專(zhuān)利名稱(chēng)：含有細(xì)泡沫的油基流體和用它鉆井的方法
本專(zhuān)利申請(qǐng)是US專(zhuān)利申請(qǐng)No.08/800,727(02/13/97申請(qǐng))和PCT國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)No.PCT/US98/02566(02/10/98申請(qǐng))的部分延續(xù)申請(qǐng)；在此要求了它們每一個(gè)的優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明涉及含有細(xì)泡沫的鉆井和維護(hù)流體，其中該流體具有含油的液體連續(xù)相。
在疏松的砂層儲(chǔ)藏區(qū)中鉆探和完井的水平井最近成為可能，這歸因于新的技術(shù)和完井方法。這一類(lèi)型的井需要進(jìn)行砂石控制，例如長(zhǎng)的裸眼井礫石充填或安裝機(jī)械防砂設(shè)備(割縫襯管、預(yù)制濾砂管等等)。成功的井已用水平技術(shù)完井，通過(guò)使用這些砂石控制方法，產(chǎn)生長(zhǎng)達(dá)1800英尺(550米)和更長(zhǎng)的層段。
通常該井用常規(guī)鉆井泥漿鉆探到有開(kāi)采價(jià)值的區(qū)域的頂部并設(shè)置鉆探套管。然后將水泥鉆出到套管靴并測(cè)試該套管靴。該鉆探泥漿然后用一般由聚合物、增粘劑和用于形成濾餅的顆粒物組成的“低損害潛力鉆井液”置換。該顆粒物通常是分級(jí)鹽(NaCl)或分級(jí)碳酸鈣(CaCO3)。使用這些化合物是因?yàn)樗鼈兛扇苡诓伙柡偷柠}水或鹽酸中。
在裸井段已經(jīng)鉆探到總深度時(shí)，在裸井段中放置井壁礫石充填篩或防砂裝置。為此，有必要從裸井段循環(huán)該鉆井液，這樣該井能夠用礫石充填或能夠測(cè)試防砂裝置。用無(wú)固體的鹽水完井液置換該鉆井液是必要的。對(duì)于濾餅被完井液物理侵蝕的擔(dān)心也總是一個(gè)問(wèn)題。即，該濾餅應(yīng)該足夠的耐久和穩(wěn)定，以允許完井或其它操作的實(shí)施并在整個(gè)操作過(guò)程中保護(hù)鉆井。
在鉆探微裂紋的頁(yè)巖、微裂紋的和有孔洞的碳酸鹽以及白云石巖層時(shí)需要鉆井液，后者用于密封這些巖層防止該流體大量漏失到巖層中。
理想的鉆探泥漿或套管鉆進(jìn)液應(yīng)該以機(jī)械方式密封所有的與井眼相通的孔口、微裂紋等，在完井作業(yè)期間保持完整，從而通過(guò)油或氣的生產(chǎn)而被容易地除去。在設(shè)計(jì)這些流體或泥漿時(shí)遇到了問(wèn)題，因?yàn)椴煌纳a(chǎn)區(qū)在壓力、滲透性、孔隙率和地層構(gòu)型上有變化。如果設(shè)計(jì)出一種流體，它能夠阻止昂貴的完井液漏失到地層中和在各種完井作業(yè)如礫石填塞或鉆井修理過(guò)程中有效地保護(hù)原始的可滲透地層，則是非常理想的。
油基泥漿和逆乳液(油基)鉆井液已獲得應(yīng)用，在這些應(yīng)用中如果使用水性流體將導(dǎo)致鉆探通過(guò)地層時(shí)對(duì)地層的損害。例如，已經(jīng)知道如果使用水性的鉆井液，某些類(lèi)型的頁(yè)巖將隆起和崩塌。由于油基鉆井液不會(huì)導(dǎo)致頁(yè)巖的任何溶脹，它們的使用避免了該隆起問(wèn)題。反乳化泥漿主要含有作為連續(xù)相的油性介質(zhì)如液態(tài)烴、作為分散相的水、各種乳化劑、潤(rùn)濕劑、增重劑和增粘劑如胺處理的粘土。
油基泥漿的一個(gè)缺點(diǎn)是與同樣密度的水基鉆泥相比，它們傾向于促進(jìn)在鉆探過(guò)程中的循環(huán)液漏失。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是將細(xì)泡沫引入到油基鉆井和維護(hù)流體中以改進(jìn)其性能。
本發(fā)明的另一目的是制備油基鉆井和維護(hù)流體，它具有至少大約10,000厘泊的低剪切速率粘度并且其中含有細(xì)泡沫。
本發(fā)明的再一目的是提供鉆井的方法，其中將本發(fā)明的新型鉆井液用作可再循環(huán)的鉆井液。
