CN101925719B - 破坏剂流体以及使用其的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种清洗用形成滤饼的钻井液钻制的井筒的方法，所述方法包括：将破坏剂流体放置到井筒中，所述破坏剂流体包含：水性流体；碎裂剂；和两性向化物；以及关闭所述井，历时足以引发滤饼的破坏的时期。

Description

破坏剂流体以及使用其的方法
发明背景
发明领域
本文中公开的实施方案总体上涉及用于破坏来自井筒的滤饼的流体。另外，本文中公开的实施方案还总体上涉及清洗井筒的方法。
背景技术
在井筒的钻制过程中，为了各种功能，通常在井中使用各种流体。流体可以通过钻杆和钻头循环进入到井筒中，然后可以接着向上流动通过井筒至地表。在此循环的过程中，钻井液可以起到下列作用：将钻进岩屑从孔底移至地表，当循环中断时悬浮岩屑和加重材料，控制地下压力，保持井筒的完整性直至井部分被下套管和注水泥，通过提供足够的静水压力将流体与地层分离以防止地层流体进入井筒中，冷却和润滑钻柱和钻头，和/或将钻速最大化。
保护地层的一种方法是通过在地下地层的表面上形成滤饼。当悬浮于井筒液中的粒子覆盖和堵塞地下地层中的孔隙时，形成滤饼，使得滤饼同时防止或减少流体损失到地层中和存在于地层中的流体的流入。许多形成滤饼的方法是在本领域已知的，包括使用桥堵剂、通过钻井过程产生的钻屑、聚合物添加剂和沉淀物。在包含聚合物的粘性小段塞可以用于通过其粘度降低井筒液向地层的损失速率的情况下，还可以使用防滤失小段塞。
当钻井完成时，在随后的完井作业如将砾石充填放置在井筒中的过程中，滤饼和/或防滤失小段塞可以稳定井筒。另外，在完井作业过程中，当怀疑滤失时，可以将聚合物的防滤失小段塞定点放入，以通过下列方法减少或防止这种滤失：在防滤失小段塞之后注入其它完井液至紧接被怀疑滤失的地层部分上方的井筒内位置。然后停止将流体注入到井筒中，则滤失将朝向滤失位置移动小段塞。
在完成了任何完井作业之后，移除在井筒的侧壁上剩余的滤饼(在钻井和/或完井期间形成的)可能是必要的。尽管滤饼形成和防滤失小段塞的使用对于钻井和完井作业是关键的，但如果，例如，岩层仍被障壁堵塞，则障壁可以显著妨碍从井中开采烃或其它流体。因为滤饼是致密的，其经常牢固地附着于地层并且不可以仅通过流体作用而容易地或完全地冲洗出地层。
有效率的洗井和完井的问题在所有井中都是关键的事情，尤其是在裸眼水平井完井中。在将水堵、堵塞，或另外破坏地层的天然流动通道以及完井组件的那些的可能性最小化的同时，井的生产率略微取决于有效且有效率地移除滤饼。
因此，存在对于有效地清洗井筒并且一旦井开始开采就不抑制地层产油或气的能力的破坏剂流体的持续需要。
发明概述
在一个方面中，本文中公开的实施方案涉及一种清洗用形成滤饼的钻井液钻制的井筒的方法，所述方法包括：将破坏剂流体放置到所述井筒中，所述破坏剂流体包含：水性流体；碎裂剂(fragmentation agent)；和两性向化物(amphoteric chemotrope)；和关闭(shutting in)所述井，历时足以引发破坏所述滤饼的时期。
在另一个方面中，本文中公开的实施方案涉及一种用于将井筒完井的方法，所述方法包括：用钻井液钻制井筒以在井筒的壁上形成滤饼；砾石充填井筒的至少一个层段；将破坏剂流体放置到井筒中，所述破坏剂流体包含：水性流体；碎裂剂；和两性向化物；和关闭所述井，历时足以引发破坏所述滤饼的时期。
在另一个方面中，本文中公开的实施方案涉及一种用于从井筒中回收流体的方法，所述方法包括：从井筒中收集水包油乳液，所述水包油乳液包含：作为连续相的水性流体；作为不连续相的油性流体，其由HLB大于11的乳化剂和两性向化物稳定的；向收集的井筒液中加入附加量的足以使乳液去稳定的HLB大于11的乳化剂；和将收集的井筒液分离成油性流体组分和水性流体组分。
在又另一个方面中，本文中公开的实施方案涉及一种将稳定的水包油乳液破乳的方法，所述方法包括：向包含盐水连续相和由HLB大于11的乳化剂和两性向化物稳定的油性不连续相的水包油乳液中，加入附加量的足以使乳液去稳定的HLB大于11的乳化剂。
在又另一个方面中，本文中公开的实施方案涉及一种清洗井筒的方法，所述方法包括将驱替流体循环通过井筒，所述驱替流体包含：碎裂剂；和两性向化物。
本发明的其它方面和优点将从下列描述和后附权利要求中变得明显。详细描述
本文中公开的实施方案总体上涉及用于破坏在井筒壁上形成的滤饼的流体。特别地，本文中公开的实施方案总体上涉及用于破坏在井筒壁上由油基(直接乳液和反相乳液)流体和水基流体形成的滤饼的方法和流体。另外，本文中公开的实施方案还总体上涉及将返回的流体再循环的方法。
如以上讨论的，滤饼在地下井筒的壁上(或例如沿砾石充填筛管的内部)形成以降低进入和离开地层(或筛管)的壁的渗透性。一些滤饼在钻制阶段过程中形成以限制从井筒的损失和保护地层不受由于井筒中流体和固体的可能损坏，而其它的由定点置放的防滤失小段塞形成以类似地降低或防止流体横跨地层壁的流入和流出。也降低流体横跨地层壁的流入和流出的是防滤失小段塞，其通过小段塞的粘度防止这种流体移动。另外，本领域技术人员将认识到，除了基液以外，滤饼还可以包含其它组分，例如钻屑，桥堵/加重剂，表面活性剂，防滤失剂，和作为由钻井液或防滤失小段塞留下的残余物的增粘剂。桥堵/加重剂的实例中有碳酸钙，重晶石，赤铁矿和氧化锰。
