減小摩擦的完井液的製作方法

2023-08-08 13:00:11

減小摩擦的完井液的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於減小管件，例如套管中的連續油管之間的摩擦力的方法。所述方法包括在油中混合選定的表面活性劑及特氟綸粒子，然後將油加入水中並將混合物向下泵送到油管的步驟。所述混合物在套管內部的連續油管鑽孔方面尤其有效。還已經發現製劑可減小金屬表面上的腐蝕。
【專利說明】減小摩擦的完井液【技術領域】
[0001]本發明針對在井中的完井操作或者鑽井操作期間，減小由井內金屬管件之間的摩擦引起的拖拽(drag)的一種方法。更具體地，將化學添加劑和油相特氟綸(TEFLON)粒子加入到水基液體中，以便於粒子被輸送到管件表面上的油膜。公開的材料還減小管件表面上的腐蝕量。
【背景技術】
[0002]在最近的歷史上，石油和天然氣行業已經發現，在油氣藏內水平鑽井能夠潛在地做出一個更多產的井。水平井能夠接入更大的體積的含油和含氣層。橫向或水平部分越長，井越多產。為此，如今在正被開發的很多油氣層中、尤其是在低滲透性頁巖層中水平鑽井變得越來越普遍。
[0003]鋼套管被置於井筒中，並且在很多井中，套管在沿著井筒的水平段的選定數目的位置處打有射孔群或射孔組。這啟動了「完井」過程。射孔組的數目可以從2到40或更多。然後，將水力壓裂液每次一組地泵送通過每個射孔組。通常通過在射孔組之間設置可鑽取的橋塞，來將套管中的流體分到每個射孔組。在水力壓裂處理物已經被泵送通過每個射孔組後，必須從套管中鑽取橋塞以允許產物從不同射孔組上到井中。
[0004]井的水平段的長度可受到從套管鑽取橋塞的過程的限制。橋塞的鑽取通常利用在連續油管端部的液壓電動機和鑽頭，通過將水基液體沿油管向下泵送並通過電動機及鑽頭，並沿套管內部的環形部分向上返回來進行。鑽取也可以通過具有動力水龍頭的修井機使接合管旋轉並轉動鑽頭來進行。在井的水平段連續油管或接合管與套管之間的摩擦可能變得和使連續油管或管沿水平段移動的力相等，在這一點處進一步鑽取是不可能的。可使管移動的力由在井的豎直段中的管的重量決定，在一些情況下，由通過推動在表面上具有緩衝機構的管可施加的力決定。當使用接合管時，管可與鑽頭一起旋轉，並且抵制管沿井筒運動的摩擦減小，但是對於連續油管，沒有管的旋轉導致較高的抵制沿井筒的運動的摩擦。但是，在井筒已經被鑽為具有方向變化而產生「折線」或彎曲井筒的井中，即使存在結合管，接合管的旋轉與沿井筒的運動也可能被限制。這意味著鑽井裝置有時候可以鑽取比完井設備能夠完成的橫向部分更長的橫向部分。
[0005]在過去，聚合物珠粒與液體混合併進入井中循環以減少在鑽孔和連續油管修井機兩者中的摩擦(J.Can.Pet.Tech.，1996年11月，第7頁)。在套管內部的連續油管和修井應用中這些珠粒的效用已經被限制。可以確信這是沒有使珠粒集中在最需要它們的區域即金屬與金屬接觸處的結果。因此，需要更好的減小摩擦的液體，以減小在水基液體中由金屬與金屬接觸引起的連續油管和套管間的摩擦。(這種類型的減小摩擦與將水溶性聚合物加入到水基液體中以減少泵送期間液體壓力損失的步驟無關。)

【發明內容】

[0006]將化學添加劑加入油中，將油分散在水中並將其在完井操作或鑽井操作期間在套管中向下泵送到井。將特氟綸粒子與懸浮劑和用於油溼鋼的表面活性劑一起加入油中。油也可以包含水溶性聚合物或其他化合物的分散體。當連續油管或接合管用於套管井中時，減少了金屬與金屬間的摩擦。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是水平井結構的整體視圖。
[0008]圖2是在連續油管被放置在井的套筒內的情況下水平井的水平部分的截面視圖。
[0009]圖3是用於測試液體的摩擦測試裝置的立體圖。
[0010]圖4是使用圖3中測試裝置測試的結果圖。
【具體實施方式】
[0011]圖1展示了在具有井口 10的水平井中的典型連續油管鑽井裝置。支撐件16支撐連續油管18的捲軸，其中連續油管18通過彎曲支撐件11被導入井中。井口 10可以包括防噴器、緩衝機構(snubbing mechanism)或者其他常規設備。井套有套管26，套管26在井筒內延伸，在井的豎直段通過層20，在水平段通過層28。
