專利名稱：濾餅的破壞方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的方法主要適用于含烴和水的地下地層的鉆井，烴或水隨后可從地下地層生產(chǎn)出來。
在常規(guī)的地下地層鉆井中，通常使用鉆井液。一般將鉆井液(也稱鉆井泥漿或鉆井完井液(drill-in fluid))配制成使其向地層的濾失減至最低。這一般是通過向鉆井液中摻入有助于濾餅形成的合適材料來實(shí)現(xiàn)。水基鉆井液通常含有橋鍵形成劑(bridging agent)和填充劑(weightingagent)、至少一種作為增黏劑和降濾失添加劑(fluid loss additive)的聚合物如淀粉。合適的橋鍵形成劑包括但不限于重晶石、碳酸鈣和白云石，它們也起到填充劑的作用。施膠鹽也可與飽和鹽溶液一起用作橋鍵形成劑(US 4,175,042)。通常，將一種或多種橋鍵形成劑與增黏劑如合適的生物聚合物組合使用。這和鉆井過程中所產(chǎn)生的地層巖屑一起，導(dǎo)致在井筒的內(nèi)面上形成濾餅。在濾餅的形成過程中，有鉆井液向地層濾失，通常稱為鉆井液瞬時(shí)濾失(fluid spurt loss)。
在鉆井后，可將井筒下套管和射孔，在這種情況下濾餅可被疏通。但是，有許多井，特別是水平井，尤其是長(zhǎng)水平井保留為裸井，在生產(chǎn)區(qū)間中沒有下套管和射孔。這種井在鉆井后有濾餅襯著井筒的內(nèi)面。鉆井過程中產(chǎn)生的濾餅是一種地層損害，它雖然在鉆井過程中是需要的，但會(huì)顯著限制這種井的烴或水生產(chǎn)率，或者限制注入井的注入率。因此必須除去濾餅，以使生產(chǎn)或注入率最大化。
如果地層是高滲透地層，濾餅可通過高壓力差(high drawdown)充分除去。但往往是，在低滲透地層或低壓力差(low drawdown)地層中，必須應(yīng)用能幫助除去濾餅的方法，以確保濾餅被除去。通常有必要應(yīng)用化學(xué)處理來除去濾餅。用以除去濾餅的常規(guī)處理法包括使用氧化劑水溶液、鹽酸溶液、有機(jī)酸溶液(包括甲酸或乙酸)、酸和氧化劑的組合以及酶水溶液。
對(duì)能在礫石充填后有效破壞濾餅的方法有特別的需求。成功的裸井礫石充填(“外部礫石充填”)要求完整濾餅的存在。但是，為得到可接受的生產(chǎn)率，在放置礫石后要求或需要有效地清除掉濾餅。
在其他類型的防砂完井中，例如在放置預(yù)填充篩網(wǎng)時(shí)，也需要有完整的濾餅，以防止鉆井液濾失。同樣，在放置篩網(wǎng)后也要求或需要有效地破壞掉濾餅，以得到可接受的生產(chǎn)率。
US 6,140,277和PCT/GB00/01032詳述了會(huì)對(duì)常規(guī)的濾餅去除技術(shù)造成影響的問題。反應(yīng)性液體如鹽酸的有效放置非常困難，通常導(dǎo)致沿著井筒或其他目標(biāo)地帶進(jìn)行的處理的效果相差很大。放置問題已通過能原位產(chǎn)生酸的方法而得到解決(US 5,678,632；PCT/GB00/01032)。
另一個(gè)問題是，濾餅常常由幾種成分組成，通常不能通過單一的處理除去。例如，一些鉆井泥漿或鉆井完井液含有碳酸鈣或白云石及與之組合的一種或多種能提供合適的流變學(xué)性能的聚合物。碳酸鹽和聚合物都有助于濾餅的形成。在地層巖石的鉆探過程中產(chǎn)生的巖屑也可能存在于濾餅中。
酸可用來溶解這種濾餅的碳酸鹽成分，合適的聚合物破壞劑(breaker)如氧化劑或酶可用來分解濾餅中的聚合物。這些物質(zhì)通常作為單獨(dú)的處理手段來應(yīng)用，因?yàn)樗岷途酆衔锲茐膭┏３２幌嗳?參見US 6,140,277；PCT/GB00/01032)。
US 6,140,277教導(dǎo)了使用包含粘彈性表面活性劑、螯合劑和酶的配方來分解濾餅。
PCT/GB00/01032教導(dǎo)了使用包含能發(fā)生水解(任選使用酯水解酶)而原位產(chǎn)生有機(jī)酸的酯與氧化劑或酶聚合物破壞劑組合的配方，來處理包括濾餅在內(nèi)的地層損害。
US 6,140,277和PCT/GB00/01032都涉及濾餅的單級(jí)處理，該處理能使碳酸鹽溶解和使聚合物水解。這兩種類型的處理均能獲得非常好的區(qū)域覆蓋度。
如果能獲得這樣的鉆井液配方，其中濾餅在合理的一段時(shí)間(數(shù)天到數(shù)周)內(nèi)基本降解，無須進(jìn)行清除處理，這將避免需要進(jìn)行單獨(dú)的井清除處理工作。這還將克服這種處理中與放置反應(yīng)性處理液體和獲得良好區(qū)域覆蓋度伴隨產(chǎn)生的問題。這種濾餅可認(rèn)為是自清除濾餅。
