專利名稱：用于注入高密度添加劑到井眼內(nèi)的方法及其混合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制在鉆井作業(yè)時(shí)的循環(huán)漏失、流體損失和/或鉆井液滲漏的改良的添加劑。特別是，提供一種添加劑，該添加劑可以以大于類似組分的粉末或者研磨添加劑的速度混合到鉆井液中。
現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)有技術(shù)中有多種添加劑用于控制鉆井作業(yè)中的循環(huán)漏失或者滲漏。盡管用于這種目的的添加劑的類型從有機(jī)物到礦物質(zhì)再到塑料，但是大多數(shù)添加劑是以粉末的形式混合到鉆井液中。使用這些粉末形式的添加劑有許多缺點(diǎn)。主要的缺點(diǎn)是添加劑很輕，這導(dǎo)致添加劑與高粘性鉆井液的混合速度較慢。在鉆井作業(yè)中，使得添加劑較快地混合到泥漿中和向下穿過井眼進(jìn)行循環(huán)是必要的，并且影響鉆井作業(yè)的營(yíng)利性，有時(shí)還影響其安全性。為了克服混合速度較慢的缺點(diǎn)，漏斗已經(jīng)被設(shè)計(jì)為具有旋風(fēng)分離器、文氏管和噴管以加強(qiáng)混合過程和將添加劑以較快速度從漏斗拖入到鉆井液中。盡管現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)作出了改進(jìn)，混合速度還是較低。由于流過旋風(fēng)分離器的流動(dòng)速度低，因此，常常發(fā)生堵塞并且灰塵也成為問題。在世界上要求零輻射的某些地區(qū)，灰塵是一個(gè)特別的問題。即使不考慮輻射標(biāo)準(zhǔn)的要求，灰塵對(duì)工人也產(chǎn)生危險(xiǎn)。
另外一個(gè)使用傳統(tǒng)粉末添加劑的問題是由鉆井作業(yè)的一般性變化導(dǎo)致的。鉆井作業(yè)中有一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)就是在深水用較大鉆機(jī)進(jìn)行鉆井，這就需要使用較多容積的泥漿。所使用的泥漿通常是較貴的泥漿和合成油，這特別強(qiáng)調(diào)對(duì)循環(huán)漏失和滲漏的控制。這些因素也導(dǎo)致需要使用大量的添加劑。但是存儲(chǔ)空間，特別是對(duì)海洋鉆機(jī)來講，是另外一個(gè)限制因素。
在尋找優(yōu)良添加劑時(shí)，人們已經(jīng)測(cè)試了大量的有機(jī)添加劑對(duì)于循環(huán)漏失和滲漏控制劑的效率。根據(jù)授權(quán)給Jim G.Cremeans的美國(guó)專利US4217965公開的內(nèi)容，廢棄的牛飼料可以作為添加劑使用。這種有機(jī)材料由棉籽殼與棉籽粉、斑土、某些棉絨和一種表面活性劑制成。為了把這些種子制成為牛的飼料，這些組分被加熱并被壓縮、積壓成小球。Cremeans認(rèn)為使用廢棄的牛飼料的優(yōu)點(diǎn)是避免了使用其它有機(jī)廢棄產(chǎn)品時(shí)所需的研磨、粉碎和預(yù)處理步驟。小球中的表面活性劑作為潤(rùn)濕劑，從而在不需要其它化學(xué)添加劑的情況下改善混合時(shí)間。牛飼料小球密度相對(duì)較高因此需要較少的存儲(chǔ)空間。這些牛飼料的缺點(diǎn)是它們?cè)谂c鉆井液接觸后不能馬上破裂，而是在加入到泥漿中后繼續(xù)保持其性狀和結(jié)構(gòu)。只有當(dāng)它們完全到達(dá)井眼下后才開始破裂。
人們需要提供一種對(duì)存儲(chǔ)和/或運(yùn)輸所需空間要求最少的添加劑。還需要提供一種能夠以較快速度與鉆井液混合的添加劑。需要提供一種低塵或者無塵替代方法，用于將添加劑輸送到鉆井液中。本發(fā)明的一個(gè)目的和目標(biāo)就是提供一種添加劑，該添加劑能夠在一引入到鉆井液中就能夠快速有效地分布到整個(gè)鉆井液中。參照下面說明書的描述，本發(fā)明的這些和其它目的對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種制造用于鉆井液的高密度的添加劑的方法以及該添加劑配方。