[0012]對於諸如從套管26鑽取橋塞等某些完井過程，連續油管18被降至井中並進入到通常粘接在層28中的套管26的水平段。渦輪機或電機17及鑽頭19可以連接到連續油管18的遠端，以鑽穿器件(諸如已被插入到套管的水平段中的橋塞(未顯示)等)。對於鑽井，液體被泵送通過油管18、電機17和鑽頭19並通過油管18和套管26之間的環形部分返回井口。
[0013]由於油管18被推動通過套管的水平部分，在位置31-35處發生金屬與金屬接觸，如圖2所示。摩擦增加了將油管放置在井中所需的力，並且可能限制在套管的水平部分中可放置油管的長度。本發明減少在諸如位置31-35等的接觸區域處的摩擦。
[0014]水溶性聚合物常被用在鑽井液和完井液中，以減少泵送時的壓力損失並提高液體將固體運出井的能力。通過首先將聚合物分散在油中並且然後將含有聚合物的油相加入水中來將水溶性聚合物加入水中的方法是眾所周知的。這種方法儘可能減少或避免了當聚合物被加到水中時聚合物的凝集。水溶性聚合物(諸如聚丙烯醯胺等)在油中的分散體是市面有售的。油分成液滴以便水和聚合物接觸並使聚合物在水相中分散。在於2010年3月11日提交的並且具有與本申請的第一發明人相同的發明人的專利申請(「聚合物混合系統(Polymer Blending System)」，SN12/952, 373)中公開了一種用於混合油和水的改進裝置和方法，其通過在油中的分散來引入水溶性聚合物。改進的裝置也可用於混合本文公開的油相與水。
[0015]本公開限定了在油相與水混合併且被泵送到井之前、將其他化學品添加到油相中。添加特氟綸粒子以提供金屬表面之間的低摩擦。也可選擇其他固體聚合物粒子。優選地，聚合物與金屬之間具有低摩擦係數。為了使特氟綸充分起作用，我們發現粒子必須集中在金屬表面附近。這通過以下方法來提供，即，首先將特氟綸分散在油相中，然後添加化學品以幫助特氟綸粒子懸浮在油中、並使油優選地溼潤或附著到金屬表面。然後特氟綸以油滴的方式被輸送到油管和套管的表面且以油膜的方式集中在金屬表面附近。這允許油管在套管中以減小的力運動，並可以延長可被插入到井筒中的管的長度。若特氟綸集中在表面附近，即使是以水基液體的方式，特氟綸也能夠在鋼零件之間提供極大的機械潤滑。如下面將示出的，以相同濃度分散在水中的特氟綸不太有效。因此，本發明採用運載或輸送系統來確保特氟糹侖在金屬表面上或在金屬表面附近的適當的沉積(deposition)。
[0016]首先將特氟綸加入到油相。優選地，在油被加入水中之前，在特氟綸處於油相中時，用亞乙基雙醯胺的膠體懸浮液使特氟綸保持在懸浮狀態。亞乙基雙醯胺的濃度優選在3重量％到7重量％的範圍內。也可用其他懸浮劑，諸如煅制二氧化矽或親有機粘土等。油也可包含水溶性聚合物的分散體，如上面所述。特氟綸粒子在管表面的沉積是通過以下方法實現的，在引入泵送液體之前在油相中運輸特氟綸，然後形成將特氟綸運輸到在金屬表面上形成的油膜的油滴。使用表面活性劑可以使油膜形成，表面活性劑(如聚乙二醇600雙油酸脂妥爾油酸脂(Polyethylene Glycol 600 Dioleate Tallate)(由McAllen Chemical通過妥爾油(Tall oil)製造的中間產物))用於油溼(oil-wet)金屬表面。表面活性劑的HLB值(親水親油平衡)必須使得能夠在不產生穩定的乳狀液的情況下形成油滴。因為表面活性劑及烴(hydrocarbon)使鋼表面溼潤，所以油滴附著到管的表面，從而使特氟綸有效地保持到管壁上而非允許特氟綸隨泵送液體運輸到井外。烴及特氟綸膜為井筒內的金屬與金屬接觸區域提供了優良潤滑。
[0017]特氟綸粒子的直徑優選地在1-100微米的範圍內，並且由DuPont製造。運輸特氟綸粒子和表面活性劑的油相使用傳統的混合設備被添加到基礎液體(水)中。油相通常以每10桶(bbl)水加I加侖油相(體積比為I比420)的比例進行添加。油可以是環烷酸、石蠟或者芳族烴(優選石蠟)、合成油(諸如有機矽氧烷液等)、植物油(諸如蔬菜油等)或者其他環境友好型油。表面活性劑必須提供金屬表面的油溼(oil-wetting)而不形成穩定乳狀液。可以認為，內部具有特氟綸的油滴遍布在管的內表面與外表面。特氟綸和烴膜為井筒內的金屬與金屬接觸區域提供了優良潤滑。
