CN101289613A - 提高增重剂的气动处理特性的方法 - Google Patents

Abstract

一种加工用于气动输送的油田增重剂的方法，该方法包含用化学添加剂来处理重材料矿石来生产处理后的增重剂，并且研磨处理后的增重剂来生产磨碎的处理后的增重剂，该增重剂包含化学添加剂和磨碎的增重剂的基本上均化的混合物。此外，该方法包括根据尺寸将研磨过的增重剂进行粒度分级，从磨机中排出磨碎的处理后的增重剂，和将磨碎的处理后的增重剂收集在贮存容器中。同样，一种加工用于气动输送的油田增重剂的方法，该方法包含在磨机中研磨重材料矿石，其中研磨产生磨碎的增重剂，和将磨碎的增重剂从磨机中排出。此外，该方法包含将化学添加剂用于磨碎的增重剂来生产处理后的磨碎的增重剂，和将处理后的磨碎的增重剂收集在贮存容器内。

Description

提高增重剂的气动处理特性的方法

相关申请的相互参考

依据美国专利法第35条(35U.S.C.)§119(e)，本申请要求了2006年11月3日提交的序列号为60/864,243的美国临时专利申请的优先权，并且通过引用其全部内容而结合在此。

技术领域

本公开内容主要涉及加工增重剂的方法。更特别地，本公开内容涉及加工具有改善气动输送性的细微磨碎的增重剂的方法。还更特别地，本公开内容涉及采用化学添加剂来加工细微磨碎的增重剂以生产具有改善气动输送性的增重剂的方法。

背景技术

在整个石油天然气钻探过程中，井眼液有很多重要功能。其中一个功能就是在钻头与地壳摩擦时，冷却并润滑钻头。当钻头钻入地下时，产生“钻屑”，或小片的石头、粘土、页岩、砂砾等。井眼液能够用来将这些钻屑携带到地面。在钻进过程中，称为“套管”的大部分管段被插入到钻井中，以对齐钻孔并提供稳定性。本领域技术人员应当认识到，钻孔的未套管部分暴露在储油层的高压下，在可以安置套管之前必须保持稳定，否则，可能发生储油层“井涌”，或者极端情形下甚至会发生“井喷”，也就是灾难性的、不可控制的储油层流体涌入井眼。如果适宜地监控，井眼液能够提供足够的压力稳定性来阻止储油层流体的涌入。

在实现这些功能时，区别各种不同的井眼液的有效性的关键性质是密度，或者单位体积的质量。为了将钻屑传送到地表面，井眼液必须具有足够的密度。通过增加由井眼液施加到地层井底的表面上的压力，密度还有助于提高钻孔的稳定性。钻孔中的液柱产生与孔的深度和流体的密度成正比的流体静压(亦称压头)。所以，通过仔细地监视井眼液的密度来保证保持足够量的流体静压，就可以稳定钻孔并阻止储油层流体发生不期望的涌入。

长期以来，人们希望增加井眼液的密度，并且理所当然地存在各种方法。一种方法就是向井眼液中以盐水形式添加如氯化钠、氯化钙和溴化钙这样的溶解盐类。另一种方法就是向井眼液中添加惰性、高密度微粒以形成密度提高的悬浮液。这些惰性、高密度微粒通常被认为是“增重剂”，并且典型地包括重晶石、方解石或者赤铁矿的粉状矿物。

天然重晶石(硫酸钡)作为钻井液中的增重剂已经使用了多年。钻井级重晶石通常由包含硫酸钡的矿石生产，这些矿石来自单一来源，或通过混合来自多个来源的物料产生。它也可能包含除了硫酸钡矿物以外的其它材料，由此在颜色方面可能有变化，从灰白色到灰色或者褐红色都有。美国石油学会(API)已经发布了磨细的重晶石必须符合的国际标准。这些标准收录在美国石油学会技术规范的13A，第2部分中。

本领域已经公知，在钻井处理过程中，增重剂以及钻屑会产生沉降或者″下沉″，这可能导致大量与此密切相关的问题，比如漏失循环液、井失控、被卡和固井作业不佳。粒子从井眼液中沉淀出来，发生下沉现象。此沉淀导致在泥浆密度或″泥浆重量″方面产生重要的局部变化，两者都比名义上的或者要求的泥浆重量或高或低。当起下钻、测井或套管开动后，井眼液循环倒置时，一般会发生这种现象。典型地，在倒置循环中，轻泥浆之后是重泥浆。

下沉受多种因素的影响，这些因素涉及操作实践或钻井液情况，例如：低剪切情况、钻柱旋转、时间、单井设计、钻井液配方和性能，以及增重剂的质量。下沉现象倾向于在斜井中发生，且在加长的井中最为严重。众所周知，对于使用粒状增重剂的钻井液，在井眼的下侧发生差压卡钻或粒状增重剂的沉淀。

粒度和密度决定了增重剂的质量，质量又与下沉程度相关联。因此理论上，遵循颗粒越轻和越小，下沉越少。然而，传统的观点认为，减小增重剂的粒度会导致流体粘度发生不适当的增加，尤其是其塑性粘度增加。塑性粘度通常被认为是对流体流动的内阻的测量尺度，这可能源于存在于给定流体中的固体的数量、类型或者尺寸。理论已经表明，塑性粘度的这种增加源于粒度的减小--由此增加了颗粒的总表面积--是由吸附在颗粒表面的如水或钻井液之类的流体的体积的相应增加而引起的。因此，低于10μm的粒度是不宜的。