用于從用于鉆井作業(yè)中的循環(huán)漏失和滲漏控制材料制造高密度添加劑的方法包括研磨所述的循環(huán)漏失和滲漏控制材料從而形成較小尺寸的顆粒，加熱該循環(huán)漏失和滲漏控制材料，以及施加壓力給循環(huán)漏失和滲漏控制材料，從而使得該循環(huán)漏失滲漏材料穿過用于形成小球狀高密度添加劑的小口而密化。盡管許多循環(huán)漏失和滲漏控制材料是合適的，優(yōu)選的實(shí)施例包括作為循環(huán)漏失和滲漏控制材料使用的有機(jī)材料。這種由研磨的循環(huán)漏失和滲漏控制材料壓縮成小球而制成的用于鉆井作業(yè)的小球狀的高密度添加劑的密度大于壓縮前這些循環(huán)漏失和滲漏控制材料的密度。
在可以利用的用于生產(chǎn)高密度添加劑的有機(jī)循環(huán)漏失滲漏材料中，一個(gè)最佳的實(shí)施例包括一種纖維質(zhì)材料，特別是包括下面的一種或者幾種材料磨木紙漿、松樹皮、水果渣、蔬菜渣、黃松木、松樹皮、玉米棒子、花生殼、美洲山核桃木髓、杏仁殼、玉米棒子皮、酒石沉淀、棉花毛刺、燕麥殼、米殼、種子殼、向日葵、亞麻、亞麻子、可可豆、羽毛、泥煤苔、黃麻、亞麻、馬海毛、羊毛、紙、甘蔗、甘蔗渣、鋸末、竹子、軟木、爆米花、木薯粉和高粱。
盡管小球狀高密度添加劑的密度較高，其直徑在1/8到3/4英寸，長(zhǎng)度為1/8到1英寸之間。添加劑的密度可以根據(jù)循環(huán)漏失和滲漏控制材料進(jìn)行變化，優(yōu)選的密度是基于材料性質(zhì)的最高的壓縮比。許多有機(jī)材料可以被壓縮到研磨材料密度的2到3倍的密度。
本發(fā)明還包括了一種完成鉆井作業(yè)的方法，其中鉆井液在地層中的井眼內(nèi)循環(huán)，該方法包括研磨所述的循環(huán)漏失和滲漏控制材料從而形成顆粒，加熱該顆粒到液化從而自然產(chǎn)生結(jié)合劑，壓縮加熱的顆粒穿過形成其密度大于循環(huán)漏失和滲漏控制材料的密度的小球，將小球加入到用于在井眼內(nèi)循環(huán)的鉆井液中。加熱通常是在壓縮過程中摩擦的結(jié)果。研磨過程也產(chǎn)生少量的熱。對(duì)于某些循環(huán)漏失和滲漏控制材料，需要額外進(jìn)行加熱。在無法在循環(huán)漏失和滲漏控制材料內(nèi)自然產(chǎn)生結(jié)合劑的情況下，優(yōu)選的實(shí)施例包括最小化過程中產(chǎn)生的熱量并加入合適的結(jié)合劑。
作為循環(huán)漏失和滲漏控制材料的纖維材料，例如鋸末，經(jīng)常為研磨狀態(tài)。制造用于循環(huán)和漏失滲漏控制的高密度添加劑的方法包括獲得研磨纖維和將研磨纖維壓縮成小球，從而使得小球的密度大于壓縮前的研磨纖維的密度。
參照下面描述，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法以及其它相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的添加劑的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)、好處和目的將更加容易理解。
實(shí)施方式本發(fā)明具有許多優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括增加了的添加劑混合到鉆井液中的速度、降低了的存儲(chǔ)運(yùn)輸所需的空間和降低了的或者消除了灰塵輻射。本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)就是高密度的添加劑一旦與鉆井液接觸就開始水化。隨著快速水化，高密度添加劑快速分散，從而在鉆井液被泵向下送到井眼內(nèi)時(shí)使得該添加劑均勻分布到整個(gè)鉆井液中。一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例包括使用現(xiàn)有技術(shù)中的用于混合非高密度或者常規(guī)的添加劑的漏斗將高密度添加劑分布到鉆井液中。一個(gè)典型的漏斗的外徑為4-6英寸。小球的尺寸允許很容易地和緊湊地流過漏斗的出口。正如使用現(xiàn)有技術(shù)中的非高密度的添加劑時(shí)一樣，漏斗產(chǎn)生一個(gè)混合效應(yīng)，從而使得高密度添加劑與鉆井液接觸。在合適的情況下，小球可以在不使用漏斗的情況下加入到鉆井液中。在這種情況下，小球一旦與鉆井液接觸就發(fā)生水化從而馬上破裂成纖維或者其它循環(huán)漏失和滲漏控制材料，但是這將會(huì)花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間用泵送鉆井液到井眼內(nèi)的混合動(dòng)作將纖維均勻分布到鉆井液中。盡管以這種方式加入是不能均勻分布到鉆井液中，在地面與鉆井液混合后添加劑很容易完成其功能，而地面的流體的流變性與井下相同。
