CN103502384A - 反相钻井流体 - Google Patents

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CN103502384A CN201280018867.9A CN201280018867A CN103502384A CN 103502384 A CN103502384 A CN 103502384A CN 201280018867 A CN201280018867 A CN 201280018867A CN 103502384 A CN103502384 A CN 103502384A
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约翰·威廉·查普曼
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Abstract

本文描述了一种反相乳化井眼流体，其包含：油质外相；非油质内相，其中所述油质外相与非油质内相的体积比小于50∶50；乳化剂；以及流变添加剂，其包含由100至10,000个单体形成的磺化聚合物。还描述了一种使用所述反相乳化钻井流体钻出地下孔洞的方法。

Description

反相钻井流体
发明领域
本文所公开的实施方案总体上涉及反相乳化井眼流体。具体来说，本文所公开的实施方案涉及具有高内相浓度的反相乳化井眼流体。
背景技术
在钻出井眼的过程中，通常为了多种功能而在井中使用各种流体。流体可循环穿过钻管和钻头进入井眼中，并且然后可随后向上流过井眼到达地面。在这个循环过程中，钻井流体可起作用来将钻屑从孔洞的底部移到地面上；使钻屑和加重材料在循环中断时悬浮；控制地下压力；维持井眼的完整性直到井段被下套管并灌水泥；通过提供充分的流体静压力来使流体与地层分离，以便防止地层流体进入井眼中；冷却并润滑钻柱和钻头；和/或使渗透率最大化。
在某些旋转钻井程序中，钻井流体呈现“泥浆”的形式，即，一种具有固体悬浮于其中的液体。所述固体起作用来赋予钻井流体所需的流变性质，并且还提高其密度，以便在井的底部提供合适的流体静压力。钻井泥浆可为水基泥浆或油基泥浆。或者，钻井流体可为完井流体(尤其是无固体的完井流体)或所谓的泥丸(pill)。
具体来说，在井眼中已结合油气井的钻探使用了很多类型的流体。油基井眼流体的选择涉及所需流体特性与所述流体在特定应用中的环境影响的谨慎平衡。选择油基钻井流体的主要益处包括：优越的孔洞稳定性，尤其是在页岩地层中；与通过水基泥浆实现的滤饼相比，更薄的滤饼的形成；钻柱和井下工具的优良的润滑；以及盐床在孔洞不塌陷或放大的情况下的穿透。油基泥浆的尤其有益的性质是它们的润滑质量。这些润滑性质允许井的钻探具有显著的垂线偏差，如近海或深水钻井操作或当需要水平井时所典型的情况。在所述高度偏差的孔洞中，钻柱上的扭矩和拖曳是显著的问题，这是因为钻管抵靠所述孔洞的下侧放置，并且在使用水基泥浆时，管卡住的危险较高。相比之下，油基泥浆提供有助于防止管卡住的薄而滑的滤饼，并且因此油基泥浆的使用可被证明是合理的。
油基钻井流体一般来说是以反相乳化泥浆的形式使用。反相乳化流体的组分包括充当连续相的油质液体如烃油、充当不连续相的非油质液体如水或盐水溶液以及乳化剂。反相乳化流体的油/水(或油∶水)比通常在65∶45至95∶5的范围内。乳化剂用来降低液体的界面张力，以使得非油质液体可在油质液体中形成精细液滴的稳定分散液。对所述反相乳液的全面描述可见：Composition and Properties of Drilling and Completion Fluids，第5版，H.C.H.Darley,George R.Gray,Gulf Publishing Company,1988，第328-332页。
另外，所述反相乳化泥浆一般来说含有一种或多种加重剂、表面活性剂、增粘剂、防失水剂或桥堵剂。使用反相乳化流体的缺点是它们的成本(因含油含量)和与废料和处置相关的环境问题(较大的油百分比可能与钻屑上的更大的油保留相关)。然而，随着油水比的降低(内水相增加)，流体的粘度通常增加超过可工作的范围。另外，随着水含量的增加，反相乳液（油包水)还变得更加难以稳定化。
发明概述
在一方面，本发明提供了一种反相乳化井眼流体，其包含：
油质外相；
