CN1890345A - 在钻井使用流体内减少流体损失的方法 - Google Patents
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Abstract
减少从钻井使用流体中流体损失的方法包括结合三元共聚物与钻井使用流体，以减少从该流体中损失的流体，接着将该流体置入钻井内。在一个实施方案中，使用下述单体制备三元共聚物：约75wt％－约95wt％的2－丙烯酰胺基－2－甲基丙磺酸或其碱式盐；约3wt％－约15wt％的的丙烯酰胺；和约3wt％－约15wt％的N－乙烯基－2－吡咯烷酮，其中所有重量百分数基于单体的总重量。钻井使用流体可包括水或含水的盐溶液，例如甲酸盐溶液。钻井使用流体也可包括粘土，例如蒙脱石和硅镁土粘土。
Description
发明领域
[0001]本发明涉及在石油工业中使用的流体和方法，和更特别地涉及钻井使用流体(wellbore servicing fluid)，其包括水基流体和减少从该流体中损失流体的三元共聚物，以及通过使用这种三元共聚物减少流体损失的方法。
发明背景
[0002]天然资源，例如气体、水和原油的地下沉积物常常通过钻探钻井，抽出含有这种沉积物的地下地层或区域而回收。在钻探钻井和准备钻井与相邻的地下地层以供从中回收材料中使用各种水基流体。例如，当钻井被钻探时，钻井液或淤泥通常循环经过钻井以冷却钻头，在钻井工艺过程中保持沉积物局限在各自的地层中并将钻探的切屑带到表面上。钻井液还能在钻井壁上形成不可渗透的滤饼，从而防止水从流体迁移到地下地层中。其它类型的水基流体包括通常用于在地下地层内产生压裂，进而增加从该地层中的材料回收率而使用的压裂液。此外，可使用吹扫液使地下地层溢流，从而将油、气体或水从地层驱动到生产钻井内以供回收，以及可使用修井液在钻井内进行补救工作。
[0003]遗憾的是，在钻井内常常发生从这种水基流体中损失流体，从而导致严重的问题。例如，可在钻井壁上累积过量的滤饼，从而引起钻探管道被粘附，结果非常难以从钻井中除去它。此外，流体损失可导致页岩地层崩塌和下陷。此外，由于流体损失导致钻井中电子测井受到负面影响。
[0004]各种天然和合成的聚合物常常加入到水基流体中，以控制流体损失到地下地层内。然而，水基流体被泵送到其内的钻井具有相对高的井下温度和/或压力，其中在所述温度和/或压力下常规的流体损失控制剂是不稳定的。正因为如此，那些流体损失控制剂可能不能服务于其目的：提供井下的流体损失控制。因此，仍需要开发一种降低在高温和压力下流体损失的流体损失控制剂。
发明概述
[0005]在一个实施方案中，减少流体从钻井使用流体中损失的方法包括结合三元共聚物与钻井使用流体，以减少从该流体中损失的流体。该三元共聚物可由下述单体形成：
(a)以单体的总重量计，约75％-约95％的第一单体，其中第一单体通常用下式表示：
其中R1选自氢和甲基，其中R2选自磺基、磺基苯基、磺基烷基、磺基烷基酰胺基及其碱式盐(alkali salts)，其中R2中的亚烷基和烷基包括1-4个碳原子，和其中碱式盐是选自钠、钾和铵中的阳离子的盐；
(b)以单体的总重量计，约3％-约15％的第二单体，其中第二单体通常用下式表示：
其中R3选自氢、甲基和乙基，其中R4选自N-烷基取代的酰胺、N，N-二烷基取代的酰胺、羧基亚烷基胺、羧基亚烷基甲胺、羧基亚烷基二甲胺、吡咯烷酮基、甲酰胺和乙酰胺基，其中N-烷基取代的酰胺中的烷基选自甲基、乙基和丙基，其中N，N-二烷基取代的酰胺中的烷基选自甲基和乙基，和其中R4中的亚烷基包括1-5个碳原子；和
(c)以单体的总重量计，约3％-约15％的第三单体，其中第三单体通常用下式表示：
其中R5选自氢和甲基，和其中R6选自酰胺、腈、乙酰基和吡啶基。在一个实施方案中，第一单体包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或其碱式盐，第二单体包括N-乙烯基-2-吡咯烷酮，和第三单体包括丙烯酰胺。钻井使用流体可例如充当钻井液、修井液、压裂液、吹扫液或其结合，因此可置于钻井内与地下地层接触。即使钻井具有高达约450°F的温度和高达约30,000psi的压力，也可控制在钻井内的流体损失。
[0006]在另一实施方案中，钻井使用流体包括水基流体，例如甲酸盐溶液和前述三元共聚物用以减少从流体中损失的流体。该三元共聚物可由下述单体形成：约75wt％-约95wt％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或其碱式盐，例如2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠；约3wt％-约15wt％的N-乙烯基-2-吡咯烷酮；和约3wt％-约15wt％的丙烯酰胺，所有的重量百分数基于单体的总重量。此外，水基流体可包括淡水或含水的盐溶液，例如KCl、NaCl、甲酸钾或甲酸钠溶液。它也可包括粘土，例如蒙脱石粘土和硅镁土粘土。
优选实施方案的详细说明
[0007]根据一个实施方案，钻井使用流体包括水基流体和三元共聚物用以减少从流体中损失的流体。此处所使用的“钻井使用流体”是指可用于准备钻井或通过钻井穿入的地下地层以供从地层中回收材料的流体。因此，钻井使用流体可例如充当钻井液、修井液、压裂液或吹扫液。要理解“地下地层”囊括在暴露土地下方的区域，或者在通过水，例如海洋或海洋水，覆盖的土地下方的区域。
