[發明專利]含有定尺寸粘土材料的井筒流體及其使用方法

無效

• 申請號: 200880130232.1
• 申請日: 2008-05-09
• 公開（公告）號: CN102083936A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 尼爾·布朗;姆凱什·卡皮拉
• 申請（專利權）人: M-I有限公司
• 主分類號: C09K8/04
• 分類號: C09K8/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 柳春琦

發明背景

發明領域

本文中公開的實施方案基本上涉及其中具有粘土材料的井筒流體。具體地，本文中公開的實施方案基本上涉及含有定尺寸粘土材料(size?clay?material)的井筒流體及其使用方法。

背景技術

當在地層中鉆井或完井時，為了各種原因而典型地將各種流體用于井中。用于井液的普通方法包括：在一般的鉆井或鉆入(即，鉆入到目標含油地層中)的同時潤滑并冷卻鉆頭切割表面；將“切屑”(通過鉆頭上的齒的切割作用而移去的地層碎片)運送至地面；控制地層流體壓力以防止噴出；保持井穩定性；懸浮井中的固體；將濾失最小化并且穩定正在進行鉆井的地層；使在井附近的地層破裂；用另一種流體置換井內的流體；清洗井；測試井；將水力馬力傳送至鉆頭、用于安放封隔器的流體；報廢井或預備報廢井；和以其它方式處理井或地層。

上述目的之一包括：在懸浮鉆井作業過程中，除防止鉆進切削和加重材料沉降到井眼的下側或底部以外，將切屑運輸到地面。此防止固體在井筒流體內沉降的現象歸因于流體的觸變性質。本領域普通技術人員應當理解，在沒有這種觸變性質的情況下，固體在流體內的沉降可以導致固體在鉆頭上沉積，鉆頭可能被“卡住(struck)”，或井筒流體密度的降低可能導致油層“井涌(kick)”，或在極端的情況下，可能出現“噴出”—油層流體災難性地、失控地流入到井筒中。井筒流體，如果適當地保持，可以提供充分的懸浮能力以抗衡固體沉降。

井筒流體在獲得這些功能方面的關鍵性質是粘度，或剪切應力與剪切應變的比率。井筒流體必須具有充分的粘度以將切屑提升到地面。將切屑從井筒中移除的速率是井筒流體的載運能力的函數，其直接取決于幾個因素，這些因素包括：井筒流體的密度，井筒流體的粘度，速度分布，鉆柱的扭矩，固體粒子的尺寸和形狀，鉆柱的旋轉，以及固體與井筒流體的比重的比率。

為了增加井筒流體的提升能力(以懸浮切屑和加重材料)，可以增加井筒流體的凝膠強度。為了獲得凝膠強度的這種增加，存在多種方法。一種方法包括加入膠凝劑如膨潤土(鈉蒙托石)，綠坡縷石或海泡石，以有目的地對水基流體賦予流變性質。除粘土以外，還可以加入可溶性聚合物如黃原酸膠，瓜爾膠，羧甲基纖維素，羥乙基纖維素，或合成聚合物以增強流體粘度。另一種方法是將在粘土質的(含粘土)地層的鉆井過程中遇到的天然粘土結合到井筒流體中。

經常地，將各種類型的粘土加入到流體地層中以提供粘度并且增強流體的流變性質。粘土具有二氧化硅-氧化鋁晶格的結構，其以多層布置，有時具有其它物種，例如結合到晶格中的鎂或鈣。水分子進入到晶格結構中并且與活性部位結合，從而導致層溶脹或最終分散到各個粒子中。粘土的分散增加表面積，這進而引起粘土-水部位溶脹以及粘土-水懸浮體變稠。因而經常將粘土稱為膠凝劑，并且將其用于提供粘度，密度，密封和觸變性質以幫助井眼的穩定性。

膨潤土是最廣泛使用的天然產生的粘土，并且很多年來已經被用作鉆井液中的膠凝劑。鉆井級膨潤土通常從含鈉蒙脫石的沉積物生產，或者來自單一來源，或者通過將來自幾種來源的材料共混而產生。它可以含有除蒙脫石以外的另外材料，并且因而在顏色上從淺灰色至米色至灰白色變化。美國石油研究所(American?Petroleum?Institute)(API)已經發布了地下膨潤土必須符合的國際標準并且其可以在API說明書13A中找到。

現有技術中已知的是，在鉆井過程中，膨潤土或其它類似粘土材料的水合和分散狀態決定水基流體的流變性質。重要的流變性質是粘度(表觀的、塑性的和有效的)，凝膠強度和屈服應力，其可以通過旋轉粘度計(流變儀)測量。然而，在下列方面之間存在平衡：加入足夠量的膠凝劑以增加流體的懸浮，而且還不將流體粘度增加到使流體的可泵送性降低的點。在井筒流體中使用這種粘土添加劑的另外的關心所在是用于流體屈服所需的時間的量，以使得流體可以具有用于攜帶或懸浮其中的固體的必需觸變性質。

因此，對開發具有有利觸變性質的流體體系存在持續的需求。

發明概述

在一個方面中，本文中公開的實施方案涉及一種井筒流體，所述井筒流體包含：基液；和定尺寸的非水合性粘土。

在一個方面中，本文中公開的實施方案涉及一種井筒流體，所述井筒流體包含：水性流體；定尺寸的綠坡縷石粘土；和堿金屬或堿土金屬的鹽，其中所述井筒流體基本上不含水合粘土。

在另一個方面中，本文中公開的實施方案涉及一種鉆制地下井的方法，所述方法包括：將定尺寸的非水合性粘土加入到基液中以形成鉆井液；和用所述鉆井液鉆制所述井。