使用高密度化的添加劑的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是基本上或者完全降低將添加劑加入到鉆井液中時(shí)產(chǎn)生的灰塵數(shù)量。常規(guī)的粉末材料通過漏斗加入時(shí)將產(chǎn)生灰塵，這些灰塵對(duì)環(huán)境和工作人員產(chǎn)生危險(xiǎn)。某些地區(qū)，例如北海，對(duì)灰塵有嚴(yán)格的規(guī)定。而使用高密度化的添加劑基本上是一種不產(chǎn)生灰塵的循環(huán)漏失滲漏控制添加劑。
傳統(tǒng)的粉末或者細(xì)磨添加劑(特別是纖維添加劑)具有一個(gè)引入到泥漿或者鉆井液中的最大速度。該加入速度與添加劑的堆角有關(guān)，該堆角決定添加劑可以被排出的速度。盡管已經(jīng)人們的增加引入速度的努力集中在漏斗的設(shè)計(jì)上(包括改變出口的尺寸，使用旋風(fēng)分離器和其它物理手段)，本發(fā)明則是直接針對(duì)降低添加劑的堆角從而允許這些材料流動(dòng)得更快。堆角與材料任何堆積有關(guān)，因此與其流動(dòng)的速度有關(guān)。通過增加添加劑的密度，可以降低堆積從而允許同樣數(shù)量的材料用較少的時(shí)間加入到鉆井液中。
小球可以制成為具有各種性質(zhì)和尺寸。小球優(yōu)選的尺寸取決于特定的應(yīng)用，例如漏斗的尺寸、用于形成小球的材料和具體形狀和尺寸的堆放方式。小球可包括從非常小的高密度顆粒到幾英寸的高密度的薄片。小球的最佳尺寸為直徑在1/8到3/4英寸，長(zhǎng)度為1/8到1英寸之間。任何可以用于迫使材料穿過小口的設(shè)備都可以用于本發(fā)明中。一個(gè)最佳實(shí)施例包括一個(gè)皮帶驅(qū)動(dòng)小球研磨機(jī)(例如象商用的Koppers of Muncy，Pennsylvania公司的Ace Pellet Mill)這種傳統(tǒng)的小球研磨機(jī)包括一個(gè)進(jìn)給輥，用于將材料積壓到一個(gè)空調(diào)室內(nèi)。必要時(shí)可以將蒸汽注入到進(jìn)給部分或者空調(diào)室內(nèi)。一個(gè)滾壓裝置迫使材料穿過空調(diào)室兩端的一個(gè)模。功率部分取決于小球模的孔眼尺寸。由這樣一個(gè)小球研磨機(jī)產(chǎn)生的力通常足以對(duì)研磨材料進(jìn)行最大程度的壓縮。并且，不需要額外加熱，摩擦產(chǎn)生的熱量通常足以從這些材料中釋放出油或者含有油的結(jié)合劑。其它的用于壓縮研磨材料的方法也可以使用。類似地，在本發(fā)明中研磨和壓縮過程可以在一個(gè)設(shè)備上完成。
用于本發(fā)明的循環(huán)漏失和滲漏控制材料包括任何可以完成循環(huán)漏失添加劑和/或者滲漏控制劑。至少一種循環(huán)漏失和滲漏控制材料應(yīng)該稍微能夠被壓縮，以允許由該材料行動(dòng)小球的密度大于壓縮前的循環(huán)漏失和滲漏控制材料的密度。在本發(fā)明中，某些用于循環(huán)漏失和滲漏控制材料的有機(jī)材料包括纖維質(zhì)材料例如象磨木紙漿、松樹皮、水果渣、蔬菜渣、黃松木、松樹皮、玉米棒子、花生殼、美洲山核桃木髓、杏仁殼、玉米棒子皮、酒石沉淀、棉花毛刺、燕麥殼、米殼、種子殼、向日葵、亞麻、亞麻子、可可豆、羽毛、泥煤苔、黃麻、亞麻、馬海毛、羊毛、紙、甘蔗、甘蔗渣、鋸末、竹子、軟木、爆米花、木薯粉和高粱。許多各種各樣的作為循環(huán)漏失添加劑使用的有機(jī)材料也適合于本發(fā)明，它們包括角叉菜膠、瓜耳膠和其它可溶性膠。
