(57)【要約】  油系掘削流体の調製方法および組成物。油系掘削流体は、基油を含む基油連続相と、水性分散相と、改質マグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物（Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３１９１ＬＤＨ）化合物を含む少なくとも１つのレオロジー改質剤とを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
油系掘削流体であって、
基油を含む基油連続相と、
水性分散相と、
改質マグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物（Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ）化合物を含む少なくとも１つのレオロジー改質剤と、
を含む、油系掘削流体。
【請求項２】
前記マグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物（Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ）化合物が、
マグネシウム化合物と、アルミニウム化合物と、水溶液と、を混合して初期溶液を形成することと、
炭酸塩または重炭酸塩を含む少なくとも１つの塩基性化合物を前記初期溶液に添加して、反応溶液を形成することと、
任意に、を含む溶液でｐＨを調整することと、
前記反応溶液を反応温度で反応時間加熱して、前記Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物を形成することと、
によって調製される、請求項１に記載の油系掘削流体。
【請求項３】
前記基油が、エステルもしくはオレフィンを含む合成油、ディーゼル油、または鉱油から選択される基油から選択され、前記合成油、前記ディーゼル油または前記鉱油が、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から選択される炭化水素を含む、請求項１または２のいずれかに記載の油系掘削流体。
【請求項４】
乳化剤、湿潤剤、アルカリ調整剤、流体損失制御剤、懸濁化剤、重量調整剤、密度調整剤またはそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの添加剤をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の油系掘削流体。
【請求項５】
前記油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜１．０重量％のレオロジー改質剤を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の油系掘削流体。
【請求項６】
前記水性分散相が、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から選択されるブラインを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の油系掘削流体。
【請求項７】
前記油系掘削流体が、掘削作業中の高圧高温条件下での前記油系掘削流体の使用に好適な物理的特性を示す、請求項１〜６のいずれかに記載の油系掘削流体。
【請求項８】
掘削作業中の高圧高温条件が、１０，０００ｐｓｉを超える坑井圧力および３００°Ｆを超える坑井温度を含む、請求項７に記載の油系掘削流体。
【請求項９】
油系掘削流体を調製する方法であって、
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、基油連続相を形成することと、
改質マグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物化合物を含む、少なくとも１つのレオロジー改質剤を前記基油連続相に添加して、油系掘削流体を形成することと、
を含む、方法。
【請求項１０】
前記油系掘削流体が、流体損失制御添加剤、ブライン溶液、少なくとも１つの加重添加剤、レオロジー改質剤、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの添加剤をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記改質マグネシウム／アルミニウム炭酸型（Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３）化合物が、
マグネシウム化合物と、アルミニウム化合物と、水溶液と、を混合して初期溶液を形成することと、
炭酸塩または重炭酸塩を含む少なくとも１つの塩基性化合物を前記初期溶液に添加して、反応溶液を形成することと、
任意に、を含む溶液でｐＨを調整することと、
前記反応溶液を反応温度で反応時間加熱して、前記Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物を形成することと、
によって調製される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記基油連続相が、エステルまたはオレフィンを含む合成油、ディーゼル油、または鉱油から選択される基油を含み、前記合成油、前記ディーゼル油、または前記鉱油が、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から選択される炭化水素を含む、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記ブライン溶液が、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から選択される、請求項９〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
高圧高温条件下、地下地層内で掘削する方法であって、
前記地下地層内への坑井の前記掘削において、請求項１〜８のいずれかに記載の油系掘削流体を提供または使用することを含む、方法。
【請求項１５】
高圧高温条件が、１０，０００ｐｓｉを超える坑井圧力および３００°Ｆを超える坑井温度を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
地下井を掘削する方法であって、
基油と、
乳化剤、加重材料、流体損失添加剤、増粘剤、またはアルカリ化合物から選択される少なくとも１つの添加剤と、
前記掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜１重量％のマグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物化合物と、
を含む、油系掘削流体の存在下、坑井内でドリルを操作することを含む、方法。
【請求項１７】
前記坑井内で前記ドリルを操作する前または操作中に、前記マグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物化合物を前記掘削流体に添加することをさらに含む、請求項１６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、２０１７年８月１５日に出願された米国仮出願第６２／５４５，６６３号の利益を主張し、参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示の実施形態は、一般に、高圧および高温での掘削作業で使用するための油系掘削流体に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、レオロジー改質剤として表面改質マグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物化合物を含む油系掘削流体に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、炭化水素抽出用の新しい坑井を掘削する掘削作業には、掘削作業中に坑井から掘削流体（または、掘削泥としても既知）を連続的に循環させる一般的な慣行が含まれる。掘削流体は、ドリルパイプを通ってボーリング穴の底部にポンプで送られ、そこで次いで、掘削流体が、坑井の壁とドリルパイプとの間の環状空間を通って上向きに流れ、最終的に坑井から流れ出てそこで二次処理のために回収される。具体的には、掘削流体を機械的または化学的に処理して、捕捉された固体および掘削切削屑を掘削流体から除去してから、坑井から戻った掘削流体を再循環させる。