本發(fā)明的目標(biāo)是提供這樣的鉆井液配方，即其產(chǎn)生的濾餅在鉆井之后能完全或部分自清除。因此，本發(fā)明提供在地下地層中產(chǎn)生自破壞濾餅的方法，所述方法包括(a)將能夠被水解轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)酸的固體聚合物摻入到鉆井液中；(b)使用所述鉆井液向地下地層鉆井筒，使得鉆井液中的所述固體聚合物參與濾餅的形成；(c)讓所述固體聚合物在水存在下發(fā)生水解，以破壞濾餅的完整性。
在本發(fā)明的方法中，將用以鉆進(jìn)會(huì)生產(chǎn)出烴和水的地層部分的鉆井液(通常稱為鉆井完井液)配制成能獲得可接受的鉆井性能。用以鉆井的液體其性能必需與其所需的功能一致。鉆井液、鉆井泥漿或鉆井完井液的所需功能包括控制地層壓力；潤(rùn)滑鉆柱；冷卻鉆頭；在靜態(tài)條件下使固形物懸浮；和將鉆屑清除出井洞。
在本發(fā)明的方法中，還將鉆井液組合物配制成包含選定的固體聚合物材料，其充當(dāng)橋鍵形成劑并參與濾餅的積聚。
鉆井液通常是水基鉆井液，但也可以是油基鉆井液，或者是基于合成化合物如液態(tài)酯的鉆井液。這種鉆井液是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
在本發(fā)明最基本的實(shí)施方案中，選擇能在儲(chǔ)油層溫度下慢慢水解和分解的固體聚合物顆粒，將其摻入到用以鉆進(jìn)生產(chǎn)出烴和水的地層部分的鉆井液中。在井的鉆探過程中，聚合物顆粒與地層巖屑、增黏劑(包括生物聚合物，如果存在的話)和作為橋鍵形成劑或降濾失劑摻入到鉆井液中的其他顆粒狀材料一起，參與濾餅的生成。使用本發(fā)明方法的鉆井作業(yè)包括本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為是鉆井作業(yè)的所有方法，包括擴(kuò)孔(under-reaming)。隨后所述聚合物在水的存在下水解成水溶性單體或低聚物。通常聚合物會(huì)溶解產(chǎn)生一種或多種有機(jī)酸。聚合物的水解通過除去濾餅中至少一部分顆粒狀物質(zhì)，從而破壞濾餅的完整性。另外，如果濾餅含有酸溶性物質(zhì)，如碳酸鹽橋鍵形成劑和/或地層巖屑，聚合物水解所產(chǎn)生的酸將與至少一部分酸溶性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而進(jìn)一步破壞濾餅的完整性。如果地層是碳酸巖地層，聚合物水解所產(chǎn)生的酸也會(huì)與靠近濾餅的地層發(fā)生反應(yīng)，幫助破壞濾餅。
固體聚合物水解的時(shí)間通常比鉆進(jìn)會(huì)生產(chǎn)出烴和水的地層部分所需的時(shí)間要長(zhǎng)。通常這至少是數(shù)天時(shí)間，優(yōu)選4天或更多天，盡管取決于鉆井和完井所花費(fèi)的時(shí)間，聚合物的水解花費(fèi)更短或更長(zhǎng)的時(shí)間也可能是合乎需要的。一般來說，濾餅在鉆井結(jié)束前宜保持完整。在鉆井結(jié)束時(shí)鉆井液往往被頂替成無固相液(solids free fluid)，通常是含水液體。濾餅的完整性宜在鉆井液被頂替成無固相液之后才被大量破壞，使得鉆井液向地層的濾失減至最低。
用于本發(fā)明方法中的聚合物是能在水的存在下水解產(chǎn)生一種或多種有機(jī)酸的任何固體聚合物。優(yōu)選所述聚合物是聚酯，特別是脂肪族聚酯。最優(yōu)選所述聚酯選自能通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的合適方法合成的聚酯，所述合適方法包括丙交酯(乳酸環(huán)二聚體)、乙交酯(乙醇酸環(huán)二聚體)和己內(nèi)酯的開環(huán)熔體縮合。合適的聚合物包括摻入了丙交酯、乙交酯或己內(nèi)酯(還摻入或不摻入其他單體)的聚合物。具體的實(shí)例包括聚丙交酯(聚乳酸)、聚乙交酯(聚乙醇酸)、丙交酯-乙交酯共聚物、丙交酯-己內(nèi)酯共聚物、乙交酯-己內(nèi)酯共聚物和丙交酯-乙交酯-己內(nèi)酯共聚物。合適的聚合物還包括乳酸和羥基乙酸(乙醇酸)的均聚物或共聚物，以及乳酸和/或乙醇酸與一種或多種含有羥基、羧酸或羥基羧酸部分的其他化合物的共聚物。US 4,986,353提供了可與乳酸或乙醇酸縮合的合適單體的實(shí)例。合適的單體包括但不限于三元酸如檸檬酸、二元酸如己二酸、以及二醇如乙二醇和多元醇。它們還包括雙官能分子如2，2-(二羥基甲基)丙酸。根據(jù)US 4,986,353的方法的優(yōu)選共縮合分子是檸檬酸、2，2-(二羥基甲基)丙酸、三羥甲基乙烷和己二酸。
