本发明涉及钻井、油井维修、完井以及油井维修液及其改进方法。 在开采地下流体沉积物如油和/或气和钻井工艺中，尤其当采用钻头和钻杆旋转（转盘）方法钻井时，将一种钻井液，通常为一种制成具有预定的物理和化学性能的复合液，循环送至钻孔底部，然后，从所述的钻孔通过在钻杆和钻孔壁之间的或者在所述钻杆和套管壁（已放置套管者）之间的环状空间的通道返回到表面。
钻井液必须起控制液体介质粘度的作用，以从钻孔除去钻屑;它必须防止来自钻孔的过量流体进入周围岩层，在孔壁上沉积成一层薄的但基本上不透水的滤饼;它必须具有足够强度的凝胶结构以保持悬浮固体，尤其在流体未作循环的时候;它必须作为加重物料发挥足够的压力以及向平衡来自水、气、油或由地层渗透的其它流体的压力，并防止塌陷或其它装置进入钻孔。钻井液同时也必须作为钻头轴承和钻齿的切割表面的润滑剂，以降低钻管上的磨擦力。
钻井液的科学和技术以及钻井方法、维修、完井和油和/或气井维修业已广泛地研究了六十多年。人们已经知道提高流动点或凝胶强度、减少流体损失和降低水基钻井液的磨擦系数和通过与钻井液接触来降低油页岩的膨胀的各种材料和不同地方法。
虽然，所开发的系统与古老的水基流体相比表现出很大的改进，但是它们在碰到困难的油页岩地层时却并不合适。因此，这迫使操作者转向使用含烃流体。希望能对水基流体提供一种可生物降解的添加剂，以使油页岩地层钻井对油基系统的需求问题降至最小程度或完全避免。
本发明是在如下发现基础上完成的：当将一种生物可降解的水溶性烷基糖苷加至某种水基钻井液中时，会提高钻井液的流动点和/或凝胶强度，降低钻井液的流体损耗、降低钻井液的磨擦系数，和/或降低水成化活性并因而降低与钻井液接触的油页岩的溶胀，它取决于加进流体中烷基糖苷的浓度。
于是，本发明的目的是提供一种在于（a）增加水基钻井液的流动点或凝胶强度，（b）降低水基钻井液的流体损失，（c）降低水基钻井液的磨擦系数，（d）和/或降低水基钻井液的水溶液活性并由此降低与钻井液接触的油页岩的溶胀的方法，其特征包括将对这类提高或降低充分有效数量的烷基糖苷加至流体中。
本发明的另一个目的是提供水基流体，它含有足够数量的水溶性烷基糖苷足以能（a）提高该流体的流动点或凝胶强度（b）降低该流体的流体损失（c）降低该流体的磨擦系数，和/或（d）降低该流体的水溶液活性并由此减少与流接触的油页岩上的溶胀。
本发明的再一个目的是提供一种选自包括钻井液、完井液、油井维修流体和井工作流体的组，其特征在于其中加有在下面所限定的某种烷基糖苷。
本发明的这些目的在说明的过程中将为本领域内的技术人员所易于理解。
但是，本发明可以有各种改变和变换形式，本发明将结合以下的详细说明和实施例作进一步说明;然而应该理解，所揭示的具体形式并不试图限制本发明，反之，本发明包括在本发明的精神和范围中的所有改变和变换形式，正如所附的权利要求书中所体现的。
本发明的钻井液包含水溶液相，它可以是新鲜水、盐水、海水或者所有它们的组合物。如果使用盐水，它可以是一种天然存在的盐水或者由一种或多种水溶性盐溶解在水、盐水、海水或其混合物中制备得到的盐水。合适的水溶性盐包括：氯化钠、氯化钾、氯化钙、乙酸钠、乙酸钾、乙酸钙、甲酸钾以及诸如此类，和其混合物。
