反相乳液中提高的悬浮特性.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102575149 A (43)申请公布日 2012.07.11 CN 102575149 A *CN102575149A* (21)申请号 201080045882.3 (22)申请日 2010.09.01 12/552,072 2009.09.01 US C09K 8/36(2006.01) (71)申请人 哈里伯顿能源服务公司 地址 美国俄克拉何马州 (72)发明人 杰弗里J米勒 沙德阿博赛义德马格拉比 维克兰特巴伐尼尚卡尔韦格尔 威廉W沙姆韦 (74)专利代理机构 北京康信知识产权代理有限 责任公司 11240 代理人 李丙林 张英 (54) 发明名称 反相乳

2、液中提高的悬浮特性 (57) 摘要 在所述方法中， 提供了利用反相乳液流体对 地下井进行钻孔的方法， 所述方法包括 ： 提供通 过合并组分而形成的反相乳液流体， 所述反相乳 液流体包含 ： 油基连续相、 水性不连续相以及包 含极性疏水物的极性疏水添加剂， 其中相对于不 含极性疏水添加剂的流体， 所述极性疏水添加剂 可以充分提高反相乳液流体的屈服点、 低剪切屈 服点或两者， 同时将塑性粘度的变化限制为不超 过具有最大增加的性能变化的约 35 ； 以及将所 述反相乳液流体放置在地层中。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.04.11 (86)PCT申请的申请数据 PCT

3、/GB2010/001656 2010.09.01 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/027112 EN 2011.03.10 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 30 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 30 页 附图 2 页 1/2 页 2 1. 一种反相乳液流体， 包含 ： 油基连续相， 水性不连续相， 以及 包含极性疏水物的极性疏水添加剂， 其中， 相对于不含极性疏水添加剂的流体， 所述极 性疏水添加剂可充分地提高所述反相乳液流体的屈服点、 低剪切屈服点或两者， 同时将塑 性粘度的变化限制为

4、不超过具有最大增加的性能变化的约 35。 2. 根据权利要求 1 所述的反相乳液流体， 其中， 所述油基连续相包含大于全部流体体 积的约 30。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的反相乳液流体， 其中， 所述极性疏水物包含至少四个酯 基团， 其中所述酯基团包含选自由下述组成的组中的至少一种酯 ： 多元醇酯、 脂肪醇酯、 多 元醇酯、 蔗糖基多元醇酯、 脱水山梨糖醇酯、 甘油类酯、 二醇酯、 它们的组合以及它们的衍生 物。 4. 根据权利要求 1、 2 或 3 所述的反相乳液流体， 其中， 所述极性疏水物包含选自由下 述组成的组中的至少一种化合物 ： 季戊四醇四硬脂酸酯、 三羟甲基丙烷三油酸

5、酯、 季戊四醇 四油酸酯、 油酸新戊二醇酯、 鲸蜡硬脂酸酯、 棕榈酸十六烷基酯、 硬脂酸鲸蜡十八酯、 硬脂酸 十八酯、 环氧化物的脂肪酸、 聚碳酸酯的脂肪酸、 环氧化物的脂肪酸聚合物、 聚碳酸酯的脂 肪酸聚合物、 它们的组合以及它们的衍生物。 5.根据权利要求1至4中任一项所述的反相乳液流体， 其中， 所述反相乳液流体包含约 0.25 磅 / 桶 (0.71kg/m3) 至约 18 磅 / 桶 (51kg/m3) 的所述极性疏水添加剂。 6. 根据权利要求 1 至 5 中任一项所述的反相乳液流体， 其中， 所述反相乳液流体包含 选自由下述组成的组中的至少一种添加剂 ： 固体、 增重剂、 惰性固

6、体、 流体损失控制剂、 乳化 剂、 盐、 分散助剂、 腐蚀抑制剂、 乳液稀释剂、 乳液增稠剂、 增粘剂、 它们的组合以及它们的衍 生物。 7. 根据任一前述权利要求所述的反相乳液流体， 其中， 所述反相乳液流体具有小于约 600 磅 / 桶 (1710kg/m3) 的固体含量。 8. 根据任一前述权利要求所述的反相乳液流体， 其中， 所述油基连续相包含选自由下 述组成的组中的至少一种油 ： 石蜡油、 矿物油、 合成油、 柴油、 它们的组合以及它们的衍生 物。 9. 一种利用反相乳液流体对地下井进行钻孔的方法， 包括 ： 提供根据任一前述权利要求所述的反相乳液 ； 以及 将所述反相乳液流体放置在

7、地层中。 10. 根据权利要求 9 所述的方法， 其中， 所述反相乳液通过合并基础油、 水性流体和极 性疏水添加剂而形成。 11. 一种制备反相乳液流体的方法， 包括 ： 提供基础油 ； 提供水性流体 ； 提供极性疏水添加剂 ； 以及 将所述基础油、 所述水性流体和所述极性疏水添加剂合并以形成根据权利要求 1 至 8 中任一项所述的反相乳液流体， 其中， 所述基础油包含所述反相乳液流体的连续相， 而所述 权 利 要 求 书 CN 102575149 A 2 2/2 页 3 水性流体包含所述反相乳液流体的不连续相。 12. 一种方法， 包括 ： 提供反相乳液流体， 所述反相乳液流体包含 ： 油基

