含有定尺寸粘土材料的井筒流体及其使用方法技术

本发明专利技术公开一种井筒流体，其包含：基液；和定尺寸的非水合性粘土。所述基液可以是水基流体或油基流体。本发明专利技术还公开了使用包含基液和定尺寸的非水合性粘土的这样的井筒流体钻井的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景 专利
本文中公开的实施方案基本上涉及其中具有粘土材料的井筒流体。具体地，本文 中公开的实施方案基本上涉及含有定尺寸粘土材料(size clay material)的井筒流体及 其使用方法。
技术介绍
当在地层中钻井或完井时，为了各种原因而典型地将各种流体用于井中。用于井 液的普通方法包括在一般的钻井或钻入(即，钻入到目标含油地层中)的同时润滑并冷却 钻头切割表面；将“切屑”(通过钻头上的齿的切割作用而移去的地层碎片)运送至地面； 控制地层流体压力以防止喷出；保持井稳定性；悬浮井中的固体；将滤失最小化并且稳定 正在进行钻井的地层；使在井附近的地层破裂；用另一种流体置换井内的流体；清洗井；测 试井；将水力马力传送至钻头、用于安放封隔器的流体；报废井或预备报废井；和以其它方 式处理井或地层。上述目的之一包括在悬浮钻井作业过程中，除防止钻进切削和加重材料沉降到 井眼的下侧或底部以外，将切屑运输到地面。此防止固体在井筒流体内沉降的现象归因于 流体的触变性质。本领域普通技术人员应当理解，在没有这种触变性质的情况下，固体在流 体内的沉降可以导致固体在钻头上沉积，钻头可能被“卡住(struck) ”，或井筒流体密度的 降低可能导致油层“井涌(kick) ”，或在极端的情况下，可能出现“喷出” 一油层流体灾难性 地、失控地流入到井筒中。井筒流体，如果适当地保持，可以提供充分的悬浮能力以抗衡固 体沉降。井筒流体在获得这些功能方面的关键性质是粘度，或剪切应力与剪切应变的比 率。井筒流体必须具有充分的粘度以将切屑提升到地面。将切屑从井筒中移除的速率是井 筒流体的载运能力的函数，其直接取决于几个因素，这些因素包括井筒流体的密度，井筒 流体的粘度，速度分布，钻柱的扭矩，固体粒子的尺寸和形状，钻柱的旋转，以及固体与井筒 流体的比重的比率。为了增加井筒流体的提升能力(以悬浮切屑和加重材料)，可以增加井筒流体的 凝胶强度。为了获得凝胶强度的这种增加，存在多种方法。一种方法包括加入胶凝剂如膨 润土(钠蒙托石)，绿坡缕石或海泡石，以有目的地对水基流体赋予流变性质。除粘土以外， 还可以加入可溶性聚合物如黄原酸胶，瓜尔胶，羧甲基纤维素，羟乙基纤维素，或合成聚合 物以增强流体粘度。另一种方法是将在粘土质的(含粘土)地层的钻井过程中遇到的天然 粘土结合到井筒流体中。经常地，将各种类型的粘土加入到流体地层中以提供粘度并且增强流体的流变性 质。粘土具有二氧化硅-氧化铝晶格的结构，其以多层布置，有时具有其它物种，例如结合 到晶格中的镁或钙。水分子进入到晶格结构中并且与活性部位结合，从而导致层溶胀或最终分散到各个粒子中。粘土的分散增加表面积，这进而引起粘土-水部位溶胀以及粘土-水 悬浮体变稠。因而经常将粘土称为胶凝剂，并且将其用于提供粘度，密度，密封和触变性质 以帮助井眼的稳定性。膨润土是最广泛使用的天然产生的粘土，并且很多年来已经被用作钻井液中的胶 凝剂。钻井级膨润土通常从含钠蒙脱石的沉积物生产，或者来自单一来源，或者通过将来自 几种来源的材料共混而产生。它可以含有除蒙脱石以外的另外材料，并且因而在颜色上从 浅灰色至米色至灰白色变化。美国石油研究所(American Petroleum Institute) (API)已 经发布了地下膨润土必须符合的国际标准并且其可以在API说明书13A中找到。现有技术中已知的是，在钻井过程中，膨润土或其它类似粘土材料的水合和分散 状态决定水基流体的流变性质。重要的流变性质是粘度(表观的、塑性的和有效的)，凝胶 强度和屈服应力，其可以通过旋转粘度计(流变仪)测量。