非油质内相，其中油质外相与非油质内相的比小于50∶50；
乳化剂；
流变添加剂，其包含由100至10,000个单体形成的磺化聚合物。
术语‘单体’和‘重复单元’在本文可互换使用并且具有相同的含义。所述聚合物可通过聚合反应由至少一种单体形成。所述聚合反应是本领域已知的。因此，本文所述的磺化聚合物可通过100至10,000个单体的聚合获得。
所述聚合物可由500至10,000个单体(重复单元)形成，并且通常在1,000至10,000个单体(重复单元)的范围内。
所述磺化聚合物可由磺化的至少一种单体形成。
所述磺化聚合物可为由磺化的至少一种单体和未磺化的至少一种单体形成的共聚物。
所述磺化聚合物可由基础聚合物形成且随后被磺化。所述磺化可通过本领域已知的方法来实现。所述基础聚合物可由乙烯-丙烯二烯单体(EPDM)单元形成。
所述磺化聚合物包含磺酸根官能团（如-SO3X)，其中X为氢或阳离子，具体来说一价阳离子，如包含Li+、Na+以及K+的基团中的一种或多种。所述磺酸根官能团也可为氯磺酸根基团。
所述流变添加剂用于控制井眼流体的流变曲线。虽然乳化剂可影响井眼流体的流变学，但正是所述添加剂用来控制流变学。所述流变添加剂可明确地用来控制井眼流体的低剪切速率粘度。
所述流变添加剂可处于油质相和非油质相中的一个或两者中。通常，所述流变添加剂存在于油质相或非油质相之间的界面上。
与表面活性剂不同，所述流变添加剂影响了井眼流体的低剪切速率粘度。所述流变添加剂可具有(i)油溶性主链(例如，聚合物主链)，(ii)造成在所述流变添加剂的部分(例如，磺酸根基)之间和/或之内的相互作用的官能团(离子组分)，以及(iii)由主链的链长提供的本体(分子量)。(i)、(ii)以及(iii)的平衡可提供对井眼流体的流变曲线的必要控制。表面活性剂不具有这些组分的正确平衡。
术语油质在本文用来指所有的油以及油分散性和油溶性添加剂。术语非油质在本文用来指所有的水以及水分散性和水溶性添加剂。
本文所详述的所有比率涉及体积比。在计算油质/非油质比(如油水比)时，油质相(通常油相)包含乳液的全部油基组分，而非油质相(通常是水相)仅包含水。
对于某些实施方案，所述磺化聚合物为弹性体基聚合物。优选地，所述聚合物具有超过20,000的数均分子量。弹性体基聚合物通常具有20,000至500,000的分子量。
如本文所述的油质外相与非油质内相的体积比小于50∶50(即，小于50体积份的油质外相比50体积份的非油质内相)的流体被称为高内相比(HIPR)流体，或者也可称为高内相乳液(HIPE)。
本公开的发明人已发现，虽然改善的性能从HIPR流体的使用中显而易见，但低剪切速率下的粘度(通常在FANN 35粘度计上在6rpm下进行测试)在与高剪切速率下的粘度相比(FANN 35粘度计上的600rpm与300rpm读数之间的差异且被称为塑性粘度)时太低。这可导致较差的孔洞清洁和/或添加到使用中的流体中的加重剂的下沉。因此，发明人已认识到，可在低剪切速率下改进或控制粘度而同时对高剪切速率粘度具有低影响的流变添加剂将是有益的。
本公开的发明人已认识到，包含磺化聚合物的流变改性剂的纳入可提高低剪切速率下的粘度和/或降低高剪切速率下的粘度/塑性粘度。
所述磺化聚合物可为氯磺化聚合物。所述磺化聚合物可被制备成使得其为氯磺化聚合物。
所述磺化聚合物可为α-烯烃共聚物。所述α-烯烃可针对磺化聚合物由其成分单体部分的产生提供必要的反应性。
所述氯磺化聚合物可由基础聚合物形成且随后被磺化或可由一种或多种单体形成，所述一种或多种单体中的至少一种被氯磺化。所述氯磺化聚合物可由乙烯和α-烯烃的单体单元、即-(CH2-CH2)n-和-(R5CH-CH2)m-)形成，其中R5为氢或具有1至18个碳原子的烷基。所产生的基础聚合物随后可被氯磺化。或者，乙烯和α-烯烃中的一个或两者的至少一部分可被氯磺酸根基团取代。
优选地，所述磺化聚合物由单体形成，所述单体来源于且通常可为乙烯和含有3至20个碳原子、任选地4至8个碳原子的α-烯烃。
某些实施方案包括氯磺化α-烯烃共聚物，所述共聚物由单体形成，所述单体来源于且通常可为乙烯和含有3至20个碳原子、任选地4至8个碳原子的α-烯烃。
所述磺化聚合物通常含有0.2wt％至5wt％的硫并且可与水反应以产生磺酸，或与碱反应并中和以产生碱磺化共聚物。
在另一方面，本发明提供了一种反相乳化井眼流体，其包含：
