CN101578347A - 含水流体以及制备和使用含水流体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含多糖、溶解的盐和硼酸盐阴离子的含水流体。所述流体可用作(例如)钻井液。

Description

含水流体以及制备和使用含水流体的方法
背景技术
在石油钻探操作中，通常使钻井液向下环流穿过钻柱以冷却和润滑钻柱、悬浮从井眼中移除的钻屑以及阻止地层流体进入井眼。
含水钻井液和油基钻井液体系均是已知的。在油基体系使用中钻头需要增强润滑性时或在穿过被水性体系(例如水溶性页岩层)不利影响的地层时就要使用更经济型的含水体系。
含水钻井液通常包含增粘剂(通常为固相膨润土、绿坡缕石或海泡石等粘土)和水基流体载体。此外，可将盐或盐水添加至钻井液的组分中以制备盐水钻井液。常常采用多种添加剂来控制粘度、屈服点、凝胶强度(触变特性)、pH值、流体损耗、耐污性(如盐和碳酸钙)、润滑性、滤饼特性、冷却和热传递性、以及耐泥沙等惰性固体或是耐活性天然造浆粘土(如绿土、伊利石、高岭石、绿泥石等)。粘土通常不用作唯一的增粘剂，有机水溶性聚合物(如淀粉、羧甲基纤维素、天然树胶或合成树脂)通常与粘土一起使用。这些聚合物还有助于钻井液的粘土组分起到助滤剂的作用，以抑制或延迟钻井液在地层中的损耗。
一些井操作人员曾使用中空微球(也称为“泡”)来降低钻井液(泥浆)的密度。含水钻井液(如包含多糖和溶解的盐(如溶解的氯化钠(NaCl)和氯化钙(CaCl2))的那些)和某些玻璃泡(如碱石灰硼硅酸盐玻璃，例如3M公司(St.Paul，MN)以商品名“HGS18000”销售的那些)的某些组合不利地趋于形成凝胶，而不是保持为液体。因此需要提供各种材料混合在一起而不会胶凝(即仍为液体)的组合。
发明内容
意想不到地，虽然不想受理论的约束，但申请人相信他们已发现了含水钻井液(例如包含多糖和溶解的盐(如溶解的氯化钠(NaCl)和氯化钙(CaCl2))的那些)和某些玻璃泡(例如3M公司(St.Paul，MN)以商品名“HGS18000”销售的那些)的某些组合不利地趋于形成凝胶的原因是由于至少多糖与包含至少一个硼原子和至少两个氧原子的硼酸盐阴离子发生反应。硼酸盐阴离子或至少其来源，存在于(例如)某些陶瓷泡(如3M公司以商品名“HGS18000”销售的那些)的外表面上和/或陶瓷内。
本文所述的流体(其中应理解“流体”在本文中是指具有连续相的液体)用作钻井液。在进行钻探操作的一种示例性方法中，该方法包括使本发明的含水钻井液在井眼中环流并渗入地下区域。
在一个实施例中，本发明提供了一种制备低密度流体的方法。该方法包括混合(a)包含多糖和溶解的盐的含水流体，(b)包含至少一个硼原子和至少两个氧原子的硼酸盐阴离子，(c)陶瓷(即任何玻璃、结晶陶瓷、玻璃陶瓷以及它们的组合)泡(也称为“中空陶瓷微球”)和(d)相对于多糖优先与硼酸盐阴离子反应的有机物质，从而得到低密度流体，当不包含有机物质时，该低密度流体在20℃下16小时内胶凝(即不包含有机物质时改性流体胶凝，有机物质的量足以抑制改性流体在20℃下16小时内胶凝)。通常低密度流体保持为流体的时间为至少2、3、4、5、6、7、8、9甚至10天。
在一个实施例中，本发明提供了一种制备改性含水流体(如钻井液)的方法。该方法包括混合含水流体，所述含水流体包含(a)多糖和溶解的盐(如溶解的氯化钠(NaCl)和氯化钙(CaCl2))，(c)包含至少一个硼原子和至少两个氧原子的硼酸盐阴离子，和(d)相对于多糖优先与硼酸盐阴离子反应的有机物质，从而得到改性含水流体(如改性钻井液)，当不包含有机物质时，改性含水流体在20℃下16小时内胶凝。通常含水流体保持为流体的时间为至少2、3、4、5、6、7、8、9甚至10天。任选地，含水流体还包含陶瓷泡。任选地，含水流体还包含气体气泡(即含水流体起泡沫)。
在一个实施例中，本发明提供了一种含水流体(如钻井液)，该含水流体包含至少下述物质的反应产物：包含至少一个硼原子和至少两个氧原子的硼酸盐阴离子和相对于流体中的多糖优先地与硼酸盐阴离子反应的有机物质。在一些实施例中，如果不含形成反应产物的有机物质，含水组合物在20℃下16小时内胶凝，其中形成反应产物的有机物质的量足以抑制含水组合物的胶凝。通常含水流体保持为流体的时间为至少2、3、4、5、6、7、8、9甚至10天。在一些实施例中，含水流体还包含溶解的盐。任选地，含水流体还包含陶瓷泡。任选地，含水流体还包含气体气泡(即含水流体起泡沫)。