這些單體或其他任何單體也可摻入到根據(jù)本發(fā)明方法的聚合物中，只要固體聚合物能在水的存在下發(fā)生水解產(chǎn)生一種或多種有機(jī)酸。酸的產(chǎn)生是由于聚酯中的酯鍵發(fā)生簡(jiǎn)單水解。
優(yōu)選能水解產(chǎn)生乳酸和/或乙醇酸的聚合物。特別優(yōu)選的聚合物選自能通過乳酸、乙醇酸、丙交酯(乳酸的二聚體)、乙交酯(乙醇酸的二聚體)和己內(nèi)酯的縮合合成的脂肪族聚酯。其中通過縮合摻入了乳酸的聚合物水解時(shí)產(chǎn)生乳酸，其中通過縮合摻入了乙醇酸的聚合物水解時(shí)產(chǎn)生乙醇酸。
聚合物或共聚物的組成是聚合物水解速度的主要決定因素。通常選擇能在被處理地層的溫度條件下產(chǎn)生所需水解速度的組成。在鉆出了井并將鉆井液頂替成無固相液之后，通常將井關(guān)閉一段時(shí)間，這段時(shí)間足以讓聚合物發(fā)生水解而破壞濾餅的完整性。然后再將井投入生產(chǎn)(或者在注入井的情況下投入注入作業(yè))。
聚合物的水解是通過整體浸蝕(bulk erosion)進(jìn)行的(BiodegradablePolymers as Drug Delivery Systems，Mark Chasin和Robert Langer(編輯).Marcel Dekker Inc.，New York，Basel and Hong Kong，1990)。
水解速度主要受四個(gè)關(guān)鍵變量的影響單體的立體化學(xué)組成(D型或L型)、共聚單體的比例、聚合物鏈的線性度和聚合物的分子量。水解是在聚合物的表面上發(fā)生的，因此對(duì)于特定的聚合物組成，聚合物的顆粒大小也是水解和酸生成速度的主要決定因素。
特定組成的聚合物顆粒越小，在特定溫度下每單位重量的表面積就越大，因此生成酸的速度越快。一般來說，聚乳酸和其他富含乳酸的聚合物的降解速度比聚乙醇酸和其他富含乙醇酸的聚合物要慢，通常優(yōu)選用于本發(fā)明方法中。
如果需要，將己內(nèi)酯摻入到聚合物中能提高聚合物的水解速度。聚合物的水解速度還可能受共聚物中嵌段或無規(guī)結(jié)構(gòu)的程度、聚合物端基的化學(xué)修飾或者聚合物中支化的引入(例如通過將多元醇摻入到聚合物中)的影響。
解聚速度也可能通過向聚酯中摻入特定的化學(xué)品如季銨化合物來提高(US 5,278,256)。
水解相對(duì)較快的聚合物組合物包括聚乙醇酸和聚合物組成單體中乙醇酸占50％以上直至100％的聚合物。水解相對(duì)較慢的聚合物組合物包括聚乳酸和聚合物組成單體中乳酸占50％以上直至100％的聚合物。在低溫下，例如20℃-100℃下，往往將富含乙醇酸(即含量50％以上)的聚合物用于本發(fā)明方法中。在較高溫度下，例如約80°-170℃下，則往往使用富含乳酸(即含量50％以上)的聚合物。
通過選擇適當(dāng)?shù)木酆衔锝M成和固體聚合物呈現(xiàn)形式(固體的大小和形狀)，可確定有機(jī)酸的類型、所釋放的酸量和特定溫度下酸生成的速度。
聚合物水解所產(chǎn)生的酸可與濾餅或鄰近地層中存在的酸溶性物質(zhì)如碳酸鈣或白云石反應(yīng)。優(yōu)選地，聚合物水解所產(chǎn)生的有機(jī)酸與碳酸鈣反應(yīng)形成鈣鹽，其在地層溫度下水溶解度達(dá)至少幾個(gè)百分比。乳酸和乙醇酸是合適的酸。
由于酸的產(chǎn)生要經(jīng)過一段時(shí)間，因此可在產(chǎn)生出大部分的酸之前將固體聚合物摻入到濾餅中。聚合物通常存在于用以鉆穿生產(chǎn)區(qū)間的全部鉆井液中，因此將存在于濾餅的整體中。
聚合物可以以任何固體形狀來使用，包括但不限于球體、圓柱體、長(zhǎng)方體、纖維、粉末、珠?；蛘咂渌魏文鼙灰氲降貙又械男螤睢Ｋ鼉?yōu)選以顆粒形狀使用，大小范圍在1微米至2mm，最優(yōu)選5微米至100微米。
所需大小和形狀的聚合物可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何合適方法制備，包括但不限于聚合物熔體的高剪切分散、乳化后再溶劑蒸發(fā)、去溶劑化、噴霧干燥或研磨。一些用以生產(chǎn)微顆粒、微球體、微膠囊、成形顆粒(shaped particle)和纖維的合適方法在Chasin，M和Langer，R.(編輯).Biodegradable Polymers as Drug Delivery Systems.Marcel Dekker Inc.，New York，(1990)中有綜述。US 4,986,355教導(dǎo)了制備適當(dāng)施膠的聚酯顆粒的方法，所述聚酯顆粒在地下地層中用作降濾失添加劑或凝膠破壞劑。
