CN101595197A - 用于井眼液的沉淀的增重剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配制井眼液的方法，所述方法包括：使增重剂从溶液中沉淀；以及将沉淀的增重剂加入到基液中以形成井眼液。本发明还公开了包含分散剂包覆的沉淀的增重剂的流体和配制井眼液的方法。

Description

用于井眼液的沉淀的增重剂

相关申请的交叉引用

依照35U.S.C.§119，本申请要求2006年9月11日提交的美国专利申请60/825,156的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用结合在此。

技术领域

本发明中所公开的实施方案总体上涉及井眼液。特别地，本发明中所公开的实施方案涉及用于井眼液的沉淀的增重剂。

背景技术

当在地层中钻井或完井时，由于各种原因，通常在井中使用各种流体。井液的一般用途包括：在普通钻井或钻开(即，钻开目标含油地层)时润滑和冷却钻头切削表面；将“岩屑”(由于钻头上的齿的切削作用而移除的地层片)运输到地表上；控制地层流体压力以防止喷出；保持井稳定性；将固体悬浮于井中；将钻井地层中的滤失最小化，并且稳定钻井通过的地层；将井附近的地层压裂；用另一种流体代替井内的流体；将井进行清洗；对井进行测试；将水马力传递到钻头上；将流体用于安置封隔器，废弃井或者准备废弃井，以及另外用于对井或地层进行处理。

通常，钻井液应当可在压力下向下泵送，通过钻管柱，然后通过并到达深入地层的钻头头部周围，然后通过在钻杆外部与井壁或套管之间的环状空间返回到地表。除了提供钻井润滑性和效率以及减缓磨损以外，钻井液还应当使固体颗粒悬浮并向地表输送固体颗粒以进行滤砂和处理。此外，该流体应当能够使添加的增重剂(为了增加泥浆的比重)悬浮，并且输送粘土和能够粘附到并覆盖井眼表面的其它物质，所述增重剂通常为磨细的重晶石(硫酸钡矿石)。

钻井液通常具有触变性流体体系的特性。即，当被剪切时，例如当循环时，它们表现出低的粘度(在泵送或与移动钻头接触过程中出现的)。然而，当停止剪切作用时，流体应当能够悬浮其所含的固体以防止重力分离。另外，当钻井液处于剪切条件下并且接近易流动液体时，它必须保持足够高的粘度，以将来自井眼底部的所有多余的粒状物质带到地表上。钻井液配剂还应当允许将岩屑和其它多余的粒状材料移除，或者另外从液体部分中沉降出来。

越来越需要具有能够使这些井的钻井更容易的流变性曲线的钻井液。具有定制的流变性的钻井液确保从井眼中尽可能有效率和有效地移除岩屑，以避免在井中形成岩屑床，这可能导致钻柱被卡住，以及其它的问题。出于钻井液水力学(当量循环密度)观点，还需要降低循环流体所需的压力，这有助于避免将地层暴露于可能压裂地层，导致流体损失并且可能导致井损失的过度压力下。另外，改善的曲线必需防止流体中的加重剂的沉降或下降，如果这种情况发生，可能导致循环流体体系中的不均匀密度曲线，从而可能导致井控(气体/流体注入)和井眼稳定性问题(坍塌/裂纹)。

为了获得满足这些要求所需的流体特性，流体必须容易泵送，因此需要最低量的压力，以迫使它穿过循环流体体系中的限制部分(restriction)，例如钻头喷嘴或测井下井仪。或者换言之，在高剪切条件下，流体必须具有可能最低的粘度。相反，在其中流体流动面积大并且流体速度缓慢，或存在低剪切条件的井区中，流体粘度必须尽可能高，以悬浮并且输送钻出的岩屑。这还适用于在流体在井眼中保持静态的时候，其中需要将岩屑和加重料保持悬浮以防止沉降。然而，还应当指出，流体的粘度不应当在静态条件下继续增加至不可接受的水平。另外当需要再次循环流体时，这可能导致可以压裂地层的过度压力，或者换句话说，如果要求收回充分循环流体体系的压力超过泵的限度，它可能导致损失时间。

