CN111971365B - 用于高密度澄清盐水流体的结晶抑制剂组合 - Google Patents
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Abstract
鉴定了化合物，当所述化合物被添加到澄清盐水流体中时充当结晶抑制剂，显著降低了盐水的实际结晶温度，并且允许在澄清盐水流体中较高的盐含量。本发明的结晶抑制剂还允许制备较高密度的不含锌的盐水。结晶抑制剂共混物还被鉴定为允许制备具有较低粘度的高密度澄清盐水流体。
Description
向高密度澄清盐水流体中添加特定结晶抑制剂显著降低了所述流体的实际结晶温度，允许在所述流体中较高的盐含量并且允许制备例如较高密度的不含锌的盐水。
背景技术
澄清盐水流体是在其中需要控制井中压力(如在油气工业中)的作业中广泛使用的不含固体的工业流体，并且在深水井、高压和深油井、油砂等的石油勘探与开发中起着重要作用。澄清盐水流体可用于完井、修井、钻井和压裂作业中，并具有多种功能，如去除钻井泥浆的驱替液、钻井完井液和永久封隔液。它们抑制不希望的地层反应如粘土膨胀，并用于制备生产用(例如在插入尾管、筛网、封隔器和其他设备期间)井设备。
可以用各种浓度的各种盐(通常是卤化物盐)制备澄清盐水流体，以为特定应用提供具体密度。例如，可能需要具有范围例如从8.4至超过22磅/加仑(ppg)的密度的盐水。常用的盐包括钠、钾、钙和锌的氯化物和溴化物盐。还使用了铵盐、碘盐和其他金属。流体中可能存在多于一种的盐。
溴化物流体，例如，钠、钾和钙溴化物盐水是适用于深水生产和高温/高压油气层的高密度澄清盐水流体。例如，溴化物流体用于深水压裂作业中，以便在井中提供必要的压力，以成功地压裂向井筒供应油气的地质地层区域，从而允许更大的流量流向生产管道。
澄清盐水流体不含固体，并且因此不含可能堵塞或损坏生产井或设备的颗粒，并且可在宽温度范围内使用。盐水流体中特定盐的量以及因此盐水的密度受该盐在水中的溶解度限制。必须避免盐在使用期间沉淀，并且许多盐不能单独用于较高密度(例如12ppg或14ppg至20ppg)的溶液中。从历史上看，通过使用溴化锌将溴化钙共混至更高的密度，已经满足了对高密度(例如>14.2ppg)澄清盐水流体的需求。传统上，溴化锌和甲酸铯盐水已用于在完井液中实现较高的密度，对于高压应用(如压井液和现成的气井(高温/高压)，所述密度最高达19ppg。
然而，基于锌的流体具有环境和经济限制。锌是受法规管制的且不环保，并且使用时要求零排放系统。必须收集受锌污染的回流水和井产生的水，并将其运送到岸上进行处置或处理，并且不能例如以离开钻探设备的方式泵送至墨西哥湾。这些法规以及对地下水污染的意识增强了对新的澄清盐水流体的兴趣，这些澄清盐水流体更环保且不要求零排放。需要一种在不使用锌组分的情况下提供高密度和低结晶温度的澄清盐水流体，所述流体可用于典型地与本发明的含锌流体如锌/钙溴化物盐水一起使用的应用中。
然而，已经发现提供热稳定的、环境可接受的高密度盐水的某些结晶抑制剂添加剂也可能导致盐水粘度的不可接受的增加。这可能阻止盐水在许多应用中使用。仍然需要一种结晶抑制剂产品，其将提供高密度盐水，例如12ppg或14ppg至20ppg，且具有可接受的低粘度。
发明内容
已经发现，可以向澄清盐水流体中添加某些有机化合物，例如某些糖和1,3-二羰基化合物以降低盐从溶液中沉淀出来的温度并增加仍将溶于水的盐的量。将这些化合物添加到无锌盐水中提供了具有低的实际结晶温度和良好环境相容性的新的高密度不含锌的澄清盐水流体。