所使用的糖苷是一种在糖（还原糖）中通过其还原性基团与含有醇-羟（如苯酚或醇）基的有机取代基结合这一类型的化合物。许多已知的糖苷天然存在于植物和动物中，并可从这类资源中原本提取。某些天然存在的糖苷是众所周知的，以及帕来品称作松柏甙，水杨甙，扁桃甙，熊果甙，橙皮甙，栎素，尿蓝母，翠雀宁和菊胺。大多数天然存在的糖苷的糖部分为葡萄糖，而将这些苷专门称之为葡萄糖。（类似地，糖部分为半乳糖其苷具体地为半乳糖苷）当苷的非糖部分（称为配基）为酚或醇时，则将该化合物分别称为芳基（糖）苷或烷基（糖）苷。于是，苯酚与葡萄糖的结合就产生了芳基（糖）苷称作苯基（糖）苷;由甲醇和葡萄糖的结合所产生的苷为烷基（糖）苷放作甲基（糖）苷。关于苷类的更多信息通常可在以下书藉中得到参考：M.L.Wolfrom and A.Thompson，H.Baumann and W.Pigman，in“The Carbohydrates”（W.Pigman，ed.），Chapters IV and X，Academic Press，New Youk，1957;E.F.Armstrong and K.F.Armstrong，“The Glycosides，”Longmans，Green，New York，1931.Information on methyl glucoside，specifically，can be found in the following book：G.N.Bollenback，“Methyl Glucoside，”Academic press，New York，1958。
从结构上讲，苷是由有机根（芳基、烷基等）交换半缩醛羟基〔连结在结构式Ⅰ环形还原糖中碳（Ⅰ）〕产生的化合物。
Ⅰ＝D-葡萄糖
Ⅱ＝甲基α-D-吡喃葡糖苷
Ⅲ＝甲基β-D-吡喃葡糖苷
Ⅳ＝甲基α-D-呋喃葡糖苷
Ⅴ＝甲基β-D-呋喃葡糖苷
一种烷基葡糖苷如甲基葡糖苷可以存在几种异构体形式。含有有机根的碳原子〔碳（1）〕是不对称的而且环结构可自6节向5节（吡喃糖和呋喃糖）转换。这样，每个葡糖苷就至少有4个不同的异构体，称为α-和β-呋喃葡糖苷（式Ⅱ和Ⅲ）以及α-和β-呋喃葡糖苷（式Ⅳ和Ⅴ）。作为本发明的目的，所使用的名词烷基（糖）苷（或烷基D-（糖）苷通常包括了烷基（糖）苷所有的异构体。所用的烷基α-D-（糖）苷和烷基β-D-（糖）苷涉及烷基具有特殊的α-或β-旋光性。于是，甲基α-D-（糖）苷包括甲基α-D-吡喃糖苷和甲基α-D-呋喃糖苷的异构体，以及甲基β-D-（糖）苷包括甲基β-D-吡喃糖苷和甲基β-D-呋喃糖苷。
作为本发明的烷基（糖）苷是水溶性的。于是，该烷基基团可含有自1-4个碳原子，即该烷基可选自甲基、乙基、正-丙基、异-丙基、正丁基、异-丁基、仲-丁基、叔丁基以及其混合物。较佳的烷基基团为甲基或乙基，最佳的为甲基。于是较佳的（糖）苷为甲基（糖）苷和乙基（糖）苷，而最佳的为甲基（糖）苷。
在此处所用的一种烷基（糖）苷，其定义为一种含有自1-5个糖原单元的物料，如葡萄糖，和含有1-4个碳原子的烷基根或取代的烷基根。
如果（糖）苷含有2或多于2个葡萄糖单元，例如聚合物那么可将该物料叫做多葡糖苷。如果该葡糖苷含有2个葡萄糖单元，则可将该物料称为具有聚合度（D.P）为2的葡糖苷或多葡糖苷。D.P.值通常是表明具有不同聚合程度的（糖）苷混合物所得到的平均值。此处的（糖）苷较佳的D.P.值为1.0到5左右，更佳地为1.0-3.0。专门名词（糖）苷也包括（糖）苷的衍生物如：甲基、环氧乙烷和环氧丙烷加合物，只要氯甲烷、环氧乙烷和/或环氧丙烷的摩尔数与还原糖单体反应的摩尔数的比将不使该（糖）苷变成水不溶性。于是，该烷基（糖）苷将具有如下的实验式：
式中：n＝0-4，R＝C1-C4烷基以及每一个Z分别为选自包括H，CH3，（CH2CH2O）aH和〔CH2CHCCH3）O〕bH，a＝1-20，b＝1-15。
制备烷基（糖）苷的方法是已知的。结合参阅以下例示的美国专利：2，276，621;2，390，507;2，606，186;3，296，245;以及3，375，243。