本發(fā)明的這些和其它目的對(duì)于閱讀了說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求之后的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是明顯的。
盡管本發(fā)明容許有各種改進(jìn)和替代形式，但其特定的實(shí)施方案將在下文進(jìn)行詳細(xì)地描述并作為實(shí)施例給出。然而，應(yīng)該理解的是，不希望將本發(fā)明限定到這里所公開(kāi)的特定形式，而與此相反，本發(fā)明將覆蓋如所附權(quán)利要求中所表達(dá)的在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有改進(jìn)和替代方案。
該組合物能夠包括所述物質(zhì)；主要由所述物質(zhì)組成；或由所述物質(zhì)組成。該方法能夠包括使用所述物質(zhì)的所述步驟；主要由使用所述物質(zhì)的所述步驟組成；或由使用所述物質(zhì)的所述步驟組成。
發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案就其最廣的意義而言，本發(fā)明涉及在油基鉆井和維護(hù)流體(下文有時(shí)稱(chēng)作“OBWDAS”流體)中引入細(xì)泡沫。該OBWDAS流體可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何此類(lèi)流體，如由大家熟知的公司銷(xiāo)售的此類(lèi)產(chǎn)品，這些公司例如有Baroid(INVERMULTM，PETROFREETM，ENVIROMULTM，BAROID 100TM等)；Baker Hughes(CARBO-MULTM，CARBO-DRILLTM，CARBO-TECTM，CARBO-FASTTM，CARBO-CORETM，SYN-TEQTM等)；M-I(NOVADRILTM，NOVAPLUSTM，NOVALITETM等)；Dowell Schlumberger(ULTRADRILLTM等)；等等。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在其中引入相容性的增粘劑，該OBWDAS流體的LSRV首先提高到至少10,000cp，優(yōu)選至少20,000cp，最優(yōu)選至少大約40,000cp。其后，將相容性的細(xì)泡沫產(chǎn)生性表面活性劑加入到該流體中并在其中產(chǎn)生細(xì)泡沫。
本發(fā)明的OBWDAS流體包括油質(zhì)的連續(xù)相、溶解或分散在其中以提高該流體的LSRV到至少10,000cp、優(yōu)選至少20,000cp和最優(yōu)選至少40,000cp的增粘劑、細(xì)泡沫產(chǎn)生性表面活性劑和細(xì)泡沫。任選地，該OBWDAS流體可含有現(xiàn)有技術(shù)中已知的作為分散相的水、各種乳化劑、潤(rùn)濕劑、增重劑、流體漏失控制劑、水溶性鹽類(lèi)等等。
該基本油相可以是任何有機(jī)、水不溶性液體，它能夠被增粘至所需程度。本領(lǐng)域中已知的典型的含油液體包括石油油料或其餾分、植物油和各種合成的有機(jī)液體如不飽和烴的低聚物、羧酸酯類(lèi)、磷酸酯、醚、聚亞烷基二醇類(lèi)、二甘醇二甲醚及縮醛類(lèi)等。
該含油的液體能夠用各種物質(zhì)如親有機(jī)物質(zhì)的粘土、膠體狀煅制二氧化硅、樹(shù)脂、聚合物、二元酸、陰離子多糖的脂肪族胺鹽、陽(yáng)離子多糖的脂肪酸鹽、可分散/可溶于油中的膠乳型產(chǎn)品和它們的混合物來(lái)增粘，這些是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。
可用作增粘劑來(lái)提高本發(fā)明的油質(zhì)液體的LSRV的親有機(jī)物質(zhì)的粘土是本技術(shù)領(lǐng)域中大家所熟知的。它們包括有機(jī)鎓類(lèi)化合物與天然或合成粘土的反應(yīng)產(chǎn)物。親有機(jī)物質(zhì)的粘土膠凝劑的粘土成分是結(jié)晶性復(fù)雜無(wú)機(jī)硅酸鹽，它的準(zhǔn)確組成不能精確地定義，因?yàn)樗鼈儚囊环N天然來(lái)源到另一種來(lái)源變化較大。然而，這些粘土能夠描述為復(fù)雜的無(wú)機(jī)硅酸鹽，如硅酸鋁和硅酸鎂，除了復(fù)雜的硅酸鹽晶格之外，它還含有各種量的可交換陽(yáng)離子的離子，如鈣、鎂和鈉。在本發(fā)明中優(yōu)選的親水性粘土是水溶脹性蒙脫石粘土，如蒙脫土、鋰蒙脫石、皂石和特別來(lái)自懷俄明州(Wyoming)的皂土，后者含有可交換的鈉離子。綠坡縷石土和皂石粘土也可用作該親有機(jī)物質(zhì)的粘土的粘土成分。該粘土可以原樣作為含雜質(zhì)的形式使用，或通過(guò)將粘土的含水淤漿離心處理來(lái)提純。
