CN1418283A - 油基或水基钻井液的滤饼清理和砾石充填方法 - Google Patents

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Abstract

披露一种砂石充填一井身的方法，此井身具有在其中具有至少一个孔眼，形成井身与一邻近地下岩层的一条液流通路。至少邻近裸眼的一部分岩层具有一覆盖在它上面的滤饼，为一油包水乳化液。砾石充填方法包括注入井身一种砾石充填制剂，包括砾石和一种载体液。载体液是一种含水液体，具有的pH是在滤饼乳化液在其中为稳定的范围以外。含水液体存在的数量可在载体液接触于滤饼时有效地转化滤饼中的油包水乳化液。结果，砾石被沉积在井身中的孔眼处或其附近，而某些滤饼被清除。滤饼和载体液的残余可以通过接触于一种至少包含一表面活性剂和一互溶剂二者之一的破解液而同时被破解。

Description

油基或水基钻井液的滤饼 清理和砾石充填方法
本发明涉及用在油和气井完井作业之中的各种制剂和方法，尤其是具有倾斜或水平井眼的油和气井。
烃类流体，诸如石油和天然气，是通过钻出一口透过含烃类岩层的井而从一地下地质岩层，亦即储集层之中取得的。一当一井身已经钻成，则必须完井；完井作业包括设计、选定和装设井身之中或周围的设备和器材，用于传输、泵送或控制各种液体的制备或注入。在井已经完成之后，可以开始油和气的生产。
在深井中，砂面(井底钻开的油层表面)完井的可靠性是很重要的，由于各项采油修理工作的成本过高。其次，许多这样的井是完成的裸眼。因此，砾石充填裸眼水平井日益成为深水、海底完井环境中的一种标准实践。砾石充填过程包括泵入井内一种载体液，其中含有必需数量的砾石。结果，砾石沉积在一裸眼附近，比方在一井身的一端处，在此砾石可防止砂石流进井身。
正确选定载体液是至关重要的。理想情况下，载体液不该造成岩层渗透率有任何降低。在使用粘性液体时，载体液还必须具有充分的粘度，以便在投放期间悬浮和携带砾石。一些水基液体可以调制得简单地通过含有诸如氯化钾或氯化氨这些盐而兼容于大多数岩层。于是，至今，在砾石充填这种水平井方面的常规作法一直是采用水基粘性液体的水充填或分流充填。一种载体液因而一般是一种盐水，包括一种胶凝剂，诸如羟乙基纤维素(HEC)、黄原酸或一种粘弹表面活性剂；还包括各种破解液，以尽量减小为将液体推回井身而所需的压力。
不过，含水砾石充填液不能良好地兼容于油基钻井液。一般，油基钻井液的含水量一当接触于砾石充填液将趋于增大而导致液体粘度增大和水泥浆形成。所以，当确保兼容性和改进井身清理，有待砾石充填的井段用一种水基钻井液予以钻凿，以致以滤饼形式留在井孔附近岩层上的钻井液沉淀也是水基的。然后，滤饼可以完全地或部分地用酸洗溶液，或者一如已在英国专利申请2338254和待决美国申请09/552853(美国专利6140277的部分继续)之中提出的那样，用一种水洗制剂-包括水和在中性或酸性pH下的一显著数量的各种聚胺基羧酸(包括比方乙二胺四乙酸(EDTA)在内)的各种阳离子盐，来予以溶解。
不过，采用一种水基钻井液并非总是适当地或荐用的最好作法。事实上，油基钻井液提供了岩页缓蚀作用、润滑、量油口，以及较高的贯入润滑能力度和较深的钻头进尺速度，并因此往往可以优于水基钻井液。在钻井液技术领域中，“油基”液一词用以表示各种具有基于合成或非合成油的一连续相和最终弥散在此油相之中的一水相的液体。
即使通过以下方式可以获得油基钻井泥浆与水基砾石充填载体液和各自优点之间的某种折衷，即用油基泥浆-特别是在各页岩区域中-钻凿顶部井孔，然后转换到一种水基储集层钻井液用于水平储集层区段，这种从油基到水基钻井液的液体交换也会使井场上的液体管理复杂化，加大液体不兼容的风险，以及增加整个完井成本。
一种近来在西非和墨西哥湾近海实施的另外方法已经把用油基储集层钻井液从事钻井延续到甚至水平井段，并随之以水基液代替油基液而制备一种水基砾石充填载体液。这种作法可能对于水平段来说要比转换为水基储集层钻井液便宜一些。不过，比起所希望的，这种技术仍然比较复杂和昂贵，并可能导致一些装设除砂设备(筛网)的问题。
需要的砾石充填液和砾石充填方法应当避免不兼容问题并不需从一种油基钻井液转换到一种水基钻井液，或者不需置换到水基液。
本发明的一个方面是一种砾石充填一地下岩层中一井孔的方法，邻近井孔的一部分岩层具有一覆盖在它上面的滤饼，所述滤饼包括一种乳化液，所述方法包括注入井孔一种砾石充填制剂，此制剂包括砾石和一种载体液，后者包括一水相；以及包括破解或转化滤饼乳化液的步骤。