[0008]在考虑到钻井使用流体中的其它组分之后，钻井使用流体含有平衡量的水基流体。水基流体可例如包括淡水或盐水，例如食盐水和海水。合适的水基流体的实例包括含水的盐溶液，例如氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、硝酸钾(KNO3)、海盐和甲酸盐溶液，例如甲酸钾、甲酸铯和甲酸钠溶液。
[0009]可通过聚合下述三种单体制备三元共聚物：
(a)以单体的总重量计，约75％-约95％的第一单体，其中第一单体通常用下式表示：
其中R1选自氢和甲基，其中R2选自磺基、磺基苯基、磺基烷基、磺基烷基酰胺基及其碱式盐，其中R2中的亚烷基和烷基包括1-4个碳原子，和其中碱式盐是选自钠、钾和铵中的阳离子的盐；
(b)以单体的总重量计，约3％-约15％的第二单体，其中第二单体通常用下式表示：
其中R3选自氢、甲基和乙基，其中R4选自N-烷基取代的酰胺、N，N-二烷基取代的酰胺、羧基亚烷基胺、羧基亚烷基甲胺、羧基亚烷基二甲胺、吡咯烷酮基、甲酰胺和乙酰胺基，其中N-烷基取代的酰胺中的烷基选自甲基、乙基和丙基，其中N，N-二烷基取代的酰胺中的烷基选自甲基和乙基，和其中R4中的亚烷基包括1-5个碳原子；和
(c)以单体的总重量计，约3％-约15％的第三单体，其中第三单体通常用下式表示：
其中R5选自氢和甲基，和其中R6选自酰胺、腈、乙酰基和吡啶基。可使用本领域已知的聚合方法，例如在溶液、悬浮液或乳液环境内的自由基技术，制备三元共聚物。在美国专利No.3547899中公开了合适的聚合方法，在此通过参考将其全文引入。所得三元共聚物的分子量范围可以是例如约十万至约一百万或更大。该三元共聚物可溶于水基流体内。存在于钻井使用流体内的三元共聚物的用量范围可以是约0.05wt％-约3wt％，或者约0.1wt％-约2.5wt％，或约0.15wt％-约2.0wt％。所有重量百分数基于钻井使用流体的总重量。
[0010]在一个实施方案中，第一单体包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或其碱式盐，例如2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(Na-AMPS)，第二单体包括N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)，和第三单体包括丙烯酰胺。第一单体的其它合适的实例包括，但不限于，乙烯基磺酸、乙烯基磺酸的碱式盐、乙烯基苯磺酸、乙烯基苯磺酸的碱式盐、烯丙基磺酸、烯丙基磺酸的碱式盐、甲基烯丙基磺酸、甲基烯丙基磺酸的碱式盐、3-甲基丙烯酰胺基-2-羟丙基磺酸、3-甲基丙烯酰胺基-2-羟丙基磺酸的碱式盐，和其中的两种或多种的结合；碱式盐是选自钠、钾和铵中的阳离子的盐。第二单体的其它合适的实例包括，但不限于，N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基乙酰胺、甲基丙烯酸二甲基氨基乙基酯、N-甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N-丙基(甲基)丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺，和其中的两种或多种的结合；第三单体的其它合适的实例包括，但不限于，甲基丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯腈、乙酸乙烯酯、乙烯基吡啶，和其中的两种或多种的结合。
[0011]三元共聚物可通过增加流体的粘度来改进从钻井使用流体中损失的流体。然而，钻井使用流体的粘度保持足够低以使得它可被泵送或倾倒到所需的位置处。此外，该三元共聚物具有相对高的热稳定性，因此当它遇到钻井下方的相对高的温度和/或压力时最有可能不分解。例如，一些钻井可具有高至约450的井下温度和/或高至约30,000psi的井下压力。因此，甚至当钻井使用流体遭受这种高的温度和/或压力时，该三元共聚物能减少从钻井使用流体中损失的流体。
[0012]钻井使用流体可包括本领域的普通技术人员认为合适的额外的添加剂。这种添加剂可根据在钻井内流体所打算的用途而变化。例如，当钻井使用流体用作钻井液时，它还可包括粘土。合适的粘土的实例包括，但不限于，蒙脱石粘土，例如蒙脱石钠(或膨润土)、硅镁土粘土(或漂白土)、海泡石粘土及其结合。硅镁土粘土是具有针状结构的富镁的纤维状粘土。海泡石粘土含有纤维状粘土和无定形粘土的混合物且还具有针状结构。认为与使用不具有粘土的前面所述的三元共聚物相比，使用这种粘土结合三元共聚物明显更加改进钻井液的流体损失。存在于钻井液内的粘土量的范围可以是约0.5wt％-约10wt％，或者约0.75wt％-约7.5wt％，或者约1wt％-约5wt％，所有的重量百分数基于钻井液的总重量。钻井使用流体可含有的其它添加剂的实例包括，但不限于增重剂、悬浮剂和调理剂、氧化与腐蚀抑制剂、杀菌剂、稀释剂等等。
