專利名稱：含水流體以及制備和使用含水流體的方法
含水流體以及制備和使用含水流體的方法
背景技術(shù)：
在石油鉆探操作中，通常使鉆井液向下環(huán)流穿過鉆柱以冷卻和潤 滑鉆柱、懸浮從井眼中移除的鉆屑以及阻止地層流體進(jìn)入井眼。
含水鉆井液和油基鉆井液體系均是已知的。在油基體系使用中鉆 頭需要增強(qiáng)潤滑性時(shí)或在穿過被水性體系(例如水溶性頁巖層)不利 影響的地層時(shí)就要使用更經(jīng)濟(jì)型的含水體系。
含水鉆井液通常包含增粘劑(通常為固相膨潤土、綠坡縷石或海 泡石等粘土)和水基流體載體。此外，可將鹽或鹽水添加至鉆井液的 組分中以制備鹽水鉆井液。常常采用多種添加劑來控制粘度、屈服點(diǎn)、
凝膠強(qiáng)度(觸變特性)、pH值、流體損耗、耐污性(如鹽和碳酸鈣)、 潤滑性、濾餅特性、冷卻和熱傳遞性、以及耐泥沙等惰性固體或是耐 活性天然造漿粘土 (如綠土、伊利石、高嶺石、綠泥石等)。粘土通 常不用作唯一的增粘劑，有機(jī)水溶性聚合物(如淀粉、羧甲基纖維素、 天然樹膠或合成樹脂)通常與粘土一起使用。這些聚合物還有助于鉆 井液的粘土組分起到助濾劑的作用，以抑制或延遲鉆井液在地層中的 損耗。
一些井操作人員曾使用中空微球(也稱為"泡")來降低鉆井液 (泥漿)的密度。含水鉆井液(如包含多糖和溶解的鹽(如溶解的氯 化鈉(NaCl)和氯化鈣(CaCl2))的那些)和某些玻璃泡(如堿石灰硼硅酸 鹽玻璃，例如3M公司(St.Paul, MN)以商品名"HGS18000"銷售的那 些)的某些組合不利地趨于形成凝膠，而不是保持為液體。因此需要 提供各種材料混合在一起而不會(huì)膠凝(即仍為液體)的組合。

發(fā)明內(nèi)容
意想不到地，雖然不想受理論的約束，但申請人相信他們已發(fā)現(xiàn)
了含水鉆井液(例如包含多糖和溶解的鹽(如溶解的氯化鈉(NaCl)和氯 化鈣(CaCl2))的那些)和某些玻璃泡(例如3M公司(St.Paul,MN)以商 品名"HGS18000"銷售的那些)的某些組合不利地趨于形成凝膠的原 因是由于至少多糖與包含至少一個(gè)硼原子和至少兩個(gè)氧原子的硼酸鹽 陰離子發(fā)生反應(yīng)。硼酸鹽陰離子或至少其來源，存在于(例如)某些 陶瓷泡(如3M公司以商品名"HGS18000"銷售的那些)的外表面上 和/或陶瓷內(nèi)。
本文所述的流體(其中應(yīng)理解"流體"在本文中是指具有連續(xù)相 的液體)用作鉆井液。在進(jìn)行鉆探操作的一種示例性方法中，該方法 包括使本發(fā)明的含水鉆井液在井眼中環(huán)流并滲入地下區(qū)域。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種制備低密度流體的方法。該 方法包括混合(a)包含多糖和溶解的鹽的含水流體，(b)包含至少一個(gè)硼 原子和至少兩個(gè)氧原子的硼酸鹽陰離子，(c)陶瓷(即任何玻璃、結(jié)晶 陶瓷、玻璃陶瓷以及它們的組合)泡(也稱為"中空陶瓷微球")禾口(d) 相對于多糖優(yōu)先與硼酸鹽陰離子反應(yīng)的有機(jī)物質(zhì)，從而得到低密度流 體，當(dāng)不包含有機(jī)物質(zhì)時(shí)，該低密度流體在2(TC下16小時(shí)內(nèi)膠凝(即 不包含有機(jī)物質(zhì)時(shí)改性流體膠凝，有機(jī)物質(zhì)的量足以抑制改性流體在 2(TC下16小時(shí)內(nèi)膠凝)。通常低密度流體保持為流體的時(shí)間為至少2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9甚至10天。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種制備改性含水流體(如鉆井 液)的方法。該方法包括混合含水流體，所述含水流體包含(a)多糖和 溶解的鹽(如溶解的氯化鈉(NaCl)和氯化鈣(CaCl2)) ， (c)包含至少一 個(gè)硼原子和至少兩個(gè)氧原子的硼酸鹽陰離子，和(d)相對于多糖優(yōu)先與 硼酸鹽陰離子反應(yīng)的有機(jī)物質(zhì)，從而得到改性含水流體(如改性鉆井 液)，當(dāng)不包含有機(jī)物質(zhì)時(shí)，改性含水流體在2(TC下16小時(shí)內(nèi)膠凝。
6通常含水流體保持為流體的時(shí)間為至少2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9甚至 10天。任選地，含水流體還包含陶瓷泡。任選地，含水流體還包含氣 體氣泡(即含水流體起泡沫)。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種含水流體(如鉆井液)，該 含水流體包含至少下述物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物包含至少一個(gè)硼原子和至少
兩個(gè)氧原子的硼酸鹽陰離子和相對于流體中的多糖優(yōu)先地與硼酸鹽陰 離子反應(yīng)的有機(jī)物質(zhì)。在一些實(shí)施例中，如果不含形成反應(yīng)產(chǎn)物的有
機(jī)物質(zhì)，含水組合物在2(TC下16小時(shí)內(nèi)膠凝，其中形成反應(yīng)產(chǎn)物的有 機(jī)物質(zhì)的量足以抑制含水組合物的膠凝。通常含水流體保持為流體的 時(shí)間為至少2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9甚至10天。在一些實(shí)施例中， 含水流體還包含溶解的鹽。任選地，含水流體還包含陶瓷泡。任選地， 含水流體還包含氣體氣泡(即含水流體起泡沫)。
本發(fā)明還提供了一種進(jìn)行鉆探操作的方法。該方法包括使鉆井液 在井眼中環(huán)流并滲入地下區(qū)域，該鉆井液包含至少下述物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)
