CN1051580A

CN1051580A - 钻井液

Info

Publication number: CN1051580A
Application number: CN90109126A
Authority: CN
Inventors: 克里·乔治·琼斯
Original assignee: INTERNATIONAL DRILLING FLUIDS Ltd
Current assignee: INTERNATIONAL DRILLING FLUIDS Ltd
Priority date: 1989-10-13
Filing date: 1990-10-13
Publication date: 1991-05-22
Also published as: AU6544490A; NO921460L; NO302953B1; CA2066165C; GB9207066D0; EP0495856B1; DE69005456T2; WO1991005832A1; ATE98982T1; GB2253646B; GB2253646A; NO921460D0; ES2062559T3; EP0495856A1; CA2066165A1; DE69005456D1; DK0495856T3; GB8923082D0

Abstract

这里公开一种含水的钻井液，具有水溶性碳水化合物添加剂，它包括单糖组分，低聚糖组分或它们的混合物，碳水化合物添加剂的用量要足以使含水的溶液中至少有10％(重量)的单糖/低聚糖组份，最好是，碳水化合物添加剂是天然材料如甘蔗、甜菜或麦芽粒的浓缩的水溶性提取物。所说的钻井液具有极好的页岩抑制性能。

Description

本发明涉及适用于钻井工业的钻井液，例如钻油井、气井和其它诸如地热井等。此种液体不仅可以用于井筒的钻井，也可以用于完井、修井和封井。尤其是，本发明涉及一种具有单糖或低聚糖组份的高浓度的钻井液，以及使用此种钻井液的钻井方法。

通过连接于钻管底部的一个切削钻头来钻井筒，而切削钻头的旋转，或是利用装在地面的原动机，在钻管的顶端施加旋转运动，或是利用固定在靠近钻管较低端的涡轮马达，涡轮马达由井筒内循环的液体来驱动。

无论是哪一种情况都需要钻井液（井筒液），以便从钻头的周围排除钻屑，并且将钻屑传送到地面以便分离和排走，钻井液也冷却钻头，并且润滑钻头和钻管，从而减少摩擦。

钻井时穿过的地层在成份和物理性能上会有广泛的变化，这种变化主要取决于该地层的沉积过程。对于钻井液，一个主要的要求是应该具有与井所穿过的地层最小的反应和对地层稳定性的最小可能的影响。在许多情况下，当井所穿过的地层在整个井段上具有化学的惰性和好的物理稳定性，使用非常简单组份的钻井液是可能的，例如，膨润土和水的简单混合物。

然而在许多地区，需要钻井的土壤或岩石结构由“活性”材料组成，它在有水的情况下，对水敏感不稳定，从而遇水膨胀或分裂，结果钻屑破碎为较小的粒子，这样要将其从循环的钻井液中分离出去，就困难且费用高，并且所钻的井壁是不稳定的。此种地层的实例包括含有粘土矿物的页岩，它属于膨胀型的，例如蒙脱石粘土，象蒙脱石，膨润土和类似这样一类的，或是非膨胀型的，象高岭土或伊利石这样一类的。

含有蒙脱石粘土的页岩其活性特别大，并且钻井困难，但是，非膨胀粘土也有一系列的问题，尤其当它们在地层中固结很差时，如果上述种类含有活性材料的地层需要钻井，通常要用“抑制性”钻井液。配制这样一种钻井液使得地层的膨胀和分裂和钻屑均显著地减少。

至今，解决上述问题，最通常是采用油基钻井液，特别是以水在油或“逆”的乳化液的形式，它一般含有50-90%（体积）的油和10-50%（体积）的水。此种钻井液具有很好的抑制性能，但是也有两个严重的缺点，即高成本的油相，以及如果处理钻井液或沾有钻井液的钻屑，将有害于环境。

最早的油基钻井液，油相是柴油，稠油或汽油。它成本较低，但是芳香族化合物的含量高，芳香族化合物的毒性不仅有害于使用此种钻井液的操作者，而且也有害于环境，如果将钻井所产生的带有此种液体的钻屑，直接排入大海，将特别有害于海域环境。

新近，在油基钻井液中已使用低芳香族油，此种油常被认为是低毒性或“清洁”的油。结果是明显地消除了严重的毒性问题。然而，甚至这样，低芳香族油还是导致了海洋环境的问题。

对环境的进一步关切已导致严格控制油的比例，这与排放到海里的钻屑有关，为使用能产生包含很大比例的油的钻屑的钻井液的辩护已变得越来越困难。当然，在钻屑排放到海里之前对钻屑进行处理以减少含油的比例，或是将钻屑运送到别的地方，这都是可能的。但是上述两种解决方案增加钻井作业的成本以及对于操作人员来说会产生更多的后勤问题。

