专利名称：平坦流变性井筒液的制作方法
平坦流变性井筒液
背景技术：
在地下井的钻探中，期望众多功能和特性的井筒液。钻井液应在整个井中循环，并携带来自钻头下方的岩屑，向上运输岩屑到环，并允许在表面上分离。同时，预期井筒液将冷却和清洁钻头，减少在钻柱和孔侧面之间的摩擦，和保持钻孔中的套管部分的稳定。钻井液还应该形成薄、低渗透的滤饼，其密封钻头可渗透的地层开口和用以减少来自可渗透岩石的地层流体的不必要流入。钻井液通常根据其基底材料分类成；在油基流体中，将固体颗粒悬浮于油中，且可利用油乳化水或盐水。所述油通常是连续相。在水基流体中，将固体颗粒悬浮于水或盐水中，且油可在水中乳化。水通常为连续相。气动流体是第三类钻井液，其中高速空气或天然气流移除钻井岩屑。油基钻井液一般以逆乳化流体形式使用。逆乳化泥浆由三相组成:油质相、非油质相和细分的颗粒相。视情况包含乳化剂和乳化剂系统、加重剂、降滤失添加剂、碱度调节剂等，以使系统整体上稳定且用于建立所需的性能特性。重要的是地下井的钻机可控制钻井液的流变性质。在石油和天然气行业的今天，需要在陆上和海上及在淡水和盐水环境中都能起作用的添加剂。此外，钻井液添加剂应具有低毒性水平，且应该易于操作和使用，以最小化对环境污染的危险和对操作者的危害。任何钻井液添加剂应该也提供所需结果，但是同时添加剂不应抑制钻井液中其它组分的所需性质。
发明概要在一方面，本公开涉及一种逆乳化井筒液，其配制为包含:油质流体，其作为所述井筒液的连续相；非油质流体，其作为所述井筒液的非连续相；乳化剂；和流变改性剂，其中所述流变改性剂是 由醇胺、脂肪酸和多胺反应而形成的聚酰胺；其中所述逆乳化井筒液具有平坦流变曲线。在另一方面，本公开涉及一种用于钻探地下井的方法，其包括使逆乳化井筒液在井筒中循环，其中所述逆乳化井筒液包含:油质流体，其作为所述井筒液的连续相；非油质流体，其作为所述井筒液的非连续相；乳化剂；和流变改性剂，其中所述逆乳化井筒液具有平坦流变曲线。其它方面和优点将从以下描述和附属权利要求中显而易见。附图简述
图1是未加重流体的流变曲线的图示比较。图2是来自图1中所述流体的6-rpm和屈服点数据的图示比较。
具体实施例方式本公开一般涉及油基井筒液，其适用于规划地下井(优选为油井和气井)的钻井、完井和加工处理。所述流体也可用作充填液、压裂液和其中需要平坦流变性质的其它类似井筒用途。#筒液的各种用涂沣于书本COMPOSITION AND PROPERTIES OF DRILLING ANDCOMPLETION FLUIDS,第 5 版，H.C.H.Parley 和 George R, Gray,GulfPublishing Company,1988中，其内容以引用的方式并入本文。如本文所公开，具有平坦流变曲线的井筒液被配制成包含油质流体、非油质流体、一级乳化剂和流变改性剂。这些组分各详细公开于下文中。如本文所使用，“平坦流变曲线”表示在40° F至150° F的温度范围内保持恒定的流变性质。平坦流变曲线关注的流变性质包括6rpm、10分钟凝胶(10，)、屈服点(YP)和10分钟与10秒凝胶比(10，: 10”凝胶比)。关于6rpm、10’凝胶和YP，当这些值在40° F至150° F的温度范围内的平均值的+/-20%以内时，可认为系统具有平坦流变曲线。换句话说，当流体具有以下6rpm值:20(40。F) ,16(100° F)和15(150。F)，那么平均6rpm为17。因此，每个6rpm值是在平均值的+/-20%以内。更低百分比变化将产生更平坦的流变曲线，因此，优选在+/-15%以内的值，且更优选在+/-10%以内的值。关于10’: 10”凝胶比，当所述比为1.5: I或更小时，认为系统具有平坦流变曲线。为了最好地优化平坦流变曲线，6rpm、10分钟凝胶、屈服点和10’: 10”比性质应同时落入这些参数内。所述油质流体可为液体且更具体为天然或合成油。所述油质流体可选自柴油、矿物油、合成油(诸如聚烯烃、聚二有机硅氧烷、硅氧烷或有机硅氧烷)和其混合物组成的组。所述油质流体的浓度应该足够使得逆乳化形成。所述油质流体的浓度可小于约99%体积的逆乳化液。在一个实施方案中，所述油质流体的含量是约30%体积至约95%体积且更优选是约40 %体积至约90 %体积的逆乳化液。所述油质流体可包含内烯烃和α烯烃的混合物。