專利名稱：平坦流變性井筒液的制作方法
平坦流變性井筒液
背景技術(shù)：
在地下井的鉆探中，期望眾多功能和特性的井筒液。鉆井液應(yīng)在整個井中循環(huán)，并攜帶來自鉆頭下方的巖屑，向上運輸巖屑到環(huán)，并允許在表面上分離。同時，預(yù)期井筒液將冷卻和清潔鉆頭，減少在鉆柱和孔側(cè)面之間的摩擦，和保持鉆孔中的套管部分的穩(wěn)定。鉆井液還應(yīng)該形成薄、低滲透的濾餅，其密封鉆頭可滲透的地層開口和用以減少來自可滲透巖石的地層流體的不必要流入。鉆井液通常根據(jù)其基底材料分類成；在油基流體中，將固體顆粒懸浮于油中，且可利用油乳化水或鹽水。所述油通常是連續(xù)相。在水基流體中，將固體顆粒懸浮于水或鹽水中，且油可在水中乳化。水通常為連續(xù)相。氣動流體是第三類鉆井液，其中高速空氣或天然氣流移除鉆井巖屑。油基鉆井液一般以逆乳化流體形式使用。逆乳化泥漿由三相組成:油質(zhì)相、非油質(zhì)相和細(xì)分的顆粒相。視情況包含乳化劑和乳化劑系統(tǒng)、加重劑、降濾失添加劑、堿度調(diào)節(jié)劑等，以使系統(tǒng)整體上穩(wěn)定且用于建立所需的性能特性。重要的是地下井的鉆機可控制鉆井液的流變性質(zhì)。在石油和天然氣行業(yè)的今天，需要在陸上和海上及在淡水和鹽水環(huán)境中都能起作用的添加劑。此外，鉆井液添加劑應(yīng)具有低毒性水平，且應(yīng)該易于操作和使用，以最小化對環(huán)境污染的危險和對操作者的危害。任何鉆井液添加劑應(yīng)該也提供所需結(jié)果，但是同時添加劑不應(yīng)抑制鉆井液中其它組分的所需性質(zhì)。
發(fā)明概要在一方面，本公開涉及一種逆乳化井筒液，其配制為包含:油質(zhì)流體，其作為所述井筒液的連續(xù)相；非油質(zhì)流體，其作為所述井筒液的非連續(xù)相；乳化劑；和流變改性劑，其中所述流變改性劑是 由醇胺、脂肪酸和多胺反應(yīng)而形成的聚酰胺；其中所述逆乳化井筒液具有平坦流變曲線。在另一方面，本公開涉及一種用于鉆探地下井的方法，其包括使逆乳化井筒液在井筒中循環(huán)，其中所述逆乳化井筒液包含:油質(zhì)流體，其作為所述井筒液的連續(xù)相；非油質(zhì)流體，其作為所述井筒液的非連續(xù)相；乳化劑；和流變改性劑，其中所述逆乳化井筒液具有平坦流變曲線。其它方面和優(yōu)點將從以下描述和附屬權(quán)利要求中顯而易見。附圖簡述

圖1是未加重流體的流變曲線的圖示比較。圖2是來自圖1中所述流體的6-rpm和屈服點數(shù)據(jù)的圖示比較。
具體實施例方式本公開一般涉及油基井筒液，其適用于規(guī)劃地下井(優(yōu)選為油井和氣井)的鉆井、完井和加工處理。所述流體也可用作充填液、壓裂液和其中需要平坦流變性質(zhì)的其它類似井筒用途。#筒液的各種用涂灃于書本COMPOSITION AND PROPERTIES OF DRILLING ANDCOMPLETION FLUIDS,第 5 版，H.C.H.Parley 和 George R, Gray,GulfPublishing Company,1988中，其內(nèi)容以引用的方式并入本文。如本文所公開，具有平坦流變曲線的井筒液被配制成包含油質(zhì)流體、非油質(zhì)流體、一級乳化劑和流變改性劑。這些組分各詳細(xì)公開于下文中。如本文所使用，“平坦流變曲線”表示在40° F至150° F的溫度范圍內(nèi)保持恒定的流變性質(zhì)。平坦流變曲線關(guān)注的流變性質(zhì)包括6rpm、10分鐘凝膠(10，)、屈服點(YP)和10分鐘與10秒凝膠比(10，: 10”凝膠比)。關(guān)于6rpm、10’凝膠和YP，當(dāng)這些值在40° F至150° F的溫度范圍內(nèi)的平均值的+/-20%以內(nèi)時，可認(rèn)為系統(tǒng)具有平坦流變曲線。換句話說，當(dāng)流體具有以下6rpm值:20(40。F) ,16(100° F)和15(150。F)，那么平均6rpm為17。因此，每個6rpm值是在平均值的+/-20%以內(nèi)。