本发明者业已发现将水溶性的烷基（糖）苷，较佳地为甲基葡（糖）苷以如下的数量加到水基钻井液中：（1）3%重量或更多将提高钻井液的流动点或凝胶强度;（2）5%重量或更多将降低钻井液的流体损失;（3）15%重量或更多将降低钻井液的磨擦系数;以及（4）钻井液的液相的35%重量或更多将降低钻井液水溶液活性并由此减少、接触钻井液的油页岩的溶胀。
众所周知，提高钻井液的流动点将增加钻井液的钻屑携带容量（在其它所有影响钻屑携带容量的因素不变化的情况下）。同时，当钻井液在不循环时，提高钻井液的凝胶强度将增加钻井液，保持钻屑在悬浮物中的能力。因此，往往是希望能提高钻井液的流动点或凝胶强度。
本发明者业已发现将生物可降解的水溶的烷基（糖）苷以约3%或更多的数量，较佳地至少为8%重量加至钻井液中将提高钻井液的流动点和/或凝胶强度。
同时，众所周知，优良的工程实施地层钻探的流体损失是最少的。于是，在钻井液中可加入一种或多种添加剂以降低钻井液的流体损失。本发明者业已发现在钻井液中加入5%重量或更多的、较佳地至少为10%重量的水溶的烷基（糖）苷，将降低钻井液的API流体损失。
业已知道在含水基钻井液中加入各种材料以提高钻井液的润滑性。添加钻井液重量的约15%或更多的水可溶的烷基（糖）苷将可明显降低钻井液的磨擦系数，从而增加了钻井液的润滑性。
尤其较佳的是在钻井液中加入足够的水溶的烷基（糖）苷以降低钻井液的水溶液活性，并由此降低接触钻井液的油页岩的溶胀和/或分散。
众所周知，通过在其中溶解一种水溶的盐可以降低逆油包水乳化钻井液的水相的水溶液活性。因此，可将油基泥浆的水溶液活性调节成没有水能通过渗透而进入与钻井液相接触的页岩。事实上，可将该水溶液活性进行调节，使其能抽出油页岩的水并进入逆乳化泥浆中。当水被油页吸入时就会发生油页岩溶胀。
然而，水基油浆的水溶液活性可通过在其中溶解入水溶性盐和极性有机化合物来降低，在没有半一渗透膜包封油页岩的情况下，水将转移到膨胀与泥浆相接触的溶胀油页岩，并会发生油页岩的溶胀。
本发明者意外地发现通过在其中加入水溶性的烷基（糖）苷可以显著降低水基溶体的活性，并因而降低与流体接触的油页岩的溶胀。事实上，在水基钻井液中以非常高浓度存在的烷基（糖）苷的，可以从溶胀的油页岩中除去水。烷基（糖）苷产生这种结果的机理至今尚未知晓。
钻井液的液相较佳地为含有不少于溶解在其中的约35%重量的烷基（糖）苷，自约35%-65%是较佳地，而最佳地为自约45%-60%。在本说明书中和权利要求书中使用名词“液相”时，其定义为结合水和溶解物质，如盐、碱以及溶解在其中的烷基（糖）苷。
以降低钻井液水溶活性并由此降低与流体接触的油页岩溶胀所需的烷基（糖）苷的浓度，可以用将水溶性盐加至水基流体而降低。水溶性盐和水溶性烷基（糖）苷的结合协同减少了水基流体的活性。
实际上钻井液的液相可用作为油包水反乳化钻井液的内相。于是，通过在其中结合烷基（糖）苷，较佳地为甲基葡糖苷可降低，反乳化钻井液的含水相的水液的活性。
本发明的钻井液，除了该水液相外，还含有在钻井液领域中其它可知物质，以提供水基钻井液具有所需的某些特性。因而钻井液可含有加重剂、增粘剂、减少流体损失添加剂、流变改性添加剂（称作：稀释剂）乳化剂、渗漏损失控制添加剂、润滑添加剂、消泡剂、pH控制剂以及诸如此类，包括抑制油页岩钻屑水合和/或分散的已知材料，所有这些物质都是被溶解、悬浮或分散在钻井液中。
较佳的本发明的钻井液含有碱性物质以使该钻井液具有不小于约8.5的pH值，较佳地pH约为9-12。较佳的碱性物质为氢氧化钠或氢氧化钾，最佳地为氢氧化钾。其它的碱如：氧化钙、氢氧化钙、氧化镁、碳酸钠以及诸如此类，也可用于合适配方的钻井液中。
