(57)【要約】  本出願は、掘削流体組成物、掘削流体を作製するための方法、および掘削流体を利用して地下井を掘削するための方法を開示する。一実施形態によると、掘削流体組成物は、油相、水相、乳化剤、およびレオロジー調整剤を含み得る。乳化剤は、アミノアミドを含み得、レオロジー調整剤は、Ｍｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物などの層状複水酸化物を含み得る。
2020533430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油相中の基油と、
水相中の水と、
層状複水酸化物を含むレオロジー調整剤と、
式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を含む乳化剤と、
湿潤剤、流体損失制御添加剤、および加重添加剤から選択される１つ以上の添加剤と、
を含む、油系掘削流体組成物。
【請求項２】
前記油系掘削流体が、前記油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜２重量％の量のＭｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物を含む、請求項１に記載の油系掘削流体組成物。
【請求項３】
前記油系掘削流体が、前記油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜５重量％の量の式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を有するアミノアミドを含む、請求項１または２のいずれかに記載の油系掘削流体組成物。
【請求項４】
前記油系掘削流体が、
前記油系掘削流体の総重量に基づいて、１０重量％〜２０重量％の量の前記基油、
前記油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜２重量％の量の１つ以上の湿潤剤、
前記油系掘削流体の総重量に基づいて、０．５重量％〜２重量％の量の１つ以上の流体損失制御添加剤、の
前記油系掘削流体の総重量に基づいて、５０重量％〜９０重量％の量の１つ以上の加重添加剤、
のうちの１つ以上を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の油系掘削流体組成物。
【請求項５】
前記層状複水酸化物が、
ミリスチン酸塩、または
アルミニウムカチオンもしくはマグネシウムカチオンのうちの１つ以上、
のうちの１つ以上を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の油系掘削流体組成物。
【請求項６】
油系掘削流体組成物を作製するための方法であって、
基油、含水構成成分、乳化剤、およびレオロジー調整剤を混合して、油系掘削流体組成物を形成することを含み、
前記油系掘削流体組成物が、前記基油を含む油相および前記水を含む水相を含み、
前記レオロジー調整剤が、層状複水酸化物を含み、
前記乳化剤が、式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を有するアミノアミドを含む、方法。
【請求項７】
前記油系掘削流体が、前記油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜２重量％の量のＭｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記油性掘削流体が、前記油性掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜５重量％の量の式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を有する前記アミノアミドを含む、請求項６または７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記油系掘削流体が、
前記油系掘削流体の総重量に基づいて、１０重量％〜２０重量％の量の前記基油、
前記油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜２重量％の量の１つ以上の湿潤剤、
前記油系掘削流体の総重量に基づいて、０．５重量％〜２重量％の量の１つ以上の流体損失制御添加剤、または
前記油系掘削流体の総重量に基づいて、５０重量％〜９０重量％の量の１つ以上の加重添加剤、
のうちの１つ以上を含む、請求項６〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記方法が、湿潤剤、流体損失制御添加剤、および加重添加剤から選択される１つ以上の添加剤を、前記基油、前記含水構成成分、前記乳化剤、および前記レオロジー調整剤と混合することをさらに含む、請求項６〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
地下井を掘削するための方法であって、
油系掘削流体組成物を提供することであって、前記油系掘削流体組成物が、
油相中の基油と、
水相中の水と、
層状複水酸化物を含むレオロジー調整剤と、
式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を有するアミノアミドを含み、式中、Ｒが、脂肪酸アルキル基であり、Ｒ’が、アルキル基であり、Ｒ”が、アルキル基である、乳化剤と、
湿潤剤、流体損失制御添加剤、および加重添加剤から選択される１つ以上の添加剤と、
を含む、提供することと、
前記油系掘削流体組成物の存在下で、坑井内でドリルを操作することと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記坑井が、
３００°Ｆ超の坑井温度、
１０，０００ｐｓｉ超の圧力、または
０℃以下の表面温度、のうちの１つ以上を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記油性掘削流体が、前記油性掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜５重量％の量の式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を有する前記アミノアミドを含む、請求項１１または１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記油系掘削流体が、
前記油系掘削流体の総重量に基づいて、１０重量％〜２０重量％の量の前記基油、
前記油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜２重量％の量の１つ以上の湿潤剤、
前記油系掘削流体の総重量に基づいて、０．５重量％〜２重量％の量の１つ以上の流体損失制御添加剤、または
前記油系掘削流体の総重量に基づいて、５０重量％〜９０重量％の量の１つ以上の加重添加剤、
のうちの１つ以上を含む、請求項１１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記層状複水酸化物が、
ミリスチン酸塩、または
アルミニウムカチオンもしくはマグネシウムカチオンのうちの１つ以上、のうちの１つ以上を含む、請求項１１〜１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年８月１５日出願の米国仮特許出願第６２／５４５，５００号の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示の実施形態は、一般に、天然資源井で利用される材料および方法、より具体的には、高圧高温掘削作業で使用するための油系掘削流体に関する。
略語
本開示を通して、次の測定単位または他の略語は次のとおりである：
°＝度、
℃＝摂氏温度、
°Ｆ＝華氏温度、
％＝パーセント、
Ａｌ＝アルミニウム、
ｃＰ＝センチポアズ、
Ｅｘ．＝実施例、
ＦＩＧ．＝図、
ｇ＝グラム、
ｈ＝時間、
Ｇ’＝貯蔵弾性率、
Ｇ”＝損失弾性率、
ＨＴＨＰ＝高温、高圧、
