[发明专利]高性能水基流体

说明书

发明背景

发明领域

在本文中公开的实施方案总体上涉及井筒液的组分。特别地，实施方案涉及水基井筒液及其组分。

背景技术

当在地层中钻井或完井时，由于多种原因而在井中典型使用多种流体。井液的普通用途包括：在通常钻井或钻入(即，钻入目标含油地层)的同时润滑和冷却钻头切割表面，将“切屑”(通过钻头上的齿的切割作用移走的地层的碎块)运输到地表，控制地层流体压力以防止喷出，保持井稳定性，悬浮井中的固体，最小化进入到通过其进行钻井的地层中的滤失并且稳定所述地层，压裂井附近的地层，将井内的流体用另一种流体置换，清洁井，测试井，对钻头、用于放置封隔器的流体传输水力功率，报废井或准备报废井，以及另外处理井或地层。

在大多数旋转钻井程序中，钻井液采取“泥浆”的形式，即一种具有悬浮在其中的固体的液体。该固体起到对钻井液赋予期望的流变性质并且还增加其密度的作用，以在井的底部提供适当的流体静压力。

钻井液的特征通常表现为触变性流体体系。即，当被剪切时，例如当处于循环中时(如在泵送或与移动的钻头接触时发生)，它们表现出低粘度。然而，当剪切作用停止时，该流体应该能够悬浮它含有的固体以防止重力分离。另外，当钻井液处于剪切条件下并且是一种自由流动的近似液体(near liquid)时，它必须保持足够高的充分粘度，以将所有不想要的颗粒物质从井筒的底部携带到地表。钻井液制剂还应当允许将切屑和其它不想要的颗粒材料从液体部分中移除或以另外的方式沉降出来。

对于具有使得能够更容易地钻井的流变特性(profiles)的钻井液存在着日益增加的需求。具有订制流变性质的钻井液保证了：尽可能有效率地并且有效地从井筒移除切屑，以避免在井中形成切屑床，所述切屑床除了别的问题以外会致使钻柱变得卡住。从钻井液水力学观点(当量循环密度(equivalent circulating density))来看，还需要减小用于循环流体所需的压力，从而减小地层对过多力的暴露，所述过多力会压裂地层，从而导致流体和可能的井的损失。此外，增强的分布(profile)是必要，以防止加重剂在流体中的沉降或下沉(sag)，如果这种情况发生了，其会在循环流体体系内导致不均匀的密度分布，所述不均匀的密度分布会导致井控制(气体/流体流入)和井筒稳定性问题(形成洞穴/断裂)。

为了得到满足这些挑战所需要的流体特性，流体必须容易泵送，使得它需要最小量的压力以迫使其通过循环液体体系的限制，例如钻头喷嘴或者井下工具。换言之，流体必须在高剪切条件下具有尽可能低的粘度。相反的，在流体流动面积大或者流体速度慢或者低剪切条件下的井区，流体的粘度需要尽可能高，以悬浮并且运输钻屑。这也适用于当流体被静止留在井眼中的时期，其中切屑和加重材料需要保持悬浮以防止沉降。然而，还应当指出，流体的粘度在静止条件下不应继续增加到不可接受的水平。否则，当流体需要再次循环时，如果需要恢复完全循环流体体系所需的力超过了泵的极限，这会导致会压裂地层的过量压力，或者导致损失时间。

钻井液典型根据它们的基本材料而分类。钻井泥浆可以是具有在其中悬浮的固体粒子的水基泥浆，或具有在油中乳化以形成不连续相的水或盐水以及在油连续相中悬浮的固体粒子(particules)的油基泥浆。

在离岸和内陆钻井驳船和平台上，钻屑由钻井液从井眼向上运送。水基钻井液对于在某些类型的地层中的钻井可以是适合的；然而，对于在其它地层中的适当钻井，适宜的是使用油基钻井液。在油基钻井液的情况下，切屑，除了通常含有水分以外，涂布有可以渗透到各个切屑内部的油质钻井液的粘附膜或层。这是真实的，尽管使用了各种的振动筛，机械分离装置，和各种化学和清洗技术。由于对环境的污染，无论是在水上还是陆上，切屑在移除污染物之前都不能适当地丢弃。

因此，历史上，大部分的石油和天然气勘探是用水基泥浆进行的。此优先选择的主要原因是价格和环境相容性。用过的泥浆和用水基泥浆钻制的来自井的切屑在大多数陆上地点可以容易地就地处置并且在美国许多近海水域从平台排放，只要它们符合当前的流出物限制方针，排放标准，和其它许可限制即可。如上所述，由柴油或矿物油制成的传统油基泥浆在比水基钻井液更加昂贵的同时对环境有害。