油质外相；
非油质内相，其中油质外相与非油质内相的体积比小于50∶50；
乳化剂；以及
流变添加剂，其包含由下式表示的有机可溶纤维素：
Figure BDA0000397203770000051
其中R独立地为H或碳主链具有1至10个碳原子的烷基。
所述有机可溶纤维素可从Dow Chemical公司(www.dow.com)作为它们的Ethocel范围的一部分获得。粘度范围分别为3-5.5cP和18-22cP的Ethocel 4和Ethocel 20是优选的。
所述有机可溶纤维素可溶于至少一种有机溶剂中。所述有机可溶纤维素在所述有机溶剂中在25℃下可具有0.1至120cP的粘度。
所述有机可溶纤维素可具有0.1至250cP的粘度。所述有机可溶纤维素的粘度可为1至120cP，任选地，3-22cP。所述粘度在Ethocel产品范围(www.Dow.com)中所注的条件下测量，即在Ubbleohde类型的粘度计上在25℃下在5％溶液内测量。对于中间有机可溶纤维素产品来说，溶剂为60％的甲苯和40％的乙醇。对于所有其它有机可溶纤维素产品来说，溶剂为80％的甲苯和20％的乙醇。
优选地，所述有机可溶纤维素具有重复的葡糖酐单元。所述葡糖酐单元可呈现环的形式。每个葡糖酐环可具有三个-OH(羟基)部位，所述部位任选地被烷氧基化来形成-OR基团，其中R为烷基基团，所述烷基基团在链中具有在1与10之间，通常在1与5之间的碳原子。在某些实施方案中，所述-OH部位被乙氧基化来形成-OC2H5基团。
井眼流体可为多种井眼流体，包括具有或不具有任何固体的完井流体、泥丸以及含有重质盐水的流体。
非油质内相可包含多个液滴。所述液滴可分散在油质外相中。任选地，构成非油质内相的液滴的平均直径的范围为0.5至5微米，通常为1至3微米。
任选地，反相乳化井眼流体在600rpm下测得的粘度计读数小于200cP，通常在6和3rpm下的粘度计读数小于40cP。
所述聚合物可为纤维素的衍生物。纤维素可为葡萄糖(单体)单元的多糖。纤维素的衍生化可涉及重复葡萄糖单元上的羟基向乙醚基的转化。
所述聚合物可为纤维素或其烷基衍生物的解聚衍生物。
在另一方面，本文所公开的实施方案涉及一种使用反相乳化钻井流体钻出地下孔洞的方法，所述方法可包括：将油质流体、非油质流体以及流变添加剂混合以形成反相乳化井眼流体；以及使用所述反相乳化井眼流体作为钻井流体钻出所述地下孔洞。所述反相乳液可包含：油质外相；非油质内相，其中所述油质外相与非油质内相的比小于50∶50；以及流变添加剂，其使得所述油质外相和所述非油质内相稳定化，其中所述流变添加剂为磺化聚合物和有机可溶纤维素中的至少一种。
根据本公开的另一方面，可提供一种反相乳化井眼流体，其包含：
乳化剂；
油质外相；
非油质内相，其中所述油质外相与非油质内相的比小于50∶50；并且其中所述非油质相包含比重高于1.4的盐水。
盐水的比重可高于1.55。
所述方面通常被提供用于根据本发明的较早方面的乳液。本方面的非油质内相可用于以上所述的本发明的其它方面。
具体来说，所述流体可进一步包含流变添加剂，所述流变添加剂包含磺化聚合物和有机可溶纤维素中的一种。
任选地，所述流体在600rpm下可拥有小于200cP的高剪切粘度，并且在6和3rpm下可拥有小于40cP的低剪切粘度，并且在特定实施方案中，在6和3rpm下可拥有小于20cP的低剪切粘度(其全部使用来自Fann Instrument公司(Houston,Texas)的Fann35粘度计在120℉ ℉(48.9℃)下测得)。
在另一方面，本发明提供了一种反相乳化井眼流体，其包含：
油质外相；
非油质内相，其中所述油质外相与非油质内相的体积比小于50∶50；
乳化剂；
第一流变添加剂，其包含由100至10,000个单体形成的磺化聚合物；以及
第二流变添加剂，其包含由下式表示的有机可溶纤维素：
Figure BDA0000397203770000071
其中R独立地为H或碳主链具有1至10个碳原子的烷基。
本方面的反相乳化井眼流体可用于以上所述的本发明的其它方面。
本公开的其它方面和优点从以下描述和所附权利要求书中将显而易见。
详细描述
