(57)【要約】  掘削流体および掘削流体を調製する方法。油系掘削流体は、基油を含む基油連続相、水性分散相、および少なくとも１つのレオロジー調整剤を含む。少なくとも１つのレオロジー調整剤は、マグネシウム／アルミニウム（Ｍｇ／Ａｌ）層状複水酸化物（ＬＤＨ）ダイヤモンドイド化合物を含む。
2020532600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基油を含む基油連続相と、
水性分散相と、
マグネシウム／アルミニウム（Ｍｇ／Ａｌ）層状複水酸化物（ＬＤＨ）ダイヤモンドイド化合物を含む少なくとも１つのレオロジー調整剤と、
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（Ｍｇ／Ａｌ）層状複水酸化物（ＬＤＨ）ダイヤモンドイド化合物が、
［Ｍｇ１−ｘＡｌｘ（ＯＨ）２］（Ａ）ｘ・ｍＨ２Ｏ（式中、ｘが、０．２〜０．５であり、ｍが、０．３３〜０．５０であり、Ａが、アダマンタンカルボキシレートである）によって定義される一般式と、
１００超のアスペクト比であって、前記アスペクト比が、前記Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物の厚さによって除算された前記Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物の幅によって定義される、アスペクト比と、
を含む、請求項１に記載の油系掘削流体。
【請求項３】
前記マグネシウム／アルミニウム二重層水酸化物ダイヤモンドイド化合物が、マグネシウム／アルミニウムアダマンタン化合物である、請求項１に記載の油系掘削流体。
【請求項４】
前記基油連続相が、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、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、分岐アルカンから選択される炭化水素、または前記炭化水素の混合物を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の油系掘削流体。
【請求項５】
乳化剤、湿潤剤、アルカリ度調整剤、流体損失制御剤、懸濁剤、加重調節剤、密度調節剤から選択される少なくとも１つの添加剤、または前記添加剤の組み合わせをさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の油系掘削流体。
【請求項６】
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％のレオロジー調整剤を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の油系掘削流体。
【請求項７】
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有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の油系掘削流体。
【請求項８】
油系掘削流体を調製するための方法であって、
基油、任意に乳化剤、および任意に湿潤剤を混合して、第１の混合物を形成することと、
水性分散相および少なくとも１つのレオロジー調整剤を前記第１の混合物に混合して油系掘削流体を形成することであって、前記少なくとも１つのレオロジー調整剤が、層状複水酸化物マグネシウム／アルミニウム−ダイヤモンドイド化合物を含む、油系掘削流体を形成することと、
を含む、方法。
【請求項９】
前記油系掘削流体に、ブライン溶液、加重添加剤、または流体損失制御添加剤のうちの少なくとも１つを添加することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
マグネシウム塩、アルミニウム塩、溶媒、および少なくとも１つのカルボン酸部分を有するダイヤモンドイド化合物を混合して、反応混合物を形成することと、
前記反応混合物を反応温度で反応時間加熱して、前記マグネシウム／アルミニウム層状複水酸化物ダイヤモンドイド化合物を形成することと、によって前記マグネシウム／アルミニウム層状複水酸化物ダイヤモンドイド化合物を調製することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記マグネシウム／アルミニウム層状複水酸化物ダイヤモンドイド化合物が、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３、および１−アダマンタンカルボン酸に由来する、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記反応温度が、１００℃〜１８０℃である、請求項１０または１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応時間が、少なくとも１２時間である、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記基油連続相が、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、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８〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
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％のレオロジー調整剤を含む、請求項８〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
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８〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
請求項８〜１６のいずれかに記載の方法に従って調製された、油系掘削流体。
【請求項１８】
地下井を掘削するための方法であって、
基油と、