8、连续相， 水性不连续相， 包含极性疏水物的极性疏水添加剂， 其中， 所述极性疏水添加剂包含具有选自由下述 组成的组的结构的化合物 ： 其中， R1和 R2包含至少部分疏水基团， X 包含亲水基团， 而 C 是碳原子， 其中， 相对于不 含极性疏水添加剂的流体， 所述极性疏水添加剂可充分提高所述反相乳液流体的屈服点、 低剪切屈服点或两者， 同时将塑性粘度的变化限制为不超过具有最大增加的性能屈服点或 低剪切屈服点变化的约 35 ； 以及 将所述反相乳液流体放置在地层中。 13. 根据权利要求 12 所述的方法， 其中， R2包含具有四个以上碳原子的化合物。 14. 根据权利要求 12 或 13 所

9、述的方法， 其中， X 包括选自由下述组成的组中的亲水基 团 ： 卤素、 卤代甲酰基、 羟基、 芳基、 羰基、 醛基、 碳酸酯基、 羧酸酯基、 羧基、 醚基、 氢过氧基、 过氧基、 甲酰胺基、 胺基、 氰酸酯基、 硝酸酯基、 腈基、 磷酸酯基、 膦酸酯基、 磺酰基、 磺酸酯 基、 硫酸酯基、 它们的组合以及它们的衍生物。 15. 根据权利要求 12、 13 或 14 所述的方法， 其中， X 包含酯基， 并且其中所述极性疏水 添加剂包含至少四个 X 基团。 16. 根据权利要求 12 至 15 中任一项所述的方法， 其中， 所述反相乳液流体在权利要求 1 至 8 中任一项中所限定。 权 利 要

10、 求 书 CN 102575149 A 3 1/30 页 4 反相乳液中提高的悬浮特性 技术领域 0001 本发明通常涉及用于处理地层中的井眼的方法和组合物， 且更特别地， 涉及用于 提高它们的悬浮特性的适合于这种流体的油基钻孔流体和添加剂。 背景技术 0002 钻孔流体， 或者钻孔流体也经常称作的 “泥浆” 是特别设计的流体， 当对井眼进行 钻孔时其在井眼中循环以促进钻孔操作。钻孔流体的各种功能包括从井眼中除去钻屑， 将 钻头冷却并润滑， 帮助支持钻管和钻头， 以及提供静压头以保持井眼壁的完整性并防止井 喷出。 0003 根据特定的地质构造的特性选择特定的钻孔流体体系以优化钻孔操作。 钻孔流

11、体 典型地包含水和 / 或油、 合成油或者其他合成材料或流体作为基础流体， 并在其中悬浮固 体。 非水性基钻孔流体典型地包含油或合成流体作为连续相且可还包含通过乳化而分散在 连续相中的水， 从而使得在流体中没有明确的水层。通常将油中的这种分散水称为反相乳 液或油包水乳液。 在这种油基钻孔流体和反相乳液中可包含大量添加剂以提高流体的特定 性能。这种添加剂可包括例如乳化剂、 增重剂、 流体损失添加剂或流体损失控制剂、 增粘剂 或粘度控制剂和碱。 0004 用于评估作为钻孔流体或作为修井流体 (well service fluid) 的流体的功用的 必要标准可包括流体的流变参数， 特别是在模拟钻孔和

12、井眼条件下的流变参数。对于用作 钻孔流体或者用于维修井的流体， 流体通常应该能够保持适合于钻孔和井眼中的循环的特 定粘度。 优选地， 钻孔流体足够粘而能够支持并携带井钻屑到表面， 而又不如此粘性以干扰 钻孔操作。而且， 钻孔流体必须足够粘性而能够悬浮重晶石和其他增重剂。然而， 提高的粘 度能够导致钻柱的有问题粘着， 且提高的循环压力能够促进循环漏失问题。 0005 通常， 在钻孔流体中包含添加剂以提高流体的粘度或携带容量。这些添加剂可包 括固体， 所述固体包括微细固体或胶态固体， 其可以对流体的重量添加密度， 而同时提高其 粘度。然而， 固体的添加可能是有害的， 因为流体在干净的状态下可显示更

13、好的流变性能。 在一些情况下， 通过使用低固体或无固体的流体也可以获得更快的钻孔速率。当对产生 多孔烃的地层进行钻孔时， 可以调整悬浮固体的尺寸和组成以提供最佳的桥接和最小的侵 入。 在这些情形中可以使用碳酸钙， 因为其通常可以为酸溶性的， 且由此提供了可除去的滤 饼。 通常用于钻孔流体的其他粘土基固体可能是较不期望的， 因为它们不提供相同的优势。 0006 通常可以将亲有机粘土用作油基泥浆中的粘度增加剂。 这些通常包括胺处理的膨 润土或锂皂石粘土， 其在流体中可典型地需要强烈搅拌以达到完全活性状态并提供粘度的 增加。时间压力可能需要快速制备流体以装运到钻孔操作。结果， 当使用亲有机粘土时可

