用於注入高密度添加劑到井眼內的方法及其混合物的製作方法

2023-10-09 07:11:49 7

專利名稱：用於注入高密度添加劑到井眼內的方法及其混合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於控制在鑽井作業時的循環漏失、流體損失和/或鑽井液滲漏的改良的添加劑。特別是，提供一種添加劑，該添加劑可以以大於類似組分的粉末或者研磨添加劑的速度混合到鑽井液中。
現有技術現有技術中有多種添加劑用於控制鑽井作業中的循環漏失或者滲漏。儘管用於這種目的的添加劑的類型從有機物到礦物質再到塑料，但是大多數添加劑是以粉末的形式混合到鑽井液中。使用這些粉末形式的添加劑有許多缺點。主要的缺點是添加劑很輕，這導致添加劑與高粘性鑽井液的混合速度較慢。在鑽井作業中，使得添加劑較快地混合到泥漿中和向下穿過井眼進行循環是必要的，並且影響鑽井作業的營利性，有時還影響其安全性。為了克服混合速度較慢的缺點，漏鬥已經被設計為具有旋風分離器、文氏管和噴管以加強混合過程和將添加劑以較快速度從漏鬥拖入到鑽井液中。儘管現有技術已經作出了改進，混合速度還是較低。由於流過旋風分離器的流動速度低，因此，常常發生堵塞並且灰塵也成為問題。在世界上要求零輻射的某些地區，灰塵是一個特別的問題。即使不考慮輻射標準的要求，灰塵對工人也產生危險。
另外一個使用傳統粉末添加劑的問題是由鑽井作業的一般性變化導致的。鑽井作業中有一個發展趨勢就是在深水用較大鑽機進行鑽井，這就需要使用較多容積的泥漿。所使用的泥漿通常是較貴的泥漿和合成油，這特別強調對循環漏失和滲漏的控制。這些因素也導致需要使用大量的添加劑。但是存儲空間，特別是對海洋鑽機來講，是另外一個限制因素。
在尋找優良添加劑時，人們已經測試了大量的有機添加劑對於循環漏失和滲漏控制劑的效率。根據授權給Jim G.Cremeans的美國專利US4217965公開的內容，廢棄的牛飼料可以作為添加劑使用。這種有機材料由棉籽殼與棉籽粉、斑土、某些棉絨和一種表面活性劑製成。為了把這些種子製成為牛的飼料，這些組分被加熱並被壓縮、積壓成小球。Cremeans認為使用廢棄的牛飼料的優點是避免了使用其它有機廢棄產品時所需的研磨、粉碎和預處理步驟。小球中的表面活性劑作為潤溼劑，從而在不需要其它化學添加劑的情況下改善混合時間。牛飼料小球密度相對較高因此需要較少的存儲空間。這些牛飼料的缺點是它們在與鑽井液接觸後不能馬上破裂，而是在加入到泥漿中後繼續保持其性狀和結構。只有當它們完全到達井眼下後才開始破裂。
人們需要提供一種對存儲和/或運輸所需空間要求最少的添加劑。還需要提供一種能夠以較快速度與鑽井液混合的添加劑。需要提供一種低塵或者無塵替代方法，用於將添加劑輸送到鑽井液中。本發明的一個目的和目標就是提供一種添加劑，該添加劑能夠在一引入到鑽井液中就能夠快速有效地分布到整個鑽井液中。參照下面說明書的描述，本發明的這些和其它目的對本領域的普通技術人員來說是顯而易見的。

發明內容
本發明公開了一種製造用於鑽井液的高密度的添加劑的方法以及該添加劑配方。用於從用於鑽井作業中的循環漏失和滲漏控制材料製造高密度添加劑的方法包括研磨所述的循環漏失和滲漏控制材料從而形成較小尺寸的顆粒，加熱該循環漏失和滲漏控制材料，以及施加壓力給循環漏失和滲漏控制材料，從而使得該循環漏失滲漏材料穿過用於形成小球狀高密度添加劑的小口而密化。儘管許多循環漏失和滲漏控制材料是合適的，優選的實施例包括作為循環漏失和滲漏控制材料使用的有機材料。這種由研磨的循環漏失和滲漏控制材料壓縮成小球而製成的用於鑽井作業的小球狀的高密度添加劑的密度大於壓縮前這些循環漏失和滲漏控制材料的密度。