本发明的一个广义的实施例提供了一种用于通过添加基于卤化物盐和水的组合重量从2至20wt％的结晶抑制剂添加剂来减小或降低澄清盐水流体(CFB)的实际结晶温度的方法，所述添加剂包括具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖、低聚糖化合物、具有至少3个碳原子的醛醇、或1,3二羰基化合物(例如具有从3至7个碳原子的丙二酰胺)。本发明的CFB典型地包含卤化物盐，并且在大多数实施例中具有超过8.4ppg的密度，例如，至少9ppg，经常至少10ppg并且时常至少12、14、14.2或更高的密度。
已经发现，当被添加到CBF中时，上述化合物在提供高密度和低实际结晶温度的盐水中是非常有效的，但是，这些有效的中的一些也将导致粘度增加，所述增加可能导致盐水不适用于某些用途。另一个实施例提供了一种通过向高密度CFB添加结晶抑制剂组合物来制备具有减小或降低的实际结晶温度的低粘度、高密度CFB，所述结晶抑制剂组合物包含含有以上醛糖、酮糖、低聚糖化合物、醛醇或1,3二羰基化合物的化合物的混合物。化合物的混合物可以包括两种或更多种如上所述的化合物，或者它可以包含一种或多种上述化合物以及上述描述之外的化合物。
“实际结晶温度”是盐在一定条件下开始从澄清盐水流体(CBF)中结晶出来时的温度，在所述条件下，结晶温度由流体中盐组成(即，盐的组成和浓度)确定。CBF的结晶温度可能受到压力变化和其他因素的影响，但实际结晶温度排除这些因素并且仅由流体本身的组成确定。在本披露中，使用API协议13J第5版，2014年10月“Testing of Heavy Brines[重盐水试验]”来确定实际结晶温度。
本发明的另一个广义的实施例提供了一种澄清盐水流体，其具有至少9ppg、典型地10ppg、12ppg或14ppg并且经常14.2或更高的在60°F下的密度，包含水，盐(总体上为卤化物盐)，以及基于所述水和卤化物盐的组合重量从2至20wt％的作为结晶抑制剂的具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖、具有至少3个碳原子的醛醇、或具有从3至7个碳原子的1,3二羰基化合物。
在某些实施例中，当结晶抑制剂包含C4-6醛醇，例如C5或C6醛醇如木糖醇或山梨糖醇，或二酰胺如C3-7丙二酰胺，例如化合物丙二酰胺本身时，获得优异结果。本发明的澄清盐水流体具有比不含结晶抑制剂的具有相同密度的类似CFB更低的实际结晶温度。
在其他实施例中，当将以上示出具有优异结晶抑制剂特性的化合物，例如，C4-6醛醇，如，甘露醇、木糖醇或山梨糖醇添加到高密度CBF中作为与另一种化合物的混合物的一部分时，在获得低粘度、高密度CFB方面获得优异结果，所述另一种化合物本身可能具有性能缺陷或物理上不合适。此类混合物示出能够限制粘度的增加而不会不利地影响所需的结晶抑制剂活性。一种此种混合物包括例如山梨糖醇和丙三醇。
在许多实施例中，本发明的CBF的卤化物盐包括钠、钾或钙的氯化物盐或溴化物盐。在本披露中，除非另外指出或与上下文必然不一致，冠词“一个或一种(a或an)”意指一种或多于一种，并且可以存在多于一种的盐。同样，可以使用一种或多于一种本发明的结晶抑制剂化合物。本领域中常见的其他组分也可以存在于本发明的流体中，包括例如其他结晶抑制剂或添加剂以改善CBF的特定特性，但是这些其他组分中的任何一种都必须在本发明的流体可能面对的潜在苛刻条件下是稳定的，并且，如果存在的话，这些其他组分仅占所述流体的一小部分，例如，小于10wt％或小于5wt％，或小于2wt％。
在具体实施例中，澄清盐水流体包含小于1ppm、例如小于0.5ppm的锌或铯。
在至少一些实施例中，用于降低澄清盐水流体的实际结晶温度的方法包括添加基于卤化物盐和水的组合重量从2至20wt％的结晶抑制剂共混物，所述澄清盐水流体包含卤化物盐和水并且具有10ppg或更大的密度，所述共混物包含具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖和/或具有至少3个碳原子的醛醇中的两种或更多种的混合物，或包含至少一种具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖或者具有至少3个碳原子的醛醇以及除醛糖、酮糖或醛醇之外的胺、氨基酸、醇或多元醇的混合物，以提供具有小于20°F的实际结晶温度和使用#18转子在60rpm下测量为布鲁克菲尔德粘度(Brookfield viscosity)的250cps或更小的在40°F下的粘度的澄清盐水流体。