與蒙脫石粘土反應(yīng)的有機(jī)鎓化合物最好是伯、仲和叔胺的酸式鹽，優(yōu)選季銨化合物。該鎓化合物應(yīng)該含有至少一個(gè)具有至少10個(gè)碳原子、優(yōu)選至少16-22個(gè)碳原子的烷基、亞烷基或烷叉基。典型的季銨化合物是二甲基二氫化牛脂氯化銨、三甲基氫化牛脂氯化銨、二甲基芐基十八烷基氯化銨和甲基芐基二(十八烷基)氯化銨。典型的胺的酸式鹽是可可胺(cocoamine)的酸式鹽?？梢允褂闷渌袡C(jī)鎓化合物，如有機(jī)磷鎓化合物。有機(jī)改性的粘土和它們的制備方法更詳細(xì)地描述在US專(zhuān)利No.2,531,427；2,531,812；2,966,506；3,929,849；4,287,086；4,105,578中，所有這些文獻(xiàn)引入本文供參考。
用于本發(fā)明的鉆井液中的優(yōu)選的親有機(jī)物質(zhì)的粘土是二甲基二氫化牛脂銨膨潤(rùn)土、二甲基芐基-氫化牛脂銨膨潤(rùn)土和甲基芐基-二氫化牛脂銨膨潤(rùn)土。
Schumate等人的US專(zhuān)利No.5,021,170(引入本文供參考)公開(kāi)了磺化的乙烯/丙烯/5-苯基-2-降冰片烯三元共聚物(EPDM聚合物)和親有機(jī)物質(zhì)的粘土增粘劑協(xié)同地提高反向乳化鉆井液(尤其有低芳族含量烴作為含油的液體相的此類(lèi)流體)的粘度和懸浮特性。EPDM聚合物一般性地描述在US專(zhuān)利No.4,442,011中，引入本文供參考。
基本上，每100克EPDM聚合物具有約5-約30毫當(dāng)量的磺酸基團(tuán)，其中磺酸基用金屬陽(yáng)離子或胺或銨平衡離子來(lái)中和。該EPDM聚合物具有大約0.5-約20％(按重量計(jì))的苯基降冰片烯，或優(yōu)選大約1-大約10％，最優(yōu)選大約2-大約8％。優(yōu)選的聚合物含有大約10-大約80％(按重量計(jì))的乙烯和大約1-大約10％(按重量計(jì))的5-苯基-2-降冰片烯單體，聚合物的余量是丙烯。優(yōu)選，該聚合物含有大約30-大約70wt％的乙烯，例如，50wt％；和2-約8wt％苯基-2-降冰片烯單體，例如，5.0wt％。
典型的乙烯/丙烯/5-苯基-2-降冰片烯三元共聚物具有大約16的門(mén)尼粘度(ML，1＋8，212°F)并具有大約50wt％的乙烯含量和大約5wt％的5-苯基-2-降冰片烯含量。
該三元共聚物具有大約5,000到大約300,000，更優(yōu)選大約10,000到大約80,000的數(shù)均分子量(Mn)，由凝膠滲透色譜法(GPC)測(cè)量。三元共聚物的門(mén)尼粘度是大約5-大約90，更優(yōu)選大約10-大約80，最優(yōu)選大約15-大約50。
由三元共聚物和粘土組成的膠凝劑一般是以大約0.5磅-大約10磅/42加侖桶(ppb)流體的量存在于鉆井液中。
Oehler等人的US專(zhuān)利No.4,816,551(引入本文供參考)公開(kāi)了某些酰胺樹(shù)脂提供了在含有親有機(jī)物質(zhì)的粘土增粘劑的流體中、尤其在低粘度礦物油中的具有改進(jìn)的觸變性能的更多剪切稀化流體。該酰胺樹(shù)脂是二元的二聚或三聚脂肪酸、二鏈烷醇胺和二亞烷基多胺的反應(yīng)產(chǎn)物。
二元酸可以是二聚脂肪酸，通過(guò)含有至少8個(gè)，優(yōu)選大約10個(gè)或以上到大約18個(gè)碳原子的不飽和脂肪酸的二聚所制備的工業(yè)產(chǎn)品，該脂肪酸包括9-十二碳酸(dodecanoic acid)(順式)、9-十四碳酸(tetradodecanoic acid)(順式)、9-十八碳酸(octadecanoic acid)(順式)、十八烷四酸(octadecatetranoic acid)等。典型的分子含有兩個(gè)羧基并在支鏈構(gòu)型中含有大約36個(gè)碳原子?？梢允褂枚娜壑舅幔彩枪I(yè)原料和類(lèi)似制備的，含有大約54個(gè)碳原子，如果至少一個(gè)羧基被封閉或以酯基、鹽等形式失活，即在本發(fā)明中使用的三聚脂肪酸是二元酸。可以使用二聚酸和三聚酸的混合物。