本领域中常规使用的反相乳化流体中的油/水比在65/45至95/5的范围内。数个因子具有常规指示的所述范围，包括：泥浆中固体的浓度，以便提供所需的泥浆重量(载有固体的泥浆必须具有高的油/水(O/W)比，从而使得所述固体保持油润湿并分散)；和高粘度，通常在内水相增加后经历(因分散的内相的更大浓度而引起)。乳液的不稳定性可通过检查胶体化学的原理来解释。胶体分散液(液体∶液体分散液来说，即乳液)的稳定性通过粒子表面的经由其表面电荷和短程范德华力的行为来确定。静电排斥防止分散粒子结合成其宏观形式的最热稳定的聚集态，因而使所述分散液亚稳定。乳液是亚稳系统，对乳液来说，油相与水相的相分离由于添加表面活性剂来减少油与水之间的界面能而表示最稳定的热力学状态。
水包油乳液通常通过静电稳定(两个相之间的电双层)和空间稳定(范德华斥力)两者来稳定化，而反相乳液(油包水)通常仅通过空间稳定来稳定化。由于仅仅一种机制可用于使反相乳液稳定化，因此反相乳液一般来说更难以稳定化，特别是在较高水平的内相下，并且通常为高粘度的流体。
因此，本公开的实施方案涉及具有高内相浓度(＜50∶50油质/非油质，通常O/W)的反相乳化流体，所述反相乳化流体优选通过乳化剂稳定化，而不显著增加粘度。另外，由于较大的内相浓度，可部分地通过水相或其它内相的固有重量为流体提供重量，因而使得总固体含量最小化。
非油质相通常为盐水。盐水可为相对稠的盐水。所述非油质相的比重可在1.4以上，任选地在1.55以上。反相乳化流体可不含固体组分。此外，反相乳液可不含重晶石。
因此，本发明可独立地提供一种反相乳化井眼流体，其包含：
-乳化剂；
-油质外相；
-非油质内相，其中所述油质外相与非油质内相的比小于50∶50；
并且其中所述非油质相包含比重在1.4以上、任选地在1.55以上的盐水。
所述方面通常被提供用于根据本发明的较早方面的乳液。
如上所述，随着给定流体系统的内水相的增加，所述流体的粘度和流变曲线由于所分散的内相的更大浓度也增加。然而，本公开的反相乳化流体可拥有更类似于具有较低内相浓度(即，＞50∶50油质/非油质，通常为O/W)的流体的流变曲线。具体来说，根据本公开的实施方案，所述流体在600rpm下可拥有小于200cP的高剪切粘度，并且在6和3rpm下可拥有小于40cP的低剪切粘度，并且在特定实施方案中，在6和3rpm下可拥有小于20cP的低剪切粘度(其全部使用来自Fann Instrument公司(Houston,Texas)的Fann 35粘度计在120℉(48.9℃)下测得)。
所述流体还可拥有内非油质相(通常为水相)，所述内非油质相在外油质相内稳定地乳化。具体来说，在向反相乳化流体施加电场时，乳化的非油质相(其拥有电荷)将迁移到用于产生电场的电极中的一个。乳化剂在反相乳化流体中的并入使得乳液稳定化并且导致迁移率的减慢和/或破坏乳化的电压的增加。因此，美国石油协会(American Petroleum Institute)在APIRecommended Practice 13B-2第三版(1998年2月)所规定的电稳定性(ES)测试通常用于测定乳液的稳定性。ES通过在浸入泥浆中的探针(由一对平行平板电极组成)上施加电压斜升的、正弦电信号来测定。所产生的电流保持较低，直到达到阈值电压，此时电流非常快速地上升。这个阈值电压被称为泥浆的ES(“API ES”)并且被定义为当电流达到61μA时所测得的电压峰值(伏特)。所述测试通过以下进行：将ES探针插入120℉(48.9℃)的泥浆杯中，在探针中的电极隙上施加增加的电压(0至2000伏特)。针对流体所测得的ES电压越高，使用所述流体产生的乳液就越强健或约难以破坏，并且乳液就约稳定。因此，本公开涉及具有高内相比、但还具有至少50v并且在更特定的实施方案中具有至少100v或150v的电稳定性的反相乳化流体。
进一步来说，本公开还涉及具有高内相比的流体，其中乳液液滴的尺寸与常规乳液液滴相比较小。例如，分布在油质相中的非油质相可包含液滴，所述液滴的平均直径在一个实施方案中在0.5至5微米的范围内，并且在更特定的实施方案中在1至3微米的范围内。液滴尺寸分布一般来说可使得至少90％的直径在平均直径的20％或尤其是10％内。在其它实施方案中，可存在多峰分布。这个液滴尺寸可比使用常规乳化剂形成的常规乳液液滴的液滴尺寸小约四分之一。在特定实施方案中，乳液液滴可小于流体中所使用的固体加重剂。
所述乳化剂可为任何合适的乳化剂。在优选实施方案中，所述乳化剂为烷氧基化醚酸乳化剂，其使得油质外相和非油质内相稳定化，其中所述烷氧基化醚酸由下式来表示：
