CMC在钻孔液体中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种含有羧甲基纤维素（ＣＭＣ）的水基钻孔液体组合物，其中ＣＭＣ的特征在于在高剪切溶解于０．３重量％的氯化钠水溶液中后在２５℃下形成凝胶，对于聚合度（ＤＰ）＞４０００的ＣＭＣ而言，ＣＭＣ在氯化钠水溶液中的最终含量为１重量％，对于ＤＰ＞３０００－４０００的ＣＭＣ而言，最终含量为１．５重量％，对于ＤＰ为１５００－３０００的ＣＭＣ而言，最终含量为２重量％，对于ＤＰ＜１５００的ＣＭＣ而言，最终含量为４重量％，当在以０．２的应变操作的振动流变仪上测量时，该凝胶是在０．０１－１０Ｈｚ的整个频率范围内贮能模量（Ｇ′）高于损耗模量（Ｇ″）的流体。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及含有羧甲基纤维素(CMC)的水基钻孔液体组合物。该钻孔液体组合物用于钻井操作中。钻井操作成功与否取决于许多因素，这些因素中最重要的是钻孔液体组合物(又名钻探泥浆)。钻孔液体组合物执行多种功能，这些功能影响钻井速度以及操作的成本、效率和安全性。更具体而言，钻孔液体组合物防止地层流体进入井眼，密封暴露的渗透层以防止钻孔液体漏进地层，保持暴露组分的稳定性，冷却和润滑钻头和钻杆，抑制压力并稳定地层，例如页岩抑制。此外，钻孔液体应当具有将钻屑运送到地面的流变学性能。钻孔液体组合物满足这些要求的程度显著影响钻井的操作成本和生产力。在操作过程中，沿着中空钻杆向下泵送钻孔液体组合物，通过位于钻井底部的钻头中的喷嘴，然后通过由钻孔或套管与钻杆形成的环隙返回到地面。一旦钻孔液体到达地面，将其通过一系列振动筛、沉淀槽、旋液分离器和离心机，以除去带到地面的地层钻屑。然后用添加剂处理钻孔液体以得到需要的一组性能，将其泵送回油井中，并重复该循环。钻孔液体组合物通常由液体，例如水、石油润滑油、合成油以及其它有机液体；溶解的无机或有机添加剂；以及悬浮的各种类型的细碎固体组成。根据连续相的性质对钻孔液体分类，由此存在四种主要分类气相(包括泡沫)、水基、油基或合成类。政府和环境机构对钻孔液体的环境影响日益关注，导致工业对水基泥浆的依赖性显著增加。实际上，目前使用的所有钻孔液体组合物中大约85％为水基体系。其类型取决于水相的组成(pH、离子含量等)、增粘剂(粘土、聚合物或其组合)、过滤控制剂(粘土、聚合物或其组合)、以及其它流变控制剂(抗絮凝剂或分散剂(qv))。通常存在6种主要类别或类型的水基钻孔液体组合物淡水淡水钻孔液体的范围包括没有添加剂的清水至含有粘土、重晶石和各种有机添加剂的高密度钻探泥浆。钻探泥浆的组成由待钻地层的类型决定。当要求粘稠流体时，加入粘土和/或水溶性聚合物(qv)。由于许多钻探泥浆添加剂在低离子强度体系中最有效，因此淡水对于配制稳定的钻孔液体组合物是理想的。无机和/或有机添加剂控制粘土的流变性能，特别是在升高的温下。水溶胀性聚合物和水溶性聚合物和/或粘土可用于过滤控制。钻探泥浆的pH通常为碱性，并且实际上粘度控制剂例如蒙脱土粘土在pH＞9的情况下更加有效。氢氧化钠是目前最广泛使用的碱性控制剂。淡水钻探泥浆可用不溶性添加剂增重，以达到控制地层压力所需的密度。海水由于容易得到，许多海上油井使用海水体系钻井。海水钻探泥浆通常以与淡水钻探泥浆相同的方式进行配制和维持。然而由于海水中存在溶解的盐，因此需要更多的电解质稳定添加剂以达到所需的流动和过滤(qv)性能。盐水在陆地及海上的许多钻井区域，需要穿透盐层或盐丘。饱和盐钻探泥浆用于减小由于地层盐与不饱和液体接触而溶解所产生的井眼扩大。在美国，盐层主要由氯化钠组成。在其它区域例如北欧，盐层可能由混盐组成，主要是氯化镁和氯化钾。在墨西哥湾深水区域(大于500米水深)的钻井中，使用高浓度(20-23重量％氯化钠)的盐钻探泥浆已经很常见。原因有两个稳定水敏性页岩和抑制天然气水化物的形成。高盐度的盐水钻探泥浆可能需要不同于淡水或海水钻探泥浆中使用的粘土和有机添加剂。盐水粘土和有机聚合物有助于粘度。使用淀粉(qv)或纤维素聚合物调节过滤性能。pH范围包括从该配制盐水的略呈酸性的pH至通过使用氢氧化钠或石灰得到的9-11。钙处理淡水或海水钻探泥浆可用石膏或石灰处理，以减轻由钻探水敏性页岩地层或含粘土地层引起的钻探问题。石膏钻探泥浆(加入石膏)通常保持在pH为9-10，然而石灰钻探泥浆(加入石灰)在12-13的pH范围。与没有使用石膏或石灰的那些钻探泥浆相比，钙处理的钻探泥浆通常需要更多的添加剂以控制流动和过滤性能。