14、能发生不充分的剪切和过处理。 0007 另外， 固体物质的小颗粒可能最终太小而在井眼完成期间和之后不能通过表面处 理设备有效地从体系中除去。结果， 不含亲有机粘土的流体可以在钻孔的几个方面中提供 优势。 说 明 书 CN 102575149 A 4 2/30 页 5 发明内容 0008 本发明通常涉及用于处理地层中的井眼的方法和组合物， 且更特别地涉及用于提 高它们的悬浮特性的油基钻孔流体和添加剂。 0009 根据本发明的一个方面， 提供了利用反相乳液流体 (invert emulsion fluid) 对地下井进行钻孔 ( 钻井， drilling) 的方法， 所述方法包括 ： 提供通过合并

15、 ( 组合， 结 合， combine) 成分而形成的反相乳液流体， 所述反相乳液流体包含 ： 油基连续相 ( 基于 油的连续相， oil-based continuous phase)、 水性不连续相 ( 含水不连续相， aqueous discontinuous phase)、 以及包含极性疏水物的极性疏水添加剂， 其中相对于不含极性疏 水添加剂的流体， 所述极性疏水添加剂充分地提高了反相乳液流体的屈服点、 低剪切屈服 点或两者， 同时将塑性粘度的变化限制为不超过具有最大增加的性能变化的约 35 ； 以及 将所述反相乳液流体放置在地层中。 0010 根据本发明的另一个方面， 提供了一种方法

16、， 所述方法包括 ： 提供反相乳液流体， 所述反相乳液流体包含 ： 油基连续相、 水性不连续相、 以及包含极性疏水物的极性疏水添加 剂， 其中所述极性疏水添加剂包含具有选自由下述组成的组的结构的化合物 ： 0011 0012 其中 R1和 R2包含至少部分疏水基团， X 包含亲水基团， 而 C 是碳原子， 其中相对 于不含极性疏水添加剂的流体， 所述极性疏水添加剂可充分提高反相乳液流体的屈服点、 低剪切屈服点或两者， 同时将塑性粘度的变化限制为不超过具有最大增加的性能变化的约 35 ； 以及将所述反相乳液流体放置在地层中。 0013 根据本发明的另一个方面， 提供了一种反相乳液流体， 所述反相

17、乳液流体包含 ： 油 基连续相、 水性不连续相、 以及包含极性疏水物的极性疏水添加剂， 其中相对于不含极性疏 水添加剂的流体， 所述极性疏水添加剂可充分提高反相乳液流体的屈服点、 低剪切屈服点 或两者， 同时将塑性粘度的变化限制为不超过具有最大增加的性能变化的约 35。 0014 根据本发明的另一个方面， 提供了一种制备反相乳液流体的方法， 所述方法包括 ： 提供基础油 ( 原油， 基油， base oil) ； 提供水性流体 ( 含水流体， aqueous fluid) ； 提供极 性疏水添加剂， 以及将所述基础油、 所述水性流体和所述极性疏水添加剂合并以形成反相 乳液流体， 其中所述基础油

18、包含所述反相乳液流体的连续相， 而所述水性流体包含所述反 相乳液流体的不连续相， 其中相对于不含极性疏水添加剂的流体， 所述极性疏水添加剂可 说 明 书 CN 102575149 A 5 3/30 页 6 充分提高反相乳液流体的屈服点、 低剪切屈服点或两者， 同时将塑性粘度的变化限制为不 超过具有最大增加的性能变化的约 35。 0015 本发明的特征和优势对本领域的技术人员来说显而易见。 尽管可以由本领域的技 术人员进行大量改变， 但是这些变化在本发明的范围内。 附图说明 0016 这些图示出了本发明一些实施方式的特定方面， 且不应被用于限制或限定本发 明。 0017 图 1 示出了极性疏水物

19、的一个实施方式。 0018 图 2 示出了极性疏水物的另一个实施方式。 0019 图 3 示出了极性疏水物的又另一个实施方式。 具体实施方式 0020 本发明通常涉及用于处理地层中的井眼的方法和组合物， 更特别地涉及用于提高 它们的悬浮特性的油基钻孔流体和添加剂。 0021 尽管本发明的方法和流体具有许多优势， 但是在本文中仅讨论一部分。本发明的 一个优势可包括产生并使用低密度流体的能力， 所述低密度流体在例如作为钻孔或修井流 体而用于井中时显示可接受的流体性能。 可以认为保持良好的低剪切粘度和屈服点是用于 从井眼中清洁屑并帮助重晶石或其他增重材料的悬浮的重要特性。在一个实施方式中， 本 发明