ｍｍｏｌ＝ミリモル、
ｍｇ＝ミリグラム、
Ｍｇ＝マグネシウム、
ｍＬ＝ミリリットル、
ＭＰａ＝メガパスカル、
ｐｓｉ＝ポンド／平方インチ、
Ｐａ・ｓ＝パスカル秒、
ｓ−１＝毎秒、および
ｗｔ．％＝重量パーセント。
【背景技術】
【０００３】
例えば、炭化水素抽出のために新しい坑井を掘削する掘削作業は、掘削作業中に掘削流体（あるいは掘削泥として知られている）を坑井内で連続的に循環させる一般的な慣行を含む。掘削流体は、掘削坑の底部まで掘削パイプで送られ、次いで掘削流体が坑井壁と掘削パイプとの間の環状空間を通って上向きに流れ、最終的に地表に戻り坑井から流れて出て二次処理のために回収される。掘削中、掘削された地層の部分などの掘削固形物は、掘削流体によって坑井底部またはその近くから地表に運搬することができる。地表に戻った後、掘削流体は、坑井から再循環に戻す前に、捕捉した固形物および掘削ざくを掘削流体から除去するために機械的または化学的に処理され得る。
【発明の概要】
【０００４】
いくつかの掘削プロセスでは、周囲温度ならびに掘削流体に印加される物理的ひずみなどの要因に基づいて、掘削流体は、比較的広範な環境にさらされる。例えば、掘削流体にかかるひずみは、掘削流体が循環しているか、あるいは停滞状態にあるかに基づいて（例えば、掘削が停止されているとき）変動し得る。加えて、掘削流体は、坑井の表面またはその近くで比較的低い温度（地表の気温程度など）にさらされ得るが、地層のより深部で高圧高温（ＨＰＨＴ）環境条件にさらされ得る。坑井の深さが増加すると、坑井基部の圧力および温度が上昇し得る。業界が定義するＨＰＨＴ条件の定義としては、典型的には、３００°Ｆ（１４９°Ｃ）超の坑井温度、および１０，０００ｐｓｉ（６８．９ＭＰａ）超の坑井圧力が挙げられる。
【０００５】
掘削流体の循環性と、掘削作業中の固形物およびざくの捕捉におけるその機能とを考慮すると、掘削流体は、経済的なポンピングを促進するために、循環中に比較的低粘度な自由流動性でありながら、ざくおよび他の固形物を保持および輸送するために、ならびに静止状態および循環状態の間、坑井内の泥カラムを均一な密度に維持するように加重材料（ｗｅｉｇｈｔ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を懸濁するために、十分な物質を有するべきである。掘削流体はまた、坑井底部に固形物が蓄積するのを防ぐために、掘削流体の循環が停止する場合に、固形物およびざくを懸濁するのに十分なゲル強度を有するべきである。坑井底部に蓄積する固形物は、ドリルの詰まり、ならびに掘削流体の流路の物理的な閉塞をもたらす可能性があるであろう。
【０００６】
しかしながら、ＨＰＨＴ環境で作業することができる掘削流体の開発は困難である。高温は、一部の掘削流体に有害な影響を及ぼし得、高温に耐えることが不可能な構成成分の分解を伴う。加えて、高温では、一部の掘削流体は、固化し始め得るか、あるいは循環を妨げ得る粘度の増加にさらされ得る。加えて、ＨＰＨＴ環境に好適である掘削流体は、坑井の表面および低深部でさらされる温度など、非ＨＰＨＴ環境では適切に動作しない場合がある。これらの比較的低い温度では、従来の掘削流体は、比較的少ないひずみにさらされるとき（掘削および流体循環が停止されているときなど）、ならびに比較的大量のひずみ（掘削が進行中であり、掘削流体が循環しているときなど）にさらされるときの両方で、比較的高粘度を有し得る。
【０００７】
したがって、ＨＰＨＴ条件下で熱的に安定でありながら、地表温度が比較的低い（例えば、北極においてなどの０℃以下）ときにさらされる温度など、比較的低い温度で好適なレオロジー特性を提供する掘削流体に対する継続的な需要がある。例えば、本明細書に記載のものなど、望ましい掘削流体は、０℃の温度で、変動する印加される剪断応力に対して、一部の従来の掘削流体よりも低粘度を有し得る。したがって、本明細書に記載の掘削流体は、循環するのにより少ないエネルギーを必要としながら、掘削が停止している間に許容可能な固形物保持特性を有し得る。理論に拘束されるものではないが、特定のレオロジー調整剤、乳化剤、または両方の組み込みは、本明細書に開示の掘削流体に見られる望ましいレオロジー特性に寄与することができると考えられる。具体的には、レオロジー調整剤として層状複水酸化物、乳化剤としてアミノアミド、または両方を組み込むことにより、凍結表面温度またはその近く、およびＨＰＨＴ環境が坑井底部に存在する場所などの特定の環境での掘削に好ましい掘削流体の、レオロジー特性を促進することができる。
【０００８】
１つ以上の実施形態によると、油系掘削流体組成物は、基油、水、レオロジー調整剤、乳化剤、ならびに湿潤剤、流体損失制御添加剤、および加重添加剤から選択される１つ以上の添加剤を含み得る。基油は、油相であってもよく、水は、水相であってもよい。レオロジー調整剤は、層状複水酸化物を含み得る。乳化剤は、式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を有するアミノアミドを含み得る。
【０００９】
別の実施形態によると、油系掘削流体組成物は、基油、含水構成成分、乳化剤、およびレオロジー調整剤を混合して油系掘削流体組成物を形成することを含む方法によって作製され得る。油系掘削流体組成物は、基油を含む油相および水を含む水相を含み得る。レオロジー調整剤は、層状複水酸化物を含み得る。乳化剤は、式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を有するアミノアミドを含み得る。
【００１０】
さらに別の実施形態によると、地下井は、油系掘削流体組成物を提供することと、油系掘削流体組成物の存在下で坑井内でドリルを操作することとを含む方法によって掘削され得る。油系掘削流体組成物は、油相中の基油、水相中の水、レオロジー調整剤、乳化剤、ならびに湿潤剤、流体損失制御添加剤、および加重添加剤から選択される１つ以上の添加剤を含み得る。レオロジー調整剤は、層状複水酸化物を含み得る。乳化剤は、式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を有するアミノアミドを含み得る。
【００１１】
記載の実施形態の追加の特色および利点は、次の発明を実施するための形態に記載され、一部は、その説明から当業者に容易に明白であるか、あるいは次の発明を実施するための形態、および特許請求の範囲を含む、記載の実施形態を実施することによって認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
例示的な実施形態の次の発明を実施するための形態は、次の図面と併せて閲読すると理解することができる。
【図１】本開示の１つ以上の実施形態による、剪断速度に相関する、０°Ｃおよび５０°Ｃの両方で試験した様々な掘削流体の粘度を示すグラフである。
【図２】本開示の１つ以上の実施形態による、５０℃でのひずみパーセントに相関する、試験した様々な掘削流体の貯蔵弾性率（Ｇ’）および損失弾性率（Ｇ”）を示すグラフである。
【図３】本開示の１つ以上の実施形態による、５０°Ｃでのひずみパーセントに相関する、試験した様々な掘削流体の位相角を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示の実施形態は、油系掘削流体用の乳化剤およびレオロジー調整剤、ならびに加えて開示の乳化剤およびレオロジー調整剤を組み込んでいる油系掘削流体組成物に関する。油系掘削流体は、連続的な、油相、水相、および少なくとも１つの乳化剤の組み合わせである。乳化剤は、式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を有する乳化剤などのアミノアミドを含み得る。レオロジー調整剤は、Ｍｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物などの層状複水酸化物を含み得る。便宜上、式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を有するアミノアミド乳化剤は、本開示を通して代替的に「式１」の乳化剤とも称される。
【００１４】
