CN1337986A - 含有细泡沫的油基流体和用它钻井的方法 - Google Patents
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Abstract
这里公开了含细泡沫的油基钻井和维护流体,它在钻井和井维护作业中密封微裂纹等,因此减少了漏失到该流体所接触的地层中的流体体积。该流体包括作为连续相的含油液体、使该流体具有至少10,000厘泊的低剪切速率粘度的增粘剂、细泡沫产生性表面活性剂和细泡沫。该流体用于钻探油和/或天然气井的常规方法中或用于维护或处理该井的常规方法中,如用于完井、井修理、砂石控制和裂纹填充作业,用作解卡液来松脱被卡在井眼内的钻管或工具。
Description
本专利申请是US专利申请No.08/800,727(02/13/97申请)和PCT国际专利申请No.PCT/US98/02566(02/10/98申请)的部分延续申请；在此要求了它们每一个的优先权。
发明背景
在待审查的专利申请No.08/800,727(02/13/97申请，引入本文供参考)和待审查的PCT专利申请No.PCT/US98/02566(02/10/98申请，引入本文供参考)中公开了水性钻井和井维护流体，它显示出高的低剪切速率粘度(以下常常称为“LSRV”)且它含有细泡沫(aphrons)(即气体的微泡)。优选的流体具有通过如下原因所产生的细泡沫：吸取流体所接触的空气和因为在流动的流体离开钻头时发生的压降和空化作用而产生细泡沫。然而惰性气体如氮气和二氧化碳能够被引入到流体中而不依赖于所吸取的空气，或能够由反应活性组分如碳酸盐和酸的反应就地产生。而且，该细泡沫能够在井的表面上产生并引入到流体中，或该细泡沫能够在流体的表面上产生。
本发明涉及含有细泡沫的钻井和维护流体，其中该流体具有含油的液体连续相。
在疏松的砂层储藏区中钻探和完井的水平井最近成为可能，这归因于新的技术和完井方法。这一类型的井需要进行砂石控制，例如长的裸眼井砾石充填或安装机械防砂设备(割缝衬管、预制滤砂管等等)。成功的井已用水平技术完井，通过使用这些砂石控制方法，产生长达1800英尺(550米)和更长的层段。
通常该井用常规钻井泥浆钻探到有开采价值的区域的顶部并设置钻探套管。然后将水泥钻出到套管靴并测试该套管靴。该钻探泥浆然后用一般由聚合物、增粘剂和用于形成滤饼的颗粒物组成的“低损害潜力钻井液”置换。该颗粒物通常是分级盐(NaCl)或分级碳酸钙(CaCO3)。使用这些化合物是因为它们可溶于不饱和的盐水或盐酸中。
在裸井段已经钻探到总深度时，在裸井段中放置井壁砾石充填筛或防砂装置。为此，有必要从裸井段循环该钻井液，这样该井能够用砾石充填或能够测试防砂装置。用无固体的盐水完井液置换该钻井液是必要的。对于滤饼被完井液物理侵蚀的担心也总是一个问题。即，该滤饼应该足够的耐久和稳定，以允许完井或其它操作的实施并在整个操作过程中保护钻井。
在钻探微裂纹的页岩、微裂纹的和有孔洞的碳酸盐以及白云石岩层时需要钻井液，后者用于密封这些岩层防止该流体大量漏失到岩层中。
理想的钻探泥浆或套管钻进液应该以机械方式密封所有的与井眼相通的孔口、微裂纹等，在完井作业期间保持完整，从而通过油或气的生产而被容易地除去。在设计这些流体或泥浆时遇到了问题，因为不同的生产区在压力、渗透性、孔隙率和地层构型上有变化。如果设计出一种流体，它能够阻止昂贵的完井液漏失到地层中和在各种完井作业如砾石填塞或钻井修理过程中有效地保护原始的可渗透地层，则是非常理想的。