經(jīng)常使用的有機(jī)材料包括天然結(jié)合劑例如象木質(zhì)素磺酸鹽、木糖、油或者其它結(jié)合劑。由于有機(jī)材料作為添加劑使用時(shí)可以形成高密度添加劑，這些材料在研磨過程中通過摩擦產(chǎn)生細(xì)小的材料。該研磨材料然后承受壓力，該壓力迫使含有油的這些材料穿過小的開口或者小口從而形成小球。反過來，積壓過程產(chǎn)生的熱量釋放出材料中的油和其它容易液化的部門。這些油和其它材料用于結(jié)合循環(huán)漏失和滲漏控制材料從而使得該材料維持為一個(gè)小球。當(dāng)單獨(dú)使用無機(jī)材料或者沒有足夠的油用于結(jié)合小球時(shí)，可以加入油或者其它的循環(huán)漏失和滲漏控制材料。類似地，在材料中的油具有較高熔點(diǎn)時(shí)，需要輸入額外的熱量。
小球可以由作為循環(huán)漏失添加劑或者滲漏控制劑有效使用的一種或者幾種添加劑構(gòu)成。并且，施加摩擦以產(chǎn)生微細(xì)材料的步驟可以制造不同尺寸的材料，從而有效封堵滲透性地層內(nèi)的孔口而不會(huì)產(chǎn)生副作用。因此，由本發(fā)明的小球形成的鉆井液中的顆粒分布不但保證添加劑的均勻混合，而且如果需要使用各種尺寸的顆粒的情況下能夠保證不同尺寸的添加劑的均勻混合。
在用于本發(fā)明的無機(jī)材料中，可以使用容易獲得的礦物成分，例如象碳酸鈣、云母、硅藻土、Fuller土和其它硅酸鹽、活化木炭、礬土、氧化鋁凝膠、石墨、硬瀝青以及類似物。這些材料通常以纖維或者研磨形式提供。碳酸鹽可以單獨(dú)使用或者與其它所需的添加劑結(jié)合。加入碳酸鹽到無機(jī)添加劑中可以改善酸溶性。同時(shí)還可以增加小球的密度。有用的材料還包括塑料。
在用于本發(fā)明的循環(huán)漏失和滲漏控制材料和高密度添加劑之間可以觀察到密度的顯著增加。一個(gè)典型的例子包括密度為10lbs/cf的纖維質(zhì)添加劑。在用云母將添加劑進(jìn)行球化后，所獲得的密度為17lbs/cf。較大密度被定義為與用于形成高密度添加劑的原材料相比在密度上的并非微不足道的增加。因此，盡管一種組分例如象云母的加入會(huì)增加原材料的混合物的密度，壓縮成一個(gè)小球則會(huì)顯著增加混合物的密度。在密度上的增加與被壓縮的的顆粒的尺寸、性狀和材料的性質(zhì)直接相關(guān)。例如，對(duì)于給定的材料，將密度從10lbs/cf增加到11lbs/cf可以認(rèn)為是在密度上的顯著增加，該增加可以使得材料以較快速度從漏斗中流出，并降低灰塵的產(chǎn)生。本發(fā)明中使用的材料優(yōu)選為低密度、高度可壓縮的材料。除了上面列出的與混合速度有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)之外，這種低密度材料可以被高度壓縮，因此形成的產(chǎn)品需要較小的存儲(chǔ)空間。例如，玉米棒子可以被壓縮成一個(gè)小球，其密度為玉米棒子的2倍。
如前所述，可以看出，本發(fā)明適合獲得前面所述的所有目的以及其它顯而易見和由本發(fā)明的設(shè)備和結(jié)構(gòu)帶來的固有的優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)該能夠理解，可以參照其它特點(diǎn)和組合來使用某些技術(shù)特征和進(jìn)行組合使用。這也應(yīng)該認(rèn)為和落入到權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。
因?yàn)樵S多可能的實(shí)施例可能由本發(fā)明制成而不偏離本發(fā)明的范圍，因此應(yīng)該能夠理解，這里和前面所述的所有問題以及附圖
均應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是說明性的，而不是限制性的。例如，高密度添加劑可以是殺蟲劑、殺生物劑和其它可以降低降解傾向或者驅(qū)趕害蟲的生物作用材料。盡管本發(fā)明的特點(diǎn)之一是使用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品作為循環(huán)漏失和滲漏控制材料從而減少了那些本來是廢物的材料的數(shù)量，但是本發(fā)明中使用的某些農(nóng)業(yè)產(chǎn)品和其它的循環(huán)漏失和滲漏控制材料為研磨形式。從這樣的一個(gè)循環(huán)漏失和滲漏控制材料制成高密度添加劑的方法包括獲得研磨的循環(huán)漏失和滲漏控制材料。