因此，在钻井工业中，需要一种既能避免排放油和有毒材料的缺点，又具有油基钻井液的许多优点的钻井液。

以前，许多水基的抑制钻井液已经使用，使富粘土沉积地层的膨胀和分散减至最低的程度。它包括盐溶液（特别是钾盐），常常含有一定量的水溶性聚合物以增强抑制性。例如，GB1341167（shell）指出，使用部分水解的聚丙烯酰胺溶液用于抑制。新近US-4780220指出，使用具有水溶液的钻井液，它至少含有6%（体积）的水溶液，该液体选自甘油聚合物和带有甘油的聚甘油组成的混合物，从而抑制了粘土地层。更新近的，US4830765揭示了含有5%和50%（体积）之间的水溶性组份的水溶液的钻井液，水溶性组份是三聚丙二醇残渣，它具有大约5%和20%（体积）之间的三聚丙二醇和大约95%和80%（体积）之间的较高的聚丙二醇。

众所周知，甘油和甘醇与粘土形成络化物，并且假设，是上述的甘油和聚丙二醇，尤其是较高的聚合物，通过先进行吸附，由于氢结合在粘土的活性区域，使得粘土的水合作用减至最低的程度。

GB2176199涉及水基钻井液，其中有一种添加剂，即使用高丙酮酸黄原和刺槐豆胶的混合物，以便赋予溶液以假塑性。

GB1406513涉及一种钻井液添加剂，它包括水解的谷类粒子，实质上由多糖类组成，主要是六聚糖及更高的多糖类。使用添加剂作为一种粘度退粘剂，其量达到每桶8磅，即等于大约2-3%（重量）的溶液。

GB934165描述一种钻井液，如果渗入地层，在地层的壁上不能形成非渗层，但是在壁的一定范围可降低地层的可渗透性。该溶液可包括一种钻井液的增重组分，此种增重组分可包括糖，甘油，水玻璃或乙酸铅。

EP0171962涉及高分子量的树胶添加剂，如果使用于钻井液，能使得水胀性蒙脱石粘土在土壤地层中具有密封性，阻止渗透。如果接触盐水，在环礁湖和山崩处都可密封住水。

EP0079837涉及准备高分子量树胶的含水分散体，它可以得到应用，特别是在石油勘探中。

令人惊奇的是，现已发现一组经济且容易得到的天然材料，它可以大量地溶于水基钻井液中，从而提供非常有效的页岩抑制。

本发明的第一目的在于提供水基钻井液，它具有水溶性的碳水化合物添加剂，它包括单糖组份物，低聚糖组份物，二个或多个单糖混合物，二个或多个低聚糖混合物或一个或多个低聚糖和一个或多个单糖的混合物。所说的碳水化合物添加剂其用量要足以在含有水的溶液中至少有10%（重量）的单糖/低聚糖组份。

优先选用于本发明的低聚糖是具有2到6单位的单糖。此种低聚糖可以是含二个或多个不同类型的单糖的多聚合物或是仅仅含有一种类型的单糖的均聚物。更为可取的是，所用的低聚糖是二糖。实用于本发明的单糖实例是葡萄糖和果糖。实用于本发明的二糖是蔗糖。

在水溶液中，使用的碳水化合物添加剂用量，优先选用的是至少16%（重量）的单糖/低聚糖组分，更为可取的是至少22%（重量）的单糖/低聚糖组分。

如果碳水化合物添加剂是甘蔗，甜菜或麦芽粒的浓缩的水溶性提取物，其中含有所要求的单糖和/或低聚糖的比例，即可以获得最好的结果。此种浓缩的提取物含有大约45-60%（重量）的总糖量。已经发出，此种提取物含有附加组分，它可以使钻井液具有优越的性能，例如，已经发现，碳水化合物添加剂是上述的水溶性提取物中的一种，页岩的抑制性得到改善，与纯的单糖或低聚糖添加剂相比，在较高的温度下可保持此性能。假设改善性能的提高是因为被井的粘土表面所吸收，并且降低井表面的膨胀性和分裂性的提取物中含有较高的齐聚物（例如，不大于6单位的单糖）。该水溶性提取物的用量要足以提供所要求的单糖或低聚糖组份的比例。因此，最好使用至少15%（重量）左右的提取物。

甘蔗或甜菜的水溶性提取物最好是糖浆提取物，诸如甘蔗糖浆，甜菜糖浆，即“浓缩的固态糖浆”（CMS），它是将含于糖浆中的发酵性的糖，通过发酵过程被大部分除去后所保留的溶液，经蒸发，浓缩所获得的副产品。

碳水化合物添加剂可以包括少量的较高的糖化物，但是它与存在的单糖和低聚糖量相比是无关紧要的。

本发明的钻井液典型的是水基，并且最好大体上不含油组分。同样最好不含有任何这样的组分，该组分在钻井时能穿透井壁并且降低井壁一定范围的地层的渗透性。

麦芽粒提取物最好是麦芽糖，例如麦芽提取物是浓缩的麦芽糖的可溶组份的含水溶液。

本发明的第二目的在于提供一种钻井方法，其中使用上述发明的钻井液。

钻井液，即本发明主题是提供非常低毒和高生物降解的页岩抑制液。现已发现，以正常的方式，在溶液中使用一种或多种的传统的钻井液添加剂，取得期望的效果是可能的。

例如，

（Ⅰ）粘性的聚合物包括生物胶，“多阴离子纤维素”，羧甲基纤维素，羟乙基纤维素，瓜耳胶及其衍生物;