油基泥浆和逆乳液(油基)钻井液已获得应用，在这些应用中如果使用水性流体将导致钻探通过地层时对地层的损害。例如，已经知道如果使用水性的钻井液，某些类型的页岩将隆起和崩塌。由于油基钻井液不会导致页岩的任何溶胀，它们的使用避免了该隆起问题。反乳化泥浆主要含有作为连续相的油性介质如液态烃、作为分散相的水、各种乳化剂、润湿剂、增重剂和增粘剂如胺处理的粘土。
油基泥浆的一个缺点是与同样密度的水基钻泥相比，它们倾向于促进在钻探过程中的循环液漏失。
发明概述
我们已经发现，当用于钻井时，含有细泡沫的油基流体(泥浆)显著减少循环液漏失问题。该油基流体包括油质的连续相、使该流体的低剪切速率粘度提高到至少10,000厘泊的一种或多种增粘剂、一种或多种细泡沫产生性表面活性剂和细泡沫。
因此，本发明的一个目的是将细泡沫引入到油基钻井和维护流体中以改进其性能。
本发明的另一目的是制备油基钻井和维护流体，它具有至少大约10,000厘泊的低剪切速率粘度并且其中含有细泡沫。
本发明的再一目的是提供钻井的方法，其中将本发明的新型钻井液用作可再循环的钻井液。
本发明的这些和其它目的对于阅读了说明书和权利要求之后的所属领域的技术人员来说是明显的。
尽管本发明容许有各种改进和替代形式，但其特定的实施方案将在下文进行详细地描述并作为实施例给出。然而，应该理解的是，不希望将本发明限定到这里所公开的特定形式，而与此相反，本发明将覆盖如所附权利要求中所表达的在本发明的精神和范围内的所有改进和替代方案。
该组合物能够包括所述物质；主要由所述物质组成；或由所述物质组成。该方法能够包括使用所述物质的所述步骤；主要由使用所述物质的所述步骤组成；或由使用所述物质的所述步骤组成。
发明的优选实施方案
就其最广的意义而言，本发明涉及在油基钻井和维护流体(下文有时称作“OBWDAS”流体)中引入细泡沫。该OBWDAS流体可以是现有技术中已知的任何此类流体，如由大家熟知的公司销售的此类产品，这些公司例如有：Baroid(INVERMULTM，PETROFREETM，ENVIROMULTM，BAROID 100TM等)；Baker Hughes(CARBO-MULTM，CARBO-DRILLTM，CARBO-TECTM，CARBO-FASTTM，CARBO-CORETM，SYN-TEQTM等)；M-I(NOVADRILTM，NOVAPLUSTM，NOVALITETM等)；Dowell Schlumberger(ULTRADRILLTM等)；等等。根据本发明，通过在其中引入相容性的增粘剂，该OBWDAS流体的LSRV首先提高到至少10,000cp，优选至少20,000cp，最优选至少大约40,000cp。其后，将相容性的细泡沫产生性表面活性剂加入到该流体中并在其中产生细泡沫。
本发明的OBWDAS流体包括油质的连续相、溶解或分散在其中以提高该流体的LSRV到至少10,000cp、优选至少20,000cp和最优选至少40,000cp的增粘剂、细泡沫产生性表面活性剂和细泡沫。任选地，该OBWDAS流体可含有现有技术中已知的作为分散相的水、各种乳化剂、润湿剂、增重剂、流体漏失控制剂、水溶性盐类等等。
该基本油相可以是任何有机、水不溶性液体，它能够被增粘至所需程度。本领域中已知的典型的含油液体包括石油油料或其馏分、植物油和各种合成的有机液体如不饱和烃的低聚物、羧酸酯类、磷酸酯、醚、聚亚烷基二醇类、二甘醇二甲醚及缩醛类等。
该含油的液体能够用各种物质如亲有机物质的粘土、胶体状煅制二氧化硅、树脂、聚合物、二元酸、阴离子多糖的脂肪族胺盐、阳离子多糖的脂肪酸盐、可分散/可溶于油中的胶乳型产品和它们的混合物来增粘，这些是现有技术中已知的。