由于增重剂的质量，通常结合各种添加剂，以产生足够的流变性，从而允许井眼液将其悬浮，无论在动态还是静态条件下都不沉淀或″下沉″。这些添加剂可以包括胶凝剂，比如用于水基流体的膨润土或用于油基流体的有机改性膨润土。添加足够数量的胶凝剂以增加流体的悬浮同时又不增加流体的粘度而导致可泵送性减弱，在上述两者之间存在平衡。也可添加如黄原胶这样的可溶性聚合物增粘剂来减缓增重剂的沉降速率。

现有技术中存在各种方法来提供具有符合要求的密度，同时对其流体性能或“流变性”影响最小的井眼液。在美国专利No.6,180,573中公开了一种方法，该方法包括有目的地从磨细的重晶石(即，低于6μm的颗粒)中清除部分或全部最细小的微粒，然后进行监测，并且当粒度在使用中下降时通过添加粗粒物质来保持选定的粒度。

值得关注的是，尽管不受一般工业欢迎，其它方法已经使用小颗粒作为增重剂。美国专利No.5,007,480中公开的一种方法使用至少有98％粒度低于10μm的四氧化三锰(Mn₃O₄)与传统的增重剂如API规定等级的重晶石组合，得到的钻井液的密度高于通过单独利用重晶石或其它传统的增重剂而得到的钻井液的密度。在EP-A-119 745中公开了另一种方法，该方法描述了一种用于防止井喷的密度极高的流体，由水、第一增重剂和可能有的第二增重剂和由平均直径在0.5和10μm之间的细粒制成的胶凝剂组成。

根据现行的美国石油学会(API)标准，相对于被加入到钻井液中的全部增重剂的重量，可以补充不超过30％的有效直径小于6μm的颗粒(亦称″细粒″)。因此，尽管在增重剂中含有细粒是可以接受的，但是传统上优选使这些颗粒的相对量最小化。

传统的观点认为减少钻井液的粒度会导致粘度不希望的增加。然而，如美国专利公开No.2004/0127366中披露的那样(该申请已经转让给本申请的受让人，并且由此通过引用而结合在此)，确定，涂覆有抗絮凝剂或分散剂的磨得很细的颗粒(d₅₀＜2μm和d₉₀＜4μm)，产生悬浮液或泥浆，它们在分散剂控制粒子间相互作用以使得流变性断面更小的同时减少下沉。

对利用细微磨碎的颗粒的进一步研究得到了增加钻井液的密度的方法和降低粘度并且使下沉最小的方法，如美国专利公开号2005/0277551、2005/0277552和2005/0277553中所披露的那样，这些已经转让给了本申请的受让人，且由此通过引用而结合在此。

目前，尽管在钻井液中使用细粒作为增重剂在本领域中已经众所周知，但在细粒的后生产处理和输送方面还是存在很多大问题。通常，在细粒存贮时，它们有自压实的自然趋势。当覆盖物的重量通过将物质的颗粒压迫得更密集而导致孔隙度降低时，发生压实，由此从孔隙空间中排出流体(例如，水)。另外，当多种物质细粒互相混合在一起时，当较大延性的细粒在较小延性的细粒周围变形时，也可能发生压实，从而减少孔隙度并导致压实。

因为细微磨碎的重晶石颗粒(d₉₀＜45-50微米)在储存期间有自压实的倾向，随后输送磨细的颗粒，如上所述，使得细粒的制造商、运输商和最终用户都面临问题。参见D.Geldart，D的文章，《气体流体化的类型(Typesof Gas Fluidization)》，“粉末技术(Powder Technology)”，1973年第7期，第285-292页。典型地，重晶石细粒在大型容器内储存和运输，其中压实是常见现象。重晶石细粒在运输过程中经常被压密到容器中，这样当要卸载细粒时，必须人工将细粒从容器中掏出。人工移出细粒的过程是劳动密集的、费用高，并且效率低下。而且，因为容器可能开放地暴露于空气中，因此重晶石颗粒在它们移出时可能导致重晶石灰尘，它们可能从容器中逃逸。结果，相当一部分重晶石可能在输送期间被损失掉。

因此，需要一种处理增重剂以改善其输送性能的有效方法。

发明内容

一方面，在此公开的实施方案涉及一种加工用于气动输送的油田增重剂的方法，该方法包括：用化学添加剂来处理重材料矿石来生产处理后的增重剂，和研磨处理后的增重剂来生产磨碎的处理后的增重剂，该增重剂包含基本上均化的化学添加剂和磨碎的增重剂的混合物。此外，该方法包括将磨碎的增重剂根据尺寸进行分级，从磨机中排出磨碎的处理后的增重剂，以及将磨碎的处理后的增重剂收集到贮存容器中。

另一方面，在此公开的实施方案涉及一种加工用于气动输送的油田增重剂的方法，该方法包括：在磨机中研磨重材料矿石，其中所述的研磨生产磨碎的增重剂，并且从磨机中排放出磨碎的增重剂。此外，该方法还包括：将将化学添加剂施加到磨碎的增重剂上来生产处理后的磨碎的增重剂，以及将处理后的磨碎的增重剂收集到贮存容器中。

另一方面，在此公开的实施方案涉及一种加工用于钻井液的增重剂的方法，该方法包括：生产具有包括含d₉₀＜10μm规定尺寸的处理后的增重剂，其中该生产包括将化学添加剂施加到增重剂上。该方法进一步包括：将处理后的增重剂气动输送到钻井区域，和混合包含处理后的增重剂的钻井液。

