平坦流變性井筒液的製作方法

2023-06-11 07:21:11

專利名稱：平坦流變性井筒液的製作方法
平坦流變性井筒液
背景技術：
在地下井的鑽探中，期望眾多功能和特性的井筒液。鑽井液應在整個井中循環，並攜帶來自鑽頭下方的巖屑，向上運輸巖屑到環，並允許在表面上分離。同時，預期井筒液將冷卻和清潔鑽頭，減少在鑽柱和孔側面之間的摩擦，和保持鑽孔中的套管部分的穩定。鑽井液還應該形成薄、低滲透的濾餅，其密封鑽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。鑽井液通常根據其基底材料分類成；在油基流體中，將固體顆粒懸浮於油中，且可利用油乳化水或鹽水。所述油通常是連續相。在水基流體中，將固體顆粒懸浮於水或鹽水中，且油可在水中乳化。水通常為連續相。氣動流體是第三類鑽井液，其中高速空氣或天然氣流移除鑽井巖屑。油基鑽井液一般以逆乳化流體形式使用。逆乳化泥漿由三相組成:油質相、非油質相和細分的顆粒相。視情況包含乳化劑和乳化劑系統、加重劑、降濾失添加劑、鹼度調節劑等，以使系統整體上穩定且用於建立所需的性能特性。重要的是地下井的鑽機可控制鑽井液的流變性質。在石油和天然氣行業的今天，需要在陸上和海上及在淡水和鹽水環境中都能起作用的添加劑。此外，鑽井液添加劑應具有低毒性水平，且應該易於操作和使用，以最小化對環境汙染的危險和對操作者的危害。任何鑽井液添加劑應該也提供所需結果，但是同時添加劑不應抑制鑽井液中其它組分的所需性質。
發明概要在一方面，本公開涉及一種逆乳化井筒液，其配製為包含:油質流體，其作為所述井筒液的連續相；非油質流體，其作為所述井筒液的非連續相；乳化劑；和流變改性劑，其中所述流變改性劑是 由醇胺、脂肪酸和多胺反應而形成的聚醯胺；其中所述逆乳化井筒液具有平坦流變曲線。在另一方面，本公開涉及一種用於鑽探地下井的方法，其包括使逆乳化井筒液在井筒中循環，其中所述逆乳化井筒液包含:油質流體，其作為所述井筒液的連續相；非油質流體，其作為所述井筒液的非連續相；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。其它方面和優點將從以下描述和附屬權利要求中顯而易見。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和屈服點數據的圖示比較。
具體實施例方式本公開一般涉及油基井筒液，其適用於規劃地下井(優選為油井和氣井)的鑽井、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的其它類似井筒用途。#筒液的各種用塗灃於書本COMPOSITION AND PROPERTIES OF DRILLING ANDCOMPLETION FLUIDS,第 5 版，H.C.H.Parley 和 George R, Gray,GulfPublishing Company,1988中，其內容以引用的方式併入本文。如本文所公開，具有平坦流變曲線的井筒液被配製成包含油質流體、非油質流體、一級乳化劑和流變改性劑。這些組分各詳細公開於下文中。如本文所使用，「平坦流變曲線」表示在40° F至150° F的溫度範圍內保持恆定的流變性質。平坦流變曲線關注的流變性質包括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)。關於6rpm、10』凝膠和YP，當這些值在40° F至150° F的溫度範圍內的平均值的+/-20%以內時，可認為系統具有平坦流變曲線。換句話說，當流體具有以下6rpm值:20(40。F) ,16(100° F)和15(150。F)，那麼平均6rpm為17。因此，每個6rpm值是在平均值的+/-20%以內。更低百分比變化將產生更平坦的流變曲線，因此，優選在+/-15%以內的值，且更優選在+/-10%以內的值。關於10』: 10」凝膠比，當所述比為1.5: I或更小時，認為系統具有平坦流變曲線。為了最好地優化平坦流變曲線，6rpm、10分鐘凝膠、屈服點和10』: 10」比性質應同時落入這些參數內。所述油質流體可為液體且更具體為天然或合成油。所述油質流體可選自柴油、礦物油、合成油(諸如聚烯烴、聚二有機矽氧烷、矽氧烷或有機矽氧烷)和其混合物組成的組。所述油質流體的濃度應該足夠使得逆乳化形成。所述油質流體的濃度可小於約99%體積的逆乳化液。在一個實施方案中，所述油質流體的含量是約30%體積至約95%體積且更優選是約40 %體積至約90 %體積的逆乳化液。所述油質流體可包含內烯烴和α烯烴的混合物。內烯烴和α烯烴的組合可用來產生具有所需性質(諸如毒性和生物可降解性)平衡的鑽井液。作為實例，製造分別具有5/2/1.5/1.5重量比的C16_18內烯烴、C15_18內烯烴、C15_16內烯烴和C16 α烯烴的混合物。這產生具有毒性和生物可降解性平衡的油質流體。用於配製逆乳化 液的非油質流體可為液體，且優選為水性液體。所述非油質流體可選自淡水、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、這些和用於配製逆乳化液的類似化合物的組合組成的組。所述非油質流體的含量通常小於用於形成逆乳化液的理論最大限制量。