一般來說，在基于溶劑的用以生產(chǎn)所需大小和形狀的顆粒的方法中宜避免使用氯化溶劑。例如，二氯甲烷已被用于生產(chǎn)供在藥物遞送應(yīng)用中使用的聚酯(如聚丙交酯)的微顆粒，但微顆粒即使在干燥后也可能仍有大量的二氯甲烷存在。氯化溶劑的存在會(huì)降低聚酯本應(yīng)優(yōu)越的環(huán)境可接受性。聚酯在非氯化溶劑中的溶解度通常有限。
在本發(fā)明的其他實(shí)施方案中，還可任選將聚合物破壞劑引入到井筒中，以通過攻擊濾餅中存在的任何生物聚合物或其他增黏或防濾失聚合物來幫助破壞濾餅。可將聚合物破壞劑引入到鉆井液中和/或引入到固體聚合物本身中，但優(yōu)選引入到無固相液(其被引入到井筒中以頂替鉆井液)中。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，聚合物破壞劑可溶解于或分散于鉆井液、固體聚合物或無固相液中，或者可以以任何緩釋或控釋配方的形式存在，包括聚合物破壞劑的包囊化形式。
本發(fā)明的優(yōu)選聚合物破壞劑是氧化性破壞劑(氧化劑)和酶破壞劑，不過也可使用其他任何能夠至少部分降解增黏或防濾失聚合物的破壞劑。
用于本發(fā)明方法中的氧化性破壞劑可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何一種氧化性破壞劑，其用于與增黏或防濾失聚合物(在了大多數(shù)情況下是多糖生物聚合物)反應(yīng)，以降低含聚合物的組合物的粘度或者破壞含聚合物的濾餅。氧化性破壞劑可存在于溶液中，或者作為分散體存在。合適的化合物包括過氧化物、過硫酸鹽、過硼酸鹽、過碳酸鹽、過磷酸鹽、次氯酸鹽、過硅酸鹽和過氧化氫加合物如脲過氧化氫和過氧化鎂。它們通常至少以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知有效的濃度使用。
優(yōu)選的摻入到鉆井液中、摻入到被引入到井筒中以頂替鉆井液的液體(包括無固相液)中或者摻入到根據(jù)本發(fā)明方法的固體聚合物中的氧化性破壞劑，是能分解產(chǎn)生過氧化氫的過氧化物。在氧化性破壞劑當(dāng)中最優(yōu)選的是過碳酸鹽和過硼酸鹽，尤其是過碳酸鈉和過硼酸鈉。
優(yōu)選用于本發(fā)明方法中的酶破壞劑包括本領(lǐng)域公知可用于水解增黏或防濾失聚合物，從而降低降低含聚合物的組合物的粘度或者破壞含聚合物的濾餅的酶類。酶破壞劑要根據(jù)它們已知的水解增黏聚合物的能力來選擇。增黏聚合物通常是多糖，因此酶破壞劑要根據(jù)它們已知的水解濾餅中多糖成分的能力來選擇?？捎脕矸纸舛嗵堑暮线m酶類的實(shí)例包括能水解淀粉、黃原膠、纖維素、瓜爾膠、小核菌葡聚糖、琥珀酰聚糖或者這些聚合物的衍生物的酶類。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，摻入的氧化性破壞劑的有效性可通過產(chǎn)生更多的反應(yīng)性氧化劑來增強(qiáng)。在某些情況下，例如當(dāng)引入了過氧化物時(shí)，在有機(jī)酸存在下過氧化氫的產(chǎn)生可導(dǎo)致形成過酸，這是比過氧化氫更為有效的氧化劑。酯在過氧化氫存在下的水解也可能導(dǎo)致產(chǎn)生過酸。已知酯在過氧化氫或其他過氧化物存在下能被水解酶(EC 3)如脂肪酶(EC 3.1.1.3)、酯酶(EC 3.1.1.1)或蛋白酶(EC 3.4)水解形成過酸(US 3,974,082；US 5,108,457；US 5,296,161；US 5,338,474；US5,352,594；US 5,364,554)。這種酶所原位產(chǎn)生的過酸已被用于漂白應(yīng)用中。過酸是比過氧化物更為有效的氧化劑，特別是在25-80℃的溫度下。因此，可將酯、酯水解酶、過氧化氫或產(chǎn)過氧化氫化合物摻入到鉆井液中，摻入到被引入到井筒中以頂替鉆井液的無固相液中，或者摻入到本發(fā)明的固體聚合物中。聚酯在過氧化氫存在下的水解也預(yù)期能產(chǎn)生過酸。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，宜使用不只一種類型的聚合物破壞劑，例如在有兩種多糖存在、但只有一種多糖易受酶攻擊的情況下，可將氧化劑與酶破壞劑組合使用。
如果需要，固體聚合物可通過溶解、分散或包囊化而包含其他物質(zhì)。所述其他物質(zhì)可包括聚合物破壞劑。固體聚合物的水解會(huì)釋放出聚合物破壞劑或其他加入的物質(zhì)。在聚合物破壞劑包囊在聚合物中的情況下，其釋放通常是在固體聚合物的水解和酸的產(chǎn)生之后發(fā)生，而對(duì)于溶解或分散的物質(zhì)，其釋放與酸的產(chǎn)生同時(shí)發(fā)生。加入的物質(zhì)的一個(gè)功能是將固體聚合物的比重調(diào)整至為摻入到鉆井液中所需的比重值。用以調(diào)整比重的優(yōu)選物質(zhì)包括水溶性堿金屬鹽和其他另外用于調(diào)整油田鹽水比重的鹽。所述其他物質(zhì)還可包括過氧化鈣和氟化氫銨。在所述其他物質(zhì)為水溶性物質(zhì)的情況下，這些水溶性的其他物質(zhì)的分解與固體聚合物水解一致，將在相對(duì)于水溶性物質(zhì)來說欠飽和鹽水的存在下出現(xiàn)。這會(huì)導(dǎo)致濾餅進(jìn)一步被破壞。