（Ⅱ）渗透性降低剂，如淀粉和它的衍生物，低粘度的羧甲基纤维素，低粘度多阴离子纤维素，合成乙烯聚合物或共聚物。

（Ⅲ）粘土诸如蒙脱石粘土，如膨润土。如果使用膨润土，在加入溶液前应先进行水合作用，即与淡水混合使膨润土膨胀和分裂，因为本发明将是抑制膨润土的膨胀和水合作用的。

（Ⅳ）密度控制剂，如压碎的重晶石，赤铁矿方解石或白云石。

（Ⅴ）无机盐，如氯化钠，氯化钾，氯化钙，硫酸钙以及PH控制剂，如氢氧化钠，氢氧化钾或氢氧化钙;

（Ⅵ）杀菌剂，以抑制溶液发酵。

（Ⅶ）消泡剂，以改进润滑性。

上述的一种固相组份的存在使得本发明的钻井液具有固相（如密度控制剂或粘土）。

本发明的钻井液几乎固定地包含一种“渗透性降低剂”（即上述（Ⅱ）的组份），有时也称为溶液损失控制剂。该组分的功能是通过在地层的井壁上（或渗入地层）形成非渗层来减少水相损失于地层中。

渗透性降低剂一般是中至高分子量的聚合物，它分散于水中呈胶状分散体或溶液。它通常包括功能性的化学基，使其牢固地吸附在矿物质的表面。如果分散于钻井液中，由于它的分子大小或胶态以及它的吸附趋向，积聚在多孔材料的表面，如页岩，从而形成一致密层，即贴实层“泥饼”，它可以显著地阻止水相的进一步渗漏。

分散的固态，特别是那些具有宽的粒子大小范围，可促进泥饼形成即贴实的过程，但不是主要的。

本发明的钻井液中可以使用渗透降低剂，其用量要足以显著减少钻井液的含水相在地层中的损失，即其用量要足以在井壁上形成一非渗层（靠其本身或与其它组分相结合）。通常其用量为每桶钻井液至少0.7磅（2kg.M^-3或大约0.2%w/v），但不超过14ppb（40kgm^-3或大约4%w/v）。

在此，还应该指出的是，本发明的钻井液甚至在没有加渗透降低剂的情况下，在某种程度上具有在地层上形成非渗层的张力，（见实例7，下面所述的第7号钻井液）。

现已发现，按照本发明配成的钻井液与使用传统的含水的介质如海水或淡水所配成的相同的溶液相比，具有以下优点：

（a）高效地抑制页岩的水合作用。

（b）很低的渗透速率（即减少溶液损失）;

（c）较低的腐蚀率;

（d）当溶液被大量的钻井固体粒子所污染时，可以降低其粘度的提高，此种污染在钻井过程中是常见的;

（e）降低凝固点（应用于寒冷的气候），类似甘醇类的“防冻剂”，也可以预料，“气体水合物”的形成将可得到抑制（固体冰-类似的络合物，例如，甲烷与水）;

（f）降低盐的溶解性;在钻井过程中，若有自然盐床贯穿时，在这里所说的是，钻井液能使由于盐溶化造成的井孔扩大减慢。

本发明的钻井液对钻井固体的污染具有更大的忍受能力，并且在不含有高浓度的盐下具有良好的抑制性。因此可以在陆地上处理它而不引起污染。

与能提供页岩抑制的其它现有技术的钻井液，例如油基钻井液或含有高浓度盐如氯化钠和氯化钾相比，本发明能提供抑制的和有效的钻井液，它能使由于处理溶液或污染的钻屑所带来的环境污染减至最低的程度。例如：

（Ⅰ）配制的有效和抑制的溶液可以完全不含油;

（Ⅱ）配制的有效和抑制的溶液是使用以优选的产品作为含水介质的淡水溶液。这样可避免在溶液中使用高含量的氯化盐或其它高离子盐。这样减少对陆地和水域的植物群和动物群的危害概率，例如植物的萎黄病和污染水层的可能性。

（Ⅲ）按照本发明配制的溶液对哺乳动物，海水和淡水生物的毒性非常低;

（Ⅳ）优选的产品在自然食物链中容易地被生物降解和吸收，对环境的长期损害作用很小。

以下实施例将对本发明作出说明。在这些实施例中，除另有说明外系按照API推荐的惯例13B试验钻井液的性能。

实施例1

完成该试验是为了显示本发明的页岩抑制性能，每试样使用350ml含水相，制备纯钻井液。每个试样粘以0.7g的生物胶，并且每个试样加3.0g IDFLO HTR，即改进的有专利权的淀粉，以控制渗透（溶液损失）性能，每个试样的PH值或是使用苛性苏打或是使用柠檬酸，调节到9。