本发明还提供了一种进行钻探操作的方法。该方法包括使钻井液在井眼中环流并渗入地下区域，该钻井液包含至少下述物质的反应产物：包含至少一个硼原子和至少两个氧原子的硼酸盐阴离子和相对于流体中的多糖优先地与硼酸盐阴离子反应的有机物质。任选地，含水钻井液还包含陶瓷泡。任选地，含水流体还包含气体气泡(即含水流体起泡沫)。
本发明以上所指的可以阻止或至少抑制在某些浓度下胶凝的有机物质例子包括单糖类(包括葡萄糖、甘露糖或木糖等醛糖和果糖等酮糖)；糖醇(如山梨醇或麦芽糖醇)；二糖(如麦芽糖)；氨基糖(如葡糖胺)；糖酸(即醛糖酸，如葡糖酸)；包含至少三个选自羟基官能团、羧酸官能团以及它们的组合(如异抗坏血酸、间苯三酚、甘油、内消旋赤藓醇、季戊四醇、柠檬酸、1，1，1-三(羟甲基)乙烷)的官能团的化合物(包括直链的和支链的)；1，6-己二醇；邻苯二甲酸；以及乙内酰脲。术语“有机物质”包括这些化合物的以下任何形式：其立体异构体(如对映体或非对映体)、溶剂化物(如水合物)和/或盐(如就氨基糖、糖酸或其他羧酸而言)。在指手性化合物时，包括所述化合物中的每一个的对映体以及该对映体的外消旋或非消旋混合物。
此外，在一个实施例中，本发明提供了一种制备低密度流体的方法。该方法包括混合(a)包含多糖和溶解的盐的含水流体，(b)碱石灰硼硅酸盐玻璃泡，和(c)下述物质中的至少一种：单糖类；糖醇；二糖；氨基糖；糖酸；包含至少三个选自羟基官能团、羧酸官能团以及它们的组合的官能团的化合物；1，6-己二醇；邻苯二甲酸；或乙内酰脲，从而得到低密度含水流体，其中在不含下述物质的至少一种时：单糖类；糖醇；二糖；氨基糖；糖酸；包含至少三个选自羟基官能团、羧酸官能团以及它们的组合的官能团的化合物；1，6-己二醇；邻苯二甲酸；或乙内酰脲，低密度流体在20℃下16小时内胶凝。通常低密度流体保持为流体的时间为至少2、3、4、5、6、7、8、9甚至10天。任选地，该流体还包含气体气泡(即含水流体起泡沫)。
具体实施方式
可用于本发明的包含多糖的含水流体(如钻井液)在本领域中是已知的，并且可商购自例如Baker Hughes(Houston，TX)、M-I LLC(Houston，TX)以及Haliburton(Houston，TX)。
存在于含水流体中的示例性多糖包括黄原胶、瓜耳胶、淀粉或纤维素(如多阴离子纤维素)中的至少一种。可以存在于流体中的示例性溶解的盐包括氯化钠(NaCl)和氯化钙(CaCl2)。
在一些实施例中，含水流体(如通常对于钻井液而言)包含数量足以增大组合物粘度的增粘组分。示例性增粘组分包括膨润土、石棉、海泡石、绿坡缕石、纤维素衍生物以及它们的组合。
在一些实施例中，硼酸盐阴离子包括单硼酸盐和多硼酸盐阴离子以及包含至少2、3、4、5，甚至至少6个硼原子(可为三价或四价的)和至少3、4、5、6、7、8、9，甚至至少10个氧原子的阴离子。包含至少一个硼原子和至少两个氧原子的硼酸盐阴离子的示例性来源包括硼酸、硼砂(即十水合四硼酸钠)、其他硼酸盐(包括溶剂化物或水合物形式)以及碱石灰硼硅酸盐玻璃泡。示例性硼酸盐抗衡离子包括碱金属阳离子、碱土金属阳离子以及它们的组合。
相对于多糖优先地与硼酸盐阴离子反应的示例性有机物质包括下述材料中的至少一种：山梨醇(如D-山梨醇)、D-(+)葡糖胺盐酸盐、乙内酰脲、异抗坏血酸、二水合间苯三酚、内消旋赤藓醇、季戊四醇、D-葡萄糖酸、邻苯二甲酸、一水合柠檬酸、1，1，1-三(羟甲基)乙烷、D-果糖、无水D-葡萄糖、木糖、麦芽糖醇(如70％麦芽糖醇的水溶液)、D-(+)-甘露糖和高果玉米糖浆。此类材料可商购自例如Alfa Aesar(Ward Hill，MA)；Calbiochem(La Jolla，CA)；Aldrich Chemical Company(Milwaukee，WI)；Pfizer Chemical Division(New York，NY)；FisherScientific Company(Fair Lawn，NJ)；Merck Company(Rahway，NJ)；Avocado Research Chemicals Ltd.，(Heysham，Lancaster，UK)；和/或TheMatheson Company(East Rutherford，NJ)。
