专利名称：用于注入高密度添加剂到井眼内的方法及其混合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制在钻井作业时的循环漏失、流体损失和/或钻井液渗漏的改良的添加剂。特别是，提供一种添加剂，该添加剂可以以大于类似组分的粉末或者研磨添加剂的速度混合到钻井液中。
现有技术现有技术中有多种添加剂用于控制钻井作业中的循环漏失或者渗漏。尽管用于这种目的的添加剂的类型从有机物到矿物质再到塑料，但是大多数添加剂是以粉末的形式混合到钻井液中。使用这些粉末形式的添加剂有许多缺点。主要的缺点是添加剂很轻，这导致添加剂与高粘性钻井液的混合速度较慢。在钻井作业中，使得添加剂较快地混合到泥浆中和向下穿过井眼进行循环是必要的，并且影响钻井作业的营利性，有时还影响其安全性。为了克服混合速度较慢的缺点，漏斗已经被设计为具有旋风分离器、文氏管和喷管以加强混合过程和将添加剂以较快速度从漏斗拖入到钻井液中。尽管现有技术已经作出了改进，混合速度还是较低。由于流过旋风分离器的流动速度低，因此，常常发生堵塞并且灰尘也成为问题。在世界上要求零辐射的某些地区，灰尘是一个特别的问题。即使不考虑辐射标准的要求，灰尘对工人也产生危险。
另外一个使用传统粉末添加剂的问题是由钻井作业的一般性变化导致的。钻井作业中有一个发展趋势就是在深水用较大钻机进行钻井，这就需要使用较多容积的泥浆。所使用的泥浆通常是较贵的泥浆和合成油，这特别强调对循环漏失和渗漏的控制。这些因素也导致需要使用大量的添加剂。但是存储空间，特别是对海洋钻机来讲，是另外一个限制因素。
在寻找优良添加剂时，人们已经测试了大量的有机添加剂对于循环漏失和渗漏控制剂的效率。根据授权给Jim G.Cremeans的美国专利US4217965公开的内容，废弃的牛饲料可以作为添加剂使用。这种有机材料由棉籽壳与棉籽粉、斑土、某些棉绒和一种表面活性剂制成。为了把这些种子制成为牛的饲料，这些组分被加热并被压缩、积压成小球。Cremeans认为使用废弃的牛饲料的优点是避免了使用其它有机废弃产品时所需的研磨、粉碎和预处理步骤。小球中的表面活性剂作为润湿剂，从而在不需要其它化学添加剂的情况下改善混合时间。牛饲料小球密度相对较高因此需要较少的存储空间。这些牛饲料的缺点是它们在与钻井液接触后不能马上破裂，而是在加入到泥浆中后继续保持其性状和结构。只有当它们完全到达井眼下后才开始破裂。
人们需要提供一种对存储和/或运输所需空间要求最少的添加剂。还需要提供一种能够以较快速度与钻井液混合的添加剂。需要提供一种低尘或者无尘替代方法，用于将添加剂输送到钻井液中。本发明的一个目的和目标就是提供一种添加剂，该添加剂能够在一引入到钻井液中就能够快速有效地分布到整个钻井液中。参照下面说明书的描述，本发明的这些和其它目的对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。
发明内容
本发明公开了一种制造用于钻井液的高密度的添加剂的方法以及该添加剂配方。用于从用于钻井作业中的循环漏失和渗漏控制材料制造高密度添加剂的方法包括研磨所述的循环漏失和渗漏控制材料从而形成较小尺寸的颗粒，加热该循环漏失和渗漏控制材料，以及施加压力给循环漏失和渗漏控制材料，从而使得该循环漏失渗漏材料穿过用于形成小球状高密度添加剂的小口而密化。尽管许多循环漏失和渗漏控制材料是合适的，优选的实施例包括作为循环漏失和渗漏控制材料使用的有机材料。这种由研磨的循环漏失和渗漏控制材料压缩成小球而制成的用于钻井作业的小球状的高密度添加剂的密度大于压缩前这些循环漏失和渗漏控制材料的密度。
在可以利用的用于生产高密度添加剂的有机循环漏失渗漏材料中，一个最佳的实施例包括一种纤维质材料，特别是包括下面的一种或者几种材料磨木纸浆、松树皮、水果渣、蔬菜渣、黄松木、松树皮、玉米棒子、花生壳、美洲山核桃木髓、杏仁壳、玉米棒子皮、酒石沉淀、棉花毛刺、燕麦壳、米壳、种子壳、向日葵、亚麻、亚麻子、可可豆、羽毛、泥煤苔、黄麻、亚麻、马海毛、羊毛、纸、甘蔗、甘蔗渣、锯末、竹子、软木、爆米花、木薯粉和高粱。