内烯烃和α烯烃的组合可用来产生具有所需性质(诸如毒性和生物可降解性)平衡的钻井液。作为实例，制造分别具有5/2/1.5/1.5重量比的C16_18内烯烃、C15_18内烯烃、C15_16内烯烃和C16 α烯烃的混合物。这产生具有毒性和生物可降解性平衡的油质流体。用于配制逆乳化 液的非油质流体可为液体，且优选为水性液体。所述非油质流体可选自淡水、海水、含有有机和/或无机溶解盐的盐水、含有水可混溶的有机化合物的液体、这些和用于配制逆乳化液的类似化合物的组合组成的组。所述非油质流体的含量通常小于用于形成逆乳化液的理论最大限制量。因此，非油质流体的含量是小于约70%体积。非油质流体的含量优选是在约I %体积至约70%体积，且更优选是在约5%体积至约60%体积的逆乳化液的范围内。根据本公开的教导，应选择用于配制井筒液的乳化剂以使形成适用于钻井的有用并稳定的逆乳化液。所述乳化剂应以足以使稳定的逆乳化液适用于钻井的浓度存在。在一个说明性实施方案中，乳化剂具有约7磅/桶(ppb)至约Ilppb的浓度。更优选地，所述乳化剂具有约Sppb至约ppb的浓度。已在本公开的乳液中显示效用的乳化剂是脂肪酸、月旨肪酸酰胺基胺类的皂液、聚酰胺、多胺、油酸酯(诸如单油酸山梨聚糖酯、二油酸山梨聚糖酯)、咪唑啉衍生物或醇衍生物和上述的组合或衍生物。提供具有平坦流变曲线的流体的酰胺基胺类可包括由脂肪酸于烷基胺类反应所形成的酰胺基胺类。本公开的脂肪酸可选自油酸、棕榈酸、亚油酸、妥尔油(tall oil)脂肪酸(TOFA)和其组合组成的组。本公开的烷基胺类可选自二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺和其组合组成的组。这些物质的掺合物以及其它乳化剂可用于本公开的平坦流变性流体中。本公开的流变改性剂是用来减少粘度的增加，即，使钻井液的流变特性在约40° F至约150° F的温度范围内平坦。所述流变改性剂可为聚酰胺、多胺或其混合物。本公开的聚酰胺是衍生自多胺与醇胺和脂肪酸的反应产物的反应。醇胺-脂肪酸反应一般是基于存在的每当量醇胺一当量脂肪酸。所述反应产物然后与多胺以1:1当量比反应，及然后用碳酸丙二酯中止以移除任何游离的未反应胺类。关于流变改性剂，本公开的醇胺可选自单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和其混合物。脂肪酸可包括妥尔油或具有约12至约22个碳原子的其它类似不饱和长链羧酸。所述脂肪酸可为二聚体或三聚体脂肪酸，或其组合。如上所述，一旦醇胺已经与脂肪酸反应，反应产物就与多胺进一步反应。关于流变改性剂，多胺可选自二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺和其组合组成的组。提供平坦流变学井筒液的市售流变改性剂包括EM1-1005，可购自M-1 SffACO (Houston, Texas)和TECHWAX LS-10509 和 LS-20509,两种可购自 International Specialty Products (Wayne,New Jersey)。所述流变改性剂的浓度应该足以达到如本文所述的平坦流变曲线。所述流变改性剂的浓度范围可在约0.1至5磅/桶井筒液，且优选为约0.5至1.5磅/桶井筒液。虽然不希望受任何特定作用理论的限制，但是据信由本发明所实现的相对平坦的流变曲线是流变改性剂与钻井液中所存在的细小固体(诸如亲有机质粘土和低重力固体)的相互作用的结果。据信，相互作用是以如下方式在一定程度的温度下驱动的，使得在较高温度下较大的增强，和在较低的温度下较弱的增强。一种理论认为，温度的变化会导致流变改性剂的分子确认变化，使得在更高的温度下更多分子相互作用，从而比在较低的温度下观察到更高的粘度。或者，据推测，流变改性剂在流体中存在的固体表面上的吸收/解吸是与所观察到的粘度性质相关。不管作用模式，已经发现添加入本文所公开的流变改性剂至井筒液中产生在下文所观察到和所公开的粘度性质。所公开的井筒液尤其适用于地下油井和气井的钻井、完井和操作。特别是，所述流体适用于配置用于高偏差井和长位移井中的钻井液和完井液。这些流体尤其适用于进入含烃地层的水平井的钻探中。用于制备当前所公开的井筒液的方法并不是关键的。