用于实施本发明的陶瓷泡通常是圆的。泡不必完全为球形，例如可以有坑或为椭球体。合适的陶瓷泡可通过本领域中已知的技术制备和/或商购得到。例如，制备玻璃泡的技术记录于例如美国专利No.2,978,340(Veatch等人)、3,030,215(Veatch等人)、3,129,086(Veatch等人)、3,230,064(Veatch等人)、3,365,315(Beck)、4,279,632(Howell)、4,391,646(Howell)和4,767,726(Marshall)以及1983年10月19日公布的欧洲专利文档No.0,091,555中。本领域中已知有多种玻璃泡制剂，包括多种碱石灰硼硅酸盐玻璃。例如，一种示例性碱石灰硼硅酸盐玻璃泡制剂包含至少90％、94％甚至97％按重量计的玻璃，该玻璃又包含至少67％的SiO2(如70％至80％范围的SiO2)、8％至15％范围的CaO、3％至8％范围的Na2O、2％至6％范围的B2O3和0.125％至1.5％范围的SO3。
玻璃泡可(例如)以商品名“3M中空玻璃微球，HGS系列”(3MHOLLOW GLASS MICROSPHERES，HGS SERIES)(如“HGS18000”)和“3M玻璃泡”(3M GLASS BUBBLES)(如S60、S60HS、iM30K、K1、K15、S15、S22、K20、K25、S32、K37、S38、S38HS、S38XHS、K46、(A16/500、A20/1000、D32/4500和H50/10000)级)得自3M公司(St.Paul，MN)；以商品名“球形中空玻璃球”(SPHERICEL HOLLOWGLASS SPHERES)(如110P8和60P18级)和“Q-CEL中空球”(Q-CELHOLLOW SPHERES)(如30、6014、6019、6028、6036、6042、6048、5019、5023和5028级)得自Potters Industries(Valley Forge，PA)(PQCorporation的附属公司)；以及以商品名“SIL-CELL”(如SIL 35/34、SIL-32、SIL-42和SIL-43级)得自Silbrico Company，(Hodgkins，IL)。
在一些实施例中，陶瓷泡为从燃煤发电厂所收集的粉煤灰中提取的硅铝酸盐泡(即空心微珠)。可用的空心微珠包括Sphere One，Inc.，(Chattanooga，TN)以商品名“EXTENDOSPHERES  中空球”(EXTENDOSPHERES HOLLOW SPHERES)销售的那些，如SG、MG、CG、TG、HA、SLG、SL-150、300/600、350、XOL-200、XOL-150、FM-1级；和3M公司以商品名“3M中空陶瓷微球”(3M HOLLOWCERAMIC MICROSPHERES)销售的那些，如G-3125、G-3150和G-3500级。空心微珠的平均真密度通常在0.7g/cm3至0.8g/cm3的范围内。
陶瓷泡的平均真密度通常在约0.1g/cm3至约0.9g/cm3的范围内(在一些实施例中，在约0.2g/cm3至约0.7g/cm3的范围内)，但也可以应用这些范围之外的密度。
玻璃泡的直径通常在约5微米至约250微米的范围内(在一些实施例中，在约10微米至约110微米，甚至约10微米至约70微米的范围内)，但也可以应用这些范围之外的尺寸。在一些实施例中，玻璃泡的中位直径在20微米至约40微米的范围内。陶瓷泡(例如空心微珠)的直径通常在约5微米至约500微米的范围内(在一些实施例中，在约50微米至约300微米，甚至约75微米至约200微米的范围内)，但也可以应用这些范围之外的尺寸。
对于包含陶瓷泡的钻井液而言，通常存在的陶瓷泡量足以将流体的密度降低至少5％(在一些实施例中，降低至少10％、15％、20％、25％甚至至少30％)。在一些实施例中，陶瓷泡按体积计占钻井液的约25％至约50％。降低钻井液的密度是有利的，例如可显著降低将钻井液提升至表面所需的压力以及降低相关的抽吸成本。
