降低钻柱扭矩的添加剂制造技术

一种降低用于钻探地下井的钻柱扭矩的方法，其包括向钻井流体中注入包含基础流体和聚合物包被的胶体固体材料的组合物。聚合物包被的胶体固体材料包含：重均粒径（ｄ↓［５０］）小于１０微米的固体颗粒、以及在用于制备胶体颗粒的粉碎（即，磨碎）过程中包被到固体颗粒表面上的聚合物分散剂。聚合物分散剂可以是分子量为至少２０００道尔顿的水溶性聚合物。所述固体颗粒材料可以选自比重为至少２．６８的材料，优选固体颗粒材料可以选自硫酸钡（重晶石）、碳酸钙、白云石、钛铁矿、赤铁矿、橄榄石、陨铁、硫酸锶、以及这些材料与对本领域技术人员来说显而易见的其它类似固体的组合和混合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利说明降低钻柱扭矩的添加剂
技术介绍
在钻探油井和气井时，通过钻柱向井下泵入具有多种性质(包括润滑性)的流体制剂并通过钻头中的喷嘴喷出，这样钻井流体通过旋转的钻柱与岩层之间的环隙向上流通。这些钻井流体或“泥浆”的功能在于冷却和润滑钻头和钻柱、将钻井过程中的切屑运送到表面、控制和减少流失到岩层中的流体、以及支持和保护钻洞直到金属外壳在适当位置粘牢(即，创造稳定的洞)。 泥浆润滑性(为实现最小化的扭矩和曳力)和泥浆毒性(对于环境敏感区的井如海上钻探)是选择钻井流体配方时的主要关注点。大部分钻井流体可以归类到两种主要的类别水基或油基。目前所使用的钻井流体多数是水基的，即，它们含有水作为连续外相。尽管包含所谓的合成基流体的油基钻井流体具有性能优势，但是其缺点在于较高的成本和在世界上的特定区域中难以实现环保。 钻井流体的润滑性是钻井经济中的重要因素，其通过测定钻井流体对移动部件如钻柱和与该移动部件接触的表面之间的摩擦系数的影响来测量。摩擦系数越低，润滑性越大。钻井流体的润滑性决定了该流体在钻井操作中降低扭矩和曳力的能力。 现有技术中满是关于各种用于降低钻柱扭矩的润滑剂的报道。例如，各种类型的烃类、合成油、酯类、脂肪酸、天然油、肥皂、以及其它已经加入钻井流体以帮助降低扭矩的化合物。有机的油基润滑剂通常被加入到水基钻井流体中以降低摩擦系数。钻井过程中降低摩擦系数在钻井孔不垂直的钻井操作中特别重要。乳化剂或表面活性剂通常被加入到钻井流体中以保持这些不溶于水的油基润滑剂组分作为液滴悬浮在水基流体中，并防止它们分离和合并。这些润滑剂可能增大流体的毒性和刺激水平。 除了流体润滑剂之外，微米尺度的固体颗粒或珠也可以被加入到水基钻井流体中以提高其润滑性。这种类型的润滑剂系统的一些代表性例子是(1)耐磨损和破裂的热稳定且化学惰性的陶瓷球；(2)塑料珠，例如，由二乙烯基苯和苯乙烯的共聚物制成的那些塑料珠；(3)用塑料包被以促进这些珠组合物的移动和循环的珠形磁性颗粒；(4)耐化学的钠钙硅玻璃珠；(5)弹性石墨碳颗粒；(6)含有吸附的油基流体润滑剂的纤维素、泥炭或甘蔗渣；(7)石墨、硅酸盐和硅树脂材料的混合物。上述固体润滑剂的普遍难点在于使用水基钻井流体时的环境问题和钻井流体对固体材料的负载。此外，应当意识到，加入不会对流体的增重有贡献的固体材料可能会导致重量不足的流体上升的问题，这种问题与溢出或壁倒塌有关。固体润滑剂遇到的进一步的问题是所使用的阀和其它流动以及压力控制设备中存在的小直径孔可能不允许使用固体颗粒润滑剂，因为这些材料阻碍和堵塞了狭窄的限制。更严重的问题在于，固体可能难以从壁孔中去除，由此导致损坏的形成。尽管在该领域中持续地努力，但仍然保持和存在对下述流体的未满足的需要该流体降低钻柱扭矩且不显示固体沉淀、高粘度、毒性和流体总重量降低的问题。
技术实现思路
本专利技术总的说来涉及用于降低钻柱扭矩的流体、以及这种流体的制造方法和使用方法。本专利技术的流体包括一种聚合物包被的胶体固体材料，其已经在制备该聚合物包被的胶体固体材料的粉碎(即，磨碎)过程中用加入的聚合物包被。 本专利技术的一个说明性实施方式包括在旋转的钻柱组件中降低扭矩的方法。在这种说明性方法中，该方法包括向钻井流体中注入包含基础流体和聚合物包被的胶体固体材料的组合物。聚合物包被的胶体固体材料包括用吸附在该固体颗粒表面的聚合物分散剂包被的固体颗粒。聚合物分散剂在用于制备聚合物包被的胶体固体材料的粉碎(即，磨碎)过程中被吸附到固体颗粒表面上。