井眼液还必须对井眼的稳定性有贡献，并且控制来自地层孔隙的气体、油或水的流动，以防止例如地层流体的流出或井喷，或加压的地层的倒塌。井眼内的液柱施加与井眼的深度和流体的密度成正比的静压。高压地层可能需要比重高达3.0的流体。

多种材料目前被用于增加井眼液的密度。这些材料包括溶解的盐，如氯化钠、氯化钙和溴化钙。作为选择，将粉末状的矿物，如重晶石、方解石和赤铁矿加入到流体中以形成密度增加的悬浮液。还已经描述了金属粉末如铁作为钻井液中的增重材料的使用，其中所述增重材料包括直径小于250μm并且优选在15和75μm之间的铁/钢球形颗粒。还已经提出了细粉末状的碳酸钙或碳酸铁的使用；然而，此类流体的塑性粘度随着粒度的减小而快速地增加，从而限制了这些材料的应用。

对于这些井眼液添加剂的一个要求是其形成稳定的悬浮液并且不易于沉降出来。第二个要求是所述悬浮液表现出低粘度，以促进泵送并使高压的产生最小化。最后，井眼液浆液还应当表现出低的滤失量。

常规的增重剂如粉末状的重晶石具有10-30μm的范围内的平均粒子直径(d₅₀)。为了充分地悬浮，这些材料需要加入胶凝剂，如用于水基液的膨润土，或用于油基液的有机改性膨润土。还可以加入可溶性聚合物增粘剂，如黄原胶，以减慢增重剂的沉降速率。然而，随着加入更多的胶凝剂以增加悬浮液稳定性，流体粘度(塑性粘度和/或屈服点)不适宜地增加，从而导致泵送性降低。如果使用增粘剂保持固体悬浮的所需水平，情况也是这样。

微粒增重剂的沉降(或“垂沉”)在以与垂向成大斜度所钻的井眼中变得更加关键，因为例如一英寸(2.54cm)的垂沉可能导致沿井眼壁的上部连续的密度降低的液柱。为了到达例如遥远的储油层部分，通常在大的距离上对这样的大斜度井进行钻井。在这样的情况下，重要的是将钻井液的塑性粘度最小化，以减少在井眼长度上的压力损失。同时，还应当保持高密度，以防止井喷。此外，如上面对微粒增重材料指出，垂沉的问题变得更加重要，以避免微粒增重剂在井眼的低侧的差压卡钻或沉降出来。

能够配制具有高密度和低塑性粘度的钻井液在需要高密度井眼液的深高压井中也是重要的。高粘度可能导致泵送条件下在井眼底部的压力增加。此“当量循环密度”(ECD)的增加可能导致地层中的张开裂缝和井眼液向压裂的地层的严重损失。再一次，为了保持静压头以避免井喷，悬浮液的稳定性是重要的。具有低粘度和最小的增重材料垂沉的高密度流体的目标仍然是一个挑战。

因此，继续要求改进井眼液。

发明内容

在一个方面中，本发明中所公开的实施方案涉及一种配制井眼液的方法，所述方法包括：使增重剂从溶液中沉淀；和将沉淀的增重剂加入到基液中以形成井眼液。

在另一个方面中，本发明中所公开的实施方案涉及一种配制井眼液的方法，所述方法包括：使增重剂从溶液中沉淀；用分散剂包覆增重剂；和将沉淀的增重剂加入到基液中以形成井眼液。

在另一个方面中，本发明中所公开的实施方案涉及一种井眼液，所述井眼液包含：基液；和沉淀的增重剂。

在另一个方面中，本发明中所公开的实施方案涉及一种井眼液，所述井眼液包含：基液；和包覆有分散剂的沉淀的增重剂。

从以下描述和后附的权利要求中，本发明的其它方面和优点将变得明显。

具体实施方式

在一个方面中，本发明中所公开的实施方案涉及用于井眼液的沉淀的增重剂。此外，本发明中还公开了配制和使用包含沉淀的增重剂的流体的方法。

常规的增重剂如重晶石的来源是可以进行粉碎(研磨)处理以制备具有所需粒度的颗粒的开采的矿石。在井下操作中使用的各颗粒度可以在例如API-级重晶石(d₉₀≈70微米)至微粒化的重晶石(d₉₀＝1-25微米)的范围内。此外，如在每一个均转让给本发明的受让人并且通过引用结合在此的美国专利申请出版物20040127366、20050101493、20060188651，美国专利6,586,372和7,176,165，以及美国临时申请序列号11/741,199中所讨论的，微粒化的增重剂可以提供在流体垂沉、流变性和/或滤失量方面的改善的性能。

