[发明专利]水基完井和置换流体以及应用方法

说明书

发明背景

在35 U.S.C.§119下，本申请要求于2005年4月5日提交的美国申请系列60/668,485的优先权。该申请通过引用将其整体结合于此。

发明领域

实施方案一般涉及井筒流体。更具体地，实施方案涉及置换和化学破乳剂流体。

背景技术

在井筒钻井过程中，典型地将各种流体用于井中作各种功用。所述流体可以通过钻杆和钻头循环流到井筒中，然后接着可以通过井筒向上流到地面。在这一循环中，钻井流体可能起的作用有：将钻井切屑从孔底移除到地面；当循环被阻断时使切屑和加重材料(weighting material)悬浮；控制地下压力；保持井筒的完整性，一直到井断面被下套管(cased)并用水泥粘合；通过提供充分的流体静压力将流体与地层(formation)分离，从而防止地层流体流入到井筒中；冷却并且润滑钻柱和钻头；和/或使渗透速率最大。

在大多数旋转钻井过程中，钻井流体采用“泥浆”形式，即，固体混悬在其中的液体。该固体起的作用是赋予钻井流体理想的流变学特征，并且还增加其密度，以在井底提供适当的流体静压力。钻井泥浆可以是水基的或油基的泥浆。

钻井泥浆可以由添加到水基流体中以获得需要的粘度和过滤性质的聚合物、生物聚合物、粘土和有机胶体组成。可以加入重矿物，诸如重晶石或碳酸钙，以增加密度。来自地层的固体合并到泥浆中，并且由于钻井的原因通常变成分散在泥浆中。此外，钻井泥浆可以含有一种或多种天然的和/或合成的聚合物添加剂，包括增加钻井泥浆的流变性质(例如，塑粘度、屈服点值、凝胶强度)的聚合物添加剂、以及聚合物稀释剂和絮凝剂。

包含在钻井流体中的聚合物添加剂可以作用为流体损失控制剂。流体损失控制剂，诸如淀粉，通过减少形成在新暴露的岩石表面上的滤饼的渗透性而防止流体向周围地层的流失。另外，聚合物添加剂用来赋予泥浆充分的承载能力和触变性，以使得泥浆能够将切屑向上运到地面，并且当循环阻断时防止切屑从泥浆中沉淀出来。

可以将许多钻井流体设计成形成薄的、低渗透性的滤饼，以密封被钻头穿过的可渗透性地层。滤饼对于防止或减少流体向地层流失以及在地层中存在的流体的流入很重要。当钻井完成时，在随后的完井(completion)操作中，诸如井筒中的砾石充填的放置，滤饼可以稳定井筒。滤饼一般包含桥连颗粒、由钻井过程产生的切屑、聚合物添加剂和沉淀物。钻井流体的一个特征是将这些固体和半固体颗粒保持为稳定的混悬液，在钻井操作的时间量程中没有显著的沉淀。

用于钻井应用中的钻井流体类型的选择涉及钻井流体在具体应用中好的和坏的特征与要钻的井的类型这两者的认真平衡。选择油基钻井流体(也叫作油基泥浆)的主要益处包括：优越的孔稳定性，特别是在页岩地层中，形成比用水基泥浆获得的滤饼更薄的滤饼，钻柱和向下钻井的工具的润滑极好，并且穿透盐床而不使孔坍塌或者使孔扩大，以及本领域的技术人员应该知道的其它益处。

油基泥浆的一个特别有益的特征是它们极好的润滑性质。这些润滑特征允许钻成具有显著垂向偏差的井，这是不在陆地上或深水钻井操作或者当需要水平井时所特有的。在这样高度倾斜的孔中，钻柱的扭矩和牵引(drag)成为显著的问题，原因在于钻杆位于孔的下侧，并且当使用水基泥浆时，管道粘附的风险高。相反，油基泥浆提供了帮助防止管道粘附的薄的、光滑的滤饼，因此，油基泥浆的使用是合理的。

尽管使用油基泥浆具有许多益处，但是它们也具有缺点。一般而言，油基钻井流体和泥浆的使用具有很高的启动和运作成本。这些成本可能显著地取决于要钻的孔的深度。然而，如果油基钻井流体防止塌陷或者孔的扩大，这些可能极大地增加钻井时间和成本，那么更高的成本通常是合理的。

油涂布的切屑的处理是另一个主要问题，特别是对于不在陆地上或深水钻井操作。在后面的这些情形中，切屑必须用去污剂溶液将油清洗干净，去污剂溶液也必须进行处理，或者切屑必须装运返回到岸上进行环境安全方式的处理。必须要考虑的另一个因素是当地政府的规定，其可能出于环境原因而限制油基钻井流体和泥浆的应用。

油基泥浆典型地包含一些水，其来自钻井流体配方自身，或者水可以是为改变钻井流体或泥浆的性质而有意添加的。在这样的油包水型的乳液(也叫作逆乳液)中，使用乳化剂来稳定所述乳液。一般而言，逆乳液可能包含水溶性和油溶性的乳化剂。这样的乳化剂的典型实例包括多价金属皂类、脂肪酸类和脂肪酸皂类、以及本领域的普通技术人员应该知道的其它类似的合适的化合物。