與研磨材料相對(duì)，獲得研磨形式的材料也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種從循環(huán)漏失和滲漏控制材料中制造用于鉆井作業(yè)的高密度添加劑方法，包括如下步驟研磨循環(huán)漏失和滲漏控制材料成較小顆粒尺寸；加熱循環(huán)漏失和滲漏控制材料；施加壓力給循環(huán)漏失和滲漏控制材料從而使得該材料密化，并穿過小口而形成小球狀高密度添加劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的循環(huán)漏失和滲漏控制材料包括一種有機(jī)材料。
3.一種用于鉆井作業(yè)中的小球狀高密度添加劑，包括一種被擠壓成小球的研磨循環(huán)漏失和滲漏控制材料，所述的小球的密度大于研磨循環(huán)漏失和滲漏控制材料的密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小球狀高密度添加劑，其中循環(huán)漏失和滲漏控制材料是有機(jī)物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小球狀高密度添加劑，其中循環(huán)漏失和滲漏控制材料是纖維質(zhì)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小球狀高密度添加劑，其中，循環(huán)漏失和滲漏控制材料從由磨木紙漿、松樹皮、水果渣、蔬菜渣、黃松木、松樹皮、玉米棒子、花生殼、美洲山核桃木髓、杏仁殼、玉米棒子皮、酒石沉淀、棉花毛刺、燕麥殼、米殼、種子殼、向日葵、亞麻、亞麻子、可可豆、羽毛、泥煤苔、黃麻、亞麻、馬海毛、羊毛、紙、甘蔗、甘蔗渣、鋸末、竹子、軟木、爆米花、木薯粉和高粱組成的組中選擇。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小球狀高密度添加劑，其中，小球?yàn)橹睆皆?/8到3/4英寸，長(zhǎng)度為1/8到1英寸之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小球狀高密度添加劑，其中，小球的密度比研磨循環(huán)漏失和滲漏控制材料的密度大2到3倍。
9.一種完成鉆井作業(yè)的方法，其中一種鉆井液在地層中鉆進(jìn)的一個(gè)井眼內(nèi)循環(huán)，該方法包括下列步驟研磨將循環(huán)漏失和滲漏控制材料，以產(chǎn)生顆粒；加熱顆粒到液化從而自然產(chǎn)生結(jié)合劑；以及壓縮加熱的顆粒穿過小口從而形成大于循環(huán)漏失和滲漏控制材料密度的小球。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的循環(huán)漏失和滲漏控制材料包括有機(jī)物。
11.一種制造用于鉆井作業(yè)的高密度添加劑的方法，包括下列步驟獲得一個(gè)研磨纖維；將所述的研磨纖維壓縮成小球，并且其小球的密度大于研磨纖維的密度；以及將小球加入到用于在井眼內(nèi)循環(huán)的鉆井液內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于控制循環(huán)漏失、流體損失和/或者鉆井液滲漏損失的改進(jìn)的添加劑的組分以及方法。特別是,所形成的添加劑從用于鉆井作業(yè)的循環(huán)漏失和滲漏控制材料制成。用于制造該高密度添加劑的步驟包括研磨未處理的循環(huán)漏失和滲漏控制材料成較小顆粒尺寸、加熱循環(huán)漏失和滲漏控制材料、施加壓力給循環(huán)漏失和滲漏控制材料從而使得該材料密化并穿過小口而形成小球狀高密度添加劑。加熱循環(huán)漏失和滲漏控制材料的步驟可以釋放出油或者其它結(jié)合劑,而該步驟是擠壓研磨材料穿過小口的過程的副產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C09K8/035GK1364211SQ00810859
公開日2002年8月14日 申請(qǐng)日期2000年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月26日
發(fā)明者B·D·格林 申請(qǐng)人:碾磨及篩選有限公司