这种滤饼的破坏可以通过将滤饼暴露于具有能够渗透到滤饼中从而允许滤饼碎裂的亲油性部分的化合物而发生。这种化合物在本文中可以称为碎裂剂。碎裂剂可以包括，例如，脂肪酸，其衍生物，烃溶剂等。据假定，这种碎裂可以由于化合物可以通过减小滤饼的静止角起作用而产生。降低稳定滤饼的最大角可以经由摩擦的减小、粘结和粒子形状的任何一种或全部而发生。在摩擦的情况下，较低的摩擦将通过降低彼此接触的表面或流体之间所需的力而增大滤饼降解的速率。破坏剂的粘结性可以减小相似粒子之间的分子间吸引或构成给定的滤饼的材料的粘着性。粒子形状也可以影响静止角，其中球形粒子具有比方形粒子低的摩擦或粘结值，并且Reuleaux多边形的摩擦等级介于方形和球形的摩擦等级之间。因此，这些性质的降低可能由碎裂剂与滤饼组分例如桥堵剂、防滤失剂如淀粉等的反应/相互作用而导致。然而，由本发明人假定的另一种理论表明，当破坏油基滤饼时，被吸引到重晶石或其它固体粒子之间的滤饼的油性部分的碎裂剂的长烃链可以渗透到重晶石粒子之间的滤饼中(由于它们对滤饼的油性部分的吸引)并且由于布朗运动而振动。
除了使滤饼碎裂以外，可能还需要油性组分的乳化。例如，油基滤饼(由于用油基泥浆钻制而形成)可以通过本公开内容的流体经由水包油乳液的原位形成而移除。常规地，在钻井中使用的油基泥浆是反相乳液，即，油包水乳液，并且通过形成滤饼保持反相乳液。通过将反相乳液滤饼暴露于本公开内容的破坏剂流体，乳液可以倒转(flip)，使得油性流体(反相乳液中的连续相)变成在水相中乳化。如本文中使用的，术语“倒转”是指外相从水连续相变成油连续相，或反之亦然。为了实现这种“倒转”，本公开内容的破坏剂流体(或暴露于滤饼以引发其破坏的任何流体)可以至少含有碎裂剂、乳化剂和两性向化物。这三种组分的组合可以允许反相乳液滤饼的破坏和油性流体进入水性流体(包括盐水)中的稳定，从而形成直接或水包油乳液。然而，如以下讨论的，在一些情况下，一种化合物可以同时具有碎裂和乳化功能。
另外，本公开内容不仅涉及反相乳液滤饼的破坏，而且可以使用本公开内容的破坏剂流体破坏的滤饼可以包括由任何类型的流体包括直接乳液以及水基流体形成的滤饼。对于由直接乳液形成的滤饼，通过暴露于本公开内容的破坏剂流体，可以将油性流体(直接乳液的不连续相)稳定到破坏剂流体的水性流体中，从而还形成直接乳液。因此，类似于反相乳液，破坏剂流体可以至少含有碎裂剂、乳化剂和两性向化物，其中碎裂剂和乳化剂可以结合在一种化合物中。对于水基流体，根据流体中的组分，在破坏水基流体的过程中可能需要一些乳化(水包油)，例如，当使用烃溶剂作为碎裂剂时，如以下讨论。
术语“水包油乳液”是指其中连续相是水相而不连续相是油的乳液，所述不连续相分散于连续相中。当在不使用稳定乳化剂的情况下将两种不相混的流体(水性和油性)混合时，尽管可以将一种流体在另一种中初始分散或乳化，但是例如归因于形成的乳液的不稳定性，在一段时期之后，不连续的分散流体小滴聚结或絮凝。因此，为了稳定乳液，可以使用乳化剂。乳液是变成油包水乳液还是水包油乳液取决于两相的体积分数，还取决于乳化剂的种类。
通常，Bancroft规则应用于乳液的行为：乳化剂和乳化粒子趋于促进它们在其中并不非常良好地溶解的相的分散；例如，在水中溶解比在油中更好的化合物趋于形成水包油乳液(即，它们促进油滴在整个水的连续相中分散)。乳化剂通常是两亲性的。也就是说，它们同时具有亲水性部分和疏水性部分。与亲油性非极性基团的化学性和强度相比的亲水性极性基团的化学性和强度决定乳液是形成为水包油乳液还是油包水乳液。具体而言，乳化剂可以基于它们的HLB值评价。术语“HLB”(亲水性亲油性平衡)是指表面活性分子的极性基团的亲水性与同一分子的亲油性部分的疏水性的比率。通常，为了形成水包油乳液，具有高HLB例如高于11的HLB的乳化剂(或乳化剂的混合物)可以是适宜的。在具体的实施方案中，乳化剂的HLB值可以在11至16的范围内。
另外，本领域技术人员应当认识到，可以使用任何乳化剂，包括非离子、阳离子或阴离子乳化剂，只要亲水/亲油平衡足以得到稳定的油进入水中的乳液即可。可以制备水包油乳液的乳化剂的实例可以包括：烷基芳基磺酸盐，烷基磺酸盐，烷基磷酸盐，烷基芳基硫酸盐，脂肪酸，乙氧基化胺，乙氧基化酚，乙氧基化脂肪酸，酯，醚和它们的组合。这些物质的共混物以及其它乳化剂也可以用于此应用。在一个具体的实施方案中，阴离子乳化剂如烷基芳基磺酸盐，其实例包括十二烷基苄基磺酸，可以用作破坏剂流体中的乳化剂以提供与滤饼中碳酸钙的反应。另一个实施方案可以使用脂肪酸如例如丁酸(C4)，己酸(C6)，辛酸(C8)，癸酸(C10)，月桂酸(C12)，肉豆蔻酸(mysristic acid)(C14)，棕榈酸(C16)，硬脂酸(C18)等，以及不饱和脂肪酸，例如肉豆蔻烯酸(C14)，棕榈油酸(C16)，油酸(C18)，亚油酸(C18)，α-亚油酸(C18)，芥酸(C22)等，或它们的混合物。除这些脂肪酸以外，化合物还可以具有小程度的取代/支化，或可以是它们的磺酸或膦酸衍生物。脂肪酸的选择可以部分基于滤饼主要是水基的还是油基的。
在乳化剂中的选择可以例如取决于要乳化的具体油性流体(关于将该流体乳化所需的HLB值)、pH-依赖性溶质的存在(以及这些溶质的溶解是优选的还是不适宜的)，和乳化剂起到碎裂剂作用的能力，如以上所讨论。例如，可能适宜的是溶解可能存在于滤饼中的某些盐，因而离子型乳化剂如酸性烷基芳基磺酸盐可能是优选的。另外，对于用油基流体和重晶石形成的滤饼，乳化剂可以优选具有能够渗透到滤饼中从而使得滤饼破裂的亲油性部分。