陶瓷泡所需的抗压强度取决于流体的特定预期用途。例如对于钻探应用，陶瓷泡所需的抗压强度通常由所采用的井底压力决定。在深度较浅处，陶瓷泡的抗压强度不必很高，但在非常深的井眼中和/或在非常深的海底处，施加在陶瓷泡上的流体静压变得极大，因此陶瓷泡应具有非常大的抗破裂性(高抗压强度)。由于泡通常为球形，因此其在所有方向上提供相同的抗压阻力(各向同性的抗压强度)，故非常适合该应用。一般来讲，陶瓷泡组分的破裂强度为至少2000psi(13.8MPa)(在一些实施例中为至少3000psi(20.7MPa)、4000psi(27.6MPa)、5500psi(37.9MPa)、6000psi(41.1MPa)、10,000psi(68.9MPa)，甚至至少18,000psi(124.1MPa))。
根据本发明的低密度含水流体实施例也是有用的，例如应用于双梯度钻井。在此类深水钻井中，在位于海底或海底附近的隔水管基部引入低密度含水流体，以有利于钻探操作中的压力控制。
本文所述的流体中可以包含的其他添加剂包括碱度和pH值控制添加剂、杀菌剂、钙还原剂、缓蚀剂、去沫剂、乳化剂、降滤失剂、絮凝剂、发泡剂、水合抑制剂、堵漏材料、润滑剂/解卡剂、页岩控制抑制剂、表面活性剂、温度稳定剂、稀释剂、分散剂、增粘剂和加重材料。
任选地，可使用本领域中已知的若干方法中的一种来将气体(如氮气、二氧化碳或空气)气泡混合到流体中以形成泡沫。此类方法包括例如美国专利No.3,463,231(Hutchison等人)和3,819,519(Sharman等人)中所描述的方法。
本发明还提供了一种钻探方法，该方法包括使本文所述的钻井液顺着钻柱向下环流以及在钻柱与钻孔之间的环面向上环流。
本发明还提供了一种钻探方法，其中可以控制钻井液的压力以防止井喷、反冲或其他不可控的压力状况。根据可渗透地层中的大多数钻井应用，钻井液的压力应保持在井的孔隙压力与井地层周围的断裂压力之间。如果流体压力太低，地层流体会迫使该流体离开井眼或环面，从而导致反冲或井喷。如果流体压力太高，与井眼相邻的地层会断裂，从而导致流体环流损失、流体损失以及断裂处有钻屑。玻璃泡可用于控制含水钻井液的密度，从而用于控制流体施加在地层上的压力。
提供下面的实例以帮助理解本发明，并且这些实例不构成对本发明范畴的限制。除非另外指明，否则所有的份数和百分比均按重量计。
实例
流体-凝胶测试
可使用以下“流体-凝胶测试”检验材料是否为流体。在约20℃下，将待测材料在其容器中彻底摇晃之后，将约10cm3的待测材料注入75mm、短杆、60°的玻璃漏斗(以商品名“Pyrex”、目录编号4154-11得自Ace Glass(Vineland，NJ))。如果材料在1分钟内流过漏斗，那么认为其是流体，否则就是凝胶。
实例1
在8盎司(240ml)的玻璃广口瓶中手动混合100克含水钻井液和3克D-山梨醇(CAS#50-70-4；98％的D-山梨醇；可得自Alfa Aesar(WardHill，MA))，其中含水钻井液基于饱和盐(氯化钠)水，并且用多糖(可以标识符“水基泥浆”(Water Based Mud)得自Baker Hughes(Aberdeen，Scotland(UK)))进行了流变改性。然后将10克陶瓷微球(“3M中空玻璃微球HGS18000”)手动混合于该流体中。密封广口瓶，并使其在室温(约20℃)下经过一夜。在约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少18天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少18天之后)被定为流体。
实例2
以实例1中所述方式制备和测试实例2，不同的是用3克D-(+)-葡糖胺盐酸盐(CAS#66-84-2；可得自Calbiochem(La Jolla，CA))取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例3
以实例1中所述方式制备和测试实例3，不同的是用3克乙内酰脲(CAS#461-72-3；99％；可得自Aldrich Chemical Company(Milwaukee，WI))取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例4