二鏈烷醇胺包括羥烷基胺類(lèi)，例如，其中鏈烷醇基團(tuán)含有1-6個(gè)、優(yōu)選2-4個(gè)碳原子的物質(zhì)；例如包括二乙醇胺、二正丙醇胺、二異丙醇胺、二丁醇胺、二戊醇胺、二己醇胺等以及它們的結(jié)合。優(yōu)選的是二乙醇胺和二丙醇胺。包括乙基羥乙基胺、丙基羥乙基胺、丁基羥丙基胺等的烷基羥烷基胺類(lèi)也能夠使用。
多亞烷基多胺包括其中亞烷基含有約1-6個(gè)碳原子，優(yōu)選2-4個(gè)碳原子和至少3個(gè)氮原子的物質(zhì)“多”是指大約2到20的整數(shù)。這些物質(zhì)可由下面通式表示 其中R′是含有1-6個(gè)碳原子的亞烷基，R″″是氫或含有1-6個(gè)碳原子的烷基，x是1-20的整數(shù)。典型的可用物質(zhì)包括二亞乙基三胺，三亞乙基四胺、四亞甲基五胺、多胺HH、多胺HPA等等。優(yōu)選的是二亞乙基三胺和三亞乙基四胺。這些產(chǎn)物可由下面通式表示 其中R是含有20個(gè)、優(yōu)選大約30-54個(gè)碳原子的亞烷基；R′是含有1-6個(gè)碳原子的亞烷基，R″是含有1-6個(gè)碳原子的亞烷基，R是含有1-6個(gè)碳原子的亞烷基，R″″是在N和Y之間直接以共價(jià)鍵連接的橋基，或是氫或含有1-6個(gè)碳原子的烷基，Y是氫或羥基，x是1-20的整數(shù)。
Cooperman等人的US專(zhuān)利No.5,710,110(引入本文供參考)公開(kāi)了0.01-約5wt％的某些胺加成反應(yīng)產(chǎn)物與一種或多種流變活性的粘土基物質(zhì)相結(jié)合使用可同時(shí)為油性和反向油乳化基鉆井液提供改進(jìn)的抗沉積性能。該流變活性的粘土基材料包括有機(jī)粘土、蒙脫石型粘土(包括懷俄明膨潤(rùn)土在內(nèi))、增效的鈉和鈣基膨潤(rùn)土和鋰蒙脫石以及綠坡縷石土。有機(jī)粘土和制造它的方法描述在例如US專(zhuān)利No.5,075,033、5,130,028和5,151,155中。蒙脫石型粘土是可交換陽(yáng)離子的粘土，US專(zhuān)利No.5,350,562中有詳細(xì)描述并用化學(xué)式表示。膨潤(rùn)土，本發(fā)明特別有用的粘土，在Carr.Industrial Minerals and Rocks.第6版(1994年)的標(biāo)題為“膨潤(rùn)土”(Bentonite)一章中有詳細(xì)描述，作者為印地安那大學(xué)的Elzea和Murray博士。綠坡縷石土為大家所熟知的天然粘土，它具有陽(yáng)離子交換能力但在量上低于蒙脫石型粘土如膨潤(rùn)土和鋰蒙脫石。
胺加成反應(yīng)產(chǎn)物包括一種或多種聚烷氧基化脂族胺化合物與一種或多種選自馬來(lái)酸酐、鄰苯二甲酸酐和兩者的混合物的有機(jī)化合物反應(yīng)的一種或多種反應(yīng)產(chǎn)物，該胺化合物具有由下式表示的化學(xué)結(jié)構(gòu) 其中R1是從具有12-18個(gè)碳原子的脂肪物質(zhì)源衍生的直鏈烷基，R選自氫、甲基和乙基，x和y均至少是1且x+y的總和是2-15。
抗沉積性能的提高是由胺與流變活性粘土在寬范圍內(nèi)結(jié)合形成的這一混合物實(shí)現(xiàn)的。制備本發(fā)明的鉆井液的另一些可選擇的方法是將此類(lèi)可交換陽(yáng)離子的粘土基材料加入到單獨(dú)來(lái)自上述那些胺反應(yīng)產(chǎn)物的鉆井液中、將胺添加劑加入到鉆井液中(當(dāng)該流體用于鉆通含有流變活性粘土的區(qū)域時(shí))或添加單獨(dú)的胺(如果鉆井液早已含有此類(lèi)粘土基材料)。
在本發(fā)明的流體中用作增粘劑的示例性聚合物在下面的參考文獻(xiàn)中有描述。
Peiffer等人的US法定發(fā)明登記No.H837(引入本文供參考)公開(kāi)了從磺化(陰離子)聚合物和水不溶性的乙烯基吡啶(陽(yáng)離子)聚合物形成的水不溶性的、烴溶性的聚合物復(fù)合體作為油基鉆探泥漿的增粘劑的用途。
Peiffer等人的US專(zhuān)利No.4,978,461(引入本文供參考)公開(kāi)了對(duì)甲基苯乙烯/被金屬中和的苯乙烯磺酸鹽/苯乙烯的熱塑性三元共聚物作為油基鉆探泥漿的增粘劑的用途。