物包含至少一個(gè)硼原子和至少兩個(gè)氧原子的硼酸鹽陰離子和相對于
流體中的多糖優(yōu)先地與硼酸鹽陰離子反應(yīng)的有機(jī)物質(zhì)。任選地，含水 鉆井液還包含陶瓷泡。任選地，含水流體還包含氣體氣泡(即含水流 體起泡沫)。
本發(fā)明以上所指的可以阻止或至少抑制在某些濃度下膠凝的有機(jī) 物質(zhì)例子包括單糖類(包括葡萄糖、甘露糖或木糖等醛糖和果糖等酮
糖)；糖醇(如山梨醇或麥芽糖醇)；二糖(如麥芽糖)；氨基糖(如 葡糖胺)， 糖酸(即醛糖酸，如葡糖酸)；包含至少三個(gè)選自羥基官 能團(tuán)、羧酸官能團(tuán)以及它們的組合(如異抗壞血酸、間苯三酚、甘油、 內(nèi)消旋赤蘚醇、季戊四醇、檸檬酸、l，l,l-三(羥甲基)乙烷)的官能團(tuán) 的化合物(包括直鏈的和支鏈的)；1,6-己二醇；鄰苯二甲酸；以及乙 內(nèi)酰脲。術(shù)語"有機(jī)物質(zhì)"包括這些化合物的以下任何形式其立體 異構(gòu)體(如對映體或非對映體)、溶劑化物(如水合物)和/或鹽(如就氨基糖、糖酸或其他羧酸而言)。在指手性化合物時(shí)，包括所述化 合物中的每一個(gè)的對映體以及該對映體的外消旋或非消旋混合物。
此外，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種制備低密度流體的方 法。該方法包括混合(a)包含多糖和溶解的鹽的含水流體，(b)堿石灰硼 硅酸鹽玻璃泡，和(C)下述物質(zhì)中的至少一種單糖類；糖醇；二糖； 氨基糖；糖酸；包含至少三個(gè)選自羥基官能團(tuán)、羧酸官能團(tuán)以及它們 的組合的官能團(tuán)的化合物；1，6-己二醇；鄰苯二甲酸；或乙內(nèi)酰脲，從 而得到低密度含水流體，其中在不含下述物質(zhì)的至少一種時(shí)單糖類；
糖醇；二糖；氨基糖；糖酸；包含至少三個(gè)選自羥基官能團(tuán)、羧酸官 能團(tuán)以及它們的組合的官能團(tuán)的化合物；1,6-己二醇；鄰苯二甲酸；或
乙內(nèi)酰脲，低密度流體在2(TC下16小時(shí)內(nèi)膠凝。通常低密度流體保持 為流體的時(shí)間為至少2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9甚至10天。任選地， 該流體還包含氣體氣泡(即含水流體起泡沫)。
具體實(shí)施例方式
可用于本發(fā)明的包含多糖的含水流體(如鉆井液)在本領(lǐng)域中是 已知的，并且可商購自例如Baker Hughes (Houston, TX)、 M-I LLC (Houston, TX)以及Haliburton (Houston, TX)。
存在于含水流體中的示例性多糖包括黃原膠、瓜耳膠、淀粉或纖 維素(如多陰離子纖維素)中的至少一種?？梢源嬖谟诹黧w中的示例 性溶解的鹽包括氯化鈉(NaCl)和氯化鈣(CaCl2)。
在一些實(shí)施例中，含水流體(如通常對于鉆井液而言)包含數(shù)量 足以增大組合物粘度的增粘組分。示例性增粘組分包括膨潤土、石棉、 海泡石、綠坡縷石、纖維素衍生物以及它們的組合。
在一些實(shí)施例中，硼酸鹽陰離子包括單硼酸鹽和多硼酸鹽陰離子 以及包含至少2、 3、 4、 5，甚至至少6個(gè)硼原子(可為三價(jià)或四價(jià)的)和至少3、 4、 5、 6、 7、 8、 9，甚至至少10個(gè)氧原子的陰離子。包含 至少一個(gè)硼原子和至少兩個(gè)氧原子的硼酸鹽陰離子的示例性來源包括 硼酸、硼砂(即十水合四硼酸鈉)、其他硼酸鹽(包括溶劑化物或水 合物形式)以及堿石灰硼硅酸鹽玻璃泡。示例性硼酸鹽抗衡離子包括 堿金屬陽離子、堿土金屬陽離子以及它們的組合。
相對于多糖優(yōu)先地與硼酸鹽陰離子反應(yīng)的示例性有機(jī)物質(zhì)包括下 述材料中的至少一種山梨醇(如D-山梨醇)、D-(+)葡糖胺鹽酸鹽、
乙內(nèi)酰脲、異抗壞血酸、二水合間苯三酚、內(nèi)消旋赤蘚醇、季戊四醇、
D-葡萄糖酸、鄰苯二甲酸、 一水合檸檬酸、l,l,l-三(羥甲基)乙烷、D-果糖、無水D-葡萄糖、木糖、麥芽糖醇(如70%麥芽糖醇的水溶液)、 D-(+)-甘露糖和高果玉米糖漿。此類材料可商購自例如Alfa Aesar (Ward Hill, MA); Calbiochem (La Jolla， CA); Aldrich Chemical Company (Milwaukee, WI); Pfizer Chemical Division (New York, NY); Fisher Scientific Company (Fair Lawn， NJ); Merck Company (Rahway, NJ); Avocado Research Chemicals Ltd., (Heysham， Lancaster, UK);禾口/或The Matheson Company(East Rutherford, NJ)。
用于實(shí)施本發(fā)明的陶瓷泡通常是圓的。泡不必完全為球形，例如 可以有坑或?yàn)闄E球體。合適的陶瓷泡可通過本領(lǐng)域中已知的技術(shù)制備 和/或商購得到。例如，制備玻璃泡的技術(shù)記錄于例如美國專利No. 2,978,340 (Veatch等人)、3,030,215 (Veatch等人)、3,129,086 (Veatch 等人)、3,230,064(Veatch等人)、3,365,315 (Beck)、 4,279,632 (Howell)、 4，391,646 (Howell)和4,767,726 (Marshall)以及1983年10月19日公布 的歐洲專利文檔No. 0,091,555中。本領(lǐng)域中已知有多種玻璃泡制劑， 包括多種堿石灰硼硅酸鹽玻璃。