R4O[CH2CHR1O]n[CH2]m-COOH
其中R4为C6-C24烷基或烯基或-C(0)R3(其中R3为C10-C22烷基或烯基)；
R1为H或C1-C4烷基；
n的值为1至20；且
m的值为0至4。
基团R的C6-C24烷基或烯基可分支或未分支(直链)。
所述化合物可通过醇与聚醚(如聚(环氧乙烷)、聚(环氧丙烷)、聚(环氧丁烷)或环氧乙烷、环氧丙烷和/或环氧丁烷的共聚物)的反应形成，以便形成烷氧基化的醇。然后，所烷氧基化的醇可与α-卤代羧酸(如氯乙酸、氯丙酸等)反应，以便形成烷氧基化的醚酸。在特定实施方案中，n的选择可基于所述化合物的亲油性和烷氧基化中所使用的聚醚的类型。在R1为H(由与聚(环氧乙烷)的反应形成)的一些特定实施方案中，n可为2至10(在某些实施方案中在2与5之间，且在更特定的实施方案中在2与4之间)。在R1为-CH3的其它特定实施方案中，n的范围可达20(且在其它实施方案中达15)。进一步来说，R(或R3)和R2的选择也可基于所述化合物的由于聚醚化的程度(即，n的数量)的亲水性在选择各R(或R3)、R1、R2以及n时，每次选择所贡献的相对亲水性和亲油性可被认为使得可实现所需的亲水亲油平衡(HLB)值。进一步来说，虽然这种乳化剂可能尤其适用于产生具有大于50％的非油质内相的流体，但本公开的实施方案还可包括使用所述乳化剂以较低的内相量形成的反相乳化流体。
乳化剂通常是两亲性的。即，它们既拥有亲水部分又拥有疏水部分。与亲脂性非极性基团的化学性质和强度相比，亲水性极性基团的化学性质和强度决定了所述乳液是形成为水包油还是油包水乳液。具体来说，乳化剂可基于它们的HLB值进行评估。一般来说，为了形成油包水乳液，可能需要具有低HLB(如在3与8之间)的乳化剂(或乳化剂混合物)。在特定实施方案中，所述乳化剂的HLB值的范围可为4至6。
在特定实施方案中，所述乳化剂所使用的量可在1至15磅/桶(1bm/bbl或ppb)(即，2.85至42.80kg/m3)范围内，而在其它特定实施方案中，在2至10磅/桶(1bm/bbl或ppb)(即，5.70至28.50kg/m3)范围内。
除了使得油质连续相和非油质不连续相稳定化的乳化剂外，井眼流体还可包含(例如)加重剂。
适用于本文所公开的流体的加重剂或密度材料(不是由内水相所提供的固有重量)可包括重晶石、方铅矿、赤铁矿、磁铁矿、氧化铁、钛铁矿、菱铁矿、天青石、白云石、方解石等。所添加的材料(如果有)的量取决于最终组合物的所需密度。通常，可添加加重材料，以便提供达至约24磅/加仑(1bm/gal或PPg)的流体密度，即比重为2.87(但在其它特定实施方案中，达至21磅/加仑(1bm/gal或PPg)，即比重为2.50或达至19磅/加仑(1bm/gal或PPg)，即比重为2.27)。另外，也在本公开的范围内的是，所述流体还可使用盐类进行加重(如在下文所论述的非油质流体(通常是水性流体)中)。具体材料的选择很大程度上可取决于材料的密度，这是因为任何具体密度下的最低井眼流体粘度通常通过使用最高密度的粒子来获得。
所述油质流体可为液体并且更优选为天然油或合成油，且更优选地，所述油质流体选自包括以下各项的组：柴油；矿物油；合成油，如氢化和未氢化的烯烃(包括聚α-烯烃、直链和支链烯烃等)、聚二有机硅氧烷、硅氧烷或有机硅氧烷、脂肪酸酯，尤其是脂肪酸的直链、支链和环状烷基醚，其混合物以及类似化合物；以及其混合物。在特定实施方案中，所述流体可使用柴油或合成油作为外相来配制。油质流体的浓度应是充分的，以使得反相乳液形成并且可以小于反相乳液的约50体积％。在一个实施方案中，油质流体的量可为反相乳化流体的约50体积％至约20体积％，并且更优选地约40体积％至约20体积％。在一个实施方案中，所述油质流体可包括至少5体积％的材料，所述材料选自包括以下各项的组：酯类、醚类、缩醛类、碳酸二烷基酯类、烃类以及其组合。