可使用常规方法，以与常用方法相似的方式来制备本发明 的井筒液，以制备常规油基钻井液。在一个代表性程序中，将所需数量的油质流体(诸如基底油)和适当量的一级乳化剂混合在一起，接着在连续混合下添加流变改性剂和剩余组分。可通过利用非油质流体强力搅动、混合或剪切油质流体，来形成基于这种流体的逆乳化液。重要的是，本发明的流体不需要其它作用剂以获得平坦流变曲线。本申请人惊讶地发现，油质流体、非油质流体、乳化剂和流变改性剂的独特组合可提供所需的平坦流变曲线。申请人也已经发现，可通过进一步包含增粘剂和降滤失剂，来优化流变曲线。本发明的增粘剂可包括亲有机质粘土，其通常为经预处理的胺粘土。可将增粘剂分散在本公开的井筒液组合物的油质相中。适宜的亲有机质粘土增粘剂可包括经胺处理的膨润土、水辉石、凹凸棒石等。对于大多数逆乳化应用来说，用于井筒液制剂中的亲有机质粘土的含量可在约0.1ppb至约5ppb的井筒液的范围内。市售的亲有机质粘土包括VG-69、VG PLUS、VG SUPREME 和 Versa-HRP，所有这些可购自 M-1 SWACO (Houston，Texas)。降滤失剂通常通过在正在钻井时涂覆钻孔的壁起作用。可用于本发明中的示例性降滤失剂包括改性褐煤、柏油化合物、黑浙青、通过使腐植酸(huinic acid)与酰胺或聚亚烷基多胺反应而制备的亲有机质腐植酸盐和其它非毒性降滤失添加剂。通常，以小于约10%重量及优选是小于约5%重量的流体的含量添加降滤失剂。ECOTROL RD 是一种示例性市售降滤失剂，其可购自M-1 SffACO (Houston, Texas)。本公开的流体可进一步含有取决于逆乳化液的最终用途的其它组分，只要其不会干扰本文所述的平坦流变曲线。例如，可将碱储备、润湿剂、加重剂和搭桥剂添加至流体组合物中以获得其它功能性质。这些作用剂的添加可根据应用而变化，且应该可由配置井筒液相关技术人员修正。在许多逆乳化液中，包含碱储备是常见的，使得整个流体制剂为碱性(即，pH大于7)。通常，这是呈石灰或者碱金属和碱土金属氧化物和氢氧化物的混合物的形式。相关技术人员应理解及明白，井筒液的石灰含量将根据采取的操作和钻井的地层而变化。此外，应明白，石灰含量(也称为碱度或碱储备)是一种通常根据可适用的API标准而测得的性质，所述API标准利用流体配制技术相关人员已熟知的方法。可适合使用的润湿剂包括粗妥尔油、氧化粗妥尔油、有机磷酸酯、改性咪唑啉和酰胺基胺类、烷基芳族硫酸酯和磺酸酯等，和这些化合物的组合或衍生物。Faze-Wet 、VersaCoat 、Sureffet > Versawet 和Versawe严NS是可用于所公开的井筒液中，由M-1SffACO(Houston, Texas)制造并分销的市售润湿剂的实例。Silwet L-77、L-7001、L7605和L-7622是由General Electric Company (Wilton, CT)制造并分销的市售表面活性剂和润湿剂的实例。适用于所述井筒液中的加重剂或密度材料包括方铅矿、赤铁矿、磁铁矿、铁氧化物、钛铁矿、重晶石、菱铁矿、天青石、白云石，方解石等。这些添加的材料数量(如果有任何添加)取决于最终组合物的所需密度。通常，添加加重材料以产生最多约24磅/加仑的钻井液密度。优选添加最多加重材料达到21磅/加仑及最优选达到19.5磅/加仑。并入以下实施例以证明所要求的标的物。相关技术人员应了解，以下实施例中所公开的技术和组合物代表由本发明人发现的功能完善的技术且因此视为构成实践的优选模式。然而，相关技术人员应明白，按照本发明，在不偏离所要求的标的物的范围下，可在所公开的具体实施方案中作出许多改变，且仍可获得相同或类似结果。有关实施例的一般信息:通过在Hamilton Beach和Silverson混合器中混合来制备流体。最初制备一种样品平坦流变性液体以充当对照液。在以下表I中提供所述对照液以及Hamilton Beach混合时间。如在制剂中所示，HMP是用作模拟钻井固体。一旦混合所述组分，就在Silverson混合器上以6000rpm剪切所述流体10分钟。表1-对照制剂和混合时间
权利要求
1.一种逆乳化井筒液，其包含: 油质流体，其中所述油质流体是所述井筒液的连续相； 非油质流体，其中所述非油质流体是所述井筒液的非连续相； 乳化剂； 流变改性剂，其中所述流变改性剂是由多胺和醇胺与脂肪酸的反应产物反应而形成的聚酰胺； 其中所述逆乳化井筒液具有平坦流变曲线。