由于固體聚合物的水解產(chǎn)生了酸，可便利地將能與酸反應(yīng)產(chǎn)生合乎需要的氧化劑的化學(xué)品或者用以處理地下地層的其他化學(xué)品，摻入到一種或多種鉆井液中、摻入到被引入到井筒中以頂替鉆井液的液體中，或者摻入到根據(jù)本發(fā)明方法的固體聚合物中。合適化學(xué)品的實(shí)例是過氧化鈣和氟化氫銨。過氧化鈣在酸的存在下分解形成過氧化氫，氟化氫銨在酸的存在下則分解形成氟化氫。過氧化氫或氟化氫的原位產(chǎn)生可進(jìn)一步幫助破壞濾餅。氟化氫的產(chǎn)生使難溶于有機(jī)酸溶液的物質(zhì)，如鉆井過程中產(chǎn)生的硅酸鹽或粘土細(xì)屑、鉆井泥漿中存在的硅酸鹽或粘土(例如膨潤(rùn)土或蒙脫石)或者地層(例如靠近井筒的砂巖地層)中存在的硅酸鹽或粘土得以溶解。在本發(fā)明的方法中氟化氫的產(chǎn)生可幫助破壞含有可被氟化氫溶解的物質(zhì)的濾餅，或者破壞靠近含有可被氟化氫溶解的物質(zhì)的地層的濾餅。
乙醇酸可溶解硫酸鈣。固體聚合物水解所產(chǎn)生的乙醇酸，或者直接引入到井筒中的乙醇酸，能有效除去硫酸鈣，以便如果需要的話將硫酸鈣用作鉆井液中的橋鍵形成劑。固體聚合物水解所產(chǎn)生的乙醇酸也可有效溶解鉆井液與地層液體之間的反應(yīng)所產(chǎn)生的任何硫酸鈣。固體聚合物水解所能產(chǎn)生且可溶解其他礦物橋鍵形成劑或結(jié)垢的其他螯合酸，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。
可將不只一種固體聚合物與或不與包囊化、溶解或分散的聚合物破壞劑一起同時(shí)引入到地層中。固體聚合物的最終完全溶解獲得理想的清除性能。
本發(fā)明方法所需的所有化學(xué)品通常屬工業(yè)級(jí)，以降低此方法的成本。
在根據(jù)本發(fā)明方法將酶用作聚合物破壞劑的情況下，有必要選擇這樣的酶，即其在儲(chǔ)油層條件下和在處理液體中保持活性的時(shí)間至少與催化活性所需要的時(shí)間一樣長(zhǎng)。
酶通常是水溶性酶。盡管酶在低水活度環(huán)境或兩相體系(如乳狀液或分散體)中也可有活性和加以使用，但酶易溶于水通常是有利的。通常使用分離的酶。酶可從植物、動(dòng)物、細(xì)菌或真菌來源分離。酶可從野生型的、常規(guī)培育的、突變的或遺傳工程改造的生物體生產(chǎn)。酶還任選進(jìn)行化學(xué)修飾，只要它們保持或擁有所需的催化能力。優(yōu)選酶是能從商業(yè)來源大量獲得的工業(yè)用酶。
雖然大部分的酸是在濾餅形成之后由固體聚合物的水解生成的，但鉆井液中存在的由鉆井過程中固體聚合物水解產(chǎn)生的痕量酸可能會(huì)潛在地導(dǎo)致濾餅的酸溶性部分過早溶解。這種情況可通過向本發(fā)明的鉆井液中摻入合適量的堿或緩沖液來避免，所述堿或緩沖液能將pH保持在高于濾餅會(huì)發(fā)生腐蝕的pH水平，持續(xù)至少在有烴或水的地層中鉆井筒所需的一段時(shí)間。
類似地，由于聚合物破壞劑攻擊濾餅而造成的濾餅過早溶解問題，也可通過使用如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的聚合物破壞劑控釋制品來解決，所述制品包括但不限于其中聚合物破壞劑通過包囊化、溶解或分散摻入到固體聚合物中的制品。但通常來說，聚合物破壞劑不存在于鉆井液中，因?yàn)樗鼈兎駝t會(huì)使粘度降低至所需值以下。優(yōu)選在用以頂替鉆井液的無固相液中將一種或多種聚合物破壞劑引入到井筒中。聚合物破壞劑的存在量足以幫助進(jìn)一步破壞濾餅(因?yàn)V餅中存在的聚合物降解而造成)。這種破壞是固體聚合物溶解和濾餅中存在的任何酸溶性物質(zhì)溶解造成的破壞之外的破壞作用。
根據(jù)本發(fā)明方法的濾餅破壞手段可任選與聚合物破壞劑之外的常規(guī)濾餅破壞劑組合使用。這些破壞劑是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，包括酸、能產(chǎn)生酸的組合(如酯和酯水解酶)以及螯合劑?？煞奖愕貙⑦@些化學(xué)處理方法的各成分包含在用以從井筒頂替鉆井液的液體中。