乳化剤、加重材料、流動損失添加剤、粘性付与剤、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／アルミニウムアダマンタン層状複水酸化物化合物と、
を含む油系掘削流体の存在下で、坑井内でドリルを操作することを含む、方法。
【請求項１９】
前記坑井内で前記ドリルの操作前または操作中に、前記マグネシウム／アルミニウム層状複水酸化物ダイヤモンドイド化合物を前記油系掘削流体に添加することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記坑井内で前記ドリルの操作中に、前記マグネシウム／アルミニウム層状複水酸化物ダイヤモンドイド化合物を前記油系掘削流体に添加することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記油系掘削流体が、１０，０００ｐｓｉ超の坑井圧力および３００°Ｆ超の坑井温度を含む掘削作業中の高圧高温条件下で安定である、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【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６２／５４５，６７３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、レオロジー調整剤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、ダウンホールへ汲みだされ、そこで掘削流体は、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、最終的に坑井から上向きに流れて二次処理のために回収される。具体的には、掘削流体は、坑井からの掘削流体を再循環に戻す前に、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る。
【０００４】
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、ポンピングを促進するために、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を懸濁するために、十分な物質を有する必要がある。掘削流体はまた、掘削流体の循環が停止した場合に、坑井底部に固形物が蓄積するのを防ぐために、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必要がある。坑井底部に蓄積する固形物は、ドリルを詰まらせ、掘削流体の流路を閉塞させ得る。
【０００５】
深い坑井の掘削は、高圧および高温（ＨＰＨＴ）を伴う地質条件によって複雑である。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℃）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。
【発明の概要】
【０００６】
掘削流体、および掘削流体をＨＰＨＴ条件下で熱的に安定にし、坑井処理での使用にレオロジー的に好適にするレオロジー調整剤、に対する継続的な需要がある。油系掘削流体に添加した場合、レオロジー調整剤は、「脆いゲル」特性およびずり減粘性挙動などのレオロジー特性を向上することができる。
【０００７】
したがって、本開示のいくつかの実施形態は、基油を含む基油連続相、水性分散相、および少なくとも１つのレオロジー調整剤を含む油系掘削流体を含む。少なくとも１つのレオロジー調整剤は、マグネシウム／アルミニウム（Ｍｇ／Ａｌ）層状複水酸化物（ＬＤＨ）ダイヤモンドイド化合物を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態は、油系掘削流体を作製する方法を含む。方法は、基油、任意に乳化剤、および任意に湿潤剤を混合して、第１の混合物を形成することを含む。水性分散相および少なくとも１つのレオロジー調整剤を第１の混合物に混合して、油系掘削流体を形成し、少なくとも１つのレオロジー調整剤は、層状複水酸化物マグネシウム／アルミニウム−ダイヤモンドイド化合物を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】は、一実施形態によるＭｇ／Ａｌ−アダマントエートＬＤＨの粉末Ｘ線回折（ＰＸＲＤ）パターンである。
【図２】は、一実施形態によるＭｇ／Ａｌ−アダマントエートＬＤＨの赤外線（ＩＲ）透過スペクトルである。
【図３】は、一実施形態によるＭｇ／Ａｌ−アダマントエートＬＤＨのプロトン固体核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルである。
【図４】は、一実施形態によるＭｇ／Ａｌ−アダマントエートＬＤＨの炭素−１３（１３Ｃ）固体ＮＭＲスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、レオロジー調整剤を含む油系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調整剤および油系掘削流体は、異なる形態で実施されてもよく、本開示に記載の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が理解されるべきである。むしろ、実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、主題の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。
【００１１】
地下井を掘削するとき、ドリルビットおよび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、坑の底端部の岩石に切り込む。掘削作業により、ざくとして知られている岩石片が生じる。坑井の底端部から岩石片を除去するために、本開示の実施形態による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りドリルビットまで、ダウンホールに汲みだされる。掘削流体は、ドリルビットを冷却し、潤滑性を提供し、岩石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、ざくを坑の上に運搬する。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、再循環され坑井底端部までダウンホールへ戻される。