地下井を掘削するために、ドリルビットおよびドリルビットを加重するためのドリルカラーを含むドリルストリングをあらかじめ掘削された坑に挿入し、ドリルビットを回転させて、坑の底部の岩石に切り込む。掘削作業により、岩片が生じる。坑井底部から岩片を除去するために、油系掘削流体組成物などの掘削流体は、ドリルストリングを通してドリルビットまで下方に送られる。掘削流体は、ドリルビットを冷却し、潤滑性を提供し、ざくとして知られる岩片をドリルビットから離れるように持ち上げる。掘削流体は、掘削流体が再循環され地表に戻る際に、ざくを上方に運搬する。地表では、二次作業を通じてざくが掘削流体から除去され、掘削流体は、さらなるざくの収集のために、ドリルストリングを下がり坑井底部まで再循環され戻される。当業者によく知られている多数の用語を使用して、同じ項目を説明することができることが当業者には理解されるであろう。例えば、地下井は、代替的に坑井（ｗｅｌｌ）または坑井（ｗｅｌｌｂｏｒｅ）と呼ばれ得、単一の用語を使用することにより、関連する用語の各々も同様に包含することを意味する。
【００１５】
掘削流体は、掘削泥、パッカー流体、懸濁流体、および仕上げ流体を含む。一般に、掘削流体は、多くの機能を提供し、特定の機能に特化した異なるタイプがある。１つ以上の実施形態では、油系掘削流体組成物は、ざくおよび加重材料を懸濁し、油系掘削流体組成物を用いてざくを坑井表面に輸送する。加えて、油系掘削流体組成物は、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、およびメタン（ＣＨ４）などの坑井内のガスを吸収し、坑井表面にそれらを輸送して放出、隔離、または燃焼させることができる。油系掘削流体組成物は、加えて、坑井の長さが増加する際に、ドリルストリングに浮力を提供し、ドリルストリングにかかる張力を緩和することができる。１つ以上の実施形態では、油系掘削流体組成物はまた、ボーリング作業で利用されるビットおよびドリルストリングの冷却および潤滑性のための、冷却および潤滑機能も提供する。他の実施形態では、油系掘削流体組成物は、地下圧力も制御する。具体的には、油系掘削流体組成物は、坑井内に静水圧を提供して、坑井の側壁に支持を提供し、側壁の崩壊およびドリルストリングへの陥入を防ぐことができる。加えて、油系掘削流体組成物は、坑内に静水圧を提供して、掘削作業中にダウンホール地層内の流体が坑井内に流入するのを防ぐことができる。
【００１６】
過度の温度または困難な地層などのある特定の極端なダウンホール条件下では、掘削流体の特性のうちの一部が変質し得る。例えば、掘削流体と、膨潤粘土、分散性粘土、もしくはその両方を有する地層との相互作用、または掘削流体を極端なダウンホール温度にさらすことにより、掘削流体が濃くもしくは薄くなることによる粘度の過度の増加もしくは減少、またはこれらの任意の組み合わせを引き起こし得る。例えば、高圧高温（ＨＰＨＴ）作業で利用される掘削流体は、業界が定義するＨＰＨＴ条件の定義である３００°Ｆ（およそ１４９°Ｃ）超の坑井温度、および１０，０００ｐｓｉ（およそ６８．９ＭＰａ）超の坑井圧力にさらされ得る。ＨＰＨＴ条件下では、従来の掘削流体は、分解されるか、あるいはレオロジーに望ましくない変化にさらされ得る。追加の実施形態では、本開示の掘削流体は、掘削流体を薄くするかあるいは化学的に不安定にし得るガス流入、または掘削流体を不安定し得る蒸発岩地層などの望ましくないダウンホール条件下でさえも所望のように機能することができる。
【００１７】
油系掘削流体組成物の実施形態は、改善されたレオロジーを提供するように配合されている。具体的には、油系掘削流体組成物は、低剪断速度で従来のＨＰＨＴ油系掘削流体と同様もしくはより高粘度、または高剪断速度で従来のＨＰＨＴ油系掘削流体よりも低粘度もしくは同様の低粘度、またはその両方を含むように配合され得る。低剪断速度での粘度がより高いことにより、油系掘削流体組成物が、掘削作業が停止されると効果的にざくを保持することを可能にする。逆に、高剪断速度での粘度がより低いことにより、掘削作業中の油系掘削流体組成物を循環するために必要な力がより少ない。本明細書に記載のように、低剪断速度とは、例えば１０ｓ−１以下の剪断速度と説明することができ、高剪断速度とは、例えば１００ｓ−１以上の剪断速度と説明することができる。
【００１８】
１つ以上の実施形態では、油相は、基油を含む。油系掘削流体の油相としては、基油として合成油または天然石油製品が挙げられる。天然石油由来製品としては、ディーゼル油または鉱油などの油を挙げることができる。合成油としては、エステルまたはオレフィンを挙げることができる。さらに、合成油または天然石油製品は、ｎ−パラフィン、イソ−パラフィン、環状アルカン、分岐アルカン、またはそれらの混合物などの炭化水素で構成されていてもよい。例えば、基油は、Ｓｈｅｌｌから市販のＳａｒａｌｉｎｅ  １８５Ｖに見られるような、Ｃ８〜Ｃ２６の線状または分岐飽和アルキル炭化水素を含み得る。追加の基油としては、限定されないが、Ｔｏｔａｌから入手可能なＤＦ−１およびＥＤＣ  ９９−ＤＷ、Ｅｘｘｏｎ  Ｍｏｂｉｌから入手可能なＥｓｃａｉｄ１１０を挙げることができる。追加の好適な基油としては、鉱油、パラフィン、またはディーゼル油のうちの１つ以上を挙げることができる。様々な実施形態では、油系掘削流体組成物は、油系掘削流体組成物総重量に基づいて、５重量％〜３０重量％、５重量％〜２０重量％、５重量％〜１５重量％、５重量％〜１０重量％、１０重量％〜４５重量％、１５重量％〜４５重量％、２０重量％〜４５重量％、３０重量％〜４５重量％、５重量％〜２５重量％、１０重量％〜２０重量％など、５重量％〜４５重量％の基油を含み得る。
【００１９】
油系掘削流体の水相は、水および塩源を含み得る。１つ以上の実施形態では、水としては、脱イオン水、水道水、蒸留水、または淡水；天然水、汽水、および飽和塩水；天然、岩塩ドーム、炭化水素地層によって生成されたまたは合成されたブライン；ろ過済みまたは未処理の海水；ミネラルウォーター；ならびに１つ以上の溶解した塩、ミネラルまたは有機物質を含有する他の飲料水および非飲料水のうちの１つ以上が挙げられる。いくつかの実施形態では、水相は、例えば、水と、塩化カルシウム、臭化カルシウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上から選択される塩とで構成される塩ブラインを含み得る。油系掘削流体は、油系掘削流体の総重量に基づいて、２重量％〜１０重量％の水相を含有し得る。様々な実施形態では、油系掘削流体組成物は、油系掘削流体組成物の総重量に基づいて、４重量％〜１０重量％、２重量％〜８重量％、２重量％〜６重量％、２重量％〜５重量％、３重量％〜１０重量％、３重量％〜８重量％、３重量％〜６重量％、４重量％〜１０重量％、４重量％〜８重量％、４重量％〜６重量％、または４重量％〜５重量％など、２重量％〜１２重量％の水相を有し得る。いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、例えば、５０：５０〜９５：５、７５：２０〜９５：５、８５：１５〜９５：５、または９０：１０〜９５：５の油対水の体積比を有し得る。油系掘削流体組成物の油対水比は、油：水＝基油＋界面活性剤（複数可）＋乳化剤（複数可）＋湿潤剤（複数可）＋層状複水酸化物の油部分：水＋ブラインの水部分として計算される体積比である。一例として、限定されないが、ブラインがＸ体積％の水である場合、ブライン体積のうちのＸ％が水体積として含まれる。
【００２０】
油系掘削流体は、少なくとも１つの乳化剤を含む。乳化剤は、油系掘削流体組成物の油相内の、油系掘削流体組成物の水相とのエマルションの形成を補助することができる。油系掘削流体組成物中に乳化剤を含めることにより、油相と水相との分離を防ぐことを助長することができる。
【００２１】
１つ以上の実施形態では、乳化剤は、アミノアミドを含む。アミノアミドは、アミノ官能性（−ＮＨ２）およびアミド官能性を含む任意の分子であり得る。いくつかの実施形態では、アミノアミドは、化学構造１に示される構造を含み得る。
【００２２】
【化１】
2020533430.tif 000003
【００２３】