例如， 一種示例性堿石灰硼硅酸鹽玻 璃泡制劑包含至少卯％、 94%甚至97%按重量計(jì)的玻璃，該玻璃又包含 至少67%的SiC)2(如70%至80%范圍的Si02) 、 8%至15%范圍的CaO、 3%至8%范圍的Na20、 2%至6%范圍的B203和0.125%至1.5%范圍的 SO"玻璃泡可(例如)以商品名"3M中空玻璃微球，HGS系列"(3M HOLLOW GLASS MICROSPHERES, HGS SERIES)(如"HGS18000") 和"3M玻璃泡"(3M GLASS BUBBLES)(如S60、 S60HS、 iM30K、 Kl、 K15、 S15、 S22、 K20、 K25、 S32、 K37、 S38、 S38HS、 S38XHS、 K46、 (A16/500、 A20/1000、 D32/4500禾卩H50/10000)級(jí))得自3M 公司(St.Paul, MN);以商品名"球形中空玻璃球"(SPHERICEL HOLLOW GLASS SPHERES)(如110P8和60P18級(jí))和"Q-CEL中空球"(Q-CEL HOLLOW SPHERES)(如30、 6014、 6019、 6028、 6036、 6042、 6048、 5019、 5023和5028級(jí))得自Potters Industries (Valley Forge, PA) (PQ Corporation的附屬公司)；以及以商品名"SIL-CELL"(如SIL 35/34、 SIL陽32、 SIL-42和SIL-43級(jí))得自Silbrico Company, (Hodgkins, IL)。
在一些實(shí)施例中，陶瓷泡為從燃煤發(fā)電廠所收集的粉煤灰中提取 的硅鋁酸鹽泡(即空心微珠)。可用的空心微珠包括Sphere One, Inc., (Chattanooga, TN)以商品名 "EXTENDOSPHERES 中空球" (EXTENDOSPHERES HOLLOW SPHERES)銷售的那些，如SG、 MG、 CG、 TG、 HA、 SLG、 SL-150、 300/600、 350、 XOL-200、 XOL-150、 FM-1級(jí)；禾f] 3M公司以商品名"3M中空陶瓷微球"(3M HOLLOW CERAMIC MICROSPHERES)銷售的那些，如G-3125、G-3150和G-3500 級(jí)。空心微珠的平均真密度通常在0.7g/cm3至0.8g/cm3的范圍內(nèi)。
陶瓷泡的平均真密度通常在約0.1g/cmS至約0.9g/cr^的范圍內(nèi)(在 一些實(shí)施例中，在約0.2g/cn^至約0.7g/cm3的范圍內(nèi))，但也可以應(yīng) 用這些范圍之外的密度。
玻璃泡的直徑通常在約5微米至約250微米的范圍內(nèi)(在一些實(shí) 施例中，在約10微米至約110微米，甚至約10微米至約70微米的范 圍內(nèi))，但也可以應(yīng)用這些范圍之外的尺寸。在一些實(shí)施例中，玻璃 泡的中位直徑在20微米至約40微米的范圍內(nèi)。陶瓷泡(例如空心微珠)的直徑通常在約5微米至約500微米的范圍內(nèi)(在一些實(shí)施例中，
在約5.0微米至約300微米，甚至約75微米至約200微米的范圍內(nèi))， 但也可以應(yīng)用這些范圍之外的尺寸。
對于包含陶瓷泡的鉆井液而言，通常存在的陶瓷泡量足以將流體 的密度降低至少5% (在一些實(shí)施例中，降低至少10%、 15%、 20%、 25%甚至至少30%)。在一些實(shí)施例中，陶瓷泡按體積計(jì)占鉆井液的約 25%至約50%。降低鉆井液的密度是有利的，例如可顯著降低將鉆井液 提升至表面所需的壓力以及降低相關(guān)的抽吸成本。
陶瓷泡所需的抗壓強(qiáng)度取決于流體的特定預(yù)期用途。例如對于鉆 探應(yīng)用，陶瓷泡所需的抗壓強(qiáng)度通常由所采用的井底壓力決定。在深 度較淺處，陶瓷泡的抗壓強(qiáng)度不必很高，但在非常深的井眼中和/或在 非常深的海底處，施加在陶瓷泡上的流體靜壓變得極大，因此陶瓷泡 應(yīng)具有非常大的抗破裂性(高抗壓強(qiáng)度)。由于泡通常為球形，因此
其在所有方向上提供相同的抗壓阻力(各向同性的抗壓強(qiáng)度)，故非 常適合該應(yīng)用。 一般來講，陶瓷泡組分的破裂強(qiáng)度為至少2000psi (13.8MPa)(在 一 些實(shí)施例中為至少3000psi (20.7MPa) 、 4000psi (27.6MPa)、5500psi (37.9MPa)、6000psi (41.1MPa)、 10，000psi (68.9MPa)， 甚至至少18，000psi (124.1MPa))。
根據(jù)本發(fā)明的低密度含水流體實(shí)施例也是有用的，例如應(yīng)用于雙 梯度鉆井。在此類深水鉆井中，在位于海底或海底附近的隔水管基部 引入低密度含水流體，以有利于鉆探操作中的壓力控制。
本文所述的流體中可以包含的其他添加劑包括堿度和pH值控制 添加劑、殺菌劑、鈣還原劑、緩蝕劑、去沫劑、乳化劑、降濾失劑、 絮凝劑、發(fā)泡劑、水合抑制劑、堵漏材料、潤滑劑/解卡劑、頁巖控制 抑制劑、表面活性劑、溫度穩(wěn)定劑、稀釋劑、分散劑、增粘劑和加重 材料。
11任選地，可使用本領(lǐng)域中已知的若干方法中的一種來將氣體(如 氮?dú)狻⒍趸蓟蚩諝?氣泡混合到流體中以形成泡沫。此類方法包
括例如美國專利No. 3,463,231 (Hutchison等人)和3,819,519 (Sharman
等人)中所描述的方法。
本發(fā)明還提供了一種鉆探方法，該方法包括使本文所述的鉆井液 順著鉆柱向下環(huán)流以及在鉆柱與鉆孔之間的環(huán)面向上環(huán)流。
本發(fā)明還提供了一種鉆探方法，其中可以控制鉆井液的壓力以防 止井噴、反沖或其他不可控的壓力狀況。根據(jù)可滲透地層中的大多數(shù) 鉆井應(yīng)用，鉆井液的壓力應(yīng)保持在井的孔隙壓力與井地層周圍的斷裂 壓力之間。如果流體壓力太低，地層流體會(huì)迫使該流體離開井眼或環(huán) 面，從而導(dǎo)致反沖或井噴。如果流體壓力太高，與井眼相鄰的地層會(huì) 斷裂，從而導(dǎo)致流體環(huán)流損失、流體損失以及斷裂處有鉆屑。玻璃泡 可用于控制含水鉆井液的密度，從而用于控制流體施加在地層上的壓 力。