以实例1中所述方式制备和测试实例4，不同的是用3克异抗坏血酸(可得自Pfizer Chemical Division(New York，NY))取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例5
以实例1中所述方式制备和测试实例5，不同的是用3克二水合间苯三酚(CAS#6099-90-7；97％；可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例6
以实例1中所述方式制备和测试实例6，不同的是用3克内消旋赤藓醇(可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例7
以实例1中所述方式制备和测试实例7，不同的是用3克季戊四醇(精制级，可得自Fisher Scientific Co(Fair Lawn，NJ))取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例8
以实例1中所述方式制备和测试实例8，不同的是用3克D-葡萄糖酸钾盐(CAS#299-27-4；99％；可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例9
以实例1中所述方式制备和测试实例9，不同的是用3克邻苯二甲酸(CAS#88-99-3；98％；可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例10
以实例1中所述方式制备和测试实例10，不同的是用3克一水合柠檬酸(ACS，99.0-102.0％；可得自Alfa Aesar)取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例11
以实例1中所述方式制备和测试实例11，不同的是用3克1，1，1-三(羟甲基)乙烷(CAS#77-85-0；99％；可得自Aldrich ChemicalCompany)取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例12
以实例1中所述方式制备和测试实例12，不同的是用3克D-果糖(98％；可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例13
以实例1中所述方式制备和测试实例13，不同的是用3克无水D-葡萄糖(可得自Merck Company(Rahway，NJ))取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例14
以实例1中所述方式制备和测试实例14，不同的是用3克D-木糖(CAS#58-86-6；可得自Avocado Research Chemicals，Ltd.，(Heysham，Lancaster，UK))取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例15
以实例1中所述方式制备和测试实例15，不同的是用3克70％麦芽糖醇的水溶液(可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例16
以实例1中所述方式制备和测试实例16，不同的是用3克D-(+)-甘露糖(可得自The Matheson Company，(East Rutherford，NJ))取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例17
以实例1中所述方式制备和测试实例17，不同的是用3克高果玉米糖浆(026550；可以商品名“INVERTOSE”得自Corn Products(BedfordPark，IL))取代D-山梨醇。在至少约16小时之后，观察到流体保持为流体，粘度有小但可察觉的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流动。
此外，按照上述流体-凝胶测试进行测试，该混合物(在至少10天之后)被定为流体。
实例18
以实例1中所述方式制备和测试实例18，不同的是将10克含水钻井液与1克一水合D-(+)-麦芽糖(可得自Aldrich Chemical Company)和1克陶瓷微球(“3M中空玻璃微球HGS18000”)在6打兰的小瓶中手动混合。在至少约20小时之后，按照上述流体-凝胶测试进行测试，发现混合物为流体。