然而，本公开的实施方案通过沉淀提供此类增重剂的替代来源，从而还可以允许可获得粒度的更宽范围。与天然形成并被作为原料开采的、可以被称为原生矿物的常规增重剂相比，如在本发明中所使用的，术语“沉淀的增重剂”是指通过化学沉淀从溶液中合成而形成的增重剂。“原生矿物”如原生重晶石，是指最初的商品，其包括原生矿物以及简单选矿法，如洗选、跳汰选、重介质分选、摇床选矿、浮选和磁选的产品。然而，为了在井中使用，矿物还经压碎/研磨和筛分。

在本发明中所公开的一些实施方案中使用的沉淀的增重剂可以包括本领域技术人员已知的典型增重剂化合物的各种沉淀形式，其可以包括，例如，硫酸钡(重晶石)、碳酸钙(方解石)、碳酸镁(菱镁矿)、碳酸钙镁(白云石)、氧化铁(赤铁矿)、硅酸镁和硅酸铁(橄榄石)、碳酸铁(菱铁矿)、和硫酸锶(天青石)。此外，因为本公开的增重剂是合成制备的，所以本领域的普通技术人员应认识到可以通过沉淀形成与天然形成为矿物矿石的那些化合物不同的化合物，并且将其用作本公开的流体中的增重剂。因此，在一个实施方案中，可以使用各种金属和/或碱土金属，包括例如，钙、钡、镁、铁、锶、铝、和/或锌的各种硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硅铝酸盐、氧化物等。此外，尽管许多碱金属盐，如钠非常易溶，但是有些，如硅铝酸钠和/或硅铝酸钠镁非常不易溶，因此可以作为替代的沉淀的增重剂在本公开的流体中使用。

本领域的普通技术人员应认识到具体的沉淀的增重剂材料的选择可以主要取决于材料的密度，因为通常在任何特定密度下的最低井眼液粘度是通过使用最高密度的颗粒获得的。然而，其它的考虑可以影响产品的选择，如成本、本地可得性，以及残留的固体或滤饼是否可以从井中容易地被去除。

在一些实施方案中，沉淀的增重剂可以由比重为至少1.8的材料组成的颗粒形成；在其它实施方案中，比重为至少2.3；在其它实施方案中，比重为至少2.4；在其它实施方案中，比重为至少2.5；在其它实施方案中，比重为至少2.6；并且在另外的其它实施方案中，比重为至少2.68。例如，由比重为至少2.68的颗粒形成的增重剂可以允许将井眼液配制为满足大部分密度要求，而仍具有低得足以使流体可泵送的颗粒体积分数。

在一些实施方案中，增重剂的平均粒度(d₅₀)可以在大于5nm、10nm、30nm、50nm、100nm、200nm、500nm、700nm、1微米、1.2微米、1.5微米的下限至小于10微米、5微米、2.5微米、1.5微米、1微米、700nm、500nm、100nm的上限的范围内，其中颗粒可以在任何下限至任何上限的范围内。在其它实施方案中，增重剂的d₉₀(90％的颗粒均更小的尺寸)可以在大于20nm、50nm、100nm、200nm、500nm、700nm、1微米、1.2微米、1.5微米、3微米、5微米的下限至小于25微米、15微米、10微米、5微米、2.5微米、1.5微米、1微米、700nm、500nm的上限的范围内，其中颗粒可以在任何下限至任何上限的范围内。

此外，本领域的普通技术人员应认识到增重剂可以具有不同于单峰分布的粒度分布。也就是说，增重剂可以具有在各个实施方案中可以是单峰、双峰或多峰的粒度分布，该单峰分布可以是或可以不是高斯分布。