[0013]可通过添加前面所述的三元共聚物到水基流体中或者相反，从而制备前述钻井使用流体，或者这二者可同时结合在一起。若钻井使用流体含有其它添加剂，例如粘土，则在结合三元共聚物/添加剂混合物与水基流体之前，可结合三元共聚物与添加剂，或者添加剂可独立地与水基流体结合。可使用任何合适的混合设备，一起共混三元共聚物、水基流体和任何其它添加剂。
[0014]在一个实施方案中，在测定钻井内的井下温度和/或压力使得常规的流体损失控制剂不稳定之后，结合三元共聚物与水基流体。正因为如此，可在将使用三元共聚物的钻井附近的现场位置将三元共聚物引入到水基流体内。视需要，可在泵送所得钻井使用流体到钻井内之前立即结合三元共聚物和水基流体。
[0015]本领域的普通技术人员可在充油的操作(oil filedoperation)中使用含有水基流体和三元共聚物的钻井使用流体。特别地，钻井使用流体可置于钻井内并根据本领域普通技术人员已知的工序用于服务钻井。例如，当钻井使用流体所打算的用途是作为钻井液时，则该流体可通过中空的钻杆向下循环并通过固定到其上的钻头向外循环，同时旋转钻杆，以钻探钻井。钻井液可流回到表面上，结果在钻井壁上沉积滤饼并携带钻探切屑到表面上。一般来说，可在温度范围为约50-约450和压力小于约30,000psi的钻井内使用钻井使用流体。
[0016]在钻井使用流体内存在三元共聚物在温度范围为约50-约450和压力小于约30,000psi的钻井内减少从该使用流体中的流体损失。例如，在循环含有三元共聚物的使用流体到钻井内之前，当最终使用流体重量的2.0wt％的三元共聚物(由91wt％的Na-AMPS、5.5wt％的NVP和3.5wt％的丙烯酰胺的混合物制备)混入含有约35wt％淡水和约65wt％甲酸钾盐水(盐水的密度为13.2lbs/gal)的流体内时，流体损失可降低约50％-约99％。在此情况下，使用下述方程式计算流体损失的下降：
％流体损失的下降＝((添加三元共聚物之前流体的FL-添加三元共聚物之后流体的FL)/添加三元共聚物之前流体的FL)×100，其中“FL”代表流体损失。可根据由American Petroleum Institute出版的“Recommended Practice Standard Procedure for Field TestingWater Based Drilling Fluids”，API Recommended practice 13B-1(RP13B-1)进行流体损失的测量。
实施例
[0017]一般地描述了本发明，以本发明的特定实施方案形式且为了证明本发明的实践和优点而给出下述实施例。要理解实施例以阐述方式给出，且不以任何方式打算限制随后的说明书或权利要求的范围。
[0018]应当指出，在由American Petroleum Institute出版的前述RP13B-1中描述了在所进行的下述实施例和试验中使用的所有设备。
实施例1
[0019]该实施例示出了在含有高浓度甲酸钾的水基流体中，由91wt％的Na-AMPS、5.5wt％的NVP和3.5wt％的丙烯酰胺的混合物制备的三元共聚物(Terpoly-1)改进流体损失的控制。在这一实施例中遵照的工序首先包括使用Multimixer(型号：具有9B29X叶轮的9B)，在5个独立的品脱(pint)罐中一起混合五种流体样品(样品1-5)。样品1和3含有Terpoly-1，而对照样品2和4含有常规的流体损失控制剂(Terpoly-2)，和对照样品5不含合成聚合物。在下表1A中提供了每一样品中各材料的相对量和说明。按照它们混合时的顺序列举各材料。在添加每一材料之后，混合样品持续表1A所示的时间段。
[0020]在如上所述地混合之后，根据RP13B-1，立即在100下测试每一样品。样品1和2仅仅测试表观粘度(AV)，而样品3、4和5测试AV、塑性粘度(PV)、屈服点(YP)、凝胶强度(Gels)，和低温/低压下的流体损失(FL)。下表1B中示出了所进行的试验结果。含有此处所述的三元共聚物的样品3的流体损失仅仅为1.1ml。相反，与样品1相比，对照样品4和5显示出高得多的流体损失量(即大于100ml)。此外，与对照样品2和3相比，样品3具有显著较高的AV和PV。然而，在纯自来水中，具有Terpoly-1的样品(样品1)具有比含有美国专利No.6124245中所述的三元共聚物的样品2低得多的粘度。
表1A
| 材料 | 混合时间，分钟 | 样品1 | 样品2 | 样品3 | 样品4 | 样品5 |
| Wellform 13.2，g | - | - | - | 130 | 130 | 130 |
| 自来水，ml | 1 | 200 | 200 | 70 | 70 | 70 |
| Gem GP二元醇，ml | 1 | - | - | 5 | 5 | 5 |
| 聚合物，g | 20 | Terpoly-1，2.50 | Terpoly-2，2.50 | Terpoly-1，3.50 | Terpoly-2，3.50 | 无 |
| 膨润土，g | 1 | - | - | 8 | 8 | 8 |
| Rev粉尘，g | 60 | - | - | 12 | 12 | 12 |
Wellform 13.2：获自Albemarle Corp.且密度为13.2磅/加仑的甲酸钾溶液
Gem GP二元醇：获自Baroid Drilling Fluid，Inc.的二元醇
膨润土：模拟钻探切屑
Rev粉尘：模拟钻探切屑
