[发明专利]用于井眼液的沉淀的增重剂

说明书

本申请是申请日为2007年9月11日、中国申请号为200780041191.4、PCT申请号为PCT/US2007/078159且发明名称为《用于井眼液的沉淀的增重剂》的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

依照35U.S.C.§119，本申请要求2006年9月11日提交的美国专利申请60/825,156的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用结合在此。

技术领域

本发明中所公开的实施方案总体上涉及井眼液。特别地，本发明中所公开的实施方案涉及用于井眼液的沉淀的增重剂。

背景技术

当在地层中钻井或完井时，由于各种原因，通常在井中使用各种流体。井液的一般用途包括：在普通钻井或钻开(即，钻开目标含油地层)时润滑和冷却钻头切削表面；将“岩屑”(由于钻头上的齿的切削作用而移除的地层片)运输到地表上；控制地层流体压力以防止喷出；保持井稳定性；将固体悬浮于井中；将钻井地层中的滤失最小化，并且稳定钻井通过的地层；将井附近的地层压裂；用另一种流体代替井内的流体；将井进行清洗；对井进行测试；将水马力传递到钻头上；将流体用于安置封隔器，废弃井或者准备废弃井，以及另外用于对井或地层进行处理。

通常，钻井液应当可在压力下向下泵送，通过钻管柱，然后通过并到达深入地层的钻头头部周围，然后通过在钻杆外部与井壁或套管之间的环状空间返回到地表。除了提供钻井润滑性和效率以及减缓磨损以外，钻井液还应当使固体颗粒悬浮并向地表输送固体颗粒以进行滤砂和处理。此外，该流体应当能够使添加的增重剂(为了增加泥浆的比重)悬浮，并且输送粘土和能够粘附到并覆盖井眼表面的其它物质，所述增重剂通常为磨细的重晶石(硫酸钡矿石)。

钻井液通常具有触变性流体体系的特性。即，当被剪切时，例如当循环时，它们表现出低的粘度(在泵送或与移动钻头接触过程中出现的)。然而，当停止剪切作用时，流体应当能够悬浮其所含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接近易流动液体时，它必须保持足够高的粘度，以将来自井眼底部的所有多余的粒状物质带到地表上。钻井液配剂还应当允许将岩屑和其它多余的粒状材料移除，或者另外从液体部分中沉降出来。

越来越需要具有能够使这些井的钻井更容易的流变性曲线的钻井液。具有定制的流变性的钻井液确保从井眼中尽可能有效率和有效地移除岩屑，以避免在井中形成岩屑床，这可能导致钻柱被卡住，以及其它的问题。出于钻井液水力学(当量循环密度)观点，还需要降低循环流体所需的压力，这有助于避免将地层暴露于可能压裂地层，导致流体损失并且可能导致井损失的过度压力下。另外，改善的曲线必需防止流体中的加重剂的沉降或下降，如果这种情况发生，可能导致循环流体体系中的不均匀密度曲线，从而可能导致井控(气体/流体注入)和井眼稳定性问题(坍塌/裂纹)。

为了获得满足这些要求所需的流体特性，流体必须容易泵送，因此需要最低量的压力，以迫使它穿过循环流体体系中的限制部分(restriction)，例如钻头喷嘴或测井下井仪。或者换言之，在高剪切条件下，流体必须具有可能最低的粘度。相反，在其中流体流动面积大并且流体速度缓慢，或存在低剪切条件的井区中，流体粘度必须尽可能高，以悬浮并且输送钻出的岩屑。这还适用于在流体在井眼中保持静态的时候，其中需要将岩屑和加重料保持悬浮以防止沉降。然而，还应当指出，流体的粘度不应当在静态条件下继续增加至不可接受的水平。另外当需要再次循环流体时，这可能导致可以压裂地层的过度压力，或者换句话说，如果要求收回充分循环流体体系的压力超过泵的限度，它可能导致损失时间。

井眼液还必须对井眼的稳定性有贡献，并且控制来自地层孔隙的气体、油或水的流动，以防止例如地层流体的流出或井喷，或加压的地层的倒塌。井眼内的液柱施加与井眼的深度和流体的密度成正比的静压。高压地层可能需要比重高达3.0的流体。

多种材料目前被用于增加井眼液的密度。这些材料包括溶解的盐，如氯化钠、氯化钙和溴化钙。作为选择，将粉末状的矿物，如重晶石、方解石和赤铁矿加入到流体中以形成密度增加的悬浮液。还已经描述了金属粉末如铁作为钻井液中的增重材料的使用，其中所述增重材料包括直径小于250μm并且优选在15和75μm之间的铁/钢球形颗粒。还已经提出了细粉末状的碳酸钙或碳酸铁的使用；然而，此类流体的塑性粘度随着粒度的减小而快速地增加，从而限制了这些材料的应用。