钾处理钾处理的体系通常结合一种或多种聚合物和钾离子源(主要是氯化钾)，以防止与钻探特定水敏性页岩相关的问题。流动和过滤性能可能与其它水基钻孔液体很不相同。钾钻探泥浆已经应用于世界上最活跃的钻井区域。由于在排放许可要求的生物检验测试中的高浓度钾具有明显毒性，因此美国的环境法规已经限制在海上钻井中使用钾钻探泥浆。低固含量淡水、粘土和用于粘度增强和过滤控制的聚合物构成低固含量的钻探泥浆，即所谓的非分散的聚合物钻探泥浆。使用最少量的粘土维持低固含量钻探泥浆，并要求除去所有(除了最适量)的钻井固体。低固含量钻探泥浆可以增重至高密度，但主要以未增重状态使用。这些体系的主要优点是由于较低的胶体固体含量而可实现高钻探速率。在这些体系中使用聚合物以提供所需的流变性能，特别是黄原胶已经证明是有效的固体悬浮剂。这些低固含量钻探泥浆通常用于硬质地层，在该地层增加穿透速率可显著降低钻井成本并且使固体聚积的趋势最小。在上述钻井组合物中，羧甲基纤维素钠(CMC)和多阴离子纤维素(PAC)(取代度(DS)通常大于1.0的CMC)是用于控制粘度和过滤速度的较广泛使用的阴离子聚合物中的两种。较高DS的CMC(例如PAC)在具有绿土类粘土如膨润土的含电解质体系中能够良好地减少流体损失。然而，本身为聚合电解质的CMC作为增粘剂的效果具有其局限性，因为其效果随着电解质浓度的增加而降低。因此，常规CMC主要适用于贫电解质的钻孔液体组合物中，例如淡水基钻孔液体组合物。虽然高DP的CMC和PAC用作增粘剂，但其常规品级不具有良好的将钻屑有效带到地面所需要的悬浮运送性能(高的低剪切粘度)。或者，使用黄原胶作为增粘剂和悬浮剂。黄原胶具有非常合适的流变性能。当钻探循环慢或中断时，其在短时间内形成凝胶。这能够将分散的固体固定在钻孔液体组合物中。在重新开始循环后，凝胶容易地转变成流动流体，由此维持钻孔液体组合物中所含固体的良好分散。然而黄原胶较贵。并且其仅在低于约120℃的温度下稳定，这使其更不适于在高于120℃的温度下钻井。并且许多黄原胶品级含有很细小的不溶性材料，通常是来自发酵生产工艺的残余物。这些不溶性材料对于钻井操作是不希望的，因为它们例如引起更加困难的钻孔清洁。只有更加昂贵的黄原胶品级不具有这些不溶性材料。本专利技术的目的是提供一种含有羧甲基纤维素的水基钻孔液体组合物，该组合物与传统的CMC相比具有改进的假塑性粘性和胶凝性能。该目的通过提供一种含有羧甲基纤维素(CMC)的水基钻孔液体组合物而实现，其中CMC的特征在于在高剪切溶解于0.3重量％的氯化钠水溶液中后在25℃下形成凝胶，对于聚合度(DP)＞4000的CMC而言，CMC在氯化钠水溶液中的最终含量为1重量％，对于DP＞3000-4000的CMC而言，最终含量为1.5重量％，对于DP为1500-3000的CMC而言，最终含量为2重量％，对于DP＜1500的CMC而言，最终含量为4重量％，当在以0.2的应变操作的振动流变仪上测量时，该凝胶是在0.01-10Hz的整个频率范围内贮能模量(G′)高于损耗模量(G″)的流体。本专利技术的钻孔液体组合物具有良好的胶凝性能，在钻孔液体组合物的循环慢或中断后，该组合物在第一个10秒内形成凝胶。凝胶强度足够高以固定钻孔液体组合物中所含的固体，并由此维持固体的分散。当循环重新开始时，凝胶容易地转变成使钻孔液体流动的流体。本专利技术CMC的流变学曲线显示出假塑性(剪切稀化)性能，这使得该CMC成为调节钻孔液体流变学特征和悬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有水和羧甲基纤维素（ＣＭＣ）的水基钻孔液体组合物，其中ＣＭＣ的特征在于在高剪切溶解于０．３重量％的氯化钠水溶液中后在２５℃下形成凝胶，对于聚合度（ＤＰ）＞４０００的ＣＭＣ而言，ＣＭＣ在氯化钠水溶液中的最终含量为１重量％，对于ＤＰ为３０００－４０００的ＣＭＣ而言，最终含量为１．５重量％，对于ＤＰ为１５００－＜３０００的ＣＭＣ而言，最终含量为２重量％，对于ＤＰ＜１５００的ＣＭＣ而言，最终含量为４重量％，当在以０．２的应变操作的振动流变仪上测量时，该凝胶是在０．０１－１０Ｈｚ的整个频率范围内贮能模量（Ｇ′）高于损耗模量（Ｇ″）的流体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PM范德霍斯特，
申请(专利权)人：阿克佐诺贝尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]