【００１２】
実施形態による油系流体は、掘削泥、パッカー流体、および仕上げ流体を含んでもよい。油系掘削流体は、掘削作業中に多くの機能を果たす。例えば、油系掘削流体は、ざくおよび加重材料を懸濁し、油系掘削流体とともにざくを坑井表面に輸送することができる。加えて、油系掘削流体は、坑井内の二酸化炭素（ＣＯ２）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、およびメタン（ＣＨ４）などのガスを吸収し、坑井表面にそれらを輸送して放出、隔離、またはバーンオフすることができる。油系掘削流体は、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。油系掘削流体はまた、掘削作業で利用されるビットおよびドリルストリングを冷却または潤滑することができる。油系掘削流体は、地下圧力を制御することができる。具体的には、油系掘削流体は、坑井内に静水圧を提供して、坑井の側壁に支持を提供し、側壁の崩壊またはドリルストリングへの陥入を防ぐことができる。加えて、油系掘削流体は、坑井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。
【００１３】
過度の温度または困難な地層などの極端なダウンホール条件下では、従来の掘削流体の特性のうちの一部が変質し得る。例えば、従来の掘削流体と、膨潤粘土または過度の固形物含有量を有する地層との相互作用は、掘削流体が、濃くもしくは薄くなること、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。同様に、従来の掘削流体を極端なダウンホール温度にさらすことは、従来の掘削流体が、濃くもしくは薄くなること、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。業界が定義する高圧高温（ＨＰＨＴ）作業で利用される掘削流体は、３００°Ｆ（１４９℃）超の坑井温度、および１０，０００ｐｓｉ（６８．９ＭＰａ）超の坑井圧力にさらされ得る。ＨＰＨＴ条件下では、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。
【００１４】
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、油系掘削流体がざく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低いと、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。
【００１５】
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つのレオロジー調整剤を含む。少なくとも１つのレオロジー調整剤は、層状複水酸化物（ＬＤＨ）ダイヤモンドイド化合物を含む。いくつかの実施形態では、ＬＤＨダイヤモンドイド化合物は、マグネシウム／アルミニウム（Ｍｇ／Ａｌ）層状複水酸化物ダイヤモンドイド化合物を含む。他の実施形態では、ＬＤＨダイヤモンドイド化合物は、マグネシウム／アルミニウム（Ｍｇ／Ａｌ）層状複水酸化物ダイヤモンドイド化合物を含む。
【００１６】
本明細書で使用する場合、用語「ダイヤモンドイド化合物」は、アダマンタン（Ｃ１０Ｈ１６）として知られる炭素ケージ分子の多様体を包含する。炭素ケージとしては、三環式、四環式、五環式、および多環式構造が挙げられる。いくつかの実施形態では、ダイヤモンドイド化合物としては、アダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、および高級ポリマンタンが挙げられる。例示的なダイヤモンドイド化合物は、カルボン酸、ヒドロキシル、カルボン酸エステル、またはアミンなどの官能基を含み得る。官能基を有するダイヤモンドイド化合物の特定の例は、１−アダマンタンカルボン酸である。
【００１７】
Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物（アダマンタン層間ＬＤＨ粒子と呼ばれる）の調製については、参照によりその全体が本開示に組み込まれる、２０１６年３月１７日出願の同一出願人による米国仮出願第６２／３０９，６４５号に記載されている。Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物は、同一出願では、アダマンタン層間ＬＤＨ粒子と呼ばれている。一般に、Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物は、マグネシウム化合物、アルミニウム化合物、および少なくとも１つのカルボン酸部分を有するダイヤモンドイド化合物のスラリーまたは水溶液を形成することによって調製されることができる。次いで、スラリーまたは水溶液を反応温度で反応時間加熱して、マグネシウム／アルミニウム（Ｍｇ／Ａｌ）アダマンタンダイヤモンドイド化合物を形成する。アルミニウム塩としては、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を挙げることができる。マグネシウム塩としては、例えば、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を挙げることができる。一実施例では、マグネシウム塩は、Ｍｇ（ＯＨ）２であり、アルミニウム塩は、Ａｌ（ＯＨ）３である。
【００１８】
Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物を調製するための初期スラリーまたは水溶液は、１：１〜５：１、または１：１〜３：１のＭｇ／Ａｌのモル比を有し得る。
【００１９】