20、的流体可具有充分的低剪切屈服点和能够运输钻屑而不需要固体添加剂如增重剂或 亲有机粘土的粘度。 0022 特别地， 本文中公开的极性疏水添加剂可用于制造具有增加的屈服点 (“YP” ) 和 低剪切粘度而基本不提高塑性粘度 (“PV” ) 的处理流体。而且， 本文中公开的极性疏水添 加剂可以以相对少量使用以实现期望的流变性能。 所述极性疏水添加剂可还用作增粘剂且 可显示温度稳定化和提高的润滑特性。 当需要将相对高粘度的流体体积用于各种目的如用 于处理流体时也可以应用所述极性疏水添加剂。 0023 如本文中所用的， 术语 “处理流体” 通常是指可以与期望的功能和 / 或期望的目的 一起用于地下应用的

21、任何流体。术语 “处理流体” 不含有由所述流体或其任何成分实现的 任何特别作用。处理流体的实例可包括 ： 钻孔流体、 钻进流体、 在不同流体类型之间的隔离 流体 ( 水泥和钻孔流体， 例如 )、 用于悬浮井操作的粘性封隔流体、 用于帮助屑运输和需要 粘性流体的其他各种任务的高粘度清扫流体。 0024 在一些实施方式中， 本发明适用于影响包含反相 ( 油包水 ) 乳液的处理流体的流 变性的流体和方法。在所述方法中， 提供了一种利用反相乳液流体对地下井进行钻孔的方 法， 所述方法包括 ： 提供一种反相乳液流体， 其中所述反相乳液流体通过合并至少下列成 分而形成 ： 油基连续相、 水性不连续相以及包

22、含极性疏水物的极性疏水添加剂， 其中相对 于不含极性疏水添加剂的流体， 所述极性疏水添加剂可充分提高反相乳液流体的屈服点、 低剪切屈服点或两者， 同时将塑性粘度的变化限制为不超过具有最大增加的性能变化的约 35 ； 以及将所述反相乳液流体放置在地层中。 0025 在一些实施方式中， 本发明的处理流体可包含通过合并至少下列成分而形成的反 说 明 书 CN 102575149 A 6 4/30 页 7 相乳液流体 ： 油基连续相、 水性不连续相以及包含极性疏水物的极性疏水添加剂。 所述极性 疏水添加剂可以以期望的这样的量包含在所述反相乳液中以便获得用于处理操作如对具 体的井进行钻孔的合适流体性能。

23、 可以为了各种原因将其他常见添加剂如增重剂或流体损 失控制剂与乳液合并。 0026 油基连续相可包含基础油， 其可以与或不与其他油或可混溶组分合并。合适的基 础油包括但不限于柴油、 石蜡油、 矿物油、 合成油或其他这种烃以及这些流体的组合。可用 于包含反相乳液的流体中的石蜡或石蜡油可以是直链的、 支链的、 多支链的、 环状的或异链 烷烃， 优选具有约 10 至约 30 个碳原子。 0027 在一个实施方式中， 合成基础油可包含酯油、 脂肪酸的甘油酯、 脂族酯、 脂族醚、 脂 族缩醛或其他这种烃以及这些流体的组合。用于共混的酯油的实例可以是包含约 C6至约 C14脂肪酸和醇的酯油。可用作基础油的

24、其他酯油由约 C12至约 C14脂肪酸和 2- 乙基己醇 或约 C8脂肪酸和 2- 乙基己醇构成。这种酯油可以分别以商品名 PETROFREE 和 PETROFREE LVTM而从德克萨斯， 休斯顿， 哈里伯顿能源服务公司(Halliburton Energy Services， Inc.) 商购获得。 0028 用于与用于酯共混物的酯共混的异构烯烃或内烯烃可以是任何这种烯烃， 其可以 为直链、 支链或环状， 并优选具有约10至约30个碳原子。 具有约40至约70重量的C16和 约 20 至约 50 重量的 C18的异构烯烃或内烯烃是特别优选的。可商购的用于本发明的酯 共混物的异构烯烃的实例是

25、可得自德克萨斯， 休斯顿， 哈里伯顿能源服务公司的 PETROFREE SFTM基础流体。可替换地， 可以用其他烃如石蜡、 矿物油或它们的组合替代酯共混物中的 烯烃或者将其添加至所述烯烃中。这种其他烃可包含这种共混物的约 1 重量至约 99 重 量。除了上述列出的那些基础油之外， 还可以将由约 C12至约 C14脂肪酸和 2- 乙基己醇或 约 C8脂肪酸和 2- 乙基己醇构成的酯油与异构烯烃在酯共混物中的组合用作基础油。该共 混物可以作为 ACCOLADETM商购得自德克萨斯， 休斯顿， 哈里伯顿能源服务公司。 0029 合适的反相乳液基础油的其他实例包括与其他烃如直链 烯烃、 石蜡或环烷或