按下列构成试样的含水相：

（Ⅰ）只有海水

（Ⅱ）海水和甘蔗糖浆的混合物（典型的分析见实施例4），每桶混合物含105lbs的固态糖浆（105ppb等于300kg.m^-3）

（Ⅲ）海水与甜菜糖浆的混合物，含105ppb（300kg.m^-3）的固态糖浆。

（Ⅳ）海水和“凝聚的可溶性糖浆”（CMS）的混合物，含105ppb（300kg.m^-3）CMS固体。从甘蔗糖浆可得到CMS。

（Ⅴ）海水和麦芽提取物的混合合物，含105ppb（300kg.m^-3）固体麦芽提取物。

（Ⅵ）海水/蔗糖溶液，含105ppb（300kg.m^-3）蔗糖。

（Ⅶ）海水/葡萄糖溶液，含105ppb（300kg.m^-3）葡萄糖。

（Ⅷ）海水/果糖溶液，含105ppb（300kg.m^-3）果糖。

（Ⅸ）用作比较的，海水/HF100溶液，含105ppb（300kg.m^-3）HF100。（HF100是水化液的商品名，正如US4780220所公开的是聚甘油和甘油的混合物）。

（Ⅹ）另一个作为比较的，海水溶液含20ppb（57kg.m^-3）KCL+0.5ppb（1.43kg.m^-3）IDBON;正如GB-1341167所公开的部分水解的聚丙烯酰胺。

注意：ppb表示每桶的磅值。

为试验页岩的抑制性能，要制备人造的“页岩”颗粒，即将75%（w/w）的怀俄明膨润土和25%（w/w）的大颗粒高岭土粘土混合物，在压力10吨/平方英寸（154Mpa）下加压，从而制备出硬的短园柱形的“人造页岩”。这种人造页岩颗粒如果放入热滚动炉中的容器的钻井液试样中，形成对页岩抑制性能的很好试验材料。通过转动放入热滚动炉中的容器，页岩颗粒放入溶液中在200°F（93.3℃）并经16小时后，将膨胀，变软或分裂（如果钻井液是低的抑制性能）。

在热滚动试验后，如果可能，将颗粒取出，直观地评价其外观并且用“ELF针穿硬度计”试验完整颗粒的硬度，它测量在颗粒表面压入一个点所需要的力。

从表1的结果表明，与现有技术的基于KCl/IDBOND或是HF100聚甘油的抑制钻井液相比，甘蔗糖浆具有非常高的抑制性能。麦芽提取物也显示出有益的抑制效果。甜菜糖浆虽然不如甘蔗糖浆但抑制性能也很好。凝聚的可溶糖浆溶液其性能也非常好。

表 1

溶液序号试验物在热滚动后的颗粒外观硬度g/mm

（1）无碎的 -

（2）甘蔗糖浆完整的/硬的 295

（3）甜菜糖浆完整的/轻微的裂缝 155

（4）凝聚的可溶性糖浆完整的/硬的 245

（5）麦芽提取物有些分散的/裂缝 160

（6）蔗糖碎的 -

（7）葡萄糖碎的 -

（8）果糖碎的 -

（9） HF100聚甘油膨胀的/粘性的 95

（10） KCl+IDBOND 膨胀的/裂缝 90

与蔗糖、葡萄糖或果糖的微不足道的抑制效果相比，（2）、（3）、（4）和（5）的结果是意想不到的

溶液（10）的钾含量至少是溶液（2）、（3）、（4）和（5）的三倍多，但是，溶液（10）的抑制性能仍然是低得多。这表明本发明所具有的抑制性不是钾的存在而取得，例如，糖浆。

抑制的现理至今尚不清楚，在试验中仅仅存在糖是不起作用的。然而，可以相信，减少溶性的水活性的高浓度糖的组合和存在于糖浆及类似物的某些较高的齐聚物在粘土表面的吸附的结果，可以提高抑制的效果。关于蔗糖、葡萄糖和果糖的进一步试验，在下面的实施例2中描述。

实施例2

如实施例1所述的，每试样使用350ml的含水相，制备四种简单的钻井液。

四种含水相的试样，其组成如下：

（1）只有海水，

（2）海水/蔗糖溶液，含105ppb（300kg.M^-3）蔗糖，

（3）海水/葡萄糖溶，含105ppb（300kg.M^-3）葡萄糖，

（4）海水/果糖溶液，含105ppb（300kg.M^-3）果糖。

按照实施例1所述的程序，除了在热滚动操作中溶液的温度为140°F（60℃）而非实施例1所用的200°F（93.3℃）的较高温度以及热滚动操作持续时间为10小时而不是16小时，对每种钻井液进行页岩抑制性能试验。

