使增重剂悬浮在钻井液中的方法技术

本公开涉及使至少一种增重剂悬浮在钻井液中的方法。实施例包含向所述钻井液中添加一定量的前体纳米颗粒，所述前体纳米颗粒包含由金属氧化物催化剂纳米颗粒负载的碳纳米管。选择所述金属氧化物催化剂纳米颗粒和所述钻井液，使得所述金属氧化物催化剂纳米颗粒可溶于所述钻井液。所述金属氧化物催化剂纳米颗粒溶解在所述钻井液中，从而导致一定量的碳纳米管分散在所述钻井液内。与没有碳纳米管分散的类似或等效水力压裂液相比，碳纳米管分散增加了具有分散的碳纳米管的钻井液的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度和密度中的至少一个的值。所述方法可以进一步包含添加至少一种将悬浮在所述钻井液中的增重剂。钻井液中的增重剂。钻井液中的增重剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使增重剂悬浮在钻井液中的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年4月17日提交的美国临时申请序列号62/835,138的优先权权益，所述美国临时申请通过引用整体并入本文。


[0003]本公开总体上涉及钻井液、其制造和其用途。

技术介绍

[0004]油气行业的钻井液执行无数的任务，包含清理井、使钻屑保持悬浮、降低摩擦、润滑钻孔工具、保持井筒的稳定性以及防止流体流失，仅举几例。增重剂可以悬浮在钻井液中以增加钻井液的密度。