化学構造１のアミノアミドは、「式１の乳化剤」、または式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を含む分子と称され得る。
【００２４】
１つ以上の実施形態では、掘削流体組成物中の式１の乳化剤の量は、掘削流体組成物の総重量に基づいて、０．０５重量パーセント（ｗｔ．％）〜５重量％、０．１重量％〜２重量％、０．１重量％〜１．５重量％、０．１重量％〜１重量％、０．５重量％〜２．５重量％、０．５重量％〜２重量％、０．５重量％〜１．５重量％、０．５重量％〜１重量％、０．７５重量％〜２．５重量％、０．７５重量％〜２重量％、０．７５重量％〜１．５重量％、０．７５重量％〜１重量％、０．８重量％〜１．１重量％、０．８重量％〜１重量％、または０．９重量％〜１．１重量％であり得る。油系掘削流体は、追加の乳化剤を含み得る。追加の例示的な乳化剤としては、Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．から市販のＬＥ  ＳＵＰＥＲＭＵＬ（商標）およびＭＩ  ＳＷＡＣＯから市販のＭＵＬ  ＸＴなどの、合成系掘削流体系用の脂肪酸、転相乳化剤、および油湿潤剤が挙げられる。ＬＥ  ＳＵＰＥＲＭＵＬ（商標）は、カルボン酸末端ポリアミドである。
【００２５】
１つ以上の実施形態では、式１の乳化剤および追加の乳化剤の両方を含む掘削流体組成物中の乳化剤の総量は、掘削流体組成物の総重量に基づいて、０．０５重量％〜５重量％、０．１重量％〜２．５重量％、０．１重量％〜１．５重量％、０．１重量％〜１重量％、０．５重量％〜２．５重量％、０．５重量％〜２重量％、０．５重量％〜１．５重量％、０．５重量％〜１重量％、０．７５重量％〜２．５重量％、０．７５重量％〜２重量％、０．７５重量％〜１．５重量％、０．７５重量％〜１重量％、０．８重量％〜１．１重量％、０．８重量％〜１重量％、または０．９重量％〜１．１重量％であり得る。
【００２６】
１つ以上の実施形態では、式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を含むアミノアミド中のＲ基は、ヒドロカルビル基を含む。記載のように、「ヒドロカルビル基」とは、炭化水素から１つ以上の水素原子を除去すること、（すなわちＲなどの骨格構造に１か所で接続している基から１つの水素を除去すること、ＲおよびＲ”などの骨格構造に２か所で接続している基から２つの水素を除去することなどによって、形成される基を指す。例えば、Ｒ基は、アルカン、アルケン、アルキン、芳香族、環状テルペン、および脂環式官能基のうちの１つ以上を含む直鎖または分岐ヒドロカルビル基であり得る。１つ以上の実施形態では、Ｒ基は、１〜１００個の炭素原子（例えば、１〜５０個の炭素原子、１〜２５個の炭素原子、１０〜２５個の炭素原子、１５〜２０個の炭素原子、または１６〜１８個の炭素原子など）を含む直鎖脂肪族アルキル基であり得る。例えば、一実施形態では、Ｒ基は、−Ｃ１７Ｈ３５であり得る。別の実施形態では、Ｒ基は、１〜１００個の炭素原子（例えば、１〜５０個の炭素原子、１〜２５個の炭素原子、１０〜２５個の炭素原子、１５〜２０個の炭素原子、または１６〜１８個の炭素原子など）を含むａｋｅｎｅ基を含む、直鎖不飽和ヒドロカルビル基であり得る。例えば、ＲＥ基は、−Ｃ７Ｈ１４ＣＨＣＨＣ８Ｈ１７であり得る。
１つ以上の実施形態では、Ｒ’基、Ｒ”基、または両方は、アルキル基またはアルケニル基などの直鎖ヒドロカルビル基を含み得る。Ｒ’基、Ｒ”基、または両方は、１〜１０個の炭素原子、１〜５個の炭素原子、または１〜３個の炭素原子などの１〜２０個の炭素分子を含み得る。例えば、Ｒ’基、Ｒ”基、または両方は、２つの炭素アルキル基（すなわち、−ＣＨ２ＣＨ２−）を含み得る。
一実施形態によると、式１の乳化剤は、−Ｃ１７Ｈ３５のＲ基、ならびに−ＣＨ２ＣＨ２−のＲ’およびＲ”基を有し得る。かかる実施形態は、化学構造２として示されている。
【００２７】
【化２】
2020533430.tif 000004
【００２８】
実施形態では、油系掘削流体組成物は、レオロジー調整剤を含む。例えば、レオロジー調整剤は、岩石ざくを持ち上げ坑井の表面への運搬を促進するために、非ニュートン流体レオロジーを油系掘削流体組成物に付与する粘性付与剤であり得る。１つ以上の実施形態では、油系掘削流体は、レオロジー調整剤としてＭｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物などの層状複水酸化物を含み得る。本開示で使用される場合、層状複水酸化物とは、一般的な層の順序［ＡＣＢＺＡＤＢ］ｎを有するイオン性固形物物質を指し、ＣおよびＤ層が、金属カチオンを表し、ＡおよびＢ層が、水酸化物アニオン層を表し、Ｚが、別のイオン性の層を表し、ｎが、構造内の繰り返し単位の数を表す。１つ以上の実施形態によると、ＣおよびＤ層は、異なる金属カチオンを含み得る。例えば、Ｃ層は、二価マグネシウムカチオンなどのマグネシウムカチオンを含み得、Ｄ層は、三価アルミニウムカチオンなどのアルミニウムカチオンを含み得る。しかしながら、カチオンを形成し得る任意の金属など、他の金属カチオンが本開示では考慮される。例えば、限定されないが、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃａ、Ｆｅ、またはＧａのカチオンが層状複水酸化物中に含まれ得る。Ｚ層は、ミリスチン酸の塩またはエステルである、ミリスチン酸塩を含み得る。ミリスチン酸は、一般式（ＣＨ３）ＣＨ２）１２ＣＯＯＨを有し、層状複水酸化物に含まれるミリスチン酸塩イオンは、一般式（ＣＨ３）（ＣＨ２）１２ＣＯＯ−を有し得る。１つ以上の実施形態によると、層状複水酸化物は、式：
［Ｃ１−ｘＤｘ（ＯＨ）２］Ｙ＋（ＯＯＣ（ＣＨ２）１２ＣＨ３）Ｙ−を有し、
式中、ｘが、０．１〜０．３３であり、Ｙが、金属カチオンおよびミリスチン酸塩アニオンのイオン電荷を表す。
【００２９】
１つ以上の実施形態によると、層状複水酸化物は、カチオン塩とミリスチン酸塩とを水中で混合し、その後混合物を少なくとも１００℃、少なくとも１２５℃、またはさらには１５０°Ｃ以上（例えば、１００°Ｃ〜２００°Ｃ）などの高温で、６時間〜４８時間などの４時間〜１週間の期間水熱処理することを含むプロセスによって作製することができる。水熱処理による反応に続いて、アセトンなどの溶媒中に反応生成物を分散させること、および任意選択的に室温で、１５分〜４５分間の期間など少なくとも１分間撹拌することによって他の物質から層状複水酸化物を分離してもよい。アセトン処理に続いて、オーブンで高温に加熱し、続いて熱水で洗浄することによって、層状複水酸化物を回収することができる。
【００３０】
１つ以上の実施形態では、層状複水酸化物は、マグネシウムおよびアルミニウムを含み得、マグネシウム対アルミニウムのモル比は、１〜５など、０．５〜１０であってもよい。追加の実施形態では、ミリスチン酸塩対総金属カチオンのモル比は、１〜２または１．５など、１〜３であってもよい。１つ以上の実施形態によると、層状複水酸化物は、Ｍｇ（ＮＯ３）２６Ｈ２Ｏ、Ａｌ（ＮＯ３）３９Ｈ２Ｏ、尿素、およびミリスチン酸ナトリウムの前駆体材料を利用することによって調製されてもよい。
【００３１】
実施形態によると、層状複水酸化物は、油系掘削流体に含まれる唯一のレオロジー調整剤であってもよく、あるいは、油系掘削流体に他のレオロジー調整剤が含まれてもよい。追加の粘性付与剤の例としては、限定されないが、海泡石、ポリアミド、二量体もしくは三量体脂肪酸、またはこれらの粘性付与剤の組み合わせを挙げることができる。いくつかの実施形態では、油系掘削流体組成物は、任意選択的に、親有機性ヘクトライト粘土、例えば、ＭＩ−ＳＷＡＣＯ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）から市販のＶＥＲＳＡＧＥＬ  ＨＴ、または例えばＥｌｅｍｅｎｔｓ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ  Ｉｎｃ．（Ｈｉｇｈｓｔｏｗｎ，ＮＪ．）から市販のＢｅｎｔｏｎｅ（登録商標）４２などの親有機性粘土を含み得る。
【００３２】