在可以利用的用於生產高密度添加劑的有機循環漏失滲漏材料中，一個最佳的實施例包括一種纖維質材料，特別是包括下面的一種或者幾種材料磨木紙漿、松樹皮、水果渣、蔬菜渣、黃松木、松樹皮、玉米棒子、花生殼、美洲山核桃木髓、杏仁殼、玉米棒子皮、酒石沉澱、棉花毛刺、燕麥殼、米殼、種子殼、向日葵、亞麻、亞麻子、可可豆、羽毛、泥煤苔、黃麻、亞麻、馬海毛、羊毛、紙、甘蔗、甘蔗渣、鋸末、竹子、軟木、爆米花、木薯粉和高粱。
儘管小球狀高密度添加劑的密度較高，其直徑在1/8到3/4英寸，長度為1/8到1英寸之間。添加劑的密度可以根據循環漏失和滲漏控制材料進行變化，優選的密度是基於材料性質的最高的壓縮比。許多有機材料可以被壓縮到研磨材料密度的2到3倍的密度。
本發明還包括了一種完成鑽井作業的方法，其中鑽井液在地層中的井眼內循環，該方法包括研磨所述的循環漏失和滲漏控制材料從而形成顆粒，加熱該顆粒到液化從而自然產生結合劑，壓縮加熱的顆粒穿過形成其密度大於循環漏失和滲漏控制材料的密度的小球，將小球加入到用於在井眼內循環的鑽井液中。加熱通常是在壓縮過程中摩擦的結果。研磨過程也產生少量的熱。對於某些循環漏失和滲漏控制材料，需要額外進行加熱。在無法在循環漏失和滲漏控制材料內自然產生結合劑的情況下，優選的實施例包括最小化過程中產生的熱量並加入合適的結合劑。
作為循環漏失和滲漏控制材料的纖維材料，例如鋸末，經常為研磨狀態。製造用於循環和漏失滲漏控制的高密度添加劑的方法包括獲得研磨纖維和將研磨纖維壓縮成小球，從而使得小球的密度大於壓縮前的研磨纖維的密度。
參照下面描述，本發明的結構和方法以及其它相對於現有技術中的添加劑的特點、優點、好處和目的將更加容易理解。
實施方式本發明具有許多優於現有技術的優點。這些優點包括增加了的添加劑混合到鑽井液中的速度、降低了的存儲運輸所需的空間和降低了的或者消除了灰塵輻射。本發明的一個特點就是高密度的添加劑一旦與鑽井液接觸就開始水化。隨著快速水化，高密度添加劑快速分散，從而在鑽井液被泵向下送到井眼內時使得該添加劑均勻分布到整個鑽井液中。一個優選的實施例包括使用現有技術中的用於混合非高密度或者常規的添加劑的漏鬥將高密度添加劑分布到鑽井液中。一個典型的漏鬥的外徑為4-6英寸。小球的尺寸允許很容易地和緊湊地流過漏鬥的出口。正如使用現有技術中的非高密度的添加劑時一樣，漏鬥產生一個混合效應，從而使得高密度添加劑與鑽井液接觸。在合適的情況下，小球可以在不使用漏鬥的情況下加入到鑽井液中。在這種情況下，小球一旦與鑽井液接觸就發生水化從而馬上破裂成纖維或者其它循環漏失和滲漏控制材料，但是這將會花費較長時間用泵送鑽井液到井眼內的混合動作將纖維均勻分布到鑽井液中。儘管以這種方式加入是不能均勻分布到鑽井液中，在地面與鑽井液混合後添加劑很容易完成其功能，而地面的流體的流變性與井下相同。
使用高密度化的添加劑的一個優點是基本上或者完全降低將添加劑加入到鑽井液中時產生的灰塵數量。常規的粉末材料通過漏鬥加入時將產生灰塵，這些灰塵對環境和工作人員產生危險。某些地區，例如北海，對灰塵有嚴格的規定。而使用高密度化的添加劑基本上是一種不產生灰塵的循環漏失滲漏控制添加劑。
傳統的粉末或者細磨添加劑(特別是纖維添加劑)具有一個引入到泥漿或者鑽井液中的最大速度。該加入速度與添加劑的堆角有關，該堆角決定添加劑可以被排出的速度。儘管已經人們的增加引入速度的努力集中在漏鬥的設計上(包括改變出口的尺寸，使用旋風分離器和其它物理手段)，本發明則是直接針對降低添加劑的堆角從而允許這些材料流動得更快。堆角與材料任何堆積有關，因此與其流動的速度有關。通過增加添加劑的密度，可以降低堆積從而允許同樣數量的材料用較少的時間加入到鑽井液中。