在载体液是一种乳化液的场合，所述乳化液可能在破解或转化钻井滤饼乳化液步骤期间同时被破解。所谓同时，是理解为：破解发生在单独一次处理期间，不必严格地在同一时刻。比方，载体液可能包括一种滤饼破解添加剂，一当载体液乳化液被破解即被释放出来。于是，破解或转化滤饼的步骤可以完全独立于注入砾石充填液(注入一破解制剂)的步骤，或者是注入砾石充填液步骤的一项直接后果。
按照一项优先实施例，载体液的水相具有的pH是在滤饼乳化液稳定的pH范围以外。比方，在滤饼是一种在一超出大约7或8的第一pH范围内是稳定的油包水乳化液这种场合，载体液的水相包含一种矿物或有机酸。在载体液中，含水液体是以一种当载体液接触于滤饼时对转化滤饼中的乳化液(或其沉淀)起作用的数量出现的。由于注入砾石充填制剂，砾石沉积在井身中的孔眼处或其附近并通常清除掉至少一部分滤饼。“清除”滤饼在此指的是，溶解滤饼或使之从岩层上破断开来或有所松动，以致液体能够比较容易流动。
滤饼一般包含各种梗阻/加重剂，诸如碳酸钙、重晶石、盐，或者氧化锰，以及其他等等。当油基钻井液滤饼中的乳化液转化时，这些梗阻/加重剂则接触于出自砾石充填载体液的容积增大的含水液体，并因此它们将完全或大部溶解。最好是，滤饼和/或载体液还包含一或多种表面活性剂以加强各种梗阻/加重剂的这种湿润(并因而溶解)作用。这样就加强了整个的滤饼清理过程。在一项优先实施例中，载体液的pH用一种pH变性剂予以调节，后者也可增强出现在滤饼中的各种钻井液梗阻/加重剂的可溶性。
任由选择地，滤饼和载体液可以通过注入井身一种破解液制剂而同时予以破解，此制剂包括表面活性剂和溶剂二者之中的至少一种，能够破解或溶解滤饼和载体液二者。溶剂最好是一种互溶剂，能够溶解不然会是不可溶解的各种组分。(各)表面活性剂最好是选择得可以加强滤饼中各种梗阻/加重剂的湿润作用。最好是，破解液也能够溶解至少某一部分滤饼。
适合的pH变性剂包括矿物酸(诸如盐酸)、有机酸(诸如甲酸、乙酸或柠檬酸)，以及螯合剂，特别是一般适合用在范围从3.5到8.0的中性或适中pH之下的、各种聚胺羧酸螯合剂的各种阳离子盐。螯合剂的一些实例包括各水溶液，它们包含乙二胺四乙酸(EDTA)、亚环己基二次氮基四乙酸(CDTA)、[亚乙基双(氧亚乙基次氮基)]四乙酸(EGTA，也称作乙二醇双乙二醚-N，N′-四乙酸)和[(羧甲基)亚氨基]-双(亚乙基次氮基)]-四乙酸(DTPA，也称作二亚乙基三胺五乙酸)、羟基乙二胺三乙酸(HEDTA)的各种二阳离子盐(和最好是各种二钾盐)。羟乙基亚氨基二乙酸(HEIDA)，已经在美国专利第5972868号中提出，也可以用作清除井下设备中碱性泥垢的状为游离酸或盐的一种螯合剂。某些上面提及的螯合剂也可以用在一碱性pH范围之内并因而可能与出自一种在低pH下稳定而在高pH下不稳定的钻井液乳化液的滤饼一起使用。
载体液可以是纯含水液体，但最为可取的是乳化液。载体液可以包括按容积计大约50与90％之间的水相。最好是，按容积计大约50-70％的载体液是水相。水相可以构成乳化液的或是外部连续相(水包油乳化液)或是不连续相(油包水乳化液)。油包水乳化液比较可取，由于它们完全兼容于油基滤饼。据信-尽管应当理解，本发明不应当局限于这一理论，随着时间的推移，许多水滴会聚结起来，以致乳化液成为非稳定的，而水相将进而接触于滤饼乳化液，并最后将其破解。
在砾石充填载体液具有一外部水相(或者只是其液相是一水相)的场合下，它最好是还包括一种粘性增强剂，比方一种胶凝在一种螯合剂(诸如EDTA)溶液之中的粘弹剂。在后一情况下，建议首先用置换液置换油基钻井泥浆，置换液具有一种兼容于砾石充填载体液的制剂并不包含pH变性剂或螯合剂；然后，将注入砾石充填载体液。
这种砾石充填制剂注入井身可同时造成砾石沉积在裸眼处或其附近和清除足够的滤饼，以建立井身与岩层之间的一条液流通路。此方法尤其可用在用油基储集层钻井液钻成并已完井的裸眼之中，特别是水平井眼之中。本发明与先前技术的砾石充填方法和载体液相比，通过减轻砂面故障风险，具有几种好处，包括成本降低、液体管理方法改进，以及产率提高和/或未来的采油修理风险减小。
图1表明在多种盐水/油比值和温度下各种油基砾石载体液的流变特性。
图2画出用以测定各油井穿透特性的设备。
图3表明浸泡超衡压力对滤饼见水动力特性的影响。
图4表明钻井岩屑对滤饼穿透动力特性的影响。
图5表明浸泡温度对滤饼清理的影响。
图6表明砾石尺寸对滤饼清理动力的影响。