26、者它们的组合共混的异构烯烃 (“烃共混物” )。当在本发明中与酯或其他烃如异构烯烃、 直链 烯烃或环烷烃共混时， 石蜡应当包含至少约 1 重量至约 99 重量的共混物， 但是 优选小于约 50 重量。用于包含反相乳液的共混物的环烷或环烷烃可以是具有通用化学 式 CnH2n的任何饱和的、 环状石蜡化合物、 组合物或材料， 其中 n 是约 5 至约 30 的数。 0030 在反相乳液流体中基础油的量可以随使用的特定基础油、 使用的特定水性流体、 在反相乳液流体中包含的任何添加剂以及使用反相乳液流体的特定应用而变化。然而， 通 常， 当用作连续相时， 基础油的量必须足以形成稳定的乳液。在一个实施方式

27、中， 基础油的 量按全部流体的体积计为至少约 30， 至少约 40， 或可替换地至少约 50。 0031 水性基不连续相可包含可与基础油至少部分混溶的任何水性流体。 在一个实施方 式中， 可混溶的液相可以是水性流体。典型的水性流体包括但不限于物质如淡水、 海水、 包 含无机或有机溶解盐化合物的盐水、 包含水可混溶的有机化合物 ( 例如醇、 甘油、 二醇等 ) 的混合物， 以及这些的混合物。在一个实施方式中， 水性流体是包含无机盐如卤化钙盐、 卤 化钠盐、 碱金属卤化物盐等的盐水溶液。 0032 在反相乳液流体中水性流体的量可以随使用的特定水性流体以及使用反相乳液 流体的特定应用而变化。在一个实

28、施方式中， 在反相乳液流体中水性流体的量应该不是很 说 明 书 CN 102575149 A 7 5/30 页 8 大而使得其不能分散在基础油相中。因此， 水性流体按全部反相乳液流体的体积计可包含 约 1至约 90。在另一个实施方式中， 水性流体按反相乳液流体的全部体积计可包含约 30至约 50。 0033 本文中公开的极性疏水添加剂可用于产生具有适合用于地下处理操作的提高的 悬浮特性的反相乳液流体。如本文中所用的，“提高的悬浮特性” 可以指流体的流变性能的 变化， 从而可以证明对于增重剂和钻屑的提高的悬浮特性， 由此提高流体通过环带将钻屑 运输到表面的能力。 在一个实施方式中， 提高的悬浮特

29、性可以由流变性能变化表征， 所述流 变性能变化包括保持良好的低剪切粘度和 YP， 同时将 PV 保持为尽可能低。然而， 术语提高 的悬浮特性不旨在暗示特定的流体流变阈值。低塑性粘度可帮助使通过泵送流体而造成 的密度增加量或等价循环密度最小化。可用于描述本发明的流变性能包括但不限于屈服 点 (“YP” )、 低剪切粘度、 塑性粘度 (“PV” )、 等价循环密度 (“ECD” ) 和屈服应力 (T0(tau zero)。将 YP 定义为当外推剪切速率为零时由宾汉塑性流变模型获得的值。可以使用在 标准油田流变仪上的读数 300 转 / 分钟 (“rpm” ) 和 600rpm 剪切速率来进行计算。

30、类似 地， 屈服应力或T0(Tau zero)是必须对材料施加以使其开始流动(或屈服)的应力， 且可通 常由在 3、 6、 100、 200、 300 和 600rpm 的速率下测量的流变仪读数来计算。可以通过对赫谢 尔-巴尔克莱(Herchel-Bulkley)流变模型应用最小二乘法拟合或曲线拟合来进行在这种 情况下的外推。估计屈服应力的更便利的手段是通过在下面方程 2 中示出的相同式计算低 剪切屈服点 (“LSYP” )， 但是分别利用 6rpm 和 3rpm 读数代替 600rpm 和 300rpm 读数。PV 表示当外推至无限剪切速率时流体的粘度。低 PV 可以表示流体能够快速钻孔，

31、尤其是因为 退出钻头的流体的低粘度和使用提高的流速的能力。高 PV 可以由粘性基础流体、 过量的胶 态固体或两者造成。PV 和 YP 由下列方程组计算 ： 0034 PV (600rpm 读数 )-(300rpm 读数 ) ( 方程 1) 0035 YP (300rpm 读数 )-PV ( 方程 2) 0036 考虑到在考虑的点上方的环带中的流速和压降， ECD 是由流体对地层发挥的有效 循环密度。高 PV 可以因内部流体摩擦所造成的环带中的更大压降而提高 ECD。 0037 可用于描述本发明的流变性能可以使用本领域技术人员已知的标准试验程序和 标准试验设备测量。 例如， 可以通过 “ANSI