试验结果见下面的表2

表 2

溶液序号试验物在热滚动后的颗粒外观硬度g/mm

（1）无膨胀、破裂 150

（2）蔗糖完整、轻微膨胀 280

（3）葡萄糖完整、轻微膨胀 240

（4）果糖完整、较硬 800

虽然在实施例1中，在200°F（93.3℃）下，单纯的糖似乎没有什么效果，这里的试验结果表明，在比较低温度如140°F（60℃）下使用它们可以获得有益的对粘土抑制的效果，特别是果糖所取得的效果。

与实施例1相比，该试验获得较大的颗粒硬度，这直接反映了较为适度的热滚动条件。

实施例3

用相同的聚合物添加剂，并且以类似于实施例1的方法完成该试验，除了含水相中的抑制剂按以下变化：

海水体积% 甘蔗糖浆体积% HF100体积%

1） 90 10 -

2） 80 20 -

3） 70 30 -

4） 60 40 -

5） 50 50 -

6） 90 - 10

7） 80 - 20

8） 70 - 30

按照实施例1所述的热滚动页岩颗粒抑制试验后，试验结果见表3所示。

表 3

溶液序号在热滚动后颗粒外观硬度g/mm

（1）破碎成硬块状 -

（2）破碎成硬块状 -

（3）有些分散、无膨胀 90

（4）完整、硬、无膨胀 240

（5）完整、硬、无膨胀 365

（6）一块、非常膨胀 40

（7）一块、膨胀 65

（8）完整、轻微膨胀 145

试验结果表明，甘蔗糖浆是很好的抑制添加剂，特别是如果采用高含量时（接近30%和以上）。如果采用较低的含量，与HF100产品相比，减少膨胀，但使得某些颗粒破碎。

与HF100聚甘油组的作用相比，糖浆的优点在于非常便宜，并且在世界范围容易大量获得。

除了上述以外，糖浆提供一额外的优点，通过添加它可以提供优越的渗透性能。

使用上述的相同组份（1）至（8），采用型号35cm范氏（Fann）粘度计（用于所有的实施例）测定流变性和渗透性（按API推荐的13B惯例）。试验结果见表4所示。在范氏（Fann）粘度计中，钻井液盛入两同轴的立式园筒之间的环形空间，两园筒的表面以恒速旋转。溶液的粘度阻力对内筒产生一转距，扭力弹簧束缚其旋转。一个指针连接于内筒，并记录该内筒从零位置开始的偏移量，从而测量溶液的粘度。

在园筒表面转速为600rpm时，将读数除2即可得到视粘度（AV）。

在转速600rpm时的读数减去在转速300rpm时的读数，即可得到塑性粘度（PV）。

在转速300rpm时的读数减去塑性粘度即可得到流动点（YP）。

以高转速搅拌溶液10秒钟，然后在静止状态下维持10秒钟，最后在转速3rpm时观察读数，即可测到10秒胶凝强度（GELS）。

将测到的单位为lb/100ft²的结果乘以0.05可以得到流动点或位为kgM^-2的10秒钟胶凝强度。

按照API RP 13 B所陈述的方法，即可测到API溶液的损失。将钻井液试样放到直径为76mm，高为64mm的园筒中，筒底是一张过滤纸，过滤纸由多孔板所支承，在其下面是排出管，筒体的顶部是密封的，用压缩空气使试样上面的压力提高到100psig（689kpa），将带刻度的筒体放在排出管的下面，并以30分钟时间收集渗透的容积，从开始加压起记，所得的读数为溶液的损失（毫升）。

表 4

除了提供非常满意的流变性能外，甚至是50%的含量，而且糖浆还改善了渗透性能，在所有情况中，渗透体积都减少。

实施例4

甘蔗糖浆的组份：

甘蔗糖浆是农业的副产品，其组份受甘蔗的品种和成熟情况以及气候和土壤条件等影响。此外，糖厂加工条件也影响糖浆的组分。由于这些原因，要对糖浆进行典型分析是不可能的，但是可以得到大范围的糖浆组份，如下面的表5所示的。

表 5

干成份大约75%

总含糖 48-56%

其中：蔗糖 30-40%

还原糖 15-20%

不能发酵糖 2.0-4.0%

无糖的有机成份 9-12%

其中：可溶的胶和其

它碳水化合物大约4.0%

有机酸，如乌头酸大约3.0%

少量的柠檬酸、苹果酸

琥珀酸等少量的蜡、固

醇、色素和维生素氮组

份如蛋白质（即NX6.25） 2-3%

硫酸盐粉尘 10-15%

其中：钠（Na） 0.1-0.4%

钾（K） 1.5-5.0%

钙（Ca） 0.4-0.8%

氯（Cl） 0.7-3.0%

磷（P） 0.6-2.0%

还原糖是指能还原费林溶液的糖。

可以计算出，甘蔗糖浆固体含有40-53（重量）%的低聚糖（蔗糖）和23-32（重量）%的单糖。（还原糖和不能发酵的糖通常把它当作单糖）。

实施例5

甜菜糖浆的组份

甜菜糖浆的组份如甘蔗糖浆所说的情况相同，是农业的副产品，其组份受气候和土壤状况和甜菜品种以及成熟情况影响。从表6可以看出，无糖有机成分是非常不同于甘蔗糖浆，它的氮化物百分比高。从糖含量来看，明显不同于甘蔗糖浆是还原糖的百分比低。

