專利名稱：無鉻水基井眼流體的制作方法
無鉻水基井眼流體發明背景發明領域本文公開的實施方案主要涉及水基井眼流體及使用此流體的方法。具體地講，本文公開的實施方案主要涉及無鉻的水基流體。
背景技術：
在井眼鉆探期間，一般為了多種功能在井中使用不同流體。流體可通過鉆桿和鉆頭循環進入井眼，隨后可通過井眼向上流到地面。在此循環期間，鉆探流體可用于將鉆探巖屑從孔眼底部移除到地面，在循環中斷時使巖屑和填充物質(weighting material)懸浮， 控制表面下壓力，保持井眼的完整性，直到將井段包圍和粘結，通過提供足夠流體靜壓從巖層(formation)分離流體，以防止巖層流體進入井眼，使鉆柱和鉆頭冷卻和潤滑，并且/或者使滲透率最大化。在大多數旋轉鉆探方法中，鉆探流體為“泥漿”形式，S卩，其中具有懸浮固體的液體。固體用于給予鉆探流體所需的流變性質，也用于增加其密度，以在井底部提供合適的流體靜壓。鉆探泥漿可以為水基或油基泥漿。要在鉆探應用中使用的鉆探流體的類型的選擇包括在具體應用和待鉆探的井的類型中仔細平衡鉆探流體的好和差性質。選擇含水基鉆探流體(也稱為水基泥漿)的主要益處包括較低成本、較低環境影響、改善的健康和安全性質以及本領域的技術人員已知的其他益處。在高溫/高壓(HTHP)鉆探條件下，控制流體性質成為一個主要挑戰。流體損失控制是高溫環境中的一個問題，因為很多聚合物在高溫和高壓下降解。木質素磺酸鉻為高溫水基流體中的普通成分，這種成分作為有效的分散劑，并且給予極佳的流體損失控制和流變性質。然而，在流體中存在鉻增加凝膠形成的可能性，這可在HTHP應用中產生顯著問題。因此，仍需要提供良好的流體損失性質同時保持所需流變分布的供選含水基井眼流體。發明概述一方面，本文公開的實施方案涉及在高溫-高壓條件下保持無鉻含水基井眼流體的流變并減少其流體損失的方法。所述方法可包括用含水基礎流體、至少一種無鉻增粘劑、 至少一種無鉻流體損失控制添加劑、至少一種無鉻分散劑配制無鉻含水井眼流體；并使該無鉻含水基井眼流體在井眼中在超過300 T的溫度循環。該無鉻含水基井眼流體優選具有小于70cP的熱塑性粘度和小于20mL的流體損失。所述至少一種無鉻增粘劑可以為選自海泡石、鋰蒙脫石、綠坡縷石、蒙脫石及其組合的天然或合成粘土。所述至少一種無鉻流體損失控制添加劑可以為選自丙烯酰胺、磺化單體和乙烯基吡咯烷酮的三元共聚物；丙烯酰胺基磺酸和丙烯酰胺的共聚物；及其組合的聚丙烯酰胺。所述至少一種流體損失控制添加劑也可包括乙烯基共聚物。所述至少一種無鉻分散劑可包括選自樹脂酸化(resonated)磺化褐煤、氧化褐煤及其組合的木質素磺酸鹽。所述無鉻含水基井眼流體還可包含選自基于聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺的共聚物；乙烯基酰胺和乙烯基磺酸酯的共聚物；及其組合的至少一種無鉻高溫流變穩定劑。所述無鉻含水基井眼流體還可包含淀粉和膠乳的共聚物。另一方面，本文公開的實施方案涉及在HTHP環境下減少無鉻含水基井眼流體膠凝的方法，所述方法包括用含水基礎流體、至少一種無鉻增粘劑、至少一種無鉻流體損失控制添加劑、至少一種無鉻分散劑配制無鉻含水基井眼流體；并使該無鉻含水基井眼流體在井眼中在至少300 T的溫度循環。所述無鉻含水基井眼流體優選具有小于200磅/100平方英尺(lb/1(l。