在至少一些实施例中，用于降低澄清盐水流体的实际结晶温度的方法包括添加基于卤化物盐和水的组合重量从2至20wt％的结晶抑制剂共混物，所述澄清盐水流体包含卤化物盐和水并且具有10ppg或更大的密度，所述共混物包含含有丙三醇和山梨糖醇的混合物，其中，在所述混合物中，丙三醇的按重量计的量超过山梨糖醇的按重量计的量，以提供具有小于20°F的实际结晶温度和使用#18转子在60rpm下测量为布鲁克菲尔德粘度的250cps或更小的在40°F下的粘度的澄清盐水流体。
在至少一些实施例中，具有10ppg或更大的密度的澄清盐水流体包含水、卤化物盐、和基于所述水和卤化物盐的合并重量从2至20wt％的结晶抑制剂共混物，所述共混物包含具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖和/或具有至少3个碳原子的醛醇中的两种或更多种的混合物，或包含至少一种具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖或具有至少3个碳原子的醛醇以及除醛糖、酮糖或醛醇之外的胺、氨基酸、醇或多元醇的混合物，其中所述澄清盐水流体具有小于20°F的实际结晶温度和使用#18转子在60rpm下测量为布鲁克菲尔德粘度的250cps或更小的在40°F下的粘度。
在至少一些实施例中，具有10ppg或更大的密度的澄清盐水流体包含水、卤化物盐、和基于所述水和卤化物盐的合并重量从2至20wt％的结晶抑制剂共混物，所述共混物包含含有丙三醇和山梨糖醇的混合物，其中，在所述混合物中，丙三醇的按重量计的量超过山梨糖醇的按重量计的量，并且其中所述澄清盐水流体具有小于20°F的实际结晶温度和使用#18转子在60rpm下测量为布鲁克菲尔德粘度的250cps或更小的在40°F下的粘度。
在至少一些实施例中，澄清盐水流体具有使用#18转子在60rpm下测量为布鲁克菲尔德粘度的200cps或更小的在40°F下的粘度。
在至少一些实施例中，卤化物盐是钠、钾或钙的氯化物盐或溴化物盐，并且澄清盐水流体包含小于1ppm的锌或铯。
在至少一些实施例中，结晶抑制剂共混物包含具有从4至6个碳原子的醛糖或酮糖或具有从3至15个碳原子的醛醇。
在至少一些实施例中，结晶抑制剂共混物包含至少一种具有从3-15个碳原子的醛醇。
在至少一些实施例中，结晶抑制剂共混物包含至少两种具有从3-15个碳原子的醛醇。
在至少一些实施例中，结晶抑制剂共混物包含至少一种具有从3-15个碳原子的醛醇和C2-20亚烷基二醇。
在至少一些实施例中，结晶抑制剂共混物包含来自由丙三醇、山梨糖醇、和丙二醇组成的组的一种或多于一种。
在至少一些实施例中，澄清盐水流体具有12ppg或更大的密度。
在至少一些实施例中，澄清盐水流体具有14ppg或更大的密度。在至少一些实施例中，澄清盐水流体具有14ppg或更大的密度和使用#18转子在60rpm下测量为布鲁克菲尔德粘度的200cps或更小的在40°F下的粘度。
具体实施方式
一个实施例提供了一种用于降低澄清盐水流体的实际结晶温度的方法，所述澄清盐水流体典型地包含卤化物盐和水，并且总体上具有至少9ppg、至少10ppg、至少14ppg、例如至少14.2ppg的密度，所述方法包括向所述澄清盐水流体中添加基于水和盐(典型地卤化物盐)的组合重量从2至20wt％、例如从5至20wt％或从8至20wt％的结晶抑制剂添加剂，所述添加剂包括具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖，例如，具有从4至6个或从5至6个碳原子的醛糖或酮糖，具有至少3个碳原子、例如从4至6个碳原子、例如5或6个碳原子的醛醇，或具有从3至7个或从3至5个碳原子的1,3二羰基化合物，例如，丙二酰胺。