表 6

干成份 74-78%

蔗糖 48-52%

还原糖 0.2-1.2%

棉子糖 0.5-2.0%

无糖有机成份 12-17%

其中6-8%是氮化物，包括3-4%甜菜碱和2-3%

的谷氨酸以及有机成份。另外6-8%是无氮

物，例如，有机酸，乳酸，苹果酸，醋酸

和草酸

硫酸盐粉尘 10-12%

其中：钠（Na） 0.3-0.7%

钾（K） 2.0-7.0%

钙（Ca） 0.1-0.5%

氯（Cl） 0.5-1.5%

磷（P） 0.02-0.07%

可以算出，甜菜糖浆固体含有大约68-71%（重量）低聚糖（蔗糖和棉子糖）以及大约0.3-6.1%（重量）的单糖。

实施例6

该试验是为了表明粘土污染浓度的增加（当钻进页岩沉积岩时自然发生的）对会有甘蔗糖浆溶液的粘度性能的影响，并与不含甘蔗糖浆的类似溶液的影响做了比较。

以350毫升的溶液组分作为试验的基础。

组成 A溶液 B溶液

海水ml 175 350

甘蔗糖浆ml 175 -

生物胶g 0.7 0.85

IDFLO HTR g 3.0 3.0

苛性苏打至PH9.0 至PH9.0

以不同含量的生物胶配制溶液，所以首先它们有类似的流动点值。

为了仿照钻井粘土，提高混合物的含量，在每个溶液中加入75%粉碎的球粘土和25%的怀俄明膨润土，在每次混合污染粘土之后，用范氏（Fann）粘度针（见实施例3）测定流变性能。

试验结果见表7所示：

表 7

溶液污染的粘土含量视粘度塑性粘度流动点 10秒胶凝强度

（ppb）（cp）（cp） lb/100ft²lb/100ft²

（A） 0 21 12 18 6

海水基 20 26 12 28 12

40 47 19 56 33

60 55 20 70 49

80 73 24 98 79

（B） 0 31 22 18 6

糖浆处理的 20 40 26 28 7

40 48 32 32 10

60 57 39 36 14

80 76 50 52 22

试验结果表明，糖浆处理的溶液忍受钻井钻屑污染要比海水基溶液好得多。特别是，可以避免象未处理溶液所具有的非常高的胶凝强度。

人造页岩颗粒在具有含量20ppb（57kgM^-3）粘土的B溶液试样中，以200°F（93.3℃）热滚动16小时。经热滚动后页岩颗粒是完整的、硬的并且不膨胀。

热滚动后，用范氏（Fann）粘度计（见实施例3）测定溶液的性能如下

AV PV YP 10秒胶凝强度 API溶液损失

（cp）（cp） lb/100ft²lb/100ft²ml

38 26 24 6 3.0

这表明粘土的污染不影响溶液的抑制性能，并且经热滚动后溶液的性能变化小。

实施例7

该试验是为了验证常用的聚合物钻井液添加剂在由海水与蔗糖浆混合组成的含水相中的性能。

原始溶液的组成：

海水 210mls

甘蔗糖浆 140mls

细粒粘土（OCMA粘土） 35g

苛性苏打 2g

去泡剂 0.2g

在原始溶液的试样中加入2g下列粘性聚合物：

1）生物胶（Rhodapol 23p（TM Rhone Poulenc））

2）高粘性聚阴离子纤维素（IDFFLR TM IDF）

3）XANVIS细菌胶（XANVIS TM Merck）

4）高粘性纳

羧甲基纤维素（CMC-HV）

5）瓜耳胶

6）羟乙基纤维素

与上述相似，在原始溶液的试样中加入3g下列溶液损失减少聚合物：

7）钻井用淀粉

8）改性淀分（IDFLO HTR（TM IDF））

9）低粘性钠羧甲基纤维素（CMC-LV）

10）低粘性聚阴离子纤维素（IDFFLRXL（T.M.IDF））

11）合成乙烯共聚物（POLYTEMP-（TM IDF））

在所有的情况中，在适度的搅拌下，聚合物快速地溶解。然后试验溶液的流变性和渗透性，用范氏（Fann）粘度计测定（见实施例3）。试验的结果见表8所示，并与无添加剂的原始溶液性能（第12号溶液）作了比较。