然而，在下列方面之间存在平衡 加入足够量的胶凝剂以增加流体的悬浮，而且还不将流体粘度增加到使流体的可泵送性降 低的点。在井筒流体中使用这种粘土添加剂的另外的关心所在是用于流体屈服所需的时间 的量，以使得流体可以具有用于携带或悬浮其中的固体的必需触变性质。因此，对开发具有有利触变性质的流体体系存在持续的需求。专利技术概述在一个方面中，本文中公开的实施方案涉及一种井筒流体，所述井筒流体包含基 液；和定尺寸的非水合性粘土。在一个方面中，本文中公开的实施方案涉及一种井筒流体，所述井筒流体包含水 性流体；定尺寸的绿坡缕石粘土 ；和碱金属或碱土金属的盐，其中所述井筒流体基本上不 含水合粘土。在另一个方面中，本文中公开的实施方案涉及一种钻制地下井的方法，所述方法 包括将定尺寸的非水合性粘土加入到基液中以形成钻井液；和用所述钻井液钻制所述 井。在又另一个方面中，本文中公开的实施方案涉及一种用于无导管钻井(drilling riserless)的方法，所述方法包括对用于在海底钻制井眼的钻井组件提供钻井液，所述 钻井组件包括钻柱和井底组件，并且其中所述钻井液包含盐水；和定尺寸的非水合性粘 土 ；和将所述钻井液和切屑通过由所述钻柱和所述井眼形成的环状空间流到海水中。本专利技术的其它方面和优点将从下列描述和后附权利要求变得显然。附图简述附图说明图1显示在海水中30ppb的各种绿坡缕石样品随着时间的屈服。图2显示在海水中35ppb的各种绿坡缕石样品随着时间的屈服。图3绘制了关于绿坡缕石样品所得到的最大屈服与粒度的函数关系。图4显示定子头(stator head)对在海水中30ppb的EZ凝胶(EZ Gel)的屈服的影响。图5显示定子头对在海水中30ppb的凝胶MS (Gel MS)的屈服的影响。图6显示定子头对在海水中30ppb的Basco凝胶(Basco Gel)的屈服的影响。图7显示定子头对在海水中30ppb的M-I盐凝胶(M_I Salt Gel)的影响。详细描述在一个方面中，本文中公开的实施方案涉及定尺寸粘土材料在配制井筒流体中的 使用及其使用方法。具体地，本文中公开的实施方案涉及定尺寸的非水合性粘土在井筒流 体中的使用。通常，将两种类型的粘土用于配制水基井筒流体膨润土和绿坡缕石。膨润土，一 种三层铝-硅酸盐矿物，是被最广泛地使用的粘土。然而，膨润土的下列能力负面地受到存 在的溶解在水中的盐影响其通过水与其活性部位的结合而水合，从而致使粘土粒子溶胀 并分散，这进而导致粘度增大。因而，膨润土在离岸应用中的使用被典型地认为是不实际 的，在所述离岸应用中，海水与淡水相比更容易获得用作连续相。另一方面，绿坡缕石(或其它非水合性粘土)形成在高电解质溶液如海水中稳定 的胶体，并且因此在离岸应用(或其中限制提供淡水的其它应用)中是经常优选的。绿坡 缕石是含水的镁铝硅酸盐，其与蒙脱石粘土如膨润土的层状结构相反近似为球形。此结构 导致粘稠化而非水合。更确切地说，绿坡缕石浆液的粘稠化由将粘土粒子拉伸成更多地为 针状或纺锤体(lathe)形状的剪切所致，这是在文献中关于粘土所典型描述的。当悬浮在 液体中时，这些纺锤体一起结合成在电子显微镜下具有干草堆(haystack)外观的束。此粘 土在与水接触时不溶胀，因此其增加粘度的能力取决于胶体被剪切的程度。因而，本文中公开的井筒流体可以含有非水合性粘土，例如具有针状或链状结构 的粘土，其通过剪切导致粘稠化。在各种其它的实施方案中，非水合性粘土可以选自绿坡缕 石和海泡石粘土中的至少一种。尽管非水合性粘土在淡水或盐水中基本上不溶胀，但是它 们仍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井筒流体，所述井筒流体包含：　　基液；和　　定尺寸的非水合性粘土。

【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：尼尔布朗，姆凯什卡皮拉，
申请(专利权)人：MI有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]