另一方面，在此公开的实施方案涉及一种加工用于钻井液的增重剂的方法，该方法包括：生产处理后的增重剂，其中该生产包括改变增重剂的表面电荷。该方法进一步包括：将处理后的增重剂气动输送到钻井区域，和混合包含处理后的增重剂的钻井液。

另一方面，在此公开的实施方案涉及一种加工用于钻井液的增重剂的方法，该方法包括：生产被涂布过的增重剂，其中该生产包括：用足以允许气动输送的化学添加剂来涂布增重剂。该方法进一步包括：将被涂布过的增重剂气动输送到钻井区域，和在钻井液中分散被涂布过的增重剂。

从下面说明书和后附权利要求书中，本发明的其它方面和优点是清晰的。

附图说明

图1是根据本发明公开的一个实施方案来加工增重剂的方法的流程图。

图2是根据本发明公开的一个实施方案来加工增重剂的方法的流程图。

图3是根据本发明公开的一个实施方案来气动输送增重剂的方法的视图。

具体实施方式

总体而言，在此公开的实施方案涉及加工用于气动输送的增重剂的方法。更具体地，在此公开的实施方案涉及用化学添加剂加工细微磨碎的增重剂，以改善其气动输送性的方法。

典型地，在从制造工厂输送到分配中心或钻井点的过程中，磨碎的增重剂被贮存在大型容器中。在本领域，术语“增重剂”或者“重材料”通常用来指代用于提高钻井泥浆密度的高比重的固体材料。增重剂可能包含，例如硫酸钡(重晶石)、碳酸钙、白云石、钛铁矿、赤铁矿、橄榄石、菱铁矿和硫酸锶，或者本领域普通技术人员公知的任何其它材料。增重剂从重材料矿石中研磨而得到，并且重材料矿石可以包含上述提及的材料作为原料。在研磨增重剂时，较小直径的颗粒被称为“细粒”，并且典型地包含尺寸在4-50μm范围内的固体颗粒。然而，本领域普通技术人员应当认识到细粒也可包含直径小于4μm的增重剂。此外，本领域普通技术人员应当认识到：对用于给定钻井作业的特定增重剂的选择可能取决于所需物质的密度。其它考虑可能影响产品的选择，例如成本、获得性、研磨所需的能量和对井眼的残余效应。然而，加工任一种上面所列的增重剂可能受益于在此描述的方法。

在各种实施方案中，粉尘抑制剂可以和在此公开的实施方案一起使用，粉尘抑制剂包含，例如聚丙二醇。在一个实施方案中，氧化烯的产物，例如多元醇和/或聚醚，可作为化学处理剂在研磨之前施加到矿石上。多元醇包含二元醇、三元醇等，包含例如乙二醇，丙二醇和/或二甘醇，和二丙二醇和三丙二醇。可用于涂布增重剂的聚醚包含，例如氧化烯产物、聚丙二醇和聚乙二醇。在一个采用液态的氧化烯产物的实施方案中，处理重材料矿石可以包括例如，用添加剂来喷淋和/或浸渍矿石。

然而，在其它实施方案中，可以采用的是，使用与灰尘抑制剂典型相关的备选(alternate)化学处理剂，例如醇烷氧基化物和烷基苯酚烷氧基化物(它们是通过将烯化氧加成到醇或烷基苯酚中形成的)。此外，可以使用其它氧化烯缩合物，例如酰胺、胺、季铵化合物、磷酸酯和磺酸的氧化烯缩合物。在另一个实施方案中，降低处理后的颗粒之间的静电荷的涂料可以在本发明的实施方案中发现特殊的用途。认为这些抗静电化合物可以通过成为导电的或者通过从空气中吸收水分而使得被涂布的材料的表面轻微导电，来减少静电荷的积累。这些化合物可以同时具有亲水性和疏水性部分，使得疏水端和表面相互作用，而亲水端和空气水分相互作用来结合水分子。这些抗静电剂的实例包括：长链脂族胺(最理想的是乙氧基化物)季铵盐、磷酸酯、聚乙二醇或者聚丙二醇，和多元醇的酯、聚醚或者导电聚合物。上述化学处理剂名单仅仅是示例性的，同样地，本领域普通技术人员应当认识到：根据在此描述的实施方案，可以采用备选的化学处理剂。特定类型的化学处理剂可以根据钻井作业的需要而变化。在某些实施方案中，采用低毒性的化学处理剂例如单丙二醇可以提供环境影响低的处理剂。此外，这些涂料的选择也可能依赖将增重剂加入其中的流体，从而在输送到钻井位置后，对这些增重剂在井眼流体中提供分散的容易性。

备选地，重材料矿石或增重剂可以被例如湿润剂、乳化剂、溶剂、防结块剂和/或填料涂布。典型的润湿剂包括脂肪酸、有机磷酸酯、改性咪唑啉类、酰胺基胺类、烷基芳族硫酸盐和磺酸盐。可商购自德克萨斯休斯顿M-I LLC的

是如此处所论述的，适合用于涂布增重剂的湿润剂的实例。

是一种油基湿润剂和二次乳化剂，其典型地用于润湿细粒和钻井固体来防止固体被水润湿。而且，在施加到增重矿石上时，可以改善热稳定性、流变稳定性、过滤控制、乳液稳定性和改善系统耐污染性。

在另一个实施方案中，可以将固体处理剂例如干燥二氧化硅粉末或者碳酸钙(CaCO₃)添加到重材料矿石中。在固态施加过程中，可以将二氧化硅粉末或碳酸钙，或者其它固态添加剂在研磨之前添加到矿石中或与矿石混合。可商购的碳酸钙包括：也是由德克萨斯休斯顿M-I LLC经销的