表 8

溶液序号 AV PV YP 胶凝强度 API溶液损失

（cp）（cp）（lb/100ft²）10s/10min mls

lb/100ft²

1） 49 24 50 18/28 -

2） 45 25 40 20/37 -

3） 64 40 48 8/17 -

4） 37 23 28 2/2 -

5） 40 26 28 6/17 -

6） 67 42 50 9/12 -

7） 16.5 13 7 2/- 2.6

8） 18 14 8 2/- 2.2

9） 16 15 2 1/- 2.0

10） 16 13 6 2/- 1.8

11） 22.5 20 5 1/- 2.2

12） 13 12 2 1/1 9.8

结果表明，所有添加的聚合物表现良好。没有发现不相一致的地方。没有聚合物添加剂的原始溶液配方的溶液损失量，令人惊奇地低至9.8mls，这显示了甘蔗糖浆对于这性能的影响。（用海水和无糖浆混合的类似溶液，其溶液损失量超过100ml）。

实施例8

这试验表明，在本发明中可以使用怀俄明膨润土。由于糖浆的抑制作用，在糖浆混合物中膨润土不发生水合和产生粘性。然而，膨润土预先与淡水水合会得到高粘度，举例如下：

溶液的组份和混合的程序

淡水 112ml

怀俄明膨润土 10g

苛性苏打至PH10.0

混合物搅拌2小时至水合膨润土，然后加入：

海水 58ml

甘蔗糖浆 175ml

苛性苏打至PH8.5

页岩颗粒在溶液中在200°F（93.3℃）下热滚动16小时，热滚动后，颗粒完整且硬。用ELF针穿硬度计测定硬度为270g/mm。

热滚动前（BHR）和热滚动后（AHR）溶液性能用范氏（Fann）粘度针（见实施例3）测定，该性能如下：

AV PV YP 胶凝强度 API溶液损失

（cp）（cp） lb/100ft²lb/100ft²（mls）

BHR 66 27 78 48/- 4.5

AHR 74 52 44 13/28 4.8

虽然流变性能稍微高于正常使用点，但结果表明，使用怀俄明膨润土作增粘剂，可以配制有效的溶液，同时仍有高的页岩抑制性能。

实施例9

该试验说明，使用淡水和甘蔗糖浆混合可以配得页岩抑制钻井液。这里提供一种常有低溶解的有机盐含量（特别是氯化物）的溶液，它适合用于会被此种盐危害植物生命的地方，例如萎黄病。此种盐是来自原先自然地存在于糖浆中。

溶液组成：

淡水 175ml

甘蔗糖浆 175ml

IDFLO HTR（改性淀粉） 3g

生物胶（低聚糖） 0.7g

苛性苏打至PH 9.0

页岩颗粒按前面所说的进行热滚动，在溶液温度为200°F下16小时进行。

热滚前和热滚后的溶液性能，用范氏（Fann）粘度计（见实施例3）测定结果如下：

AV PV YP 胶凝强度 API溶液损失

（cp）（cp） lb/100ft²lb/100ft²nls

BHR 20 15 10 3/6 1.4

AHR 20 14 12 4/7 2.0

经热滚动后页岩颗粒是完整的、硬的和无膨胀的。用ELF针穿硬度计测定硬度为290g/mm。

结果表明，用基本上完全能生物降解的产品和淡水及同时含低含量的溶解盐，能配制成具有好的物理性能的非常好的抑制性的钻井液。

实施例10

该试验用于表明，普通盐在甘蔗糖浆和淡水混合物中的溶解性。

将氯化钠在长期限内逐渐增加地加到由60%（体积）水和40%（体积）糖浆组成的350mls混合物中，直到不再有盐溶解。该混合物保持在20℃。

下面的结果说明了最终溶液350mls的Nacl克数（相当于每桶的磅数（ppb））。

结果：最终氯化钠浓度为33.7ppb（96.3kgM^-3）。

可以与氯化钠在淡水中的溶解性，每桶溶液中Nacl为110lbs（等于314kgM^-3）作比较。

这表明本发明的钻井液是有价值的，如果钻大的地下盐层时，将减少由于井壁的溶化造成的井孔扩大，即需要少得多的盐预饱和溶液以便抑制盐进一步溶解。

实施例11

此试验为了说明，钢在按照本发明配制的溶液中腐蚀速率的降低。

测试二种钻井液的腐蚀性：

每350mls的溶液组成：

组成 A溶液 B溶液

海水（ml） 350 210

甘蔗糖浆（ml） - 140

生物胶（g） 0.7 0.7

IDFLO HTR（g） 3.0 3.0

B溶液本身具有PH值5.2。在试验是A溶液用盐酸冲淡调节PH值为5.2。两种溶液选择低的PH值是为了加速腐蚀作用，并且复制更接近于油田应用的侵蚀性的条件。

为了试验腐蚀性，将一溶液试样放入“Berghof”搅拌的高压锅中，预先称好重量的钢试样固定在搅拌器的桨叶上，并插入溶液中。高压锅是密封的，并且与压缩空气气缸连接以保持压力为50bars，为了腐蚀允许逆入空气。加热高压锅并保持在100℃，以最大的转速连续转动搅拌器和钢试样。试验进行5天后取出钢试样，清洗并清除锈层，并由损失的重量来确定腐蚀速率。