鉆井液和用以頂替鉆井液的無固相液可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的制備這種液體的任何方法來制備。這些液體通常只用來鉆穿生產(chǎn)區(qū)間。其他鉆井液可用來鉆穿其他區(qū)域。
本發(fā)明進(jìn)一步提供適合用于向地下地層鉆井的鉆井液，其含有一種或多種作為橋鍵形成劑的固體聚合物，所述固體聚合物能夠被水解轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)酸。該或每種(the or each)固體聚合物可如以上涉及本發(fā)明方法的定義。優(yōu)選固體聚合物是聚酯。
固體聚合物在鉆井液中的存在量決定于鉆井液的所需特性和鉆井液的其他成分的量。通常，選定的配方所導(dǎo)致的濾餅含有足夠的固體聚合物，使得當(dāng)固體聚合物水解時(shí)，該配方會(huì)造成濾餅被充分破壞(濾餅的破壞單獨(dú)發(fā)生，或者與濾餅中的酸溶性物質(zhì)的溶解和/或?yàn)V餅中的聚合物的降解(如果聚合物破壞劑已經(jīng)存在的話)一起發(fā)生)，以使地層滲透性提高，優(yōu)選基本恢復(fù)至鉆井前所存在的滲透性。
通常，所用的固體聚合物體積能替換全部或部分體積的通常存在于鉆井液中的顆粒狀物質(zhì)。通常，鉆井液中存在最多約60％重量的固體物質(zhì)，這可為最多約20％體積。因此，可將約1％-25％、優(yōu)選約5-20％體積的固體聚合物摻入到本發(fā)明方法的鉆井液中。
在將聚合物破壞劑摻入到本發(fā)明方法的液體中的情況下，它們的摻入濃度足以有助于破壞濾餅。酶聚合物破壞劑通常是以0.05％-5％v/v商用液體制品或相當(dāng)量的干酶制品使用。氧化性聚合物破壞劑的用量取決于所用破壞劑的類型，不過大約為0.005-60Kg/m3，優(yōu)選0.2-10Kg/m3。如果將聚合物破壞劑摻入到固體聚合物中，它們的摻入濃度也要足以有助于破壞濾餅。
通常，鉆井液和用以頂替鉆井液的無固相液是含水的。但是固體聚合物也可摻入到烴基鉆井液中。濾餅的溶解需要水的存在。在從烴基液體頂替成水基液體時(shí)，要注意避免乳狀液的形成。進(jìn)行液體頂替操作時(shí)潛在的問題和克服這些問題的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特別優(yōu)勢(shì)用本發(fā)明的鉆井液配方鉆井能產(chǎn)生自清除濾餅。所述鉆井液配方的危險(xiǎn)性低。本發(fā)明方法可沿著整個(gè)生產(chǎn)區(qū)間破壞濾餅，區(qū)域覆蓋度良好。不需要使用常規(guī)的基于酸的清除方法，這在操作上和在健康、安全方面具有優(yōu)勢(shì)。通過用本發(fā)明的鉆井液配方鉆井，并頂替成含有聚合物破壞劑的無固相液，可以簡(jiǎn)單方便地破壞含有碳酸鹽和聚合物的濾餅。在進(jìn)行礫石充填和其他防砂完井之后，可不用將處理化學(xué)品摻入到礫石充填液體或者隨后進(jìn)行礫石充填井的處理，就實(shí)現(xiàn)濾餅的破壞。鉆井液體系的各成分通常是環(huán)境可接受的。用以除去濾餅的液體不是高腐蝕性的。因此通常不需要使用腐蝕抑制劑，這對(duì)環(huán)境又是另外的好處。
本發(fā)明通過以下實(shí)施例做進(jìn)一步的說明實(shí)施例1將1g聚乙醇酸粉末加入到裝有10ml水和2g碳酸鈣(平均顆粒大小50微米)的50ml管中。將管封蓋，在25℃、60℃和80℃下保溫。采集含水液體樣品，離心分離顆粒狀物質(zhì)，用比色測(cè)定法分析可溶性鈣，以監(jiān)測(cè)碳酸鈣溶解情況(由于聚乙醇酸水解釋放的乙醇酸所致)。
在25℃、60℃和80℃下24小時(shí)后的碳酸鈣溶解量分別為6、20和40g/l。
實(shí)施例2將1g聚乳酸顆粒(平均直徑2.5mm)加入到裝有10ml水和2g碳酸鈣(平均顆粒大小50微米)的50ml管中。將管封蓋，在80℃和95℃下保溫。采集含水液體樣品，離心分離顆粒狀物質(zhì)，用比色測(cè)定法分析可溶性鈣，以監(jiān)測(cè)碳酸鈣溶解情況(由于聚乳酸水解釋放的乳酸所致)。
在80℃和95℃下24小時(shí)后的碳酸鈣溶解量分別為2.5和12.4g/l。
實(shí)施例3將1.000g磨細(xì)的聚乳酸(平均直徑400微米)加入到75ml去離子水中，放在Ofite高壓高溫(HPHT)槽(cell)中。將槽密封，加熱至121℃。大約23小時(shí)、48小時(shí)或69小時(shí)(三次單獨(dú)運(yùn)行)之后，開槽，收集任何未溶解物質(zhì)，風(fēng)干至恒重。然后測(cè)定溶解的起始PLA的百分比。