【０００４】
掘削作業中の固体および切削屑の捕捉における掘削流体の循環性およびその機能を考えると、掘削流体は、切削屑や他の固体を保持および移送するのに十分な物質を有しながら、ポンピングを促進するために、比較的低粘度で自由流動性である必要がある。また、掘削流体は、坑井の底部に固体が蓄積するのを防ぐために掘削流体の循環を停止した場合に、固体および切削屑を懸濁するのに十分なゲル強度を有する必要がある。坑井の底部に蓄積する固体は、ドリルの詰まりばかりでなく、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。
【０００５】
深井戸の掘削は、高圧および高温（ＨＰＨＴ）を伴う地質条件によって複雑になる。業界が規定したＨＰＨＴ条件の定義には、通常、華氏３００度（°Ｆ）（摂氏１４９度（℃））を超える坑井温度および１０，０００重量ポンド平方インチ（ｐｓｉ）（６８．９メガパスカル（ＭＰａ））を超える坑井圧力が含まれる。
【発明の概要】
【０００６】
したがって、ＨＰＨＴ条件下で熱的に安定であり、井戸処理での使用に好適なレオロジー特性を有する、掘削流体および掘削流体用のレオロジー改質剤に対する継続的なニーズがある。レオロジー改質剤は、油系掘削流体に添加する場合、「脆いゲル」特性やずり減粘性挙動などのレオロジー特性を強化できる。
【０００７】
したがって、本開示のいくつかの実施形態は、基油連続相を含む油系掘削流体を含み、基油連続相は、基油、水性分散相、および改質マグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物（Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ）化合物を含む少なくとも１つのレオロジー改質剤を含む。
【０００８】
本開示の他の実施形態は、油系掘削流体を調製する方法を含み、その方法は、基油と、少なくとも１つの乳化剤と、少なくとも１つの湿潤剤と、を混合して基油連続相を形成することと、改質マグネシウム／アルミニウム−炭酸型層状複水酸化物化合物を含む、少なくとも１つのレオロジー改質剤を基油連続相に添加して、油系掘削流体を形成することと、を含む。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、レオロジー改質剤を含む掘削流体の特定の実施形態について説明する。本開示のレオロジー改質剤および掘削流体は、異なる形態で実施されてもよく、本開示に記載された特定の実施形態に限定されると解釈されるべきではないことを理解されたい。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全となり、主題の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。
【００１０】
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に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、予め掘削した穴に挿入して回転させて、ドリルビットで穴の底部にある岩石を破砕させる。掘削作業により岩石破片が生じる。坑井の底部から岩石破片を除去するために、油系掘削流体などの掘削流体は、ドリルストリングを通ってドリルビットへ向けて下方へポンプされる。掘削流体はドリルビットを冷却し、潤滑性を提供し、切削屑として既知の岩石破片をドリルビットから遠ざけるように持ち上げる。掘削流体が表面に再循環されると、掘削流体は、切削屑を上方へ運ぶ。表面では、切削屑は、二次作業を通して掘削流体から除去され、掘削流体は、ドリルストリングを下って坑井の底部へ再循環されて、さらに切削屑を収集する。
【００１１】
掘削流体には、掘削泥、パッカー流体、および仕上げ流体が含まれる。一般に、さまざまな種類の流体が、特定の機能または複数の機能に特化するため、掘削流体は、多くの機能を果たす。１つ以上の実施形態では、油系掘削流体は、切削屑および加重物質を懸濁して、切削屑を油系掘削流体とともに坑井表面に移送する。さらに、油系掘削流体は、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、それらを放出、隔離、または焼却除去するために坑井表面に移送し得る。加えて、油系掘削流体は、掘削ストリングに浮力を提供し、坑井の長さが増加するにつれてドリルストリングの張力を緩和し得る。１つ以上の実施形態では、油系掘削流体は、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、油系掘削流体は、地下圧力を制御し得る。具体的には、油系掘削流体は、坑井内に静水圧を提供して坑井の側壁を支えて、側壁がドリルストリング上に崩壊または陥没するのを防ぐことができる。加えて、油系掘削流体は、坑井内に静水圧を提供して、掘削作業の間、ダウンホールの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。
【００１２】
過度の温度または困難な地層などの特定の極端なダウンホール条件下では、掘削流体の特性の一部が変質する場合がある。例えば、掘削流体と、膨潤粘土、過剰な固形分、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は、掘削流体が、濃縮もしくは希釈されるか、粘度が過度に増加もしくは減少するか、またはこれらの組み合わせを引き起こし得る。例えば、高圧および高温（ＨＰＨＴ）操作で利用される掘削流体は、業界が規定したＨＰＨＴ条件の定義である、３００°Ｆ（１４９℃）を超える坑井温度および１０，０００ｐｓｉ（６８．９ＭＰａ）を超える坑井圧力を経ることもある。ＨＰＨＴ条件下では、掘削流体が分解するか、またはレオロジーに望ましくない変化を経る場合がある。
【００１３】
油系掘削流体の実施形態は、ＨＰＨＴ掘削作業に好適なレオロジーを有する流体を提供するように配合される。具体的には、油系掘削流体は、市販のＨＰＨＴ油系掘削流体が有するよりも低いせん断速度でより高い粘度と、市販のＨＰＨＴ油系掘削流体が有するよりも高いせん断速度でより低い粘度と、を有するように配合される。通常、低せん断速度は、１０ｓ−１未満であり、高せん断速度は、一般に１００ｓ−１を超える。低せん断速度で粘度がより高くなると、掘削作業が停止したときに、油系掘削流体が切削屑を保持する能力が高まる。逆に、高せん断速度での油系掘削流体の粘度がより低くなると、掘削作業中に油系掘削流体を循環させるのに必要なエネルギーが減少する。
【００１４】
１つ以上の実施形態では、油系掘削流体は、基油相、水性分散相、および少なくとも１つのレオロジー改質剤を含む。少なくとも１つのレオロジー改質剤は、炭酸型層状複水酸化物（ＬＤＨ）化合物を含む。いくつかの実施形態では、炭酸型ＬＤＨ化合物は、マグネシウム／アルミニウム−炭酸型層状複水酸化物（Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ）化合物であるか、またはそれを含む。Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物は、実験式［Ｍｇ１−ｘＡｌｘ（ＯＨ）２］（ＣＯ３）ｘ／３ｍＨ２Ｏを有することができ、ｘは０．１〜０．４であり、ｍは０．１〜０．６である。いくつかの実施形態では、例えば、Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物自体、またはＭｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物の粒子の表面を改質してもよい。油系掘削流体のいくつかの実施形態では、油系掘削流体は、油系掘削流体の総重量に基づいて、０．０５重量％〜５．０重量％、０．１重量％〜１．０重量％、または０．１重量％〜０．５重量％のマグネシウム／アルミニウム炭酸型ＬＤＨ化合物を含み得る。
