至少為鉆井液重量的5%。
14.如權(quán)利要求11所述的泥漿，其特征在于所述的烷基葡糖苷為甲基葡糖苷，以及所述的甲基葡糖苷的數(shù)量至少約為鉆井液重量的15%。
15.如權(quán)利要求11所述的泥漿，其特征在于所述的烷基葡糖苷為甲基葡糖苷，所述的甲基葡糖苷的數(shù)量至少約為鉆井液重量的35%。
16.在一種鉆井液方法中，將一種水基的鉆井液在鉆孔中循環(huán)并需要(1)提高鉆井液的凝膠強(qiáng)度或流動(dòng)點(diǎn)(2)降低鉆井液的流失，(3)降低鉆井液的磨擦系數(shù)，或(4)降低鉆井液的水液活性并由此以降低鉆井液接觸油頁巖時(shí)的膨脹的鉆探工藝中，其特征在于在鉆井液中加入一種足以影響這類提高或降低的有效數(shù)量的水溶性烷基葡糖苷。
17.在選自包括鉆探泥漿、完井泥漿、維護(hù)井泥漿和井工作泥漿組中的一種泥漿中，其特征在于包括在其中溶解了一種烷基葡糖苷。
18.如權(quán)利要求17所述的泥漿，其特征在于所述的烷基葡糖苷為甲基糖苷。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種(a)提高水基鉆井液的流動(dòng)點(diǎn)或凝膠強(qiáng)度，(b)降低水基鉆井液的流損失，(c)降低水基鉆井液摩擦系數(shù)，或(d)降低水基泥漿的水液活性并由此降低由于鉆井液接觸油頁巖溶脹的方法。該方法的特征在于將足以影響這類提高或降低的有效數(shù)量的烷基葡糖苷，較佳地為甲基葡糖苷加到鉆井液中。本發(fā)明同時(shí)提供含有一種烷基葡糖苷的水基泥漿。該水基鉆井液在采掘石油和/或氣期間的鉆孔中循環(huán)，在鉆探工藝中起到眾所周知的作用。
文檔編號C09K8/20GK1089296SQ9311297
公開日1994年7月13日 申請日期1993年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月24日
發(fā)明者T·O·華克爾 申請人:奧白郎-格印-辛普遜及同仁股份有限公司