例示的な油系掘削流体組成物は、油系掘削流体組成物の総重量に基づいて、０．１重量％〜０．８重量％のレオロジー調整剤を含み得る。いくつかの実施形態では、油系掘削流体組成物は、０．１重量％〜０．７重量％のＭｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物などの層状複水酸化物を含み得る。例えば、油系掘削流体のうちの少なくとも０．１重量％、少なくとも０．２重量％、少なくとも少なくとも０．３重量％、少なくとも０．４重量％、少なくとも０．５重量％、少なくとも０．６重量％、少なくとも０．７重量％、または少なくとも０．８重量％がレオロジー調整剤であってもよい。
【００３３】
油系掘削流体組成物はまた、１つ以上の添加剤も含む。例示的な添加剤としては、限定されないが、湿潤剤、流体損失制御添加剤、および加重添加剤が挙げられる。油系掘削流体組成物はまた、任意選択的に、アルカリ度調節剤、電解質、グリコール、グリセロール、分散助剤、腐食防止剤、消泡剤、および他の添加剤、または添加剤の組み合わせを含み得る。
【００３４】
実施形態では、油系掘削流体組成物は、油系掘削流体の重量、密度、またはその両方を増加させるための加重添加剤を含み得る。地層圧力を制御し、圧迫された地域で遭遇し得る泥沼状態または上下揺れするシェールの影響に対抗することを助長するために、加重添加剤を使用してもよい。水よりも密度が高く、掘削流体の他の特性に悪影響を及ぼさない物質は、いずれも加重材料として使用することができる。いくつかの実施形態では、加重材料は、掘削流体組成物が坑井を通って循環することができないような過剰な加重材料を添加することなく、ある特定の量で、掘削流体組成物の密度を増加させるのに十分な比重（ＳＧ）を有する粒子状固形物であってもよい。加重材料は、２グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｍ３）〜６ｇ／ｃｍ３の比重（ＳＧ）を有し得る。加重調節剤または密度調節剤の例としては、重晶石（ＢａＳＯ４）、方鉛鉱（ＰｂＳ）、赤鉄鉱（Ｆｅ２Ｏ３）、磁鉄鉱（Ｆｅ３Ｏ４）、製造された酸化鉄であるイルメナイト（ＦｅＯ  ＴｉＯ２）、菱鉄鉱（ＦｅＣＯ３）、天青石（ＳｒＳＯ４）、苦灰石（ＣａＣＯ３ＭｇＣＯ３）、および方解石（ＣａＣＯ３）が挙げられる。
【００３５】
油系掘削流体組成物は、掘削流体組成物の密度を増加させて掘削流体組成物が坑井を支持し、ダウンホール地層内で流体が坑井に流入するのを防ぐことを可能にするのに十分な量の加重添加剤を含み得る。実施形態では、油系掘削流体組成物は、油系掘削流体組成物の総重量に基づいて、１重量％〜８０重量％の加重添加剤を含み得る。いくつかの実施形態では、油系掘削流体組成物は、油系掘削流体組成物の総重量に基づいて、１重量％〜９０重量％、２０重量％〜８０重量％、２０重量％〜７５重量％、５０重量％〜８０重量％、５０重量％〜７５重量％、６０重量％〜８０重量％、６０重量％〜７５重量％、６５重量％〜８０重量％、または７０重量％〜８０重量％の加重添加剤を含み得る。いくつかの実施形態では、油系掘削流体組成物は、油系掘削流体組成物の総重量に基づいて、５０重量％〜９０重量％の加重添加剤を含み得る。
【００３６】
油系掘削流体組成物は、任意選択的に、少なくとも１つのアルカリ度調節剤を含み得る。実施形態では、油系掘削流体組成物は、任意選択的に、油系掘削流体組成物のｐＨを調節するために、少なくとも１つのアルカリ化合物を含み得る。アルカリ化合物の例としては、限定されないが、石灰（水酸化カルシウムまたは酸化カルシウム）、ソーダ灰（炭酸ナトリウム）、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、他の強塩基、またはこれらのアルカリ化合物の組み合わせを挙げることができる。約１３超のｐＫａを有する酸への共役塩基は、強塩基と見なされることに留意されたい。アルカリ化合物は、掘削作業中に掘削流体組成物が遭遇する、例えばＣＯ２またはＨ２Ｓなどのガスと反応して、ガスが水系掘削流体組成物の構成成分を加水分解するのを防ぐことができる。いくつかの例示的な水系掘削流体組成物は、任意選択的に、０．１重量％〜３重量％、０．４重量％〜２重量％、または０．６重量％〜０．８重量％の石灰を含み得る。
【００３７】
１つ以上の実施形態では、湿潤剤などの界面活性剤を添加して、油系掘削流体組成物中の懸濁液またはエマルションの安定性を向上することができる。好適な湿潤剤としては、脂肪酸、有機リン酸エステル、修飾イミダゾリン、アミドアミン、アルキル芳香族硫酸塩、およびスルホン酸塩を挙げることができる。例えば、ＭＩ  ＳＷＡＣＯ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から市販のＳＵＲＥＷＥＴ（登録商標）は、油系湿潤剤および二次乳化剤であり、固形物が水で濡れることを防ぐように微粒子を湿潤させ固形物を掘削するために使用することができる。さらに、ＳＵＲＥＷＥＴ（登録商標）は、坑井流体の熱安定性、レオロジー安定性、ろ過制御、エマルション安定性を改善することができる。ＭＩ  ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から市販のＶＥＲＳＡＷＥＴ（登録商標）は、さらなる湿潤剤であり、赤鉄鉱系を湿潤させるのが困難な際に特に効果的である。例示的な油系掘削流体組成物は、任意選択的に、油系掘削流体組成物の総重量に基づいて、０．１重量％〜２重量％の湿潤剤を含み得る。いくつかの実施形態では、油系掘削流体組成物は、任意選択的に、油系掘削流体組成物の総重量に基づいて、０．２５重量％〜０．７５重量％のＳＵＲＥＷＥＴ（登録商標）の各々を含み得る。油系掘削流体組成物は、本主題の範囲から逸脱することなく、任意選択的に他の好適な湿潤剤を含み得る。
【００３８】
１つ以上の実施形態では、油系掘削流体組成物に流体損失制御剤を添加して、油系掘削流体組成物から地下層に損失するろ液の量を低減することができる。流体損失制御剤の例としては、親有機性（例えば、アミン処理された）褐炭、ベントナイト、製造ポリマー、シンナー、または解膠剤が挙げられる。流体損失制御剤が使用されるとき、それらは、掘削流体の総重量に基づいて、油系掘削流体組成物の０．５重量％〜３重量％を構成し得る。様々な実施形態では、流体損失制御剤は、掘削流体の総重量に基づいて、油系掘削流体組成物の０．５重量％〜１．５重量％、０．５重量％〜１．２５重量％、０．７５重量％〜２重量％、０．７５重量％〜１．５重量％、０．７５重量％〜１．２５重量％、１重量％〜２重量％、１重量％〜１．５重量％、または１重量％〜１．２５重量％を構成し得る。例示的な流体損失制御剤としては、全てＭＩ  ＳＷＡＣＯ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から市販のＶＥＲＳＡＴＲＯＬ（商標）、ＶＥＲＳＡＬＩＧ（商標）、ＥＣＯＴＲＯＬ（商標）ＲＤ、ＯＮＥＴＲＯＬ（商標）ＨＴ、ＥＭＩ  ７８９、およびＮＯＶＡＴＥＣＨ（商標）Ｆ、ならびにＨａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．から市販のＡＤＡＰＴＡ（登録商標）が挙げられる。いくつかの実施形態では、油系掘削流体組成物は、任意選択的に、それぞれ約１０：１の重量比で、ＯＮＥＴＲＯＬ（商標）ＨＴおよびＥＣＯＴＲＯＬ（商標）ＲＤの両方を含み得る。
【００３９】
任意選択的な懸濁剤を油系掘削流体組成物に添加して、掘削流体構成成分のうちの全てを懸濁するのに十分な、低剪断速度での降伏点を有するように油系掘削流体組成物の粘度を調節することができ、それにより油系掘削流体組成物の構成成分の沈殿を回避することができる。懸濁剤の例としては、脂肪酸および繊維状材料が挙げられる。懸濁液が使用されるとき、それらは、掘削流体の総重量に基づいて、油系掘削流体組成物の約０．０重量％〜約１．０重量％、または０．０１〜０．５重量％を構成し得る。
【００４０】
１つ以上の実施形態によると、低速掘削中または掘削作業と掘削作業との間に、油系掘削流体組成物中の固形物およびざくの懸濁を維持するために、より低剪断速度での閾値を上回る粘度が有利である。１つ以上の実施形態では、油系掘削流体は、５０℃または０℃の大気圧で測定される１０．２２ｓ−１の剪断速度で、少なくとも３８５ｃＰ、少なくとも１０００ｃＰ、またはさらには少なくとも１８５０ｃＰの粘度を有する。