图7表明泥封时间对滤饼清理动力特性的影响；以包含粘弹性表面活性剂/螯合剂溶液水基砾石充填载体液作合成油基储集层钻井液清理。
图8表明关于合成油基钻井液的载体液粘度对滤饼穿透时间的影响。
本发明提供一种方法，用于一井身的同时从事砾石充填和滤饼清除，此井孔之中具有至少一个孔口。井身中的此孔口提供了一条在井身与一邻近地下岩层之间的液流通路。在一口已完成的裸眼井中，井身的敞开端部，邻接于裸眼，可以是此至少的一个孔口。另外，孔口可以是油井套管上的一或多个射孔。虽然在许多方面都是可用的，但本发明尤其可用在那些已经使用一种油基储集层钻井液钻成的水平海底井眼之中和已完成的裸眼之中。
至少邻近孔口的一部分岩层具有一覆盖在它上面的滤饼。滤饼在各项钻井作业期间沉积在岩层上而是钻井液的各种沉淀。如果钻井液主要是一种油包水乳化液(或者比较准确地说，具有一种水相乳化液)，则滤饼包含这样一种一般在一第一pH范围(比如pH7以上，或大约pH7以下)之中为稳定的乳化液。滤饼也可以是钻井岩屑、各种梗阻/加重剂，以及由钻井液留下的各种沉淀。梗阻/加重剂的一些实例是碳酸钙、重晶石，以及氧化锰，其他等等。这种梗阻/加重剂可以作为岩屑存在于滤饼之中。各种表面活性剂和液体损失控制剂，某些油基钻井液的各种组分，也可以成为滤饼的一部分。同样类型的添加剂会在水基钻井液中发现。
本发明的砾石充填制剂包括砾石和一种载体液。在本发明的不同实施例中，砾石充填载体液可以是一种油包水乳化液，一种水包油乳化液或水基乳化液。最好是，各种砾石充填载体液所具有的密度都是以使液体在各项完井作业中可能控制油井，由于裸眼砾石充填几乎唯独是在循环状态下完成的。载体液的一般密度从大约8.8ppg(每加仑若干磅)高达大约19.2ppg，更为可取的是从大约8.8ppg高达14.2ppg。
液体系统的流变特性最好是可与当前行业所用的各种含水的砾石充填载体液(粘化或非粘化的)的流变特性相比的。液体系统应当能够携带和悬浮砾石。砾石比如要具有的U.S.筛号大小在大约20/40与40/70之间。砾石悬浮特性最好是可与各种含水的砾石载体液所形成的砾石悬浮特性相比的。液体系统最好是呈现出合格的摩阻压力(可泵送性)。
载体液系统应当兼容于一般的油基泥浆和泥浆添加剂，以致不形成任何浓稠乳化液或淤渣而可能损害岩层和降低油井产量。因而，比如，载体液的油相可以是与用在油基钻井液之中者同样类型的油。因此，合成油-包括比如多种低聚合烯烃-，如果油井是用一种合成油基钻井液钻成的，将最好是用于载体液。此外，液体系统应当具有一种合格的卫生状况、安全性和环保型态。在具有本发明的各种载体液的油中，乳化液的油可以或是合成油(比如低聚合烯烃)或天然存在的油。
最佳的各种载体液一般是油包水基的液体，包括按容积计大约50％与90％之间的水相，而且其中油为合成油。内部水相最好是完全无岩屑的并一般地是一种pH变性剂的溶液以及一种用于自钻井液脱除各种梗阻剂的溶解剂。内部水相的pH变性性质形成了留存在储集层钻井液滤饼之中的合成油基储集层钻井液乳化液的所需破乳机制。在滤饼中乳化液的破乳可使各种梗阻剂和钻井液岩屑成为水湿润的，确保溶解各种梗阻剂。因而，砾石充填载体液提供了为清除滤饼以便在井身与有关岩层之间建立一条输送流动通路所必需的各种化学品，同时起到一种砾石携带者的作用。
作为一种市场上有售的油基钻井液的范例，Fazepro储集层钻井液(可购自M-I Drilling Fluids，Houston，Texas)是一种外部油乳化系统，如果受到小于大约7或8的pH作用，可以转化为外部水乳化液。当滤饼比如受到一种酸性溶液作用时，乳化液转化而其中各种固态颗粒(比如CaCO3、重晶石等等)成为水湿润的并因而通过溶解而受到清除。因而，包括各酸性水相的本发明各种油基载体液可以用以充填砾石，同时清除至少一部分包括Fazepro钻井液各种沉淀的滤饼。
在钻井液在各种碱性条件下为稳定的场合则载体液一般将是一种无机酸(比如HCl)或一种有机酸(比如甲酸、乙酸、柠檬酸，等等)或一种螯合剂。反之，如果滤饼乳化液在各种酸性条件下为稳定的，则可以使用苏打或其他碱。选定溶解剂/pH变性剂取决于一些具体条件。比方，如果所需载体液密度很高(比如用于在多种循环砾石充填中的井控目的)和水相必须包含一种浓缩的二价盐水，诸如CaCl2或CaBr2，则螯合剂可能不是一种适当的选择，由于它会消耗在盐水的许多Ca离子上，而不是滤饼中的各CaCO3梗阻/加重剂上。对于要求高密度的载体液，各种螯合剂溶液可以结合各种甲酸盐和单价溴化物一起使用。HCl可以用在所有的盐水(水相)之中，而诸如甲酸、醋酸或柠檬酸等有机酸可以用在某些盐水之中。同样，如果完井设备长时间受到这些液体的作用，则腐蚀可能是一需要关注的事项，并因而使用诸如HCl这样的一些高腐蚀性酸就可能是不适当的了。