在本文所公开的反相乳化流体的配制中所使用的非油质流体为液体并且优选为水性液体。更优选地，所述非油质液体可选自包括以下各项的组：海水、含有有机和/或无机溶解的盐的盐水、含有水可混溶的有机化合物的液体以及其组合。例如，所述水性流体可使用所需盐在淡水中的混合物来配制。所述盐可包括但不限于(例如)碱金属氯化物、氢氧化物或羧酸盐。在本文所公开的钻井流体的各种实施方案中，盐水可包括海水、其中盐浓度小于海水的盐浓度的水溶液、或其中盐浓度大于海水的盐浓度的水溶液。可在海水中发现的盐包括但不限于钠、钙、铝、镁、钾、锶以及锂的氯化物、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、硅酸盐以及氟化物盐。可并入给定盐水中的盐类包含天然海水中所存在的那些盐中的任一种或多种或任何其它有机或无机溶解盐。另外，可用于本文所公开的钻井流体的盐水可为天然的或合成的，其中合成盐水倾向于在组成上更简单。在一个实施方案中，所述钻井流体的密度可以通过增加盐水中的盐浓度(一直到饱和)来进行控制。在特定实施方案中，盐水可包含金属(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。
在一个实施方案中，非油质流体的量为反相乳化流体的超过约50体积％并且优选为约50体积％至约80体积％。在另一个实施方案中，所述非油质流体优选为反相乳化流体的约60体积％至约80体积％。
常规方法可用于以类似于通常用于制备常规的油基钻井流体的那些的方式来制备本文所公开的钻井流体。在一个实施方案中，将所需量的油质流体(如基础油)与合适量的表面活性剂混合在一起，且在连续搅拌情况下顺序地添加剩余的组分。反相乳液也可通过对油质流体和非油质流体进行有力搅动、混合或剪切来形成。
可包含于本文所公开的井眼流体中的其它添加剂包括（例如)润湿剂、亲有机粘土、增粘剂、表面活性剂、分散剂、界面张力降低剂、pH缓冲剂、互溶溶剂、稀释剂(thinner)、冲淡剂(thinning agent)以及清洁剂。
可适用于本文所公开的流体的润湿剂包含粗妥尔油、氧化粗妥尔油、表面活性剂、有机磷酸酯、改性咪唑啉和酰胺基胺、芳香族硫酸烷酯和芳香族磺酸烷酯等以及这些物质的组合或衍生物。然而，当用于反相乳化流体时，脂肪酸润湿剂的使用应最小化，以便不会不利地影响本文所公开的反相乳液的可反相性。FAZEWETTM、VERSA COATTM、SUREWETTM、VERSA WETTM以及VERSAWETTM NS是可用于本文所公开的流体的由M-I LLC.制造并分销的可商购的润湿剂的实例。SILWETTM L-77、L-7001、L7605以及L-7622是由General Electric公司(Wilton,CT)制造并分销的可商购的表面活性剂和润湿剂的实例。
除本文所述的增粘剂之外，还可添加亲有机粘土，通常是胺处理的粘土。也可使用其它增粘剂，如油溶性聚合物、聚酰胺树脂、聚羧酸以及皂。组合物中所使用的增粘剂的量可根据所述组合物的最终用途变化。然而，通常约0.1重量％至约6重量％的范围对于大多数应用来说是充分的。VG-69TM和VG-PLUSTM是由M-I L.L.C分销的有机粘土材料，且VERSA-HRPTM是可用于本文所公开的流体的由M-I,LLC.制造并分销的聚酰胺树脂材料。在某些实施方案中，替换流体的粘度是足够高的，以使得所述替换流体可在井中充当其自身的替换泥丸。
常规悬浮剂以及本文所述的那些悬浮剂可用于本文所公开的流体中并且包括亲有机粘土、胺处理粘土、油溶性聚合物、聚酰胺树脂、聚羧酸以及皂。所述组合物中所使用的常规悬浮剂（如果有)的量可取决于所述组合物的最终用途而变化。然而，通常约0.1重量％至约6重量％对于大多数应用来说是充分的。VG-69TM和VG-PLUSTM是由M-I L.L.C分销的有机粘土材料，且VERSA-HRPTM是可用于本文所公开的流体的由M-I L.L.C.制造并分销的聚酰胺树脂材料。
另外，通常将石灰或其它碱性材料添加到常规的反相乳化钻井流体和泥浆中，以便维持储备碱度。本文所公开的流体尤其可用于地下油气井的钻井、完井和修井(working over)。具体来说，本文所公开的流体可在配制允许容易并且快速去除滤饼的钻井泥浆和完井流体中使用。所述泥浆和流体尤其可用于在携带烃的地层中钻出水平井。在不同实施方案中，使用反相乳化钻井流体钻出地下孔洞的方法可包括：使油质流体、非油质流体、增粘剂（如上文所述的那些，并且按上述比率)混合，以便形成反相乳液；以及使用这种反相乳液作为钻井流体钻出地下孔洞。可将所述流体通过钻管向下泵送到井的底部，其中流体通过例如钻头中的端口出来。在一个实施方案中，所述流体可结合任何钻井操作使用，所述钻井操作可包括（例如)垂直钻井、延伸钻井以及定向钻井。油基钻井泥浆可使用多种制剂来制备。具体制剂可取决于在具体时间钻井的状态，例如，取决于地层的深度和/或组成。