[0018]圖3示出了用於評估本文所公開的液體性能的裝置的大致描述。這臺臺式摩擦測試儀由Justice Brothers Lubricants製造，目的是評估潤滑油添加劑的性能。金屬棒的力F施加到旋轉金屬軸承表面5·1。圍繞旋轉軸承表面的底部四分之一的杯52提供可以保持被測液體的容器。通過將破碼54放置在槓桿53的一端而將力施加到槓桿53。I磅重量將IOOpsi (磅/平方英寸)的力施加到軸承表面。通過觀察110伏特四分之一馬力(HP)電機55的安培數來測量液體的性能，電機55用於在軸承上施加恆力使軸承轉動。每5秒記錄一次安培數。當聽到軸承表面的磨損或者電機消耗電流達到10安培時，測試完成。
[0019]示例 I
[0020]通過將表1中給出的組合物的0.5%溶液混合到蒸餾水中並在200mL燒杯中磁力攪拌3分鐘進行混合，來配置200g的樣品。
[0021]表1
[0022]
烴類油91.2重量％
亞乙基雙醯胺5重量％
聚乙二醇600雙油酸脂妥爾油酸脂2重量％
特氟論粒子1.8重量％[0023]然後，將樣品迅速倒入杯52中(圖3)。當保持重量離開靜態軸承表面時，打開機組以允許溶液塗覆軸承表面。經過短暫時間後，使槓桿53下降以對軸承表面施加200磅的力，且啟動定時器。一次測試完成後，將杯從測試儀移除並使用異丙醇清洗。將軸承表面移除並用新的取代。使用示例I中的混合物與其他液體進行測試。
[0024]圖4是示出了在圖3所示的測試裝置中利用不同液體的情況下在一段時間內電機所消耗的安培數。線A、C和D，代表了針對目前在石油和天然氣行業中用於完井的產品的結果，線B代表了針對特氟綸和水的混合物的結果。線E代表了針對示例I中組合物的結果。
[0025]該圖清楚地表明，產品A-D與在示例I中及上文公開的組合物相比，在更短的時間內導致接近10的安培數。組合物A-D使電流在20-30秒內接近10安培，然而本文所公開的製劑在70秒後才使電流接近10安培。
[0026]示例 2
[0027]在德克薩斯，井運營商在井的水平段中的套管內部設置了 10個橋塞。鑽取橋塞的操作是使用連續油管進行的。井的豎直深度約為8，290英尺(ft)且測量深度約為13，220英尺。連續油管已經被用於鑽取除底部兩個橋塞外的所有橋塞。使用現有技術中的降低摩擦液體，摩擦限制了鑽取最後兩個橋塞的能力。決定嘗試本文所公開的油相組合物。在以每10桶水加I或2加侖示例I中公開的油相混合物的比例將油相混合物加到水中，並使當前液體沿連續油管外部的環形部分向上循環後，到達並鑽取最後兩個橋塞。在從與第一口井相同的平臺鑽取的第二口井時，摩擦比第一口井的要高，但是使用本文所公開的組合物，從井中成功鑽取了所有橋塞。在鑽井操作期間在現場的井運營商的代表評價說，他相信如果沒有使用本文所公開的材料不可能鑽取所有橋塞。
[0028]示例I中給出的濃度·可能在較寬範圍內變化。特氟綸粒子的濃度可以在約I重量％到約8重量％的範圍內。亞乙基雙醯胺的濃度可以從約1%到約10%變化。可用實驗確定懸浮劑的有效量。表面活性劑的濃度可以在約1%到約5%的範圍內。諸如上述實驗等可用於確定表面活性劑的有效量。
[0029]還已經發現本發明的製劑也可抑制金屬表面上的腐蝕。將1/4英寸(in)的板件切成2英寸X5英寸的條，並且將這些條的表面磨成裸露金屬。兩塊條作為對照並且不塗覆任何物質。一塊用10磅/加侖(lb/gal)的鹽水噴塗,且另一塊不噴塗。兩塊條均在大氣條件下置於室外。另兩塊條使用聚丙烯醯胺的水溶液處理，其中聚丙烯醯胺的水溶液是在許多完井、修井和壓裂操作中使用的液體組合物。其中一塊條用10磅/加侖的鹽水噴塗，且另一塊條不噴塗。兩塊條均在大氣條件下置於室外。又兩塊條利用本文所公開的含表面活性劑和特氟綸的油進行處理。其中一塊條之後用鹽水噴塗，且另一塊條不噴塗。兩塊條均在大氣條件下置於室外。在大氣條件下經過5天之後，利用本文所公開的含有表面活性劑和特氟綸的油處理過的條在小於15%的表面上表現出腐蝕(鏽)，而其他樣品在100%的表面區域上具有鏽。利用聚丙烯醯胺液體處理過的樣品與沒有經過處理的對照板相比並沒有顯示出更好的抗腐蝕性。利用10磅/加侖的鹽水處理過的對照板的表面鏽明顯厚於沒有被噴塗的對照板的表面鏽。這對於對照板和利用聚丙烯醯胺處理過的板，同樣如此。對照板和那些用聚丙烯醯胺處理過的板兩者的表面區域均在100%的表面區域上具有鏽。