本发明的钻井液含有烷基（糖）苷，当与含有未改性的糖，如：葡萄糖、半乳糖、蔗糖以及诸如此类的钻井液比较时，具有增强的热稳定性。
正如在本技术领域中已众所周知，在钻探时是将钻井液在钻孔中循环。当钻孔周围接触的地层温度高于周围表面温度时，钻井液温度亦会随之增高。由于温度的升高，在钻井液内的反应可能发生，取决干其组成，这就降低了钻井液的pH值。于是，需要预先加入碱以保持所需的pH。
在本发明的较佳的实施例中，提供了一种烷基葡糖苷的水溶液和添加碱的钻井液。由此，为了在钻井液中较少地加入保持所需pH的总的碱金属氢氧化物，本发明者已发现需要将碱金属氢氧化物和烷基葡糖苷水溶液进行预反应以提供一种液体添加剂用于制备和保存钻井液。该水溶液由约50%重量至约85%重量的烷基葡糖苷和不少于约2%重量的碱性金属氧化物所组成。较佳地，该含水溶液包括自约55%至80%重量的烷基葡糖苷和自约2.5%至10%重量的碱金属氢氧化物，最佳地，自约60%至80%重量的烷基葡糖苷和自约2.5%至5%重量的碱性金属氢氧化物。
为了更完整地说明本发明，给出如下非限定性的实施例。在这些实施例和所有的说明书中，可以采用以下的缩略语：API＝美国石油学院，CP＝厘泊;℃＝摄氏度;F-华氏度;%＝百分数;cc＝立方厘米;cm＝厘米;l＝升;sec＝秒;ft＝呎;min＝分钟;Psi＝磅/平方吋;lb/bb或PPb＝磅/42加伦桶;YP＝流动点;PV＝塑料粘度;MG＝甲基葡糖苷。除了另有说明外，用在实施例中的甲基葡糖苷为含有自约45%至55%重量的甲基α-D-葡糖苷。约94%重量的甲基葡糖苷为甲基吡喃葡糖苷异构体以及约6%重量的甲基呋喃葡糖苷异构体。除非另外说明，所有钻井液数据采用列在API说明书RP 13B中的过程得到的。
实施例1
制备一种含有70%重量的甲基葡糖苷和3.3%重量的氢氧化钾的甲基葡糖苷水溶液。制备的钻探泥浆为：在新鲜水中含有12.5ppb（35.7千克/米3）的API级膨润陶瓷土，0.5ppb（1.43千克/米3）氢氧化钾以及足够量的甲基葡糖苷溶液以提供在表1所列的甲基葡糖苷浓度。这些钻探泥浆于150°F（65.5℃）加热滚动4小时，然后得到在160°F（71.1℃）的粘度。得到的数据在表1中给出。
表 1
含甲基葡糖苷的膨润土泥浆和实验室配方
基本泥浆：在新鲜水中的12.5ppb预水合的API级膨润土和0.5ppb KOH制成，泥浆于150°F热滚4小时。
甲基葡糖苷重量%
流变学 0 3.25 6.5 13.0 19.5
RPM
600 6 10 12 39 53
300 3 6 7 31 47
200 3 4 6 29 45
100 2 3 4 26 43
6 1 1 1 20 19
3 1 1 1 18 15
塑性粘度,cp 3 4 5 8 6
流动点,1b/100sp.ft 0 2 2 23 41
初始凝胶1b/100sp.ft 2 3 1 16 12
10分钟凝胶,1b/100 6 9 18 19 13
sp.ft
20YP/PV 0 0.5 0.4 2.9 6.8
实施例2
制备了一种含有68%重量的甲基葡糖苷和2.25%重量的氢氧化钾的甲基葡糖苷水溶液，制备的钻探泥浆为：在新鲜水中含有列于表2A的甲基葡糖苷溶液、XCD黄蓍胶、FLOPLEX交联的羧甲基淀粉、DEXTRID预凝胶化淀粉和重晶石。该钻探泥浆于150°F（65.5℃）加热滚动16小时，冷至室温，得到API流动损失和磨擦系数。其数据在表2B中给出。
表 2 A
钻探泥浆的组成
