井眼液及使用方法
【专利说明】井眼液及使用方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2012年9月24日提交的美国申请号61/704, 794的优先权，其公开 内容通过引用结合在本文中用于全部目的。
[0003] 发明背景-发明领域
[0004] 本发明涉及烃液体，尤其是用于配制在油气井作业如钻井、水力压裂、砾石充填以 及许多其他井下作业中使用的井眼液的烃液体。
[0005] 现有技术描述
[0006] 在向带有油气的地层中钻井的过程中，钻井液或"泥浆"经由钻杆栗入正在开发的 井眼中，并且经由安装在钻杆端部的旋转钻头中的喷嘴离开。钻井液之后经由环空（钻杆 和井眼壁之间的空间）循环回到地面。回到地面，将固体移除并且将泥浆栗送至液槽，在那 里，如果需要的话，可以将其再利用或处理。典型地，将钻井液系统设计为当钻头旋转时钻 井液不断循环的回路。钻井液发挥油或气井的成功完井所必需的一些功能，并且提高钻井 作业的整体效率。钻井液用于，例如，冷却并润滑正在旋转的钻井工具，减少钻头和井眼之 间的摩擦，防止钻杆的粘着，控制井眼中的地下压力，提升钻井岩肩并且将其携带至地面， 以及清洁井眼和钻井工具。
[0007] 钻井液的主要组分是它的基液。钻井液可以是水性基的、烃基的、合成基的、或乳 液，如水包油或油包水（"反相（invert)"）乳液。在工业中经常使用水性基或水基钻井液。 它们提供与油基钻井液相比经济的优点，并且也是更环保的。然而，对于某些地层来说，归 因于由地层内吸收水的岩石和粘土的溶胀而导致的井眼不稳定性，利用水性基液体的钻井 可能是成问题的，所述岩石和粘土的水化可以通过使用油基钻井液而大幅降低。尽管油基 液比水性基液更昂贵，对于深钻井、高温钻井来说，或者当对于特定的钻井作业或地层需要 基本上无反应性的基液时，它们通常是优选的。油基液倾向于提供比水基液更自然的润滑， 并且实现钻井进度的更大幅度的增加或提高的机械钻速（R0P)。
[0008]由烃基液体提供的较好的润滑性降低了不希望的扭转和牵拉，并且在高度倾斜的 井中，例如在摩擦是主要担忧的水平井中是特别重要的。水平钻井已经变得越来越重要，尤 其是在北美洲的所谓的页岩远景区（shaleplay)中。事实上，最近的工业出版物表明，在 美国，在任何给定的星期中，每十个运行的钻机中有六个在水平钻井。因此，尽管烃基液更 昂贵，但它们在R0P、降低的扭转和牵拉方面所得到的结果使得它们在水平钻井中是经济上 有吸引力的。
[0009] 发明概述
[0010] 在一个方面中，本发明提供非水性基液，其用于钻井液、水力压裂（压碎 (fracking))液和在井眼应用例如清除、增产处理等中使用的其他液体的配制。
[0011] 在另一方面中，本发明提供在井眼液中使用的非水性基液，其来源于费-托 (Fischer Tropsch)产物流。
[0012] 在又一个方面中，本发明提供在井眼液配制中使用的非水性基液，其展现出小于 约〇. 17的润滑系数。
[0013] 本发明的再又一个方面是用于配制井眼液的基液，其基本上由脂族烃组成，所述 脂族烃具有小于约3. 00重量％的碳数含量为C10以下的烃。
[0014] 在还另一个方面中，本发明提供进行井眼作业的方法。
[0015] 本发明的这些和另外的特征和优点将会由以下详细描述变得显而易见，其中参照 了附图中的图。
[0016] 附图简述
[0017] 图1是示出多种液体的润滑系数的柱状图。
[0018] 图2是显示在典型的FT馏出物中关于直链和支链烃二者的碳同系物分布的图。
[0019] 图3是类似于图2的图，但显示的是已经蒸馏至约180°F的闪点的图2的馏出 物。
[0020] 图4是润滑系数相对于C8和C9含量的图。
[0021] 优选实施方案详述
[0022] 本发明的基液包含至少约96重量％的主要为直链和支链的合成脂族烃的混合 物，所述混合物来源于费-托（FT)产物流，所述基液具有约C6至约C30、优选约C8至约C26 的碳数范围，其中小于约3重量％的烃是C10同系物并且具有C9以下的碳数的同系物的百 分比将会是小于约0. 2重量％，最优选低于约0. 1重量％。通常，烃将会是约50重量％以上 支链的，主要是甲基支链的。优选地，基液具有小于约〇. 35重量％的具有C9的碳数的烃。 基液将会具有0. 17以下、优选低于约0. 15以下、甚至更优选低于0. 12以下的润滑系数。润 滑系数被定义为在150psi(1，034, 200Pa)下在钻井液中以60rpm旋转的金属环对硬化金属 表面的摩擦系数。测试可以在可从〇FITestingEquipment，Inc.获得的Model#l12-00极 限压力（EP)和润滑测试仪（ExtremePressureandLubricatingTester)上进行。测试 被设计为模拟钻杆的旋转速度和对着钻孔壁的该杆所负荷的压力。
[0023] 本发明的烃基液优选为具有约150°F以上的闪点的费-托产物流（下文中被称 为FT馏出物）。
[0024] 理想地，本发明的基液将会具有小于约0.3重量％、优选小于约0.2重量％、最优 选小于约0. 1重量％的芳族含量。
[0025] 参照图1，示出了比较包括水、来自费-托设备的产物流的多种馏出物、和来源于 典型炼油作业的石油柴油在内的多种液体的润滑系数的柱状图。正如可见的，三种FT馏出 物都具有高于约〇. 3的润滑系数。还示出了两种FT"轻"馏出物，其基本上为FT馏出物的 较低沸点馏分。这些后面的材料具有高于约〇. 4的润滑系数。
[0026] 以下表1示出了图1中提及的FT"轻"馏出物中同系物的碳数分布。正如可见的， 存在大量的具有C10以下的碳数的链烷烃。
[0027]表 1[0028]
[0029] 图1中提及的柴油#2,为典型的石油柴油，具有约0. 12的润滑系数。最后，被标识 为ODCFT-180的已经蒸馏至大约180°F的闪点的典型FT馏出物具有0. 12的润滑系数， 基本上与石油柴油相同。尽管典型的石油柴油和来自FT的ODCFT-180的润滑系数基本上 相同，但由于ODCFT-180的较低的芳族含量和与其相联系的环境益处，后者显然是比典型 的石油柴油更适宜的用于钻井或其他井眼液的基液。
[0030] 对于图1中提及的FT馏出物来说，现在参照表2和图2示出典型的FT馏出物的 同系物细目分类。如可以从表2和图2中看到的，FT馏出物具有大量的具有C10以下的碳 数的同系物。将其与表3和图3相比，其示出了，如果将表2和图2的FT馏出物蒸馏至大 约180°F的闪点，具有C10以下碳的同系物的含量显著降低。意外地，发现，通过降低较低 碳数同系物的含量，即C10以下并且尤其是C9以下碳数含量，润滑系数显著降低。事实上， 如可以从图1看到的，ODCFT-180的润滑系数大致为FT馏出物的润滑系数的三分之一。
[0031] 表 2
[0032] FTC馏出物
[0033]