在某些实施例中，用以去稳(比如破解)滤饼中乳化液的pH变性剂也提高了出现在滤饼中的各项钻井液梗阻/加重剂的可溶性，并起到滤饼中一种岩屑溶解剂的作用。虽然梗阻/加重剂溶解剂可以是pH变性剂(比如各种有机和无机酸)，但在某些情况下它们可以是螯合剂，诸如二钾EDTA、HEDTA、HEIDA以及类似物。EDTA也可以用在一碱性pH范围之内，并因而或者可以与出自在低pH值时稳定而在高pH值时不稳定的一种钻井液的滤饼一起使用。
一如以上提到的那样，滤饼可以包括曾经存在于钻井液之中的一些粘化剂。因而，滤饼可以是一乳化液、一粘弹剂和一聚合物之中的至少一种。同样，砾石载体液可以是一些粘化剂，特别是一乳化液或一粘弹表面活性剂。最好是，一组表面活性剂包括在储集层钻井液之中以便在乳化液转化时水湿润各种钻井液梗阻/加重剂(比如CaCO3)。
本发明中向井身注入一些破解剂，用以破解存在于滤饼或载体液二者的至少之一中的一些粘化剂。这些破解剂可以是载体液的一些组分，或者它们可以在砾石充填之后注入油井。砾石充填载体液自身之中的乳化液可以，如果需要，采用一种破解液予以破解，此破解液是一互溶剂(比如，Z-丁氧基乙醇)或一种表面活性剂(比如包括聚二醇醚23-40％、丙-2-醇15-20％、2-丁氧基17-25％，以及水10-30％)。互溶剂最好是能够溶解在其他情况下会是不可溶解的一些组分。优先的一类互溶剂是具有4至20碳原子的烷氧基化的各种无环乙醇，特别是2-丁氧基乙醇。这种破解液，如果需要，允许在一单一步骤过程中砾石充填之后破解合成的油基储集层钻井液滤饼和砾石充填载体液二者之中的某一粘化剂。比方，在滤饼和砾石充填载体液二者都包含乳化液的情况下，破解液可以同时破解二者之中的乳化液。这样一种单一步骤过程会造成比较均匀的滤饼清除以及节省宝贵的钻机在用时间。
破解溶液可以比如包含一互溶剂和一pH减低剂/CaCO3溶解剂(比如一螯合剂溶液(比如二钾EDTA、HEDTA、HEIDA以及类似物)、HCl、有机酸，等等)的一种混合物，其中互溶剂可破解诸如一粘弹表面活性剂(VES)这样的砾石充填载体液，而pH-减低剂/CaCO3溶解剂可转化储集层钻井液滤饼之中的乳化液，使各种颗粒成为水湿润的并溶解这些颗粒。在储集层钻井液不包含为在滤饼固态颗粒上诱发可湿润性变化的一组表面活性剂情况下，可以在比方合成油基砾石充填载体液中包含一组表面活性剂。
砾石充填载体液中的滤饼也可能包含一些破解剂，以便形成均匀的滤饼清除，并因而形成比较均匀的烃类流注或注入型态。
用于清除由合成油基储集层钻井液形成的一种油基滤饼的另一种方法利用一种载体液，它具有一连续的水相，是一pH变性剂并包含一些梗阻剂溶解化学品。比方，一种合成油基储集层钻井液的滤饼可以使用一种粘性载体液予以清除，后者由是胶凝在诸如一EDTA溶液的一螯合剂溶液(比如梗阻/加重剂溶解剂)之中的一种粘弹表面活性剂(VES)构成的。各种添加剂的组合提供了用于钻井液转化的pH变性和各梗阻剂的可水湿润性，并可溶解各CaCO3梗阻剂。适当的VES的各范例说明在美国专利第6140277号(Fluids and Techniques for Hydrocarbon Well Completion，by R.J.Tibbles et al，此专利在此纳入作为参考)。粘化剂也可以是一聚合物，可以胶凝在一pH变性和梗阻剂溶解溶液之中。类似的各螯合剂也可以用于诸如重晶石那样的其他一些梗阻/加重剂。
任由选择地，载体液(油或水基载体液)还可以包含一或多种添加剂，诸如各种表面活性剂、防腐剂、助破解剂、盐(比如氯化钾)、抗发泡剂、阻垢剂、乳化剂(在载体液大约0.5与3重量百分比之间)、亲有机质粘土和杀菌剂。油和水基载体液二者的水相都可以是盐水。在选定有待用在一特定油井之中的盐水时所用的各个参数在本技术领域中是为人所知的，而选定部分地基于在一给定油井中砾石充填载体液的所需密度。可以用在本发明之中的盐水可以是CaCl2、CaBr2、甲酸钾、ZnBr或甲酸铯，以及其他等等。对于高密度来说，CaCl2、CaBr2和甲酸钾一些盐水是特别优先的。