试样 新鲜水 MG 溶 XCD FLOPLEX DEXTRID 重晶石
液
No. cc g g g g g
1 310.6 0 1 1 2.5 0
1A 293.2 34 1 1 2.5 0
1B 277.0 66 1 1 2.5 0
1C 241.7 135 1 1 2.5 0
1D 205.7 205 1 1 2.5 0
1E 185.5 245 1 1 2.5 0
2 310.6 0 1 1 2.5 115
2A 293.2 34 1 1 2.5 115
2B 277.0 66 1 1 2.5 115
2C 241.7 135 1 1 2.5 115
2D 205.7 205 1 1 2.5 115
2E 185.5 245 1 1 2.5 115
表 2B
甲基葡糖苷（MG）对API滤液和磨擦系数的影响
试样 % % API滤液 磨擦系数
No. MG*MG** cc
1 0 0 27.0 0.20
1A 7.07 7.0 11.0 0.20
1B 13.0 12.8 9.4 0.18
1C 24.2 24.0 9.0 0.09
1D 33.9 33.5 7.0 0.04
1E 38.5 38.2 6.2 0.03
2 0 0 5.0 0.17
2A 7.07 5.2 5.0 0.16
2B 13.0 9.6 4.0 0.15
2C 24.2 18.4 2.7 0.10
2D 33.9 26.2 1.6 0.05
2E 38.5 30.15 0.5 0.08
＊基于钻探泥浆的液相重量
＊＊基于钻探泥浆的重量
实施例3
制备了一种含有70%重量的甲基葡糖苷和2.7%重量的氢氧化钾的甲基葡糖苷水溶液。将2748克该甲基葡糖苷溶液与含8.13%重量膨润土的737克预水合的API级膨润土浆混合30分钟。然后，加入16克DEXTRID牌号的预凝胶化的土豆淀粉（作为泥浆损失控制添加剂），并将钻探泥浆试样再混合60分钟。于是钻探泥浆含有975.8千克/米3的甲基葡糖苷溶液（683千克/米3甲基葡糖苷，26.3千克/米3氢氧化钾），21.3千克/米3膨润土和5.7千克/米3的DEXTRID。将此钻探泥浆试样分成350cc等分试样，并在分开的等分试样口加入28.6千克/米3氯化钠或14.3千克/米3石膏。将这些试样于150°F滚动16小时，以及得到的某些性能示于表3中。列于表3中的水液性能系采用APIRP138-2的过程由Digital Thermo-Hygrometer Model 880（General Eastern）仪器测定得到的。
将钻探泥浆用API级膨润土加重到1632.7千克/米3制备成如上述的含583.8千克/米3甲基葡糖苷，22.6千克/米3KOH，18.3千克/米3API级膨润土，5.7千克/米3DEXTRID泥浆损失控制添加剂和586千克/米3重晶石。如上述所示处理和评价该基本的钻探泥浆。其数据列于表3中。
实施例4
制备了二种钻探泥浆为在新鲜水中含有1ppb（2.85千克/米3）黄蓍胶，2.5ppb（7.1千克/米3）交联的羧甲基淀粉，1 ppb（2.85千克/米3）预凝胶化的土豆淀粉以及一种为基于液相重量的53%甲基葡糖苷，另一种为基于液相重量的44%甲基葡糖苷。这些浓度的甲基葡糖苷制成的钻探泥浆分别具有0.84和0.88的水液活性。该钻探泥浆同时含有20Ib/bbI57千克/米3的秘鲁（Pierre）油页岩以模仿钻探固体并用重晶石加重到1440千克/米3。