ft2)的靜態剪切強度，和小于40磅/100平方英尺(lb/1(l(lft2)的10分鐘凝膠強度。所述至少一種無鉻增粘劑可以為選自海泡石、鋰蒙脫石、綠坡縷石、蒙脫石及其組合的天然或合成粘土。所述至少一種無鉻流體損失控制添加劑可以為選自丙烯酰胺、磺化單體和乙烯基吡咯烷酮的三元共聚物；丙烯酰胺基磺酸和丙烯酰胺的共聚物；及其組合的聚丙烯酰胺。所述至少一種流體損失控制添加劑也可包括乙烯基共聚物。所述至少一種無鉻分散劑可包括選自樹脂酸化磺化褐煤、氧化褐煤及其組合的木質素磺酸鹽。所述無鉻含水基井眼流體還可包含選自基于聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺的共聚物；乙烯基酰胺和乙烯基磺酸酯的共聚物；及其組合的至少一種無鉻高溫流變穩定劑。所述無鉻含水基井眼流體還可包含淀粉和膠乳的共聚物。還另一方面，本文公開的實施方案涉及井眼流體，所述井眼流體包含含水基礎流體、至少一種無鉻增粘劑、至少一種無鉻流體損失控制添加劑、至少一種無鉻分散劑；并使該無鉻含水基井眼流體在井眼中在至少300 °F的溫度循環。所述無鉻含水基井眼流體優選具有小于70cP的熱塑性粘度和小于20mL的流體損失。所述無鉻含水基井眼流體也優選具有小于200磅/100平方英尺P/n^t2)的靜態剪切強度，和小于40磅/100平方英尺 (lb/100ft2)的10分鐘凝膠強度。所述至少一種無鉻增粘劑可以為選自海泡石、鋰蒙脫石、綠坡縷石、蒙脫石及其組合的天然或合成粘土。所述至少一種無鉻流體損失控制添加劑可以為選自丙烯酰胺、磺化單體和乙烯基吡咯烷酮的三元共聚物；丙烯酰胺基磺酸和丙烯酰胺的共聚物；及其組合的聚丙烯酰胺。所述至少一種流體損失控制添加劑也可包括乙烯基共聚物。所述至少一種無鉻分散劑可包括選自樹脂酸化磺化褐煤、氧化褐煤及其組合的木質素磺酸鹽。所述無鉻含水基井眼流體還可包含選自基于聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺的共聚物；乙烯基酰胺和乙烯基磺酸酯的共聚物；及其組合的至少一種無鉻高溫流變穩定劑。所述無鉻含水基井眼流體還可包含淀粉和膠乳的共聚物。通過以下說明和附加權利要求，本發明的其他方面和優點將顯而易見。發明詳述本文公開的實施方案涉及使流體損失最小化，同時在高溫和高壓環境保持含水基流體的流變的方法。本公開的其他實施方案涉及在高溫和高壓環境減少含水基流體膠凝的方法。為了理解本發明，在以下說明中闡述很多細節。然而，可利用所述實施方案的多種變化或修改實施本發明。一方面，本文公開的實施方案涉及穩定無鉻含水基井眼流體的流變和流體損失的方法。該方法可包括配制無鉻含水基井眼流體，并使無鉻含水基井眼流體在井眼中在高溫 /高壓(HTHP)環境循環。本文所用術語“無鉻”是指在井眼流體中基本沒有鉻基成分存在的流體。“高溫”是指超過300下的環境，“高壓”是指超過5000psi的環境。
無鉻含水基井眼流體可包含無鉻含水基礎流體、無鉻粘土、至少一種無鉻流體損失控制添加劑、至少一種無鉻流變控制添加劑和無鉻分散劑。所述含水基井眼流體的組分應無鉻，以符合新出現的環境限制，并使HTHP環境中流體的膠凝最小化。應選擇本公開的含水基井眼流體的組分，以使凝膠形成最小化。多價金屬一般以最高價態存在。不受理論限制，相信在多價金屬被還原成較低多價價態，并與可交聯聚合物作用時可發生膠凝。示例性多價金屬包括鉻，其可發現于通常加入HTHP井眼流體的很多井眼流體添加劑中。