可用作增粘剂来提高本发明的油质液体的LSRV的亲有机物质的粘土是本技术领域中大家所熟知的。它们包括有机鎓类化合物与天然或合成粘土的反应产物。亲有机物质的粘土胶凝剂的粘土成分是结晶性复杂无机硅酸盐，它的准确组成不能精确地定义，因为它们从一种天然来源到另一种来源变化较大。然而，这些粘土能够描述为复杂的无机硅酸盐，如硅酸铝和硅酸镁，除了复杂的硅酸盐晶格之外，它还含有各种量的可交换阳离子的离子，如钙、镁和钠。在本发明中优选的亲水性粘土是水溶胀性蒙脱石粘土，如蒙脱土、锂蒙脱石、皂石和特别来自怀俄明州(Wyoming)的皂土，后者含有可交换的钠离子。绿坡缕石土和皂石粘土也可用作该亲有机物质的粘土的粘土成分。该粘土可以原样作为含杂质的形式使用，或通过将粘土的含水淤浆离心处理来提纯。
与蒙脱石粘土反应的有机鎓化合物最好是伯、仲和叔胺的酸式盐，优选季铵化合物。该鎓化合物应该含有至少一个具有至少10个碳原子、优选至少16-22个碳原子的烷基、亚烷基或烷叉基。典型的季铵化合物是二甲基二氢化牛脂氯化铵、三甲基氢化牛脂氯化铵、二甲基苄基十八烷基氯化铵和甲基苄基二(十八烷基)氯化铵。典型的胺的酸式盐是可可胺(cocoamine)的酸式盐。可以使用其它有机鎓化合物，如有机磷鎓化合物。有机改性的粘土和它们的制备方法更详细地描述在US专利No.2,531,427；2,531,812；2,966,506；3,929,849；4,287,086；4,105,578中，所有这些文献引入本文供参考。
用于本发明的钻井液中的优选的亲有机物质的粘土是二甲基二氢化牛脂铵膨润土、二甲基苄基-氢化牛脂铵膨润土和甲基苄基-二氢化牛脂铵膨润土。
Schumate等人的US专利No.5,021,170(引入本文供参考)公开了磺化的乙烯/丙烯/5-苯基-2-降冰片烯三元共聚物(EPDM聚合物)和亲有机物质的粘土增粘剂协同地提高反向乳化钻井液(尤其有低芳族含量烃作为含油的液体相的此类流体)的粘度和悬浮特性。EPDM聚合物一般性地描述在US专利No.4,442,011中，引入本文供参考。
基本上，每100克EPDM聚合物具有约5-约30毫当量的磺酸基团，其中磺酸基用金属阳离子或胺或铵平衡离子来中和。该EPDM聚合物具有大约0.5-约20％(按重量计)的苯基降冰片烯，或优选大约1-大约10％，最优选大约2-大约8％。优选的聚合物含有大约10-大约80％(按重量计)的乙烯和大约1-大约10％(按重量计)的5-苯基-2-降冰片烯单体，聚合物的余量是丙烯。优选，该聚合物含有大约30-大约70wt％的乙烯，例如，50wt％；和2-约8wt％苯基-2-降冰片烯单体，例如，5.0wt％。
典型的乙烯/丙烯/5-苯基-2-降冰片烯三元共聚物具有大约16的门尼粘度(ML，1＋8，212°F)并具有大约50wt％的乙烯含量和大约5wt％的5-苯基-2-降冰片烯含量。
该三元共聚物具有大约5,000到大约300,000，更优选大约10,000到大约80,000的数均分子量(Mn)，由凝胶渗透色谱法(GPC)测量。三元共聚物的门尼粘度是大约5-大约90，更优选大约10-大约80，最优选大约15-大约50。
由三元共聚物和粘土组成的胶凝剂一般是以大约0.5磅-大约10磅/42加仑桶(ppb)流体的量存在于钻井液中。
Oehler等人的US专利No.4,816,551(引入本文供参考)公开了某些酰胺树脂提供了在含有亲有机物质的粘土增粘剂的流体中、尤其在低粘度矿物油中的具有改进的触变性能的更多剪切稀化流体。该酰胺树脂是二元的二聚或三聚脂肪酸、二链烷醇胺和二亚烷基多胺的反应产物。
二元酸可以是二聚脂肪酸，通过含有至少8个，优选大约10个或以上到大约18个碳原子的不饱和脂肪酸的二聚所制备的工业产品，该脂肪酸包括9-十二碳酸(dodecanoic acid)(顺式)、9-十四碳酸(tetradodecanoic acid)(顺式)、9-十八碳酸(octadecanoic acid)(顺式)、十八烷四酸(octadecatetranoic acid)等。典型的分子含有两个羧基并在支链构型中含有大约36个碳原子。可以使用二元的三聚脂肪酸，它也是工业原料和类似制备的，含有大约54个碳原子，如果至少一个羧基被封闭或以酯基、盐等形式失活，即在本发明中使用的三聚脂肪酸是二元酸。可以使用二聚酸和三聚酸的混合物。