【００４１】
１つ以上の実施形態によると、過剰なエネルギーを必要とせずに油系掘削流体組成物を循環させるために、より高い剪断速度で閾値未満の粘度の間が有利である。１つ以上の実施形態では、油系掘削流体は、５０℃または０℃の大気圧で測定される１７０ｓ−１の剪断速度で、２２２ｃＰ以下、１７５ｃＰ以下、またはさらには１２８ｃＰ以下の粘度を有する。
【００４２】
様々な実施形態による油系掘削流体組成物について前述してきたが、油系掘削流体組成物を調製するための例示的な方法を次に説明する。油系掘削流体を調製するための方法は、基油、少なくとも１つの乳化剤、および少なくとも１つの湿潤剤を混合して第１の混合物を形成することを含み得、少なくとも１つの乳化剤が、式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を含むアミノアミドを含む、第１の混合物の成分を添加して、油系掘削流体組成物の実施形態に関する前述の量を提供してもよい。油系掘削流体組成物を調製するための方法は、任意選択的に、Ｍｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物などの少なくとも１つのレオロジー調整剤、およびアルカリ度調節剤を第１の混合物に混合して第２の混合物を形成することを含み得る。再び、第２の混合物の成分を添加して、油系掘削流体組成物の実施形態に関して前述の量を提供することができる。油系掘削流体組成物を調製するための方法は、任意選択的に、少なくとも１つの流体損失制御添加剤を第２の混合物に混合して第３の混合物を形成することを含み得る。再び、第３の混合物の成分を添加して、油系掘削流体組成物の実施形態に関して前述の量を提供することができる。油系掘削流体組成物を調製するための方法は、ブライン溶液を第１の混合物または第３の混合物に混合して第４の混合物を形成することをさらに含み得る。第４の混合物の成分を添加して、油系掘削流体組成物の実施形態に関して前述の量を提供することができる。油系掘削流体組成物を調製するための方法は、加重添加剤を第４の混合物に混合して油系掘削流体組成物を形成することをさらに含み得る。油系掘削流体組成物の成分を添加して、油系掘削流体組成物の実施形態に関して前述の量を提供することができる。
【００４３】
前述の油系掘削流体組成物は、地下層での掘削作業、特に１０，０００ｐｓｉ超の坑井圧力および３００°Ｆ（１４９°Ｃ）超の坑井温度のＨＰＨＴ条件下で実施される掘削作業での使用に非常に好適であり得る。したがって、高圧高温条件下で地下井を掘削するための方法の実施形態は、本明細書に記載の任意の実施形態による油系掘削流体組成物を提供することを含み得る。高圧高温条件下で地下井を掘削するための方法は、油系掘削流体組成物の存在下で坑井内でドリルを操作することを含む。
【実施例】
【００４４】
以下の実施例は、本開示の１つ以上の追加の特色を例示する。これらの実施例は、本開示の範囲または添付の特許請求の範囲を決して限定することを意図するものではないことを理解されたい。
【００４５】
化学構造２の乳化剤は、ステアリン酸（０．２８ｇ、１ミリモル）、ホウ酸（３．０９ｍｇ、０．０５ミリモル）、およびトルエン（３ｍｌ）を、還流冷却器を備えたＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋ  ｔｒａｐを備えたフラスコに添加することによって合成した。反応混合物を撹拌しながら、ジエチレントリアミン（０．１１ｇ、１．１ｍｍｏｌ）を添加した。反応混合物を、一晩（少なくとも１４時間）加熱還流した。混合物を室温まで冷却し、次いで撹拌しながらヘキサンに注ぎ、固形物の即時沈殿をもたらし、これをろ過し、ヘキサンで洗浄して、本開示の実施形態による式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を含む所望のアミノアミド乳化剤を得た。
【００４６】
Ｍｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物を生成した。出発材料として、Ｍｇ（ＮＯ３）２６Ｈ２Ｏ、Ａｌ（ＮＯ３）３９Ｈ２Ｏ、尿素、およびミリスチン酸ナトリウムをＳｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、さらに精製することなく使用した。ＭｉｌｌｉＱ（登録商標）浄水システムによって処理した精製水を合成全体で使用し、ＣＯ２の混入を全て回避するために７５°Ｃで加熱することによって水を脱炭酸した。層状複水酸化物を形成するために、１１．５９６ｇのＭｇ（ＮＯ３）２６Ｈ２Ｏ、８．３５ｇのＡｌ（ＮＯ３）３９Ｈ２Ｏ、および１２．１６ｇの尿素を１０００ｍＬのテフロン（登録商標）内張りオートクレーブに入れた。Ｍｇ／Ａｌのモル比は２であり、尿素対金属のモル比は３であった。この混合物に、２５．３４ｇのミリスチン酸ナトリウムおよび熱い５００ｍＬの脱炭酸水を添加して、１．５のミリスチン酸塩／金属のモル比を有する混合物を形成した。得られた反応混合物を、１５０℃で２４時間水熱処理した。反応後、生成物全体をアセトン中に分散させ、室温で３０分間撹拌した。大量の熱い脱炭酸水で洗浄し、続いて７５℃のオーブンで２４時間加熱することによって生成物を回収した。加えて、Ｍｇ／Ａｌのモル比を１〜５に変動させ、加熱温度を１００°Ｃ〜２００°Ｃに変動させ、反応時間を６時間〜４８時間に変動させることによって、Ｍｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物を調製した。
【００４７】
化学構造２の乳化剤およびＭｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物レオロジー調整剤を含有する掘削流体の物理的およびレオロジー特性を、業界標準の乳化剤およびレオロジー調整剤を含有する掘削流体のものと比較するために、２つの掘削流体を調製した。２つの掘削流体は、油系流体配合物用に特別に調整された、独自の乳化剤、湿潤剤、および液体損失制御剤のブレンドを含む、Ｍ−Ｉ  ＳＷＡＣＯ  ＲＨＡＤＩＡＮＴ（商標）系に基づいていた。具体的には、比較掘削流体、比較実施例Ａは、乳化剤としてＳＵＲＥＭＵＬ（登録商標）、ならびにレオロジー調整剤としてＶＥＲＳＡＧＥＬ  ＨＴおよびＢｅｎｔｏｎｅ  ４２を使用して調製した。ＳＵＲＥＭＵＬ（登録商標）を化学構造２の乳化剤で置き換え、ＶＥＲＳＡＧＥＬ  ＨＴおよびＢｅｎｔｏｎｅ  ４２をＭｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物で置き換えることにより、第２の掘削流体、実施例１を調製した。実施例１の乳化剤の総量は、比較実施例Ａのものより少なく、実施例１のレオロジー調整剤の総量は、比較実施例Ａのものより少ないことに留意されたい。したがって、実施例１は、比較実施例Ａよりも良好な環境特徴を有するであろう。
【００４８】
比較実施例Ａおよび実施例１の掘削流体は、次の成分を使用して配合した：Ｓｈｅｌｌから入手可能な合成油掘削系流体Ｓａｒａｌｉｎｅ  １８５Ｖ；Ｍ−Ｉ  ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能なアミドアミン界面活性剤ＳＵＲＥＭＵＬ（登録商標）；Ｍ−Ｉ  ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能な湿潤剤ＳＵＲＥＷＥＴ（登録商標）；Ｍ−Ｉ  ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能な非水性流体系中での使用のための乳化剤ＭＵＬ  ＸＴ；Ｍ−Ｉ  ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能なろ過制御を補助するためのヘクトライト粘土粘性付与剤ＶＥＲＳＡＧＥＬ  ＨＴ；Ｅｌｅｍｅｎｔｉｓ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｅａｓｔ  Ｗｉｎｄｓｏｒ，ＮＪ）から入手可能なヘクトライト有機粘土粘性付与剤Ｂｅｎｔｏｎｅ  ４２；Ｍ−Ｉ  ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能な油および合成系掘削流体系中での使用のために設計されたアミン処理タンニンろ過制御添加剤ＯＮＥ−ＴＲＯＬ（商標）ＨＴ；Ｍ−Ｉ  ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能な油および合成系掘削流体系中での使用のために設計されたろ過制御添加剤ＥＣＯＴＲＯＬ  ＲＤ；ならびにＭ−Ｉ  ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能な重晶石（ＢａＳＯ４）加重剤。加えて、２０°Ｃで２．２４の比重、および４００ｋｇ／ｍ３のかさ密度を有する石灰を利用し、Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒから入手可能なＣａＣｌ２ブラインおよび淡水を含んでいた。