Patel等人的US專(zhuān)利No.4,740,319(引入本文供參考)公開(kāi)了包含聚合物的膠乳的用途，該聚合物是選自苯乙烯、丁二烯、異戊二烯及其混合物的第一單體以及含有選自酰胺、胺、磺酸鹽、羧酸、二羧酸及其混合物的基團(tuán)的第二官能化單體的反應(yīng)產(chǎn)物，條件是該官能化單體中至少一種是選自酰胺和胺的含氮物質(zhì)。
Turner等人的US專(zhuān)利No.4,425,461(引入本文供參考)公開(kāi)了水不溶性的中性的磺化的熱塑性聚合物和水不溶性的中性的磺化的彈性聚合物的混合物作為油基鉆探泥漿的增粘劑的用途。
市場(chǎng)上可買(mǎi)到的聚合物包括HYBILDTM201(BP Chemicals)，HYVISTM(Unocal)等。
用于本發(fā)明的解卡液中的細(xì)泡沫產(chǎn)生性表面活性劑必須與其中的基本液體和增粘劑相容，以使流體的LSRV得以保持。該表面活性劑還具有引入其中的一種或多種穩(wěn)定劑，如烷基醇類(lèi)、脂肪族鏈烷醇酰胺和烷基甜菜堿。通常該烷基鏈含有大約10到大約18個(gè)碳原子。該細(xì)泡沫產(chǎn)生性表面活性劑可以是陰離子、非離子或陽(yáng)離子型，這取決于與增粘劑的相容性。
氟表面活性劑包括但不限于，(i)氟化的調(diào)聚物，(ii)兩性氟表面活性劑，(iii)多氟化的胺氧化物，(iv)氟代烷基乙硫基聚丙烯酰胺，(v)全氟代烷基乙硫基聚丙烯酰胺，(vi)1-丙銨(propanaminium)，2-羥基-N，N，N-三甲基-3-γ-ω-全氟-(C6-C20-烷基)硫基，氯化物的衍生物，(vii)氟烷基磺酸鈉和(viii)1-丙烷磺酸，2-甲基-，2-{[1-氧代-3[γ，-ω，-全氟-C16-C26-烷基)硫基}丙基}氨基}衍生物的鈉鹽。
特別優(yōu)選的氟表面活性劑是由3M公司以商品名FLUORADTMFC740銷(xiāo)售的氟脂族聚合物酯的混合物。
D′Arrigo的US專(zhuān)利No.4,684,479(引入本文供參考)公開(kāi)了表面活性劑混合物，它包括(a)從含有約10到大約18個(gè)碳原子的飽和羧酸和含有大約10到大約18個(gè)碳原子的脂族醇的甘油單酯中選擇的一種；(b)甾醇-芳族酸酯；(c)從甾醇、萜烯、膽汁酸和膽汁酸的堿金屬鹽中選擇的一種；(d)從含有1到大約18個(gè)碳原子的脂族酸的甾醇酯；糖酸的甾醇酯；糖酸和含有大約10到大約18個(gè)碳原子的脂肪族醇的酯；糖和含有大約10到大約18個(gè)碳原子的脂肪酸的酯；糖酸；皂角苷和皂角苷配基中選擇一種；和(e)從甘油、含有約10到大約18個(gè)碳原子的脂肪酸和含有大約10到大約18個(gè)碳原子的脂族醇的甘油二酯或甘油三酯中選擇的一種；這些組分在混合物中以a∶b∶c∶d∶e的重量比為2-4∶0.5-1.5∶0.5-1.5∶0-1.5∶0-1.5存在。
細(xì)泡沫在水性鉆井和維護(hù)流體中的引入已公開(kāi)在待審查專(zhuān)利申請(qǐng)USNo.08/800,727(02/13/97申請(qǐng))和PCT國(guó)際申請(qǐng)No.PCT/US98/02566(02/10/98申請(qǐng))中，各引入本文供參考。
正如以上所述，在其最寬的方面，本發(fā)明涉及在油基鉆井和維護(hù)流體中引入細(xì)泡沫。該基本液體可以是本領(lǐng)域中已知(前面所列專(zhuān)利中有舉例)的流體和在前面闡述的流體，它也可以是具有所需特性的新制備的流體。通過(guò)提高流體的低剪切速率粘度(LSRV)到至少10,000厘泊，優(yōu)選至少20,000厘泊，和最優(yōu)選到至少40,000厘泊，可獲得穩(wěn)定的含細(xì)泡沫的解卡液。因?yàn)殡S著LSRV的增加細(xì)泡沫的穩(wěn)定性增強(qiáng)，所以數(shù)十萬(wàn)的LSRV是可取的。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于提供為本發(fā)明所需要的提高的LSRV的那些增粘劑具有極長(zhǎng)時(shí)間地延遲細(xì)泡沫聚結(jié)的獨(dú)特性能。