小球可以製成為具有各種性質和尺寸。小球優選的尺寸取決於特定的應用，例如漏鬥的尺寸、用於形成小球的材料和具體形狀和尺寸的堆放方式。小球可包括從非常小的高密度顆粒到幾英寸的高密度的薄片。小球的最佳尺寸為直徑在1/8到3/4英寸，長度為1/8到1英寸之間。任何可以用於迫使材料穿過小口的設備都可以用於本發明中。一個最佳實施例包括一個皮帶驅動小球研磨機(例如象商用的Koppers of Muncy，Pennsylvania公司的Ace Pellet Mill)這種傳統的小球研磨機包括一個進給輥，用於將材料積壓到一個空調室內。必要時可以將蒸汽注入到進給部分或者空調室內。一個滾壓裝置迫使材料穿過空調室兩端的一個模。功率部分取決於小球模的孔眼尺寸。由這樣一個小球研磨機產生的力通常足以對研磨材料進行最大程度的壓縮。並且，不需要額外加熱，摩擦產生的熱量通常足以從這些材料中釋放出油或者含有油的結合劑。其它的用於壓縮研磨材料的方法也可以使用。類似地，在本發明中研磨和壓縮過程可以在一個設備上完成。
用於本發明的循環漏失和滲漏控制材料包括任何可以完成循環漏失添加劑和/或者滲漏控制劑。至少一種循環漏失和滲漏控制材料應該稍微能夠被壓縮，以允許由該材料行動小球的密度大於壓縮前的循環漏失和滲漏控制材料的密度。在本發明中，某些用於循環漏失和滲漏控制材料的有機材料包括纖維質材料例如象磨木紙漿、松樹皮、水果渣、蔬菜渣、黃松木、松樹皮、玉米棒子、花生殼、美洲山核桃木髓、杏仁殼、玉米棒子皮、酒石沉澱、棉花毛刺、燕麥殼、米殼、種子殼、向日葵、亞麻、亞麻子、可可豆、羽毛、泥煤苔、黃麻、亞麻、馬海毛、羊毛、紙、甘蔗、甘蔗渣、鋸末、竹子、軟木、爆米花、木薯粉和高粱。許多各種各樣的作為循環漏失添加劑使用的有機材料也適合於本發明，它們包括角叉菜膠、瓜耳膠和其它可溶性膠。
經常使用的有機材料包括天然結合劑例如象木質素磺酸鹽、木糖、油或者其它結合劑。由於有機材料作為添加劑使用時可以形成高密度添加劑，這些材料在研磨過程中通過摩擦產生細小的材料。該研磨材料然後承受壓力，該壓力迫使含有油的這些材料穿過小的開口或者小口從而形成小球。反過來，積壓過程產生的熱量釋放出材料中的油和其它容易液化的部門。這些油和其它材料用於結合循環漏失和滲漏控制材料從而使得該材料維持為一個小球。當單獨使用無機材料或者沒有足夠的油用於結合小球時，可以加入油或者其它的循環漏失和滲漏控制材料。類似地，在材料中的油具有較高熔點時，需要輸入額外的熱量。
小球可以由作為循環漏失添加劑或者滲漏控制劑有效使用的一種或者幾種添加劑構成。並且，施加摩擦以產生微細材料的步驟可以製造不同尺寸的材料，從而有效封堵滲透性地層內的孔口而不會產生副作用。因此，由本發明的小球形成的鑽井液中的顆粒分布不但保證添加劑的均勻混合，而且如果需要使用各種尺寸的顆粒的情況下能夠保證不同尺寸的添加劑的均勻混合。
在用於本發明的無機材料中，可以使用容易獲得的礦物成分，例如象碳酸鈣、雲母、硅藻土、Fuller土和其它矽酸鹽、活化木炭、礬土、氧化鋁凝膠、石墨、硬瀝青以及類似物。這些材料通常以纖維或者研磨形式提供。碳酸鹽可以單獨使用或者與其它所需的添加劑結合。加入碳酸鹽到無機添加劑中可以改善酸溶性。同時還可以增加小球的密度。有用的材料還包括塑料。
在用於本發明的循環漏失和滲漏控制材料和高密度添加劑之間可以觀察到密度的顯著增加。一個典型的例子包括密度為10lbs/cf的纖維質添加劑。在用雲母將添加劑進行球化後，所獲得的密度為17lbs/cf。較大密度被定義為與用於形成高密度添加劑的原材料相比在密度上的並非微不足道的增加。因此，儘管一種組分例如象雲母的加入會增加原材料的混合物的密度，壓縮成一個小球則會顯著增加混合物的密度。在密度上的增加與被壓縮的的顆粒的尺寸、性狀和材料的性質直接相關。例如，對於給定的材料，將密度從10lbs/cf增加到11lbs/cf可以認為是在密度上的顯著增加，該增加可以使得材料以較快速度從漏鬥中流出，並降低灰塵的產生。本發明中使用的材料優選為低密度、高度可壓縮的材料。除了上面列出的與混合速度有關的優點之外，這種低密度材料可以被高度壓縮，因此形成的產品需要較小的存儲空間。例如，玉米棒子可以被壓縮成一個小球，其密度為玉米棒子的2倍。
如前所述，可以看出，本發明適合獲得前面所述的所有目的以及其它顯而易見和由本發明的設備和結構帶來的固有的優點。