【００１５】
Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨレオロジー改質剤の粒子は、マグネシウム化合物およびアルミニウム化合物のスラリーまたは水溶液を形成することにより調製され得る。１つ以上の塩基性化合物をスラリーまたは水溶液に添加して、反応混合物を形成してもよい。少なくとも１つの塩基性化合物は、炭酸塩または重炭酸塩を含み得る。反応混合物を反応時間、反応温度で加熱して、Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨを形成する。アルミニウム化合物は、例えば、Ａｌ（ＯＨ）３、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＮＯ３）３、またはＡｌＣｌ３を含んでもよい。マグネシウム化合物は、例えば、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＮＯ３）２、ＭｇＣｌ２、またはＭｇＯを含んでもよい。一例では、マグネシウム化合物は、Ｍｇ（ＮＯ３）２であってもよく、アルミニウム塩は、Ａｌ（ＮＯ３）３であってもよい。いくつかの実施形態では、マグネシウム塩またはアルミニウム塩は、例えば、Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２ＯまたはＭｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏなどの水和物であってもよい。塩基性化合物には、炭酸塩または重炭酸塩が含まれる。炭酸塩の例には、Ｎａ２ＣＯ３およびＮａＨＣＯ３が含まれる。炭酸塩または重炭酸塩に加えて、塩基性化合物は、任意に、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３、またはＮａＯＨなどの塩基をさらに含んでもよい。
【００１６】
本開示の掘削流体用のＭｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物レオロジー改質剤の調製は、追加または任意のステップを含む場合がある。任意に、スラリー、水溶液、または反応混合物のｐＨを、１つ以上の塩基性化合物または酸性溶液、例えばＮａＯＨなどで調整してもよい。スラリー、水溶液、または反応混合物は、７〜１２の初期ｐＨを有してもよく、初期ｐＨを、７〜１０．５、７〜１０、９〜１２、９〜１０．５、９〜１０、９．５〜１２、９．５〜１０．５、９．５〜１０、７．５〜９、７．５〜９．５または１０〜１２に調整してもよい。ｐＨを調整すると、管状物の腐食が減少する。
【００１７】
Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物を調製するための初期スラリー、水溶液、または反応混合物は、５：１、４：１、３：１または２：１のＭｇ／Ａｌモル比を有してもよい。炭酸イオンを、Ｍｇ／Ａｌ比に応じたモル比で添加した。１つ以上の実施形態では、炭酸イオンのモル比は、化合物中のＡｌのモル比と同等であってもよい。
【００１８】
Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物を調製するための反応温度は、４０℃〜１８０℃または１４０℃〜１６０℃であり得る。反応時間は、少なくとも１２時間であり得る。いくつかの実施形態では、反応時間は、１２時間〜５０時間または１６時間〜２５時間である。
【００１９】
基油連続相は、油、または油と、油に溶解するか、もしくは別の方法で油と完全に混和する１つ以上の有機もしくは無機化合物とを含む溶液などの任意の流体であってもよい。基油連続相は、少なくとも１つの基油を含んでもよい。基油連続相は、エステル、エーテル、アセタール、炭酸ジアルキル、炭化水素、またはこれらのいずれかの組み合わせをさらに含んでもよい。
【００２０】
基油は、天然石油製品または合成油から選択できる。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。基油は、鉱油、ディーゼル油、直鎖もしくは分岐オレフィン、ポリオレフィン、脂肪酸のエステル、脂肪酸の直鎖、分岐もしくは環状アルキルエーテル、他の石油由来の油、またはこれらのいずれかの組み合わせなどの石油由来の油を含んでもよい。基油は、動物または植物由来の油、例えば、サフラ油なども含んでもよい。基油は、他の油、例えば、ポリジオルガノシロキサン、シロキサン、オルガノシロキサン、他のシリコーン系油、またはこれらの組み合わせなども含み得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、基油は、掘削用途のための従来の掘削流体に含まれる任意のオイルであり得る。
【００２１】
いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、油系掘削流体の総重量に基づいて、少なくとも１０．０重量％の基油を含んでもよく、または１０．０重量％〜２０．０重量％の基油を含んでもよい。他の実施形態では、油系掘削流体は、油系掘削流体の総重量に基づいて、約１３．０重量％〜１７．０重量％または１４．０重量％〜１６重量％の基油を含んでもよい。
【００２２】
油系掘削流体の水性分散相は、基油連続相に完全には混和しない任意の流体であり得る。例えば、水性分散相は、水、または水と、水に溶解したか、もしくは別の方法で水と完全に混和した１つ以上の有機もしくは無機化合物とを含む溶液であってもよい。いくつかの実施形態では、水性分散相は、淡水、井戸水、ろ過水、蒸留水、海水、塩水、生成水、地層ブライン、他の種類の水、または複数の水の組み合わせを含む水を含んでもよい。実施形態では、水性分散相は、天然および合成ブラインを含むブラインを含み得る。ブラインには、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から選択される塩とが含まれる。いくつかの実施形態では、水性分散相は、水に溶解した添加剤または不純物として水溶性有機化合物を含んでもよい。水溶性有機化合物には、アルコール、有機酸、アミン、アルデヒド、ケトン、エステル、または他の極性水溶性有機化合物が含まれてもよい。
【００２３】
１つ以上の実施形態では、油系掘削流体は、油系掘削流体の総重量に基づいて、約１．０重量％〜約１０．０重量％の水性不連続相を含んでもよい。他の実施形態では、油系掘削流体は、２．０重量％〜７．０重量％または２．０重量％〜５重量％の水性不連続相を含んでもよい。
【００２４】
油系掘削流体は、１つ以上の添加剤を任意に含んでもよい。添加剤の例には、１つ以上の湿潤剤、１つ以上の乳化剤、１つ以上の追加のレオロジー改質剤、１つ以上の流体損失制御添加剤、または１つ以上の加重添加剤が含まれる。油系掘削流体は、ｐＨ調整剤、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、または他の添加剤もしくは従来の掘削流体で既知もしくは使用される添加剤の組み合わせを任意に含んでもよい。
【００２５】