具有这些平均粒度的颗粒可以通过化学沉淀获得，由此作为溶液中化学物种之间的化学反应的结果，制备不溶性的固体增重剂。在溶液中至少两种化学物种(specific)的混合后发生沉淀。本领域的普通技术人员应认识到这些混合的化学品的化学特性取决于要用作增重剂的所需的生成化合物。例如，当需要硫酸钡增重剂时，可以将钡盐溶液(例如，氢氧化钡、氯化钡等)与碱金属硫酸盐溶液(例如，硫酸钠、硫酸)混合，以沉淀出硫酸钡。然而，在需要碳酸盐，如碳酸钙的情况下，与二氧化碳结合的氢氧化钙溶液导致碳酸钙的形成。可以通过用另一碱金属(或其它金属)盐溶液代替所述碱金属盐溶液而类似地形成其它硫酸盐和碳酸盐，同时可以通过用硅酸盐溶液，如硅酸钠代替硫酸盐溶液而形成硅酸盐。此外，为了沉淀其它化合物如氧化铁，可以通过使溶液暴露于高温和高压下以使溶液中的铁水解并沉淀出来，使氧化铁从铁盐溶液中沉淀。

混合可以在例如搅拌釜反应器(间歇式的或连续式的)、静态混合器或转子-定子混合器中进行。其中转子以高速(如至少120000rpm)转动的设备特别适合用于形成这种沉淀的增重剂，因为齿合设备的剪切力、横向力和摩擦力(与高速结合)可以导致细的、分散的颗粒的形成。另外的技术如碰撞射流、微通道混合器的使用，或Taylor-Couette反应器的使用可以改善混合强度，并且导致更小的颗粒和更好的颗粒均匀性。作为选择，通过允许独立地控制各种参数，如输入功率、反应器设计、停留时间、颗粒、或反应物浓度，可以提供更高的剪切和搅拌能量以引起微观混合和局部消散高功率的超声破碎也可以提供更小的颗粒和更好的颗粒均匀性。在溶液已经通过混合器后，所得的沉淀的增重剂可以被分离出来并且干燥，以在稍后在井眼液中使用。在美国专利7,238,331中讨论了可以在需要纳米尺寸的增重剂时使用的特定混合器，该专利的全部内容通过引用结合在此。

如上所述，在本发明中所公开的实施方案中使用的流体可以包含沉淀的增重剂。在一些实施方案中，沉淀的增重剂可以是未包覆的。在其它实施方案中，沉淀的增重剂可以被分散剂或湿润剂包覆。例如，在本发明中所公开的一些实施方案中使用的流体可以包含分散剂包覆的沉淀的增重剂。沉淀的增重剂的表面包覆可以在沉淀的过程中、在沉淀之后、或既在沉淀的过程中又在沉淀之后进行。为了防止颗粒的团聚，这种包覆层的包含可以是适宜的，从而还可以对其中使用所述颗粒的井眼液提供所需的流变效果。如该术语在本发明中所使用的，“表面的包覆”意在表示足够数目的分散剂分子被吸附(物理地或化学地)或另外与颗粒的表面紧密地结合，使得材料的细粒不导致在现有技术中观察到的粘度的快速上升。通过使用这样的定义，本领域的技术人员应当理解并认识到分散剂分子实际上可能没有完全覆盖颗粒表面，并且分子数目的量化是极困难的。因此，根据需要，依赖于结果导向的定义。作为该方法的结果，人们可以通过在加入到钻井液中之前用分散剂包覆颗粒而控制细粒的胶体相互作用。通过这样做，除了提高流体的滤失(过滤)性能以外，还可以系统地控制包含在添加剂中的流体的流变性，以及对流体中的污染物的耐受性。

在一些实施方案中，沉淀的增重剂包括含有包覆到颗粒的表面上的反絮凝剂或分散剂的固体胶态颗粒。沉淀的粒度可以允许表现出沉降或垂沉趋势降低的高密度悬浮液或浆液，同时颗粒表面上的分散剂控制颗粒之间的相互作用，从而导致较低的流变剖面(rheological profile)。因此，通过用分散剂表面包覆颗粒结合高密度、细的粒度和胶体相互作用的控制，使得高密度、较低的粘度和最小的垂沉的目标协调。