实例19
以实例18中所述方式制备和测试实例19，不同的是将10克含水钻井液与1克甘油(可得自Alfa Aesar)和1克陶瓷微球(“3M中空玻璃微球HGS18000”)在6打兰的小瓶中手动混合。在至少约20小时之后，按照上述流体-凝胶测试进行测试，发现混合物为流体。
实例20
以实例18中所述方式制备和测试实例20，不同的是将10克含水钻井液与0.1克D-山梨醇和1克陶瓷微球(“3M中空玻璃微球HGS18000”)在6打兰的小瓶中手动混合。在至少约10天之后，按照上述流体-凝胶测试进行测试，发现混合物为流体。
实例21
以实例18中所述方式制备和测试实例21，不同的是将10克含水钻井液与0.3克D-山梨醇在6打兰的小瓶中手动混合，并用0.1克硼砂(可以商品名“20MULE TEAM”得自Dial Company(Scottsdale，AZ))取代玻璃泡。在至少约10天之后，按照上述流体-凝胶测试进行测试，发现混合物为流体。
实例22
以实例18中所述方式制备和测试实例22，不同的是用5克1，6-己二醇取代D-山梨醇。在至少约20小时之后，按照上述流体-凝胶测试进行测试，发现混合物为流体，进一步观察发现混合物中存在大量沉淀的固体。
示例性实例A
将100克基于饱和盐(氯化钠)水并且用多糖(参见实例1)进行流变改性的含水钻井液与10克陶瓷微球(“3M中空玻璃微球HGS18000”)手动混合。密封广口瓶，并使其在室温(约20℃)下经过一夜。在约16小时之后，观察到流体不再为流体，而是成为凝胶物质，并且该凝胶物质可被木棍轻易切断。该凝胶类似于在其自重下不流动的软明胶，因此如果用上述流体-凝胶测试进行测试，则其显然不会在1分钟内流过漏斗。
示例性实例B
以实例1中所述方式制备和测试示例性实例B，不同的是用3克二戊赤藓醇(CAS#126-58-9；技术级；可得自Aldrich ChemicalCompany)取代D-山梨醇。在约16小时之后，观察到流体不再为流体，而是成为凝胶物质，并且该凝胶物质可被木棍轻易切断。该凝胶类似于在其自重下不流动的软明胶，因此如果用上述流体-凝胶测试进行测试，则其显然不会在1分钟内流过漏斗。
示例性实例C
以实例1中所述方式制备和测试示例性实例C，不同的是用3克1，6-己二醇(99+％；可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。在约16小时之后，观察到流体不再为流体，而是成为凝胶物质，并且该凝胶物质可被木棍轻易切断。该凝胶类似于在其自重下不流动的软明胶，因此如果用上述流体-凝胶测试进行测试，则其显然不会在1分钟内流过漏斗。
示例性实例D
以实例1中所述方式制备和测试示例性实例D，不同的是用3克一水合D-(+)-麦芽糖(可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。在约16小时之后，观察到流体不再为流体，而是成为凝胶物质，并且该凝胶物质可被木棍轻易切断。该凝胶类似于在其自重下不流动的软明胶，因此如果用上述流体-凝胶测试进行测试，则其显然不会在1分钟内流过漏斗。
示例性实例E
以实例1中所述方式制备和测试示例性实例E，不同的是用3克蔗糖(糖；可得自Super Value Company，(Eden Prairie，MN))取代D-山梨醇。在约16小时之后，观察到流体不再为流体，而是成为凝胶物质，并且该凝胶物质可被木棍轻易切断。该凝胶类似于在其自重下不流动的软明胶，因此如果用上述流体-凝胶测试进行测试，则其显然不会在1分钟内流过漏斗。
示例性实例F
以实例1中所述方式制备和测试示例性实例F，不同的是用3克甘油(可得自Alfa Aesar)取代D-山梨醇。在约16小时之后，观察到流体不再为流体，而是成为凝胶物质，并且该凝胶物质可被木棍轻易切断。该凝胶类似于在其自重下不流动的软明胶，因此如果用上述流体-凝胶测试进行测试，则其显然不会在1分钟内流过漏斗。
示例性实例G
以实例1中所述方式制备和测试示例性实例G，不同的是用3克1，2-丙二醇(可得自Alfa Aesar)取代D-山梨醇。在约16小时之后，观察到流体不再为流体，而是成为凝胶物质，并且该凝胶物质可被木棍轻易切断。该凝胶类似于在其自重下不流动的软明胶，因此如果用上述流体-凝胶测试进行测试，则其显然不会在1分钟内流过漏斗。