１つ以上の実施形態では、油系掘削流体は、油系掘削流体中の懸濁液またはエマルションの安定性を高めるために、湿潤剤などの界面活性剤を含んでもよい。好適な湿潤剤には、脂肪酸、有機リン酸エステル、改質イミダゾリン、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が含まれ得る。例えば、Ｍ−Ｉ  ＳＷＡＣＯ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から市販されているＳＵＲＥＷＥＴ（登録商標）は、油系湿潤剤および二次乳化剤であり、微粒子および掘削固体を湿潤して、固体の水濡れを防ぐために使用され得る。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し得る。Ｍ−Ｉ  ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から市販されているＶＥＲＳＡＷＥＴ（登録商標）は、ヘマタイト法に特に有効な湿潤剤である。例示的な油系掘削流体は、油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜２．０重量％の湿潤剤を任意に含んでもよい。いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、油系掘削流体の総重量に基づいて、０．２５重量％〜０．７５重量％のＳＵＲＥＷＥＴ（登録商標）を任意に含んでもよい。油系掘削流体は、従来の掘削流体で既知または使用される他の湿潤剤を任意に含んでもよい。
【００２６】
油系掘削流体は、エマルションの形成を促進し、油系掘削流体の基油相と油系掘削流体の水性分散相との間の界面張力を低減する１つ以上の乳化剤を任意に含んでもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上の乳化剤が、油系掘削流体に添加されてもよい。乳化剤の例には、界面活性剤、洗剤、リグノスルホン酸塩、褐炭化合物、およびトール油脂肪酸（ＴＯＦＡ）由来の材料が含まれる。追加の例示的な乳化剤には、Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＬＥ  ＳＵＰＥＲＭＵＬ（商標）およびＭ−Ｉ  ＳＷＡＣＯから市販されているＭＵＬ  ＸＴなどの合成系掘削流体システム用の逆乳化剤および油湿潤剤が含まれる。
【００２７】
１つ以上の実施形態において、油系掘削流体は、１つまたは複数の乳化剤を任意に含んでもよく、油系掘削流体中の乳化剤の総量は、掘削流体の総重量に基づいて、０．００重量％〜５重量％、０．１重量％〜２．５重量％、０．１重量％〜２．０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％、または０．７５重量％〜２重量％であってもよい。
【００２８】
油系掘削流体は、掘削流体から地下層へと失われるろ液の量を減らす流体損失制御剤を任意に含んでもよい。流体損失制御剤の例には、有機親和性（例えば、アミン処理）褐炭、ベントナイト、製造ポリマー、希釈剤または解膠剤が含まれる。流体損失制御剤の追加の例には、すべてＭＩ  ＳＷＡＣＯ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）から市販されている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．から市販されているＡＤＡＰＴＡ（登録商標）が含まれる。いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、ＯＮＥＴＲＯＬ（商標）ＨＴとＥＣＯＴＲＯＬ（商標）ＲＤの両方を任意に含んでもよい。いくつかの実施形態では、流体損失制御剤が、油系掘削流体に含まれる場合、流体損失制御剤の総量は、掘削流体の総重量に基づいて、約０．５重量％〜約３．０重量％の油系掘削流体であってもよい。他の実施形態では、油系掘削流体は、０．９重量％〜２．５重量％または１．０重量％〜２．０重量％を含んでもよい。
【００２９】
油系掘削流体は、油系掘削流体の粘度を調整して、すべての掘削流体成分を懸濁するのに十分な低せん断速度で降伏点をもたらし、それにより掘削流体の成分の沈降を回避する懸濁化剤を任意に含んでもよい。懸濁化剤の例には、脂肪酸および繊維性材料が含まれる。油系掘削流体が懸濁化剤を含む実施形態では、油系掘削流体は、掘削流体の総重量に基づいて、約０．０重量％〜約１．０重量％または０．０１〜０．５重量％を含んでもよい。
【００３０】
いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、加重材料を任意に含んでもよい。加重材料は、掘削流体の密度を所望の量だけ増加させるのに十分な比重（ＳＧ）を有するように選択された粒子状固体であってもよい。地層の圧力を制御し、圧力がかかった地帯で遭遇し得る頁岩の崩壊または隆起の影響に対抗するのを助けるために、加重材料を使用してもよい。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任意の物質を、加重材料として使用できる。加重材料は、２〜６の比重（ＳＧ）を有してもよい。加重材料の例には、バライト（ＢａＳＯ４）；ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）；炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）；シデライト；イルメナイト（ＦｅＯ・ＴｉＯ２）、シデライト（ＦｅＣｏ３）、セレスタイト（ＳｒＳＯ４）およびドロマイト（ＣａＣＯ３ＭｇＣＯ３）などの製造酸化鉄；ガレナ（ＰｂＳ）、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）およびその他の加重材料、またはこれらの加重材料の任意の組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。油系掘削流体のいくつかの実施形態は、加重材料としてバライトを含んでもよい。
【００３１】
油系掘削流体の任意の加重材料または密度調整剤は、油系掘削流体の重量、油系掘削流体の密度またはその両方を増加させ得る。いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、油系掘削流体の総重量に基づいて、１重量％〜７５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％の加重材料を含んでもよい。一般に、油系掘削流体中の任意の加重材料の量は、油系掘削流体の望ましい密度を達成するのに十分に多く、坑井を通じて循環できない油系掘削流体を回避するのに十分に少ない。
【００３２】
油系掘削流体は、ｐＨ調整剤を任意に含んでもよい。実施形態では、油系掘削流体は、油系掘削流体のｐＨを増加させるアルカリ化合物を任意に含んでもよい。アルカリ化合物の例には、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、その他の強塩基、またはこれらのアルカリ化合物の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。アルカリ化合物は、掘削作業中に油系掘削流体中の、例えば、ＣＯ２またはＨ２Ｓなどのガスと反応して、ガスが油系掘削流体の成分を加水分解するのを防ぎ得る。いくつかの油系掘削流体の例には、０．１重量％〜１．５重量％、０．４重量％〜１重量％または０．６重量％〜０．８重量％の石灰が任意に含まれてもよい。実施形態では、油系掘削流体は、７〜１２、７〜１０．５、７〜１０、９〜１２、９〜１０．５、９〜１０、９．５〜１２、９．５〜１０．５、９．５〜１０、７．５〜９、７．５〜９．５または１０〜１２のｐＨを有し得る。いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、９〜１０．５のｐＨを有し得る。
【００３３】
いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物に加えて、増粘剤または粘土などの１つ以上のレオロジー改質剤を任意に含み得る。増粘剤の例としては、ベントナイト、有機親和性粘土、ポリアクリルアミド、ポリアニオン性セルロース、またはこれらの増粘剤の組み合わせが挙げられ得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、ヘクトライト粘土、例えば、ＭＩ−ＳＷＡＣＯ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）から市販されているＶＥＲＳＡＧＥＬ  ＨＴを任意に含み得る。いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、有機親和性粘土、例えば、Ｅｌｅｍｅｎｔｓ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ  Ｉｎｃ．（Ｈｉｇｈｔｓｔｏｗｎ，ＮＪ）から市販されているベントン（登録商標）４２を任意に含み得る。例示的な油系掘削流体は、油系掘削流体の総重量に基づいて、Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物に加えて、０．０重量％〜２重量％のレオロジー改質剤を任意に含み得る。いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、油系掘削流体の総重量に基づいて、０．２５重量％〜０．５重量％のＶＥＲＳＡＧＥＬ  ＨＴおよびＢｅｎｔｏｎｅ４２のそれぞれを任意に含み得る。油系掘削流体は、従来の掘削流体で既知または使用される他の増粘剤を任意に含み得る。
【００３４】
様々な実施形態による油系掘削流体をこれまで説明してきたが、油系掘削流体を調製するための例示的な方法をここで説明する。１つ以上の実施形態では、油系掘削流体を調製する方法は、基油、任意に少なくとも１つの乳化剤および任意に少なくとも１つの湿潤剤を混合して、基油連続相を形成することを含む。少なくとも１つのレオロジー改質剤を基油連続相に添加して、油系掘削流体を形成する。前述のように、少なくとも１つのレオロジー改質剤には、Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物が含まれる。
【００３５】
任意で、油系掘削流体を調製する方法は、少なくとも１つの添加剤を添加することを含んでもよい。添加剤には、流体損失制御添加剤、ブライン溶液、加重材料および添加剤の組み合わせが含まれる。流体損失制御添加剤は、油系掘削流体の総重量に基づいて、約０．５重量％〜約３．０重量％の油系掘削流体または０．９重量％〜２．０重量％もしくは１．０重量％〜１．５重量％の流体損失制御添加剤を含む最終油系掘削流体を提供する量で添加され得る。添加剤が添加された後、油系掘削流体は、機械的撹拌などの適切な撹拌方法によって混合される。
【００３６】
ブライン溶液は、油系掘削流体の総重量に基づいて、約１．０重量％〜約１０．０重量％のブラインまたは約２．０重量％〜約６．０重量％を含む最終油系掘削流体を提供する量で添加され得る。
【００３７】
加重材料は、油系掘削流体の総重量に基づいて、１重量％〜７５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％、６５重量％〜７８重量％または７０重量％〜８０重量％の加重材料を含む最終油系掘削流体を提供する量で第４の混合物へ添加され得る。
【００３８】
本開示の油系掘削流体を調製する方法の実施形態に従って調製された油系掘削流体、ならびに本開示の実施形態に従うが当業者により理解される業界許容の他の技術によって調製された油系掘削流体を含む、前述の油系掘削流体は、地下地層での掘削作業、特に、１０，０００ｐｓｉを超える坑井圧、かつ３００°Ｆ（１４９℃）を超える坑井温度のＨＰＨＴ条件下で行われる掘削作業に使用するのに、非常に好適であり得る。したがって、高圧高温条件下、地下地層で掘削する方法の実施形態は、地下地層の坑井を掘削するために油系掘削流体を使用することを含んでもよい。
【００３９】
地下地層で掘削する方法では、油系掘削流体は、レオロジー改質剤として改質Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物を含む。２５０°Ｆ（１２０℃）〜４００°Ｆ（２０５℃）の温度および１０，０００重量ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）〜２０，０００ｐｓｉの圧力を含む、高圧高温条件下で、油系掘削流体は、同じ条件で比較掘削流体の粘度が有するよりも低い粘度を有し得る。本明細書で使用するとき、「比較掘削流体」とは、油系掘削流体中で互いに対して同じ成分の重量比が同一である、互いに対する重量比において油系掘削流体とまったく同じ成分を有する掘削流体であるが、以下の点を除く。（１）比較掘削流体にはＭｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物がない。（２）比較掘削流体中の基油の量または加重剤の量のうちの一方または両方が、比較掘削流体の比重が、油系掘削流体の比重と一致し、油水比が、油系掘削流体の油水比と一致するように調整される。
【実施例】
【００４０】
以下の実施例は、上記の本開示の１つ以上の追加の特徴を例示する。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。
実施例１
マグネシウム／アルミニウム−炭酸型層状複水酸化物の調製
Ａｌに対するＭｇのモル比が２：１のマグネシウム／アルミニウム−炭酸型ＬＤＨを調製するために、１００ｍＬ  の０．４ＭのＭｇ（ＮＯ３）２、１００ｍＬの０．２ＭのＡｌ（ＮＯ３）３をビュレットに移した。１０００ｍＬの反応容器に１００ｍＬの０．０３ＭのＮａ２ＣＯ３溶液を入れた。反応混合物を撹拌しながら、金属硝酸塩溶液をＮａ２ＣＯ３溶液にゆっくりと添加した。１ＮのＮａＯＨを使用して、反応物のｐＨを１０ｐＨに調整して維持した。反応物全体を６５℃の反応温度で撹拌した。溶液を添加した後、得られた生成物スラリーを２４時間エージングさせた。次に、生成物を多量の水で洗浄して、試料に存在する過剰なナトリウムを除去した。調製したばかりのＭｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨの表面改質は、試料を５０ｍＬのアセチルアセトナートで約２分間に２回すすぐことによって実施された。遠心分離によって試料を回収し、続いて、７０℃のオーブンで一晩加熱した。
実施例２
掘削流体のレオロジー調査
Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨを含む掘削流体の物理的特性およびレオロジー特性と、業界標準のレオロジー改質剤を含む掘削流体の物理的特性およびレオロジー特性とを比較するために、２つの掘削流体、実施例１の掘削流体および比較流体を調製した。２つの掘削流体は、３種類の商標の乳化剤と、液体損失制御剤と、油系流体配合に合わせて特別に調整されたレオロジー改質剤とのブレンドを含むＭ−Ｉ  ＳＷＡＣＯ  ＲＨＡＤＩＡＮＴ（商標）システムに基づいた。湿潤剤としてＳＵＲＥＷＥＴ（登録商標）、乳化剤としてＳＵＲＥＭＵＬ（登録商標）、およびレオロジー改質剤としてＭｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨを使用して、実施例１の掘削流体を調製した。比較流体は、Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨをＢｅｎｔｏｎｅ４２に置き換え、基油の量を増加して調製された。
【００４１】
２つの掘削流体は、以下の成分を使用して配合された。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、アミドアミン乳化剤、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、非水性流体システムで使用する乳化剤、ＭＵＬ  ＸＴ；Ｍ−Ｉ  ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能な、ろ過ケークの形成およびろ過制御を助けるヘクトライト粘土増粘剤、ＶＥＲＳＡＧＥＬ  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システムで使用する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システムで使用するために設計されたろ過制御添加剤、ＥＣＯＴＲＯＬ  ＲＤ；およびＭ−Ｉ  ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能な、加重剤、バライト（ＢａＳＯ４）。