二链烷醇胺包括羟烷基胺类，例如，其中链烷醇基团含有1-6个、优选2-4个碳原子的物质；例如包括二乙醇胺、二正丙醇胺、二异丙醇胺、二丁醇胺、二戊醇胺、二己醇胺等以及它们的结合。优选的是二乙醇胺和二丙醇胺。包括乙基羟乙基胺、丙基羟乙基胺、丁基羟丙基胺等的烷基羟烷基胺类也能够使用。
多亚烷基多胺包括其中亚烷基含有约1-6个碳原子，优选2-4个碳原子和至少3个氮原子的物质：“多”是指大约2到20的整数。这些物质可由下面通式表示：
其中R′是含有1-6个碳原子的亚烷基，R″″是氢或含有1-6个碳原子的烷基，x是1-20的整数。典型的可用物质包括二亚乙基三胺，三亚乙基四胺、四亚甲基五胺、多胺HH、多胺HPA等等。优选的是二亚乙基三胺和三亚乙基四胺。这些产物可由下面通式表示：
其中R是含有20个、优选大约30-54个碳原子的亚烷基；R′是含有1-6个碳原子的亚烷基，R″是含有1-6个碳原子的亚烷基，R是含有1-6个碳原子的亚烷基，R″″是在N和Y之间直接以共价键连接的桥基，或是氢或含有1-6个碳原子的烷基，Y是氢或羟基，x是1-20的整数。
Cooperman等人的US专利No.5,710,110(引入本文供参考)公开了0.01-约5wt％的某些胺加成反应产物与一种或多种流变活性的粘土基物质相结合使用可同时为油性和反向油乳化基钻井液提供改进的抗沉积性能。该流变活性的粘土基材料包括有机粘土、蒙脱石型粘土(包括怀俄明膨润土在内)、增效的钠和钙基膨润土和锂蒙脱石以及绿坡缕石土。有机粘土和制造它的方法描述在例如US专利No.5,075,033、5,130,028和5,151,155中。蒙脱石型粘土是可交换阳离子的粘土，US专利No.5,350,562中有详细描述并用化学式表示。膨润土，本发明特别有用的粘土，在Carr.Industrial Minerals and Rocks.第6版(1994年)的标题为“膨润土”(Bentonite)一章中有详细描述，作者为印地安那大学的Elzea和Murray博士。绿坡缕石土为大家所熟知的天然粘土，它具有阳离子交换能力但在量上低于蒙脱石型粘土如膨润土和锂蒙脱石。
胺加成反应产物包括一种或多种聚烷氧基化脂族胺化合物与一种或多种选自马来酸酐、邻苯二甲酸酐和两者的混合物的有机化合物反应的一种或多种反应产物，该胺化合物具有由下式表示的化学结构：
其中R1是从具有12-18个碳原子的脂肪物质源衍生的直链烷基，R选自氢、甲基和乙基，x和y均至少是1且x+y的总和是2-15。
抗沉积性能的提高是由胺与流变活性粘土在宽范围内结合形成的这一混合物实现的。制备本发明的钻井液的另一些可选择的方法是将此类可交换阳离子的粘土基材料加入到单独来自上述那些胺反应产物的钻井液中、将胺添加剂加入到钻井液中(当该流体用于钻通含有流变活性粘土的区域时)或添加单独的胺(如果钻井液早已含有此类粘土基材料)。
在本发明的流体中用作增粘剂的示例性聚合物在下面的参考文献中有描述。
Peiffer等人的US法定发明登记No.H837(引入本文供参考)公开了从磺化(阴离子)聚合物和水不溶性的乙烯基吡啶(阳离子)聚合物形成的水不溶性的、烃溶性的聚合物复合体作为油基钻探泥浆的增粘剂的用途。
Peiffer等人的US专利No.4,978,461(引入本文供参考)公开了对甲基苯乙烯/被金属中和的苯乙烯磺酸盐/苯乙烯的热塑性三元共聚物作为油基钻探泥浆的增粘剂的用途。