因此，非油質流體的含量是小於約70%體積。非油質流體的含量優選是在約I %體積至約70%體積，且更優選是在約5%體積至約60%體積的逆乳化液的範圍內。根據本公開的教導，應選擇用於配製井筒液的乳化劑以使形成適用於鑽井的有用並穩定的逆乳化液。所述乳化劑應以足以使穩定的逆乳化液適用於鑽井的濃度存在。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、月旨肪酸醯胺基胺類的皂液、聚醯胺、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醯胺基胺類可包括由脂肪酸於烷基胺類反應所形成的醯胺基胺類。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。這些物質的摻合物以及其它乳化劑可用於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，使鑽井液的流變特性在約40° F至約150° F的溫度範圍內平坦。所述流變改性劑可為聚醯胺、多胺或其混合物。本公開的聚醯胺是衍生自多胺與醇胺和脂肪酸的反應產物的反應。醇胺-脂肪酸反應一般是基於存在的每當量醇胺一當量脂肪酸。所述反應產物然後與多胺以1:1當量比反應，及然後用碳酸丙二酯中止以移除任何游離的未反應胺類。關於流變改性劑，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，一旦醇胺已經與脂肪酸反應，反應產物就與多胺進一步反應。關於流變改性劑，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該足以達到如本文所述的平坦流變曲線。所述流變改性劑的濃度範圍可在約0.1至5磅/桶井筒液，且優選為約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，但是據信由本發明所實現的相對平坦的流變曲線是流變改性劑與鑽井液中所存在的細小固體(諸如親有機質粘土和低重力固體)的相互作用的結果。據信，相互作用是以如下方式在一定程度的溫度下驅動的，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。一種理論認為，溫度的變化會導致流變改性劑的分子確認變化，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。或者，據推測，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相關。不管作用模式，已經發現添加入本文所公開的流變改性劑至井筒液中產生在下文所觀察到和所公開的粘度性質。所公開的井筒液尤其適用於地下油井和氣井的鑽井、完井和操作。特別是，所述流體適用於配置用於高偏差井和長位移井中的鑽井液和完井液。這些流體尤其適用於進入含烴地層的水平井的鑽探中。用於製備當前所公開的井筒液的方法並不是關鍵的。可使用常規方法，以與常用方法相似的方式來製備本發明 的井筒液，以製備常規油基鑽井液。在一個代表性程序中，將所需數量的油質流體(諸如基底油)和適當量的一級乳化劑混合在一起，接著在連續混合下添加流變改性劑和剩餘組分。可通過利用非油質流體強力攪動、混合或剪切油質流體，來形成基於這種流體的逆乳化液。重要的是，本發明的流體不需要其它作用劑以獲得平坦流變曲線。本申請人驚訝地發現，油質流體、非油質流體、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。申請人也已經發現，可通過進一步包含增粘劑和降濾失劑，來優化流變曲線。本發明的增粘劑可包括親有機質粘土，其通常為經預處理的胺粘土。可將增粘劑分散在本公開的井筒液組合物的油質相中。適宜的親有機質粘土增粘劑可包括經胺處理的膨潤土、水輝石、凹凸棒石等。對於大多數逆乳化應用來說，用於井筒液製劑中的親有機質粘土的含量可在約0.1ppb至約5ppb的井筒液的範圍內。市售的親有機質粘土包括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鑽井時塗覆鑽孔的壁起作用。可用於本發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)與醯胺或聚亞烷基多胺反應而製備的親有機質腐植酸鹽和其它非毒性降濾失添加劑。通常，以小於約10%重量及優選是小於約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於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，可將鹼儲備、潤溼劑、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。這些作用劑的添加可根據應用而變化，且應該可由配置井筒液相關技術人員修正。在許多逆乳化液中，包含鹼儲備是常見的，使得整個流體製劑為鹼性(即，pH大於7)。通常，這是呈石灰或者鹼金屬和鹼土金屬氧化物和氫氧化物的混合物的形式。相關技術人員應理解及明白，井筒液的石灰含量將根據採取的操作和鑽井的地層而變化。