[發明專利]提高增重劑的氣動處理特性的方法

無效

• 申請號: 200710307180.8
• 申請日: 2007-11-02
• 公開（公告）號: CN101289613A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 韋恩·馬特洛克;安德魯·伯恩
• 申請（專利權）人: M－I有限公司
• 主分類號: C09K8/03
• 分類號: C09K8/03;C09C3/04;C09C3/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 陳平

相關申請的相互參考

依據美國專利法第35條(35U.S.C.)§119(e)，本申請要求了2006年11月3日提交的序列號為60/864,243的美國臨時專利申請的優先權，并且通過引用其全部內容而結合在此。

技術領域

本公開內容主要涉及加工增重劑的方法。更特別地，本公開內容涉及加工具有改善氣動輸送性的細微磨碎的增重劑的方法。還更特別地，本公開內容涉及采用化學添加劑來加工細微磨碎的增重劑以生產具有改善氣動輸送性的增重劑的方法。

背景技術

在整個石油天然氣鉆探過程中，井眼液有很多重要功能。其中一個功能就是在鉆頭與地殼摩擦時，冷卻并潤滑鉆頭。當鉆頭鉆入地下時，產生“鉆屑”，或小片的石頭、粘土、頁巖、砂礫等。井眼液能夠用來將這些鉆屑攜帶到地面。在鉆進過程中，稱為“套管”的大部分管段被插入到鉆井中，以對齊鉆孔并提供穩定性。本領域技術人員應當認識到，鉆孔的未套管部分暴露在儲油層的高壓下，在可以安置套管之前必須保持穩定，否則，可能發生儲油層“井涌”，或者極端情形下甚至會發生“井噴”，也就是災難性的、不可控制的儲油層流體涌入井眼。如果適宜地監控，井眼液能夠提供足夠的壓力穩定性來阻止儲油層流體的涌入。

在實現這些功能時，區別各種不同的井眼液的有效性的關鍵性質是密度，或者單位體積的質量。為了將鉆屑傳送到地表面，井眼液必須具有足夠的密度。通過增加由井眼液施加到地層井底的表面上的壓力，密度還有助于提高鉆孔的穩定性。鉆孔中的液柱產生與孔的深度和流體的密度成正比的流體靜壓(亦稱壓頭)。所以，通過仔細地監視井眼液的密度來保證保持足夠量的流體靜壓，就可以穩定鉆孔并阻止儲油層流體發生不期望的涌入。

長期以來，人們希望增加井眼液的密度，并且理所當然地存在各種方法。一種方法就是向井眼液中以鹽水形式添加如氯化鈉、氯化鈣和溴化鈣這樣的溶解鹽類。另一種方法就是向井眼液中添加惰性、高密度微粒以形成密度提高的懸浮液。這些惰性、高密度微粒通常被認為是“增重劑”，并且典型地包括重晶石、方解石或者赤鐵礦的粉狀礦物。

天然重晶石(硫酸鋇)作為鉆井液中的增重劑已經使用了多年。鉆井級重晶石通常由包含硫酸鋇的礦石生產，這些礦石來自單一來源，或通過混合來自多個來源的物料產生。它也可能包含除了硫酸鋇礦物以外的其它材料，由此在顏色方面可能有變化，從灰白色到灰色或者褐紅色都有。美國石油學會(API)已經發布了磨細的重晶石必須符合的國際標準。這些標準收錄在美國石油學會技術規范的13A，第2部分中。

本領域已經公知，在鉆井處理過程中，增重劑以及鉆屑會產生沉降或者″下沉″，這可能導致大量與此密切相關的問題，比如漏失循環液、井失控、被卡和固井作業不佳。粒子從井眼液中沉淀出來，發生下沉現象。此沉淀導致在泥漿密度或″泥漿重量″方面產生重要的局部變化，兩者都比名義上的或者要求的泥漿重量或高或低。當起下鉆、測井或套管開動后，井眼液循環倒置時，一般會發生這種現象。典型地，在倒置循環中，輕泥漿之后是重泥漿。

下沉受多種因素的影響，這些因素涉及操作實踐或鉆井液情況，例如：低剪切情況、鉆柱旋轉、時間、單井設計、鉆井液配方和性能，以及增重劑的質量。下沉現象傾向于在斜井中發生，且在加長的井中最為嚴重。眾所周知，對于使用粒狀增重劑的鉆井液，在井眼的下側發生差壓卡鉆或粒狀增重劑的沉淀。

粒度和密度決定了增重劑的質量，質量又與下沉程度相關聯。因此理論上，遵循顆粒越輕和越小，下沉越少。然而，傳統的觀點認為，減小增重劑的粒度會導致流體粘度發生不適當的增加，尤其是其塑性粘度增加。塑性粘度通常被認為是對流體流動的內阻的測量尺度，這可能源于存在于給定流體中的固體的數量、類型或者尺寸。理論已經表明，塑性粘度的這種增加源于粒度的減小--由此增加了顆粒的總表面積--是由吸附在顆粒表面的如水或鉆井液之類的流體的體積的相應增加而引起的。因此，低于10μm的粒度是不宜的。

由于增重劑的質量，通常結合各種添加劑，以產生足夠的流變性，從而允許井眼液將其懸浮，無論在動態還是靜態條件下都不沉淀或″下沉″。這些添加劑可以包括膠凝劑，比如用于水基流體的膨潤土或用于油基流體的有機改性膨潤土。添加足夠數量的膠凝劑以增加流體的懸浮同時又不增加流體的粘度而導致可泵送性減弱，在上述兩者之間存在平衡。也可添加如黃原膠這樣的可溶性聚合物增粘劑來減緩增重劑的沉降速率。