初期スラリーまたは水溶液に、一定量のアダマンタンを添加して、０．５：１〜２：１のＡｌ／アダマンタンのモル比を有する反応混合物を形成する。１つ以上の追加の実施形態では、Ａｌ／アダマンタンのモル比は０．８：１〜１．２：１であってもよく、または１：１であってもよい。初期スラリーまたは水溶液に添加されるアダマンタンは、アダマンタン（Ｃ１０Ｈ１６）またはアダマンタンカルボン酸、アダマンタン水酸化物、アダマンタンカルボン酸エステル、またはアダマンタンアミンなどの官能化アダマンタンであってもよい。一実施形態では、初期スラリーまたは水溶液に添加されるアダマンタンは、１−アダマンタンカルボン酸などのアダマンタンカルボン酸であってもよい。任意に、反応混合物を撹拌してもよい。
【００２０】
マグネシウム／アルミニウムＬＤＨダイヤモンドイド化合物を調製するための反応温度は、１００℃〜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。
【００２１】
一般に、混合された金属酸化物触媒への変換のためのＬＤＨは、熱処理下で容易に除去することができる無機ゲストアニオンを用いて調製される。カルボン酸官能化アダマンタンなどの有機アニオンを使用する場合、ＬＤＨの改善された特性を達成することができる。アダマンタンは、高い対称性（Ｔｄ）を特徴とする構造を有し、分子内のひずみがなく、その結果、熱力学的に非常に安定である。同時に、アダマンタンは、化学的に官能化することができる。アダマンタンは２７０℃の融点を有し、室温でもゆっくり昇華する。アダマンタンは、水に溶けにくいが、炭化水素にはすぐに溶ける。
【００２２】
反応混合物を加熱してＭｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物を生成した後、Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物は、１００超のアスペクト比を有する。定義されるように、Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物とは、アダマンタンがＬＤＨ粒子マトリックスに挿入されていることを意味する。さらなる実施形態では、Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物のアスペクト比は、１２５超、または１５０超、または２００超である。さらに、Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物は、２〜１２μｍの粒径、または５〜１０μｍの粒径を有する。加熱工程は、１１０℃〜１８０℃の反応温度で１２時間〜４８時間の反応時間、または１３０℃〜１７０℃で２０時間〜３０時間の反応時間で行うことができる。
【００２３】
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、レオロジー調整剤としてのマグネシウム／アルミニウム層状複水酸化物ダイヤモンドイド化合物を含み得る。
【００２４】
油系掘削流体の基油連続相は、油、または油と、油に溶解するかあるいは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有する溶液などの任意の流体であってよい。基油連続相は、天然石油製品または合成油から選択される少なくとも１つの基油を含み得る。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。掘削流体の基油連続相は、鉱油、ディーゼル油、線状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、またはこれらのうち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、またはこれらのうちのいずれかの組み合わせを含有してもよい。基油連続相は、例えば、サフラ油などの動物または植物由来の油も含んでもよい。いくつかの実施形態では、基油連続相は、掘削用途のための従来の掘削流体にも含み得る。
【００２５】
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％の基油連続相を含有してもよく、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、およそ１３．０重量％〜１７．０重量％または１４．０重量％〜１６重量％の基油連続相を含有してもよい。
【００２６】
油系掘削流体の水性分散相は、完全に混和性ではなく、基油連続相にエマルションを形成することができる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有する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有してもよい。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有し得る。ブラインは、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１つ以上の塩とを含む。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。水溶性有機化合物としては、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を挙げることができる。
【００２７】
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、１．０重量％〜１０．０重量％の水性分散相を含有し得る。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、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み得る。
【００２８】
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。例示的な添加剤としては、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調整剤、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挙げられる。油系掘削流体は、ｐＨ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、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。