提供下面的實(shí)例以幫助理解本發(fā)明，并且這些實(shí)例不構(gòu)成對本發(fā) 明范疇的限制。除非另外指明，否則所有的份數(shù)和百分比均按重量計(jì)。
實(shí)例
流體-凝膠測試
可使用以下"流體-凝膠測試"檢驗(yàn)材料是否為流體。在約2(TC下， 將待測材料在其容器中徹底搖晃之后，將約10cm3的待測材料注入 75mm、短桿、60°的玻璃漏斗(以商品名"Pyrex"、目錄編號(hào)4154-11 得自Ace Glass (Vineland,NJ))。如果材料在1分鐘內(nèi)流過漏斗，那么 認(rèn)為其是流體，否則就是凝膠。
實(shí)例1
12在8盎司(240ml)的玻璃廣口瓶中手動(dòng)混合100克含水鉆井液和3 克D-山梨醇(CAS弁50-70-4; 98%的D-山梨醇;可得自Alfa Aesar (Ward Hill， MA))，其中含水鉆井液基于飽和鹽(氯化鈉)水，并且用多糖
(可以標(biāo)識(shí)符"水基泥漿"(Water Based Mud)得自Baker Hughes (Aberdeen, Scotland (UK)))進(jìn)行了流變改性。然后將10克陶瓷微球
("3M中空玻璃微球HGS18000")手動(dòng)混合于該流體中。密封廣口 瓶，并使其在室溫(約2(TC)下經(jīng)過一夜。在約16小時(shí)之后，觀察到 流體保持為流體，粘度有小但可察覺的增大。混合物在至少18天之后 仍可自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少18 天之后)被定為流體。
實(shí)例2
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例2，不同的是用3克D-(+)-葡糖胺鹽酸鹽 (CAS#66-84-2;可得自Calbiochem (La Jolla， CA))取 代D-山梨醇。在至少約16小時(shí)之后，觀察到流體保持為流體，粘度有 小但可察覺的增大?；旌衔镌谥辽?天之后仍可自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。
實(shí)例3
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例3，不同的是用3克乙內(nèi)酰脲 (CAS#461-72-3; 99%;可得自Aldrich Chemical Company (Milwaukee, WI))取代D-山梨醇。在至少約16小時(shí)之后，觀察到流體保持為流體， 粘度有小但可察覺的增大?；旌衔镌谥辽?天之后仍可自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。實(shí)例4
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例4，不同的是用3克異抗壞血 酸(可得自Pfizer Chemical Division (New York, NY))取代D-山梨醇。 在至少約16小時(shí)之后，觀察到流體保持為流體，粘度有小但可察覺的 增大。混合物在至少7天之后仍可自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。
實(shí)例5
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例5，不同的是用3克二水合間 苯三酚(CAS#6099-90-7; 97%;可得自Aldrich Chemical Company)
取代D-山梨醇。在至少約16小時(shí)之后，觀察到流體保持為流體，粘度 有小但可察覺的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。
實(shí)例6
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例6，不同的是用3克內(nèi)消旋赤 蘚醇(可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。在至少約 16小時(shí)之后，觀察到流體保持為流體，粘度有小但可察覺的增大?；?合物在至少7天之后仍可自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。
實(shí)例7
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例7,不同的是用3克季戊四醇(精制級(jí)，可得自Fisher Scientific Co (Fair Lawn, NJ))取代D-山梨醇。 在至少約16小時(shí)之后，觀察到流體保持為流體，粘度有小但可察覺的 增大?；旌衔镌谥辽?天之后仍可自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。
實(shí)例8
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例8，不同的是用3克D-葡萄 糖酸鉀鹽(CAS#299-27-4; 99%;可得自Aldrich Chemical Company) 取代D-山梨醇。在至少約16小時(shí)之后，觀察到流體保持為流體，粘度 有小但可察覺的增大?；旌衔镌谥辽?天之后仍可自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。
實(shí)例9
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例9，不同的是用3克鄰苯二甲 酸(CAS#88-99-3; 98%;可得自Aldrich Chemical Company)取代D-
山梨醇。在至少約16小時(shí)之后，觀察到流體保持為流體，粘度有小但 可察覺的增大?；旌衔镌谥辽?天之后仍可自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。