尽管小球状高密度添加剂的密度较高，其直径在1/8到3/4英寸，长度为1/8到1英寸之间。添加剂的密度可以根据循环漏失和渗漏控制材料进行变化，优选的密度是基于材料性质的最高的压缩比。许多有机材料可以被压缩到研磨材料密度的2到3倍的密度。
本发明还包括了一种完成钻井作业的方法，其中钻井液在地层中的井眼内循环，该方法包括研磨所述的循环漏失和渗漏控制材料从而形成颗粒，加热该颗粒到液化从而自然产生结合剂，压缩加热的颗粒穿过形成其密度大于循环漏失和渗漏控制材料的密度的小球，将小球加入到用于在井眼内循环的钻井液中。加热通常是在压缩过程中摩擦的结果。研磨过程也产生少量的热。对于某些循环漏失和渗漏控制材料，需要额外进行加热。在无法在循环漏失和渗漏控制材料内自然产生结合剂的情况下，优选的实施例包括最小化过程中产生的热量并加入合适的结合剂。
作为循环漏失和渗漏控制材料的纤维材料，例如锯末，经常为研磨状态。制造用于循环和漏失渗漏控制的高密度添加剂的方法包括获得研磨纤维和将研磨纤维压缩成小球，从而使得小球的密度大于压缩前的研磨纤维的密度。
参照下面描述，本发明的结构和方法以及其它相对于现有技术中的添加剂的特点、优点、好处和目的将更加容易理解。
实施方式本发明具有许多优于现有技术的优点。这些优点包括增加了的添加剂混合到钻井液中的速度、降低了的存储运输所需的空间和降低了的或者消除了灰尘辐射。本发明的一个特点就是高密度的添加剂一旦与钻井液接触就开始水化。随着快速水化，高密度添加剂快速分散，从而在钻井液被泵向下送到井眼内时使得该添加剂均匀分布到整个钻井液中。一个优选的实施例包括使用现有技术中的用于混合非高密度或者常规的添加剂的漏斗将高密度添加剂分布到钻井液中。一个典型的漏斗的外径为4-6英寸。小球的尺寸允许很容易地和紧凑地流过漏斗的出口。正如使用现有技术中的非高密度的添加剂时一样，漏斗产生一个混合效应，从而使得高密度添加剂与钻井液接触。在合适的情况下，小球可以在不使用漏斗的情况下加入到钻井液中。在这种情况下，小球一旦与钻井液接触就发生水化从而马上破裂成纤维或者其它循环漏失和渗漏控制材料，但是这将会花费较长时间用泵送钻井液到井眼内的混合动作将纤维均匀分布到钻井液中。尽管以这种方式加入是不能均匀分布到钻井液中，在地面与钻井液混合后添加剂很容易完成其功能，而地面的流体的流变性与井下相同。
使用高密度化的添加剂的一个优点是基本上或者完全降低将添加剂加入到钻井液中时产生的灰尘数量。常规的粉末材料通过漏斗加入时将产生灰尘，这些灰尘对环境和工作人员产生危险。某些地区，例如北海，对灰尘有严格的规定。而使用高密度化的添加剂基本上是一种不产生灰尘的循环漏失渗漏控制添加剂。
传统的粉末或者细磨添加剂(特别是纤维添加剂)具有一个引入到泥浆或者钻井液中的最大速度。该加入速度与添加剂的堆角有关，该堆角决定添加剂可以被排出的速度。尽管已经人们的增加引入速度的努力集中在漏斗的设计上(包括改变出口的尺寸，使用旋风分离器和其它物理手段)，本发明则是直接针对降低添加剂的堆角从而允许这些材料流动得更快。堆角与材料任何堆积有关，因此与其流动的速度有关。通过增加添加剂的密度，可以降低堆积从而允许同样数量的材料用较少的时间加入到钻井液中。