Terpoly-1：通过聚合91wt％的Na-AMPS、5.5wt％的NVP和3.5wt％的丙烯酰胺的混合物制备的三元共聚物，其中所有重量百分数以单体的总重量计
Terpoly-2：根据美国专利No.6124445，通过聚合50wt％的Na-AMPS、5wt％的NVP和45wt％的丙烯酰胺的混合物制备的三元共聚物，其中所有重量百分数以单体的总重量计。
表1B
| 性能 | 样品1 | 样品2 | 样品3 | 样品4 | 样品5 |
| 600 | 72 | 122 | 32 | 16 | 13 |
| 300 | 16 | 8 | 6 | ||
| AV | 36 | 61 | 16 | 8 | 6.5 |
| PV | 16 | 8 | 7 | ||
| YP | 00 | 0 | -1 | ||
| Gels | 1/1 | 1/1 | 1/1 | ||
| FL | 1.3 | 117.0 | 146.0 |
AV：表观粘度(厘沲)
PV：塑性粘度(厘沲)
YP：屈服点(lb/100ft2)
Gels：10秒和10分钟的凝胶强度(lb/100ft2)
FL：在100和100psi下的流体损失(ml/30min)。
实施例2
[0021]这一实施例示出了在含有高浓度甲酸钾的水基流体中，由91wt％的Na-AMPS、5.5wt％的NVP和3.5wt％的丙烯酰胺的混合物制备的三元共聚物(Terpoly-1)提供在高温下改进流体损失的控制。在这一实施例中遵照的工序首先包括使用Multimixer，在3个独立的品脱罐中一起混合三种流体样品(样品6-8)。样品6含有Terpoly-1，而样品7和8含有常规的流体损失控制剂(分别是Terpoly-2和Copoly-1)，并因此充当对照样品。在下表2A中提供了每一样品中各材料的相对量和说明。按照它们混合时的顺序列举各材料。在添加每一材料之后，混合样品持续表2A所示的时间段。
[0022]在如上所述地混合之后，最初在95下测试每一样品的PV、YP和Gels。接下来将流体样品转移到热老化隔室内，并在250的烘箱内滚动该隔室约4小时。然后在400的烘箱内老化该隔室约16小时。在使隔室冷却到约95之后，在Multimixer中搅拌流体样品另外5分钟，并根据RP13B-1，测试它们的PV、YP、Gels和FL。下表2B示出了在老化之后进行的试验结果。含有此处所述的Terpoly-1的样品6的流体损失仅仅为4.9ml。相反，对照样品7和8显示出比样品9高得多的流体损失量(即大于20ml)。
表2A
| 材料 | 混合时间，分钟 | 样品6 | 样品7 | 样品8 |
| Wellform 13.2，g | - | 265 | 265 | 265 |
| 自来水，ml | 1 | 80 | 80 | 80 |
| 聚合物，6.4g | 10 | Terpoly-1 | Terpoly-2 | Copoly-1 |
| Gem GP二元醇，ml | 1 | 8 | 8 | 8 |
| 氧化镁，g | 5 | 0.4 | 0.4 | 0.4 |
| Flowzan，g | 20 | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
| 膨润土，g | 1 | 4 | 4 | 4 |
| Rev粉尘，g | 10 | 8 | 8 | 8 |
| Ultracarb 12，g | 10 | 20 | 20 | 20 |
MgO：用于控制pH
Flowzan：获自Drilling Specialties Company LLC的黄原胶
Ultracarb 12：获自TBC-BRINADD的筛分的碳酸钙
Copoly-1：通过聚合90wt％的Na-AMPS和10wt％的丙烯酰胺的混合物而制备的共聚物，其中所有重量百分数以单体的总重量计
关于其它术语，参见表1A。
表2B
| 性能 | 样品6 | 样品7 | 样品8 |
| 600 | 21 | 187 | 82 |
| 300 | 21 | 121 | 45 |
| PV | 21 | 66 | 37 |
| YP | 00 | 55 | 8 |
| Gels | 1/1 | 3/3 | 1/2 |
| FL | 4.9 | 27.2 | 23.8 |
关于术语，参见表1B。
实施例3
[0023]这一实施例示出了在含有高浓度甲酸钾的水基流体中，由80wt％的Na-AMPS、10wt％的NVP和10wt％的丙烯酰胺制备的三元共聚物(Terpoly-3)当与硅镁土粘土结合使用时，提供在高温下改进流体损失的控制。在这一实施例中遵照的工序首先包括使用Multimixer，在3个独立的品脱罐中一起混合三种流体样品(样品9-11)。样品9含有Terpoly-3和硅镁土粘土，样品10含有Terpoly-3但没有硅镁土粘土，而样品11含有硅镁土粘土但没有Terpoly-3。在下表3A中提供了每一样品中各材料的相对量和说明。按照它们混合时的顺序列举各材料。在添加每一材料之后，混合样品持续表3A所示的时间段。