通過(guò)(1)將細(xì)泡沫產(chǎn)生性表面活性劑引入到流體中并在此后在流體中產(chǎn)生細(xì)泡沫或(2)在與流體相容的一種液體中產(chǎn)生細(xì)泡沫和將含細(xì)泡沫的流體與該流體混合，可獲得細(xì)泡沫。
Felix Sebba的標(biāo)題為“Foams and Biliquid Foams-Aphrons”的一書(shū)(John Wiley & Sons，1987，引入本文供參考)是有關(guān)在含水體系中細(xì)泡沫即微泡的制備和性質(zhì)的良好資料。細(xì)泡沫是由包封在薄殼內(nèi)的芯構(gòu)成，該芯常常是球形內(nèi)相(常常為氣體)。這一殼體含有表面活性劑分子，在定位排列后可產(chǎn)生有效阻隔作用以防止與相鄰細(xì)泡沫聚結(jié)。
該細(xì)泡沫能夠由所屬領(lǐng)域中已知的方法產(chǎn)生。除了Felix Sebba在他的書(shū)(前面所引用)中公開(kāi)的方法以外，還有許多方法公開(kāi)于Michelsen等人的US專(zhuān)利No.5,314,644(引入本文供參考)，Yoon等人的US專(zhuān)利No.5,397,001(引入本文供參考)，Kolaini的US專(zhuān)利No.5,783,118(引入本文供參考)，Wheatley等人的US專(zhuān)利No.5,352,436(引入本文供參考)，和US專(zhuān)利No.4,162,970；4,112,025；4,717,515；4,304,740和3,671,022(各引入本文供參考)中。
細(xì)泡沫是在該流體被泵抽通過(guò)該鉆頭時(shí)由壓降和空化作用產(chǎn)生的。
用于產(chǎn)生細(xì)泡沫的氣體可以是不會(huì)顯著溶于該流體的油相中的任何氣體。因此該氣體可以是空氣、氮?dú)?、二氧化碳等，包括在混合過(guò)程中包封在流體中的空氣。
沒(méi)有哪一種現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了在目前使用的提高了壓力的在體系中使用細(xì)泡沫(或微泡)。眾所周知的是隨著深度的增加，在鉆孔內(nèi)流體的流體靜壓增大。因此，雖然該微泡的尺寸被壓縮了，但是升高的LSRV據(jù)信可以防止細(xì)泡沫發(fā)生聚結(jié)。在這點(diǎn)上，在井的表面上，該細(xì)泡沫能夠具有較大尺寸，只要它們是獨(dú)立的泡，因?yàn)殡S著它們被沿著鉆孔向下泵抽時(shí)它們?cè)诔叽缟蠈p少到低于約100微米的細(xì)泡沫尺寸范圍。
該流體可含有一種以上的液體，如被分散或乳化到在另一含油的基本液體中的液體(該液體在該另一含油的基本液體中不易溶)，如油包水型分散體或乳液等，其中該“水”相是含水的液體或水溶性的液體，其中“油”相是水不溶性的液體。
該含水液體可以是淡水、海水或含有可溶性鹽如氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂、溴化鈉、溴化鉀、溴化鈣、溴化鋅、甲酸鈉、甲酸鉀、甲酸銫和它們的混合物的鹽水。該鹽水可含有至多達(dá)到飽和的任何所需濃度的一種或多種可溶性鹽。事實(shí)上，當(dāng)無(wú)固體的流體不是所需要或要求的時(shí)，可使用過(guò)飽和的鹽水。
所需要的細(xì)泡沫產(chǎn)生性表面活性劑或表面活性劑混合物的濃度一般是1ppb到大約20ppb，優(yōu)選大約1ppb到大約15ppb。所產(chǎn)生細(xì)泡沫的體積能夠通過(guò)測(cè)定在流體中產(chǎn)生細(xì)泡沫時(shí)所發(fā)生的密度減少來(lái)顯示。如果細(xì)泡沫產(chǎn)生性表面活性劑的濃度太大，則流體可起粗泡(它是不希望有的)。我們已經(jīng)確定，隨著LSRV增加，可以增加表面活性劑的濃度，而對(duì)流體沒(méi)有任何負(fù)面影響。因此細(xì)泡沫產(chǎn)生性表面活性劑的濃度(它能夠通過(guò)常規(guī)測(cè)試確定)是產(chǎn)生足夠的細(xì)泡沫從而導(dǎo)致所希望的密度減少所需要的值，但它優(yōu)選是不足以在流體的表面上產(chǎn)生持久的大泡沫的濃度值。
細(xì)泡沫在流體中的濃度優(yōu)選是大約5％(體積)-大約20％，最優(yōu)選大約5％-大約15％(體積)。