用于把一种砾石充填制剂泵送到一口油井中去的各种具体技术和条件是为本领域中的熟练人员所知的。在本发明中，具体地结合比方自美国专利第4945991号中得知的交替通路技术(Alternate Path Technique)，可以用于砾石充填的一些条件包括超出压裂压力的一些压力，而且按照这些条件，射孔分流器用以形成砾石充填水泥浆的各附加途径。其次，本发明的某些具有较低容积各内相(比如不连续各相)的油基砾石充填制剂可以以类似于水充填的α和β波充填机理予以应用。
                        范例1
一种滤滤饼由Fazepro储集层钻井液形成(可购自M-I Drilling Fluids，Houston，Texas)，一种油包水乳化液包括以下各种组分：
按容积计50％合成油(C16-C18之中的内部烯烃)
按容积计50％盐水(盐水：按重量计25％CaCl2)
70lbs/bbl(磅/桶)CaCO3
2lbs/bbl(磅/桶)粘土
2lbs/bbl(磅/桶)石灰
表面活性剂
一种滤饼是在室温和500psi压差下使用滤纸化费大致上4小时时间由这种储集层钻井液形成的。多余的储集层钻井液然后由一种油包水乳化砾石充填载体液予以代换，后者具有一种酸水相，按容积计分别带有大致上70％和30％的内和外相。外相是一种精炼的矿物油。内相是一种按容积计50/50的14.2lb/gal(磅/加仑)CaBr2盐水与7.5％HCl的混合物，载体液的组成(全部基于1000gal混合物)是：
300gal的矿物油
350gal的14.2lb/gal CaBr2盐水
350gal的7.5％HCl
20gal的乳化剂(在一种芳烃溶剂中的脂肪酸酯)
这一载体液的密度是10.6ppg。然后施加一15psi的压差。紧按在施加这种15psi的超衡压力压差之后，泄漏率迅速增大。随后的滤饼目测表明，滤饼中的CaCO3颗粒已被溶解。在内水相不包含pH降低剂/溶解剂(只包含盐水)的情况下用同样油在外乳化进行的类似试验在整个试验期间不曾导致泄漏增大。
                范例2油基砾石充填载体液
在以下所述的各试验中，钻井液一般是以从大约50/50至80/20的油/水比构成的合成油乳化液中的水。内水相是盐水。乳化液中的盐水高含量可以形成类似的流变性质，连同降低了的粘土浓度，使储集层钻井液中的岩屑含量以及因而对于完井/储集层的潜在损害减至最小。石灰含量保持在足够高的水平上，以便维持钻井期间的碱性(因而油在外乳化)。经受试验的各种储集层钻井液的一般各个组成范围和各种制剂示于下面表1之中。这些具有能够被转化的各种乳化液的合成油基钻井液成功地用在深度高达5000ft的八口油井(一些注水井和生产井)之中。
表1：用于各项试验中的合成油基储基层钻井液
 经受试验的储集层钻井液   一般范围
    油/盐水(容积/容积)     70/30   50/50-80/20
    油类型     内部烯烃   内部烯烃
    盐水类型     CaCl2   CaCl2，CaBr2
    石灰(ppb)     6   4-8
    各种亲有机质粘土(ppb)     2   2
    乳化剂(ppb)     12   10-13
    表面活性剂(ppb)     4   4-7
    CaCO3(ppb)     175   20-200
    储集层钻井液密度(ppg)     10.6   8-15
    电气稳定度(mV)     550   400-900
    模拟钻井岩屑(REV尘埃)(ppb)     0-20   -
一如较早提及的那样，钻井工地上的钻井液各种处理问题可以通过在用合成油基储集层钻井液钻凿的油井中使用合成油基砾石充填载体液而予以简化。这样一种载体液的许多关键要求之一是形成充分高的密度，以便不采用任何岩屑而平衡地层压力。如果比如采用一种油在外乳化系统这一点可以通过或是内相，容积百分数以及/或是内相类型和密度而予以实现。虽然可以组成具有超过90％内水相容积百分数的一些乳化液，但这些乳化液在高于大约70％内相的浓度下会成为高度剪切敏感的，随着剪切率增大而越来越粘。根据这些结果，一大致上70％的上限被选定作为内相容积百分数，并改变了盐水类型和密度。在这些盐水容积百分数的情况下，高达15.4ppg的各种密度可以使用一种亚溴酸锌或一种甲酸铯盐水予以获得。请见下面的表2。
表2：使用具有一种6.67ppg原油的合成油基砾石充填液可能达到的密度
盐水含量％ CaCl211.6ppg  CaBr214.2ppg 甲酸钾13.1ppg ZnBr或甲酸铯