在一些实施方案中，增重剂包括包覆有聚合物反絮凝剂或分散剂的、重均颗粒直径(d₅₀)小于10微米的分散的固体胶态颗粒。在其它实施方案中，增重剂包括包覆有聚合物反絮凝剂或分散剂的、重均颗粒直径(d₅₀)小于8微米的分散的固体胶态颗粒；在其它实施方案中，重均颗粒直径(d₅₀)小于6微米；在其它实施方案中，重均颗粒直径(d₅₀)小于4微米；并且在另外的其它实施方案中，重均颗粒直径(d₅₀)小于2微米。细的粒度将产生将表现出沉降或垂沉趋势降低的悬浮液或浆液，并且在颗粒表面上的聚合物分散剂可以控制颗粒之间的相互作用，因而将产生较低的流变性剖面。细的粒度和对胶体相互作用的控制的结合使得较低的粘度和最小的垂沉两个目标协调。

可以通过在混合前将分散剂加入溶液中实现分散剂对沉淀的增重剂的包覆。因此，在发生混合和沉淀时，颗粒被包覆。如果需要超细或纳米尺寸的增重剂，在混合和沉淀过程中分散剂的存在还可以提供对颗粒的晶粒生长的抑制，并且还防止颗粒的团聚。

还可以在沉淀之后，在基本上没有溶剂的干混方法中进行分散剂对沉淀的增重剂的包覆。所述方法包括将沉淀的增重剂和分散剂以所需比率共混，以形成共混的材料。然后可以将共混的材料进料至热交换系统，如热脱附系统。可以使用混合器，如螺旋输送器使混合物前进通过热交换器。通过冷却，聚合物可以保持与增重剂结合。然后可以将聚合物/增重剂混合物分离为聚合物包覆的增重剂、未结合的聚合物、和可能形成的任何团聚体。如果需要，可以任选地将未结合的聚合物再循环到该工艺的开始处。在另一个实施方案中，在不加热的情况下，单独的干混方法可以用来包覆增重剂。

作为选择，在没有干混处理的情况下，可以通过如上所述的热吸附包覆沉淀的增重剂。在此实施方案中，用于制备被包覆的载体(substrate)的方法可以包括：将沉淀的增重剂加热至足以使单体分散剂在增重剂上反应的温度，以形成聚合物包覆的分级增重剂，以及回收聚合物包覆的增重剂。在另一个实施方案中，可以使用催化方法，以在分级的增重剂的存在下形成聚合物。在又一实施方案中，聚合物可以预先形成，并可以被热吸附到分级的增重剂上。

如上所述，微粒化的增重剂的实施方案可以包括反絮凝剂或分散剂。在一个实施方案中，分散剂可以选自分子量为至少150道尔顿的羧酸，如油酸和多元脂肪酸、烷基苯磺酸、烷基磺酸、直链α-烯基磺酸、磷脂如卵磷脂，醚磺酸酯、聚醚，包括它们的盐并包括它们的混合物。例如，还可以使用合成聚合物，例如HYPERMER OM-1(Imperial Chemical Industries，PLC，英国伦敦)或聚丙烯酸酯。此类聚丙烯酸酯可以包括甲基丙烯酸十八酯和/或丙烯酸丁酯的聚合物。在另一个实施方案中，可以使用相应的酸，甲基丙烯酸和/或丙烯酸。本领域的技术人员应认识到可以使用其它丙烯酸酯或其它不饱和羧酸单体(或其酯)，以获得与在本发明中所公开的基本上相同的结果。

当要将分散剂包覆的微粒化的增重剂用于水基液中时，在一个具体实施方案中，可以使用分子量为至少2000道尔顿的水溶性聚合物。此类水溶性聚合物的实例可以包括选自以下化合物的任何单体的均聚物或共聚物：丙烯酸、衣康酸、马来酸或马来酸酐、丙烯酸羟丙酯乙烯基磺酸、丙烯酰胺基2-丙磺酸、丙烯酰胺、苯乙烯磺酸、丙烯酸类磷酸酯(acrylicphosphate ester)、甲基乙烯基醚和醋酸乙烯酯、或它们的盐。