流體的密度可根據(jù)需要通過(guò)向該流體中添加增重物質(zhì)或添加可溶性鹽來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這是本領(lǐng)域中眾所周知的。優(yōu)選在流體中產(chǎn)生或引入細(xì)泡沫之前將增重物質(zhì)加入到流體中，由此利用細(xì)泡沫在其中的濃度來(lái)將含有細(xì)泡沫的流體的最終密度調(diào)節(jié)至所需的密度。
正如所指出的那樣，細(xì)泡沫在流體中的濃度在大氣壓力下應(yīng)該低于大約20％(體積)。然而，在流體在鉆孔中循環(huán)時(shí)，隨著流體的流體靜壓的增加，細(xì)泡沫的體積據(jù)信會(huì)下降。實(shí)際上該細(xì)泡沫在尺寸上可以壓縮到幾乎沒(méi)有體積，這取決于鉆孔的深度。所測(cè)量的在壓力下的密度應(yīng)該非常接近沒(méi)有任何細(xì)泡沫的流體的密度。然而，該細(xì)泡沫不會(huì)消失。它們?nèi)匀淮嬖?，并且由于壓降和空穴化將在鉆頭的表面上產(chǎn)生額外的細(xì)泡沫。該細(xì)泡沫是非常小的，具有很高的表面面積，并且是高度增能的。
一旦流體流出鉆頭并沿著環(huán)形間隙往回升，將開(kāi)始產(chǎn)生壓力下降并且細(xì)泡沫開(kāi)始膨脹。隨著流體沿鉆孔向上運(yùn)動(dòng)和遇到地層的漏失區(qū)，該細(xì)泡沫被濾進(jìn)該孔喉、微裂紋或其它類(lèi)型的漏失段。這些漏失段是存在壓降的區(qū)域。在這些漏失段中的細(xì)泡沫然后膨脹和聚集并因此密封該漏失區(qū)。在這些小環(huán)境中的“％細(xì)泡沫(體積)”是高度可變的，它取決于在該漏失區(qū)中的特定壓力和壓降。因此相信該小環(huán)境的密度與鉆孔內(nèi)流體的密度完全不同。
在本發(fā)明的流體中夾含高達(dá)20％(體積)的氣體時(shí)，在大氣壓力下密度的減少足以提供在鉆孔中所需量的細(xì)泡沫，同時(shí)允許該流體再循環(huán)但不引起泵抽問(wèn)題。
另外，該流體可含有本領(lǐng)域中已知的其它功能物質(zhì)，如乳化劑、潤(rùn)濕劑等。
不受此限制，相信在鉆井或井維護(hù)作業(yè)過(guò)程中在流體中存在的細(xì)泡沫有效地密封地層，因而防止流體在被鉆井或維護(hù)的地層中的過(guò)分漏失。
本發(fā)明的流體能夠用于常規(guī)鉆井和井維護(hù)作業(yè)中，如在本領(lǐng)域中所實(shí)施的。因此在鉆探油和/或天然氣井時(shí)，該流體的循環(huán)路徑是從地表沿鉆管、盤(pán)管等向下，通過(guò)鉆頭，沿著在鉆管和鉆孔的側(cè)邊之間的環(huán)形間隙(annulus)向上回到地表。流體中的細(xì)泡沫密封該鉆孔表面，防止流體在所鉆探地層中的過(guò)量漏失。
優(yōu)選的是，本發(fā)明的含細(xì)泡沫的流體用于鉆井過(guò)程中，其中鉆頭是空化液體噴射協(xié)助型鉆頭(cavitating liquid jet assisted drill bit)。示例性的空化液體噴射協(xié)助鉆頭被描述在Johnson，Jr.等人的US專(zhuān)利No.4,262,757(引入本文供參考)和Johnson Jr.等人US專(zhuān)利No.4,391,339(引入本文供參考)中。優(yōu)選地，在空化液體噴射協(xié)助型鉆頭中的空化噴嘴包括在中心位置接收的銷(xiāo)，它降低增壓鉆井液的壓力從而在該流體形成空化泡。例如參見(jiàn)Henshaw的US專(zhuān)利No.5,086,974(引入本文供參考)和Henshaw的US專(zhuān)利No.5,217,163(引入本文供參考)。
同樣地，本發(fā)明的流體能夠用于井維護(hù)作業(yè)，如完井作業(yè)、修井作業(yè)、防砂作業(yè)、填縫作業(yè)等。該流體能用作解卡液來(lái)松脫因差壓卡鉆被卡在鉆孔側(cè)壁上的濾餅中的鉆管和工具。
下面的實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但是不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明的范圍。細(xì)泡沫產(chǎn)生性表面活性劑被評(píng)估如下STEOLTMCS-460，具有60％活性的月桂基(laureth)硫酸鈉；和FLUORADTMFC-740，氟化脂肪族聚合酯的混合物。在表或本說(shuō)明書(shū)中使用的縮寫(xiě)如下cp＝厘泊；g＝克；bbl＝42加侖桶；ppg＝磅/加侖；ppb＝磅/桶；psi＝磅/平方英寸；rpm＝轉(zhuǎn)數(shù)/分；STI-剪切稀化指數(shù)，它是0.5rpm布絡(luò)克菲爾德粘度和100rpm布絡(luò)克菲爾德粘度的比率，其為流體剪切稀化程度的量度；vol.＝體積；LSRV＝在0.5rpm下在布氏粘度計(jì)上測(cè)量的低剪切速率粘度。