此外，應明白，石灰含量(也稱為鹼度或鹼儲備)是一種通常根據可適用的API標準而測得的性質，所述API標準利用流體配製技術相關人員已熟知的方法。可適合使用的潤溼劑包括粗妥爾油、氧化粗妥爾油、有機磷酸酯、改性咪唑啉和醯胺基胺類、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NS是可用於所公開的井筒液中，由M-1SffACO(Houston, Texas)製造並分銷的市售潤溼劑的實例。Silwet L-77、L-7001、L7605和L-7622是由General Electric Company (Wilton, CT)製造並分銷的市售表面活性劑和潤溼劑的實例。適用於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、白雲石，方解石等。這些添加的材料數量(如果有任何添加)取決於最終組合物的所需密度。通常，添加加重材料以產生最多約24磅/加侖的鑽井液密度。優選添加最多加重材料達到21磅/加侖及最優選達到19.5磅/加侖。併入以下實施例以證明所要求的標的物。相關技術人員應了解，以下實施例中所公開的技術和組合物代表由本發明人發現的功能完善的技術且因此視為構成實踐的優選模式。然而，相關技術人員應明白，按照本發明，在不偏離所要求的標的物的範圍下，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果。有關實施例的一般信息:通過在Hamilton Beach和Silverson混合器中混合來製備流體。最初製備一種樣品平坦流變性液體以充當對照液。在以下表I中提供所述對照液以及Hamilton Beach混合時間。如在製劑中所示，HMP是用作模擬鑽井固體。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-對照製劑和混合時間
權利要求
1.一種逆乳化井筒液，其包含: 油質流體，其中所述油質流體是所述井筒液的連續相； 非油質流體，其中所述非油質流體是所述井筒液的非連續相； 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產物反應而形成的聚醯胺； 其中所述逆乳化井筒液具有平坦流變曲線。
2.一種鑽探地下井的方法，其包括: 使逆乳化井筒液在井筒中循環，其中所述逆乳化井筒液包含: 油質流體，其中所述油質流體是所述井筒液的連續相； 非油質流體，其中所述非油質流體是所述井筒液的非連續相； 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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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所形成的醯胺基胺。
7.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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的溫度範圍內1.5:1或更小的10分鐘-比-10秒凝膠比。
10.根據權利要求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的溫度範圍內的平均值的+/-20%以內。
11.根據權利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述油質流體包含約30體積％至約100體積％的所述井筒液且所述油質流體是選自柴油、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.根據權利要求1或2所述的方法，其中所述非油質流體包含約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.根據權利要求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粘土。
14.根據權利要求13所述的逆乳化井筒液，其中所述親有機質粘土具有約01.ppb至約5 ppb的濃度。
15.根據權利要求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範圍內的濃度。
16.根據權利要求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範圍內的濃度。
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，逆乳化井筒液被配製成包含作為所述逆乳化井筒液的連續相的油質流體、作為所述逆乳化井筒液的非連續相的非油質流體、乳化劑和流變改性劑，其中所述流變改性劑是由醇胺、脂肪酸和多胺反應而形成的聚醯胺，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 優先權日2010年6月30日
發明者N.賴夫, S.楊, L.李 申請人:M－I 有限公司