所述盐可以是金属盐或铵盐。典型地，所述盐包括钠、钾或钙的氯化物盐或溴化物盐。在具体实施例中，CFB是不含锌的和/或不含铯的，意指它含有小于1ppm、例如小于0.5ppm的锌和/或铯。
例如，在一些实施例中，所述方法包括向包含水和钠、钾或钙的氯化物盐或溴化物盐并且具有至少9、10、12、14、14.2ppg或更大的密度的CBF中添加基于盐和水的组合重量从2至20wt％的上述结晶抑制剂，其中所述CFB含有小于1ppm、例如小于0.5ppm的锌和/或铯。
在具体实施例中，所述方法包括添加作为结晶抑制剂的丙二酰胺、或C5或C6醛醇，如木糖醇或山梨糖醇。
其他实施例提供了一种不含固体的澄清盐水流体，其包含盐、典型地卤化物盐，和基于水和盐的组合重量从2至20wt％、例如从5至20wt％或从8至20wt％的结晶抑制剂添加剂，所述添加剂包括具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖，例如具有从4至6个或从5至6个碳原子的醛糖或酮糖，具有至少3个碳原子、例如从4至6个碳原子并且经常5或6个碳原子的醛醇，或具有从3至7个或从3至5个碳原子的1,3二羰基化合物，例如，丙二酰胺。
本发明的澄清盐水流体具有至少9ppg、典型地至少10ppg、例如至少12ppg并且在许多实施例中至少14或14.2ppg、并且经常大于14.2ppg的在60°F下的密度。卤化物盐总体上包括钠、钾或钙的氯化物或溴化物盐，例如，钠或钙的氯化物盐或溴化物盐，并且在某些实施例中，所述盐包括溴化物盐，例如，溴化钠或溴化钙，经常是溴化钙。总体上，CFB是不含锌和/或铯的，意指它含有小于1ppm、例如小于0.5ppm的锌和/或铯。
例如，本发明的一些实施例提供了一种澄清盐水流体，其具有至少10ppg、12ppg或14ppg，例如至少12、14或14.2ppg或更大的密度，包含水，卤化物盐，小于1ppm的锌或铯，以及基于水和卤化物盐的组合重量从2至20wt％的具有4至6个碳原子的醛糖或酮糖、具有4至6个碳原子的醛醇、或具有3至7个或3至5个碳原子的丙二酰胺，例如C5或C6醛醇，如山梨糖醇或木糖醇、或丙二酰胺。在一些实施例中，CFB的密度大于15ppg。
如前所述，可以存在一种或多于一种卤化物盐并且可以使用多于一种结晶抑制剂。例如，在一个实施例中，一种用于降低澄清盐水流体的实际结晶温度的方法，以及通过方法获得的流体，所述方法包括向澄清盐水流体中添加结晶抑制剂添加剂，所述添加剂包括选自以下的两种或更多种化合物的混合物：具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖、至少3个碳原子的醛醇、和具有从3至7个碳原子的1,3二羰基化合物。
流体中盐的量将根据盐的化学式和溶解度以及流体的所需密度而变化。所述盐当然必须以足够高的浓度溶解以获得所需的密度。在许多实施例中，流体包括盐，浓度大于35wt％的氯化钙、溴化钠或溴化钙，在一些实施例中，流体包括浓度大于40wt％的溴化钠或溴化钙。在具体实施例中，流体包含超过45wt％的溴化钙，例如50wt％或更高的溴化钙。例如，包含糖醇或丙二酰胺结晶抑制剂和56wt％、60wt％或64wt％的溴化钙的本发明的不含锌和铯的流体在低于20°F的温度下是澄清且不含固体的。
在一个实例中，在约83°F下，浓度为61.5％的溴化钙将开始从水溶液中沉淀，然而，以约15％的负载量添加本发明的结晶抑制剂将溴化钙开始沉淀的温度降低至4.5°F。表1说明了当被添加到包含61.5wt％CaBr2的盐水中时本发明的结晶抑制剂的活性。TCT是实际结晶温度。