2.一种钻探地下井的方法，其包括: 使逆乳化井筒液在井筒中循环，其中所述逆乳化井筒液包含: 油质流体，其中所述油质流体是所述井筒液的连续相； 非油质流体，其中所述非油质流体是所述井筒液的非连续相； 乳化剂；和 流变改性剂； 其中所述逆乳化井筒液具有平坦流变曲线。
3.根据权利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述流变改性剂包括选自二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺和其组合组成的组的多胺。
4.根据权利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述流变改性剂包括选自单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺组成的组的醇胺。
5.根据权利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述流变改性剂包括脂肪酸，其是二聚体或三聚体脂肪酸或其组合。
6.根据权利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述乳化剂是由脂肪酸与烷基胺反应所形成的酰胺基胺。
7.根据权利要求6所述的逆乳化井筒液，其中所述乳化剂包括选自油酸、棕榈酸、亚油酸、妥尔油脂肪酸(TOFA)及其组合组成的组的脂肪酸。
8.根据权利要求6所述的逆乳化井筒液，其中所述烷基胺是选自二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺及其组合组成的组。
9.根据权利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述井筒液具有在40T至150 T的温度范围内1.5:1或更小的10分钟-比-10秒凝胶比。
10.根据权利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中屈服点、10分钟凝胶和6rpm中至少一个的值是在40 °卩至150 0F的温度范围内的平均值的+/-20%以内。
11.根据权利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述油质流体包含约30体积％至约100体积％的所述井筒液且所述油质流体是选自柴油、矿物油、合成油、酯类、醚类、缩醛类、碳酸二烷基酯、烯烃和其组合组成的组。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述非油质流体包含约I体积％至约70%体积的所述井筒液，且所述非油质流体是选自淡水、海水、含有有机或无机溶解盐的盐水、含有水可混溶的有机化合物的液体和其组合组成的组。
13.根据权利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述逆乳化井筒液进一步包含亲有机质粘土。
14.根据权利要求13所述的逆乳化井筒液，其中所述亲有机质粘土具有约01.ppb至约5 ppb的浓度。
15.根据权利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述乳化剂具有约7至约11范围内的浓度。
16.根据权利要求1或2所述的逆乳化井筒液，其中所述流变改性剂具有约0.1 ppb至约5 pbb范围内的浓度。
全文摘要
本文公开了包含平坦流变曲线的井筒液。在一方面，逆乳化井筒液被配制成包含作为所述逆乳化井筒液的连续相的油质流体、作为所述逆乳化井筒液的非连续相的非油质流体、乳化剂和流变改性剂，其中所述流变改性剂是由醇胺、脂肪酸和多胺反应而形成的聚酰胺，其中所述逆乳化井筒液具有平坦流变曲线。
文档编号C09K8/36GK103210055SQ201180041660
公开日2013年7月17日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者N.赖夫, S.杨, L.李 申请人:M－I 有限公司