【００２９】
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向上するために、湿潤剤などの界面活性剤を含有し得る。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、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することができる。Ｍ−Ｉ  ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，  Ｔｅｘａｓ）から市販されているＶＥＲＳＡＷＥＴ（登録商標）は、湿潤させるのが困難なヘマタイト系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。
【００３０】
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み得る。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としては、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系用の転相乳化剤および油湿潤剤が挙げられる。
【００３１】
１つ以上の実施形態では、油系掘削流体は、１つまたは複数の乳化剤を任意に含有してもよく、油系掘削流体中の乳化剤１つ以上の乳化剤の総量は、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％〜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％、または０．７５重量％〜２重量％であってもよい。
【００３２】
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としては、親有機性（例えば、アミン処理）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。流体損失制御剤の追加の例としては、全てＭ−Ｉ  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）が挙げられる。いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、任意でＯＮＥＴＲＯＬ（商標）ＨＴおよびＥＣＯＴＲＯＬ（商標）ＲＤの両方を挙げることができる。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とき、流体損失制御剤の総量は、掘削流体の総重量に基づいて、油系掘削流体のおよそ０．５重量％〜およそ３．０重量％であり得る。他の実施形態では、油系掘削流体は、０．９重量％〜２．０重量％、または１．０重量％〜１．５重量％含み得る。
【００３３】
油系掘削流体は、油系掘削流体の粘度を調節して、すべての掘削流体構成成分を懸濁するのに十分な低せん断速度での降伏点をもたらし、それにより掘削流体の構成成分の沈降を回避する懸濁剤を任意に含んでもよい。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。いくつかの実施形態では、懸濁剤は、脂肪酸および繊維状材料を含むとき。油系掘削流体が懸濁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、０．０重量％〜１．０重量％、または０．０１〜０．５重量％含有してもよい。
【００３４】
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を有する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ずれ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の比重を有し得る。加重材料の例には、限定されないが、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）などの製造された酸化鉄；セレスタイト（ＳｒＳＯ４）；ドロマイト（ＣａＣＯ３・ＭｇＣＯ３）；ガレナ（ＰｂＳ）、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）、および他の加重材料、またはこれらの加重材料の任意の組み合わせが挙げられる。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。
【００３５】
油系掘削流体の任意の加重材料または密度調節剤は、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な加重材料の量は、油系掘削流体の望ましい密度を達成するように十分に多く、油系フリル流体が坑井を通り循環することができないことを回避するように十分に少ない。
【００３６】
油系掘削流体は、ｐＨ調節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。油系掘削流体を用いる掘削作業中に、アルカリ化合物は、例えば、ＣＯ２またはＨ２Ｓなどのガスと反応し、ガスが油系掘削流体の構成成分を加水分解するのを防ぐことができる。いくつかの油系掘削流体の例には、０．１重量％〜３．０重量％、０．５重量％〜２．５重量％または１．０重量％〜２．０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、０〜１５グラム／リットル（ｇ／Ｌ）のアルカリ度の過剰な石灰を有し得る。
【００３７】
いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、Ｍｇ／Ａｌ−ダイヤモンドイドＬＤＨに加えて、粘性付与剤または粘土などの１つ以上のレオロジー調整剤を任意に含んでもよい。粘性付与剤の例としては、限定されないが、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、またはこれらの粘性付与剤の組み合わせが挙げられ得る。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、Ｍ−Ｉ  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−ダイヤモンドイドＬＤＨに加えて、０．０重量％〜２重量％のレオロジー調整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Ｂｅｎｔｏｎｅ  ４２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粘性付与剤を任意に含み得る。