表1. 61.5wt％CaBr2水溶液的TCT
显然，为了保持澄清、不含固体的流体，盐水中存在的每种组分(包括结晶抑制剂)也必须在所需浓度和使用温度下可溶于所述盐水。
考虑到澄清盐水流体在宽温度范围内使用，不仅盐水需要在较低的温度(例如低于60°F或50°F，并且在一些应用中低于40°F，例如低于30°F或20°F)下保持澄清且不含固体，而且由于流体经常在高温和高压下使用，因此流体中的组分应该并且经常必须在高温(例如，大于250°F并且经常大于400°F或450°)下保持稳定。尽管盐典型地在此类温度下是稳定的，但是有效的结晶抑制剂也必须在使用流体的温度下是热稳定的。因此，如通过热梯度分析(TGA)确定的，在远高于250°F的温度以上，优选的结晶抑制剂示出是热稳定的，典型地，优选的抑制剂在400°F或更高的温度(例如450°F或更高)下示出是热稳定的。
尽管澄清盐水流体是满足特定密度和稳定性要求的特殊流体，但任何流体处理中常见的其他问题也将在选择用于具体用途的适合的CBF时发挥作用。例如，在使用澄清盐水流体的许多应用中，重要的是可以大量和/或高速率泵送流体，并且太粘稠的流体可能是有问题的。由于粘度过高，可能不希望使用具有适当密度的稳定CBF。因此，可能需要与配制CBF的其他特征一起评估流体的粘度，并且可能需要调整配方以提供适当的处理特征。
例如，将各种量的山梨糖醇添加到具有浓度约60-65wt％的CaBr2的盐水中，以提供具有大于15ppg(即15.2-15.3)的密度和约15°F、约10°F并且约5°F的TCT的澄清盐水流体。密度和TCT分别取决于添加的山梨糖醇的量和流体中CaBr2的浓度。随着添加更多的山梨糖醇，TCT降低，但是粘度增加，如下表所示。高粘度(例如超过250cps)可能限制盐水在某些应用中的使用。参见表B1。
开展工作以寻找一种方法，以提供低TCT和高密度同时在所得的CBF中保持较低的粘度的盐水。显然，如本文所述，所使用的任何化合物或化合物的混合物必须在盐水中形成稳定的溶液并且是热稳定的。用山梨糖醇和尿素制得的共混物的粘度似乎较低，但这些共混物不是热稳定的，在200°F加热持续约一天时形成固体。然而，山梨糖醇和丙三醇的50/50混合物提供了低TCT、高密度、和较低的粘度，并通过了热稳定性测试。表B1中示出了包含山梨糖醇/丙三醇共混物的CBF的数据。
表B1
因此，本发明的另一个实施例提供了一种用于减小澄清盐水流体的实际结晶温度同时限制粘度增加的方法。
所述方法包括向包含卤化物盐和水并且具有10ppg或更大、12ppg或更大、或14ppg或更大的密度的澄清盐水流体中添加
基于水和盐的组合重量从2至20wt％、例如从5至20wt％或从8至20wt％的结晶抑制剂共混物，所述共混物包含：
具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖和/或具有至少3个碳原子的醛醇中任意两种或更多种的混合物；或
包含至少一种具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖或具有至少3个碳原子的醛醇以及另一种合适的化合物如除醛糖、酮糖或醛醇之外的胺、氨基酸、醇或多元醇的混合物。
典型地，添加到盐水中的结晶抑制剂共混物是具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖和/或具有至少3个碳原子的醛醇中任意两种或更多种的混合物；
或者是包含至少一种具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖或具有至少3个碳原子的醛醇和除醛糖、酮糖或醛醇之外具有从2至100个碳原子的多元醇的混合物，所述多元醇例如，具有从2至100个碳原子的二醇，如亚烷氧基二醇，例如亚乙氧基二醇，或亚烷基二醇，例如，C2-20亚烷基二醇如丙二醇。
