钻进液和在含煤地层中钻进的方法技术

本发明专利技术公开了一种钻进液和用于在含煤地层中钻进的方法。所述方法包括：提供包括至少0.05%硫酸钙的混合金属增稠的钻进液；使所述钻进液流通通过所述井；和钻进到煤层中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及钻进和完成油井所使用的方法和液体。
技术介绍
在土地上钻孔以提取自然资源的方法需要一种液体以除去源自井眼的岩屑、润滑并冷却钻头、控制地层压力并保持孔的稳定性。许多地层包含煤层，必须穿过所述煤层钻井眼以接近煤本身或接近煤下方的有益储集层。对于煤床甲烷(CBM)井，若煤层的渗透性比常规储集层低，则地层损伤最小化是最重要的。已经开发了一种液体，所述液体通过限制对夹层(cleat)和断层(fracture)的侵入来降低地层损伤并减少整个泥浆漏失，且易于回流，本文中称之为混合金属增稠的钻进液。这种钻进液包括混合金属增稠剂，所述混合金属增稠剂为基于镁/铝的氧化物和/或氢氧化物的无机粒子。其通常是已知的混合金属氢氧化物且有时称作混合金属氧化物(MMO)、混合金属氢氧化物(MMH)和混合金属氧化物和氢氧化物的组合(MMOH)。混合金属增稠剂是如下经验式的混合金属层状氢氧化物化合物:LimDdT (OH) (m+2d+3+na)Aan，其中m代表存在的Li离子数(优选0)；D代表二价金属离子如Mg、Ca、Ba、Sr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zn,最优选Mg,或其混合物；d是式中D离子的数目，优选0 约4，最优选约I ;T代表三价金属离子且可以为Al、Ga、Cr或Fe,优选Al ；A代表OH离子之外的单价或多价阴离子且可以为无机离子如:卤离子、硫酸根、硝酸根、磷酸根、碳酸根，最优选齒离子、硫酸根、磷酸根或碳酸根，或其可以为亲水性有机离子如乙醇酸根、木质磺酸根、聚羧酸根或聚丙烯酸根；a为式中A离子的数目；n为A的化合价；且(m+2d+3+na)等于或大于 3。尤其优选的是式Al/Mg(0H)4.7Cla3的混合金属氢氧化物。混合金属增稠的钻进液包括至少一种混合金属组分和一定量膨润土的水基混合物。混合金属增稠的钻进液的流变性因粘度高而限制了液体侵入地层中，但是主要的地层保护来自于形成了易于除去的外部滤饼。用水或盐水进行简单置换就足以对井进行回填并除去所述滤饼。然而不幸的是，混合金属增稠的钻进液的流变性在其与产生自对煤层、尤其是近代煤进行钻进时所产生的煤粉相接触时会失效。当钻进液与因钻通煤层而产生的煤粉相接触时，液体变稀，向水的流变性移动，因此损失了许多其有益性能。事实上，由于认为煤层通常是损失区域地层(loss zone formation)，微弱且易碎，因此混合金属增稠的钻进液不适用于在含煤地层中钻进成为棘手的问题。在2008年9月12日公布的W02008/106786中，本申请人提出，在煤污染物存在的条件下钻进时使用钾盐以基本保持混合金属增稠的钻进液的流变性，所述钾盐包括例如硫酸钾、氯化钾、醋酸钾和甲酸钾中的一种或多种。专利技术概述根据本专利技术的一个广泛方面(broad aspect)，提供在含煤地层中钻进的方法，所述方法包括:提供包括至少0.05%(w/v)硫酸钙的混合金属增稠的钻进液；使所述钻进液流通通过所述井；并钻进到所述煤层中。根据本专利技术的另一个广泛方面，提供钻进液，所述钻进液包括:膨润土和pH为约10以上的混合金属增稠剂的含水混合物；和至少0.05%(w/v)的硫酸钙。应理解，通过下列详细描述，使得本专利技术的其他方面对本领域技术人员而言变得易于理解，其中通过实例对本专利技术的各种实施方案进行显示和说明。作为本专利技术的目的，能够将本专利技术用于其他和不同的实施方案，且能够在多个其他方面对其几个细节进行修改，而根本不会背离本专利技术的主旨和范围。因此，详细的描述和实例在本质上被认为是示例性的而不是限制性的。各个实施方案描述 下面列出的详细描述和实例用于说明本专利技术的各个实施方案，而不是仅代表专利技术人所预期的实施方案。详细描述包括用于提供本专利技术的全面了解的具体细节。然而，应当清楚，本领域技术人员不使用这些具体细节仍可实施本专利技术。直至今日，混合金属增稠的钻进液因煤的液体稀释效应而通常不能成功地用于煤层中。认为煤粉的聚阴离子特性如褐煤和木质素磺酸盐的聚阴离子特性阻碍了钻进液中混合金属部分和膨润土的静电交互作用，有时导致液体流变性完全崩溃。我们已经确定了一些盐来降低或阻止在用混合金属增稠液钻煤时的稀释效果。我们先前提出，当在煤污染物存在下进行钻进时，使用包括例如硫酸钾、氯化钾、醋酸钾和甲酸钾中的一种或多种的钾盐可基本上保持混合金属增稠的钻进液的流变性。现在我们已经发现，当在煤污染物存在时进行钻进时，例如石膏形式的硫酸钙也可保持混合金属增稠的钻进液的流变性。