【００３８】
様々な実施形態による油系掘削流体について前述してきたが、油系掘削流体を調製するための例示的な方法を次に説明する。いくつかの実施形態では、油系掘削流体を調製するための方法は、基油、任意に乳化剤、および任意に湿潤剤を混合して第１の混合物を形成することと、水性分散相および少なくとも１つのレオロジー調整剤を第１の混合物に混合して、油系掘削流体を形成することと、を含み、少なくとも１つのレオロジー調整剤が、層状複水酸化物マグネシウム／アルミニウム−ダイヤモンド化合物を含む。油系掘削流体を調製するための方法は、少なくとも１つの流体損失制御添加剤を添加すること、ブライン溶液を添加すること、加重添加剤を添加すること、または少なくとも１つの流体損失制御添加剤、ブライン溶液、および加重添加剤の任意の組み合わせを添加することをさらに含む。
【００３９】
１つ以上の実施形態では、油系掘削流体を調製するための方法は、混合順序で成分を添加することを含む。油系掘削流体を調製するために、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、第１の混合物を形成する。少なくとも１つのレオロジー調整剤を第１の混合物に添加して、第２の混合物を形成する。前述のように、Ｍｇ／Ａｌ−ダイヤモンドイドＬＤＨ化合物を含む少なくとも１つのレオロジー調整剤を、第１の混合物に添加する。
【００４０】
油系掘削流体組成物を調製するための方法は、少なくとも１つの流体損失制御添加剤を第２の混合物に添加して、第３の混合物を形成することを任意に含み得る。少なくとも１つの流体損失制御添加剤は、油系掘削流体のおよそ０．５重量％〜およそ３．０重量％、または油系掘削流体の総重量に基づいて、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有する最終油系掘削流体を提供する量で第２の混合物に添加され得る。
【００４１】
油系掘削流体を調製するための方法は、ブライン溶液を第３の混合物に添加して、第４の混合物を形成することを任意に含み得る。ブライン溶液は、油系掘削流体の総重量に基づいて、およそ１．０重量％〜およそ１０．０重量％のブラインを含有する最終油系掘削流体を提供する量で、第３の混合物に添加され得る。
【００４２】
油系掘削流体を調製するための方法は、加重材料を第４の混合物に添加して、油系掘削流体を形成することを任意に含み得る。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％、または７０重量％〜８０重量％の加重添加剤を含有する最終油系掘削流体を提供する量で第４の混合物に添加され得る。
【００４３】
油系掘削流体を作製する方法では、第２の混合物を形成するために第１の混合物に、第３の混合物を形成するために第２の混合物に、第４の混合物を形成するために第３の混合物に、または油系掘削流体を形成するために第４の混合物に、を含む、新しい混合物を形成するために既存の混合物に成分が添加されるとき、新しい混合物は、機械的撹拌によるなど、適切な撹拌方法によって任意に混合される。
【００４４】
本開示の油系掘削流体を調製するための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よるが当業者に理解される業界で許容可能な他の技法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、地下層での掘削作業、特に１０，０００ｐｓｉ超の坑井圧力および３００°Ｆ（１４９℃）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特に好適であり得る。したがって、高圧高温条件下で地下層を掘削するための方法の実施形態は、地下層に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み得る。
【００４５】
地下層で掘削するための方法では、油系掘削流体は、レオロジー調整剤としてＭｇ／Ａｌ−ダイヤモンドイドＬＤＨ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は、油系掘削流体は、同じ条件で比較掘削流体が有するであろう粘度よりも低減された粘度を有し得る。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油系掘削流体であるが、以下の点を除く：（１）比較掘削流体にＭｇ／Ａｌ−ＣＯ３ＬＤＨ化合物を欠く、（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を、比較掘削流体の比重が、油系掘削流体の比重と一致し、油対水比が、油系掘削流体の油対水比と一致するように調節される。
【実施例】
【００４６】
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が理解されるべきである。
実施例１
ダイヤモンドイド層間マグネシウム／アルミニウム層状複水酸化物の調製
本開示に記載の実施形態によるダイヤモンドイド層間Ｍｇ／Ａｌ層状複水酸化物ダイヤモンドイド（Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド）化合物の例示的な実施例として、Ｍｇ／Ａｌアダマントエート層状複水酸化物（Ｍｇ／Ａｌ−アダマントエートＬＤＨ）を調製した。最初に、５グラム（ｇ）のＭｇ（ＯＨ）２を９５ｇの脱イオン水に溶解することによって、５重量％のＭｇ（ＯＨ）２溶液を調製した。得られた溶液に、３．３６ｇのＡｌ（ＯＨ）３を、２のＭｇ／Ａｌのモル比を提供するのに十分な量で添加した。次いで、得られた反応混合物において１：１のＡｌ／アダマンタンのモル比を提供するのに十分な量で、９．３１ｇのアダマンタンカルボン酸を溶液に添加した。反応混合物のｐＨを測定し、９．５であることがわかった。