在一个具体实施方案中，酸性烷基芳基磺酸盐如十二烷基苄基磺酸或类似的脂肪酸(以上所述)或脂肪酸衍生物(磺酸或膦酸)除了形成滤饼的油性部分的水包油乳液和将滤饼中的一些溶质溶解的能力以外，还可以提供这种碎裂能力。然而，尽管酸性烷基芳基磺酸盐可以提供碎裂/渗透性、溶质溶解和水包油乳液的稳定中的每一种，但是在其它实施方案中，还可以将多种化合物单独或组合使用以实现这种所需碎裂和乳化。例如，可以使用烃溶剂如d-苧烯、己烷、癸烷、二甲苯和其它C2-C15烃溶剂等，实现(和/或提高)滤饼的碎裂/渗透性。因此，在破坏油基流体的情况下，当使用没有乳化性的碎裂剂时，可以将单独的乳化剂与溶剂结合使用以形成滤饼的油性组分的直接乳液。类似地，当在水基流体的破坏中使用这种破裂溶剂时，可以使用单独的乳化剂以将水基破坏剂流体中的溶剂自身乳化。
除了滤饼的碎裂/渗透以外，在加入酸的情况下可以帮助或实现酸溶解。
当试图对具有高井底压力的井段(需要较大的静水压力以支持井底压力)进行清井作业时，可能适宜的是使用盐水基流体以实现所需的静水压力。然而，在具有高盐含量的水性流体如海水的存在下，常规的乳化剂将不使进入其中含有盐的水性流体中的滤饼的油性部分稳定。另外，当破坏水基流体时，这种不稳定性(或类似的不稳定性)还由于用于将非乳化的碎裂剂乳化的乳化剂或具有乳化功能的碎裂剂而产生(即，以沉淀形式)。
盐水包油乳液的不稳定性可以通过研究胶体化学的原理来解释。胶体分散体(对于液体-液体分散体的乳液)的稳定性由粒子表面行为经由其表面电荷和短程吸引范德华力而决定。静电推斥防止分散的粒子结合成它们热力学最稳定的聚集状态，成为宏观形式，从而使得分散体为亚稳态。乳液是亚稳态体系，对其而言，由于表面活性剂的加入降低了油和水之间的界面能，油相和水相的相分离代表最稳定的热力学状态。
水包油乳液通常同时通过静电稳定化(两相之间的双电层)和空间稳定化(范德华推斥力)稳定，而反相乳液(油包水)通常仅通过空间稳定化稳定。然而，盐的加入可能导致双电层减小。随着双电层缩小，并且两个油滴之间的距离减小，油滴具有更多的机会彼此碰撞和聚结。因此，乳液体系中盐浓度的增加将增加电导率并且进而使乳液不稳定。盐可能潜在地使乳液不稳定的其它方式包括可逆絮凝、不可逆絮凝、质子浓度改变等。因此，当将盐加入到由常规乳化剂稳定的水包油乳液中时，盐、水性流体和油性流体分成三个不同的相。
然而，与两性向化物结合使用具有高HLB的乳化剂(或具有高HLB乳化功能性的碎裂剂)可以允许通过一个或多个双层的形成/稳定而将乳液稳定。如本文中使用的，两性向化物是指表现出作为两性(可以作为酸或碱反应的物质)和向化性(物质相对于其它化学品将自身定向(orients itself)的方式)的双重性质的化合物。在具体实施方案中，两性向化物可以是向水的(物质相对于水将自身定向的方式)。这类化合物的使用可以允许稳定不能另外通过常规乳化剂稳定的盐水包油乳液。因此，两性向化物由于其将否则不稳定的混合物转变成稳定乳液的能力还可以称为辅助乳化剂或盐水相容剂。
在具体实施方案中，两性向化物可以是由下式表示的季铵化合物：
Figure BPA00001185808900071
其中R1可以是具有至少8个碳的烷基或烯基；R2可以是具有2-6个碳原子的烷基；R3可以是具有至少4个碳的烷基；n可以是2或3；x+y大于5，优选5-20；z在0至3的范围内；B为氢、具有1至4个碳的烷氧基或烷基，并且M为抗衡阴离子，例如卤化物。然而，本领域技术人员应当认识到，可能存在在R1/R2链和x+y的和之间的平衡。也就是说，如果R1/R2链拥有多于22个碳，可能适宜的是增加烷氧基化的量至大于20，从而化合物保持两亲性，反之亦然。在具体实施方案中，R1可以得自各种脂肪酸如丁酸(C4)，已酸(C6)，辛酸(C8)，癸酸(C10)，十二烷酸(C12)，十四烷酸(C14)，十六烷酸(C16)，十八烷酸(C18)等。
另外，对于本公开内容的季铵(quaternaries)的抗衡阴离子可以包括各种抗衡阴离子，例如对于任何无机酸或强有机酸的共轭碱，例如卤化物离子、硝酸根离子、硫酸根离子、乙酸根离子、烷基磺酸根离子、卤化烷基磺酸根离子等。另外，本领域技术人员应当认识到，可以存在其它变化如取代等，只要它们不改变化合物将油在盐水中稳定(或稳定将油在盐水中稳定的其它化学品(主乳化剂))的本性即可。
合适的两性向化物的实例可以包括季铵盐，包括季铵卤化物如季铵氯化物。在具体实施方案中，两性向化物可以是烷氧基化的季铵氯化物(乙氧基化的或丙氧基化的)，包括得自脂肪胺的季铵氯化物。这种烷氧基化的季铵氯化物的实例可以为氯化异十三烷氧基丙基聚(5)氧乙烯甲基铵或氯化椰油(coco)聚(15)氧乙烯甲基铵。合适的两性向化物的商业实例包括Q-17-5和Q-C-15，它们均为乙氧基化的季铵氯化物，可得自Air Products andChemicals(Allentown，PA)。