應該能夠理解，可以參照其它特點和組合來使用某些技術特徵和進行組合使用。這也應該認為和落入到權利要求書的保護範圍之內。
因為許多可能的實施例可能由本發明製成而不偏離本發明的範圍，因此應該能夠理解，這裡和前面所述的所有問題以及附圖
均應當認為是說明性的，而不是限制性的。例如，高密度添加劑可以是殺蟲劑、殺生物劑和其它可以降低降解傾向或者驅趕害蟲的生物作用材料。儘管本發明的特點之一是使用農業副產品作為循環漏失和滲漏控制材料從而減少了那些本來是廢物的材料的數量，但是本發明中使用的某些農業產品和其它的循環漏失和滲漏控制材料為研磨形式。從這樣的一個循環漏失和滲漏控制材料製成高密度添加劑的方法包括獲得研磨的循環漏失和滲漏控制材料。與研磨材料相對，獲得研磨形式的材料也在本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種從循環漏失和滲漏控制材料中製造用於鑽井作業的高密度添加劑方法，包括如下步驟研磨循環漏失和滲漏控制材料成較小顆粒尺寸；加熱循環漏失和滲漏控制材料；施加壓力給循環漏失和滲漏控制材料從而使得該材料密化，並穿過小口而形成小球狀高密度添加劑。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述的循環漏失和滲漏控制材料包括一種有機材料。
3.一種用於鑽井作業中的小球狀高密度添加劑，包括一種被擠壓成小球的研磨循環漏失和滲漏控制材料，所述的小球的密度大於研磨循環漏失和滲漏控制材料的密度。
4.根據權利要求3所述的小球狀高密度添加劑，其中循環漏失和滲漏控制材料是有機物。
5.根據權利要求4所述的小球狀高密度添加劑，其中循環漏失和滲漏控制材料是纖維質材料。
6.根據權利要求3所述的小球狀高密度添加劑，其中，循環漏失和滲漏控制材料從由磨木紙漿、松樹皮、水果渣、蔬菜渣、黃松木、松樹皮、玉米棒子、花生殼、美洲山核桃木髓、杏仁殼、玉米棒子皮、酒石沉澱、棉花毛刺、燕麥殼、米殼、種子殼、向日葵、亞麻、亞麻子、可可豆、羽毛、泥煤苔、黃麻、亞麻、馬海毛、羊毛、紙、甘蔗、甘蔗渣、鋸末、竹子、軟木、爆米花、木薯粉和高粱組成的組中選擇。
7.根據權利要求3所述的小球狀高密度添加劑，其中，小球為直徑在1/8到3/4英寸，長度為1/8到1英寸之間。
8.根據權利要求3所述的小球狀高密度添加劑，其中，小球的密度比研磨循環漏失和滲漏控制材料的密度大2到3倍。
9.一種完成鑽井作業的方法，其中一種鑽井液在地層中鑽進的一個井眼內循環，該方法包括下列步驟研磨將循環漏失和滲漏控制材料，以產生顆粒；加熱顆粒到液化從而自然產生結合劑；以及壓縮加熱的顆粒穿過小口從而形成大於循環漏失和滲漏控制材料密度的小球。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，所述的循環漏失和滲漏控制材料包括有機物。
11.一種製造用於鑽井作業的高密度添加劑的方法，包括下列步驟獲得一個研磨纖維；將所述的研磨纖維壓縮成小球，並且其小球的密度大於研磨纖維的密度；以及將小球加入到用於在井眼內循環的鑽井液內。
全文摘要
本發明公開了一種用於控制循環漏失、流體損失和/或者鑽井液滲漏損失的改進的添加劑的組分以及方法。特別是,所形成的添加劑從用於鑽井作業的循環漏失和滲漏控制材料製成。用於製造該高密度添加劑的步驟包括研磨未處理的循環漏失和滲漏控制材料成較小顆粒尺寸、加熱循環漏失和滲漏控制材料、施加壓力給循環漏失和滲漏控制材料從而使得該材料密化並穿過小口而形成小球狀高密度添加劑。加熱循環漏失和滲漏控制材料的步驟可以釋放出油或者其它結合劑,而該步驟是擠壓研磨材料穿過小口的過程的副產品。
文檔編號C09K8/035GK1364211SQ00810859
公開日2002年8月14日 申請日期2000年6月29日 優先權日1999年7月26日
發明者B·D·格林 申請人:碾磨及篩選有限公司