示例性实例H
以实例1中所述方式制备和测试示例性实例H，不同的是用3克乙酸(可得自J T Baker(Phillipsburg，NJ))取代D-山梨醇。在约16小时之后，观察到流体不再为流体，而是成为凝胶物质，并且该凝胶物质可被木棍轻易切断。该凝胶类似于在其自重下不流动的软明胶，因此如果用上述流体-凝胶测试进行测试，则其显然不会在1分钟内流过漏斗。
示例性实例I
以实例1中所述方式制备和测试示例性实例I，不同的是用3克乙醇酸(可得自Aldrich ChemicalCompany)取代D-山梨醇。在约16小时之后，观察到流体不再为流体，而是成为凝胶物质，并且该凝胶物质可被木棍轻易切断。该凝胶类似于在其自重下不流动的软明胶，因此如果用上述流体-凝胶测试进行测试，则其显然不会在1分钟内流过漏斗。
示例性实例J
以实例1中所述方式制备和测试示例性实例J，不同的是用3克聚山梨醇酯(可以商品名“TWEEN 60”(NF)得自Uniqema(New Castle，DE))取代D-山梨醇。在约16小时之后，观察到流体不再为流体，而是成为凝胶物质，并且该凝胶物质可被木棍轻易切断。该凝胶类似于在其自重下不流动的软明胶，因此如果用上述流体-凝胶测试进行测试，则其显然不会在1分钟内流过漏斗。
示例性实例K
以实例1中所述方式制备和测试示例性实例K，不同的是用3克鲸蜡醇(可得自The Chemistry Store Dot Com(Cayce，SC))取代D-山梨醇。在约16小时之后，观察到流体不再为流体，而是成为凝胶物质，并且该凝胶物质可被木棍轻易切断。该凝胶类似于在其自重下不流动的软明胶，因此如果用上述流体-凝胶测试进行测试，则其显然不会在1分钟内流过漏斗。
示例性实例L
以实例1中所述方式制备和测试示例性实例L，不同的是用3克一硬脂酸脱水山梨醇酯(可以商品名“ARLACEL 60”得自Uniqema)取代D-山梨醇。在约16小时之后，观察到流体不再为流体，而是成为凝胶物质，并且该凝胶物质可被木棍轻易切断。该凝胶类似于在其自重下不流动的软明胶，因此如果用上述流体-凝胶测试进行测试，则其显然不会在1分钟内流过漏斗。
示例性实例M
以示例性实例A中所述方式制备和测试示例性实例M，不同的是将10克含水钻井液与2.5克通过下述方式制备的含水溶液在6打兰的玻璃小瓶中混合；2.5克含水溶液的制备方法是将20克去离子水与10克陶瓷微球(“3M中空玻璃微球HGS18000”)混合在一起，然后用Whatman 5号滤纸(Whatman International Ltd.，Maidstone，Kent，UK)过滤混合物。在约20小时之后，按照上述流体-凝胶测试进行测试，发现流体为液体。
示例性实例N
以实例M中所述方式制备示例性实例N，不同的是在加入含水溶液之前，将0.3克D-山梨醇加至含水钻井液中。在约20小时之后，按照上述流体-凝胶测试进行测试，发现流体为液体。
示例性实例O
在6打兰的小瓶中，用10克去离子水稀释10克含水钻井液，然后手动混合2克陶瓷微球(“3M中空玻璃微球HGS18000”)，制得示例性实例O。在约20小时之后，按照上述流体-凝胶测试进行测试，发现流体为液体。
示例性实例P
以实例O中所述方式制备和测试示例性实例P，不同的是用0.1克硼砂(Dial Company)取代玻璃泡。在约16小时之后，观察到流体不再为流体，而是成为凝胶物质，并且该凝胶物质可被木棍轻易切断。该凝胶类似于在其自重下不流动的软明胶，因此不会通过上述流体-凝胶测试。
在不脱离本发明的范围和精神的前提下，对本发明的各种修改和更改对本领域中技术人员来说是显而易见的，并且应当理解，本发明并不局限于上文所述的示例性实施例。

Claims (21)

1.一种制备改性含水流体的方法，所述方法包括：
混合(a)包含多糖和溶解的盐的含水流体，(b)包含至少一个硼原子和至少两个氧原子的硼酸盐阴离子，和(c)相对于所述多糖优先地与所述硼酸盐阴离子反应的有机物质，从而得到改性的含水流体，其中在不含所述有机物质时，所述改性流体在20℃下16小时内胶凝。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水流体和所述改性的含水流体为钻井液。