技术实现思路

[0005]然而，由于钻井液的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度和密度的降低以及钻井液的热稀释性，常规钻井液有效悬浮和携带钻屑和增重剂的能力随着钻井液温度的升高而降低。
[0006]悬浮如钻屑和增重剂等固体材料的常规钻井液遇到了困难，因为固体与液体分离并沉淀在井筒中。这种现象通常被称为“下陷”。当钻井液通过井筒的流动停止一段时间时，通常会发生下陷，在此期间钻井液是静止的。钻井液的流量或环隙流速降低也可能引起下陷的发生。牛顿粘度、屈服点、塑性粘度和密度的降低或钻井液凝胶强度的降低、剪切速率条件的降低以及更高的井下温度也可能导致下陷加剧。固体材料的沉降可能导致整个井筒中钻井液密度的变化。例如，由于重力使固体朝井筒底部沉降，因此井筒底部的钻井液的密度可能更大。同样，靠近地面的钻井液的密度可能较小。下陷状况可能导致管道卡住状况、钻井液的孔清洁能力降低或这些的组合。钻井液的孔清洁能力是指钻井液从钻井区捕获岩屑并将其输送到井筒地面的能力。
[0007]因此，通常期望使用牛顿粘度、屈服点、塑性粘度或密度增加并且因此悬浮固体材料的能力增加的钻井液。此外，与牛顿粘度、屈服点、塑性粘度或密度降低的钻井液相比，牛顿粘度、屈服点、塑性粘度或密度增加的钻井液随着温度升高的热稀释程度可能较小。常规地，已经将碳纳米管添加到钻井液中以增加钻井液的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度和密度中的至少一个。然而，将碳纳米管添加到钻井液中的当前方法导致钻井液内出现团块，因为碳纳米管通常批量添加到钻井液中。具有成团的碳纳米管组的钻井液不像具有分散的碳纳米管的钻井液那样有效地悬浮增重剂。尽管已经使用了各种技术来尝试分散成团的碳纳米管，如超声处理或将表面活性剂或聚合物添加到钻井液中，但没有一种技术导致碳纳米管分散。
[0008]因此，持续需要具有增加的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度或密度和降低的热稀释性以悬浮至少一种增重剂的钻井液。本实施例通过提供使至少一种增重剂悬浮在包含分散的碳纳米管的钻井液中的方法来解决这些需求。本公开的钻井液可以通过为钻井液提供改善
的流变特性来满足这些需求，如与没有碳纳米管分散的类似或等效钻井液相比，具有分散的碳纳米管的钻井液的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度或密度增加并且热稀释性降低。
[0009]在一个实施例中，本公开涉及使至少一种增重剂悬浮在钻井液中的方法。所述方法包含向钻井液中添加一定量的前体纳米颗粒，所述前体纳米颗粒包含由金属氧化物催化剂纳米颗粒负载的碳纳米管。选择所述金属氧化物催化剂纳米颗粒和所述钻井液，使得所述金属氧化物催化剂纳米颗粒可溶于所述钻井液。金属氧化物催化剂纳米颗粒可操作以溶解在钻井液中，这导致一定量的碳纳米管分散在钻井液内。与没有碳纳米管分散的类似或等效水力压裂液相比，一定量的碳纳米管的分散增加了具有分散的碳纳米管的钻井液的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度和密度中的至少一个的值。所述方法可以进一步包含添加至少一种将悬浮在所述钻井液中的增重剂。增重剂可以选自由以下组成的组：重晶石、赤铁矿、石灰、碳酸钙、膨润土、蒙脱石粘土、菱铁矿、钛铁矿、黑锰矿、硅铁、氧化锰、莫来石、高岭石、氧化铝、碳化硅、碳化钨以及这些的组合。
[0010]在另一个实施例中，本公开涉及使至少一种增重剂悬浮在钻井液中的方法，所述方法包含通过化学气相沉积在金属氧化物催化剂纳米颗粒上合成碳纳米管以形成一定量的前体纳米颗粒。金属氧化物催化剂纳米颗粒的单个纳米颗粒包含安置在金属氧化物上的过渡金属。所述方法包含向钻井液中添加一定量的前体纳米颗粒。钻井液包含至少一种表面活性剂。选择所述金属氧化物催化剂纳米颗粒和所述钻井液，使得所述金属氧化物催化剂纳米颗粒可溶于所述钻井液。金属氧化物催化剂纳米颗粒可操作以溶解在钻井液中，这导致一定量的碳纳米管分散在钻井液内。与没有纳米颗粒分散的类似或等效钻井液相比，碳纳米管的分散增加了具有分散的纳米颗粒的钻井液的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度和密度中的至少一个。所述方法可以进一步包含添加至少一种将悬浮在所述钻井液中的增重剂。所述增重剂选自由以下组成的组：重晶石、赤铁矿、石灰、碳酸钙、膨润土、蒙脱石粘土、菱铁矿、钛铁矿、黑锰矿、硅铁、氧化锰、莫来石、高岭石、氧化铝、碳化硅、碳化钨以及这些的组合。
[0011]所描述的实施例的另外特征和优点将在随后的具体实施方式中阐述，并且部分地对于本领域技术人员来说将从所述描述中变得显而易见，或者通过实践如本文所描述的实施例而被认识到，包含下面的具体实施方式、权利要求以及附图。
附图说明
[0012]当结合以下附图阅读时，可以最好地理解以下对本公开的具体实施例的详细描述，在附图中相似的结构用相似的附图标记指示，并且在附图中：