在上述说明性实施方式中使用的基础流体可以是水性流体或油性流体，优选选自水、盐水、柴油、矿物油、白油、正链烷烃、合成油、饱和及不饱和的聚(α-烯烃)、脂肪酸羧酸酯、以及这些物质与对本领域技术人员来说应当显而易见的类似流体的组合和混合物。合适和说明性的胶体固体这样选择使得固体颗粒由比重至少为2.68的材料组成，优选选自硫酸钡(重晶石)、碳酸钙、白云石、钛铁矿、赤铁矿、橄榄石、陨铁、硫酸锶、这些物质与其它应当被本领域技术人员所公知的合适物质的组合和混合物。在一个优选的说明性实施方式中，聚合物包被的胶体固体材料的重均粒径(d50)小于10微米。另一个优选的说明性实施方式是，至少50％的固体颗粒的直径小于2微米，更优选至少80％的固体颗粒的直径小于5微米。或者，多于25％的固体颗粒的直径小于2微米，更优选多于50％的固体颗粒的直径小于2微米。在一个优选的说明性实施方式中，所使用的聚合物分散剂是分子量至少为2,000道尔顿的聚合物。在另一个更优选的说明性实施方式中，聚合物分散剂是选自下列的单体的均聚物或共聚物丙烯酸、衣康酸、马来酸或酸酐、丙烯酸羟丙酯乙烯基磺酸、丙烯酰胺基2-丙烷磺酸、丙烯酰胺、苯乙烯磺酸、丙烯酸磷酸酯、甲基乙烯基醚和醋酸乙烯酯，其中酸单体也可以中和成盐。 本专利技术还涉及一种润滑组合物，其包括基础流体和聚合物包被的胶体固体材料。该聚合物包被的胶体固体材料配制为包含用吸附在该胶体固体颗粒表面上的聚合物分散剂包被的固体颗粒。 本专利技术的这些和其他特征在下面对本专利技术的优选或说明性实施方式的说明中更完全地列出。 附图说明 参考附图进行说明，该附图是对本专利技术的胶体重晶石的粒径分布与API重晶石进行比较的图解表示。 具体实施例方式 本专利技术的一个新型和新颖的方面在于胶体颗粒在钻井流体中扮演的双重角色。也就是说，聚合物包被的胶体颗粒可以同时起到增重剂和润滑剂的作用。所述材料的这种二元性对于钻井工业来说是新颖的，因为在以前，增重剂和润滑剂的功能是截然不同的。 本领域技术人员应当意识到，以上所关注的固体润滑剂的密度通常低于传统使用的增重剂。例如，矿物源石墨的比重为大约2.09到2.25。与之相反，传统增重剂如重晶石的比重为大约4.50，赤铁矿的比重为大约5.3。根据本专利技术的一个优选实施方式，本专利技术的润滑/增重剂由下述颗粒形成该颗粒由比重为至少2.68的材料组成。这样，颗粒可以起到润滑剂和增重剂的组合的作用。本专利技术的一个方面所包含的形成胶体固体颗粒的比重大于2.68的材料包括一种或多种选自但不限于下列的材料硫酸钡(重晶石)、碳酸钙、白云石、钛铁矿、赤铁矿或其他铁矿石、橄榄石、陨铁、硫酸锶。通常，在任何特殊密度下钻井孔流体的最低粘度是使用最高密度的胶体颗粒获得的。然而，其他需要考虑的问题可能会影响产品的选择，例如成本、当地可用性以及磨碎所需的能量。 本领域技术人员还应当意识到，传统增重剂如粉碎的硫酸钡(“重晶石”)在降低钻柱扭矩方面表现出最小的效果。从物理角度说，传统增重剂利用了其高密度，且显示了10到30微米的平均粒径(d50)。本领域人员应当公知的是，传统增重剂特别是重晶石的性质取决于美国石油学会(API)所确立的严格的质量控制参数。为使这些材料充分地悬浮，需要向水基流体中加入胶凝剂或增粘剂如膨润土，或者向油基流体中加入有机改性的膨润土。聚合物增粘剂如黄原胶通常被加入以降低传统增重剂的沉降速度。因此，令人非常惊奇的是，包含用聚合物抗絮凝剂或分散剂包被的固体胶体颗粒的本专利技术的产品，提供了含有高密度固体的流体，其也降低了钻柱旋转部分中的扭矩而不会增加沉降或下沉。 本专利技术的添加剂包括用聚合物抗絮凝剂或分散剂包被的分散的固体胶体颗粒。微小的粒径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种润滑组合物，其包括基础流体和聚合物包被的胶体固体材料，其中所述聚合物包被的胶体固体材料包括：重均粒径（ｄ↓［５０］）小于１０微米的多种固体颗粒；以及吸附在所述固体颗粒表面上的聚合物分散剂。

【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：A布拉德伯里，C索登，D奥亚克利，
申请(专利权)人：MI有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]