Patel等人的US专利No.4,740,319(引入本文供参考)公开了包含聚合物的胶乳的用途，该聚合物是选自苯乙烯、丁二烯、异戊二烯及其混合物的第一单体以及含有选自酰胺、胺、磺酸盐、羧酸、二羧酸及其混合物的基团的第二官能化单体的反应产物，条件是该官能化单体中至少一种是选自酰胺和胺的含氮物质。
Turner等人的US专利No.4,425,461(引入本文供参考)公开了水不溶性的中性的磺化的热塑性聚合物和水不溶性的中性的磺化的弹性聚合物的混合物作为油基钻探泥浆的增粘剂的用途。
市场上可买到的聚合物包括HYBILDTM 201(BP Chemicals)，HYVISTM(Unocal)等。
用于本发明的解卡液中的细泡沫产生性表面活性剂必须与其中的基本液体和增粘剂相容，以使流体的LSRV得以保持。该表面活性剂还具有引入其中的一种或多种稳定剂，如烷基醇类、脂肪族链烷醇酰胺和烷基甜菜碱。通常该烷基链含有大约10到大约18个碳原子。该细泡沫产生性表面活性剂可以是阴离子、非离子或阳离子型，这取决于与增粘剂的相容性。
氟表面活性剂包括但不限于，(i)氟化的调聚物，(ii)两性氟表面活性剂，(iii)多氟化的胺氧化物，(iv)氟代烷基乙硫基聚丙烯酰胺，(v)全氟代烷基乙硫基聚丙烯酰胺，(vi)1-丙铵(propanaminium)，2-羟基-N，N，N-三甲基-3-γ-ω-全氟-(C6-C20-烷基)硫基，氯化物的衍生物，(vii)氟烷基磺酸钠和(viii)1-丙烷磺酸，2-甲基-，2-{[1-氧代-3[γ，-ω，-全氟-C16-C26-烷基)硫基}丙基}氨基}衍生物的钠盐。
特别优选的氟表面活性剂是由3M公司以商品名FLUORADTM FC740销售的氟脂族聚合物酯的混合物。
D′Arrigo的US专利No.4,684,479(引入本文供参考)公开了表面活性剂混合物，它包括：(a)从含有约10到大约18个碳原子的饱和羧酸和含有大约10到大约18个碳原子的脂族醇的甘油单酯中选择的一种；(b)甾醇-芳族酸酯；(c)从甾醇、萜烯、胆汁酸和胆汁酸的碱金属盐中选择的一种；(d)从含有1到大约18个碳原子的脂族酸的甾醇酯；糖酸的甾醇酯；糖酸和含有大约10到大约18个碳原子的脂肪族醇的酯；糖和含有大约10到大约18个碳原子的脂肪酸的酯；糖酸；皂角苷和皂角苷配基中选择一种；和(e)从甘油、含有约10到大约18个碳原子的脂肪酸和含有大约10到大约18个碳原子的脂族醇的甘油二酯或甘油三酯中选择的一种；这些组分在混合物中以a∶b∶c∶d∶e的重量比为2-4∶0.5-1.5∶0.5-1.5∶0-1.5∶0-1.5存在。
细泡沫在水性钻井和维护流体中的引入已公开在待审查专利申请USNo.08/800,727(02/13/97申请)和PCT国际申请No.PCT/US98/02566(02/10/98申请)中，各引入本文供参考。
正如以上所述，在其最宽的方面，本发明涉及在油基钻井和维护流体中引入细泡沫。该基本液体可以是本领域中已知(前面所列专利中有举例)的流体和在前面阐述的流体，它也可以是具有所需特性的新制备的流体。通过提高流体的低剪切速率粘度(LSRV)到至少10,000厘泊，优选至少20,000厘泊，和最优选到至少40,000厘泊，可获得稳定的含细泡沫的解卡液。因为随着LSRV的增加细泡沫的稳定性增强，所以数十万的LSRV是可取的。我们已经发现，用于提供为本发明所需要的提高的LSRV的那些增粘剂具有极长时间地延迟细泡沫聚结的独特性能。
通过(1)将细泡沫产生性表面活性剂引入到流体中并在此后在流体中产生细泡沫或(2)在与流体相容的一种液体中产生细泡沫和将含细泡沫的流体与该流体混合，可获得细泡沫。