【００４２】
表１を参照すると、２つの掘削流体は約７７１．９  ｇの量で調製された。２つの掘削流体の配合およびその他の成分量を、表１に提供する。掘削流体を調製するために、ステージ１で基油と、乳化剤と、湿潤剤とを最初に１０分間混合し、次にステージ２で粘度改質剤およびレオロジー改質剤を添加して、さらに２０分間混合した。次に、ステージ３で、流体損失制御添加剤を加えて２０分間混合して、次にステージ４でブラインおよび淡水、ステージ５でバライトをそれぞれ３０分間および４０分間混合した。Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ配合物または実施例１の掘削流体は、比較流体よりも１グラム多い基油を有し、比較流体のそれぞれの特性と同一の、２．２０の比重および９０．０の油／水比を提供した。
【００４３】
【表１】
2020532599.tif 000002
【００４４】
掘削流体の水圧を計算するために一般的に使用される回転粘度計で測定されるレオロジー特性。回転粘度計は、掘削流体のせん断速度／せん断応力を測定するために使用され、そこから塑性粘度および降伏点が直接計算される。実施例１の掘削流体および比較流体を試験して、高温エージングとして既知の熱間圧延の前後でのそれらのレオロジー特性を決定した。調査したレオロジー特性は、掘削流体の粘度、ゲル強度、流体損失、塑性粘度、および降伏点だった。これらの特性は、回転粘度計であるＦａｎｎ  Ｍｏｄｅｌ  ３５  ＶＧ  Ｍｅｔｅｒを使用して調査した。掘削流体の電気的安定性およびろ過ケークの厚さは、前段落で説明した他の機器で試験した。
【００４５】
実施例１の掘削流体および比較流体は、熱間圧延として一般に既知の動的高温流体エージング技術によりエージングさせた。この技術は、２５０°Ｆを超える温度が、掘削流体の性能に与える影響を評価するために実施された。油系掘削流体は、エージングセル内で、３５０℃で１６時間、１５０ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）の圧力下で圧延された。加圧されたシステムでの熱間圧延は、掘削条件下での流体をシミュレートして、それによって流体をエージングする。熱間圧延の前後に、掘削流体の粘度、ゲル強度、およびその他のレオロジー特性を試験することにより、結果は、掘削流体が坑井内のＨＰＨＴ条件に耐える能力を示すはずである。
【００４６】
実施例１の掘削流体および比較流体の粘度は、回転粘度計で１２０°Ｆで測定された。３５０ｍＬの実施例１の掘削流体または比較流体をＦａｎｎ  ３５加熱カップに入れて、１２０°Ｆに加熱した。実施例１の掘削流体および比較流体を、６００、３００、２００、１００、６、および３ｒｐｍのせん断速度で試験して、特定の速度での各掘削流体の粘度を決定した。この試験は、熱間圧延の前後に実施された。一般に、高いせん断速度での粘度が高いほど、流体を移動またはポンプするにはより多くのエネルギーが必要であることを示す。坑井内において高せん断速度でより低い粘度を有する掘削流体は、エネルギー効率がより高い。
【００４７】
ゲル強度は、掘削流体が一定時間（通常は１０秒および１０分）静止した後、低せん断速度で測定されたせん断応力である。ゲル強度は、坑井内での循環が停止したときに、掘削流体が掘削固体および加重材料を懸濁する能力を示す。掘削流体のゲル強度は、熱間圧延の前後で測定された。実施例１の掘削流体および比較流体のゲル強度は、参照により全体が本開示に組み込まれるｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  （ＡＰＩ）  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  １３Ｂ−１に従って１０秒および１０分で試験された。
【００４８】
流体の塑性粘度は、流体の成分間の機械的相互作用による流動に対する流体の抵抗と関連している。掘削流体の塑性粘度は、５Ｈｚ（３００ｒｐｍ）および１０Ｈｚ（６００ｒｐｍ）のせん断速度で粘度計を使用して掘削流体のせん断応力を測定し、式（１）に示すように、１０Ｈｚの粘度から５Ｈｚの粘度を減算することにより計算し得る。
ＰＶ＝（１０Ｈｚでの粘度）−（５Ｈｚでの粘度）                  式（１）
ビンガム塑性流体の粘度は、より高いせん断速度でより線形の挙動を示すため、この計算には高いせん断速度が選択される。
【００４９】
降伏点（ＹＰ）は、流体を流すのに必要な最小せん断応力を表す。流体が、流体の降伏点未満のせん断応力を受けると、流体は、剛体として振る舞う。流体が、流体の降伏点以上のせん断応力を受けると、流体は流れる。降伏点は、流体の運搬能力を表す。より大きな降伏点を有する流体は、より多くの量を運搬することができる。より大きな降伏点を有する掘削流体は、より多くの量の地層切削屑を運搬することができる。掘削流体の降伏点は、流体の組成を変更することにより、特定の状況または特定のタイプの地層切削屑の除去に合わせて調整することができる。
【００５０】
流体の降伏点は、ＡＰＩ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  １３Ｂ−１に従って、ビンガム塑性レオロジーモデルをゼロのせん断速度に外挿することにより決定される。掘削流体の降伏点は、式（２）に従ってレオロジーデータおよび塑性粘度から計算できる。
ＹＰ＝（５Ｈｚでの粘度）−ＰＶ                      式（２）
降伏点は、１００平方フィートあたりの重量ポンド（ｌｂｆ／１００ｆｔ２）または１平方メートルあたりのニュートン（Ｎ／ｍ２）など、面積あたりの力として表される。１００平方フィートあたり１重量ポンドは、１平方メートルあたり約４７８８ニュートン（１ｌｂｆ／１００ｆｔ２＝４７８８Ｎ／ｍ２）に相当する。
【００５１】
流体損失（ＦＬ）試験は、周囲温度および１００ｐｓｉの差圧で掘削流体のろ過を測定する。掘削流体が、良好な流体損失特性を有する場合、結果は薄くて不浸透性の泥壁である。ＡＰＩろ過試験または流体損失試験は、ろ過装置（ＡＰＩフィルタープレスＯＦＩＴＥ（登録商標）装置）を使用することにより、エージング技術後の実施例１の掘削流体および比較流体に対して行われた。各掘削流体は、底部に開口部を備えるステンレス鋼製チャンバに入れられた。ろ紙を底に敷いて、泥を３５０°Ｆで３０分間（ｍｉｎ）、５００ｐｓｉの圧力に曝露して、記録時に収集された液体の量は２倍だった（表３を参照）。結果は、高温高圧フィルタープレスの２倍のサイズのフィルターを有する低圧試験との適切な比較を作り出すために２倍にした。ＡＰＩ標準に従うＨＴＨＰ油系多量試験では、ろ液の量は２倍である。
【００５２】
油系掘削流体の電気的安定性は、油系掘削流体に浸漬された一対の平行平板電極全体に徐々に増加する正弦波交流電圧を印加することにより測定される。結果として生じる電流は、閾値電圧に達するまで非常に低いままである。この電圧では、２つの電極間の伝導が発生して、電流が急激に増加する。この電流が６１μＡに達すると、ピーク電圧が測定され、掘削流体またはその他の材料の電気的安定性として報告される。油系掘削流体の電気的安定性は、油性連続相の抵抗率、水および溶解した固体または塩などの非連続相の導電率、懸濁物質の特性、温度、液滴直径、乳化剤または添加剤の種類、流体の誘電特性、および試験される試料のせん断履歴などの要因に影響される。一般に、電気的安定性電圧データの増加は、より高いエマルション安定性と相関する。
【００５３】
実施例１の油系掘削流体および比較流体を、前述の方法に従って、粘度、ゲル強度、塑性粘度（ＰＶ）、降伏点（ＹＰ）、および電気的安定性（ＥＳ）について、熱間圧延前に１回および熱間圧延後に１回と２回評価した。１回目の測定のセットを、熱間圧延の前に記録して、表２に示した。２回目の測定のセットを、熱間圧延後に記録して、表３にした。
【００５４】
【表２】
2020532599.tif 000003