    60     9.6     11.2     10.5     14.2
    65     9.9     11.6     10.8     14.8
    70     10.1     11.9     11.2     15.4
对于乳化系统的另一要求是提供充分的粘度用于通过各分流管输送砾石。符合本发明的各种砾石充填液制备出来用于一种精炼矿物油中的70％和80％盐水作为外相并在150和200°F下经受试验。表观粘度(以原油(Centipaise)计)与剪切率(以1/秒(sec-1)计)的关系以各实线示于图1之中，连同两条通过工地试验和现场应用所建立的参照曲线(虚线)。两条参照曲线是采用作为胶凝剂的两种工业用粘弹表面活性剂而获得的。一如图中的数据所显示的那样，可以构成一种具有可与两条参照曲线相比的流变性能的乳化系统。内相容积百分数的下限是由液体的流变性能决定的。乳化液的流变特性对于温度是比较不敏感的。
关于范例2的所有试验都是用一种10.6ppg可逆的合成油基储集层钻井液和一种在内相中包含螯合剂溶液(CAS)的10.6ppg合成油基砾石充填液予以进行的。砾石充填载体液是70％盐水(一种甲酸钾和铯的混合物)和30％精炼矿物油，带有2％乳化剂。CAS浓度是以容积计内相的50％，溶解能力是大约每加仑内相0.4磅碳酸钙。这相当于内相中7.3％HCl。
各种液体是采用图2之中所示的一种测量装置予以测试的。一岩芯夹头，位于一高压/高温隔间1之中并包括一对颚板2，夹紧一岩芯样本3。这些测试是使用1英寸直径和1英寸长度的一些Berea岩芯来完成的。用在渗透率计算之中的液体4储存在一加压储槽5之中。储槽5中的压力用一调节器6予以调节以控制气体供应14。一双U形弯头7导管以储槽5中的液体4经由一上部阀杆8供给HT/HP隔间1。一压力传感器9设置在导管7用于精确地测定压差。流过岩芯样本3的液体通过一下部阀杆10落到联机于个人计算机13的一秤器12托盘11上以测定和记录流量。流向托盘11的液流模拟泄漏。相反方向上的液流模拟产油。
各岩芯用2％KCl溶液通宵予以真空饱和处理。然后，注入煤油直至获得剩余盐水饱和为止，并测定对煤油的渗透率。煤油渗透率一般是大约500md(毫达西)。随之，滤饼在300psi超衡压力(除非另外指出)和在或是170或是200°F下经过一般16小时的泥封时段而形成在岩芯上。泥封时段是其间滤饼在试验期间被允许建造的时间。滤饼是利用一种改进的高压-高温静态液体损耗隔间以一种可逆的合成油基储集层钻井液形成的。在泥封时段的末尾，多余的储集层钻井液被倒出隔间之外。然后，一种带有内含pH变性剂/CaCO3溶解剂(螯合剂溶液)的合成油基载体液的砾石水泥浆被置放在滤饼的顶部上，同时在砾石充填上方留下某些多余载体液以模拟在砾石充填末尾留下在基本管筒之中的液体。砾石是美国筛号20/40的，除非另外指出。隔间随后被加压而泄漏容积作为时间函数被记录下来，浸泡时段期间的超衡压力或是300或是25psi。模拟的钻井岩屑(逆流尘埃)以从0到20lb/bbl的比例范围被添加于储集层钻井液制剂。在穿透之后，使煤油在产油方向上流经岩芯以获得一种复合(岩芯/砾石充填)渗透率。复合的滤饼/砾石充填/岩芯渗透率与初始渗透率相比。
图3画出浸泡超衡压力(见曲线标记，以每平方英寸磅数或psi给出)在清理液体(y轴，以克数计)穿透时间(x-轴，以小时计)方面的效应。在300psi浸泡超衡条件下，与25psi超衡情况下13小时相比，穿透出现在5小时之后。这些试验是在170°F下进行的。高超衡情况下的穿透时间长于采用各分流管的一般的裸眼水平砾石充填作业(交替通路技术)，这表明：倘若外部滤饼保持不被触动，则砾石充填期间向岩层里的泄漏会是最少的。其次，在低超衡时的结果表明，穿透时间(大约13小时)是在用工作钻柱起钻或用生产油管下钻期间所涉及的时间范围之内的。注意，一种机械式液体损耗控制装置在起下钻期间会一直隔绝裸眼区段，并因而裸眼会处在平衡状况下。考虑到一次起下钻时间一般是24-48小时，滤饼会在油井投入生产时间之前被清除。采用内相中7.5％的HCl所进行的一些实验表明，与螯合剂溶液相比，穿透时间显著地低。比如，在25psi超衡情况下，HCl系统表现出不同于螯合剂溶液大约13小时的大约6小时。