【００４７】
次いで、反応混合物を室温で１時間激しく撹拌した。撹拌した反応混合物を、テフロン（登録商標）で内張りしたオートクレーブに移し、１５０℃で２４時間（ｈ）加熱した。層状複水酸化物材料を混合物からろ過した。ろ液のｐＨを測定し、８．６であることがわかった。別の一連の実験では、５のＭｇ／Ａｌのモル比を使用して、上記手順を繰り返した。反応終了後、生成物を水で十分に洗浄し、６５℃で乾燥させた。
【００４８】
合成した際のＬＤＨのＰＸＲＤパターンを図１に提供し、２０．８４Åでの基底面反射（００１）が層間のアダマンタンイオンの二重層配置に相当することを示している。（００１）の約数は、より高い２θ値で確認できる。図２を参照すると、アダマント酸のインターカレーションを、ＩＲスペクトルでさらに特徴評価した。１５１７ｃｍ−１および１３９５ｃｍ−１の振動は、ＣＯＯ−基の非対称および対称の伸縮振動に対応する。２９０１ｃｍ−１および２８４７ｃｍ−１の振動は、Ｃ−Ｈ振動に対するものである。４３０２ｃｍ−１の振動は、層間に水分子がインターカレートされた層状金属水酸化物基の水素結合に起因する。
【００４９】
Ｍｇ／Ａｌ−アダマントエートＬＤＨの１Ｈおよび１３Ｃ固体ＮＭＲスペクトルを記録し、それぞれ図３および４に提供する。より低いｐｐｍ値での図３の１Ｈスペクトルの４つの鋭いピークは、アダマンタン環に存在する水素に起因する。３．８ｐｐｍおよび４．８ｐｐｍでのピークは、それぞれインターカレートされた水および金属水酸化物の水素原子に起因する。図４を参照すると、Ｍｇ／Ａｌ−アダマントエートの１３Ｃ  ＮＭＲスペクトルは、２９．５ｐｐｍ、３７．３ｐｐｍ、４０．６ｐｐｍ、および４２．８ｐｐｍで４つのピークを示し、アダマンタン分子に存在する４つの異なる炭素に起因する。１８６．９８ｐｐｍでのピークは、カルボキシレート基の炭素に起因する。
実施例２
掘削流体のレオロジー調査
実施例１のＭｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物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つの掘削流体が調製された。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調整剤とのブレンドを含むＭ−Ｉ  ＳＷＡＣＯ  ＲＨＡＤＩＡＮＴ（商標）系に基づいた。湿潤剤としてＳＵＲＥＷＥＴ（登録商標）、乳化剤としてＳＵＲＥＭＵＬ（登録商標）、およびレオロジー調整剤としてＭｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物を使用して、実施例１の掘削流体が調製された。比較流体は、Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物をＢｅｎｔｏｎｅ  ４２に置き換え、基油の量を増加して調製された。
【００５０】
２つの掘削流体は、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）から入手可能なフィルターケーキ形成および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；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。
【００５１】
表１を参照すると、２つの掘削流体は、７７１．９ｇの量で準備した。２つの掘削流体の配合および他の成分の量を、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、次いでステージ２で、粘度調整剤およびレオロジー調整剤を添加し、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。比較掘削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／水比を提供するために、使用された基油の量は、Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物に対してわずかに異なった。
【００５２】
【表１】
2020532600.tif 000003
【００５３】
回転粘度計を用いて測定されるレオロジー特性は、掘削流体の水力学を計算するために一般的に使用される。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、高温劣化として知られている、熱間圧延の前後のそれらのレオロジー特性を決定した。調査され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を使用して調査された。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された。
【００５４】
実施例１の掘削流体および比較流体は、熱間圧延とも呼ばれる動的高温流体劣化技法によって劣化させた。２５０°Ｆ超の温度が性能に与える影響を評価するために、この技法を行った。掘削流体は、３５０°Ｆの１５０ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）の圧力下の劣化セル内で、１６時間圧延した。加圧した系での熱間圧延は、掘削条件下での流体を模倣し、それによって流体を劣化させる。熱間圧延の前後の、掘削流体の粘度、ゲル強度、および他のレオロジー特性の試験による結果は、掘削流体が坑井内のＨＰＨＴ条件に耐える能力を示すであろう。
【００５５】
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加熱カップに置いて、１２０°Ｆに加熱した。実施例１の掘削流体および比較流体を、毎分６００、３００、２００、１００、６、および３回転（ＲＰＭ）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。坑井内の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。
【００５６】