實(shí)例10
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例10，不同的是用3克一水合 貯檬酸(ACS， 99.0-102.0%;可得自Alfa Aesar)取代D-山梨醇。在 至少約16小時(shí)之后，觀察到流體保持為流體，粘度有小但可察覺的增 大?；旌衔镌谥辽?天之后仍可自由流動(dòng)。此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。
實(shí)例11
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例11，不同的是用3克1,1,1-
三(羥甲基)乙烷(CAS#77-85-0 ; 99% ;可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。在至少約16小時(shí)之后，觀察到流體保持為 流體，粘度有小但可察覺的增大?；旌衔镌谥辽?天之后仍可自由流 動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。
實(shí)例12
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例12，不同的是用3克D-果糖 (98%;可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。在至少約 16小時(shí)之后，觀察到流體保持為流體，粘度有小但可察覺的增大?；?合物在至少7天之后仍可自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。
實(shí)例13
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例13，不同的是用3克無水D-葡萄糖(可得自Merck Company (Rahway， NJ))取代D-山梨醇。在至 少約16小時(shí)之后，觀察到流體保持為流體，粘度有小但可察覺的增大。 混合物在至少7天之后仍可自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10
16天之后)被定為流體。 實(shí)例14
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例14，不同的是用3克D-木糖 (CAS#58-86-6;可得自Avocado Research Chemicals, Ltd., (Heysham, Lancaster, UK))取代D-山梨醇。在至少約16小時(shí)之后，觀察到流體 保持為流體，粘度有小但可察覺的增大?；旌衔镌谥辽?天之后仍可 自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。
實(shí)例15
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例15，不同的是用3克70%麥 芽糖醇的水溶液(可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。 在至少約16小時(shí)之后，觀察到流體保持為流體，粘度有小但可察覺的 增大?；旌衔镌谥辽?天之后仍可自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。
實(shí)例16
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例16，不同的是用3克D-(+)-甘露糖(可得自The Matheson Company, (East Rutherford, NJ))取代D-山梨醇。在至少約16小時(shí)之后，觀察到流體保持為流體，粘度有小但 可察覺的增大。混合物在至少7天之后仍可自由流動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。實(shí)例17
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例17，不同的是用3克高果玉
米糖漿(026550;可以商品名"INVERTOSE"得自Corn Products (Bedford Park, IL))取代D-山梨醇。在至少約16小時(shí)之后，觀察到流體保持為 流體，粘度有小但可察覺的增大?；旌衔镌谥辽?天之后仍可自由流 動(dòng)。
此外，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，該混合物(在至少10 天之后)被定為流體。
實(shí)例18
以實(shí)例1中所述方式制備和測試實(shí)例18，不同的是將IO克含水鉆 井液與1克一水合D-(+)-麥芽糖(可得自Aldrich Chemical Company) 和1克陶瓷微球("3M中空玻璃微球HGS18000")在6打蘭的小瓶 中手動(dòng)混合。在至少約20小時(shí)之后，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試， 發(fā)現(xiàn)混合物為流體。
實(shí)例19
以實(shí)例18中所述方式制備和測試實(shí)例19，不同的是將10克含水 鉆井液與1克甘油(可得自Alfa Aesar)和1克陶瓷微球("3M中空 玻璃微球HGS18000")在6打蘭的小瓶中手動(dòng)混合。在至少約20小 時(shí)之后，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)混合物為流體。
實(shí)例20
以實(shí)例18中所述方式制備和測試實(shí)例20，不同的是將10克含水 鉆井液與0.1克D-山梨醇和1克陶瓷微球("3M中空玻璃微球 HGS18000")在6打蘭的小瓶中手動(dòng)混合。在至少約10天之后，按 照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)混合物為流體。