试验结果见表9

表 9

试验溶液试验后钢试样外观腐蚀速率（密耳/年）

A（海水基）腐蚀严重并有凹痕 492

B（糖浆基）轻度腐蚀、有点凹痕 90

结果表明，由本发明提供的溶液，在减少腐蚀方面具有非常明显的优点。

实施例12

该试验是用于说明由本发明提供的溶液在降低冰点上的效果。

对按照实施例11配制的溶液（A）和溶液（B）进行试验，通过冷却后，慢慢升温来测定溶化温度。虽然熔化温度有点模糊，所取得结果见表10所示。

表 10

溶液熔化温度（大约）

（A）海水基 -3℃

（B）糖浆处理的 -17.5℃

结果表明，由本发明提供的钻井液可用于非常寒冷的气候条件。

实施例13

该试验用于说明甘蔗糖浆的低毒性及快速生物降解性。

20只一群的成年Crangon Crangon（褐色虾）放入甘蔗糖浆为1000到10000mg/l之间的6个不同浓度的海水中。混合物保持在14.0至16.0℃之间，并暴露于空气中以保持溶解氧的浓度。试验也准备了不含糖浆的海水对比组。

试验进行和控制连续进行4天并且监测生存下来的虾，然后计算LC50值。结果见表11。

在淡水和海水中，在5天周期内测生物需氧量（BOD），具体方法按照英国的健康与安全部门和英国农业部门所规定的进行。渔业和食品是分别进行的。可以计算出每种情况的生物需氧量与化学需氧量（COD）的比值。结果见表11。

表 11

甘蔗糖浆的毒性与生物降解性

LC50 96小时Crangon Crangon：6600mg/l

BOD （5天海水） 539mgo₂/g试样

BOD （5天淡水） 480mgo₂/g试样

COD 706mgo₂/g试样

BOD COD比值

海水 0.763∶1

淡水 0.680∶1

结果表明，甘蔗糖浆对于褐色虾是低毒的。并且对海洋生命造成毒害的可能性很小。进一步，该结果表明，甘蔗糖浆具有快速的生物降解性，在环境中无法持久。

Claims

1、一种水基抑制性钻井液，具有水溶性的碳水化合物添加剂，它包括单糖组份，低聚糖组份、二或多个单糖混合物、二或多个低聚糖混合物或一或多个低聚糖与一个或多个单糖的混合物，所说碳水化合物添加剂的用量要足以使水的溶液中至少有10%(重量)的单糖/低聚糖组份。

2、按照权利要求1的水基钻井液，其特征在于碳水化合物添加剂的主要低聚糖组份具有不大于6单位的单糖。

3、按照权利要求1的水基钻井液，其特征在于碳水化合物添加剂的主要低聚糖组份是二糖。

4、按照权利要求1的水基钻井液，其特征在于碳水化合物添加剂主要是单糖和二糖的混合物。

5、按照权利要求1的水基钻井液，其特征在于水溶性碳水化合物添加剂是天然材料的水溶性提取物，它具有高含量的单糖和/或低聚糖。

6、按照权利要求1的水基钻井液，其特征在于水溶性碳水化合物添加剂是选自：

（a）甘蔗的水溶性提取物

（b）甜菜的水溶性提取物

（c）麦芽粒的水溶性提取物

（d）二个或多个上述所组成的混合物。

7、按照权利要求6的水基钻井液，其特征在于水溶性提取物是甘蔗或甜菜或麦芽提取物的糖浆提取物。

8、按照权利要求6的水基钻井液，其特征在于水溶性碳水化合物添加剂是选自甘蔗糖浆、甜菜糖浆，浓缩的可溶性糖浆或者二或多个它们的混合物。

9、按照上述的任一权利要求的钻井液，其特征在于碳水化合物添加剂的用量要足以使含水的溶液中至少有16%（重量）的单糖/低聚糖组份。

10、按照上述的任一权利要求的钻井液，其特征在于碳水化合物添加剂的用量要足以使含水的溶液中至少有22%（重量）的单糖/低聚糖组份。

11、按照上述的任一权利要求的钻井液，其特征在于另外含有渗透降低剂。

12、按照权利要求11的钻井液，其特征在于渗透降低剂使用量，在使用时要足以大量地减少钻井液的水相损失于地层中。

13、按照权利要求11或12的钻井液，其特征在于渗透降低剂的用量至少为0.2%（重量/体积）。

14、一种钻井筒的方法，其特征在于使用上述任一权利要求的钻井液。

15、使用单糖、低聚糖或它们的混合物作为水基钻井液的添加剂，以改善溶液的页岩抑制性能。