[0024]在如上所述地混合之后，最初在95下测试每一样品的PV、YP和Gels。接下来将流体样品转移到热老化隔室内，并在250的烘箱内滚动该隔室约4小时。然后在400的烘箱内老化该隔室约16小时。在使隔室冷却到约95之后，在Multimixer中搅拌流体样品另外5分钟，并根据RP13B-1，测试它们的PV、YP、Gels、FL以及高温/高压下的流体损失(HPHTFL)。下表3B示出了在老化之后进行的试验结果。在400下老化之后，对于含有硅镁土粘土和此处所述的三元共聚物的样品9来说，FL和HPHTFL分别为1.1ml和12.0ml。含有此处所述的三元共聚物但没有硅镁土粘土的样品10显示出9.0ml的FL，以及含有硅镁土粘土但没有合成聚合物的样品11显示出131ml的FL和超过250ml的HPHTFL。
表3A
| 材料 | 混合时间，分钟 | 样品9 | 样品10 | 样品11 |
| Wellform 13.2，g | - | 265 | 265 | 265 |
| 自来水，ml | 1 | 80 | 80 | 80 |
| 硅镁土，g | 10 | 6 | 0 | 6 |
| Gem GP二元醇，ml | 1 | 8 | 8 | 8 |
| Flowzan，g | 10 | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
| Terpoly-3，g | 5 | 6.4 | 6.4 | 0.0 |
| 氧化镁，g | 5 | 0.4 | 0.4 | 0.4 |
| 膨润土，g | 1 | 4 | 4 | 4 |
| Rev粉尘，g | 10 | 8 | 8 | 8 |
| Ultracarb 12，g | 10 | 20 | 20 | 20 |
Terpoly-3：通过聚合80wt％的Na-AMPS、10wt％的NVP和10wt％的丙烯酰胺的混合物而制备的三元共聚物，其中所有重量百分数以单体的总重量计
关于其它术语，参见表1A。
表3B
| 性能 | 样品9 | 样品10 | 样品11 |
| 600 | 123 | 119 | 20 |
| 300 | 75 | 72 | 11 |
| PV | 48 | 47 | 9 |
| YP | 27 | 25 | 2 |
| Gels | 2/3 | 2/2 | 4/6 |
| FL | 1.1 | 9.0 | 131 |
| HPHTFL | 12.0 | 没有测试 | ＞250 |
HPHTFL：在300和500psi下每30分钟的流体损失(ml)
关于其它术语，参见表1B。
实施例4
[0025]这一实施例示出了在含有高浓度甲酸钾的水基流体中，由80wt％的Na-AMPS、10wt％的NVP和10wt％的丙烯酰胺制备的三元共聚物(Terpoly-3)比二元共聚物和四元共聚物提供更好的流体损失控制。在这一实施例中遵照的工序首先包括使用Multimixer，在3个独立的品脱罐中一起混合三种流体样品(样品12-14)。样品12含有Terpoly-3，而样品13和14含有常规的流体损失控制剂(分别是Tetrapoly-1和Copoly-2)，因此充当对照样品。在下表4A中提供了每一样品中各材料的相对量和说明。按照它们混合时的顺序列举各材料。在添加每一材料之后，混合样品持续表4A所示的时间段。
[0026]在如上所述地混合之后，最初在95下测试每一样品的PV、YP和Gels。接下来将流体样品转移到热老化隔室内，并在250的烘箱内滚动该隔室约4小时。然后在400的烘箱内老化该隔室约16小时。在使隔室冷却到约95之后，在Multimixer中搅拌流体样品另外5分钟，并根据RP13B-1，测试它们的PV、YP、Gels、FL以及HPHTFL。下表4B示出了在老化之后进行的试验结果。在400下老化之后，含有此处所述的新三元共聚物的样品12得到最低的HPHTFL，即11.8ml，和1.1ml的低FL。含有Tetrapoly-1的样品13显示出与样品12相同的FL，但更高的HPHTFL，为15.6。此外，含有Copoly-2的样品14显示出比样品12和13高得多的FL。
表4A
| 材料 | 混合时间，分钟 | 样品12 | 样品13 | 样品14 |
| Wellform 13.2，g | - | 283 | 283 | 283 |
| 自来水，ml | 1 | 80 | 80 | 80 |
| 硅镁土，g | 10 | 6 | 6 | 6 |
| Gem GP二元醇，ml | 1 | 8 | 8 | 8 |
| Flowzan，g | 10 | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
| 聚合物，6.4g | 5 | Terpoly-3 | Tetrapoly-1 | Copoly-2 |
| 氧化镁，g | 5 | 0.4 | 0.4 | 0.4 |
| 膨润土，g | 1 | 4 | 4 | 4 |
| Rev粉尘，g | 20 | 8 | 8 | 8 |
Tetrapoly-1：如美国专利No.5380705所述，通过聚合70wt％的Na-AMPS、15wt％的NVP、10wt％的丙烯酰胺和5wt％的丙烯酸钠的混合物而制备的四元共聚物，其中所有重量百分数以单体的总重量计
Copoly-2：通过聚合90wt％的Na-AMPS和10wt％的NVP的混合物而制备的共聚物，其中所有重量百分数以单体的总重量计
关于其它术语，参见表1A和3A。
表4B
| 性能 | 样品12 | 样品13 | 样品14 |
| 600 | 91 | 81 | 37 |
| 300 | 54 | 46 | 24 |