是酸溶性碳酸钙桥键形成剂和增重剂，其典型地用于控制钻井液中的流体流失并维持密度。本领域普通技术人员应当认识到：聚丙二醇、二氧化硅粉末和

仅仅是在研磨之前可施加到重矿石上的化学添加剂的实例。同样地，这些化学添加剂仅仅是根据在此公开的实施方案可以使用的化学添加剂的示例。

可以存在于增重剂上的其它涂料例如分散剂涂料，可以包含：分子量至少为150的羧酸、多元脂肪酸、烷基苯磺酸、链烷磺酸、线性α-烯烃磺酸或者上述任一种酸的碱土金属盐、和磷脂：分子量至少为2,000道尔顿的聚合物，包括水溶性聚合物，其是单体的均聚物或共聚物，所述的单体选自包含以下单体的组：丙烯酸；衣康酸；马来酸或酐；丙烯酸羟丙酯乙烯基磺酸；丙烯酰胺基2-丙烷磺酸；丙烯酰胺；苯乙烯磺酸；丙烯酸磷酸酯；甲基乙烯醚和乙酸乙烯酯，并且其中的酸单体可以被中和成盐；热塑性弹性体；疏水剂，包括：饱和或不饱和的脂肪酸；脂肪酸的金属盐，以及它们的混合物。此外，在特定的实施方案中，这些涂料中的一些可以和上述的一些化学处理剂结合使用。例如，在一个具体实施方案中，然后可以将聚合物分散剂涂布的增重剂与化学添加剂混合，来辅助颗粒的流动性和允许气动输送。在一个实施方案中，例如，可以将分散剂涂布的增重剂与乙二醇、

二氧化硅粉末和

中的任意一种混合，来辅助颗粒的气动输送。

首先参考图1，显示的是根据本发明的一个实施方案的加工用于钻井液的增重剂的方法。在该实施方案中，用化学添加剂处理重材料矿石101。施加到矿石上的化学添加剂可以包含本领域普通技术人员公知的任何化学品，其可以施加到矿石上，特别是用于防止细粒加气。

在用化学添加剂处理矿石101后，将矿石输送到磨机中102。磨机可包含任一种能够把矿石研磨到可以用作钻井液中的增重剂的尺寸的磨机。在某些实施方案中，磨机可以包含将矿石研磨到许多具有特定尺寸的增重剂细粒的功能，而在其它实施方案中，磨机可以被规定为：根据规定的程序(例如研磨规定的时间)将矿石研磨成许多增重剂细粒。

在一个设计成将矿石研磨到规定的尺寸范围104的实施方案中，化学处理过的矿石间歇或者连续地进入磨机；并被研磨成许多增重剂细粒；然后从磨机中出来进行入粒度分级器中。该粒度分级器根据直径(即颗粒尺寸)来决定增重剂的尺寸范围，对增重剂分级，然后或者将增重剂作为处理后的增重剂从磨机中放出105，或者将增重剂再放回到磨机中进一步加工。在某些实施方案中，在研磨之前，可以将矿石预粉碎，其中矿石被碎裂成可以更容易搬运并进料到磨机中的更小块。采用预粉碎可以使矿石以更均匀的尺寸引入到磨机中，因此促进了研磨效率。申请号为11/046983(代理档案号：PA-02046US)、名称为制备增重剂细粒的方法和系统(Method andSystem for Harvestig Weighting Agent Fines)的美国专利中论述了将细粒进行分离和分级的方法的实例，该专利被转让给本申请的受让人，并且通过引用而将其全部内容结合在此。从而，在一个研磨矿石到规定尺寸范围的实施方案中，将矿石研磨103，并且许多增重剂细粒可以由例如尺寸为d₉₀＜10μm的颗粒构成。本领域普通技术人员应当认识到：尽管在研磨某些增重剂时，在d₉₀＜10μm的颗粒尺寸范围可能是适宜的，然而其它的尺寸范围也可受益于本发明公开的内容。研磨操作规定的可备选尺寸范围的实例可以包括：d₃₀＜6μm，d₅₀＜2μm和d₉₀＜4μm。在其它的实施方案中，增重剂可被研磨到包括：d₉₀＜45-50μm，d₅₀＜15-20μm，和d₁₀＜0.8-1.3μm，这典型地和细微磨碎的重晶石相关。在此外其它的实施方案中，增重剂可被研磨到包括：d₉₀＜32-36μm，d₅₀＜11-14μm，和d₁₀＜0.5-1.0μm，这典型地和超细重晶石相关。在某些实施方案中，增重剂可以被进一步研磨到包括：d₉₀＜3.0μm，d₅₀＜1.0μm，和d₁₀＜0.3μm。然而，本领域普通技术人员应当认识到增重剂尺寸的变化可根据确定的钻井液和/或钻井作业的需要而变化。

在另一个实施方案中，矿石可以根据规定的程序研磨106。在此实施方案中，化学处理过的矿石间歇或者连续地进入磨机，根据规定的程序(例如，研磨预定的时间)来研磨，然后作为处理后的增重剂而从磨机中放出107。出磨机之前和/或之后，磨碎的增重剂或处理后的增重剂可以如上所述根据尺寸来进行分级108。本领域普通技术人员应当认识到：在其它的实施方案中，矿石可以在磨机中研磨，然后进行化学处理，之后根据尺寸进行分级。