破坏剂流体可以含有其中任选含有盐的水性流体如盐水或海水(根据井的需要)。例如，可以用所需的盐在淡水中的混合物配制水性流体。例如，这样的盐可以包括但不限于碱金属氯化物、氢氧化物或羧酸盐。在本发明中公开的流体的各种实施方案中，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、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐和氟化物的钠、钙、铝、镁、钾、锶和锂盐。可以被结合在盐水中的盐包括，存在于天然海水中的那些盐中的任何一种或多种或任何其它的有机或无机溶解盐。另外，可以用于本文中公开的破坏剂流体中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。在一个具体实施方案中，盐水可以包括金属如铯、钾、钙、锌和/或钠的一价或二价阳离子的卤化物或羧酸盐。破坏剂流体的密度可以通过增加盐水中的盐浓度(至多饱和)来控制。本领域技术人员将认识到，为了控制井底压力和/或防止(或减少)井筒内的定点置放液(spotted fluid)从需要滤饼移除的井筒段移动，这种密度控制可以是特别适合的。
破坏剂流体还可以任选地含有互溶剂，其可以帮助将乳化剂和两性向化物共混到井筒液中和/或提高破坏剂流体进入滤饼中的渗透性。本领域技术人员应当理解，通过将试剂引入到互溶剂中，可以实现更容易地将试剂共混到井筒液中，以及降低形成的流体的粘度。然而，这种溶剂的使用是任选的，并且可以在没有这种溶剂的情况下将试剂结合到井筒液中。然而，当需要提高进入滤饼中的渗透速率时，可以优选包括互溶剂以降低流体的粘度和增加流体组分进入滤饼中的渗透以导致滤饼的碎裂。相反，当需要额外的延迟时，可以包括较少量或0的互溶剂以提高粘度并且因而降低渗透速率。
合适的互溶剂的一个实例可以是乙二醇醚或甘油。在一个具体实施方案中，互溶剂是乙二醇单丁醚(EGMBE)。术语“互溶剂”的使用包括其被本领域技术人员所理解的普通含义，即在水性和油性流体中均具有溶解性。在一些实施方案中，溶剂可以在每一个相中都基本上完全可溶，而在选择的其它实施方案中，较低程度的溶解可以是可接受的。另外，在具体实施方案中，互溶剂的选择可以根据诸如流体中存在的盐的种类和量的因素。例如，在盐饱和的流体中，溴化钙可以具有更大的与乙二醇单丁醚的相容性，而氯化钙可以具有更大的与甘油的相容性。本领域技术人员应当认识到，相容性的此差异可能由各种盐之间的电负性差异和溶剂分散电荷的相对能力导致。
如上所述，可以适宜的是包括酸源以帮助溶质的溶解，以及可能存在于滤饼中的一些聚合物添加剂的破坏。在具体实施方案中，可以适宜的是允许酸产生的延迟。如本文中涉及的延迟酸源包括通过时间长度释放酸的化合物。具体地，可以将原位水解形成酸的化合物用作延迟酸源。这种酸性的延迟源可以由例如酯的水解提供。这种延迟酸源的示例性实例包括：羧酸的可水解酐，羧酸的可水解酯；膦酸的可水解酯，磺酸的可水解酯和本领域技术人员应当熟知的其它的类似的可水解化合物。
合适的酯可以包括羧酸酯，因而完成水解的时间由已知的井下条件如温度和pH预先决定。在一个具体实施方案中，延迟酸源可以包括可以是一元或多元的C2-C30醇的甲酸或乙酸酯，例如乙二醇单甲酸酯。可以在活化本公开内容的氧化性破坏剂中找到应用的其它酯包括释放C1-C6羧酸，包括通过内酯如γ-内酯和δ-内酯的水解形成的羟基羧酸的那些酯)。在另一个实施方案中，可以使用C1至C6羧酸和C2至C30多元醇的可水解酯，包括烷基原酸酯。在一个具体实施方案中，延迟酸源可以以大于井筒液的约1％v/v的量提供，而在又另一个方面中，在井筒液的约1至50％v/v的范围内。然而，本领域普通技术人员将认识到，优选的量可以例如根据使用的具体酸源的水解速率变化。
另外，还可以适宜的是在破坏剂流体中包括氧化剂，以进一步帮助滤饼中存在的聚合物添加剂的破坏或降解。这种氧化剂的实例可以包括本领域中已知的与聚合物如多糖反应以降低多糖增稠组合物的粘度或使滤饼碎裂的那些氧化性破坏剂中的任何一种。这样的化合物可以包括过氧化物(包括过氧化物加合物)，包括过氧键的其它化合物如过硫酸盐、过硼酸盐、过碳酸盐、过磷酸盐和过硅酸盐，和其它氧化剂如次氯酸盐，它们可以任选如美国专利6,861,394所教导地被包封，该美国专利转让给本受让人，并且其全部内容通过引用结合在此。另外，氧化剂在破坏剂流体中的使用，除了影响聚合物添加剂以外，还可以导致溶胀粘土的碎裂，例如导致钻头泥包的那些。
流体的配方可以包含(按体积计)：0.5-70％的两性向化物，10-97.50％的碎裂剂；0-50％的乳化剂；和0-50％的酸源。备选地，在碎裂剂和乳化剂由单一化合物(如烷基芳基磺酸盐或脂肪酸)代表的情况下，流体的配方可以包含(按体积计)：25-70％的两性向化物，10-40％的碎裂剂；和0-50％的酸源。然而，在其它实施方案中，只要与乳化剂相比使用更多量的两性向化物，较低浓度的两性向化物和乳化剂就可以足以形成盐水包油乳液。在具体实施方案中，两性向化物∶乳化剂的2∶1至10∶1的比率可以是适宜的。然而，本领域技术人员将认识到，必要的两性向化物的量取决于乳化剂与盐水(即，盐水的类型)有多不相容以及盐水的量。例如，如果乳化剂与盐水略微不相容，则2∶1至4∶1的两性向化物∶乳化剂的比率可以是足够的，而较不相容的乳化剂可能需要3∶1至10∶1的两性向化物∶乳化剂的比率。此外，当碎裂剂具有较小(或没有)乳化性时，由于流体中存在较少量的乳化剂，所以较低量的两性向化物可以是必要的。另外，取决于所需比率，还可能适宜的是使用稀释剂以使得流体更经济。