| PV | 37 | 35 | 13 |
| YP | 17 | 11 | 11 |
| Gels | 3/4 | 1/2 | 5/11 |
| FL | 1.1 | 1.1 | ＞100 |
| HPHTFL | 11.8 | 15.6 | 没有测试 |
关于其它术语，参见表1B和3B。
实施例5
[0027]这一实施例示出了在含有高浓度氯化钾盐的水基流体中，由Na-AMPS、NVP和丙烯酰胺制备的三元共聚物在高温下提供改进的流体损失控制。在这一实施例中遵照的工序首先包括使用Multimixer，在4个独立的夸脱(quart)罐中一起混合四种流体样品(样品15-18)。样品15和16分别含有Terpoly-1和Terpoly-4，而对照样品17不含合成聚合物，和对照样品18含有常规的流体损失控制剂(Copoly-2)。在下表5A中提供了每一样品中各材料的相对量和说明。按照它们混合时的顺序列举各材料。在添加每一材料之后，混合样品持续表5A所示的时间段。
[0028]在如上所述地混合之后，最初在95下测试每一样品的PV、YP和Gels。接下来将流体样品转移到热老化隔室内，并在300的烘箱内老化该隔室约16小时。在使隔室冷却到约100之后，在Multimixer中搅拌流体样品另外10分钟，并根据RP13B-1，测试它们的PV、YP、Gels、FL以及HPHTFL。下表5B示出了在老化之后进行的试验结果。与不含合成聚合物的样品17和含有Copoly-2的样品18相比，含有此处所述的新三元共聚物的样品15和16得到改进的HPHTFL值，即分别为22.0ml和27.6ml。
表5A
| 材料 | 混合时间，分钟 | 样品15 | 样品16 | 样品17 | 样品18 |
| 自来水，ml | 225 | 225 | 225 | 225 | |
| 膨润土，g | 20 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 以溶液的体积计，含有50％NaOH的水溶液，ml | 5 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
| KCl，g | 5 | 28 | 28 | 28 | 28 |
| Na-褐煤，g | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 聚合物，5g | 10 | Terpoly-1 | Terpoly-4 | 无 | Copoly-2 |
| 重晶石，g | 20 | 420 | 420 | 420 | 420 |
| 50％w/v NaOH，ml | 10 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Rev粉尘，g | 20 | 15 | 15 | 15 | 15 |
Terpoly-4：通过聚合93wt％的Na-AMPS、5.3wt％的NVP和1.7wt％的丙烯酰胺的混合物而制备的三元共聚物，其中所有重量百分数以单体的总重量计
重晶石：增重剂
关于其它术语，参见表1A和4A。
表5B
| 性能 | 样品15 | 样品16 | 样品17 | 样品18 |
| 600 | 161 | 154 | 26 | 188 |
| 300 | 91 | 86 | 13 | 116 |
| PV | 70 | 68 | 13 | 72 |
| YP | 21 | 18 | 0 | 44 |
| Gels | 3/5 | 3/4 | 3/8 | 7/13 |
| FL | 3.5 | 3.4 | 118 | 3.0 |
| HPHTFL | 22.0 | 27.6 | ＞500 | ＞125 |
关于其它术语，参见表1B和3B。
实施例6
[0029]该实施例还示出了在含有高浓度氯化钾盐的水基流体中，由Na-AMPS、NVP和丙烯酰胺制备的三元共聚物在高温下提供改进的流体损失控制。在这一实施例中遵照的工序首先包括使用Multimixer，在6个独立的夸脱罐中一起混合六种流体样品(样品19-24)。样品19、20和21分别含有Terpoly-1、Terpoly-3和Terpoly-5，而对照样品22不含合成聚合物，以及对照样品23和24含有常规的流体损失控制剂(获自Baroid Drilling Fluids，Inc.的Tetrapoly-1和THERMACHECK聚合物)。在下表6A中提供了每一样品中各材料的相对量和说明。按照它们混合时的顺序列举各材料。在添加每一材料之后，混合样品持续表6A所示的时间段。
[0030]在如上所述地混合之后，最初在95下测试每一样品的PV、YP和Gels。接下来将流体样品转移到热老化隔室内，并在350的烘箱内老化该隔室约16小时。在使隔室冷却到约100之后，在Multimixer中搅拌流体样品另外10分钟，并根据RP13B-1，测试它们的PV、YP、Gels以及HPHTFL。下表6B示出了在老化之后进行的试验结果。含有此处所述的新三元共聚物的样品19、20和21得到最低的HPHTFL值，即分别为15.8ml、15.8ml和16.0ml。含有Tetrapoly-1的样品23具有略微较高的HPHTFL，为18，和含有THERMACHECK聚合物的样品24具有明显更高的HPHTFL，为25.6。不含合成聚合物的样品22的HPHTFL比其它样品大得多，即大于500ml。