在研磨103过程中，无论研磨到规定的尺寸范围104或者根据规定的程序研磨106，磨机都可以将压力施加给化学处理后的增重矿石。与研磨相关的压力和由此而产生的热量可以提供化学添加剂和增重剂的基本上均匀的混合物，从而制造处理后的增重剂。通过制造基本上均匀的混合物，增重剂可更均匀地被化学添加剂涂布，因此提高了该施加的效率。这样一种均匀的混合物可进一步促进的抗结块性和化学添加剂和增重剂的正输送效果。在一些实施方案中，可以通过加热装置来人工提供热量以进一步提高混合物的均化。本领域普通技术人员应当认识到：其它的提供压力和热量的方法也可以用于提高磨机中混合物的均化效果。

在将矿石研磨103成许多增重剂细粒后，增重剂可以如上所述被分离108，和/或另外作为处理后的增重剂从磨机中排出105，107。然后，可以将处理后的增重剂收集在存储容器中109来存储和/或最终运送。

现在参考图2，显示的是根据本发明公开的一个实施方案的另一种加工用于油田的增重剂的方法。在此实施方案中，将重材料矿石根据如上所述的方法在磨机中研磨201。如上所述，矿石可以根据规定的尺寸范围或选定的程序来研磨。在矿石研磨后，将许多得到的增重剂细粒从磨机中排出202。在排出之前，增重剂可以根据尺寸分级，或者在指定尺寸范围磨碎的情况下，增重剂可以直接排出。排出后，可将化学添加剂施加到增重剂上203。

在此实施方案中，由于增重剂在研磨后被涂布，几种化学处理的方法都可采用。在一个实施方案中，用化学添加剂涂布增重剂可以在“干式混合”过程中进行，使得所述的过程基本上没有溶剂。这个过程可以包括：以适宜的比率混合增重剂和化学添加剂，以形成混合的材料。然后，可以将增重剂送入热交换系统，例如吸热系统，并且被基本上冷却。在冷却后，化学添加剂可以和增重剂均匀地结合，因此生产如上所述的处理后的增重剂。在某些实施方案中，然后，可以将增重剂或处理后的增重剂分成涂布过的增重剂和未涂布过的增重剂，使得未涂布过的增重剂可以循环到过程的开始。然而，在其它的实施方案中，增重剂和化学添加剂在加热或不加热的情况下的混合过程都可以充分得到均匀的混合物。申请号为60/825,156，名称为分散剂涂敷的增重剂(Dispersant Coated WeightingAgents)的美国专利中论述了其它的干式混合增重剂的方法，该申请转让给本申请的受让人并且通过引用而将其全部内容结合在此。

在另一个实施方案中，用化学添加剂涂布增重剂可以在“湿式混合”过程中进行。在这个过程中，可以在水性悬浮液中，将增重剂在包含化学添加剂的粒状研磨介质的搅拌流化床中研磨足够长的时间，以提供所需要颗粒尺寸分布。这个过程可以得到化学品涂布的增重剂的基本上均化的混合物(即，处理后的增重剂)。申请号为10/610,499，名称为用于提高油基流体密度的添加剂和包含这种添加剂的流体(Additive for Increasing theDensity of an Oil-based Fluid and Fluid Comprising Such Additive)的美国专利中论述了其它的方法和湿式混合增重剂的实例，该申请转让给本申请的受让人，并且通过引用而将其全部内容结合在此。

在再一个实施方案中，用化学添加剂涂布增重剂可以在雾化过程中进行203。在此过程中，化学添加剂可以被雾化，例如采用容易获得的喷雾器、弥雾机、喷射器，使添加剂通过喷嘴，或者根据任何其它的本领域普通技术人员公知的方法而雾化。然后可以将雾化后的添加剂用于增重剂。在一个实施方案中，雾化后的添加剂可以在研磨后而来自研磨过程的增重剂仍是热的同时直接施加。在其它实施方案中，可以将雾化后的添加剂在收集和/或分离之前、之后和/或期间施加到增重剂上。为了更好的均化化学添加剂，在某些实施方案中，可能有利的是，将雾化的雾施加到增重剂之后如上所述对增重剂施加热量。然而，本领域普通技术人员应当认识到：在某些实施方案中，对收集的增重剂细粒的流在压力下施加雾化的雾，可能足以以基本上均化的方式204来涂布增重剂，从而得到处理后的增重剂。

此外，化学添加剂的重量百分比可以根据所用添加剂的类型和被输送的增重剂的特定需求而变化。例如，在一个实施方案中，可以将占总重量1％和2％之间的丙二醇通过雾化添加到微粉化的重晶石中。然而，在另一个实施方案中，占总重量约1.5％的单丙二醇可以雾化并施加于微粉化的重晶石中。化学添加剂的重量百分比和将化学添加剂施加到增重剂中的方法可以根据所用的化学添加剂的类型和增重剂的尺寸而变化。

在施加化学添加剂203和生产基本上均化的处理后的增重剂204后，可以将处理后的增重剂收集在贮存容器中205。在收集在贮存容器之前或之后，在一些实施方案中，磨碎的增重剂和/或处理的增重剂可以如上所述根据尺寸进行分级，或者根据上述任何一种方法来进一步改性。

在上述将化学添加剂施加到增重剂上的所有方法中，本领域普通技术人员应当认识到：添加剂越均匀地分布于整个增重剂上，添加剂在运输和贮存的过程中的作用可能越有效。此外，尽管相对于研磨后施加添加剂的系统描述了上述施加化学添加剂的方法，但是本领域普通技术人员应当认识到：可以将同样的方法用来将化学添加剂施加于重材料矿石，如相对于图1所述的。此外，在某些实施方案中，与收集增重剂同时施加化学添加剂可能是有益的。在此实施方案中，添加剂可以以预定的间隙在其释放入贮存容器中时与增重剂混合。