本领域技术人员将认识到，乳液的稳定性可以受其它因素影响，例如时间、温度、粒子尺寸和乳化材料。取决于具体的井或所需应用的要求，本领域技术人员应当认识到，可以改变破坏剂流体以允许对滤饼的破坏的更大控制和/或原位形成乳液的更好的稳定。这种类型的改变可以包括破坏剂流体性质，包括如密度和粘度(以改变渗透和与滤饼的反应)，乳液组分量(浓度和比率)，另外的表面活性剂或其它添加剂，等。例如，随着预期的井下温度升高，乳液的稳定性可以降低。因此，当预期这种升高的温度时，可以加入额外量的一种或多种两性向化物以提高两性向化物∶乳化剂的比率，从而保持原位形成的乳液的稳定。
当需要滤饼的清除/移除时，可以将本公开内容的破坏剂流体放置在井筒中。破坏剂可以选择性地放置在井筒中，例如，通过将流体经过挠性管定点置放或通过强行压井(bullheading)。可以使用井下风速计或类似工具检测井下流体流动，其表明流体可能在何处损失到地层中。本领域中已知的放置小段塞的各种方法讨论于，例如，美国专利4,662,448，6,325,149，6,367,548，6,790,812，6,763,888中，这些专利的全部内容通过引用结合在此。然而，没有对通过其放置本公开内容的破坏剂流体的技术的限制意在针对本申请的范围。在具体实施方案中，流体的使用可以作为例如用压裂液，用砾石充填，或在其它完井作业过程中的解卡处理(spotting treatment)。
在足以允许滤饼的分裂或碎裂，和任选地，原位形成水包油乳液的时期即几天之后，可以使流体返回地表用于收集和随后的回收技术。随后用冲洗液清洗井筒可以适宜地保证其中剩余的滤饼材料的完全移除。
对于乳化流体，可以将收集的流体破乳，使得可以从其中回收油性部分并且在其它应用等中使用。收集的流体的破乳可以通过依赖于常规乳化剂不能稳定盐水包油乳液而实现。因此，为了实现破乳，可以将常规乳化剂如以上讨论的那些，并且在具体实施方案中包括烷基芳基磺酸，加入到收集的流体中，从而降低两性向化物∶乳化剂的比率，使得水包油乳液去稳定。乳液的去稳定导致相聚集成它们的宏观形式，从而可以从收集的流体的上表面收集油性流体。另外，为了从剩余的流体(在移除油性流体之后)中回收水，可以将本领域技术人员已知的净水剂加入到剩余流体中，以实现流体内固体粒子的沉降，从而可以将水从其分离。本领域技术人员将认识到，根据回收流体的所需用途，可以对回收的水和/或油进行进一步分离/回收技术。通过如上所述将流体破乳，废物(沉降固体)的体积可以显著减少，同时水和油可以在进一步钻制或其它作业中使用。
另外，在一些实施方案中，本公开内容的破坏剂流体可以用于已经被砾石充填的井中。例如，如本领域技术人员已知的，砾石充填包括将含有必要量的砾石的携带液(常规地为粘弹性流体)泵送到井中(并且安置于生产层段)以防止砂在开采过程中流入到井筒中。然而，在开采之前应当将剩余在壁上的滤饼和粘弹性携带液移除。在一个具体实施方案中，在砾石充填的布置之后，可以将本公开内容的破坏剂流体放置于生产层段中，并且允许足够的时间以降低粘弹性携带液的粘度，然后如上所述在层段中渗透和碎裂滤饼。备选地，在砾石充填的布置之后但在破坏剂流体的放置之前可以使用冲洗液。
可以用于钻制井筒和形成可以根据本公开内容的实施方案碎裂和移除的滤饼的流体的实例包括那些流体，例如可得自M-I LLC(休斯顿，德克萨斯州)的NOVAPROTM，VERSAPROTM，PARAPROTM，DIPROTM，FAZEPROTM，FLOPROTM NT，VERSICLEANTM，RHELIANTTM和FAZEPROTM，或在美国专利7,262,152，6,822,039，6,790,811，6,218,342，5,905,061，6,291,405和5,888,944，和美国专利申请11/777,399中描述的那些，所述美国专利和美国专利申请全部转让给本受让人，并且它们的全部内容通过引用结合在此。然而，没有对钻井液/滤饼的类型的限制意在针对本申请的范围。相反，本公开内容的破坏剂流体可以用于清洗用油基流体或水基流体钻制的井筒。
当形成乳液时，其可以包括油性不连续相和水性连续相。可以形成稳定的水包油乳液的连续相的水性流体(来自破坏剂流体的基液或反相乳液滤饼的非-油性相)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，水性流体可以用所需盐在淡水中的混合物配制。例如，这样的盐可以包括但不限于碱金属氯化物、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、磷酸盐、硫酸盐、硅酸盐和氟化物的钠、钙、铝、镁、钾、锶和锂盐。可以被结合在盐水中的盐包括，存在于天然海水中的那些盐中的任何一种或多种或任何其它的有机或无机溶解盐。另外，可以用于本文中公开的钻井液中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。