在利用混合金属增稠液如基于或MMOH的那些进行钻煤时，硫酸钙可防止变稀效应。这种盐还增加了抑制页岩溶胀的作用，可能是因为存在源自于该盐的钙离子的缘故。由所钻进的煤的量和/或根据页岩活性来确定添加至钻进液中的盐的量。例如，年代较近的煤，比年代久远的煤更易于使得混合金属增稠的钻进液产生更大的流变性不稳定性，因此，可将更高浓度的盐用于钻进液中。此外，如果确定有明显的煤炭矿床且需要穿过所述煤炭矿床钻进，则再更高的盐浓度是有用的。对于硫酸钙，大于0.05%(重量比体积)的浓度在混合金属增稠的钻进液中是有效的。尽管可使用高达5%以上的量，但是已经发现，通常0.05 1.0%(重量比体积)的硫酸钙浓度如0.05 0.5%的盐(重量比体积)或0.1 0.5%的浓度对稳定钻进液以抵抗因煤污染而造成的不利流变性变化和发挥经济优势两方面都是有效的。在年代较近的煤或必须对明显的煤炭矿床进行钻进时，可在钻进液中使用更高浓度(例如大于0.3%且例如0.3 1.0%)的硫酸钙。据认为，硫酸钙在约2 3kg/m3 (0.2 0.3%(w/v))下达到饱和，但可添加过量的量而无不利影响且事实上会产生盐的缓冲以保持活性，条件是流体保持为能够流通通过井眼的液体。通常，基于成本/效益分析，认为1.0%以上如0.5%的上限是合理的。如果期望，还可将钾盐添加至钻进液中。宽范围的钾盐浓度如浓度大于1%(重量比体积)在混合金属增稠的钻进液中都是有效的。已经发现，通常I 10%(重量比体积)的盐浓度如I 5%的盐(重量比体积)浓度对稳定钻进液以抵抗因煤污染而造成的不利流变性变化和发挥经济优势两方面都是有效的。在年代较近的煤或必须对明显的煤炭矿床进行钻进时，可在钻进液中使用更高浓度(例如大于3%且例如3 10%)的钾盐。尽管可以在发生煤污染之后添加所述盐，但是建议对系统进行预处理以获得最佳结果。在一个实施方案中，例如，使用任何有用的钻进液能够将地表钻孔钻至大约第一煤炭矿床的水平，所述有用的钻进液包括例如现有技术的混合金属增稠的钻进液。当确定煤层接近井底以下时或已经到达煤层时，可将钻进液改变成根据本专利技术的钻进液，所述本专利技术的钻进液包括包含一定量硫酸钙的混合金属增稠的钻进液。或者，使用根据本专利技术的钻进液将钻孔向下钻进到煤层并穿过煤层。例如，可以使用根据本专利技术的钻进液基本 上从地表来钻整个井，应理解，所述从地表来钻整个井包括从地表或从上部沉积物以下或在套管下入深度(the casing point)之后进行钻进。例如，可在开始钻进操作时，开始使用当前的钻进液。在钻通钻孔路径中的煤层之后，继续使用本钻进液以用于井眼的其余部分或可以使用其他钻进液。然而，如果煤粉仍持续进入钻进液中，例如煤层保持敞开而与钻进液接触，则在钻井完本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.26 US 61/377,202;2010.11.29 US 61/417,6621.一种在含煤地层中钻进的方法，所述方法包括: 提供包含至少0.05%(w/v)硫酸I丐的混合金属增稠的钻进液； 使所述钻进液流通通过所述井；和 钻进到所述煤层中。2.权利要求1所述的方法，其中提供所述混合金属增稠的钻进液的操作包括对水基钻进液进行混合，所述水基钻进液包括15 50kg/m3的膨润土、增稠剂与膨润土的重量比为1:8 1:12的混合金属增稠剂、用于将pH保持在约10.0以上的碱和至少0.05%(w/v)的硫酸钙。3.权利要求1所述的方法，其中提供所述混合金属增稠的钻进液的操作包括对水基钻进液进行混合，所述水基钻进液包括:约25 45kg/m3的膨润土 ；pH控制为大于pHll且MMO, MMH或MMOH与膨润土的量之比为约1:10的混合金属增稠剂；和0.05 1.0%的硫酸钙。4.权利要求1所述的方法，其中提供所述混合金属增稠的钻进液的操作包括: 在水中混合膨润土以形成膨润土混合物； 向所述膨润土混合物中添加混合金属增稠剂； 将PH调节至大于约10;以及 添加所述硫酸钙。5.权利要求4所述 的方法，还包括添加液体损耗控制添加剂和/或堵漏材料中的任一种。6.权利要求1所述的方法，其中提供所述混合金属增稠的钻进液的操作包括获得屈服点大于IOPa的钻进液。7.权利要求1所述的方法，还包括在所述钻进液中夹带煤粉的条件下继续流通。8.权利要求7所述的方法，其中所述钻进液的流变性基本得到保持。9.权利要求1所述的方法，其中在钻进到所述煤层之前开始流通所述钻进液。10.权利要求1所述的方法，其中在煤层向所述钻进液开放的同时保持所述钻进液的流通。11.权利要求1所述的方法，其中在开始所述钻进方法的同时开始所述钻进液的流通。12.权利要求1所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·K·史密斯，
申请(专利权)人：技术之星流体系统公司，
类型：
国别省市：