井眼流體中的固體的制作方法
【專利說明】井眼流體中的固體
【背景技術(shù)】
[0001] 相當(dāng)大范圍的流體用于地下井眼的產(chǎn)生和運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)些流體可W包含用于多種目的 的懸浮的固體。包含在運(yùn)一廣闊類別內(nèi)的是可W含有懸浮的固體的鉆井流體。一種可能是， 鉆井流體包含具體地意圖堵塞地層巖石中的裂隙及減少所謂的循環(huán)漏失的固體顆粒。
[0002] 循環(huán)漏失是進(jìn)入井下地層的鉆井流體的損失，可W在斷裂的、多孔的或高可滲透 性的地層中自發(fā)地發(fā)生。循環(huán)漏失還可W由鉆井期間引起的壓力導(dǎo)致。循環(huán)漏失還可W是 鉆井引起的裂隙的結(jié)果。例如，當(dāng)孔隙壓力（由地層流體提供的地層孔隙空間里的壓力)超 過裸眼（open borehole)中的壓力時(shí)，地層流體趨于從地層流入裸眼中。因此，裸眼中的壓 力通常維持在比孔隙壓力更高的壓力。然而，如果由井眼中的流體施加的流體靜壓超過地 層的破裂阻力，地層可能破裂并且因此可能發(fā)生鉆井流體的損失。此外，井眼流體的損失可 能導(dǎo)致井眼中的流體靜壓下降，其也可能進(jìn)而允許地層流體進(jìn)入井眼。地層破裂壓力通常 限定了裸眼中可允許的井眼壓力的上限，而孔隙壓力限定了下限。因此，對于井設(shè)計(jì)和鉆井 流體的選擇的主要約束是，變化的孔隙壓力與地層破裂壓力或貫穿井深度的破裂梯度之間 的平衡。
[0003] 幾種目的在于減少循環(huán)漏失的補(bǔ)救方法是可行的。運(yùn)些包括將顆粒固體添加到鉆 井流體，W使顆?？蒞進(jìn)入深入裂隙的開口中并堵塞裂隙或橋聯(lián)開口W密封裂隙。討論了 運(yùn)樣的"循環(huán)漏失材料"的文獻(xiàn)包括美國專利8401795和石油工程師學(xué)會(huì)（Society of Petroleum 化gineers)的論文SPE 58793、SPE 153154和SPE 164748。
[0004] 一種將有機(jī)聚合物顆粒用作循環(huán)漏失材料的建議是US7284611，其提到了磨碎的 熱固性聚合物層壓材料。沒有提及顆粒形狀。運(yùn)種材料的一個(gè)供應(yīng)商將它作為薄片。運(yùn)一文 獻(xiàn)還提到了彈性體，仍沒有提及形狀。US7799743提及了聚丙締顆粒，其是熱塑性聚合物并 且需要具有在由0.4M化壓力壓縮一定量的物品之后回彈至少10%的平均彈性變形的顆粒。 沒有提及顆粒的形狀。
[000引發(fā)明概述
[0006] 提供本概述W介紹W下進(jìn)一步描述的概念的選擇。本概述不意圖用作幫助來限定 要求保護(hù)的主題的范圍。
[0007] 如本文現(xiàn)在公開的，井眼流體包含懸浮的固體顆粒，所述固體顆粒是由聚合物材 料形成的物體并且關(guān)于尺寸和形狀滿足要求。流體可W是鉆井流體，并且流體中的顆?？?W出現(xiàn)在流體中，作為抵消或減輕向被鉆地層中的裂隙中流體損失的措施。如果在鉆井期 間在地層中產(chǎn)生裂隙，或者如果遇到天然裂隙，進(jìn)入裂隙的流體可W將固體顆粒中的一些 帶入裂隙中，用于它們W形成限制或關(guān)閉流體損失路徑的橋聯(lián)或堵塞。顆?？蒞其自身堵 塞裂隙或者它們可W與流體中的其他固體共同形成關(guān)閉裂隙的堵塞。