(*2.85，pH計(jì)測(cè)出)這些結(jié)果表明，在121℃下水解需要進(jìn)行幾十個(gè)小時(shí)。pH低表明乳酸伴隨聚乳酸的水解而產(chǎn)生。
以上實(shí)施例證明，聚乙醇酸和聚乳酸與水接觸時(shí)發(fā)生水解。碳酸鈣被固體聚合物水解所產(chǎn)生的酸溶解。這些實(shí)施例進(jìn)一步證明，酸生成速度是聚合物組成和溫度的函數(shù)。濾餅中存在的聚酯聚合物的水解會(huì)導(dǎo)致濾餅被破壞。伴隨的有機(jī)酸生成將進(jìn)一步幫助破壞含碳酸鹽的濾餅和與碳酸鹽地層接觸的濾餅。
權(quán)利要求
1.一種在地下地層中產(chǎn)生自破壞濾餅的方法，所述方法包括(a)將能夠被水解轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)酸的固體聚合物摻入到鉆井液中，其中所述鉆井液不含酸溶性橋鍵形成劑；(b)使用所述鉆井液向地下地層鉆井筒，使得鉆井液中的所述固體聚合物參與濾餅的形成；(c)讓所述固體聚合物在水存在下發(fā)生水解，以破壞濾餅的完整性。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述固體聚合物是聚酯。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中所述固體聚合物是脂肪族聚酯。
4.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述固體聚合物是摻入了丙交酯、乙交酯或己內(nèi)酯的聚合物。
5.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述固體聚合物是摻入了與丙交酯、乙交酯或己內(nèi)酯一起的其他單體的聚合物。
6.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述固體聚合物是聚丙交酯、聚乙交酯、丙交酯-乙交酯共聚物、丙交酯-己內(nèi)酯共聚物、乙交酯-己內(nèi)酯共聚物或丙交酯-乙交酯-己內(nèi)酯共聚物。
7.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述固體聚合物是水解時(shí)產(chǎn)生一種或多種有機(jī)酸的聚合物。
8.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述固體聚合物是水解時(shí)能產(chǎn)生乳酸或乙醇酸的聚合物。
9.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述固體聚合物是乳酸和乙醇酸中的一者或兩者縮合所產(chǎn)生的均聚物或共聚物。
10.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述固體聚合物為球體、圓柱體、長(zhǎng)方體、纖維、粉末或珠粒的形狀或者其他形狀。
11.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中聚合物水解所產(chǎn)生的所述酸能溶解濾餅或鄰近地層中存在的酸溶性物質(zhì)。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述酸溶性物質(zhì)是碳酸鹽橋鍵形成物質(zhì)、碳酸鹽地層巖屑、碳酸鹽地層巖石或結(jié)垢或者硫酸鈣。
13.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述鉆井液包含1-25％v/v的固體聚合物。
14.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述鉆井液還包含聚合物破壞劑。
15.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述固體聚合物還包含聚合物破壞劑。
16.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括用包含聚合物破壞劑的液體頂替鉆井液。
17.權(quán)利要求14-16中任一項(xiàng)的方法，其中所述聚合物破壞劑是水解酶。
18.權(quán)利要求14-17中任一項(xiàng)的方法，其中所述聚合物破壞劑是多糖水解酶。
19.權(quán)利要求14-18中任一項(xiàng)的方法，其中所述聚合物破壞劑是能水解淀粉、黃原膠、纖維素、瓜爾膠、小核菌葡聚糖或琥珀酰聚糖或者任一種這些聚合物的衍生物的酶。