经常地，结晶抑制剂共混物包含具有从4至6个或从5至6个碳原子的醛糖或酮糖，或具有从3至15个碳原子的醛醇。例如，在一些实施例中，结晶抑制剂共混物包含两种具有3至6个碳原子的醛醇，如丙三醇和山梨糖醇，但包含三季戊四醇的共混物证明是成功的。
通过所述方法生产的较小粘度的CFB具有10ppg或更大、经常14ppg或更大的在60°F下的密度。然而，与制备较低密度的盐水(例如10ppg)相比，制备较小粘度、较高密度的CFB(例如具有14ppg或更大的密度的较低粘度的高密度CaBr2盐水)更容易获得所述方法的价值。
因此，在本发明的一些实施例中，本发明的低粘度CFB具有最少14ppg或更大、例如14.4ppg或更大、14.7ppg或更大、14.8ppg或更大、或15.0或更大的在60°F下的密度。
通常，本发明的低粘度盐水，包括具有14ppg和更大密度的那些，具有250cps或更小、200cps或更小、150cps或更小的，并且在一些实施例中，125cps或更小、或100cps或更小的在40°F下的布鲁克菲尔德粘度，所述粘度被测量为使用#18转子在60rpm下在40°F下的布鲁克菲尔德粘度。
通常，通过该方法生产的较小粘度的CFB具有20°F或更小、并且经常15°F或更小、10°F或更小、5°F或更小的TCT。
在许多实施例中，在60°F下的密度是13ppg或更大、14ppg或更大、14.4ppg或更大、14.8ppg或更大、或15ppg或更大。
在一些实施例中，在40°F下的粘度是200cps或更小、或150cps或更小，并且在一些选择实施例中，125cps或更小、或100cps或更小。
例如，在一些选择实施例中，本发明的较小粘度的CFB具有15°F或更小、10°F或更小、5°F或更小、例如10°F或更小的TCT，以及14ppg或更大、14.6ppg或更大、14.8ppg或更大、或15ppg或更大、例如14.8或更大的在60°F下的密度，以及200cps或更小的在40°F下的粘度。在这些选择实施例的一些中，本发明的较小粘度的CFB具有150cps或更小、125cps或更小、或100cps或更小的在40°F下的粘度。
如上所述，盐(例如，氯化钙、溴化钠或溴化钙)在较小粘度的CFB中的浓度经常大于35wt％，总体上大于40wt％或45wt％，并且在许多实施例中，50wt％或更大。例如，本发明的包含50至64wt％溴化钙的不含锌和铯的较小粘度的CFB在低于20°F的温度下，在许多实施例中，在低于15°F、10°F或5°F的温度下是澄清且不含固体的。
例如，在许多实施例中，通过将包含具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖和/或具有至少3个碳原子的醛醇的共混物添加到含有55-65wt％CaBr2的盐水中来制备较小粘度的CFB。
通过将各种量的具有不同重量比的丙三醇/山梨糖醇共混物添加到CaBr2浓度为约60-65wt％的CaBr2的盐水中以提供具有在14.8与15.3ppg之间的密度和10°F或更小的TCT的澄清盐水流体来制备一系列CFB。丙三醇/山梨糖醇比率、TCT、在60°F下的密度、以及粘度在下表中示出。为了比较，还示出了根据以上的单独使用山梨糖醇作为抑制剂的样品和单独使用丙三醇的样品。
单独的山梨糖醇无法在不大幅增加粘度的情况下提供所需的低TCT。单独的丙三醇不能在所需的高密度下提供10或更小的TCT。然而，即使发现将丙三醇与山梨糖醇一起添加可能稍微降低所得密度，但与仅使用山梨糖醇作为抑制剂的类似盐水相比，将两者共混提供了有效且灵活的方法来制备具有非常高的密度、非常低的TCT和与仅使用山梨糖醇作为抑制剂的类似盐水相比显著较低的粘度的平衡的盐水。