[0008] 本公開提供了一種井眼流體，所述井眼流體含有懸浮的固體顆粒，所述懸浮的固 體顆粒是由聚合物材料形成的并且具有足夠的剛性W維持它們自身形狀的物體，其中所述 物體具有在Ξ個(gè)正交維度中的每一個(gè)上延伸至少0.5mm的總尺寸，并且可能在Ξ個(gè)正交維 度中的每一個(gè)上至少1mm，并且其中所述顆粒具有使得每個(gè)顆粒具有一個(gè)或多個(gè)邊、點(diǎn)或角 和/或包括一個(gè)核屯、部分的形狀，所述核屯、部分具有多個(gè)從所述核屯、部分延伸出來的突起 物。
[0009] 運(yùn)些物體具有形狀特征使得它們不是光滑的小球?？蒞設(shè)想，運(yùn)將減少它們在裂 隙面上滑動(dòng)或者彼此之間滑動(dòng)的能力，從而有助于它們形成橫跨裂縫或裂隙的橋聯(lián)。
[0010] 對于形狀有幾種可能，并且運(yùn)些可能不是相互排斥的。一種可能是，物體具有至少 部分地被在邊處相交的多個(gè)表面界定的形狀。至少某些邊之間的角度可能不大于150%并 且可W更小，例如不大于120°或不大于100°。立個(gè)表面和Ξ個(gè)邊相遇時(shí)可W有不同的角。一 個(gè)角可W使得W直角相交的兩個(gè)平面中的每一個(gè)中的夾角不大于120%并且可能不大于 100°。一個(gè)備選參數(shù)是立體角：一個(gè)角可W是使得所含的立體角不大于1.7立體弧度，其略 微大于由立方體的角對著的（subtended)立體角(0.5π立體弧度）。
[0011] 另一種可能是，形狀可W包括一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)。一個(gè)點(diǎn)可W使得一個(gè)或多個(gè)集中于 所述點(diǎn)的表面包括不大于1立體弧度的立體角并且可能包括不大于0.8或0.7立體弧度的立 體角。具有35°角度的圓錐體包括大約1立體弧度，并且具有30°角度的圓錐體包括0.78立體 弧度。點(diǎn)可W是多個(gè)表面在其重合的角，并且點(diǎn)可W包括立體角，所述立體角小于在立方體 的角處的立體角，或者其可W由一個(gè)單獨(dú)的表面會(huì)聚形成，如具有錐形尖端的情況。對于形 狀的還另一種可能是來自核屯、的突起物。來自核屯、的突起物可能可W從核屯、延伸出來一段 距離，運(yùn)段距離大于跨過核屯、自身的距離。突起物可W在一個(gè)點(diǎn)或角終止，或者可W在一個(gè) 平坦的面終止。
[0012]具有邊、角、點(diǎn)或突起物的形狀能夠通過彼此接合(engage)或通過與地層巖石接 合來卡（lodge)在裂隙中。
[0013] 可W設(shè)想，物體在表面條件下將是剛性的W允許將它們機(jī)械處理。物體的剛性可 W被定義為物體在高達(dá)至少40°C的溫度并且可能在高達(dá)例如最高60°C的更高的溫度下在 大氣壓力下維持它們自身形狀的能力。然而，物體可W具有回彈的性質(zhì)，所述回彈可W是如 US7799743中提出的使得W0.4M化壓力壓縮樣品量的物品之后回彈平均至少10%。
[0014] 當(dāng)在井眼流體中被井下運(yùn)送時(shí)，物體將經(jīng)歷高于大氣壓的流體靜壓，但當(dāng)它們懸 浮在流體中時(shí)運(yùn)可能不會(huì)使它們的形狀變形。如果在它們卡在裂隙中之后有由在它們之上 的壓力導(dǎo)致的它們形狀的任何變形，運(yùn)可W有助于堵塞裂隙開口。