更低百分比變化將產(chǎn)生更平坦的流變曲線，因此，優(yōu)選在+/-15%以內(nèi)的值，且更優(yōu)選在+/-10%以內(nèi)的值。關(guān)于10’: 10”凝膠比，當(dāng)所述比為1.5: I或更小時，認(rèn)為系統(tǒng)具有平坦流變曲線。為了最好地優(yōu)化平坦流變曲線，6rpm、10分鐘凝膠、屈服點和10’: 10”比性質(zhì)應(yīng)同時落入這些參數(shù)內(nèi)。所述油質(zhì)流體可為液體且更具體為天然或合成油。所述油質(zhì)流體可選自柴油、礦物油、合成油(諸如聚烯烴、聚二有機硅氧烷、硅氧烷或有機硅氧烷)和其混合物組成的組。所述油質(zhì)流體的濃度應(yīng)該足夠使得逆乳化形成。所述油質(zhì)流體的濃度可小于約99%體積的逆乳化液。在一個實施方案中，所述油質(zhì)流體的含量是約30%體積至約95%體積且更優(yōu)選是約40 %體積至約90 %體積的逆乳化液。所述油質(zhì)流體可包含內(nèi)烯烴和α烯烴的混合物。內(nèi)烯烴和α烯烴的組合可用來產(chǎn)生具有所需性質(zhì)(諸如毒性和生物可降解性)平衡的鉆井液。作為實例，制造分別具有5/2/1.5/1.5重量比的C16_18內(nèi)烯烴、C15_18內(nèi)烯烴、C15_16內(nèi)烯烴和C16 α烯烴的混合物。這產(chǎn)生具有毒性和生物可降解性平衡的油質(zhì)流體。用于配制逆乳化 液的非油質(zhì)流體可為液體，且優(yōu)選為水性液體。所述非油質(zhì)流體可選自淡水、海水、含有有機和/或無機溶解鹽的鹽水、含有水可混溶的有機化合物的液體、這些和用于配制逆乳化液的類似化合物的組合組成的組。所述非油質(zhì)流體的含量通常小于用于形成逆乳化液的理論最大限制量。因此，非油質(zhì)流體的含量是小于約70%體積。非油質(zhì)流體的含量優(yōu)選是在約I %體積至約70%體積，且更優(yōu)選是在約5%體積至約60%體積的逆乳化液的范圍內(nèi)。根據(jù)本公開的教導(dǎo)，應(yīng)選擇用于配制井筒液的乳化劑以使形成適用于鉆井的有用并穩(wěn)定的逆乳化液。所述乳化劑應(yīng)以足以使穩(wěn)定的逆乳化液適用于鉆井的濃度存在。在一個說明性實施方案中，乳化劑具有約7磅/桶(ppb)至約Ilppb的濃度。更優(yōu)選地，所述乳化劑具有約Sppb至約ppb的濃度。已在本公開的乳液中顯示效用的乳化劑是脂肪酸、月旨肪酸酰胺基胺類的皂液、聚酰胺、多胺、油酸酯(諸如單油酸山梨聚糖酯、二油酸山梨聚糖酯)、咪唑啉衍生物或醇衍生物和上述的組合或衍生物。提供具有平坦流變曲線的流體的酰胺基胺類可包括由脂肪酸于烷基胺類反應(yīng)所形成的酰胺基胺類。本公開的脂肪酸可選自油酸、棕櫚酸、亞油酸、妥爾油(tall oil)脂肪酸(TOFA)和其組合組成的組。本公開的烷基胺類可選自二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺和其組合組成的組。這些物質(zhì)的摻合物以及其它乳化劑可用于本公開的平坦流變性流體中。本公開的流變改性劑是用來減少粘度的增加，即，使鉆井液的流變特性在約40° F至約150° F的溫度范圍內(nèi)平坦。所述流變改性劑可為聚酰胺、多胺或其混合物。本公開的聚酰胺是衍生自多胺與醇胺和脂肪酸的反應(yīng)產(chǎn)物的反應(yīng)。醇胺-脂肪酸反應(yīng)一般是基于存在的每當(dāng)量醇胺一當(dāng)量脂肪酸。所述反應(yīng)產(chǎn)物然后與多胺以1:1當(dāng)量比反應(yīng)，及然后用碳酸丙二酯中止以移除任何游離的未反應(yīng)胺類。關(guān)于流變改性劑，本公開的醇胺可選自單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和其混合物。脂肪酸可包括妥爾油或具有約12至約22個碳原子的其它類似不飽和長鏈羧酸。所述脂肪酸可為二聚體或三聚體脂肪酸，或其組合。