在一个实施方案中，聚合物分散剂可以具有约10,000道尔顿至约300,000道尔顿的平均分子量，在另一个实施方案中，聚合物分散剂可以具有约17,000道尔顿至约40,000道尔顿的平均分子量，在又一实施方案中，聚合物分散剂可以具有约200,000-300,000道尔顿的平均分子量。本领域的普通技术人员应认识到，当在研磨处理的过程中将分散剂加到增重剂中时，可以使用中间分子量聚合物(10,000-300,000道尔顿)。

此外，特别在本发明所公开的实施方案的范围内的是，在本发明所公开的干混方法之前或与同时将聚合物分散剂聚合。此类聚合可以涉及例如，热聚合、催化聚合、引发聚合或其组合。

给定在本发明中所公开的沉淀的增重剂和分散剂包覆的沉淀的增重剂的粒状性质，本领域的技术人员应当认识到可以将其它的组分与增重剂混合以改变各种宏观性质。例如，可以包括抗结块剂、润滑剂、和用于减轻水分积聚的试剂。作为选择，可以将增强润滑性或帮助控制滤失的固体材料加到在本发明中所公开的增重剂和钻井液中。在一个说明性实施例中，加入细粉末的天然石墨、石油焦炭、石墨化的炭、或这些的混合物，以改善钻井液的润滑性、机械钻速、和滤失性以及其它性质。另一个说明性的实施方案利用磨细的聚合物材料以给予钻井液各种特性。在加入此类材料的情况下，重要的是注意加入材料的量不应当对钻井液的性质和性能具有显著的不利影响。在一个说明性的实施方案中，加入占小于5重量％的聚合物滤失材料以增强钻井液的性能。作为选择，加入小于5重量％的适当尺寸的石墨和石油焦炭以改善流体的润滑性和滤失性能。最后，在另一个说明性的实施方案中，加入小于5重量％的常规抗结块剂，从而有助于增重材料的大量储存。

可以将在本发明中所描述的粒状材料(即，包覆的和/或未包覆的沉淀的增重剂)以干燥形式加入钻井液中作为增重剂，或浓缩为水性介质中的浆液或有机液体的形式。如已知的，有机液体应当具有油基钻井液的添加剂所要求的必需的环境特性。考虑到这一点，油质流体可以具有在40℃小于10厘沲(10mm²/s)的运动粘度，并且出于安全原因，具有高于60℃的闪点。合适的油质流体为，例如，柴油、矿物油或白油、正烷烃或合成油如α-烯烃油、酯油、这些流体的混合物、以及钻井领域技术人员已知的其它类似流体或其它井眼液制剂。

井眼液制剂

上述沉淀的颗粒可以用于任何井眼液如钻井液、固井液、完井液、充填液、修井(维修)液、增产液、压井液、隔离液，和高密度流体的其它用途，如在重介质分重液中或在船舶或其它交通工具的压舱液中。本发明的流体的此类备选用途以及其它用途对于本公开的特定领域的技术人员应当是明显的。依照一个实施方案，增重剂可以用于井眼液制剂。井眼液可以是水基液、正乳液(direct emulsion)、逆乳液、或油基液。

水基井眼液可以具有作为基础液体(base liquid)的水性流体和沉淀的增重剂(包覆的或未包覆的)。水基井眼液可以具有作为基础液体的水性流体和沉淀的增重剂。水性流体可以包括淡水、海水、盐水、水和水溶性有机化合物的混合物，以及它们的混合物中的至少一种。例如，可以用所需的盐在淡水中的混合物配制水性流体。这样的盐可以包括但不限于，例如碱金属氯化物、氢氧化物或羧酸盐。在本发明中公开的钻井液的各种实施方案中，所述盐水可以包括海水、其中盐浓度低于海水的盐浓度的水溶液，或其中盐浓度高于海水的盐浓度的水溶液。可以在海水中发现的盐包括但不限于，氯化物、溴化物、碳酸盐、碘化物、氯酸盐、溴酸盐、甲酸盐、硝酸盐、氧化物和氟化物的钠、钙、硫、铝、镁、钾、锶、硅、锂和磷盐。可以被混合在盐水中的盐包括，存在于天然海水中的这些盐或任何其它的有机或无机溶解盐的任意一种或多种。另外，可以用于本发明中公开的钻井液的盐水可以是天然的或合成的，其中合成盐水在组成上趋于简单得多。在一个实施方案中，钻井液的密度可以通过增加盐水中的盐浓度(至多饱和)来控制。在一个具体实施方案中，盐水可以包括金属例如铯、钾、钙、锌和/或钠的一价或二价阳离子的卤化物或羧酸盐。