[0015] 聚合物可W是通常稱為塑料的有機(jī)(例如基于碳的）聚合物材料，其可W是熱塑性 的W提供回彈。熱塑性聚合物的實(shí)例包括聚苯乙締、聚乙締和聚丙締的均聚物和丙締臘-下 二締-苯乙締共聚物。運(yùn)種聚合物可W具有0.7至1.3范圍的比重并且可能在更窄的0.8至 1.0或1.2范圍內(nèi)。聚合物也可能是具有娃和氧原子的聚合物鏈的聚硅氧烷。聚硅氧烷具有 0.9或1.0至1.2或1.3范圍的比重。在如上范圍內(nèi)的比重可W與井眼流體的比重相似。運(yùn)對 于懸浮在井眼流體中的固體物體或顆粒是有用的，因?yàn)樗鼈儗⒈雀弑戎睾拖嗨瞥叽绲念w 粒具有更少的沉降趨勢。顆粒的沉降可能是成問題的，特別是如果中斷流體循環(huán)。因此，根 據(jù)本公開的物體可W比對于更高比重的顆粒來說將會(huì)可接受的更大，并且由于更大的尺 寸，它們可W適合于堵塞更大的裂隙。
[0016] 聚合物可能比井眼流體密度更小。在某些實(shí)施方案中，為了減少由物體浮力導(dǎo)致 的任何問題，聚合物可W與更致密的填充物混合W將其比重提高到井眼流體中的中和浮 力。
[0017] 在至少Ξ個(gè)維度上至少0.5mm尺寸的要求具有W下結(jié)果：運(yùn)些物體將不能裝入小 于0.5mm直徑的虛擬的球體的內(nèi)部。在某些實(shí)施方案中，物體比運(yùn)更大。物體可W具有使得 它們能裝入到10mm直徑的球體的內(nèi)部并可能8mm、6mm或甚至5mm直徑的球體的內(nèi)部的尺寸。 物體可能大到它們將不能裝入1mm直徑的虛擬的球體內(nèi)，并且可能不能裝入1.5或2mm直徑 的球體內(nèi)。
[0018] 井眼流體可W是意圖被累送下鉆桿并回到地面的鉆井流體，可W含有如W上公開 的聚合物物體W及已知種類和更高比重的其他循環(huán)漏失材料例如石墨顆粒。運(yùn)樣的其他循 環(huán)漏失材料可W具有至少10微米并且可能至少100微米的平均粒徑。可比一種或多種 其他循環(huán)漏失材料的量重量計(jì)或W體積計(jì)）少的量使用聚合物物體。例如，合并到鉆井 流體W減少循環(huán)漏失的固體可W包括：（i)具有太大而不能裝入1mm直徑的球體的尺寸的聚 合物物體，和（i i)具有至少10微米但小于1mm、可能小于0.5mm平均顆粒尺寸的其他固體顆 粒，并且顆粒(ii)的體積是物體(i)體積的至少5倍、可能至少10倍。
[0019] 另一種可能是使用混合尺寸的聚合物顆粒。使用如指出的但多于一種尺寸的聚合 物物體、或使用如指出的聚合物物體和更小尺寸的其他聚合物顆粒，將是可能的。例如，合 并到鉆井流體W減少循環(huán)漏失的固體可W包括：（i)如上陳述的并且具有太大而不能裝入 1mm直徑的虛擬球體的尺寸的聚合物物體，和（i i)足夠小W裝入1mm直徑球體內(nèi)的其他有機(jī) 聚合物顆粒，并且較小顆粒(ii)的體積是較大物體(i)的體積的至少5倍、可能至少10倍。
[0020] 如上指出的聚合物物體可不大于流體的3重量％、可能不大于1或2重量％的 量存在于井眼流體中。其他固體顆?？杀人赋龅木酆衔镂矬w大的量存在。
[0021] 本公開的另一個(gè)方面提供了當(dāng)鉆井眼并將鉆井流體在所述井眼向下并返向上循 環(huán)時(shí)減少鉆井流體損失的方法，所述方法包括將如W上陳述的聚合物物體加入所述鉆井流 體。
[0022] 可如將在W下詳細(xì)討論的