表6A
| 材料 | 混合时间，分钟 | 样品19 | 样品20 | 样品21 | 样品22 | 样品23 | 样品24 |
| 自来水，ml | 225 | 225 | 225 | 225 | 225 | 225 | |
| 膨润土，g | 20 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 5 |
| 50％w/vNaOH，ml | 5 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
| KCl，g | 5 | 35 | 35 | 35 | 35 | 35 | 35 |
| Na-褐煤，g | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 聚合物 | 10 | Terpoly-1(6g) | Terpoly-3(6g) | Terpoly-5(6g) | 无 | Tetrapoly-1(6g) | Thermacheck(7.5g) |
| 重晶石，g | 10 | 420 | 420 | 420 | 420 | 420 | 420 |
| 50％w/vNaOH，ml | 10 | 1.25 | 1.25 | 1.25 | 1.25 | 1.25 | 1.25 |
| Rev粉尘，g | 20 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
膨润土：Na-蒙脱石用作增粘剂(viscosifier)
Terpoly-5：通过聚合85wt％的Na-AMPS、10wt％的NVP和5wt％的丙烯酰胺的混合物而制备的三元共聚物，其中所有重量百分数以单体的总重量计
Thermacheck：获自Baroid Drilling Fluids的用于HPHTFL对照的合成聚合物
关于其它术语，参见表1A、4A和5A。
表6B
| 性能 | 样品19 | 样品20 | 样品21 | 样品22 | 样品23 | 样品24 |
| 600 | 175 | 242 | 238 | 28 | 163 | 108 |
| 300 | 99 | 143 | 139 | 14 | 93 | 57 |
| PV | 76 | 99 | 99 | 14 | 70 | 51 |
| YP | 23 | 44 | 40 | 00 | 2/3 | 6 |
| Gels | 3.5/5 | 4/6 | 4/6 | 3/9 | 3/4 | 1/2 |
| HPHTFL | 15.8 | 15.8 | 16.0 | ＞500 | 18.0 | 25.6 |
关于其它术语，参见表1B和3B。
[0031]尽管描述了本发明的优选实施方案，但本领域的普通技术人员在没有脱离本发明的精神与教导的情况下可作出本发明的改性。此处所述的实施方案仅仅是例举，且不打算限制本发明。此处所披露的发明的许多改变和改性是可能的且落在本发明的范围内。对于权利要求的任何元素来说，使用术语“任选地”意指要求或者不要求主题元素。这两种替代方案被意指落在本发明的范围内。
[0032]因此，本发明的保护范围不受以上列出的说明的限制，而仅仅受到以下的权利要求限制，所述权利要求的范围包括该权利要求的主题的所有等价物。每一个权利要求作为本发明的实施方案掺入到说明书中。因此，权利要求是进一步的说明且是本发明的优选实施方案的附加。在相关领域的说明中对参考文献的讨论不被认为它是本发明的现有技术，特别是公开日可能在本申请的优先权日之后的任何参考文献。此处引证的所有专利、专利申请和出版物的公开内容在此通过参考引入，其程度使得它们提供与此处列出的那些内容互补的例举性、程序性或其它的细节。
Claims (31)
1.减少流体从钻井使用流体中损失的方法，该方法包括：结合三元共聚物与钻井使用流体，以减少从该流体中损失的流体，该三元共聚物由下述单体形成：
(a)以单体的总重量计，约75％-约95％的第一单体，其中第一单体通常用下式表示：
其中R1选自氢和甲基，其中R2选自磺基、磺基苯基、磺基烷基、磺基烷基酰胺基及其碱式盐，其中R2中的亚烷基和烷基包括1-4个碳原子，和其中碱式盐是选自钠、钾和铵中的阳离子的盐；
(b)以单体的总重量计，约3％-约15％的第二单体，其中第二单体通常用下式表示：
其中R3选自氢、甲基和乙基，其中R4选自N-烷基取代的酰胺、N，N-二烷基取代的酰胺、羧基亚烷基胺、羧基亚烷基甲胺、羧基亚烷基二甲胺、吡咯烷酮基、甲酰胺和乙酰胺基，其中N-烷基取代的酰胺中的烷基选自甲基、乙基和丙基，其中N，N-二烷基取代的酰胺中的烷基选自甲基和乙基，和其中R4中的亚烷基包括1-5个碳原子；和
(c)以单体的总重量计，约3％-约15％的第三单体，其中第三单体通常用下式表示：
其中R5选自氢和甲基，和其中R6选自酰胺、腈、乙酰基和吡啶基。
2.权利要求1的方法，其中第一单体包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或其碱式盐，第二单体包括N-乙烯基-2-吡咯烷酮，和第三单体包括丙烯酰胺。
3.权利要求1的方法，进一步包括将含该三元共聚物的钻井使用流体置入与地下地层接触的钻井内。