實(shí)例21以實(shí)例18中所述方式制備和測試實(shí)例21，不同的是將IO克含水 鉆井液與0.3克D-山梨醇在6打蘭的小瓶中手動(dòng)混合，并用0.1克硼砂 (可以商品名"20 MULE TEAM"得自Dial Company (Scottsdale， AZ)) 取代玻璃泡。在至少約10天之后，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試， 發(fā)現(xiàn)混合物為流體。
實(shí)例22
以實(shí)例18中所述方式制備和測試實(shí)例22，不同的是用5克1，6-己二醇取代D-山梨醇。在至少約20小時(shí)之后，按照上述流體-凝膠測 試進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)混合物為流體，進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)混合物中存在大量 沉淀的固體。
示例性實(shí)例A
將100克基于飽和鹽(氯化鈉)水并且用多糖(參見實(shí)例1)進(jìn)行 流變改性的含水鉆井液與10克陶瓷微球("3M中空玻璃微球 HGS18000")手動(dòng)混合。密封廣口瓶，并使其在室溫(約20。C)下經(jīng) 過一夜。在約16小時(shí)之后，觀察到流體不再為流體，而是成為凝膠物 質(zhì)，并且該凝膠物質(zhì)可被木棍輕易切斷。該凝膠類似于在其自重下不 流動(dòng)的軟明膠，因此如果用上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，則其顯然不 會(huì)在1分鐘內(nèi)流過漏斗。
示例性實(shí)例B
以實(shí)例1中所述方式制備和測試示例性實(shí)例B，不同的是用3克 二戊赤蘚醇(CAS#126-58-9;技術(shù)級(jí)；可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。在約16小時(shí)之后，觀察到流體不再為流體， 而是成為凝膠物質(zhì)，并且該凝膠物質(zhì)可被木棍輕易切斷。該凝膠類似 于在其自重下不流動(dòng)的軟明膠，因此如果用上述流體-凝膠測試進(jìn)行測 試，則其顯然不會(huì)在1分鐘內(nèi)流過漏斗。
示例性實(shí)例C
19以實(shí)例1中所述方式制備和測試示例性實(shí)例C，不同的是用3克
1,6-己二醇(99+%;可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨醇。 在約16小時(shí)之后，觀察到流體不再為流體，而是成為凝膠物質(zhì)，并且 該凝膠物質(zhì)可被木棍輕易切斷。該凝膠類似于在其自重下不流動(dòng)的軟 明膠，因此如果用上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，則其顯然不會(huì)在1分 鐘內(nèi)流過漏斗。
示例性實(shí)例D
以實(shí)例1中所述方式制備和測試示例性實(shí)例D，不同的是用3克 一水合D-(+)-麥芽糖(可得自Aldrich Chemical Company)取代D-山梨 醇。在約16小時(shí)之后，觀察到流體不再為流體，而是成為凝膠物質(zhì)， 并且該凝膠物質(zhì)可被木棍輕易切斷。該凝膠類似于在其自重下不流動(dòng) 的軟明膠，因此如果用上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，則其顯然不會(huì)在 1分鐘內(nèi)流過漏斗。
示例性實(shí)例E
以實(shí)例1中所述方式制備和測試示例性實(shí)例E，不同的是用3克 蔗糖(糖;可得自Super Value Company, (Eden Pmirie， MN))取代D-山梨醇。在約16小時(shí)之后，觀察到流體不再為流體，而是成為凝膠物 質(zhì)，并且該凝膠物質(zhì)可被木棍輕易切斷。該凝膠類似于在其自重下不 流動(dòng)的軟明膠，因此如果用上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，則其顯然不 會(huì)在1分鐘內(nèi)流過漏斗。
示例性實(shí)例F
以實(shí)例1中所述方式制備和測試示例性實(shí)例F，不同的是用3克 甘油(可得自AlfaAesar)取代D-山梨醇。在約16小時(shí)之后，觀察到 流體不再為流體，而是成為凝膠物質(zhì)，并且該凝膠物質(zhì)可被木棍輕易 切斷。該凝膠類似于在其自重下不流動(dòng)的軟明膠，因此如果用上述流 體-凝膠測試進(jìn)行測試，則其顯然不會(huì)在1分鐘內(nèi)流過漏斗。示例性實(shí)例G
以實(shí)例1中所述方式制備和測試示例性實(shí)例G，不同的是用3克 1,2-丙二醇(可得自Alfa Aesar)取代D-山梨醇。在約16小時(shí)之后， 觀察到流體不再為流體，而是成為凝膠物質(zhì)，并且該凝膠物質(zhì)可被木 棍輕易切斷。該凝膠類似于在其自重下不流動(dòng)的軟明膠，因此如果用 上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，則其顯然不會(huì)在1分鐘內(nèi)流過漏斗。
示例性實(shí)例H
以實(shí)例1中所述方式制備和測試示例性實(shí)例H，不同的是用3克 乙酸(可得自J T Baker (Phillipsburg,NJ))取代D-山梨醇。在約16小 時(shí)之后，觀察到流體不再為流體，而是成為凝膠物質(zhì)，并且該凝膠物 質(zhì)可被木棍輕易切斷。該凝膠類似于在其自重下不流動(dòng)的軟明膠，因 此如果用上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，則其顯然不會(huì)在l分鐘內(nèi)流過 漏斗。