小球可以制成为具有各种性质和尺寸。小球优选的尺寸取决于特定的应用，例如漏斗的尺寸、用于形成小球的材料和具体形状和尺寸的堆放方式。小球可包括从非常小的高密度颗粒到几英寸的高密度的薄片。小球的最佳尺寸为直径在1/8到3/4英寸，长度为1/8到1英寸之间。任何可以用于迫使材料穿过小口的设备都可以用于本发明中。一个最佳实施例包括一个皮带驱动小球研磨机(例如象商用的Koppers of Muncy，Pennsylvania公司的Ace Pellet Mill)这种传统的小球研磨机包括一个进给辊，用于将材料积压到一个空调室内。必要时可以将蒸汽注入到进给部分或者空调室内。一个滚压装置迫使材料穿过空调室两端的一个模。功率部分取决于小球模的孔眼尺寸。由这样一个小球研磨机产生的力通常足以对研磨材料进行最大程度的压缩。并且，不需要额外加热，摩擦产生的热量通常足以从这些材料中释放出油或者含有油的结合剂。其它的用于压缩研磨材料的方法也可以使用。类似地，在本发明中研磨和压缩过程可以在一个设备上完成。
用于本发明的循环漏失和渗漏控制材料包括任何可以完成循环漏失添加剂和/或者渗漏控制剂。至少一种循环漏失和渗漏控制材料应该稍微能够被压缩，以允许由该材料行动小球的密度大于压缩前的循环漏失和渗漏控制材料的密度。在本发明中，某些用于循环漏失和渗漏控制材料的有机材料包括纤维质材料例如象磨木纸浆、松树皮、水果渣、蔬菜渣、黄松木、松树皮、玉米棒子、花生壳、美洲山核桃木髓、杏仁壳、玉米棒子皮、酒石沉淀、棉花毛刺、燕麦壳、米壳、种子壳、向日葵、亚麻、亚麻子、可可豆、羽毛、泥煤苔、黄麻、亚麻、马海毛、羊毛、纸、甘蔗、甘蔗渣、锯末、竹子、软木、爆米花、木薯粉和高粱。许多各种各样的作为循环漏失添加剂使用的有机材料也适合于本发明，它们包括角叉菜胶、瓜耳胶和其它可溶性胶。
经常使用的有机材料包括天然结合剂例如象木质素磺酸盐、木糖、油或者其它结合剂。由于有机材料作为添加剂使用时可以形成高密度添加剂，这些材料在研磨过程中通过摩擦产生细小的材料。该研磨材料然后承受压力，该压力迫使含有油的这些材料穿过小的开口或者小口从而形成小球。反过来，积压过程产生的热量释放出材料中的油和其它容易液化的部门。这些油和其它材料用于结合循环漏失和渗漏控制材料从而使得该材料维持为一个小球。当单独使用无机材料或者没有足够的油用于结合小球时，可以加入油或者其它的循环漏失和渗漏控制材料。类似地，在材料中的油具有较高熔点时，需要输入额外的热量。
小球可以由作为循环漏失添加剂或者渗漏控制剂有效使用的一种或者几种添加剂构成。并且，施加摩擦以产生微细材料的步骤可以制造不同尺寸的材料，从而有效封堵渗透性地层内的孔口而不会产生副作用。因此，由本发明的小球形成的钻井液中的颗粒分布不但保证添加剂的均匀混合，而且如果需要使用各种尺寸的颗粒的情况下能够保证不同尺寸的添加剂的均匀混合。
在用于本发明的无机材料中，可以使用容易获得的矿物成分，例如象碳酸钙、云母、硅藻土、Fuller土和其它硅酸盐、活化木炭、矾土、氧化铝凝胶、石墨、硬沥青以及类似物。这些材料通常以纤维或者研磨形式提供。碳酸盐可以单独使用或者与其它所需的添加剂结合。加入碳酸盐到无机添加剂中可以改善酸溶性。同时还可以增加小球的密度。有用的材料还包括塑料。
在用于本发明的循环漏失和渗漏控制材料和高密度添加剂之间可以观察到密度的显著增加。一个典型的例子包括密度为10lbs/cf的纤维质添加剂。在用云母将添加剂进行球化后，所获得的密度为17lbs/cf。较大密度被定义为与用于形成高密度添加剂的原材料相比在密度上的并非微不足道的增加。因此，尽管一种组分例如象云母的加入会增加原材料的混合物的密度，压缩成一个小球则会显著增加混合物的密度。在密度上的增加与被压缩的的颗粒的尺寸、性状和材料的性质直接相关。例如，对于给定的材料，将密度从10lbs/cf增加到11lbs/cf可以认为是在密度上的显著增加，该增加可以使得材料以较快速度从漏斗中流出，并降低灰尘的产生。本发明中使用的材料优选为低密度、高度可压缩的材料。除了上面列出的与混合速度有关的优点之外，这种低密度材料可以被高度压缩，因此形成的产品需要较小的存储空间。例如，玉米棒子可以被压缩成一个小球，其密度为玉米棒子的2倍。
如前所述，可以看出，本发明适合获得前面所述的所有目的以及其它显而易见和由本发明的设备和结构带来的固有的优点。