【００４９】
比較実施例Ａおよび実施例１の掘削流体は、磁気撹拌棒を使用して、それぞれ３０．８８ｇおよび２５．２７ｇの量で調製した。比較実施例Ａおよび実施例１の掘削流体の配合を表１に提供する。掘削流体を調製するために、最初にステージ１で１０分間、基油、乳化剤、および湿潤剤を一緒に混合した。具体的には、ＳＵＲＥＭＵＬ（登録商標）を乳化剤として比較実施例Ａに添加し、式１の乳化剤を乳化剤として実施例１に添加した。次いで、ステージ２でレオロジー調整剤を添加し、さらに２０分間混合し、Ｍｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物を実施例１では利用したが、比較実施例Ａでは利用しなかった。次に、ステージ３で、流体損失制御添加剤を添加し２０分間混合し、続いてステージ４でブラインおよび淡水、ステージ５で重晶石を添加し、それぞれ３０分間および４０分間混合した。使用した基油および重晶石の重量％としての量は、比較実施例Ａと実施例１とでわずかに異なり、比較実施例Ａおよび実施例１の両方に２．２０の比重および９０．０の油／水比を提供した。実施例では、油：水比は層状複水酸化物の油性部分を含まないことに留意されたい。
【００５０】
【表１】
2020533430.tif 000005
【００５１】
比較実施例Ａおよび実施例１の掘削流体は、混合後１７時間静置され、次いで垂れおよび流体分離について検査され、その後レオロジーを測定した。流体分離および垂れを視覚的に検査した。具体的には、固形物と液体との視覚的な分離の検査を行った。また、マイクロスパチュラを泥に挿入して泥が上部から底部まで全体に同様のテクスチャー（主観的に硬いかまたは柔らかい）であるかどうか、固形物が掘削流体全体に均質に分布しなくなるような固形物の分離および沈殿があるかどうかを調べることによって、垂れを調べた。固形物の分離および沈殿によって証明されるように、垂れがあった場合、泥は容器の上部でより柔らかく見え、底部でより硬くなり掘削流体が静止して残った。説明のように、垂れとは、重晶石のようなより重い物質が底部に移動するときなど、密度が高くなるにつれて固形物が沈降するときを指し、固形物を溶液に分散した状態に戻すために激しく混合する必要がある場合がある。流体分離とは、上部に流体が分離するが、内容物の成分は、残りの構成成分から重い固形物が分離して底部に沈殿することなく、分散したままであることを指す。
【００５２】
掘削流体の粘度は、応力およびひずみを制御したレオメーター（ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ（Ｎｅｗ  Ｃａｓｔｌｅ，ＤＥ）からのＤｉｓｃｏｖｅｒ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ）を使用して試験した。レオメーターに利用した形状は、２５ｍｍの粗いステンレス鋼平行プレートであった。試料中に顆粒状重晶石が存在することに起因して、この形状を選択した。ステンレス鋼プレート間の間隙は、３００μｍに設定した。剪断速度に相関する粘度測定は、大気圧で０℃および５０℃で、０．００４〜２０００ｓ−１で実行された。力が印加されなかったとき、比較実施例Ａおよび実施例１の掘削流体はゲル化し、掘削固形物および重晶石などの加重材料を保持するのに十分な強度であった。加えて、剪断速度実験は、流体の有用な粘度情報、および流体の剪断がゼロであるか、あるいはずり減粘であるかを提供する。剪断速度実験はまた、掘削流体が変形する剪断速度も示した。
【００５３】
図１は、剪断速度に相関する、試験試料の０°Ｃおよび５０°Ｃでの粘度を示している。加えて、図１に示されるレオロジー測定からの結果を選択した。
【００５４】
【表２】
2020533430.tif 000006
【００５５】
図１および表２を参照すると、比較実施例Ａおよび実施例１の両方は、それらの配合および試験時の温度に関係なくずり減粘挙動を呈した。しかしながら、５０°Ｃでの１０．２２ｓ−１などの比較的低剪断速度での実施例１は、同じ温度および剪断速度での比較実施例Ａよりも高粘度を有し、したがって、５０°Ｃでの実施例１の掘削流体は、比較実施例Ａの掘削流体よりも良好に、静止している間、固形物を保持することが可能である。しかしながら、５０℃では、実施例１は、１７０ｓ−１の剪断速度でより高粘度を有し、これは、流体循環中に追加のエネルギーが必要とされるであろうことを意味する。実施例１および比較実施例Ａの５０°Ｃでの相対粘度は、比較実施例Ａと比較すると、実施例１は、低剪断速度でのより高粘度の結果として、静止している間より良好に固形物を保持するであろうが、高剪断速度でのより高粘度の結果として、掘削流体の循環中に幾分より多くの力を必要とするであろうことを示している。したがって、停滞期間中に固形物を保持するためにより増加した粘度が必要とされる場合、実施例１の掘削流体が比較実施例Ａの掘削流体よりも上質であり得る。
【００５６】
図１および表２に示されるように、実施例１の掘削流体は、０℃での１０．２２ｓ−１での比較実施例Ａの掘削流体よりも低粘度を有し、また、０℃での１７０ｓ−１での比較実施例Ａの掘削流体よりも低粘度を有した。したがって、掘削の停滞期間中のゲル強度は、比較実施例Ａと比較して実施例１がわずかに低いが、実施例１の掘削流体は、０℃で循環するのに少ないネルギーを必要とするであろう。したがって、実施例１の掘削流体は、停滞中に固形物を保持するために実施例１の掘削流体の粘度が許容可能である限り、０℃での比較実施例Ａの掘削流体よりも上質であり得る。
【００５７】
加えて、実施例１の掘削流体は、応力が除去されるとすぐにゲル化するであろうような脆弱なゲルの特徴を示した。これは、掘削が停止されるとすぐに掘削流体がざくを効果的に支持するようにゲル化するであろう掘削流体と相関関係がある。
【００５８】
【表３】
2020533430.tif 000007
【００５９】
実施例１および比較実施例Ａの両方は、垂れを示さず、調製後１７時間静置した後、微量のみの分離または分離のないことを実証した。実施例１および比較実施例Ａの両方は、表３および図２〜３に示されるように、５０℃でほぼ同じひずみで変形し、したがって両方が掘削を開始するのに同様の力を必要とするであろう。
【００６０】
ひずみ％に相関する５０°Ｃでの貯蔵弾性率（Ｇ’）および損失弾性率（Ｇ”）を、図２に示している。加えて、ひずみ％に相関する５０°Ｃでの位相角を、図３に示している。実施例１の貯蔵弾性率（Ｇ’）は、損失弾性率（Ｇ”）よりも大きく、比較実施例Ａのような固体様特性を有することを示した。比較実施例Ａは、比較実施例Ａよりも高いＧ’およびＧ”値を有したが、５０℃でわずかに高いひずみで変形し、したがって、掘削を開始するのに過剰な力を必要としないであろうが、液体状態への変形がより高いひずみ／剪断を要すると、より長く半液体状態のままであるため、循環中により大きな力、したがってより多くの力を必要とするであろう。実施例１の掘削流体の位相角は、比較実施例Ａの掘削流体と同様に、より低いひずみでは固体のような、より高いひずみでは液体としての挙動を示した。実施例１の掘削流体が５０℃で液体のように挙動し始める前に、より高いひずみを必要とした。