如上所述，一旦醇胺已經(jīng)與脂肪酸反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物就與多胺進一步反應(yīng)。關(guān)于流變改性劑，多胺可選自二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺和其組合組成的組。提供平坦流變學(xué)井筒液的市售流變改性劑包括EM1-1005，可購自M-1 SffACO (Houston, Texas)和TECHWAX LS-10509 和 LS-20509,兩種可購自 International Specialty Products (Wayne,New Jersey)。所述流變改性劑的濃度應(yīng)該足以達(dá)到如本文所述的平坦流變曲線。所述流變改性劑的濃度范圍可在約0.1至5磅/桶井筒液，且優(yōu)選為約0.5至1.5磅/桶井筒液。雖然不希望受任何特定作用理論的限制，但是據(jù)信由本發(fā)明所實現(xiàn)的相對平坦的流變曲線是流變改性劑與鉆井液中所存在的細(xì)小固體(諸如親有機質(zhì)粘土和低重力固體)的相互作用的結(jié)果。據(jù)信，相互作用是以如下方式在一定程度的溫度下驅(qū)動的，使得在較高溫度下較大的增強，和在較低的溫度下較弱的增強。一種理論認(rèn)為，溫度的變化會導(dǎo)致流變改性劑的分子確認(rèn)變化，使得在更高的溫度下更多分子相互作用，從而比在較低的溫度下觀察到更高的粘度?；蛘撸瑩?jù)推測，流變改性劑在流體中存在的固體表面上的吸收/解吸是與所觀察到的粘度性質(zhì)相關(guān)。不管作用模式，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)添加入本文所公開的流變改性劑至井筒液中產(chǎn)生在下文所觀察到和所公開的粘度性質(zhì)。所公開的井筒液尤其適用于地下油井和氣井的鉆井、完井和操作。特別是，所述流體適用于配置用于高偏差井和長位移井中的鉆井液和完井液。這些流體尤其適用于進入含烴地層的水平井的鉆探中。用于制備當(dāng)前所公開的井筒液的方法并不是關(guān)鍵的?？墒褂贸Ｒ?guī)方法，以與常用方法相似的方式來制備本發(fā)明 的井筒液，以制備常規(guī)油基鉆井液。在一個代表性程序中，將所需數(shù)量的油質(zhì)流體(諸如基底油)和適當(dāng)量的一級乳化劑混合在一起，接著在連續(xù)混合下添加流變改性劑和剩余組分。可通過利用非油質(zhì)流體強力攪動、混合或剪切油質(zhì)流體，來形成基于這種流體的逆乳化液。重要的是，本發(fā)明的流體不需要其它作用劑以獲得平坦流變曲線。本申請人驚訝地發(fā)現(xiàn)，油質(zhì)流體、非油質(zhì)流體、乳化劑和流變改性劑的獨特組合可提供所需的平坦流變曲線。申請人也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可通過進一步包含增粘劑和降濾失劑，來優(yōu)化流變曲線。本發(fā)明的增粘劑可包括親有機質(zhì)粘土，其通常為經(jīng)預(yù)處理的胺粘土?？蓪⒃稣硠┓稚⒃诒竟_的井筒液組合物的油質(zhì)相中。適宜的親有機質(zhì)粘土增粘劑可包括經(jīng)胺處理的膨潤土、水輝石、凹凸棒石等。對于大多數(shù)逆乳化應(yīng)用來說，用于井筒液制劑中的親有機質(zhì)粘土的含量可在約0.1ppb至約5ppb的井筒液的范圍內(nèi)。市售的親有機質(zhì)粘土包括VG-69、VG PLUS、VG SUPREME 和 Versa-HRP，所有這些可購自 M-1 SWACO (Houston，Texas)。降濾失劑通常通過在正在鉆井時涂覆鉆孔的壁起作用。可用于本發(fā)明中的示例性降濾失劑包括改性褐煤、柏油化合物、黑浙青、通過使腐植酸(huinic acid)與酰胺或聚亞烷基多胺反應(yīng)而制備的親有機質(zhì)腐植酸鹽和其它非毒性降濾失添加劑。通常，以小于約10%重量及優(yōu)選是小于約5%重量的流體的含量添加降濾失劑。ECOTROL RD 是一種示例性市售降濾失劑，其可購自M-1 SffACO (Houston, Texas)。