【００５５】
【表３】
2020532599.tif 000004
【００５６】
表２および表３のずり減粘データは、掘削作業中の環状部の粘度と相関関係があり、一般に、粘性のより低い流体は、粘性のより高い流体よりもより望ましい。油井の環状部は、あらゆる配管、チューブ、またはケーシング間の空隙である。１００ｒｍｓの回転速度でのＦａｎｎ３５におけるダイヤル目盛りは、環状部内の粘度、したがって等価循環密度を表す。表２および表３に示すように、実施例１の掘削流体の粘度は、１００ｒｐｍでの熱間圧延前後の比較流体の粘度よりも低かった。実施例１の掘削流体の粘度は、６００ｒｐｍ、３００ｒｐｍ、２００ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、および３ｒｐｍでの比較流体の粘度よりも低かった。実施例１の掘削流体の熱間圧延後の粘度は、熱間圧延後の６ｒｐｍでの比較流体の粘度よりも低かった。比較流体の粘度と比較した実施例１の掘削流体の粘度の減少は、レオロジー改質剤である改質マグネシウム／アルミニウム−炭酸型層状複水酸化物（ＭｇＡｌＣＯ３ＬＤＨ）化合物に起因した。したがって、改質Ｍｇ／ＡｌＣＯ３ＬＤＨ化合物を含む掘削流体は、比較流体よりも熱破壊をあまり受けなかった。
【００５７】
熱間圧延前後の１０秒（ｓ）後および前１０分後の実施例１の掘削流体および比較流体のゲル強度は、一貫して、両方の流体が熱的に安定であることを示す約７ｌｂｆ／１００ｆｔ２だった。
【００５８】
改質ＭｇＡｌＣＯ３ＬＤＨ化合物を含む実施例１の油系掘削流体は、比較流体と比較した場合、塑性粘度（ＰＶ）の低下をもたらした。前述のように、降伏点（ＹＰ）は、流体を動かすのに必要な応力またはエネルギーを表す。実施例１の掘削流体のＹＰは、熱間圧延前は８ｃＰ、熱間圧延後は２ｃＰであった。比較流体のＹＰは、熱間圧延前は２０ｃＰ、熱間圧延後は１１ｃＰであった。ＹＰの低下は、実施例１の掘削流体中の改質ＭｇＡｌＣＯ３ＬＤＨ化合物に起因する。したがって、実施例１の掘削流体は、改質ＭｇＡｌＣＯ３ＬＤＨ化合物、例えば、比較流体に見られるベントン４２の代わりに見られる市販のレオロジー改質剤よりも、掘削流体を循環させるのに必要なエネルギーは少なかった。
【００５９】
実施例１の油系掘削流体は、２５０°Ｆで５．２ｍＬ（２倍）の流体損失であった。比較流体の流体損失は６．８ｍＬであった。流体損失の減少は、レオロジー改質剤である改質ＭｇＡｌＣＯ３ＬＤＨに起因した。したがって、他の点では同一であるが市販のレオロジー改質剤を含む掘削流体は、安定したエマルションを有さないか、または掘削流体は、別々の水層と油層に分離した。
【００６０】
エマルション安定性のさらなる証拠は、電気的安定性データで提供できる。実施例１の掘削流体は、熱間圧延前の１４２２Ｖおよび熱間圧延後の１２１２Ｖの電気的安定特性を有していた。比較流体の電気的安定性は、熱間圧延前は１１７３Ｖ、熱間圧延後は４０２Ｖだった。加えて、実施例１の掘削流体と比較流体との間の電気的安定性の差は８００Ｖを超える。これは、実施例１の掘削流体が、比較流体よりも熱的に安定であることを示す。熱間圧延前後の電気的安定性の向上およびより高い熱的安定性は、改質ＭｇＡｌＣＯ３ＬＤＨ化合物に起因する可能性がある。したがって、改質ＭｇＡｌＣＯ３ＬＤＨを含む掘削流体は、改質されているが他の点では同一である市販のレオロジーを含む比較流体よりも良好なエマルション安定性を有し、熱的に安定していた。
【００６１】
本開示は、以下の態様のうちの少なくとも１つを対象とする。
【００６２】
態様１：油系掘削流体であって、基油を含む基油連続相と、水性分散相と、改質マグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物（Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ）化合物を含む少なくとも１つのレオロジー改質剤と、を含む、油系掘削流体。
【００６３】
態様２：マグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物化合物が、アルミニウムに対するマグネシウムのモル比が２：１である、態様１の油系掘削流体。
【００６４】
態様３：マグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物（Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ）化合物は、マグネシウム化合物、アルミニウム化合物、および水溶液を混合して、初期溶液を形成することと、炭酸塩または重炭酸塩を含む、少なくとも１つの塩基性化合物を初期溶液に添加して、反応溶液を形成することと、任意に、を含む溶液でｐＨを調整することと、反応溶液を反応温度で反応時間加熱して、Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物を形成することと、によって調製される、態様１または２のいずれかの油系掘削流体。
【００６５】
態様４：基油が、エステルもしくはオレフィンを含む合成油、ディーゼル油、または鉱油から選択される基油から選択され、合成油、ディーゼル油、もしくは鉱油が、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から選択される炭化水素を含む、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００６６】
態様５：５０：５０〜９５：５の油水体積比を有する、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００６７】
態様６：乳化剤、湿潤剤、アルカリ調整剤、流体損失制御剤、懸濁化剤、重量調整剤、密度調整剤、またはそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの添加剤をさらに含む、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００６８】
態様７：少なくとも１つの乳化剤、少なくとも１つの湿潤剤、少なくとも１つのアルカリ調整剤、少なくとも１つの流体損失制御剤、少なくとも１つの懸濁化剤、および少なくとも１つの密度調整剤をさらに含む、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００６９】
態様８：水性分散相が、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から選択されるブラインを含む、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００７０】
態様９：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜１．０重量％のレオロジー改質剤を含む、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００７１】
態様１０：油系掘削流体の総重量に基づいて、１０重量％〜１７重量％の基油を含む、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００７２】
態様１１：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．５質量％〜２．０質量％の乳化剤を含む、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００７３】
態様１２：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．２重量％〜０．６重量％の湿潤剤を含む、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００７４】
態様１３：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．２重量％から１．０重量％のレオロジー改質剤を含む、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００７５】