可以形成稳定的水包油乳液的不连续相的油性流体(来自油性滤饼)可以是液体，更优选天然或合成油，并且更优选地，所述油性流体选自包括下列各项的组：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、脂肪酸的酯、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。油性流体的浓度不应当足够使得反相乳液形成，并且在一个实施方案中可以少于乳液的约40体积％，在又另一个实施方案中少于30体积％。在一个实施方案中，油性流体可以包括至少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。然而，上述名单不意在限制可以乳化的油性流体的类型。相反，上述名单包括经常用于井筒作业中的各种油性流体。本领域普通技术人员应当认识到，可以根据本公开内容乳化其它种类的油性流体。
另外，还应当认识到，取决于对于具体应用的需要和要求，并且取决于在被破坏剂流体破坏的滤饼中可以找到哪些组分，根据本公开内容形成的乳液可以包括其它组分，它们可以被乳化或不被乳化。因此，特别在本公开内容的范围内的是，可以在本公开内容的乳液中找到本领域中技术人员已知的其它溶剂、固体或气体。
如上所述，可以在进行至少一个完井作业的过程中或之后将破坏剂流体在井筒中循环。在其它实施方案中，可以在完井作业之后或在已经开始地层流体的开采之后将破坏剂流体循环，以破坏在套管或衬管内部剩余的残余常规或可逆反相乳液流体的完整性并且将它们清除。
通常，经常将井“完井”以允许烃流出地层并且向上到达地表。如本文中使用的，完井过程可以包括下列各项中的一项或多项：用套管加强井筒，评价地层的压力和温度，和安装合适的完井设备以保证烃离开井的有效率流动，或在注入井的情况下，允许气体或水的注入。因此，注入井和生产井均可以用本文中公开的流体处理。如本文中使用的，完井作业可以特别包括如本领域中已知的裸眼完井，常规射孔完井，防砂完井，永久完井，多层完井，和泄油孔完井。完成的井筒可以含有下列各项中的至少一种：割缝衬管，预钻衬管，绕丝筛管，可膨胀筛管，滤砂过滤器，裸眼井砾石充填，或套管。
如本文中公开的破坏剂流体还可以用于下套管井中以移除在任何钻制和/或驱替过程中留在井中的任何残余油基泥浆。井套管可以包括安装在新近钻制的井中的一系列金属管。套管起到加强井筒的侧面的作用，确保没有油或天然气在将其运至地表时渗漏到井筒外，并且抑制其它流体或气体通过井渗漏到地层中。因此，在驱替作业过程中，典型地，当从用油基泥浆钻制转换成水基泥浆(或反之亦然)时，用不同流体驱替井筒中的流体。例如，油基泥浆可以用另一种油基驱替物(displacement)驱替以清洗井筒。在开始钻制或开采之前，油基驱替流体可以跟随有水基驱替流体。相反，当用水基泥浆钻制时，在开采之前，水基泥浆可以驱替水基驱替物，跟随有油基驱替流体。根据本申请，本申请的流体(其中具有乳化剂和两性向化物)可以在连续的驱替之间使用，以在进一步钻制或开采之前进一步提高井筒包括套管壁等的清洗。具体地，本公开内容的流体可以用于确保将井筒充分清洗或将水润湿的表面变成油润湿的，反之亦然，如根据随后作业可能潜在必要的。另外，本领域技术人员将认识到，如本领域中已知的，另外的驱替流体或小段塞如粘性小段塞还可以在这种驱替或清洗作业中使用。
本发明的另一个实施方案涉及一种清洗用上述反相或直接乳液油基钻井液钻制的井筒的方法。在一个这种示例性实施方案中，所述方法包括：将本文中公开的破坏剂流体在已经用油基钻井泥浆钻制成较大尺寸(即，管下扩眼)的井筒中循环，然后关闭井历时预定量的时间以允许滤饼的渗透和碎裂发生。通过滤饼的碎裂和水包油乳液的原位形成，乳液可以通过开始开采容易地从井筒中获得，因此容易地将残余钻井液冲洗到井筒外。备选地，在开始开采之前可以将冲洗液(不同于破坏剂流体)循环通过井筒。
本发明的又另一个实施方案涉及一种清洗用上述水基钻井液钻制的井筒的方法。在一个这种示例性实施方案中，所述方法包括：将本文中公开的破坏剂流体在井筒中循环，然后关闭井历时预定量的时间以允许滤饼的渗透和碎裂发生。通过滤饼的碎裂，流体(和分散在其中的残余滤饼)可以通过开始开采容易地从井筒中获得，因此容易地将残余钻井液冲洗到井筒外。备选地，在开始开采之前可以将冲洗液(不同于破坏剂流体)循环通过井筒。
备选地，如果据信已经开始烃的开采的井筒受到在钻井作业之后留在井中的任何残余滤饼的损害，则可以将本发明的破坏剂流体用于清洗井筒。
本文中公开的流体还可以用于要将筛管放置在井下位置的井筒中。在将井筒管下扩眼以扩大井筒的直径之后，可以将钻柱移出并且用具有所需滤砂网的生产油管代替。备选地，可以将可膨胀管式滤砂网原地膨胀或可以将砾石充填放置在井中。然后可以将破坏剂流体放置在井中，然后将井关闭以允许滤饼的渗透和碎裂发生。通过滤饼的碎裂(和当碎裂油基流体时水包油乳液的原位形成)，流体/乳液可以通过开始开采容易地从井筒中获得，因此容易地将残余钻井液冲洗到井筒外。备选地，在开始开采之前可以将冲洗液(不同于破坏剂流体)循环通过井筒。
然而，本文中公开的破坏剂流体还可以作为驱替流体和/或冲洗液用于各种实施方案中。如本文中使用的，驱替流体典型地用于将另一种流体物理地推出井筒，而冲洗液典型地含有表面活性剂并且可以用于从井下管中物理地和化学地移出钻井液残留物(reside)。当还用作驱替流体时，本公开内容的破坏剂流体可以有效地起到推出或驱替钻井液的作用。当还用作冲洗液时，一旦滤饼被破坏剂体系解集，破坏剂流体就可以辅助物理地和/或化学地移除滤饼。