油基/逆乳液井眼液可以包含油质连续相、非油质不连续相、和沉淀的增重剂。本领域的普通技术人员应认识到，可以根据所需应用将上述微沉淀的增重剂改性。例如，改性可以包括将分散剂亲水/疏水性化。

油质流体可以是液体，更优选为天然的或合成的油，并且更优选所述油质流体选自包括下列的组中：柴油；矿物油；合成油，如包括聚α-烯烃、直链和支链烯烃等的氢化和非氢化烯烃、聚二有机硅氧烷、硅氧烷、或有机硅氧烷、脂肪酸酯、特别是脂肪酸的直链、支链和环状烷基醚；本领域技术人员已知的类似化合物；以及它们的混合物。油质流体的浓度应当足够，使得逆乳液形成，并且可以少于逆乳液的约99体积％。在一个实施方案中，油质流体的量为逆乳液流体的约30体积％至约95体积％，并且更优选为逆乳液流体的约40体积％至约90体积％。在一个实施方案中，油质流体可以包括至少5体积％的选自包括下列的组中的材料：酯、醚、缩醛、碳酸二烷基酯、烃及它们的组合。

在本发明中公开的逆乳液流体的制剂中所使用的非油质流体是液体，并且可以是水性液体。在一个实施方案中，非油质液体可以选自包括下列的组中：海水、含有有机和/或无机溶解盐的盐水、含有水混溶性的有机化合物的液体及它们的组合。非油质流体的量典型地小于用于形成逆乳液所需的理论极限。因此，在一个实施方案中，非油质流体的量小于约70体积％，并且优选约1体积％至约70体积％。在另一个实施方案中，非油质流体优选为逆乳液流体的约5体积％至约60体积％。流体相可以包含水性流体或油质流体，或它们的混合物。在一个具体实施方案中，可以将包覆的重晶石或其它微粒化的增重剂包括在具有水性流体的井眼液中，所述水性流体包括淡水、海水、盐水、及它们的组合中的至少一种。

可以使用常规方法以与通常用于制备常规的水基和油基钻井液的方式类似的方式制备本发明中公开的钻井液。在一个实施方案中，将如上所述所需量的水基液和适量的一种或多种沉淀的增重剂混合在一起，并且在连续混合的情况下依次加入钻井液的其余组分。在另一个实施方案中，将所需量的油质流体如基础油、非油质流体和适量的一种或多种沉淀的增重剂混合到一起，并且在连续混合的情况下依次加入其余的组分。逆乳液可以通过剧烈搅拌、混合或剪切油质流体和非油质流体而形成。

在又一实施方案中，本公开的沉淀的产物可以单独、或与常规机械研磨的增重剂组合使用。可以被包含在本发明中公开的井眼液中的其它添加剂包括例如，湿润剂、亲有机性粘土、增粘剂、滤失控制剂、表面活性剂、分散剂、界面张力降低剂、pH缓冲剂、互溶剂、稀释剂、冲淡剂和清洁剂。对于配制钻井液和泥浆的本领域普通技术人员，这样的试剂的加入应当是熟知的。

有利地，本公开的用于井眼液的实施方案可以具有高密度，而没有牺牲流变性和/或垂沉的风险。在本发明中公开的一些实施方案中使用的流体的一个特性是颗粒形成稳定的悬浮液，并且不易于沉降出来。在本发明中公开的一些实施方案中使用的流体的更适宜的特性是悬浮液在剪切下表现出低粘度，从而促进泵送，并将高压的产生和滤失或流体流入的可能性最小化。此外，与常规的自上而下的方法相比，通过使用自下而上的方法，可以在不需要能源密集型研磨方法的情况下获得细颗粒，并且特别可以制备实际上不能以其它方式得到的纳米尺寸的增重剂。此外，在某些矿物矿石可能是稀有、昂贵的、或有枯竭风险的情况下，本公开的方法可以允许配制井眼液，而不考虑这种担心。此外，还应当指出，由于天然的矿物矿石可能含有可以降低增重剂的比重的杂质，所以可以通过在更可控的环境中合成而形成增重剂，使得杂质减少(因此增加实际的比重)。