以上共混物包含重量比为80/20至50/50(丙三醇比山梨糖醇)的三碳醛醇与六碳醛醇，但是，也可以使用其他醛醇，如醛糖或酮糖，并且所述比率将根据共混物的组分变化，例如可以使用二元混合物中的95:5或90:10至50:50等的两种组分。同样，可以使用3组分、4组分、和更高阶的共混物。
当共混物包含除具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖和具有至少3个碳原子的醛醇之外的化合物时，共混物的至少20wt％将为至少一种具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖或具有至少3个碳原子的醛醇。例如，在许多此类实施例中，共混物的至少25wt％将为至少一种具有至少4个碳原子的醛糖或酮糖或具有至少3个碳原子的醛醇。
除以上丙三醇/山梨糖醇共混物外，还成功测试了其他混合的共混物。数据的取样在以下示出。
如化学领域众所周知的，糖如可用于本发明的那些糖，即醛糖、己糖和醛醇，通常以两种光学活性形式D和L(经常地其中一种形式在自然界更普遍)获得。通常，天然存在的糖将在经济上更具吸引力，并且将是选择用于本发明的糖，例如D-山梨糖醇，而且在一些实施例中可以使用与之相对天然丰度较低的此类糖，但是D和L糖的混合物可能与仅或主要存在一种光学活性形式的组合物的表现不同。
可替代地，代替或除了所披露的醛糖、己糖和醛醇之外，可以使用低聚糖化合物作为如本披露所述的结晶抑制剂。例如，低聚糖化合物可以是环糊精，如α(alpha)-环糊精(6元糖环分子)、β(beta)-环糊精(7元糖环分子)、或γ(gamma)-环糊精(8元糖环分子)或两种或更多种环糊精的混合物。
本发明提供了一种用于降低CFB的TCT的方法，并且在某些实施例中，提供了不含锌的澄清盐水流体，所述流体包含例如钠或钙的卤化物盐，具有大于14.2的密度以及小于20°F的TCT。
当制备较高密度的盐水时，本发明允许人们远离基于锌的CBF。本发明的新的不含锌的澄清盐水流体是不含固体的、高密度的、环境友好的，是溴化锌和甲酸铯完井液的经济有效的替代品，并且不需要像基于锌的CBF的零排放。
实例
通过将结晶抑制剂，即D-山梨糖醇、丙二酰胺或木糖醇添加到溴化钙水溶液中来制备包含53至65wt％的溴化钙溶液和2至20wt％的结晶抑制剂的溴化钙水溶液样品。通常，在添加结晶抑制剂以产生澄清的CaBr2溶液之前需要在更高的检测条件下进行一些加热。
在以下实例中，根据API协议13J第5版，2014年10月，“Testing of Heavy Brines[重盐水试验]”确立了实际结晶温度。使用设置为60°F的Anton PAAR密度计在60°F下确定测试样品的澄清盐水流体密度，并将结果与没有抑制剂的溶液进行比较。由于不含抑制剂的液体的TCT较高，因此不含抑制剂的CaBr2溶液的密度在100°F下确定。
在实例中，由于添加的结晶抑制剂的质量降低了起始CBF的测定和密度，但是由于TCT的急剧下降，在结晶发生之前可以达到高得多的盐水浓度。
实例1-3：D-山梨糖醇作为结晶抑制剂
实例1-将D-山梨糖醇以逐渐增大的量添加到61.5％CaBr2水溶液中并且确定TCT和在60°F下的密度。
实例2-将D-山梨糖醇以逐渐增大的量添加到62％CaBr2水溶液中并且确定TCT和在60°F下的密度。
实例3-将D-山梨糖醇以逐渐增大的量添加到64％CaBr2水溶液中并且确定TCT和在60°F下的密度。
实例1-3的结果在下表中示出：
山梨糖醇作为结晶抑制剂
实例4-6：丙二酰胺作为结晶抑制剂
实例4-将丙二酰胺以逐渐增大的量添加到61.5％CaBr2水溶液中并且确定TCT和在60°F下的密度。
实例5-将丙二酰胺以逐渐增大的量添加到63％CaBr2水溶液中并且确定TCT和在60°F下的密度。