在另一个实施方案中，本文中公开的破坏剂流体可以用于从地层中开采烃。在用钻井泥浆钻制地层之后，可以对井进行至少一种完井作业。然后可以将破坏剂流体在井中循环，并且可以将井关闭预定的时间以允许在其中的壁上形成的滤饼的破坏。然后地层流体可以进入到井中，并且可以接着进行地层流体的开采。备选地，在开始地层流体的开采之前可以将冲洗液(不同于破坏剂流体)循环通过井筒。
在一些实施方案中，流体的循环可以处于控制的泵浦速率以实现湍流或层流，从而发生滤饼对破坏剂流体的充分的暴露/破坏时间。例如，在期望快速的滤饼破坏或滤饼和破坏剂的表面积暴露最大化的情况下，则可以以湍流速率引入湍流冲洗或破坏剂。从层流向湍流速率的转变通常由一般大于2000的雷诺数值确定。低于3000的值可能具有一些层流，因为在2000和3000之间的雷诺数值一般称为过渡段，其中层流和湍流都可以存在。相反，当期望另外的延迟或滤饼破坏发生的最大时间时，可以以低流量，尽可能低(ASAP)的雷诺数引入破坏剂。理论化的是，类似于其中中间产物的薄膜起到阻隔层作用以限制进一步反应的钝化腐蚀机理，此定点置放程序可以增加在滤饼和新鲜的定点置放液之间的梯度的量。
提供以下实施例以进一步示出本申请和本发明的方法和组合物的应用和用途。
实施例
实施例1-反相乳液钻井液
配制具有下列如下面表1中所示的全部可商购的组分的反相乳液流体。具体地，组分包括，酰氨基胺(amdioamine)表面活性剂
Figure BPA00001185808900161
润湿剂
Figure BPA00001185808900162
亲有机性粘土VG-PLUSTM，和碳酸钙桥堵固体它们全部可得自M-I LLC(休斯顿，德克萨斯州)。在API压滤机中使用100psi压差从流体产生滤饼。
表1.用于产生测试用滤饼的实验室钻井液的组成。
Figure BPA00001185808900171
配制三种破坏剂流体样品以确定暴露于破坏剂流体足以移除滤饼的时期的滤饼的返回流动速率(return to flow rate)。配制的前两种破坏剂流体代表常规种类的破坏剂流体，而第三种样品代表根据本公开内容的示例性制剂。配制具有下面表2中所示组分的破坏剂流体样品。具体地，组分包括甲酸的可水解酯ECF-974，酸敏感性表面活性剂FAZEMULTM，螯合破坏剂ECF-986，微乳液ECF-1744，它们全部可得自M-I LLC(休斯顿，德克萨斯州)，和乙氧基化季铵氯化物Q-17-5，可得自Air Products and Chemicals(艾伦镇，宾夕法尼亚)。
表2.用于返回流动试验的共混物组成。
Figure BPA00001185808900181
滤片(10微米)的初始流量(initial flow)使用基油IO-1618在5psi在片的开采方向上确定。然后通过应用表1中所示流体在处于500psi的压力下和130°F历时16小时将滤饼建造到滤片上。将过剩的钻井液倾析。将井(cells)分别用表2中所示的样品破坏剂流体充满。施加500psi的压力和130°F的温度，并且收集流出物(如果有的话)30分钟。然后将井关闭，并且在130°F和50psig进行93小时的浸泡时间，之后将残余破坏剂倾析。滤片(10微米)的返回流量通过下列方法确定：将井用IO-1618填满，并且在开采方向上在5psi测量返回流量。百分比返回流量相对于测量的初始流量确定。返回流动试验的结果显示在下面表3中。如表3中所示，与另两个测试样品相比，对于实施例3的返回流动百分比(return to flowpercentage)显著较高。
表3.返回流动结果。
Figure BPA00001185808900191
有利地，本公开内容的实施方案用于下列中的至少一种。与常规破坏剂流体相比，本公开内容的流体可以允许更完全的滤饼碎裂，从而允许更好的清洗。特别地，这种改善可能由更大的渗透性、溶质溶解和滤饼组分的乳化中的任何一项和/或组合导致。
可以为了下列所需性质选择流体组分：滤饼移除是否可以加速，另外的组分的存在以帮助滤饼包括聚合物材料的降解，温度稳定性等。在使用烷基芳基磺酸如十二烷基苄基磺酸作为乳化剂的具体实施方案中，酸可以首先与存在于流体中的碳酸钙反应以与酸形成钙复合物，其进而还可以起到乳化剂的作用以稳定水包油乳液。
由于在盐水或其它含盐的流体中不可以稳定地形成直接水包油乳液，本公开内容的破坏剂流体允许在油基流体(并且特别是反相乳液流体)被用于钻井的情况下的井筒清洗作业的过程中原位形成稳定的水包油乳液。通过稳定这样的盐水包油乳液，破坏剂流体可以拥有在支持高井底压力必需的静水压力(使用高密度水基流体)方面的更大的灵活性(flexibility)，而没有当破坏油基滤饼时相的聚集、絮凝等的风险。当其它条件要求盐水基和/或没有固体的重流体时，或当井下条件导致需要稳定的部分乳液时，稳定乳液的形成具有特别的重要性。这种稳定的直接乳液井筒液可以有利地是热力学稳定的，从而允许井下自发乳化，而乳液的形成通常需要混合。另外，由于直接乳液是透明的，当流体体系被粒子过载时，由于归因于丁达尔效应的不透明性增加而可以更容易地确定。
另外，在盐水体系中输送溶剂或油的能力具有大的经济潜能。配制在盐水中稳定乳化的油相的能力可以使得井底压力的变化成为可能，从而允许过平衡、平衡或欠平衡钻井，这可以在现场层(field level)改变。另外，这种流体体系可以允许油在井筒中原位乳化以移除油性流体，或为了在井下的各种处理或其它目的例如在裸眼砾石充填定点置放液的情况下将粘弹性流体破胶而输送油性材料。