32、/API RP 13B-2 ： 用于现场试验油基钻孔流体的推 荐实践(Recommended Practice for Field Testing Oil-based Drilling Fluids)” ， 使用 115伏发动机驱动的粘度计如FANN Model 35-A V-G Meter来确定性能如以厘泊(Pa.s)表 示的塑性粘度、 以表盘读数表示的低剪切粘度、 以 lb/100ft2(Pa) 表示的屈服点和 LSYP 以 及以lb/100ft2(Pa)表示的凝胶强度， 通过参考将其整体并入本文中。 旋转测量提供可以获 得读数的标准试验。 根据需要， 实际旋转速率可以轻微变化且可以使用校

33、正因子进行校正。 0038 可以将本发明的极性疏水添加剂添加至反相乳液流体中以提高流体的悬浮特性。 在描述性能时， 指定 120 (49 ) 的基准温度会是便利的， 如在 API 规范中所概述的。在 一个实施方式中， 具有极性疏水添加剂的反相乳液流体在 120 (49 ) 下可以具有在约 7(3Pa) 和约 40lb/100ft2(19Pa) 之间的屈服点。在另一个实施方式中， 本发明具有极性疏 水添加剂的反相乳液流体可以具有在约 18(9Pa) 和约 35lb/100ft2(17Pa) 之间的屈服点。 具有极性疏水添加剂的反相乳液流体在6rpm和120(49)下测量时可具有大于或等于 约 6

34、 的低剪切粘度和 / 或在 3rpm 下测量时可具有大于或等于约 5 的低剪切粘度。低剪切 说 明 书 CN 102575149 A 8 6/30 页 9 屈服点可大于或等于约4lb/100ft2(2Pa)。 在另一个实施方式中， 低剪切屈服点可大于或等 于约 7lb/100ft2(3Pa)。本发明的具有极性疏水添加剂的反相乳液流体可以具有约 60 厘泊 (0.06Pa.s) 以下的 PV。在另一个实施方式中， 取决于在流体中存在的固体颗粒和水相的比 例， 具有极性疏水添加剂的反相乳液流体的 PV 值可以为约 40 厘泊 (0.04Pa.s) 以下。尽管 这些性能可以受温度和压力影响， 但是可

35、以预期在覆盖大部分典型处理流体操作的范围内 将 YP、 低剪切表盘读数和屈服应力保持为基本一致。 0039 在一个实施方式中， 可以将极性疏水添加剂用于改变反相乳液流体的流变性能。 在一个实施方式中， 极性疏水添加剂可充分提高屈服点、 低剪切屈服点或两者而不类似地 提高塑性粘度。 例如， 相对于不含极性疏水添加剂的反相乳液流体， 极性疏水添加剂可充分 提高反相乳液流体的屈服点、 低剪切屈服点或两者， 同时将塑性粘度的变化限制为不超过 具有最大增加的性能变化的约 35。例如， 如果相对于不含极性疏水添加剂的反相乳液流 体， 极性疏水添加剂的添加将反相乳液流体的屈服点提高了 40并将低剪切屈服点提

36、高了 90， 则塑性粘度的提高可小于约31.5(即， 具有最大增加的性能变化的35， 其为低剪 切屈服点增加的 90 )。在另一个实施方式中， 相对于不含极性疏水添加剂的反相乳液流 体， 所述极性疏水添加剂可充分提高反相乳液流体的屈服点、 低剪切屈服点或两者， 同时将 塑性粘度的变化限制为不超过具有最大增加的性能变化的约 40。在一个实施方式中， 屈 服点或低剪切屈服点的充分提高可通过性能的约25以上的增加而测得。 在另一个实施方 式中， 屈服点或低剪切屈服点的充分提高可通过性能的约 40 以上的增加而测得。 0040 在一个实施方式中， 极性疏水添加剂可包含具有由下述表述的通式的任何数量的

37、化合物 ： 0041 0042 其中 R1和 R2表示至少部分疏水基团， X 表示亲水基团， 而在式 2 中， C 表示碳原子。 这种化合物可以因 R1和 R2的存在而是至少部分油溶性的， 且可以具有约 10 至约 500 个碳 原子。 在一个实施方式中， 多个基团也可以是可能的。 例如， 可以存在全部结合至中心R1的 多个 X 基团， 且可还包含结合至一个或多个 X 基团的一个或多个 R2基团。 0043 在一个实施方式中， R1可包含具有一个或多个碳原子的任何脂族烃、 任何芳族烃 或者由脂族和芳族烃的组合而形成的化合物。在一个实施方式中， R2可包含具有四个以上 碳原子的任何脂族烃、 任何

38、芳族烃或者由脂族和芳族烃的组合形成的化合物。 0044 在一个实施方式中， X可以包括可以是至少部分亲水的任何化合物或官能团。 在一 个实施方式中， X 可以包括卤素、 卤代甲酰基、 羟基、 芳基、 羰基、 醛基、 碳酸酯基、 羧酸酯基、 说 明 书 CN 102575149 A 9 7/30 页 10 羧基、 醚基、 氢过氧基 (hydroperoxy group)、 过氧基、 甲酰胺基、 胺基、 氰酸酯基、 硝酸酯基、 腈基、 磷酸酯基、 膦酸酯基、 磺酰基、 磺酸酯基、 硫酸酯基或它们的任意组合。 0045 在一些实施方式中， X 可包含酯基。在这些实施方式中， 可以存在四个以上由上述