3.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述多糖为黄原胶、瓜耳胶、淀粉或纤维素中的至少一种。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述有机物质为下述物质的至少一种：单糖类；糖醇；氨基糖；糖酸；包含至少三个选自羟基官能团、羧酸官能团以及它们的组合的官能团的化合物；邻苯二甲酸；或乙内酰脲。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述改性含水流体还包含陶瓷泡。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述改性含水流体还包含玻璃泡。
7.一种制备低密度含水流体的方法，所述方法包括：
混合(a)包含多糖和溶解的盐的含水流体，(b)包含至少一个硼原子和至少两个氧原子的硼酸盐阴离子，(c)陶瓷泡，和(d)相对于所述多糖优先地与所述硼酸盐阴离子反应的有机物质，从而得到所述低密度含水流体，其中在不含所述有机物质时，所述低密度含水流体在20℃下16小时内胶凝。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述含水流体和所述低密度含水流体为钻井液。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的方法，其中所述陶瓷泡为玻璃泡。
10.根据权利要求7、8或9中任一项所述的方法，其中所述多糖为黄原胶、瓜耳胶、淀粉或纤维素中的至少一种。
11.根据权利要求7、8、9或10中任一项所述的方法，其中所述有机物质为下述物质中的至少一种：单糖类；糖醇；氨基糖；糖酸；包含至少三个选自羟基官能团、羧酸官能团以及它们的组合的官能团的化合物；邻苯二甲酸；或乙内酰脲。
12.一种含水流体，包含至少下述物质的反应产物：包含至少一个硼原子和至少两个氧原子的硼酸盐阴离子和相对于存在于所述流体中的多糖优先地与所述硼酸盐阴离子反应的有机物质。
13.根据权利要求12所述的含水流体，其中在不含形成所述反应产物的有机物质时，所述含水组合物在20℃下16小时内胶凝，并且其中形成所述反应产物的有机物质的量足以抑制所述含水组合物胶凝。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的含水流体，还包含陶瓷泡。
15.根据权利要求12、13或14中任一项所述的含水流体，还包含玻璃泡。
16.根据权利要求12、13、14或15中任一项所述的含水流体，其中所述多糖为黄原胶、瓜耳胶、淀粉或纤维素中的至少一种。
17.根据权利要求12、13、14、15或16中任一项所述的含水流体，其中所述有机物质为下述物质中的至少一种：单糖类；糖醇；氨基糖；糖酸；包含至少三个选自羟基官能团、羧酸官能团以及它们的组合的官能团的化合物；邻苯二甲酸；或乙内酰脲。
18.一种进行钻探操作的方法，所述方法包括：使含水钻井液在井眼中环流并渗入地下区域，所述含水钻井液包含至少下述物质的反应产物：包含至少一个硼原子和至少两个氧原子的硼酸盐阴离子和相对于存在于所述流体中的多糖优先地与所述硼酸盐阴离子反应的有机物质。
19.根据权利要求18所述的方法，其中含水钻井液还包含陶瓷泡。
20.根据权利要求18或19中任一项所述的方法，其中含水钻井液还包含玻璃泡。
21.一种制备改性含水流体的方法，所述方法包括：
混合(a)包含多糖和溶解的盐的含水流体，(b)碱石灰硼硅酸盐玻璃泡，和(c)下述物质中的至少一种：单糖类；糖醇；二糖；氨基糖；糖酸；包含至少三个选自羟基官能团、羧酸官能团以及它们的组合的官能团的化合物；1，6-己二醇；邻苯二甲酸；或乙内酰脲，从而得到改性含水流体，其中在不含下述物质中的至少一种时：单糖类；糖醇；二糖；氨基糖；糖酸；包含至少三个选自羟基官能团、羧酸官能团以及它们的组合的官能团的化合物；1，6-己二醇；邻苯二甲酸；或乙内酰脲，所述改性流体在20℃下16小时内胶凝。
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