在另一个实施方案中，可以将化学添加剂在重材料矿石、部分研磨的增重剂或者预粉碎的重材料矿石在磨机中的同时添加到所述的材料中。在此实施方案中，化学添加剂可以如上所述被雾化，并且在其被研磨的同时施加到材料中。例如，在一个实施方案中，重材料矿石可以进入磨机中，并且在磨机开始研磨矿石时，可以将液态的丙二醇雾化并通过设置在磨机内部的喷嘴来施加到矿石上。此实施方案可以提供保证化学添加剂以均匀的方式施加的有益效果，从而提供一种基本上均化的处理后的增重剂。此外，在采用多个磨机的研磨操作中，可以将化学添加剂在多个磨机之间和/或在研磨循环周期之间添加。

现在参考图3，显示的是根据本发明的一个实施方案，气动输送处理后的增重剂的方法。在根据上述公开的任何一种方法加工增重剂后，处理后的增重剂可包含改善的气动输送性。这种性能在贮存和输送处理后的增重剂中都是有益的。在图3中，如上所述，处理后的增重剂在上游的加工装置中生产。在增重剂和/或处理后的增重剂在A方向上从上游的加工装置移动进入贮存容器301中时，如果化学添加剂没有预先添加到增重剂中，则可以向其中施加添加剂。在处理后的增重剂在B方向上移动时，处理后的增重剂被收集到贮存容器301中。随后，处理后的增重剂可以在贮存容器301中向下转移，从而收集在端部302中。在本领域，贮存容器301通常发现是垂直安置的约20英寸的圆柱形容器。在一些实施方案中，贮存容器301可包含阀门302，以控制处理后的增重剂从贮存容器301的端部303流动到将贮存容器301连接到下游的加工和/或输送装置的输送管线304的流量。

典型地，在将增重剂收集在端部303时，增重剂变得压实的，因此更不容易有效地流动通过输送管线304。事实上，如上所述，在未处理的增重剂细粒(例如，在d₉₀＜6μm尺寸范围内的增重剂)在贮存容器301中贮存时，它们具有压实的趋势，从而阻止从其中移动通过。这样的压实可以具有额外的问题，例如堵塞阀门302和/或输送管线304。

然而，如此处所公开的，化学处理后的增重剂可以抵抗压实，从而使得处理后的增重剂更容易贮存和运输。在一个实施方案中，贮存容器301被连接到气动输送装置305上。气动输送装置305可提供在B方向上流动通过贮存容器301的气流。在空气压实贮存的处理后的增重剂时，提高的压力可能导致处理后的增重剂被迫在方向B上向下。当阀门302打开时，通过气动输送装置305施加在处理后的增重剂的在B方向上的压力，允许处理后的增重剂自由地流动通过输送管线304。当需要阻止处理后的增重剂的流动时，可以停止气流，或者另外地，将气流从气动输送装置305中放出，以停止将压力施加到处理后的增重剂上。然后可以关掉阀门302，并且额外处理后的增重剂可以收集在贮存容器301中。

由于根据本发明的增重剂是化学处理过的，因此处理后的增重剂可以容易地移动通过贮存容器301和/或输送管线304，从而生产通常可泵送的基体。基体的可泵送本性出现的原因在于：当通过添加化学添加剂来使得处理后的增重剂粒子的表面积增加时，减少了通常地将引起粒子压实的静电。这样，静电的减少可减少压实，因此可通过气动方式使得处理后的增重剂移动。雷·柯蒂斯等于2006年11月3日提交的申请号为60/864,206，名称为细微磨碎的重材料的气动输送(Pneumatic Transfer of Finely GroundWeight Material)的共同待审美国申请中描述了细粒的气动输送方法的进一步说明，该申请通过引用而将其全部内容结合在此。

有利地，上述方法的实施方案可以提高磨碎的增重剂的输送效率。增重剂的气动输送可以提供在生产线和包装之间，从包装到运送，从运送到使用地或它们的任意组合移动增重剂迅速而相对便宜的方法。

由于这些方法使得可以气动输送增重剂，可以降低对人工的需求。气动输送可以代替目前使用的从运输容器中人工挖出细粒以及人工将它们输送到它们各自的目的地的方法。通过减少人工的需求和与之相关的时间，本发明可以提供优于现有技术中公知的细粒输送方法的益处。

此外，气动输送系统可保持配置成防止加气的增重剂在输送过程中逃逸。由于可以将系统配置成防止加气的增重剂逃逸，增重剂接触环境污染和水分的机会更少，所述的环境污染物和水分可能进一步提高增重剂在运输过程中压实。此外，由于可以包含这种增重剂，可以使细微磨碎的增重剂在输送中遇到的传统的健康和安全问题最小化。

此外，提供可泵送的细微磨碎的增重剂可以允许克服常见的压实问题。由于细微磨碎的增重剂归因于粒子间的低静电荷而更不容易压实，增重剂可以贮存更长的时间。另外，降低静电荷可以使具有上述颗粒直径的增重剂气动输送。气动运输尺寸分级的增重剂颗粒可以有利地使得运输和在钻井点混合颗粒更为有效。最后，贮存和输送的简便可以导致细微磨碎的增重剂处理相关的成本更低，从而减少钻井作业的总成本。

实施例

为了测试细微磨碎的重材料的气动输送，通过在气动容器和贮存容器之间输送化学处理后的增重剂，进行试验。在这些试验中，尺寸为d₉₀＜10μm微粉化的重材料涂布了1重量％的丙二醇。重材料主要包含重晶石，具有附加数量的石英和赤铁矿。然后将化学处理后的重材料移动穿过一系列水平和垂直距离已知的容器。输送试验的具体内容详细列于下面的表1中。