多價金屬對凝膠形成影響的更多討論可發現于美國專利4，040，484，所述專利通過引用結合到本文中。因此，通過加入無多價金屬的組分，更優選無含鉻化合物，可減少HTHP含水基井眼流體的膠凝。無銘流體損失控制添加劑流體損失控制添加劑可加入本發明的無鉻含水基井眼流體，以在HTHP條件使流體損失和膠凝最小化。由于以上解釋原因，流體損失控制添加劑應無鉻，以使凝膠形成最小化。流體損失控制添加劑需要對高溫穩定。更具體地講，用于本文公開的實施方案的流體損失控制添加劑應在HTHP條件下顯示極佳的流體損失控制性質，同時不會不利影響井眼流體的流變。可用于滿足這些要求的流體損失控制添加劑包括聚丙烯酰胺。本文所有術語“聚丙烯酰胺”是指包含丙烯酰胺單體單元與一種或多種其他單體化合的聚合物。聚丙烯酰胺的單體組成在流體損失控制添加劑的發展和功能性方面起重要作用。例如，磺化單體更好地容許二價陰離子，得到熱穩定的流體損失控制添加劑。可與丙烯酰胺化合成聚丙烯酰胺的可能單體包括磺化單體。可用于本文實施方案的磺化單體的實例包括乙烯基磺酸鹽、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸及其組合。 可與丙烯酰胺單體化合成聚丙烯酰胺共聚物的其他可能的單體單元包括乙烯基吡咯烷酮。 交聯度在與控制流體損失的能力相關的共聚物溶解性方面起重要作用。高交聯度得到具有剛性結構并在水基流體中具有減小的水合作用的聚合物。低交聯度得到可產生導致太大流變并且對污染和剪切具有有限容許的聚合物。適用于本文的實施方案的單體可化合成共聚物或三元共聚物。可用于本文實施方案的聚丙烯酰胺共聚物的實例包括2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺的共聚物。可用于本文實施方案的聚丙烯酰胺三元共聚物的實例包括乙烯基吡咯烷酮、磺化單體單元和丙烯酰胺的三元共聚物。雖然已提出單體單元和聚丙烯酰胺的數個實例，但也可在本文所述實施方案中組合使用兩種或更多種示例性聚丙烯酰胺。換句話講，所述流體損失控制添加劑可選自2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺的共聚物；乙烯基吡咯烷酮、磺化單體單元和丙烯酰胺的三元共聚物；及其組合。無鉻分散劑可將分散劑加入到本發明的無鉻含水基井眼流體，以在HTHP條件幫助保持流體流變。由于以上解釋原因，分散劑應無鉻，以使凝膠形成最小化。用于本文公開的實施方案的無鉻分散劑可包括木質素和改性的木質素。木質素為涉及纖維素的復雜、天然、非晶形聚合物，這些聚合物提供剛性，并與纖維素一起形成植物的木質細胞壁和其間的粘結物質。木質素主要由4-羥基苯丙素類 (4-hydroxyphenylpropanoids)氧化生成。以下顯示小段木質素聚合物的結構的實例
權利要求
1.一種在高溫-高壓條件下保持無鉻含水基井眼流體的流變并減少流體損失的方法， 所述方法包括配制無鉻含水基井眼流體，所述無鉻含水基井眼流體包含含水基礎流體；至少一種無鉻增粘劑；至少一種無鉻流體損失控制添加劑；和至少一種無鉻分散劑，其中經循環的無鉻含水基井眼流體具有小于70cP的熱塑性粘度和小于20mL的流體損失；并且使所述無鉻含水基井眼流體在井眼中在超過300 °F的溫度循環。