现将参照附图仅通过实例来描述本公开的实施方案，在附图中：
图1是示出了ETHOCEL 300的主要流变学参数的浓度曲线；
图2是示出了氯磺化聚合物的主要流变学参数的浓度曲线；
图3是示出了根据本公开的包含流变添加剂的老化流体的结果的表；
图4示出了根据本公开对于已知的一种或多种流变添加剂来说，在低剪切速率下获得粘度所需的流变添加剂的量；以及
图5示出了基于达到图4中所列出的低剪切粘度所需的流变改性剂的量针对流体所获得的塑性粘度。
使用在Hamilton Beech混合器上在一小时内按以下添加顺序制成的泥浆制剂进行一系列实验：
1.Mosspar H油(连续相)
2.乳化剂，油润湿剂，例如，EMI-2184(可从M-I LL.C.获得)/Surewet
3.常规的亲有机流变改性剂(增粘剂胶凝剂)：VG Supreme
4.Ecotrol RD(失水添加剂)
5.石灰(碱度源)
6.淡水和(25wt％)CaCl2(固体)(不连续相)
7.API重晶石(加重剂)
初始针对FANN 35流变学和ESV对泥浆进行测试，并且在通过在250℉(121.1℃)下热轧16小时而老化之后，针对流变学、ESV以及HTHP进行重新测试。
在含有最低水平的1.0ppb(磅/桶)有机粘土增粘剂的最优45∶55HIPR制剂泥浆中对一些OBM增粘剂进行筛选。总体积的基础泥浆是在Silverson混合器上在6000rpm下在一小时内制备而成，且增粘剂是在Hamilton Beech混合器上在另外20分钟内添加并混合。初始针对FANN 35流变学和ESV对泥浆进行测试，并且在250℉(121.1℃)下老化16小时之后针对流变学、ESV以及HTHP失水量进行重新测试。
Ethocel
表1示出了在添加至包含45∶55的OWR、乳化剂以及3.0ppb的流变添加剂的钻井流体组合物中的各种有机可溶纤维素(从Dow ChemicalCompany获得的ETHOCEL)的老化之后的性能。
在老化之后，将它们与不包含任何流变添加剂的基准进行比较。如从表1中可看出，ETHOCEL 4和ETHOCEL 20给出了低剪切(6rpm)参数以及塑性粘度的显著增加。
6rpm/PV的比示出了流体的平衡并且高的比值是较好的。Ethocel 4和Ethocel 20的比值尤其好。
表1
Figure BDA0000397203770000141
表2示出了氯磺化弹性体(CSE)产品的等效数据。所述CSE产品为具有一系列的磺化和中和的弹性体。这些产品初始在流变添加剂的0.5ppb浓度下进行测试。所有CSE型式给出了超过基准的塑性粘度、屈服点以及6rpm读数的增加。两个型式给出了6rpm读数和6rpm/PV比的最大改善。
表2
塑性粘度(PV)cP 屈服点(YP)(1b/100ft2) 6rpm读数 6rpm/PV
基准 52 21 6 0.11
CSE 1 66 33 19 0.29
CSE 2 60 33 17 0.28
CSE 3 69 39 13 0.19
CSE 4 73 36 11 0.15
CSE 5 74 33 11 0.15
CSE 6 79 40 11 0.14
图1和图2给出分别示出了ETHOCEL 300和CSE 1的主要流变学参数的浓度曲线。前一种(纤维素)产品给出了遍及0-3.0ppb范围的相对线性曲线，而磺化聚合物给出了平坦反应，直至达0.2ppb，此后发现流变学增加。针对CSE 6聚合物观察到类似的趋势。对于这些情况来说，与纤维素产品相比，至少磺化聚合物看上去可能对浓度更加敏感，并且因此基于添加剂的重量表现得总体上更有效。
如同早先的实验一样，在同一种基准制剂中对ETHOCEL 4、ETHOCEL 20以及CSE 2进行重新测试，但其中亲有机粘土流变改性剂组分被去除。初始测试是在所述初始测试中所使用的浓度下（即，3.0和0.5ppb)，但另外的测试在不同的浓度下进行，以便在相同的泥浆规定水平下与每种产品的6rpm匹配。包括具有亲有机粘土流变改性剂(VGSupreme)的1-5ppb的流体的一组比较数据以用于进行比较。图3中所示的表示出了所述数据。
