[發明專利]水基完井和置換流體以及應用方法

無效

• 申請號: 200680017831.3
• 申請日: 2006-04-05
• 公開（公告）號: CN101180448A
• 公開（公告）日: 2008-05-14
• 發明（設計）人: 查爾斯·斯沃博達;雷蒙德·D·拉維茨;馬克·盧伊斯特
• 申請（專利權）人: M－I有限公司
• 主分類號: E21B21/06
• 分類號: E21B21/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 王旭

發明背景

在35?U.S.C.§119下，本申請要求于2005年4月5日提交的美國申請系列60/668,485的優先權。該申請通過引用將其整體結合于此。

發明領域

實施方案一般涉及井筒流體。更具體地，實施方案涉及置換和化學破乳劑流體。

背景技術

在井筒鉆井過程中，典型地將各種流體用于井中作各種功用。所述流體可以通過鉆桿和鉆頭循環流到井筒中，然后接著可以通過井筒向上流到地面。在這一循環中，鉆井流體可能起的作用有：將鉆井切屑從孔底移除到地面；當循環被阻斷時使切屑和加重材料(weighting?material)懸浮；控制地下壓力；保持井筒的完整性，一直到井斷面被下套管(cased)并用水泥粘合；通過提供充分的流體靜壓力將流體與地層(formation)分離，從而防止地層流體流入到井筒中；冷卻并且潤滑鉆柱和鉆頭；和/或使滲透速率最大。

在大多數旋轉鉆井過程中，鉆井流體采用“泥漿”形式，即，固體混懸在其中的液體。該固體起的作用是賦予鉆井流體理想的流變學特征，并且還增加其密度，以在井底提供適當的流體靜壓力。鉆井泥漿可以是水基的或油基的泥漿。

鉆井泥漿可以由添加到水基流體中以獲得需要的粘度和過濾性質的聚合物、生物聚合物、粘土和有機膠體組成。可以加入重礦物，諸如重晶石或碳酸鈣，以增加密度。來自地層的固體合并到泥漿中，并且由于鉆井的原因通常變成分散在泥漿中。此外，鉆井泥漿可以含有一種或多種天然的和/或合成的聚合物添加劑，包括增加鉆井泥漿的流變性質(例如，塑粘度、屈服點值、凝膠強度)的聚合物添加劑、以及聚合物稀釋劑和絮凝劑。

包含在鉆井流體中的聚合物添加劑可以作用為流體損失控制劑。流體損失控制劑，諸如淀粉，通過減少形成在新暴露的巖石表面上的濾餅的滲透性而防止流體向周圍地層的流失。另外，聚合物添加劑用來賦予泥漿充分的承載能力和觸變性，以使得泥漿能夠將切屑向上運到地面，并且當循環阻斷時防止切屑從泥漿中沉淀出來。

可以將許多鉆井流體設計成形成薄的、低滲透性的濾餅，以密封被鉆頭穿過的可滲透性地層。濾餅對于防止或減少流體向地層流失以及在地層中存在的流體的流入很重要。當鉆井完成時，在隨后的完井(completion)操作中，諸如井筒中的礫石充填的放置，濾餅可以穩定井筒。濾餅一般包含橋連顆粒、由鉆井過程產生的切屑、聚合物添加劑和沉淀物。鉆井流體的一個特征是將這些固體和半固體顆粒保持為穩定的混懸液，在鉆井操作的時間量程中沒有顯著的沉淀。

用于鉆井應用中的鉆井流體類型的選擇涉及鉆井流體在具體應用中好的和壞的特征與要鉆的井的類型這兩者的認真平衡。選擇油基鉆井流體(也叫作油基泥漿)的主要益處包括：優越的孔穩定性，特別是在頁巖地層中，形成比用水基泥漿獲得的濾餅更薄的濾餅，鉆柱和向下鉆井的工具的潤滑極好，并且穿透鹽床而不使孔坍塌或者使孔擴大，以及本領域的技術人員應該知道的其它益處。

油基泥漿的一個特別有益的特征是它們極好的潤滑性質。這些潤滑特征允許鉆成具有顯著垂向偏差的井，這是不在陸地上或深水鉆井操作或者當需要水平井時所特有的。在這樣高度傾斜的孔中，鉆柱的扭矩和牽引(drag)成為顯著的問題，原因在于鉆桿位于孔的下側，并且當使用水基泥漿時，管道粘附的風險高。相反，油基泥漿提供了幫助防止管道粘附的薄的、光滑的濾餅，因此，油基泥漿的使用是合理的。

盡管使用油基泥漿具有許多益處，但是它們也具有缺點。一般而言，油基鉆井流體和泥漿的使用具有很高的啟動和運作成本。這些成本可能顯著地取決于要鉆的孔的深度。然而，如果油基鉆井流體防止塌陷或者孔的擴大，這些可能極大地增加鉆井時間和成本，那么更高的成本通常是合理的。

油涂布的切屑的處理是另一個主要問題，特別是對于不在陸地上或深水鉆井操作。在后面的這些情形中，切屑必須用去污劑溶液將油清洗干凈，去污劑溶液也必須進行處理，或者切屑必須裝運返回到岸上進行環境安全方式的處理。必須要考慮的另一個因素是當地政府的規定，其可能出于環境原因而限制油基鉆井流體和泥漿的應用。

油基泥漿典型地包含一些水，其來自鉆井流體配方自身，或者水可以是為改變鉆井流體或泥漿的性質而有意添加的。在這樣的油包水型的乳液(也叫作逆乳液)中，使用乳化劑來穩定所述乳液。一般而言，逆乳液可能包含水溶性和油溶性的乳化劑。這樣的乳化劑的典型實例包括多價金屬皂類、脂肪酸類和脂肪酸皂類、以及本領域的普通技術人員應該知道的其它類似的合適的化合物。