4.权利要求2的方法，其中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的碱式盐包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠。
5.权利要求1的方法，其中钻井使用流体包括钻井液、修井液、压裂液、吹扫液或其结合。
6.权利要求1的方法，其中基于钻井使用流体的总重量，存在于钻井使用流体内的三元共聚物的含量范围为约0.05wt％-约3.0wt％。
7.权利要求1的方法，其中基于钻井使用流体的总重量，存在于钻井使用流体内的三元共聚物的含量范围为约0.1wt％-2.5wt％。
8.权利要求1的方法，其中基于钻井使用流体的总重量，存在于钻井使用流体内的三元共聚物的含量范围为约0.15wt％-2.0w t％。
9.权利要求1的方法，其中钻井使用流体包括水。
10.权利要求1的方法，其中钻井使用流体包括含水的盐溶液。
11.权利要求10的方法，其中含水盐溶液包括氯化钠、氯化钾、硝酸钾、海盐、甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯或其结合。
12.权利要求1的方法，其中钻井使用流体包括粘土。
13.权利要求12的方法，其中粘土包括蒙脱石粘土、硅镁土粘土、海泡石粘土或其结合。
14.权利要求13的方法，其中蒙脱石粘土包括膨润土。
15.权利要求3的方法，其中钻井的温度范围为约50-约450。
16.权利要求3的方法，其中钻井的压力范围小于或等于约30,000psi。
17.权利要求1的方法，其中当钻井使用流体中2.0wt％重量的三元共聚物与含有约35wt％淡水和约65wt％甲酸钾盐水的流体结合时，流体损失减少约50％-约99％，和其中该三元共聚物包括约91wt％的Na-AMPS单体、5.5wt％的NVP单体和3.5wt％的丙烯酰胺单体。
18.一种钻井使用流体，其包括：
(a)水基流体；和
(b)用于减少流体从钻井使用流体中损失的三元共聚物，该三元共聚物由下述单体形成：
(i)约75wt％-约95wt％的第一单体，其中第一单体通常用下式表示：
其中R1选自氢和甲基，其中R2选自磺基、磺基苯基、磺基烷基、磺基烷基酰胺基及其碱式盐，其中R2中的亚烷基和烷基包括1-4个碳原子，和其中碱式盐是选自钠、钾和铵中的阳离子的盐；
(ii)约3wt％-约15wt％的第二单体，其中第二单体通常用下式表示：
其中R3选自氢、甲基和乙基，其中R4选自N-烷基取代的酰胺、N，N-二烷基取代的酰胺、羧基亚烷基胺、羧基亚烷基甲胺、羧基亚烷基二甲胺、吡咯烷酮基、甲酰胺和乙酰胺基，其中N-烷基取代的酰胺中的烷基选自甲基、乙基和丙基，其中N，N-二烷基取代的酰胺中的烷基选自甲基和乙基，和其中R4中的亚烷基包括1-5个碳原子；和
(iii)约3wt％-约15wt％的第三单体，其中第三单体通常用下式表示：
其中R5选自氢和甲基，和其中R6选自酰胺、腈、乙酰基和吡啶基。
19.权利要求18的钻井使用流体，其中第一单体包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或其碱式盐，第二单体包括N-乙烯基-2-吡咯烷酮，和第三单体包括丙烯酰胺。
20.权利要求19的钻井使用流体，其中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的碱式盐包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠。
21.权利要求18的钻井使用流体，其中水基流体包括钻井液、修井液、压裂液、吹扫液或其结合。
22.权利要求18的钻井使用流体，其中基于钻井使用流体的总重量，存在于钻井使用流体内的三元共聚物的含量范围为0.05wt％-约3.0wt％。
23.权利要求18的钻井使用流体，其中基于钻井使用流体的总重量，存在于钻井使用流体内的三元共聚物的含量范围为约0.1wt％-2.5wt％。
24.权利要求18的钻井使用流体，其中基于钻井使用流体的总重量，存在于钻井使用流体内的三元共聚物的含量范围为约0.15wt％-2.0wt％。
25.权利要求18的钻井使用流体，其中水基流体包括水。
26.权利要求18的钻井使用流体，其中水基流体包括含水的盐溶液。
27.权利要求26的钻井使用流体，其中含水盐溶液包括氯化钠、氯化钾、硝酸钾、海盐、甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯或其结合。
28.权利要求18的钻井使用流体，进一步包括粘土。
29.权利要求28的钻井使用流体，其中粘土包括蒙脱石粘土、硅镁土粘土、海泡石粘土或其结合。
30.权利要求29的钻井使用流体，其中蒙脱石粘土包括膨润土。
31.权利要求18的钻井使用流体，其中三元共聚物包括91wt％的Na-AMPS单体，5.5wt％的NVP单体，和3.5wt％的丙烯酰胺，其中三元共聚物的用量为钻井使用流体重量的约2.0wt％，其中水基流体包括约35wt％的淡水和约65wt％甲酸钾盐水，和其中该三元共聚物能减少流体损失约50％-约99％。
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