39、式 1 和式 2 中的 X 表示的酯基。这些酯基可以与 R1结合且可以具有一个或多个与每个酯基 结合的R2基团。 可用于本发明的极性疏水添加剂的极性疏水添加剂的实例可包括但不限于 季戊四醇四硬脂酸酯 (PE-TS)、 三羟甲基丙烷三油酸酯 (TMP)、 季戊四醇四油酸酯 (PE-TO)、 油酸新戊二醇酯、 它们的组合或它们的衍生物。将包含 PE-TS 的极性疏水物的实施方式示 于图 1 中。如从图中可以看出， PE-TS 具有与具有疏水基团 14(R2) 的亲水基团 12(X) 结合 的部分疏水基团10(R1)。 在另一个实施方式中， 极性疏水添加剂可包括多元醇酯、 蔗糖基多 元醇酯(基于蔗糖

40、的多元醇酯， sucrose-based polyol ester)、 脱水山梨糖醇酯、 甘油类酯 ( 甘油型酯， glycerol-type ester)、 二醇酯以及它们的任意组合。在另一个实施方式中， 极性疏水添加剂可包含脂肪醇酯。在一个实施方式中， 脂肪醇酯可以是具有脂肪酸组分和 脂肪醇组分的任何化合物， 且可具有例如多于八个碳原子。例如， 可以将鲸蜡硬脂酸酯 ( 鲸 蜡醇硬脂酸酯， ceto-stearate ester)、 棕榈酸十六烷基酯、 硬脂酸鲸蜡十八酯 ( 硬脂酸鲸 蜡基硬脂酰基酯， cetostearyl stearate)、 硬脂酸十八酯 ( 硬脂酸硬脂酰基酯， ste

41、aryl stearate)、 或它们的组合用作极性疏水添加剂。 0046 在还有的另一个实施方式中， 极性疏水添加剂可包含环氧化物或聚碳酸酯的脂肪 酸以及具有五个以下重复单元的环氧化物和聚碳酸酯的脂肪酸聚合物。 0047 将还有的其他实施方式示于图 2 和 3 中。图 2 描绘了具有充当与醚基结合的部分 疏水基团 10(R1) 的苯环的极性疏水物， 所述醚基充当至少部分亲水基团 12(X)， 其进一步 与充当疏水基团 14(R2) 的己烷链端 (hexane tail) 结合。图 3 示出了还有的另一个实施 方式， 其包含与N， N-四甲氧基乙二胺结合的充当至少部分疏水基团10(R1)的己烷

42、基团， 所 述N， N-四甲氧基乙二胺充当至少部分亲水基团12(X)， 其进一步与充当疏水基团14(R2)的 庚烷基团结合。 0048 在本发明的反相乳液流体中存在的极性疏水添加剂的量可以随几个因素而变化， 所述因素包括但不限于使用的特定基础油、 使用的特定水性流体、 在反相乳液流体中包含 的任何添加剂以及使用反相乳液流体的特定应用。 受益于本发明的本领域普通技术人员能 够确定合适的量。例如， 与石蜡基础油相比， 利用烯烃基础油， 极性疏水添加剂可显示更大 的效果， 从而在悬浮特性中实现类似组的提高需要更少量的极性疏水添加剂。 通常， 极性疏 水添加剂的量可足以实现期望的流变性能。 作为通常趋

43、势， 当官能团的数量增加时， 实现相 同的流变性能需要较少的极性疏水添加剂(例如酯或多元醇酯)。 另外， 反相乳液流体的密 度和油水比对实现期望性能所必需的极性疏水添加剂的量具有影响。通常， 随着反相乳液 流体的密度和水含量增加， 提高悬浮特性需要较少的极性疏水添加剂。 在一个实施方式中， 可以以在约 0.25 磅 / 桶 (0.71kg/m3) 至约 18 磅 / 桶 (51kg/m3) 之间反相乳液流体 ( “lbs/ bbl” ) 的量添加极性疏水添加剂。在另一个实施方式中， 可以以在约 3lbs/bbl(9kg/m3) 至 约 12lbs/bbl(34kg/m3) 之间的量添加极性疏水

44、添加剂。 0049 本发明的反相乳液流体可任选地包含各种添加剂。 可用于反相乳液流体的添加剂 的实例可包括但不限于固体、 增重剂、 惰性固体、 流体损失控制剂、 乳化剂、 盐、 分散助剂、 腐 蚀抑制剂、 乳液稀释剂、 乳液增稠剂、 增粘剂以及它们的任意组合。 在一个实施方式中， 可以 说 明 书 CN 102575149 A 10 8/30 页 11 不向本发明的反相乳液流体中添加任何亲有机粘土。 本发明的反相乳液流体不需要亲有机 粘土或亲有机褐煤来对其提供必需的粘度、 悬浮特性或过滤控制。 尽管不受理论限制， 但是 认为在流体中缺少亲有机粘土和亲有机褐煤增强了流体对其他固体如钻屑的耐受性。