图4表明不同的钻井岩屑浓度对滤饼穿透动力特性的影响。三种实验在合成油基储集层钻井液制剂中分别具有0，5和20lb/bbl钻井岩屑的情况下进行。让滤饼在170°F和300psi超衡下浸泡，而注入载体液，测定泄漏容积。为了这种试验，具有2.5pH的一种50％螯合剂溶液的用在砾石充填载体液的内水相之中。注意，穿透时间从在无钻井岩屑情况下的180分钟改变到在具有20lb/bbl钻井岩屑的情况下的310分钟。因而，穿透时间随着滤饼中钻井岩屑数量增大而显著延长。
为了研究温度对穿透动力特性的影响，在全等的各种条件下进行了两项试验，一项在170°F下而另一项在200°F下。一如在图5之中所见，在200°F下大约90分钟的穿透时间短于在170°F下的穿透时间，大约是前者的三分之一。取决于砾石充填的时间间隔长度，在高温下可能需要具有较高pH的螯合剂溶液系统。
在最后一组实验中，改变了砾石大小以确定其对滤饼清理动力特性的影响。各项实验在进行时首先采用先前提及的程序形成一滤饼。在一项实验中使用20/40筛号砾石而在另一项中使用40/70来投放砾石充填。在两次实验中，都采用了一种在内相中具有50％螯合剂溶液(pH＝2.5)的乳化载体液。泄漏容积作为时间的函数予以监测。一如图6之中所见，穿透能力特性显著地依赖于砾石筛号大小：大约310分钟用于20/40，而大约500分钟用于40/70。
以上所述的一类实验，目的在于确定穿透时间范围，以便预测在采用某一特定清理系统作砾石充填期间是否应当料到一些损耗。目的是要推迟穿透时间到砾石充填时间范围之外，然而确保当油井准备好投入生产时出现裂断。因此，这些实验对于保有的各渗透率值来说并不具有代表性。因而，进行了单独的一组实验，在这些试验中，在浸泡的第一个2小时期间(代表砾石充填时段)，而后在平衡状况(代表在使用一液体损耗阀门时一次起下钻期间的状况)下继续浸泡。这些试验表明，流动压力(FIP)一般是清理情况下的1-3psi对无清理情况下的7-12psi，而对应的保有的渗透率是无清理情况下的55-60％和清理情况下的85-95％，全都具有20/40砾石。在40/70砾石情况下的一些类似的实验表明，无清理情况下FIP是15-18psi和清理情况下FIP是4-5psi。无清理和清理情况下的保有渗透率分别是40-30％和70-80％。
              范例3水基砾石充填载体液
在范例3中说明的各项试验中，一种粘弹表面活性剂液体，具有很高盐水耐受度和温度稳定性，被用作砾石充填液体。所用的试验程序和材料(岩芯和合成油基储集层钻井液制剂)都类似于范例2之中所述者，例外之处是，与一种合成油基载体液相反，采用一种粘弹表面活性剂基的砾石充填液制剂。
在示于图2之中的头两项试验中，第一项试验经过1小时而第二项试验经过16小时，在170°F和300psi超衡下用表1中给出的合成油基储集层钻井液制剂形成滤饼。多余的储集层钻井液然后被代之以一种携带/浸泡液制剂，由按容积计3％的粘弹表面活性剂组成，后者是在溴化钠盐水中具有按容积计50％的螯合剂溶液(CaCO3溶解剂和质子化媒剂)的一种溶液之中乳化的。载体液的密度是10.6ppg。穿透时间是在试验期间允许形成滤饼的时间(泥封时间)的函数，这意味着，实验室试验必须在代表现场实际的各种条件进行。其次，应当指出，16小时泥封之后用于穿透的时间相当地长于采用分流技术砾石充填一1000ft裸眼水平油井所需的时间。这意味着，除非滤饼被以机械方式清除掉(比如泥饼浸蚀)，载体液在砾石充填期间不会泄漏到岩层里去。
一种不带任何清理的基本试验也使用不带螯合剂溶液的粘弹表面活性剂作为载带液予以进行。这种试验得出，与上述带有粘弹表面活性剂/螯合剂溶液载体液(16小时泥封)的第二试验中的1psi FIP和95％保有渗透率相比，一种13psi的流动起始压力(FIP)和60％保有渗透率。在FIP和渗透率方面这些差别的实际意义可根据特定的各种储集层状况和储集层钻井液组成而变。在一些具有几达西(Darcy)渗透率的岩层中，13psi FIP可以与期望的压降不相上下，使清理成为必需。类似地，在具有显著的渗透率变化的一些岩层中，如油井不作任何清浆处理(或是包括在砾石充填载体液处理之内或是作为一种后砾石充填破除处理)而投入生产，则较高渗透率各区间可能清浆而较低渗透率各区段不可能，由于FIP随渗透率降低而提高。
图8表明载体液粘度对合成油基储集层钻井液滤饼穿透时间的影响。第一种载体液制配有一包括3％的一种粘弹表面活性剂的水相，而第二种载体液的是4.5％的此种粘弹性表面活性剂。调配粘度以达到较长穿透时间的能力，可供操作人员把清浆系统投放在一井身之中而有充分时间起出孔眼并从事完井，却不会在如果或是某一机械式液体损失装置未予装设或是此装置未能控制损失的情况下招致大量的液体损失直至完井作业上好螺纹接头为止。这一点已经证实在水平割缝衬管/独竖滤网应用场合下以及分流管裸眼砾石充填环境中是十分成功的。
