[发明专利]磨细的重材料的输送

说明书

相关申请的交叉引用

依据美国专利法第35条(35U.S.C.)§119(e)，本申请要求了2006年11月3日提交的序列号为60/864，206的美国临时专利申请的优先权，并且通过引用其全部内容而结合在此。

技术领域

本发明涉及处理和输送磨细的重材料的方法。更具体而言，本发明涉及处理和输送磨细的重晶石的方法。再更具体而言，本发明涉及用化学添加剂处理磨细的重材料、用物理处理剂处理磨细的重材料以及气动输送磨细的重材料的方法。

背景技术

在整个石油天然气钻探过程中，井眼液有很多重要功能。其中一个功能就是在钻头与地壳摩擦时，冷却并润滑钻头。当钻头钻入地下时，产生“钻屑”，或小片的石头、粘土、页岩、砂砾等。井眼液能够用来将这些钻屑携带到地面。在钻进过程中，称为“套管”的大部分管段被插入到钻井中，以对齐钻孔并提供稳定性。本领域技术人员应当认识到，钻孔的未套管部分暴露在储油层的高压下，在可以安置套管之前必须保持稳定，否则，可能发生储油层“井涌”，或者极端情形下甚至会发生“井喷”，也就是灾难性的、不可控制的储油层流体涌入井眼。如果适宜地监控，井眼液能够提供足够的压力稳定性来阻止储油层流体的涌入。

在实现这些功能时，区别各种不同的井眼液的有效性的关键性质是密度，或者单位体积的质量。为了将钻屑传送到地表面，井眼液必须具有足够的密度。通过增加由井眼液施加到地层井底的表面上的压力，密度还有助于提高钻孔的稳定性。钻孔中的液柱产生与孔的深度和流体的密度成正比的流体静压(亦称压头)。所以，通过仔细地监视井眼液的密度来保证保持足够量的流体静压，就可以稳定钻孔并阻止储油层流体发生不期望的涌入。

长期以来，人们希望增加井眼液的密度，并且理所当然地存在各种方法。一种方法就是向井眼液中以盐水形式添加如氯化钠、氯化钙和溴化钙这样的溶解盐类。另一种方法就是向井眼液中添加惰性、高密度微粒以形成密度提高的悬浮液。这些惰性、高密度微粒通常被认为是“增重剂”，并且典型地包括重晶石、方解石或者赤铁矿的粉状矿物。

天然重晶石(硫酸钡)作为钻井液中的增重剂已经使用了多年。钻井级重晶石通常由包含硫酸钡的矿石生产，这些矿石来自单一来源，或通过混合来自多个来源的物料产生。它也可能包含除了硫酸钡矿物以外的其它材料，由此在颜色方面可能有变化，从灰白色到灰色或者褐红色都有。美国石油学会(API)已经发布了磨细的重晶石必须符合的国际标准。这些标准收录在美国石油学会技术规范的13A，第2部分中。

本领域已经公知，在钻井处理过程中，增重剂以及钻屑会产生沉降或者″下沉″，这可能导致大量与此密切相关的问题，比如漏失循环液、井失控、被卡和固井作业不佳。粒子从井眼液中沉淀出来，发生下沉现象。此沉淀导致在泥浆密度或″泥浆重量″方面产生重要的局部变化，两者都比名义上的或者要求的泥浆重量或高或低。当起下钻、测井或套管开动后，井眼液循环倒置时，一般会发生这种现象。典型地，在倒置循环中，轻泥浆之后是重泥浆。

下沉受多种因素的影响，这些因素涉及操作实践或钻井液情况，例如：低剪切情况、钻柱旋转、时间、单井设计、钻井液配方和性能，以及增重剂的质量。下沉现象倾向于在斜井中发生，且在加长的井中最为严重。众所周知，对于使用粒状增重剂的钻井液，在井眼的下侧发生差压卡钻或粒状增重剂的沉淀。

粒度和密度决定了增重剂的质量，质量又与下沉程度相关联。因此理论上，遵循颗粒越轻和越小，下沉越少。然而，传统的观点认为，减小增重剂的粒度会导致流体粘度发生不适当的增加，尤其是其塑性粘度增加。塑性粘度通常被认为是对流体流动的内阻的测量尺度，这可能源于存在于给定流体中的固体的数量、类型或者尺寸。理论已经表明，塑性粘度的这种增加源于粒度的减小--由此增加了颗粒的总表面积--是由吸附在颗粒表面的如水或钻井液之类的流体的体积的相应增加而引起的。因此，低于10μm的粒度是不宜的。

由于增重剂的质量，通常结合各种添加剂，以产生足够的流变性，从而允许井眼液将其悬浮，无论在动态还是静态条件下都不沉淀或″下沉″。这些添加剂可以包括胶凝剂，比如用于水基流体的膨润土或用于油基流体的有机改性膨润土。添加足够数量的胶凝剂以增加流体的悬浮同时又不增加流体的粘度而导致可泵送性减弱，在上述两者之间存在平衡。也可添加如黄原胶这样的可溶性聚合物增粘剂来减缓增重剂的沉降速率。