測(cè)量實(shí)施例1-2的流體在0.5rpm下的布絡(luò)克菲爾德粘度(它是LSRV的量度)和在100rpm下的布絡(luò)克菲爾德粘度。0.5rpm下的粘度與100rpm下的粘度的比率是流體的剪切稀化特性的量度。還測(cè)量流體的密度并使用下面公式用于計(jì)算細(xì)泡沫在流體中的濃度(計(jì)算的密度-實(shí)際密度)(100)÷(計(jì)算的密度)。
所獲得的數(shù)據(jù)列在表A中。
表A布洛克菲爾德粘度，cp 密度 計(jì)算出的細(xì)泡沫密度 Vol.實(shí)施例 0.5rpm100rpm STI ppg ppg ％1 47,000369 127 5.58 7.40 24.62 111,000 912 122 6.51 7.47 12.9
所獲得的數(shù)據(jù)列在表B中。
表B流體布洛克菲爾德粘度密度 細(xì)泡沫均化 0.3rpm 0.5rpm 100rpmSTIppg Vol.％否 23,000 15,200215 7111.439.7是 74,000 48,200490 9811.527.5
表C布洛克菲爾德粘度， cp 密度 計(jì)算出的密度 細(xì)泡沫Vol.0.5rpm 100rpmSTIppg ppg ％100,000900 1116.07 7.0213.權(quán)利要求
1.一種鉆井和維護(hù)流體，包括在其中引入了一種或多種增粘劑以使該流體具有用布氏粘度計(jì)在0.5rpm測(cè)量的低剪切速率粘度為至少大約10,000厘泊的作為連續(xù)液相的含油液體、至少一種細(xì)泡沫產(chǎn)生性表面活性劑和細(xì)泡沫。
2.權(quán)利要求1的流體，其中所述細(xì)泡沫的濃度應(yīng)使得該流體具有所需密度。
3.權(quán)利要求1的流體，它含有非連續(xù)的水相。
4.權(quán)利要求1的流體，它含有大約5體積％到大約20體積％的細(xì)泡沫。
5.權(quán)利要求2的流體，它含有非連續(xù)的水相。
6.權(quán)利要求2的流體，它含有大約5體積％到大約20體積％的細(xì)泡沫。
7.權(quán)利要求1、2、3、4、5或6的流體，其中所述低剪切速率粘度是至少約40,000厘泊。
8.鉆井的方法，其中權(quán)利要求1、2、3、4、5或6的流體在井眼內(nèi)循環(huán)。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述流體具有至少大約40,000厘泊的低剪切速率粘度。
10.在鉆孔內(nèi)進(jìn)行井維護(hù)作業(yè)的方法，包括使用權(quán)利要求1、2、3、4、5或6的流體作為井內(nèi)流體。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述流體具有至少大約40,000厘泊的低剪切速率粘度。
全文摘要
這里公開(kāi)了含細(xì)泡沫的油基鉆井和維護(hù)流體,它在鉆井和井維護(hù)作業(yè)中密封微裂紋等,因此減少了漏失到該流體所接觸的地層中的流體體積。該流體包括作為連續(xù)相的含油液體、使該流體具有至少10,000厘泊的低剪切速率粘度的增粘劑、細(xì)泡沫產(chǎn)生性表面活性劑和細(xì)泡沫。該流體用于鉆探油和/或天然氣井的常規(guī)方法中或用于維護(hù)或處理該井的常規(guī)方法中,如用于完井、井修理、砂石控制和裂紋填充作業(yè),用作解卡液來(lái)松脫被卡在井眼內(nèi)的鉆管或工具。
文檔編號(hào)C09K8/08GK1337986SQ99816106
公開(kāi)日2002年2月27日 申請(qǐng)日期1999年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月9日
發(fā)明者湯米·F·布魯凱, 杰克·C·考恩 申請(qǐng)人:Masi科技股份有限公司