2.權利要求1的方法，其中所述至少一種無鉻增粘劑為選自海泡石、鋰蒙脫石、綠坡縷石、蒙脫石及其組合的天然或合成粘土。
3.權利要求1的方法，其中所述至少一種無鉻流體損失控制添加劑包括聚丙烯酰胺。
4.權利要求3的方法，其中所述聚丙烯酰胺選自 丙烯酰胺、磺化單體和乙烯基吡咯烷酮的三元共聚物； 丙烯酰胺基磺酸和丙烯酰胺的共聚物，及其組合。
5.權利要求1的方法，其中所述至少一種無鉻分散劑包括木質素磺酸鹽。
6.權利要求5的方法，其中所述木質素磺酸鹽選自樹脂酸化磺化褐煤、氧化褐煤及其組合。
7.權利要求1的方法，其中所述無鉻含水基井眼流體還包含至少一種無鉻高溫流變穩定劑。
8.權利要求7的方法，其中所述至少一種無鉻高溫流變穩定劑選自基于聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺的共聚物；乙烯基酰胺和乙烯基磺酸酯的共聚物；及其組合。
9.權利要求1的方法，其中所述無鉻含水基井眼流體還包含淀粉和膠乳的共聚物。
10.權利要求1的方法，其中所述至少一種流體損失控制添加劑包括乙烯基共聚物。
11.一種在高溫-高壓環境減少無鉻含水井眼流體膠凝的方法，所述方法包括 配制無鉻含水井眼流體，所述無鉻含水井眼流體包含含水基礎流體；至少一種無鉻增粘劑；至少一種無鉻流體損失控制添加劑；和至少一種無鉻分散劑，其中所述無鉻含水井眼流體優選具有小于200磅/100平方英尺 (lb/100ft2)的靜態剪切強度，和小于40磅/100平方英尺(lb/1(l(lft2)的10分鐘凝膠；并且使所述無鉻含水井眼流體在井眼中在至少300 °F的溫度循環。
12.權利要求11的方法，其中所述至少一種無鉻增粘劑為選自海泡石、鋰蒙脫石、綠坡縷石、蒙脫石及其組合的天然或合成粘土。
13.權利要求11的方法，其中所述至少一種流體損失控制添加劑包括聚丙烯酰胺。
14.權利要求13的方法，其中所述聚丙烯酰胺選自 丙烯酰胺、磺化單體和乙烯基吡咯烷酮的三元共聚物； 丙烯酰胺基磺酸和丙烯酰胺的共聚物，及其組合。
15.權利要求11的方法，其中所述至少一種無鉻分散劑包括木質素磺酸鹽。
16.權利要求15的方法，其中所述木質素磺酸鹽選自樹脂酸化磺化褐煤、氧化褐煤及其組合。
17.權利要求11的方法，其中所述無鉻含水井眼流體還包含至少一種無鉻高溫流變穩定劑。
18.權利要求17的方法，其中所述至少一種高溫流變穩定劑選自基于聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺的共聚物；乙烯基酰胺和乙烯基磺酸酯的共聚物；及其組合。
19.權利要求11的方法，其中所述無鉻含水井眼流體還包含淀粉和膠乳的共聚物。
20.權利要求11的方法，其中所述至少一種流體損失控制添加劑包括乙烯基共聚物。
全文摘要
本發明公開在高溫-高壓條件下保持無鉻含水基井眼流體的流變并減少流體損失的方法。所述方法可包括用含水基礎流體、至少一種無鉻增粘劑、至少一種無鉻流體損失控制添加劑、至少一種無鉻分散劑配制無鉻含水井眼流體；并使該無鉻含水基井眼流體在井眼中在超過300℉的溫度循環。
文檔編號C09K8/04GK102245732SQ200980151294
公開日2011年11月16日 申請日期2009年10月13日 優先權日2008年10月13日
發明者A·特拉尼, D·格拉德, J·費爾南德斯, S·楊 申請人:M-I有限公司, M-I鉆井液英國有限公司