Felix Sebba的标题为“Foams and Biliquid Foams-Aphrons”的一书(John Wiley & Sons，1987，引入本文供参考)是有关在含水体系中细泡沫即微泡的制备和性质的良好资料。细泡沫是由包封在薄壳内的芯构成，该芯常常是球形内相(常常为气体)。这一壳体含有表面活性剂分子，在定位排列后可产生有效阻隔作用以防止与相邻细泡沫聚结。
该细泡沫能够由所属领域中已知的方法产生。除了Felix Sebba在他的书(前面所引用)中公开的方法以外，还有许多方法公开于Michelsen等人的US专利No.5,314,644(引入本文供参考)，Yoon等人的US专利No.5,397,001(引入本文供参考)，Kolaini的US专利No.5,783,118(引入本文供参考)，Wheatley等人的US专利No.5,352,436(引入本文供参考)，和US专利No.4,162,970；4,112,025；4,717,515；4,304,740和3,671,022(各引入本文供参考)中。
细泡沫是在该流体被泵抽通过该钻头时由压降和空化作用产生的。
用于产生细泡沫的气体可以是不会显著溶于该流体的油相中的任何气体。因此该气体可以是空气、氮气、二氧化碳等，包括在混合过程中包封在流体中的空气。
没有哪一种现有技术公开了在目前使用的提高了压力的在体系中使用细泡沫(或微泡)。众所周知的是随着深度的增加，在钻孔内流体的流体静压增大。因此，虽然该微泡的尺寸被压缩了，但是升高的LSRV据信可以防止细泡沫发生聚结。在这点上，在井的表面上，该细泡沫能够具有较大尺寸，只要它们是独立的泡，因为随着它们被沿着钻孔向下泵抽时它们在尺寸上将减少到低于约100微米的细泡沫尺寸范围。
该流体可含有一种以上的液体，如被分散或乳化到在另一含油的基本液体中的液体(该液体在该另一含油的基本液体中不易溶)，如油包水型分散体或乳液等，其中该“水”相是含水的液体或水溶性的液体，其中“油”相是水不溶性的液体。
该含水液体可以是淡水、海水或含有可溶性盐如氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、溴化钠、溴化钾、溴化钙、溴化锌、甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯和它们的混合物的盐水。该盐水可含有至多达到饱和的任何所需浓度的一种或多种可溶性盐。事实上，当无固体的流体不是所需要或要求的时，可使用过饱和的盐水。
所需要的细泡沫产生性表面活性剂或表面活性剂混合物的浓度一般是1ppb到大约20ppb，优选大约1ppb到大约15ppb。所产生细泡沫的体积能够通过测定在流体中产生细泡沫时所发生的密度减少来显示。如果细泡沫产生性表面活性剂的浓度太大，则流体可起粗泡(它是不希望有的)。我们已经确定，随着LSRV增加，可以增加表面活性剂的浓度，而对流体没有任何负面影响。因此细泡沫产生性表面活性剂的浓度(它能够通过常规测试确定)是产生足够的细泡沫从而导致所希望的密度减少所需要的值，但它优选是不足以在流体的表面上产生持久的大泡沫的浓度值。
细泡沫在流体中的浓度优选是大约5％(体积)-大约20％，最优选大约5％-大约15％(体积)。
流体的密度可根据需要通过向该流体中添加增重物质或添加可溶性盐来进行调节，这是本领域中众所周知的。优选在流体中产生或引入细泡沫之前将增重物质加入到流体中，由此利用细泡沫在其中的浓度来将含有细泡沫的流体的最终密度调节至所需的密度。