实例6-将丙二酰胺以逐渐增大的量添加到63.5％CaBr2水溶液中并且确定TCT和在60°F下的密度。
将结果示于下表中：
丙二酰胺作为结晶抑制剂
实例7-9：木糖醇作为结晶抑制剂
实例7-将木糖醇以逐渐增大的量添加到61.5％CaBr2水溶液中并且确定TCT和在60°F下的密度。
实例8-将木糖醇以逐渐增大的量添加到63％CaBr2水溶液中并且确定TCT和在60°F下的密度。
实例9-将木糖醇以逐渐增大的量添加到63.5％CaBr2水溶液中并且确定TCT和在60°F下的密度。
结果在下表中示出：
木糖醇作为结晶抑制剂
抑制TCT使水中溴化钙的浓度增加以达到更高的密度。
低粘度澄清盐水流体
实例10
向包含在水中的按重量计61.5％的溴化钙的基础流体中添加按重量计50:50的丙三醇和山梨糖醇的共混物，以获得包含基于所得组合物的重量按重量计13.89wt％的山梨糖醇和丙三醇共混物的盐水，以产生具有5.3°F的TCT、14.99ppg的在60°F下的密度、和221cps的在40°F下的布鲁克菲尔德粘度的低粘度、高密度澄清盐水流体。
实例11
向包含在水中的按重量计60.45％的溴化钙的基础流体中添加按重量计70/30的甘油和山梨糖醇的共混物，以获得包含基于所得组合物的重量按重量计12.25％的山梨糖醇和甘油共混物的流体，以产生具有0°F的TCT、14.896ppg的在60°F下的密度、和114cps的在40°F下的布鲁克菲尔德粘度的低粘度、高密度澄清盐水流体。
实例12-31
遵循实例10的程序，制备另外的低粘度澄清盐水流体。实例12-31的组成、TCT、在60°F下的密度以及使用#18转子在60rpm下在40°F下获得的布鲁克菲尔德粘度在下表中示出。
Claims (8)
1.一种用于降低澄清盐水流体的实际结晶温度的方法，所述澄清盐水流体包含量为至少50重量％的卤化物盐和水并且具有10ppg或更大的密度，所述方法包括添加基于所述卤化物盐和水的总重量计从2至20wt％的结晶抑制剂共混物，所述共混物包含含有丙三醇和山梨糖醇的混合物，其中所述丙三醇与所述山梨糖醇的重量比高于50:50但不高于80:20，
以提供澄清盐水流体，其具有小于20°F的实际结晶温度和使用#18转子在60rpm下测量为布鲁克菲尔德粘度的200cps或更小的在40°F下的粘度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述卤化物盐是钠、钾或钙的氯化物盐或溴化物盐，并且所述澄清盐水流体包含小于1ppm的锌或铯。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述澄清盐水流体具有12ppg或更大的密度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述澄清盐水流体具有14ppg或更大的密度。
5.一种澄清盐水流体，其具有10ppg或更大的密度，包含水、量为至少50重量％的卤化物盐和基于所述水和卤化物盐的总重量计从2至20wt％的结晶抑制剂共混物，所述共混物包含含有丙三醇和山梨糖醇的混合物，
其中所述丙三醇与所述山梨糖醇的重量比高于50:50但不高于80:20，并且
其中，所述澄清盐水流体具有小于20°F的实际结晶温度和使用#18转子在60rpm下测量为布鲁克菲尔德粘度的200cps或更小的在40°F下的粘度。
6.根据权利要求5所述的澄清盐水流体，其中，所述卤化物盐包括钠、钾或钙的氯化物盐或溴化物盐，并且所述澄清盐水流体包含小于1ppm的锌或铯。
7.根据权利要求5所述的澄清盐水流体，其具有12ppg或更大的密度。
8.根据权利要求5所述的澄清盐水流体，其具有14ppg或更大的密度。
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