[发明专利]使用亚微米尺寸粒子作为加重剂的高性能钻井液

说明书

背景

本发明涉及用于在地下地层中钻探井眼的组合物和方法。更具体地，在某些实施方案中，本发明涉及使用包含亚微米沉淀重晶石的加重剂的钻井液。

位于地下地层的自然资源如油或气可以通过钻探穿透地层的井眼而回收。在井眼的钻探过程中，钻井液可以用于冷却钻头，润滑旋转的钻柱以防止其粘附至井眼壁上，通过对通往地层流体的井眼起着静水压头的作用而防止井喷，以及从井眼移除钻屑，等。钻井液可以向下循环通过钻杆和钻头，然后向上通过井眼达到地表。

为了防止地层流体进入井眼，在井眼中的钻井液柱的静水压力应当大于地层流体的压力。钻井液柱的静水压力是钻井液的密度和井眼的深度的函数。因此，密度是钻井液的用于防止地层流体不适宜流动至井眼中的重要性能。为了提供增加的密度，加重剂通常包含于钻井液中。加重剂典型地为高比重的磨碎的固体材料。如本文中提及的，术语“高比重”是指比重大于约2.6的材料。适合加重剂的实例包括但不限于重晶石，赤铁矿，钛铁矿，四氧化三锰，方铅矿和碳酸钙。

随着井眼被钻探更深，地层流体的压力增加。为了抵消这种压力增加并且防止地层流体的不适宜流入，可以在钻井液中包含更高浓度的加重剂。然而，加重剂的浓度增加可能是有问题的。例如，随着加重剂的浓度增加，可能发生粒子沉降的问题(通常称为“下陷”)等。其中，粒子沉降可能导致粘管或塞环。在定向钻井技术如水平钻井中粒子沉降可能特别有问题。除粒子沉降以外，例如，增加加重剂的浓度也可能不适宜地增加钻井液的粘度。尽管可能需要增粘钻井液以使其中的钻屑和加重剂悬浮，但是过大的粘度可能对等效循环密度产生不利的影响。例如，等效循环密度的不适宜的增加可能导致对于井眼中的钻井液的循环不适宜的泵送需求增加。

几种技术已经用于防止不需要的粒子沉降，同时为钻井液提供适宜的流变性。例如，降低加重剂的粒度将产生更细的粒子，从而降低粒子沉降的倾向。然而，包含太多粒度减小的粒子典型地导致不适宜的粘度增加。因此，典型地避免低于10微米的粒度的使用。这由作为钻井液添加剂的重晶石的API技术规格来证明，该技术规格将低于6微米的粒子的％w/w限制为30％w/w最大值以最小化粘度增加。

一种降低粒度同时保持适宜的流变性的方法包括使用降低尺寸的粒子，同时避免太多过细(低于约1微米)的粒子。例如，使用筛过的加重剂，其粒度分布使得总体积的至少90％的所测的粒度直径大致在4微米至20微米之间，而重均粒径(“d₅₀”)大致在1微米至6微米之间。然而，过筛方法不适宜地增加与过筛的加重剂相关的材料和能量成本。另一种降低粒度的同时保持适宜的流变性的方法包括在分散剂的存在下粉碎加重剂以产生包覆有分散剂的粒子。粉碎加重剂使其具有低于2微米至10微米的d₅₀。据报道，对粉碎的粒子的包覆防止预期的从尺寸降低的粒子的使用产生的不需要的粘度增加。然而，包覆和粉碎方法对加重剂的利用增加不适宜的复杂性和材料及能量成本。

概述

本发明涉及用于在地下地层中钻探井眼的组合物和方法。更具体地，在某些实施方案中，本发明涉及使用包含亚微米沉淀重晶石的加重剂的钻井液。

本发明的一个实施方案提供一种方法，所述方法包括：使钻井液在井眼中循环，其中所述钻井液包含携带液和加重剂，所述加重剂包含重均粒径低于约1微米的亚微米沉淀重晶石。

在另一个实施方案中，本发明提供一种方法，所述方法包括：使逆乳化钻井液经过钻头在井眼中循环，其中所述逆乳化钻井液包含加重剂，所述加重剂包含重均粒径低于约1微米的亚微米沉淀重晶石。

在又一个实施方案中，本发明提供一种钻井液，所述钻井液包含携带液和加重剂，所述加重剂包含重均粒径低于约1微米的亚微米沉淀重晶石。

本发明的特征和优点对于本领域技术人员是明显的。尽管本领域技术人员可以进行许多变化，但是这些变化均在本发明的范围内。

附图简述

现在参考附图，在附图中：

图1显示适用于本发明的沉淀重晶石的SEM图像和粒度分布。

优选实施方案描述

本发明涉及用于在地下地层中钻探井眼的组合物和方法。更具体地，在某些实施方案中，本发明涉及使用包含亚微米沉淀重晶石的加重剂的钻井液。