正如所指出的那样，细泡沫在流体中的浓度在大气压力下应该低于大约20％(体积)。然而，在流体在钻孔中循环时，随着流体的流体静压的增加，细泡沫的体积据信会下降。实际上该细泡沫在尺寸上可以压缩到几乎没有体积，这取决于钻孔的深度。所测量的在压力下的密度应该非常接近没有任何细泡沫的流体的密度。然而，该细泡沫不会消失。它们仍然存在，并且由于压降和空穴化将在钻头的表面上产生额外的细泡沫。该细泡沫是非常小的，具有很高的表面面积，并且是高度增能的。
一旦流体流出钻头并沿着环形间隙往回升，将开始产生压力下降并且细泡沫开始膨胀。随着流体沿钻孔向上运动和遇到地层的漏失区，该细泡沫被滤进该孔喉、微裂纹或其它类型的漏失段。这些漏失段是存在压降的区域。在这些漏失段中的细泡沫然后膨胀和聚集并因此密封该漏失区。在这些小环境中的“％细泡沫(体积)”是高度可变的，它取决于在该漏失区中的特定压力和压降。因此相信该小环境的密度与钻孔内流体的密度完全不同。
在本发明的流体中夹含高达20％(体积)的气体时，在大气压力下密度的减少足以提供在钻孔中所需量的细泡沫，同时允许该流体再循环但不引起泵抽问题。
另外，该流体可含有本领域中已知的其它功能物质，如乳化剂、润湿剂等。
不受此限制，相信在钻井或井维护作业过程中在流体中存在的细泡沫有效地密封地层，因而防止流体在被钻井或维护的地层中的过分漏失。
本发明的流体能够用于常规钻井和井维护作业中，如在本领域中所实施的。因此在钻探油和/或天然气井时，该流体的循环路径是：从地表沿钻管、盘管等向下，通过钻头，沿着在钻管和钻孔的侧边之间的环形间隙(annulus)向上回到地表。流体中的细泡沫密封该钻孔表面，防止流体在所钻探地层中的过量漏失。
优选的是，本发明的含细泡沫的流体用于钻井过程中，其中钻头是空化液体喷射协助型钻头(cavitating liquid jet assisted drill bit)。示例性的空化液体喷射协助钻头被描述在Johnson，Jr.等人的US专利No.4,262,757(引入本文供参考)和Johnson Jr.等人US专利No.4,391,339(引入本文供参考)中。优选地，在空化液体喷射协助型钻头中的空化喷嘴包括在中心位置接收的销，它降低增压钻井液的压力从而在该流体形成空化泡。例如参见Henshaw的US专利No.5,086,974(引入本文供参考)和Henshaw的US专利No.5,217,163(引入本文供参考)。
同样地，本发明的流体能够用于井维护作业，如完井作业、修井作业、防砂作业、填缝作业等。该流体能用作解卡液来松脱因差压卡钻被卡在钻孔侧壁上的滤饼中的钻管和工具。
下面的实施例用于说明本发明，但是不应解释为限制本发明的范围。细泡沫产生性表面活性剂被评估如下：STEOLTM CS-460，具有60％活性的月桂基(laureth)硫酸钠；和FLUORADTM FC-740，氟化脂肪族聚合酯的混合物。在表或本说明书中使用的缩写如下：cp＝厘泊；g＝克；bbl＝42加仑桶；ppg＝磅/加仑；ppb＝磅/桶；psi＝磅/平方英寸；rpm＝转数/分；STI-剪切稀化指数，它是0.5rpm布络克菲尔德粘度和100rpm布络克菲尔德粘度的比率，其为流体剪切稀化程度的量度；vol.＝体积；LSRV＝在0.5rpm下在布氏粘度计上测量的低剪切速率粘度。
实施例1
用1g碳酸异丙烯酯分散剂将8.0g的CARBO-GELTM亲有机物质的锂蒙脱石分散在300g(1bbl当量)的柴油中形成粘性浆液。添加2.0g的STEOLTM CS-460表面活性剂，同时在高速(剪切)混合器中进行混合。将细泡沫从混合器的旋涡处引入粘性流体中。
实施例2
重复实施例1，只是使用11.0g的CARBO-GELTM。
测量实施例1-2的流体在0.5rpm下的布络克菲尔德粘度(它是LSRV的量度)和在100rpm下的布络克菲尔德粘度。0.5rpm下的粘度与100rpm下的粘度的比率是流体的剪切稀化特性的量度。还测量流体的密度并使用下面公式用于计算细泡沫在流体中的浓度：