【００６１】
加えて、ブラインの添加後に粘度が増加することが掘削流体の調製中に観察されたため、低減した量のブラインを含む掘削流体は低下した粘度を有し得ることが考慮される。ブライン低減、またはＮａＣｌなどの別のブラインの使用により、粘度が低減され得ることが考慮される。
【００６２】
実施例１では、比較実施例Ａよりも少ない総量の乳化剤を利用したことに留意すべきである。したがって、実施例１の掘削流体は、比較実施例Ａの掘削流体よりも環境に優しい可能性があることが考慮される。
【００６３】
ある特性に割り当てられた任意の２つの定量値は、その特性の範囲を構成することができ、所与の特性の全ての述べられる定量値から形成される範囲の全ての組み合わせが、本開示において企図されることを理解されたい。当然のことながら、組成物または配合物中の化学成分の組成範囲は、いくつかの実施形態では、その成分の異性体の混合物を含むと理解されるべきである。実施例は、様々な組成物の組成範囲を提供し、特定の化学組成物の異性体の総量が範囲を構成し得ることが理解されるべきである。
【００６４】
以下の特許請求の範囲のうちの１つ以上は、「ｗｈｅｒｅ」という用語を移行句として利用することに留意されたい。本技術を定義する目的のために、この用語は、構造の一連の特性の列挙を導入するために使用される非限定型の移行句として、特許請求の範囲に導入され、より一般的に使用される非限定型の前提用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様に解釈されるべきであることに留意されたい。
【００６５】
特性に割り当てられた任意の２つの定量値は、その特性の範囲を構成することができ、所定の特性の全ての記載された定量値から形成される範囲の全ての組み合わせが、本明細書において企図されることを理解すべきである。
【００６６】
特許請求される主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に種々の修正がなされ得ることが、当業者には明らかなはずである。したがって、本明細書は、様々な記載した実施形態の修正および変形を、係る修正および変形が添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲に含まれる限り、包含するものである。
【００６７】
本明細書で説明されている主題は、１つ以上の態様を含むことができ、これは、本開示の教示を限定するものと見なされるべきではない。第１の態様は、油相中の基油と、水相中の水と、層状複水酸化物を含むレオロジー調整剤と、式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を含む乳化剤と、湿潤剤、流体損失制御添加剤、および加重添加剤から選択される１つ以上の添加剤とを含む、油系掘削流体組成物を含み得る。
【００６８】
第２の態様は、基油、含水構成成分、乳化剤、およびレオロジー調整剤を混合して、油系掘削流体組成物を形成することを含み、油系掘削流体組成物が、基油を含む油相と、水を含む水相と、を含み、レオロジー調整剤が、層状複水酸化物を含み、乳化剤が、式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を有するアミノアミドを含む、油系掘削流体組成物を作製するための方法を含み得る。
【００６９】
第３の態様は、地下井を掘削するための方法であって、油系掘削流体組成物を提供することであって、油系掘削流体組成物が、油相中の基油と、水相中の水と、層状複水酸化物を含むレオロジー調整剤と、式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を有するアミノアミドを含み、式中、Ｒが脂肪酸アルキル基であり、Ｒ’がアルキル基であり、Ｒ”がアルキル基である乳化剤と、湿潤剤、流体損失制御添加剤、および加重添加剤から選択される１つ以上の添加剤とを含む、提供することと、油系掘削流体組成物の存在下で、坑井内でドリルを操作することと、を含む、方法を含み得る。
【００７０】
別の態様は、油系掘削流体が、油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜２重量％の量のＭｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物を含む、前述の態様のいずれかを含む。
【００７１】
別の態様は、油系掘削流体が、油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜５重量％の量の式Ｒ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ’−ＮＨ−Ｒ”−ＮＨ２を有するアミノアミドを含む、前述の態様のいずれかを含む。
【００７２】
別の態様は、油系掘削流体が、油系掘削流体の総重量に基づいて、１０重量％〜２０重量％の量の基油を含む、前述の態様のいずれかを含む。
【００７３】
別の態様は、油系掘削流体が、油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜２重量％の量の１つ以上の湿潤剤を含む、前述の態様のいずれかを含む。
【００７４】
別の態様は、油系掘削流体が、油系掘削流体の総重量に基づいて、０．５重量％〜２重量％の量の１つ以上の流体損失制御添加剤を含む、前述の態様のいずれかを含む。
【００７５】
別の態様は、油系掘削流体が、油系掘削流体の総重量に基づいて、５０重量％〜９０重量％の量の１つ以上の加重添加剤を含む、前述の態様のいずれかを含む。
【００７６】
別の態様は、層状複水酸化物が、ミリスチン酸塩を含む、前述の態様のいずれかを含む。
【００７７】
別の態様は、層状複水酸化物が、アルミニウムカチオンを含む、前述の態様のいずれかを含む。
【００７８】
別の態様は、層状複水酸化物が、マグネシウムカチオンを含む、前述の態様のいずれかを含む。
【００７９】
別の態様は、層状複水酸化物が、Ｍｇ／Ａｌ−ミリスチン酸塩層状複水酸化物である、前述の態様のいずれかを含む。
【００８０】
別の態様は、湿潤剤、流体損失制御添加剤、および加重添加剤から選択される１つ以上の添加剤を、基油、含水構成成分、乳化剤、およびレオロジー調整剤と混合することをさらに含む、前述の態様のいずれかを含む。
【００８１】
別の態様は、坑井が、３００°Ｆ超の坑井温度を含む、前述の態様のいずれかを含む。
【００８２】
別の態様は、坑井が、１０，０００ｐｓｉ超の坑井圧力を含む、前述の態様のいずれかを含む。
【００８３】
別の態様は、坑井が、１０，０００ｐｓｉ超の坑井圧力を含む、前述の態様のいずれかを含む。
【００８４】
別の態様は、表面温度が、０°Ｃ以下である、前述の態様のいずれかを含む。
【００８５】
本開示の主題を詳細に、かつ特定の実施形態を参照して説明したが、本開示に記載された様々な詳細は、本明細書に付随する図面の各々に特定の要素が示されている場合であっても、これらの詳細が本開示に記載された様々な実施形態の必須構成要素であることを暗示するものととられるべきではないことに留意されたい。むしろ、本明細書に添付された特許請求の範囲は、本開示の広がりおよび本開示に記載の様々な実施形態の対応する範囲の単なる表現として解釈されるべきである。さらに、特許請求される主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、記載の実施形態に様々な変更および変形がなされ得ることは、当業者に明らかであるはずである。したがって、本明細書は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内に入るそのような変更および変形が提供される種々の記載された実施形態の変更および変形を網羅することを意図する。
【図１】
2020533430.tif 000008
【図２】
2020533430.tif 000009
【図３】
2020533430.tif 000010
【国際調査報告】
2020533430.tif 000011
2020533430.tif 000012
2020533430.tif 000013