本公開的流體可進一步含有取決于逆乳化液的最終用途的其它組分，只要其不會干擾本文所述的平坦流變曲線。例如，可將堿儲備、潤濕劑、加重劑和搭橋劑添加至流體組合物中以獲得其它功能性質(zhì)。這些作用劑的添加可根據(jù)應(yīng)用而變化，且應(yīng)該可由配置井筒液相關(guān)技術(shù)人員修正。在許多逆乳化液中，包含堿儲備是常見的，使得整個流體制劑為堿性(即，pH大于7)。通常，這是呈石灰或者堿金屬和堿土金屬氧化物和氫氧化物的混合物的形式。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)理解及明白，井筒液的石灰含量將根據(jù)采取的操作和鉆井的地層而變化。此外，應(yīng)明白，石灰含量(也稱為堿度或堿儲備)是一種通常根據(jù)可適用的API標(biāo)準(zhǔn)而測得的性質(zhì)，所述API標(biāo)準(zhǔn)利用流體配制技術(shù)相關(guān)人員已熟知的方法。可適合使用的潤濕劑包括粗妥爾油、氧化粗妥爾油、有機磷酸酯、改性咪唑啉和酰胺基胺類、烷基芳族硫酸酯和磺酸酯等，和這些化合物的組合或衍生物。Faze-Wet 、VersaCoat 、Sureffet > Versawet 和Versawe嚴(yán)NS是可用于所公開的井筒液中，由M-1SffACO(Houston, Texas)制造并分銷的市售潤濕劑的實例。Silwet L-77、L-7001、L7605和L-7622是由General Electric Company (Wilton, CT)制造并分銷的市售表面活性劑和潤濕劑的實例。適用于所述井筒液中的加重劑或密度材料包括方鉛礦、赤鐵礦、磁鐵礦、鐵氧化物、鈦鐵礦、重晶石、菱鐵礦、天青石、白云石，方解石等。這些添加的材料數(shù)量(如果有任何添加)取決于最終組合物的所需密度。通常，添加加重材料以產(chǎn)生最多約24磅/加侖的鉆井液密度。優(yōu)選添加最多加重材料達(dá)到21磅/加侖及最優(yōu)選達(dá)到19.5磅/加侖。并入以下實施例以證明所要求的標(biāo)的物。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)了解，以下實施例中所公開的技術(shù)和組合物代表由本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的功能完善的技術(shù)且因此視為構(gòu)成實踐的優(yōu)選模式。然而，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)明白，按照本發(fā)明，在不偏離所要求的標(biāo)的物的范圍下，可在所公開的具體實施方案中作出許多改變，且仍可獲得相同或類似結(jié)果。有關(guān)實施例的一般信息:通過在Hamilton Beach和Silverson混合器中混合來制備流體。最初制備一種樣品平坦流變性液體以充當(dāng)對照液。在以下表I中提供所述對照液以及Hamilton Beach混合時間。如在制劑中所示，HMP是用作模擬鉆井固體。一旦混合所述組分，就在Silverson混合器上以6000rpm剪切所述流體10分鐘。表1-對照制劑和混合時間
權(quán)利要求
1.一種逆乳化井筒液，其包含: 油質(zhì)流體，其中所述油質(zhì)流體是所述井筒液的連續(xù)相； 非油質(zhì)流體，其中所述非油質(zhì)流體是所述井筒液的非連續(xù)相； 乳化劑； 流變改性劑，其中所述流變改性劑是由多胺和醇胺與脂肪酸的反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)而形成的聚酰胺； 其中所述逆乳化井筒液具有平坦流變曲線。