尽管已经对本发明的有限数量的实施方案进行了描述，但是受益于本公开的本领域技术人员应当认识到，可以设计不偏离本申请中公开的本发明范围的其它实施方案。因此，本发明的范围应当仅仅由后附权利要求限制。

Claims (25)

1.一种配制井眼液的方法，所述方法包括：

使增重剂从溶液中沉淀；以及

将沉淀的增重剂加入到基液中以形成井眼液。

2.权利要求1所述的方法，其中所述沉淀包括：将金属盐溶液或碱金属盐溶液与硫酸盐溶液、二氧化碳、或沉淀磷酸盐或硅酸盐溶液中的至少一种混合。

3.权利要求1所述的方法，其中所述沉淀的增重剂包括硫酸钡、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钙镁、氧化铁、硅酸镁、硅酸铁、碳酸铁、和硫酸锶中的至少一种。

4.权利要求1所述的方法，其中所述沉淀的增重剂具有小于5微米的平均粒度。

5.权利要求4所述的方法，其中所述沉淀的增重剂具有小于100nm的平均粒度。

6.权利要求5所述的方法，其中所述沉淀的增重剂具有小于30nm的平均粒度。

7.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：用所述井眼液钻井。

8.权利要求1所述的方法，其中所述基液是选自水基液、油基液、和逆乳液中的一种。

9.一种配制井眼液的方法，所述方法包括：

使增重剂从溶液中沉淀；

用分散剂包覆所述增重剂；以及

将沉淀的增重剂加入到基液中以形成井眼液。

10.权利要求9所述的方法，其中所述沉淀和所述包覆同时进行。

11.权利要求9所述的方法，其中所述沉淀和所述包覆依次进行。

12.权利要求9所述的方法，其中所述分散剂包括选自以下物质中的至少一种：油酸、多元脂肪酸、烷基苯磺酸、烷基磺酸、直链α烯基磺酸、它们的碱土金属盐，以及磷脂。

13.权利要求9所述的方法，其中所述分散剂包括聚丙烯酸酯。

14.权利要求11所述的方法，其中所述聚丙烯酸酯是选自甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的聚合物中的至少一种。

15.权利要求9所述的方法，其中所述沉淀包括：将碱金属盐溶液与硫酸盐溶液和二氧化碳中的至少一种混合。

16.权利要求9所述的方法，其中所述沉淀的增重剂包括硫酸钡、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钙镁、氧化铁、硅酸镁、硅酸铁、碳酸铁、和硫酸锶中的至少一种。

17.权利要求9所述的方法，其中所述沉淀的增重剂具有小于5微米的平均粒度。

18.权利要求17所述的方法，其中所述沉淀的增重剂具有小于100nm的平均粒度。

19.权利要求18所述的方法，其中所述沉淀的增重剂具有小于30nm的平均粒度。

20.一种井眼液，所述井眼液包含：

基液；和

沉淀的增重剂。

21.权利要求20所述的方法，其中所述沉淀的增重剂包括硫酸钡、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钙镁、氧化铁、硅酸镁、硅酸铁、碳酸铁、和硫酸锶中的至少一种。

22.权利要求20所述的方法，其中所述沉淀的增重剂具有小于5微米的平均粒度。

23.一种井眼液，所述井眼液包含：

基液；和

包覆有分散剂的沉淀的增重剂。

24.权利要求23所述的方法，其中所述沉淀的增重剂包括硫酸钡、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钙镁、氧化铁、硅酸镁、硅酸铁、碳酸铁、和硫酸锶中的至少一种。

25.权利要求23所述的方法，其中所述增重剂具有小于5微米的平均粒度。