应该能够理解，可以参照其它特点和组合来使用某些技术特征和进行组合使用。这也应该认为和落入到权利要求书的保护范围之内。
因为许多可能的实施例可能由本发明制成而不偏离本发明的范围，因此应该能够理解，这里和前面所述的所有问题以及附图
均应当认为是说明性的，而不是限制性的。例如，高密度添加剂可以是杀虫剂、杀生物剂和其它可以降低降解倾向或者驱赶害虫的生物作用材料。尽管本发明的特点之一是使用农业副产品作为循环漏失和渗漏控制材料从而减少了那些本来是废物的材料的数量，但是本发明中使用的某些农业产品和其它的循环漏失和渗漏控制材料为研磨形式。从这样的一个循环漏失和渗漏控制材料制成高密度添加剂的方法包括获得研磨的循环漏失和渗漏控制材料。与研磨材料相对，获得研磨形式的材料也在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种从循环漏失和渗漏控制材料中制造用于钻井作业的高密度添加剂方法，包括如下步骤研磨循环漏失和渗漏控制材料成较小颗粒尺寸；加热循环漏失和渗漏控制材料；施加压力给循环漏失和渗漏控制材料从而使得该材料密化，并穿过小口而形成小球状高密度添加剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的循环漏失和渗漏控制材料包括一种有机材料。
3.一种用于钻井作业中的小球状高密度添加剂，包括一种被挤压成小球的研磨循环漏失和渗漏控制材料，所述的小球的密度大于研磨循环漏失和渗漏控制材料的密度。
4.根据权利要求3所述的小球状高密度添加剂，其中循环漏失和渗漏控制材料是有机物。
5.根据权利要求4所述的小球状高密度添加剂，其中循环漏失和渗漏控制材料是纤维质材料。
6.根据权利要求3所述的小球状高密度添加剂，其中，循环漏失和渗漏控制材料从由磨木纸浆、松树皮、水果渣、蔬菜渣、黄松木、松树皮、玉米棒子、花生壳、美洲山核桃木髓、杏仁壳、玉米棒子皮、酒石沉淀、棉花毛刺、燕麦壳、米壳、种子壳、向日葵、亚麻、亚麻子、可可豆、羽毛、泥煤苔、黄麻、亚麻、马海毛、羊毛、纸、甘蔗、甘蔗渣、锯末、竹子、软木、爆米花、木薯粉和高粱组成的组中选择。
7.根据权利要求3所述的小球状高密度添加剂，其中，小球为直径在1/8到3/4英寸，长度为1/8到1英寸之间。
8.根据权利要求3所述的小球状高密度添加剂，其中，小球的密度比研磨循环漏失和渗漏控制材料的密度大2到3倍。
9.一种完成钻井作业的方法，其中一种钻井液在地层中钻进的一个井眼内循环，该方法包括下列步骤研磨将循环漏失和渗漏控制材料，以产生颗粒；加热颗粒到液化从而自然产生结合剂；以及压缩加热的颗粒穿过小口从而形成大于循环漏失和渗漏控制材料密度的小球。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的循环漏失和渗漏控制材料包括有机物。
11.一种制造用于钻井作业的高密度添加剂的方法，包括下列步骤获得一个研磨纤维；将所述的研磨纤维压缩成小球，并且其小球的密度大于研磨纤维的密度；以及将小球加入到用于在井眼内循环的钻井液内。
全文摘要
本发明公开了一种用于控制循环漏失、流体损失和/或者钻井液渗漏损失的改进的添加剂的组分以及方法。特别是,所形成的添加剂从用于钻井作业的循环漏失和渗漏控制材料制成。用于制造该高密度添加剂的步骤包括研磨未处理的循环漏失和渗漏控制材料成较小颗粒尺寸、加热循环漏失和渗漏控制材料、施加压力给循环漏失和渗漏控制材料从而使得该材料密化并穿过小口而形成小球状高密度添加剂。加热循环漏失和渗漏控制材料的步骤可以释放出油或者其它结合剂,而该步骤是挤压研磨材料穿过小口的过程的副产品。
文档编号C09K8/035GK1364211SQ00810859
公开日2002年8月14日 申请日期2000年6月29日 优先权日1999年7月26日
发明者B·D·格林 申请人:碾磨及筛选有限公司