[发明专利]亲有机粘土添加剂和具有更少依赖于温度的流变学特性的油基钻井液

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的油基钻井液，油基钻井液作为钻井液在石油服务行业是已知的，并具体地，本发明涉及一种水分散在油基介质中的油基转化乳浊型钻井液，该钻井液包含规定的亲有机粘土。

背景技术

油基钻井液

自从石油钻井作业在美国刚刚开始，美国的石油生产行业就已经使用了钻井液。钻井液及其化学研究已经成为科学研究的重要领域，并且从其开始到今天经历了许多变革。

在现代作业中使用的钻井液是在钻井后在巨大的压力下被泵送通过先前放进地层的长管“柱”，然后(在钻孔的正底端)通过钻头的中心，再通过在钻管外侧与钻孔壁之间的小空间被送回。钻井液，即液体载体系统，通常含有油(柴油、矿物和聚烯烃)、丙二醇、甲基苷、改良酯醚、水以及不同比例的油和水的乳剂。

钻井液是触变性系统；就是说，当被剪切，比如在(泵的作用下)搅拌或者流动时，它具有低的粘性，但是当这样的剪切动作停止时，它就变浓，以稳定当前位置的钻屑。在悬浮材料发生明显距离的下落之前，这样的液体必须迅速地变浓，达到足够的凝胶强度，而且这种行为必须在所有可遇到的温度下都能完全地可逆。另外，当是自由流动的液体时，所述液体必须保持足够高的粘度以从钻孔的底部将所有多余的微粒物质携带到地面上。

钻井液必须实现宽温度范围内的许多相互关联的功能，以满足商业钻井液的需求。现代钻井中在非常高的温度下，利用目前在市场上能够买到的具有流变学特性的商用钻井液添加剂，要保持这些功能，已证明极其困难。这些功能分组如下：

(1)钻井液必须持续地润滑钻头，以促进充分钻井和延迟钻头磨损，

(2)钻井液必须具有适当的浓度或粘度以符合钻井业主/操作者所需要的各种指标，

(3)钻井液必须提供过滤控制，

(4)当钻井被中断时，钻井液必须悬浮并运输固体颗粒，比如增重剂(以增加泥浆的比重；通常是重晶石，一种硫酸钡矿石，被研磨成细小颗粒)，和

(5)钻井液必须控制地层压力。

在钻井液遍布所有长度的钻孔的时间内，必须令人满意地具有上述功能。因为钻孔钻孔会有数万英尺长，会遇到极端高的温度和极端低的温度，这种温度的改变特别会影响钻井液的物理特性和性能。由于a)所遇温度(高至500℉)、b)持续时间、c)压力(从只有几巴到由液体柱施加的能穿过几千英尺的压力)和d)钻井方向(从垂直到水平)的宽范围，在钻井过程中会发生不同的控制措施。

最后，需要指出，这也很重要的，即钻井液必须执行它的各种功能，不但当钻头实际到达钻孔底端的时候，而且在所有的时间和在井孔内的所有位置。

“泥浆化学”的科学家面临的一个首要问题是，如何生产具有上述必须的辅助触变特性，而且同时在宽的温度范围内拥有非常重要的流变学特性、具有令人满意的分散能力的增稠剂、触变胶和钻井液。虽然这些可变液体的成分被认为是“妖术”，实际上，利用复杂的化学和数学计算、建模及流变学分析，钻井液及其添加剂涉及高度复杂的化学和流变学分析。

温度敏感性

在现代，用于勘探和开采井的烃钻井在水上钻井平台即通常称为近海钻井的作业中日益得到使用。这样的淡水和海水的钻井使用以某种方式被固定在地球表面下的驳船和钻塔。

经济和科技的进步最近推动这些钻井作业进入更恶劣的环境。尽管设备和工程方面的提高已经获得至10000英尺以上的水深的钻井技术能力，但是在钻井液技术的提高已经落后了。

用于新钻井液系统的一个重要的应用领域是地热钻井，特别是当以一定角度而不是垂直地钻井的时候。本发明的一个目的是，制造可利用的工业用钻井液，其对大范围和“烫”的温度范围具有改进的特性。所述系统能够被用于以地面为基地的钻井作业以及近海作业中。

在过去十年中，由于定向钻探技术的变化，改进温度特性的钻井液既变得更重要也变得更复杂。这样的钻井也被称为偏斜井；偏斜角度的范围能够从几度到水平。

通过刚好在钻头上方的固定弯管或弯曲的引入，孔底电机的使用允许钻孔发生偏斜。这种弯管或弯曲能够通过现代MWD系统进行定向，所述MWD系统能够精确地报告当前钻头的位置和刀面的孔角及方位角(即，相对于钻孔上方部分的定位)。因此，可能的是，旋转钻柱直到刀面已经到达所需的偏斜方向，然后将钻柱固定在位，并且通过启动所述电机开始偏移以使钻孔向着所需的偏斜方向延伸。