表1：气动输送试验数据

试验编号	试验类型	直立管道距离	水平管道距离	管道中的弯曲	总距离
						1	拖车至直立储罐加15’软管	44’	60’	5	134’
2	储罐至储罐	40’	42’	5	97’
						3	储罐至储罐加150’软管	40’	42’	5	247’
4	储罐至储罐加50’软管架桥	112’	320’	16	530’
						5	储罐至储罐加50’软管架桥	112’	480’	22	708’

上述试验接近实际的生产/钻井点的工作条件。试验可用于确定化学处理过的材料能否通过钻井作业中的标准管道系统进行气动输送。上面列出的五个试验结果在下文作了详细描述。

试验1包括从散装卡车上输送磨细的重材料，所述的散装卡车位于试验设施外并用5″软管连接到工厂的6″钢管。卡车装有180袋重材料，并且这些材料在脱气后经过12小时沉淀，以确保输送的可靠性。将压缩机通过3″软管连接到散装卡车，以提供额外的压力。通过工厂管道工程，材料被输送到6300立方英尺(cf)的竖立的大型储罐中。材料的气动输送包括给散装卡车加压到大约每平方英寸17磅(17psi)。然后打开卡车上的排放阀，使得材料流从卡车流入到直立储罐中。一旦卡车中的压力下降到大约每平方英寸10磅(10psi)时，并且输送的速率变缓后，将管路中的压力增大，使压力回升到大约每平方英寸17磅(17psi)。将允许压力下降，然后又对系统再加压的过程反复进行，直到卡车基本卸空。

为了确定输送的效率，在试验期间监视系统反馈和反应，并且使用计时器和数据标尺在试验期间记录在20袋增量中的输送速率。试验得到：平均流量是0.15袋/秒。

试验2包括通过40′的6″直立钢管和42′的6″水平钢管，从第一6300立方英尺(cf)的直立大容量储罐输送到第二6300立方英尺(cf)直立的大容量储罐。第一罐装有663袋化学处理过的增重剂，并且一旦装入，就将第一罐加压到每平方英寸40磅(40psi)。如上所述，对系统反馈和反应进行监视，并且用秒表和数据标尺记录在20袋增量中的输送速率。试验结果为在14分钟内输送了625袋，因而得到平均输送速率为0.88袋/秒。

试验3包括将磨细的重材料从第一6300立方英尺(cf)的大型储罐输送到第二6300立方英尺(cf)的大型储罐，与试验2相同，使用了150′的5″软管。在此试验中，第一罐装有625袋重材料，并且第一罐被加压到每平方英寸60磅(60psi)。如上所述，观察这次试验的输送速率，以20袋增量进行记录。结果表明：在24分钟内输送了592袋重材料，因此提供的平均输送速率为0.70袋/秒。

试验4包括在第一6300立方英尺(cf)大型储罐和第二6300立方英尺(cf)大型储罐之间输送磨细的重材料，其总的距离为530′。此试验也在短桥上发送，以模拟重材料在装入例如船只这样的运输容器内的过程中的气动输送。这次试验的管道工程由50′的5″软管，112′的6″直立钢管和320′的6″水平钢管组成。在此试验中，第一罐装有592袋重材料，并且在每平方英寸50磅(50psi)的压力下在储罐之间进行输送。试验结果为在52分钟内输送了563袋重材料，因此提供的平均输送速率为0.31袋/秒。

试验5包括在第一6300立方英尺(cf)大型储罐到第二6300立方英尺(cf)大型储罐之间输送磨细的重材料，其总的距离为708′。此试验类似试验3，然而代替试验3中的短桥，试验4结合有长桥，以模拟重材料在装入运输容器的过程中的气动输送。在此试验中，管道包括50′的5″软管，112′的6″直立钢管和480′的水平钢管。在此试验中，罐1装有563袋重材料，并使用每平方英寸60磅(60psi)压力输送。试验结果为在9分钟内输送了554袋，因此其平均速率为0.19袋/秒。

试验1-5的结果用来证明根据前述实施方案对处理过的细微磨碎的重材料的气动输送。尤其是，上述实施方案表明，具有1重量％的丙二醇涂层的微粉化重晶石允许通过陆地和海上钻井作业这两种操作中使用的设备进行细粒的气动输送。更明确地，具有1重量％的丙二醇涂层的微粉化重晶石可以进行细粒的气动输送，使得细粒随后可以分散在用于钻井作业的钻井液中。

有利地，此处公开的实施方案可以用于钻井作业中使用的流体混合，所述的流体包括尺寸适当的增重剂。更特别地，尺寸d₉₀＜10微米的磨细的增重剂的气动输送可以用于为特定钻井作业配制的钻井液的混合。因此，尺寸分级的增重剂的化学处理剂可以用于增重剂在生产设施、在钻井点或者运输容器上进行气动输送。而且，化学处理尺寸分级的增重剂可以用于在钻井作业的各个方面之间进行增重剂的气动输送，钻井作业包括制造、钻孔和作业的运输部。而且，因为这样尺寸分级的增重剂的气动输送可以用于更有效的输送，因此与含有尺寸分级的增重剂的流体的输送和混合相关的费用也能得到减少。