这些钻探泥浆在实验室中用来钻探从北海Danish地区得到的渐新世纪油页岩。这是一种含有约26%重量蒙脱石并具有阳离子交换容量约30毫当量/100克和0.92水液活性的非常活泼的油页岩。在下面参考文献中讨论的孔底模拟单元（DSC）用于钻探油页岩和评价这些钻探泥浆对该油页岩的效果：（1）Simpson，J.P.，Dearing，H.L.，和Saliabury，D.P.，的”孔底模拟单元显示对在钻孔壁上的油页岩水合的意想不到的效果”SPE Drilling Engineering（1989年3月），24-30;（2）Salisbury，D.P.，Ramos，G.G.，和Wilton，B.S.，”油页岩的井壁不稳定性采用一种孔底模拟试验单元”第32版，U.S.Symposium on Rock Mechanics，Norman，OK，1991年7月10-12日。
用DSC测试每一种钻探泥浆时，使油页岩试样经受在原处油页岩的推算出的温度和压力。试验条件如下：积土压力5140psi;侧限压力4200psi;孔隙压力3700psi;钻探泥浆压力4100;Annular粘度52ft/min;Annular剪切5021/秒;温度150°F;钻头1.25＃吋，2锥，磨齿;油页岩试样：外径5.25吋、长6吋。
在控制的速率下钻探油页岩以避免机械损坏。而泥浆通过在钻杆和钻孔表面之间的环隙循环72小时，测量进入液体或泵入油页岩周围的液体。在测试结束时，将压力和温度降至环境状态。立刻用于一切钻石锯将油页岩样品垂直地切割。然后，从钻孔表面以0.25、1和2吋递增进行针穿硬度测定。油页岩试样取自试验的相同地点。通过于200°F在干燥炉中干燥过夜测定水份含量。采用电子测湿仪测量水相活性（按照在APIRP 13B-2中给出的过程），其数据在表4中给出。
结果的讨论：1.水溶活性0.84钻探泥浆。没有增高油页岩孔压以及也没有水通量进入油页岩，除了偶然地初始润湿该暴露的孔表面外。极大地降低了靠近钻孔表面的湿含量，并可能少量降低1吋基底。甲基葡糖苷或许替代在接近钻孔表面的一些水。活性有所降低并基本上硬化靠近钻孔表面的油页岩。钾已渗入靠近钻孔表面的油页岩，但离开钻孔1吋油页岩的可交换的碱，没有显著的改变。目测显示的钻孔尺寸在极好的状况，带有的齿痕仍然明显。所有这一切说明甲基葡糖苷水基泥浆对油页岩的效果明显类似于那些具有相同活性的油基泥浆。甲基葡糖苷似乎成为固定在接近钻孔表面的油页岩上，形成一种有效的半透膜，它使水从油页岩向水移动（在化学势超过液压势400psi时迫使水趋向于进入油页岩）。Ⅱ.具有水液活性0.88的钻探泥浆。如果要形成接近完美的半透膜，要平衡400psi水压差和0.92油页岩活性产生的总的水成势，钻探泥浆的活性应该约为0.88。DSC测试表明由0.88活性的甲基葡糖苷泥浆建立的所需的膜并提供了钻孔的稳定性。这里没有油页岩孔压增加而仅仅是从油页岩萃取出一点点水。该数据说明甲基葡糖苷取代在接近钻孔表面油页岩中的一些水，相应降低了水份和活性以及稍许降低硬度。被测量的钻孔带有齿痕的钻头仍然清晰可见。
表 4
甲基葡糖苷钻探泥浆对反应性油页岩的效果在孔底模拟单元中
水液活性 水液活性
油页岩 距钻孔表面的距离,吋 距钻孔表面的距离,吋
特点 0.25 1.0 2.0 0.25 1.0 2.0
水分% 11.0 13.8 14.7 14.7 16.5 16.7
水液活性 0.87 0.90 0.91 0.88 0.89 0.91
针穿硬度计硬度 62 58 58 55 58 58
可交换的基
钾,mgq/100g 6.8 2.2 1.2
镁,meq/100g 2.7 3.0 3.1
钠,meq/100g 13.0 15.5 15.1
钙,meq/100g 12.9 14.5 14.8