本发明各具体实施例的前面说明不企图成为本发明每一可能实施例的完整列举。本领域中的熟练人员将会认识到，可以对于在此所说明的各具体实施例作出一些处在本发明范畴之内的修改。

Claims (23)

1.一种砾石充填一地下岩层中一井孔的方法，邻近井孔的一部分岩层具有一覆盖在它上面的滤饼，所述滤饼包括一种乳化液，所述方法包括注入井孔一种砾石充填制剂的步骤，此制剂包括砾石和一种载体液，后者包括一水相；以及还包括破解或转化滤饼乳化液的步骤。
2.按照权利要求1所述的方法，其中载体液是一种乳化液，还包括破解或转化载体液而同时破解或转化滤饼乳化液的步骤。
3.按照权利要求2所述的方法，其中破解或转化载体液而同时破解或转化滤饼乳化液的步骤是由在注入砾石充填制剂之后注入一种破断制剂而完成的。
4.按照权利要求2所述的方法，其中载体液包括一种内部破解制剂以完成破解或转化载体液而同时破解和转化滤饼乳化液的步骤。
5.按照权利要求1所述的方法，其中滤饼乳化液在一第一pH范围内是稳定的，而载体液的水相具有一在所述第一pH范围以外的pH。
6.按照权利要求2所述的方法，其中滤饼乳化液在大于大约8的pH下是稳定的，而水相包括一选自由盐酸、甲酸和柠檬酸组成的一族的pH变性剂。
7.按照权利要求1所述的方法，其中载体液的水相还包括一种螯合剂。
8.按照权利要求7所述的方法，其中螯合剂选自由乙二胺四乙酸(EDTA)、亚环己基二次氮基四乙酸(CDTA)、[亚乙基双(氧亚乙基次氮基)]四乙酸(EGTA)和[(羧甲基)亚氨基-双(亚乙基次氮基)]四乙酸、羟基乙二胺三乙酸(HEDTA)以及羟乙基亚氨基二乙酸(HEIDA)的各二阳离子盐所组成的一族。
9.按照权利要求1所述的方法，其中载体液是一油包水乳化液。
10.按照权利要求9所述的方法，其按容积计大约50-70％的载体液是水相。
11.按照权利要求1所述的方法，其中载体液是一种乳化液，而且其中滤饼乳化液通过注入井身一种破解制剂而予以破解，后者包括至少一种表面活性剂和溶剂，所述破解制剂同时破解载体液乳化液。
12.按照权利要求11所述的方法，其中溶剂是具有从4至20碳原子的一种烷氧基化的脂族醇。
13按照权利要求12所述的方法，其中溶剂是2-丁氧基乙醇。
14.一种同时砾石充填一井身的一裸眼和从一邻近裸眼的岩层清除滤饼的方法，滤饼是一种油包水乳化液，在大于大约8的pH下呈稳定的；方法包括注入井身一种砾石充填制剂，包含砾石和一种载体液，其中载体液是一种油包水乳化液，具有一连续的油相和一不连续的水相，而且其中水相是一种矿物酸或有机酸的溶液，从而水相的pH小于大约8；其中注入砾石充填制剂同时使砾石沉积在井身裸眼处或其附近，并清除了足够的滤饼以在井身或岩层之间建立一条液流通路。
15.一种同时砾石充填一井身的一裸眼并从一邻近于裸眼的地下岩层中清除滤饼的方法，井身至少已经部分地用一种油基钻井液钻成，滤饼包括一种油包水乳化液，在一第一pH范围内是稳定的；方法包括注入井身一种砾石充填制剂，包含砾石和一种载体液，其中载体液包括一连续水相，包含一胶凝的粘弹剂和EDTA，而且其中水相具有一pH，在第一pH范围以外。
16.一种包括砾石和一种载体液的砾石充填制剂，载体液包括一具有小于大约8的pH的水相。
17.按照权利要求16所述的制剂，其中水相包括一pH变性剂，选自由盐酸、甲酸和柠檬酸组成的一族。
18.按照权利要求16所述的制剂，其中载体液包括一种螯合剂。
19.按照权利要求18所述的制剂，其中螯合剂选自由乙二胺四乙酸(EDTA)、亚环己基二次氮基四乙酸(CDTA)、[亚乙基双(氧亚乙基次氮基)]四乙酸(EGTA)和[(羧甲基)亚氨基-双(亚乙基次氮基)]四乙酸、羟基乙二胺三乙酸(HEDTA)以及羟乙基亚氨基二乙酸(HEIDA)的各二阳离子盐所组成的一族。
20.按照权利要求16所述的制剂，其中载体液是一油包水乳化液。
21.按照权利要求20所述的制剂，其中按容积计大约50-70％的载体液是水相。
22.按照权利要求16所述的制剂，其中水相是载体液的连续水相并还包括一种粘性增强剂。
23.按照权利要求22所述的制剂，其中粘性增强剂是一种胶凝在一种螯合剂溶液之中的粘弹表面活性剂。
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