图4示出了实现17的6rpm读数所需的每种添加剂的浓度并且在图5中，示出了其相对塑性粘度。如可看出，实现这个低剪切速率水平所需的ETHOCEL 20和CSE2的量比VG supreme要小得多。在这些水平下，它们的相应的塑性粘度减少。因此，对于ETHOCEL 20和CSE 2来说，这些结果示出，对于亲有机粘土(VG supreme)来说，伴随仅仅一半的塑性粘度观察到大大改善的6rpm/PV比。这使得这些产品特别可用于具有小于50∶50水包油，即，高内相流变学(HIPR)的制剂。
因此，本文的结果示出了具有与US 2008/0248975相比改善的流变学的乳液，这是因为发现所述乳液在HIPR系统中给出了令人意外的低总体流变学，但允许低剪切速率粘度(LSRV)根据规范进行控制，而塑性粘度不过度增强。考虑到US 2008/0248975的公开内容，预期低剪切粘度是在正常范围外的且不能证明是可行的。
可在不脱离本公开的范围的情况下作出改进和修改。

Claims (23)

1.一种反相乳化井眼流体，其包含：
油质外相；
非油质内相，其中所述油质外相与非油质内相的体积比小于50∶50；
乳化剂；以及
流变添加剂，其包含由100至10,000个单体形成的磺化聚合物。
2.如权利要求1所述的流体，其中所述磺化聚合物为氯磺化聚合物。
3.如前述任一项权利要求所述的流体，其中所述磺化聚合物为α-烯烃共聚物。
4.如前述任一项权利要求所述的流体，其中所述磺化聚合物由乙烯和含有3至20个碳原子的α-烯烃形成。
5.如前述任一项权利要求所述的流体，其中所述磺化聚合物为由乙烯和含有3至20个碳原子的α-烯烃形成的氯磺化α-烯烃共聚物。
6.如前述任一项权利要求所述的流体，其中所述非油质内相包含多个液滴，所述液滴的平均直径在0.5至5微米的范围内。
7.如权利要求6所述的流体，其中所述液滴的平均直径在1至3微米的范围内。
8.如前述任一项权利要求所述的流体，其中所述油质外相与非油质内相的体积比在超过20∶80至小于50∶50的范围内。
9.如前述任一项权利要求所述的流体，其中所述非油质内相包含比重大于1.4的盐水。
10.如前述任一项权利要求所述的流体，其中所述乳化剂为烷氧基化醚酸。
11.如权利要求10所述的流体，其中所述乳化剂为由下式表示的烷氧基化醚酸：
R4O[CH2CHR1O]n[CH2]m-COOH
其中R4为C6-C24烷基或烯基或-C(O)R3(其中R3为C10-C22烷基或烯基)；
R1为H或C1-C4烷基；
n的值为1至20；以及
m的值为0至4。
12.如权利要求11所述的流体，其中当R1为H时，n的值为1至10。
13.如权利要求11或12所述的流体，其中n的值为2至5。
14.如权利要求11至13中任一项所述的流体，其中当R1为-CH3时，n的值为1至20。
15.如前述任一项权利要求所述的流体，其中所述流体在600rpm下具有小于200cP的高剪切粘度并且在6和3rpm下具有小于40cP的低剪切粘度。
16.如前述任一项权利要求所述的流体，其中所述流体在600rpm下具有小于200cP的高剪切粘度并且在6和3rpm下具有小于20cP的低剪切粘度。
17.一种反相乳化井眼流体，其包含：
油质外相；
非油质内相，其中所述油质外相与非油质内相的体积比小于50∶50；
乳化剂；以及
流变添加剂，其包含由下式表示的有机可溶纤维素：
Figure FDA0000397203760000021
其中R独立地为H或碳主链具有1至10个碳原子的烷基。
18.如权利要求17所述的流体，其中R为烷基CH2CH3。
19.如权利要求17和权利要求18所述的流体，其中所述有机可溶纤维素在25℃下测得的粘度为0.1至250cP。
20.如权利要求17和权利要求18所述的流体，其中所述有机可溶纤维素在25℃下测得的粘度为1至120cP。
21.如权利要求17和权利要求18所述的流体，其中所述有机可溶纤维素在25℃下测得的粘度为3至22cP。
22.一种使用反相乳化钻井流体钻出地下孔洞的方法，使用如前述任一项权利要求所述的反相乳化井眼流体钻出所述地下孔洞。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：将油质流体、非油质流体、乳化剂以及流变添加剂混合，以便形成所述反相乳化井眼流体。
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