示例性實(shí)例I
以實(shí)例1中所述方式制備和測試示例性實(shí)例I，不同的是用3克乙 醇酸(可得自Aldrich ChemicalCompany)取代D-山梨醇。在約16小 時(shí)之后，觀察到流體不再為流體，而是成為凝膠物質(zhì)，并且該凝膠物 質(zhì)可被木棍輕易切斷。該凝膠類似于在其自重下不流動(dòng)的軟明膠，因 此如果用上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，則其顯然不會(huì)在1分鐘內(nèi)流過 漏斗。
示例性實(shí)例J
以實(shí)例1中所述方式制備和測試示例性實(shí)例J，不同的是用3克聚 山梨醇酯(可以商品名"TWEEN 60" (NF)得自Uniqema (New Castle， DE))取代D-山梨醇。在約16小時(shí)之后，觀察到流體不再為流體，而 是成為凝膠物質(zhì)，并且該凝膠物質(zhì)可被木棍輕易切斷。該凝膠類似于 在其自重下不流動(dòng)的軟明膠，因此如果用上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試， 則其顯然不會(huì)在1分鐘內(nèi)流過漏斗。示例性實(shí)例K
以實(shí)例1中所述方式制備和測試示例性實(shí)例K，不同的是用3克 鯨蠟醇(可得自The Chemistry Store Dot Com (Cayce， SC))取代D-山 梨醇。在約16小時(shí)之后，觀察到流體不再為流體，而是成為凝膠物質(zhì)， 并且該凝膠物質(zhì)可被木棍輕易切斷。該凝膠類似于在其自重下不流動(dòng) 的軟明膠，因此如果用上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，則其顯然不會(huì)在 1分鐘內(nèi)流過漏斗。
示例性實(shí)例L
以實(shí)例1中所述方式制備和測試示例性實(shí)例L，不同的是用3克 一硬脂酸脫水山梨醇酯(可以商品名"ARLACEL60"得自Uniqema) 取代D-山梨醇。在約16小時(shí)之后，觀察到流體不再為流體，而是成為 凝膠物質(zhì)，并且該凝膠物質(zhì)可被木棍輕易切斷。該凝膠類似于在其自 重下不流動(dòng)的軟明膠，因此如果用上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，則其 顯然不會(huì)在1分鐘內(nèi)流過漏斗。
示例性實(shí)例M
以示例性實(shí)例A中所述方式制備和測試示例性實(shí)例M，不同的是 將10克含水鉆井液與2.5克通過下述方式制備的含水溶液在6打蘭的 玻璃小瓶中混合；2.5克含水溶液的制備方法是將20克去離子水與10 克陶瓷微球("3M中空玻璃微球HGS18000")混合在一起，然后用 Whatman 5號(hào)濾紙(Whatman International Ltd., Maidstone, Kent, UK)過 濾混合物。在約20小時(shí)之后，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn) 流體為液體。
示例性實(shí)例N
以實(shí)例M中所述方式制備示例性實(shí)例N，不同的是在加入含水溶 液之前，將0.3克D-山梨醇加至含水鉆井液中。在約20小時(shí)之后，按 照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)流體為液體。示例性實(shí)例O
在6打蘭的小瓶中，用10克去離子水稀釋10克含水鉆井液，然 后手動(dòng)混合2克陶瓷微球("3M中空玻璃微球HGS18000")，制得 示例性實(shí)例O。在約20小時(shí)之后，按照上述流體-凝膠測試進(jìn)行測試， 發(fā)現(xiàn)流體為液體。
示例性實(shí)例P
以實(shí)例0中所述方式制備和測試示例性實(shí)例P，不同的是用0.1 克硼砂(Dial Company)取代玻璃泡。在約16小時(shí)之后，觀察到流體不 再為流體，而是成為凝膠物質(zhì)，并且該凝膠物質(zhì)可被木棍輕易切斷。 該凝膠類似于在其自重下不流動(dòng)的軟明膠，因此不會(huì)通過上述流體-凝 膠測試。
在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，對本發(fā)明的各種修改和 更改對本領(lǐng)域中技術(shù)人員來說是顯而易見的，并且應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明 并不局限于上文所述的示例性實(shí)施例。
2權(quán)利要求
1.一種制備改性含水流體的方法，所述方法包括混合(a)包含多糖和溶解的鹽的含水流體，(b)包含至少一個(gè)硼原子和至少兩個(gè)氧原子的硼酸鹽陰離子，和(c)相對于所述多糖優(yōu)先地與所述硼酸鹽陰離子反應(yīng)的有機(jī)物質(zhì)，從而得到改性的含水流體，其中在不含所述有機(jī)物質(zhì)時(shí)，所述改性流體在20℃下16小時(shí)內(nèi)膠凝。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述含水流體和所述改性的 含水流體為鉆井液。
3. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述多糖為黃原膠、 瓜耳膠、淀粉或纖維素中的至少一種。
4. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述有機(jī)物質(zhì)為下 述物質(zhì)的至少一種單糖類；糖醇；氨基糖；糖酸；包含至少三個(gè)選 自羥基官能團(tuán)、羧酸官能團(tuán)以及它們的組合的官能團(tuán)的化合物；鄰苯 二甲酸；或乙內(nèi)酰脲。
5. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述改性含水流體 還包含陶瓷泡。
6. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述改性含水流體 還包含玻璃泡。
7. —種制備低密度含水流體的方法，所述方法包括混合(a)包含多糖和溶解的鹽的含水流體，(b)包含至少一個(gè)硼原子 和至少兩個(gè)氧原子的硼酸鹽陰離子，(c)陶瓷泡，和(d)相對于所述多糖 優(yōu)先地與所述硼酸鹽陰離子反應(yīng)的有機(jī)物質(zhì)，從而得到所述低密度含 水流體，其中在不含所述有機(jī)物質(zhì)時(shí)，所述低密度含水流體在2(TC下16小時(shí)內(nèi)膠凝。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述含水流體和所述低密度 含水流體為鉆井液。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述陶瓷泡為 玻璃泡。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7、 8或9中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述多糖 為黃原膠、瓜耳膠、淀粉或纖維素中的至少一種。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7、 8、 9或IO中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述 有機(jī)物質(zhì)為下述物質(zhì)中的至少一種單糖類；糖醇；氨基糖；糖酸； 包含至少三個(gè)選自羥基官能團(tuán)、羧酸官能團(tuán)以及它們的組合的官能團(tuán) 的化合物；鄰苯二甲酸；或乙內(nèi)酰脲。
12. —種含水流體，包含至少下述物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物包含至少一 個(gè)硼原子和至少兩個(gè)氧原子的硼酸鹽陰離子和相對于存在于所述流體 中的多糖優(yōu)先地與所述硼酸鹽陰離子反應(yīng)的有機(jī)物質(zhì)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的含水流體，其中在不含形成所述反應(yīng) 產(chǎn)物的有機(jī)物質(zhì)時(shí)，所述含水組合物在2(TC下16小時(shí)內(nèi)膠凝，并且其 中形成所述反應(yīng)產(chǎn)物的有機(jī)物質(zhì)的量足以抑制所述含水組合物膠凝。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13中任一項(xiàng)所述的含水流體，還包含陶 瓷泡。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12、 13或14中任一項(xiàng)所述的含水流體，還包 含玻璃泡。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12、 13、 14或15中任一項(xiàng)所述的含水流體， 其中所述多糖為黃原膠、瓜耳膠、淀粉或纖維素中的至少一種。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12、 13、 14、 15或16中任一項(xiàng)所述的含水流 體，其中所述有機(jī)物質(zhì)為下述物質(zhì)中的至少一種單糖類；糖醇；氨 基糖；糖酸；包含至少三個(gè)選自羥基官能團(tuán)、羧酸官能團(tuán)以及它們的 組合的官能團(tuán)的化合物；鄰苯二甲酸；或乙內(nèi)酰脲。
18. —種進(jìn)行鉆探操作的方法，所述方法包括使含水鉆井液在井眼中環(huán)流并滲入地下區(qū)域，所述含水鉆井液包含至少下述物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物包含至少一個(gè)硼原子和至少兩個(gè)氧原子的硼酸鹽陰離子和相 對于存在于所述流體中的多糖優(yōu)先地與所述硼酸鹽陰離子反應(yīng)的有機(jī) 物質(zhì)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中含水鉆井液還包含陶瓷泡。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19中任一項(xiàng)所述的方法，其中含水鉆井 液還包含玻璃泡。
21. —種制備改性含水流體的方法，所述方法包括混合(a)包含多糖和溶解的鹽的含水流體，(b)堿石灰硼硅酸鹽玻璃泡，和(C)下述物質(zhì)中的至少一種單糖類；糖醇；二糖；氨基糖；糖 酸；包含至少三個(gè)選自羥基官能團(tuán)、羧酸官能團(tuán)以及它們的組合的官 能團(tuán)的化合物；1，6-己二醇；鄰苯二甲酸；或乙內(nèi)酰脲，從而得到改性 含水流體，其中在不含下述物質(zhì)中的至少一種時(shí)單糖類；糖醇；二糖；氨基糖；糖酸；包含至少三個(gè)選自羥基官能團(tuán)、羧酸官能團(tuán)以及 它們的組合的官能團(tuán)的化合物；1,6-己二醇；鄰苯二甲酸；或乙內(nèi)酰脲， 所述改性流體在20'C下16小時(shí)內(nèi)膠凝。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含多糖、溶解的鹽和硼酸鹽陰離子的含水流體。所述流體可用作(例如)鉆井液。
文檔編號(hào)C09K8/08GK101578347SQ200780048587
公開日2009年11月11日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者簡-瑪麗·魯克布齊, 羅伯特·W·亨特, 阿德里安納·帕瓦 申請人:3M創(chuàng)新有限公司