[发明专利]含水钻井泥浆及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及预处理粘土。它们的制备、和它们在配制对层状粘土没有侵蚀性钻井泥浆中的应用。

在油井钻井中经常使用含粘土(特别是膨润土)和各种添加剂的水基流体，其中为了获得理想的流变性分散剂是必须的。与油基泥浆相比较，这些水基泥浆表现出成本低和污染性低的优点；不幸的是，它们表现出对在钻孔钻井过程中遇到的粘土层和对在同一钻井过程中产生的粘土渣具有侵蚀性的缺点。

这种粘土分散到流体中引起钻井液体的流变性变差，结果造成钻孔侧壁部分或、在最坏情况下全部倒塌。

该侵蚀性部分地是由于分散剂造成的，为了使膨润粘土更好的分散和使泥浆具有合适的流动性，通常向泥浆中加入聚合物类分散剂。然而事实上该聚合物类分散剂仅部分的被吸附在膨润土上，因此在溶液中仍游离的部分分散剂仍能在层状粘土上和在含有钻井废渣料的粘土上起作用，从而增加了上述问题。

为了解决、或至少减少这些缺点，在现有技术中描述进一步使用添加剂(这不论怎样造成总泥浆成本的增加)。例如，US4664818要求一种用于钻孔钻井流体的添加剂，它是由部分水解共聚(丙烯酸酯-丙烯酰胺)、羧甲基纤维素和KCl构成的，其含量大于50％。

GB-A-2216574指出将一种聚甘油加入到钻井泥浆中，以解决该问题。

EP-A-333458公开的是可溶于水的高分子量添加剂的混合物，当其用碱和一种或多种具有足够高碱性的钾盐处理时能够形成足够强的亲核位点，从而将钻井泥浆的pH值增加至高于9。

US-A-3953336要求了含有一种纤维素衍生物的水基泥浆的应用。

本申请人已发现了一种新的制备钻井泥浆的方法，它减少了对层状粘土的侵蚀性，它通过不含有超过最少量的溶于溶液中的游离分散剂而克服了现有技术中存在的缺陷。

按照以上所述，本发明涉及制备含水粘土基钻井泥浆的方法，该泥浆对层状粘土没有侵蚀性，该方法包括：(1)在含有使泥浆液体化所需要用量的分散剂的水溶液中分散粘土；(2)从含有未吸附的分散剂的水溶液中分离出粘土；(3)为了配制泥浆重新在水中分散该处理过的粘土。按照优选的实施方案，为了制备泥浆而使用的粘土是膨润土。

为了使膨润土泥浆流化，量常用的分散剂是木质素磺酸盐、褐煤、聚丙烯酸盐以及部分水解聚丙烯酰胺。

按照本发明的优选实施方案，该分散剂是聚丙烯酸盐或它们的共聚物，而更优选为聚丙烯酸盐。

为了使所述泥浆流化，所需要的分散剂的用量取决于该分散剂的化学性质、以及膨润土的类型。

当使用木质素分散剂时，其用量通常处于0.5至3％的范围内(以泥浆的重量为基)，而当使用聚合物分散剂时，其用量处于0.03至0.5％(重量比)的范围内。

可以将粘土悬浮于水中，并且加入分散剂、或者没有什么不同地，将分散剂的水溶液加入到未处理的粘土中。

为了实现分散剂的吸附，膨润土的水分散溶液和分散剂用一段至少足够长的时间进行混合；所述时间通常为约30分钟。

在这一步骤过程中，该分散剂的一部分吸附于粘土表面上，并与剩余在溶液中的平衡。在粘土表面上吸附量为相应于固体分散剂平衡的用量。对于聚丙烯酸类分散剂，其用量是为了使该泥浆流化而加入的总用量的约三分之一。

用该分散剂平衡的粘土的温度不是一定的；该方法优选在10至40℃温度范围内进行。

然后回收预处理粘土，即在其表面用分散剂添加剂包裹的粘土。

所述粘上能按照固-液分离的已知技术、优选使用离心作用从该水溶液中分离出来。

该粘土回收步骤之后可以后续一次或多次水洗涤步骤，以便完全去除任何对粘土没有强键合的分散剂。

随后，将该处理过的粘土在水中重新分散，并将所得到的泥浆用作钻孔的钻井流体，且特别适用于具有约120-170℃温度的钻井油井中。

所得的钻井泥浆能与其它通常在最后的配方中施用的添加剂相混合。因此，例如，增稠剂、流体损失添加剂、过滤控制剂、等等都能被加入。

另外，为了调节离子强度、，可以向该配制的钻井泥浆中加入可水溶性的盐，还可以加入适当的物质将该泥浆的pH值调至理想值。通常，这样配制的泥浆的pH值的范围是在9-12之间。

在这样处理的膨润土的重新分散不会使已吸附的分散剂去除(至少在通常钻井泥浆使用时间和温度条件下)。这意味着所述吸附的分散剂将继续在即使溶液中缺少其它分散剂的条件下作为膨润上的分散剂发挥其作用。