在一个实施方案中，钻井工程师可以生产出化学处理过的尺寸分级的增重剂，例如尺寸d₉₀＜10微米的微粉化重晶石。然后，该增重剂能被气动输送到钻井作业的不同方面。例如，增重剂可以在生产设施内部、在生产设施和钻井作业之间，在钻井作业的不同方面之间，在生产设施和运输容器(比如船只)之间，或者在多个运输容器之间进行输送。在特定的实施方案中，增重剂可以在运输容器和海上钻井平台之间进行气动转送。在这样一个实施方案中，在增重剂进行气动输送后，可以将增重剂分散到流体中，用于生产钻井作业中使用的井眼液。

尽管本发明已经结合有限数量的实施方案进行了描述，但是本领域技术人员可从本发明公开的内容中获得启发而应当认识到，可以在不偏离本发明所公开的范围而设计出其它实施方案。因此，本发明公开的范围只应当由后附的权利要求书来限制。

Claims (33)

1、一种加工用于气动输送的油田增重剂的方法，该方法包括：

采用化学添加剂来处理重材料矿石从而生产处理后的增重剂；

研磨处理后的增重剂来生产磨碎的处理后的增重剂，所述的磨碎的处理后的增重剂包括化学添加剂和磨碎的增重剂的基本上均化的混合物；

根据尺寸对磨碎的增重剂进行分级；

将磨碎的处理后的增重剂从磨机中排出；和

将磨碎的处理后的增重剂收集到贮存容器中。

2、如权利要求1所述的方法，其中所述的重材料矿石包括重晶石。

3、如权利要求1所述的方法，其中所述的磨碎的增重剂在尺寸上包括d₉₀＜10μm。

4、如权利要求1所述的方法，其中所述的化学添加剂包括乙二醇。

5、如权利要求1所述的方法，其中所述的化学添加剂包括丙二醇。

6、如权利要求1所述的方法，其中所述的研磨包括研磨到规定的颗粒尺寸。

7、如权利要求6所述的方法，其中所述的规定的颗粒尺寸是d₉₀＜8μm。

8、一种加工用于气动输送的油田增重剂的方法，该方法包括：

在磨机中研磨重材料矿石，其中所述研磨产生磨碎的增重剂；

将磨碎的增重剂从磨机中排出；

将化学添加剂施加到磨碎的增重剂上，以生产处理后的磨碎的增重剂；和

将处理后的磨碎的增重剂收集在贮存容器中。

9、如权利要求8所述的方法，其中所述的磨碎的增重剂是重晶石。

10、如权利要求8所述的方法，其中所述的化学添加剂通过雾化来施加。

11、如权利要求8所述的方法，其中所述的化学添加剂包括乙二醇。

12、如权利要求8所述的方法，其中所述的化学添加剂包括丙二醇。

13、如权利要求8所述的方法，其中所述的研磨包括研磨到规定的颗粒尺寸。

14、如权利要求13所述的方法，其中所述的规定的颗粒尺寸是d₉₀＜10μm。

15、如权利要求8所述的方法，进一步包括：

将磨碎的增重剂进行分级。

16、如权利要求8所述的方法，进一步包括：

均化磨碎的增重剂和化学添加剂。

17、如权利要求16所述的方法，其中所述的均化磨碎的增重剂包括向化学添加剂和磨碎的增重剂施加热量和压力。

18、如权利要求8所述的方法，其中所述的处理过的磨碎的增重剂被设置用于钻井液。

19、如权利要求1所述的方法，其中施加化学添加剂发生在研磨重材料矿石的过程中。

20、一种加工用于钻井液的增重剂的方法，该方法包括：

生产处理后的增重剂，该增重剂具有包括d₉₀＜10μm的规定尺寸，其中所述的生产包括将化学添加剂施加到增重剂上；

气动输送处理后的增重剂到钻井区域；和

混合包含处理后的增重剂的钻井液。

21、如权利要求17所述的方法，其中处理后的增重剂包括重晶石。

22、一种加工用于钻井液的增重剂的方法，该方法包括：

生产处理后的增重剂，其中所述的生产包括改变增重剂的表面电荷；

气动输送处理后的增重剂到钻井区域；和

混合包含处理后的增重剂的钻井液。

23、如权利要求22所述的方法，其中所述的改变包括用化学添加剂涂布增重剂。

24、一种加工用于钻井液的增重剂的方法，该方法包括：

生产被涂布过的增重剂，其中所述的生产包括用化学添加剂来涂布增重剂，使其足以允许气动输送；

气动输送被涂布过的增重剂到钻井区域；和

在钻井液中分散被涂布过的增重剂。

25、如权利要求24所述的方法，其中增重剂在尺寸上包括d₉₀＜10μm。

26、一种组合物，包含：

基液；和

磨碎的处理后的增重剂，该增重剂包含磨碎后的重材料和化学添加剂，其中磨碎的处理后的增重剂在气动输送后能够被分散到基液中。

27、如权利要求26所述的组合物，其中重材料选自：硫酸钡、碳酸钙、白云石、钛铁矿、赤铁矿、橄榄石、菱铁矿、硫酸锶和它们的组合。

28、如权利要求26所述的组合物，其中所述的化学添加剂包括乙二醇。

29、如权利要求26所述的组合物，其中所述的磨碎的处理后的增重剂在尺寸上包括d₉₀＜10μm。

30、如权利要求26所述的组合物，其中所述的磨碎的处理后的增重剂包括基本上均化的混合物。

31、如权利要求26所述的组合物，其中所述的重材料被细微地磨碎，并且其中所述的细微磨碎的重材料包含改变的表面电荷。

32、如权利要求26所述的组合物，其中将所述的磨碎的处理后的增重剂根据尺寸进行分级。

33、如权利要求26所述的组合物，其中将磨碎的重材料根据尺寸进行分级。

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