45、 认为 不含亲有机粘土、 亲有机褐煤或两者的流体在宽操作温度范围内提供了更加一致的流变性 能并提供了更脆弱的屈服应力或凝胶强度。在一个实施方式中， 在反相乳液流体中可以允 许一些量的亲有机粘土。 在一个实施方式中， 在流变性能开始变化之前， 反相乳液流体可包 含少于1lb/bbl(3kg/m3)、 少于2lb/bbl(6kg/m3)或者可替换地少于3lbs/bbl(9kg/m3)亲有 机粘土。 0050 在一个实施方式中， 在流体中包括增重剂、 钻孔固体和任何其他固体 ( 例如熟 石灰 ) 的量的固体含量可以小于约 600lb/bbl(1700kg/m3) 或可替换地小于约 200lb/ bb

46、l(570kg/m3)。用于提高反相乳液流体的密度的这种固体或增重剂可以是可用于这种目 的的本领域技术人员已知的任何固体。 增重剂的实例可包括但不限于重晶石、 方解石、 钛铁 矿、 富铝红柱石、 方铅矿 (gallena)、 锰氧化物、 铁氧化物、 这些的混合物等。例如， 可以将得 自美国德克萨斯， 休斯顿， 哈里伯顿能源服务公司的具有商品名 BAROID 的研磨硫酸钡添 加剂用作增重剂。可典型地添加增重材料以便改变反相乳液流体的密度。流体的密度可小 于约 20 磅 / 加仑 (2400kg/m3)、 或小于约 15 磅 / 加仑 (1800kg/m3) 或可替换地小于约 10 磅 / 加仑

47、(1200kg/m3)。本领域的技术人员会能够确定增重剂的添加量以产生具有期望密度 的反相乳液流体。 0051 在一个实施方式中， 反相乳液流体可包含流体损失控制添加剂、 乳化剂或两者。 也 可以将流体损失控制剂如改性褐煤、 聚合物、 氧化的沥青和黑沥青添加至反相乳液流体。 通 常以按全部流体的重量计至少约0.1， 至少约1或至少约5的量来使用这种流体损失控制 剂。 例如， 可以将得自美国德克萨斯， 休斯顿， 哈里伯顿能源服务公司的具有商品名ADAPTATM 的添加剂用作流体损失控制添加剂。还可以使用碱， 优选石灰 ( 氢氧化钙或氧化钙 ) 以与 在地层中进行钻孔期间遇到的酸性气体 ( 例如

48、CO2和 H2S) 结合或反应。在钻孔流体中游离 石灰的量范围可以为约1(3kg/m3)至约10lbs/bbl(29kg/m3)， 或者更优选约1(3kg/m3)至约 4lbs/bbl(11kg/m3)， 但是如本领域技术人员会知道的， 对于易于在碱性化合物存在的情况 下发生水解的特定酯， 较低的范围如小于约 2lbs/bbl(6kg/m3) 是优选的。也可以将作为石 灰的替代物的其他合适试剂用于相对于酸来调节和 / 或稳定反相乳液流体。 0052 在本发明的流体中可任选地并入通常用于反相乳液流体中的各种辅助表面活性 剂和润湿剂。 这种表面活性剂是例如脂肪酸、 脂肪酸的皂类(soaps of

49、fatty acids)、 酰胺 基胺、 聚酰胺、 聚胺、 咪唑啉衍生物、 氧化的粗妥尔油、 有机磷酸酯、 烷基芳族硫酸酯和磺酸 酯以及上述的混合物。通常， 以不干扰本发明流体的使用的量来使用这种表面活性剂。例 如， 可以以不干扰反相乳液流体充当钻孔流体并从井眼中除去屑的能力的量使用表面活性 剂或润湿剂。 0053 而且， 可以将反相乳液流体添加至反相乳液基剂 (invert emulsion base)、 其他 流体或材料中或者与其混合。这种材料可包含例如用于降低或控制温度流变性或提供薄 化的添加剂， 诸如例如具有商品名 COLDTROL 、 RHEMODTM L、 ATC 和 OMC 2TM的添加剂 ； 用于 提供用于运输 ( 输送到井址 ) 并用于清扫的暂时提高的粘度的添加剂， 诸如例如具有商品 名 TEMPERUSTM的添加剂 ( 改性脂肪酸 ) ； 用于桥接多孔岩石的添加剂， 诸如例如具有商品名 说 明 书 CN 102575149 A 11 9/30 页 12 BARACARB 50的添加剂 ； 用于高温高压过滤控制(HTHP滤液(HTHP FILTRATE)和乳液稳定 性的添加剂， 诸如例如具有商品名 FACTANTTM的添加剂 ( 高度浓缩的妥儿油衍生物 ) ； 以及 用于乳化的添加剂， 诸如例如具有商