(计算的密度-实际密度)(100)÷(计算的密度)。
所获得的数据列在表A中。
表A
布洛克菲尔德粘度，cp 密度 计算出的细泡沫密度 Vol.实施例 0.5rpm 100rpm STI ppg ppg ％1 47,000 369 127 5.58 7.40 24.62 111,000 912 122 6.51 7.47 12.9
实施例3
将具有80/20柴油/水比率并含有5.5ppb CARBO-GELTM、1ppb碳酸异丙烯酯、5ppb CARBO-TECTM L、8ppb CARBO-MULTM、3ppb石灰和229ppb重晶石的一桶当量(350cm3)的12.57ppg反向油乳化钻井液(其中含水内相是30wt％氯化钙溶液)放入高速剪切lab Osterizer混合器中，并在其中添加2ppb FLUORADTM FC740氟碳表面活性剂(非离子的氟化脂族聚合酯)之后混合5分钟。然后测量密度和布络克菲尔德粘度。含有大约9.7％细泡沫的该流体然后在1000psi下通过APV GaulinTM均化器，再次测定密度和粘度。
所获得的数据列在表B中。
表B流体 布洛克菲尔德粘度 密度 细泡沫 均化 0.3rpm 0.5rpm 100rpm STI ppg Vol.％否 23,000 15,200 215 71 11.43 9.7是 74,000 48,200 490 98 11.52 7.5
实施例4
将8.0g的CARBO-GELTM有机粘土增粘剂分散在有1g碳酸异丙烯酯的295g(1bbl当量)的MENTORTM 28矿物油中形成粘稠淤浆。添加1g的CAB-O-SILTM TS-720疏水硅石，随后添加1g的STEOLTM CS-460，其后添加0.55g的FLUORADTM FC-740氟化表面活性剂。按前面一样来测量流体。数据在表C中给出。
表C布洛克菲尔德粘度， cp 密度 计算出的密度 细泡沫Vol.0.5rpm 100rpm STI ppg ppg ％100,000 900 111 6.07 7.02 13.5
实施例5
按众所周知的旋转方法钻井，其中具有实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中所述流体组成的钻井液连续地在钻井内再循环。流体中的细泡沫密封该流体所接触的多孔和微裂纹的地层，防止流体在地层中的过量漏失。其后该流体用于在井内进行井维护作业。
Claims (11)
1.一种钻井和维护流体，包括在其中引入了一种或多种增粘剂以使该流体具有用布氏粘度计在0.5rpm测量的低剪切速率粘度为至少大约10,000厘泊的作为连续液相的含油液体、至少一种细泡沫产生性表面活性剂和细泡沫。
2.权利要求1的流体，其中所述细泡沫的浓度应使得该流体具有所需密度。
3.权利要求1的流体，它含有非连续的水相。
4.权利要求1的流体，它含有大约5体积％到大约20体积％的细泡沫。
5.权利要求2的流体，它含有非连续的水相。
6.权利要求2的流体，它含有大约5体积％到大约20体积％的细泡沫。
7.权利要求1、2、3、4、5或6的流体，其中所述低剪切速率粘度是至少约40,000厘泊。
8.钻井的方法，其中权利要求1、2、3、4、5或6的流体在井眼内循环。
9.权利要求8的方法，其中所述流体具有至少大约40,000厘泊的低剪切速率粘度。
10.在钻孔内进行井维护作业的方法，包括使用权利要求1、2、3、4、5或6的流体作为井内流体。
11.权利要求10的方法，其中所述流体具有至少大约40,000厘泊的低剪切速率粘度。
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