20.權(quán)利要求14-16中任一項(xiàng)的方法，其中所述聚合物破壞劑是氧化劑。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述聚合物破壞劑是選自過硫酸鹽、次氯酸鹽、過氧化物、過硼酸鹽、過碳酸鹽、過磷酸鹽、過硅酸鹽、金屬陽(yáng)離子和過氧化氫加合物的氧化劑。
22.權(quán)利要求14-21中任一項(xiàng)的方法，其中所述聚合物破壞劑為緩釋制品的形式。
23.權(quán)利要求14-22中任一項(xiàng)的方法，其中該或每種聚合物破壞劑通過包囊化來?yè)饺氲骄酆衔镏?，以使它或它們的控制釋放在酸生成的同時(shí)或者之后發(fā)生。
24.權(quán)利要求14-13中任一項(xiàng)的方法，其中該或每種聚合物破壞劑通過溶解或分散來?yè)饺氲骄酆衔镏?，以使它或它們的控制釋放在酸生成的同時(shí)發(fā)生。
25.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述固體聚合物或鉆井液和隨后的濾餅還包含過氧化鈣，且其中所述固體聚合物水解所產(chǎn)生的酸導(dǎo)致過氧化氫的產(chǎn)生。
26.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述固體聚合物、鉆井液或無固相液還包含氟化氫銨，且其中所述固體聚合物水解所產(chǎn)生的酸導(dǎo)致氟化氫的產(chǎn)生。
27.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述鉆井液還包含硫酸鈣作為橋鍵形成劑。
28.權(quán)利要求14-27中任一項(xiàng)的方法，其中所述聚合物破壞劑的存在量足以進(jìn)一步破壞濾餅的完整性。
29.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述地下地層含有烴或水。
30.權(quán)利要求29的方法，其中所述地下地層含有烴，且其中所述方法進(jìn)一步包括從被處理地層回收烴。
31.權(quán)利要求30的方法，其中所述地下地層含有烴，且其中所述方法進(jìn)一步包括從被處理地層回收烴。
32.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述固體聚合物還包含一種或多種通過溶解、分散或包囊化摻入到固體聚合物中的其他物質(zhì)。
33.權(quán)利要求32的方法，其中所述一種或多種其他物質(zhì)選自聚合物破壞劑、比重調(diào)整物質(zhì)、過氧化鈣和氟化氫銨。
34.一種適合用于向地下地層中鉆井的鉆井液，所述鉆井液含有作為橋鍵形成劑的一種或多種能夠被水解轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)酸的固體聚合物。一種適合用于向地下地層鉆井的鉆井液，其含有作為橋鍵形成劑的一種或多種能夠被水解轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)酸的固體聚合物，其中所述鉆井液不含酸溶性橋鍵形成劑。
35.權(quán)利要求34的鉆井液，其中所述聚合物是聚酯。
36.權(quán)利要求34或35的鉆井液，其中該或每種固體聚合物如權(quán)利要求3-9中任一項(xiàng)中的定義。
37.權(quán)利要求34-36中任一項(xiàng)的鉆井液，其中所述聚合物在水的存在下發(fā)生水解，破壞摻入所述固體聚合物的濾餅。
38.權(quán)利要求37的鉆井液，其中所述聚合物水解所產(chǎn)生的酸進(jìn)一步通過與濾餅或鄰近地層中存在的酸溶性物質(zhì)反應(yīng)來破壞濾餅。
39.權(quán)利要求38的鉆井液，其中所述酸溶性物質(zhì)是碳酸鹽橋鍵形成物質(zhì)、碳酸鹽地層巖屑、碳酸鹽地層巖石或結(jié)垢或者硫酸鈣。
全文摘要
一種在地下地層中產(chǎn)生自破壞濾餅的方法，所述方法包括(a)將能夠被水解轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)酸的固體聚合物摻入到鉆井液中；(b)使用所述鉆井液向地下地層鉆井筒，使得鉆井液中的所述固體聚合物參與濾餅的形成；(c)讓所述固體聚合物在水存在下發(fā)生水解，以破壞濾餅的完整性。還提供了含有一種或多種能夠被水解轉(zhuǎn)化成一種或多種有機(jī)酸的固體聚合物作為橋鍵形成劑的鉆井液。
文檔編號(hào)E21B37/06GK1977027SQ200580016542
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月27日
發(fā)明者R·E·哈里斯, I·D·麥克凱 申請(qǐng)人:克寧索有限公司