[0030]腐蝕實驗表明，本文所公開的液體在井中鋼表面與該液體接觸後，可為鋼表面提供防腐蝕保護。這意味著，含有特氟綸、油、表面活性劑的摩擦減小劑可被間歇性的泵送，以為井中的管的表面提供抗腐蝕保護並減小摩擦。
[0031]儘管已 經就具體細節描述了本發明，但是不希望這些細節被視為對本發明範圍的限制，除非其被包含在所附權利要求的範圍內。
【權利要求】
1.一種用於減小井中的鋼套管和油管的表面之間的摩擦的方法，所述方法包括以下步驟: a)配製油相，所述油相包括: i.油， ii.懸浮劑， iii.特氟絕粒子，以及 iv.表面活性劑，其使所述油溼潤所述套管和所述油管的所述表面； b)將所述油相加入水中以形成混合物；以及 c)將所述混合物泵送通過所述油管並且進入所述油管與所述套筒之間的環形部分，從而減小所述表面之間的摩擦。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述懸浮劑為亞乙基雙醯胺。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述表面活性劑為聚乙二醇600雙油酸脂妥爾油酸脂。
4.根據權利要求1所 述的方法，其中，所述油從由以下各項構成的組中選取:烴、合成油、植物油及其混合物。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述特氟綸粒子的尺寸在大約I微米到大約100微米的範圍內。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述油相還包含水溶性聚合物的分散體。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述油管為連續油管。
8.一種用於從井中的套管鑽取橋塞的方法，所述方法包括以下步驟: a)將油管置於所述井中，所述油管在遠端具有鑽頭； b)配製油相，所述油相包括: i.油， ii.懸浮劑， iii.特氟絕粒子以及 iv.表面活性劑，其使所述油溼潤所述套管和所述管道的表面； c)將所述油相加入水中以形成混合物；以及 d)在使所述鑽頭旋轉以鑽取所述橋塞的同時，將所述混合物泵送通過所述油管和所述鑽頭並且進入所述油管和所述鑽頭之間的環形部分。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述懸浮劑為亞乙基雙醯胺。
10.根據權利要求8所述的方法，其中，所述表面活性劑為聚乙二醇600雙油酸脂妥爾油酸脂。
11.根據權利要求8所述的方法，其中，所述油從由以下各項構成的組中選取:烴、合成油、植物油或其混合物。
12.根據權利要求8所述的方法，其中，所述特氟綸粒子的尺寸在從大約I微米到大約.100微米的範圍內。
13.根據權利要求8所述的方法，其中，所述油相還包含水溶性聚合物的分散體。
14.根據權利要求8所述的方法，其中，所述油管為連續油管。
15.根據權利要求8所述的方法，其中，所述混合物間歇性地與水一起被泵送通過所述油管。
16.一種減小管件的內表面或外表面上腐蝕的方法，所述方法包括以下步驟: a)配製製劑，所述製劑包括: i.油， ?.亞乙基雙醯胺， ii1.特氟絕粒子，以及 iv.表面活性劑，其使所述油溼潤所述管件的表面； b)將所述製劑加入水中， c)使所述製劑及載體液與所述管件的所述外表面或內表面接觸。
【文檔編號】C09K8/28GK103717700SQ201280015486
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年3月22日 優先權日:2011年3月30日
【發明者】傑裡·W·諾勒斯, 亞歷克斯·傑森·瓦特斯 申請人:科伊爾化學有限責任公司