另外，还可以根据本文中公开的其它实施方案将根据本公开内容形成的稳定的水包油乳液可控地去稳定或破乳。因此，当用反相乳液流体清除井筒钻屑(drilling)并且原位形成水包油乳液时，可以将乳化的破坏剂流体收集并且对其进行回收技术。具体地，可以将收集的乳液去稳定以允许分离组分相(油，水和固体(来自滤饼)，以便组分流体可以在进一步的作业中再使用，从而提供除废物减少以外的更大的经济效率。
尽管已经对本发明的有限数量的实施方案进行了描述，但是受益于本公开内容的本领域技术人员应当认识到，可以设计不偏离如在本文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 (19)

1.一种清洗用形成滤饼的钻井液钻制的井筒的方法，所述方法包括：
将破坏剂流体放置到所述井筒中，所述破坏剂流体包含：
水性流体；
碎裂剂，其中所述碎裂剂包含烷基芳基磺酸、C4-C22脂肪酸，和它们的衍生物中的至少一种；和
两性向化物，其中所述两性向化物选自下式的季铵化合物中的一种或多种：
其中R1是具有至少8个碳的烷基或烯基，或得自C4、C6、C8、C10、C12、C14、C16或C18脂肪酸；R2是具有2-6个碳原子的烷基；R3是具有至少4个碳的烷基；n是2或3；x+y是5至20；z在0至3的范围内；B为氢、具有1至4个碳的烷氧基或烷基，并且M为卤离子；以及
关闭所述井筒，历时足以引发破坏所述滤饼的时期。
2.权利要求1所述的方法，其中所述破坏剂流体还包含：
亲水性亲油性平衡大于11的乳化剂。
3.权利要求1所述的方法，其中所述碎裂剂具有大于11的亲水性亲油性平衡。
4.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
收集所述破坏剂流体，所述破坏剂流体具有在其中乳化的被破坏的滤饼的至少一部分。
5.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
将冲洗液循环通过所述井筒。
6.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
开始通过所述井筒开采地层流体。
7.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在所述井筒中进行至少一个完井作业。
8.权利要求1所述的方法，其中所述破坏剂流体还包含互溶剂、烃溶剂、延迟酸源和氧化剂中的至少一种。
9.权利要求1所述的方法，其中所述两性向化物包括烷氧基化的季铵氯化物。
10.权利要求1所述的方法，其中所述水性流体中包含盐。
11.一种用于完成井筒的方法，所述方法包括：
用钻井液钻制所述井筒以在其壁上形成滤饼；
砾石充填所述井筒的至少一个层段；
将破坏剂流体放置到所述井筒中，所述破坏剂流体包含：
水性流体；
碎裂剂，其中所述碎裂剂包含烷基芳基磺酸、C4-C22脂肪酸，和它们的衍生物中的至少一种；和
两性向化物，其中所述两性向化物选自下式的季铵化合物中的一种或多种：
Figure FDA00003385364500021
其中R1是具有至少8个碳的烷基或烯基，或得自C4、C6、C8、C10、C12、C14、C16或C18脂肪酸；R2是具有2-6个碳原子的烷基；R3是具有至少4个碳的烷基；n是2或3；x+y是5至20；z在0至3的范围内；B为氢、具有1至4个碳的烷氧基或烷基，并且M为卤离子；以及
关闭所述井筒，历时足以引发破坏所述滤饼的时期。
12.权利要求11所述的方法，其中所述破坏剂流体还包含：
亲水性亲油性平衡大于11的乳化剂。
13.权利要求11所述的方法，其中所述碎裂剂具有大于11的亲水性亲油性平衡。
14.权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
在放置破坏剂流体之前和/或放置破坏剂流体之后，将冲洗液循环通过所述井筒。
15.权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
收集所述破坏剂流体，所述破坏剂流体具有在其中乳化的被破坏的反相乳液滤饼的至少一部分。
16.权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
开始通过所述井筒开采地层流体。
17.权利要求11所述的方法，其中所述破坏剂流体还包含互溶剂、烃溶剂、延迟酸源和氧化剂中的至少一种。
18.权利要求11所述的方法，其中所述两性向化物包括烷氧基化的季铵氯化物。
19.一种清洗井筒的方法，所述方法包括：
将驱替流体循环通过所述井筒，所述驱替流体包含：
碎裂剂，其中所述碎裂剂包含烷基芳基磺酸、C4-C22脂肪酸，和它们的衍生物中的至少一种；和
两性向化物，其中所述两性向化物选自下式的季铵化合物中的一种或多种：
Figure FDA00003385364500031
其中R1是具有至少8个碳的烷基或烯基，或得自C4、C6、C8、C10、C12、C14、C16或C18脂肪酸；R2是具有2-6个碳原子的烷基；R3是具有至少4个碳的烷基；n是2或3；x+y是5至20；z在0至3的范围内；B为氢、具有1至4个碳的烷氧基或烷基，并且M为卤离子。
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