[0013]图1以照片的方式描绘了根据本公开中描述的一种或多种实施例的金属氧化物催化剂纳米颗粒；并且
[0014]图2以照片的方式描绘了根据本公开中描述的一种或多种实施例的吸附到金属氧化物上的碳纳米管。
具体实施方式
[0015]如贯穿本公开所使用的，“水性”是指含有、产生、类似或具有水的性质的流体。
[0016]如贯穿本公开所使用的，术语“钻井液”是指在钻井作业中使用的液体和气体流体
以及流体和固体的混合物(如液体、气体和固体的固体悬浮液、混合物和乳液)。
[0017]如贯穿本公开所使用的，术语“岩石静压力”是指覆盖层或覆盖岩的重量对地下地层的压力。
[0018]如贯穿本公开所使用的，术语“牛顿粘度”是指在旋转粘度计的给定转子转速下测量的流体的表观粘度。牛顿粘度可以通过将粘度计的刻度盘读数乘以300并且将所述乘积除以以每分钟转数(RPM)为单位的转子转速来测量。
[0019]如贯穿本公开所使用的，术语“油质”是指含有、产生、类似或具有油的性质的流体。
[0020]如贯穿本公开所使用的，术语“产油地下地层”是指从其中开采烃的地下地层。
[0021]如贯穿本公开所使用的，术语“储层”是指具有足够的孔隙率和渗透率以存储和传输流体的地下地层。
[0022]如贯穿本公开所使用的，术语“地下地层”是指与周围岩体充分不同并且连续的岩石体，使得岩石体可以映射为不同的实体。因此，地下地层足够均质以形成单个可标识单元，所述单元在整个地下地层中含有类似的流变特性，包含但不限于孔隙率和渗透率。地下地层为岩石地层学的基本单元。
[0023]如贯穿本公开所使用的，术语“增重剂”是指用于增加钻井液的密度的添本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使至少一种增重剂悬浮在钻井液中的方法，所述方法包括：向所述钻井液中添加一定量的前体纳米颗粒，所述前体纳米颗粒包括由金属氧化物催化剂纳米颗粒负载的碳纳米管；以及在添加所述前体纳米颗粒之后，向所述钻井液中添加至少一种增重剂，其中：选择所述金属氧化物催化剂纳米颗粒和所述钻井液，使得所述金属氧化物催化剂纳米颗粒可溶于所述钻井液，所述金属氧化物催化剂纳米颗粒能够溶解在所述钻井液中，使得一定量的碳纳米管分散在所述钻井液内，与没有所述碳纳米管的等效钻井液相比，在存在分散的碳纳米管的情况下，所述钻井液的牛顿粘度、屈服点、塑性粘度和密度值中的至少一个更大，与没有所述碳纳米管的等效钻井液相比，在存在分散的碳纳米管的情况下，所述钻井液中悬浮的增重剂的量增加，并且所述增重剂选自由以下组成的组：重晶石、赤铁矿、石灰、碳酸钙、膨润土、蒙脱石粘土、菱铁矿、钛铁矿、黑锰矿、硅铁、氧化锰、莫来石、高岭石、氧化铝、碳化硅、碳化钨以及这些的组合。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氧化物催化剂纳米颗粒的单个纳米颗粒包括金属氧化物和过渡金属。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述过渡金属安置在所述金属氧化物上。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳纳米管被吸附到所述金属氧化物催化剂纳米颗粒上。5.根据权利要求2到4中任一项所述的方法，其中按所述金属氧化物的重量计算，所述金属氧化物催化剂纳米颗粒的单个纳米颗粒包括10wt.％或更少的过渡金属。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括在向所述钻井液中添加所述一定量的前体纳米颗粒之后，用羧酸盐、铵衍生物、磺化单体、低聚物或聚合物中的至少一种使所述碳纳米管的表面官能化。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括：通过化学气相沉积在金属氧化物催化剂纳米颗粒上合成碳纳米管以形成所述一定量的前体纳米颗粒，其中通过化学气相沉积在金属氧化物催化剂纳米颗粒上合成碳纳米管包括使碳原子通过所述碳纳米管扩散；或者通过化学气相沉积在金属氧化物催化剂纳米颗粒上合成碳纳米管以形成所述一定量的前体纳米颗粒，其中通过化学气相沉积在金属氧化物催化剂纳米颗粒上合成碳纳米管包括使碳原子沿着所述金属氧化物催化剂纳米颗粒的单个纳米颗粒的表面扩散。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：所述钻井液包括极性非质子溶剂，所述极性非质子溶剂包括正烷基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或二甲亚砜中的至少一种；并且所述钻井液包括选自由以下组成的组的一种或多种添加剂：补充增重剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿肖克，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：