態様１４：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．５重量％〜１．５重量％の流体損失制御添加剤を含む、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００７６】
態様１５：油系掘削流体の総重量に基づいて、２．５重量％〜５．０重量％のブライン溶液を含む、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００７７】
態様１６：油系掘削流体の総重量に基づいて、６５．０重量％〜７８．０重量％の加重添加剤を含む、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００７８】
態様１７：油系掘削流体が、掘削作業中の高圧高温条件下での油系掘削流体の使用に好適な物理的特性を示す、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００７９】
態様１８：掘削作業中の高圧高温条件が、１０，０００ｐｓｉを超える坑井圧力および３００°Ｆを超える坑井温度を含む、前述の態様のいずれかの油系掘削流体。
【００８０】
態様１９：油系掘削流体を調製する方法であって、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、基油連続相を形成することと、改質マグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物化合物を含む、少なくとも１つのレオロジー改質剤を基油連続相に添加して、油系掘削流体を形成することと、を含む、方法。
【００８１】
態様２０：油系掘削流体が、流体損失制御添加剤、ブライン溶液、少なくとも１つの加重添加剤、レオロジー改質剤、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの添加剤をさらに含む、態様１９の方法。
【００８２】
態様２１：改質マグネシウム／アルミニウム炭酸型（Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３）化合物が、マグネシウム化合物と、アルミニウム化合物と、水溶液とを混合して初期溶液を形成することと、炭酸塩または重炭酸塩を含む少なくとも１つの塩基性化合物を初期溶液に添加して、反応溶液を形成することと、任意に、を含む溶液でｐＨを調整することと、反応溶液を反応温度で反応時間加熱して、Ｍｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物を形成することと、によって調製される、態様１９または２０のいずれかの方法。
【００８３】
態様２２：基油連続相が、エステルもしくはオレフィンを含む合成油、ディーゼル油、または鉱油から選択される基油を含み、合成油、ディーゼル油または鉱油が、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から選択される炭化水素を含む、態様１９〜２１のいずれかの方法。
【００８４】
態様２３：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜１．０重量％のレオロジー改質剤を含む、態様１９〜２２のいずれかの方法。
【００８５】
態様２４：ブライン溶液が、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から選択される、態様１９〜２３のいずれかの方法。
【００８６】
態様２５：油系掘削流体の総重量に基づいて、１０重量％〜２０重量％の基油を含む、態様１９〜２４のいずれかの方法。
【００８７】
態様２６：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜２．０重量％の乳化剤を含む、態様１９〜２５のいずれかの方法。
【００８８】
態様２７：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜２．０重量％の湿潤剤を含む、態様１９〜２６のいずれかの方法。
【００８９】
態様２８：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．５重量％〜３．０重量％の流体損失制御添加剤を含む、態様１９〜２７のいずれかの方法。
【００９０】
態様２９：油系掘削流体の総重量に基づいて、２．０重量％〜６．０重量％のブライン溶液を含む、態様１９〜２８のいずれかの方法。
【００９１】
態様３０：油系掘削流体の総重量に基づいて、２０重量％〜８０重量％の加重添加剤を含む、態様１９〜２９のいずれかの方法。
【００９２】
態様３１：高圧高温条件下、地下地層内で掘削する方法であって、地下地層内への坑井の掘削において、態様１〜１８のいずれかによる油系掘削流体を提供または使用することを含む、方法。
【００９３】
態様３２：高圧高温条件が、１０，０００ｐｓｉを超える坑井圧力および３００°Ｆを超える坑井温度を含む、態様３１の方法。
【００９４】
態様３３：高圧高温条件下、レオロジー改質剤を含む油系掘削流体が、同一の比重および油水比ならびに油系掘削流体と同じ比率であるがレオロジー改質剤を含まない同一の成分を有する掘削流体と比較して、粘度がより低い、態様３１または３２のいずれかの方法。
【００９５】
態様３４：高圧高温条件下、レオロジー改質剤を含む油系掘削流体が、同一の比重および油水比ならびに油系掘削流体と同じ比率であるがレオロジー改質剤を含まない同一の成分を有する掘削流体と比較して、流体損失がより低い、態様３１〜３３のいずれかの方法。
【００９６】
態様３５：高圧高温条件下、レオロジー改質剤を含む油系掘削流体が、同一の比重および油水比ならびに油系掘削流体と同じ比率であるがレオロジー改質剤を含まない同一の成分を含む掘削流体と比較して、電気的安定性がより高い、態様３１〜３４のいずれかの方法。
【００９７】
態様３６：地下井を掘削する方法であって、基油と、乳化剤、加重材料、流体損失添加剤、増粘剤、またはアルカリ化合物から選択される少なくとも１つの添加剤と、掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜１重量％のマグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物化合物と、を含む、油系掘削流体の存在下、坑井内でドリルを操作することを含む、方法。
【００９８】
態様３７：坑井内でドリルを操作する前または操作中に、マグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物化合物を掘削流体に添加することをさらに含む、態様３６の方法。
【００９９】
態様３８：マグネシウム／アルミニウム炭酸型層状複水酸化物化合物を有する化合物が、坑井でのドリルの操作中に掘削流体に添加される、態様３５〜３７のいずれかの方法。
【０１００】
態様３９：掘削流体が、ＡＰＩ  ＲＰ  １３Ｂ−１で提供される試験方法に従って決定される、１２００Ｖ〜１５００Ｖの電気的安定性および１ｌｂｆ／１００ｆｔ２〜１０ｌｂｆ／１００ｆｔ２の１０秒のゲル強度を含む、態様３５〜３８のいずれかの方法。
【０１０１】
当業者には、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、本明細書に記載される実施形態に対してさまざまな修正および変更がなされ得ることが明らかであろう。したがって、本明細書は、本明細書に記載されるさまざまな実施形態の修正および変更を包含することが意図されるが、そのような修正および変更が、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に入ることを条件とする。
【国際調査報告】
2020532599.tif 000005
2020532599.tif 000006
2020532599.tif 000007