2.一種鉆探地下井的方法，其包括: 使逆乳化井筒液在井筒中循環(huán)，其中所述逆乳化井筒液包含: 油質(zhì)流體，其中所述油質(zhì)流體是所述井筒液的連續(xù)相； 非油質(zhì)流體，其中所述非油質(zhì)流體是所述井筒液的非連續(xù)相； 乳化劑；和 流變改性劑； 其中所述逆乳化井筒液具有平坦流變曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述流變改性劑包括選自二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺和其組合組成的組的多胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述流變改性劑包括選自單乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺組成的組的醇胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述流變改性劑包括脂肪酸，其是二聚體或三聚體脂肪酸或其組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述乳化劑是由脂肪酸與烷基胺反應(yīng)所形成的酰胺基胺。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的逆乳化井筒液，其中所述乳化劑包括選自油酸、棕櫚酸、亞油酸、妥爾油脂肪酸(TOFA)及其組合組成的組的脂肪酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的逆乳化井筒液，其中所述烷基胺是選自二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺及其組合組成的組。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述井筒液具有在40T至150 T的溫度范圍內(nèi)1.5:1或更小的10分鐘-比-10秒凝膠比。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中屈服點、10分鐘凝膠和6rpm中至少一個的值是在40 °卩至150 0F的溫度范圍內(nèi)的平均值的+/-20%以內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述油質(zhì)流體包含約30體積％至約100體積％的所述井筒液且所述油質(zhì)流體是選自柴油、礦物油、合成油、酯類、醚類、縮醛類、碳酸二烷基酯、烯烴和其組合組成的組。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述非油質(zhì)流體包含約I體積％至約70%體積的所述井筒液，且所述非油質(zhì)流體是選自淡水、海水、含有有機或無機溶解鹽的鹽水、含有水可混溶的有機化合物的液體和其組合組成的組。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述逆乳化井筒液進一步包含親有機質(zhì)粘土。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的逆乳化井筒液，其中所述親有機質(zhì)粘土具有約01.ppb至約5 ppb的濃度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述乳化劑具有約7至約11范圍內(nèi)的濃度。
16.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述流變改性劑具有約0.1 ppb至約5 pbb范圍內(nèi)的濃度。
全文摘要
本文公開了包含平坦流變曲線的井筒液。在一方面，逆乳化井筒液被配制成包含作為所述逆乳化井筒液的連續(xù)相的油質(zhì)流體、作為所述逆乳化井筒液的非連續(xù)相的非油質(zhì)流體、乳化劑和流變改性劑，其中所述流變改性劑是由醇胺、脂肪酸和多胺反應(yīng)而形成的聚酰胺，其中所述逆乳化井筒液具有平坦流變曲線。
文檔編號C09K8/36GK103210055SQ201180041660
公開日2013年7月17日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者N.賴夫, S.楊, L.李 申請人:M－I 有限公司