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、参照によりその全体が本開示に組み込まれる、米国石油協会（ＡＰＩ）推奨通例１３Ｂ−１に従って、１０秒および１０分で試験した。
【００５７】
流体の塑性粘度は、流体の構成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に関する。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、等式（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することができる。
ＰＶ＝１０Ｈｚでの粘度−（５Ｈｚでの粘度）           等式（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。
【００５８】
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場合、流体は、剛体として挙動する。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、より多くの質量を運搬することが可能であろう。より大きな降伏点を有する掘削流体は、より多くの質量の地層ざく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ざくの除去に合わせて調整することができる。
【００５９】
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、等式（２）に従って、レオロジーデータおよび塑性粘度から計算することができる。
ＹＰ＝５Ｈｚでの粘度−ＰＶ              等式（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。
【００６０】
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、劣化技法後の実施例１の掘削流体および比較流体に対して行った。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ーに置かれた。ろ紙を底に置き、泥を３５０°Ｆで３０分（ｍｉｎ）、５００ｐｓｉの圧力に曝露して、記録時に収集した液体の量を２倍にした（表３を参照）。結果は、高温高圧フィルタープレスの２倍である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行うために２倍にした。ＡＰＩ標準に従ったＨＴＨＰ油系多量試験では、ろ液の量を２倍にした。
【００６１】
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（例えば５μＡ未満）ままであろう。この閾値では、２つの電極間に伝導が起こり、電流の急激な増加を生じる。この電流が６１μＡに達すると、ピーク電圧を測定し、掘削流体または他の材料の電気的安定性として報告する。油系掘削流体の電気的安定性は、油系連続相の抵抗率、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。
【００６２】
熱間圧延前後の、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、前述の方法に従って、実施例１の油系掘削流体および比較流体を２回評価した。１回目の測定のセットを、熱間圧延前に記録し、表２に提供した。２回目の測定のセットを、熱間圧延後に記録し、表３に提供する。
【００６３】
【表２】
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【００６４】
【表３】
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【００６５】
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。１００ＲＰＭ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での熱間圧延前後で比較流体の粘度よりも低い粘度を有した。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。したがって、実施例１の掘削流体は、比較流体よりも熱破壊を受けにくい。
【００６６】
熱間圧延前の実施例１の掘削流体の１１秒（ｓ）後のゲル強度は、１０ｌｂｆ／１００ｆｔ２であり、１０分（ｍｉｎ）後は、１７ｌｂｆ／１００ｆｔ２であった。熱間圧延後、ゲル強度は、１０秒後および１０分後に約７ｌｂｆ／１００ｆｔ２に減少した。比較流体のゲル強度は、熱間圧延前、ならびに熱間圧延１０秒後および１０分後で一貫して約７ｌｂｆ／１００ｆｔ２であり、両方で流体が熱的に安定であることを示している。
【００６７】
実施例１の掘削流体の塑性粘度（ＰＶ）は、比較流体のものよりも低かった。実施例１の掘削流体中のＭｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物は、ＰＶの減少の原因であると考えられる。
【００６８】
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１５ｃＰであり、熱間圧延後は１０ｃＰ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の減少は、実施例１の掘削流体中のＭｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物に起因する。
【００６９】
実施例１の油系掘削流体は、３５０°Ｆで３．６ｍＬの流体損失を有した（結果は倍増した）。比較流体は、６．８ｍＬの流体損失を有した（結果は倍増した）。流体損失の減少は、レオロジー調整剤であるＭｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物に起因した。
【００７０】
電気的安定性データは、Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物レオロジー調整剤が、市販のレオロジー調整剤では実現できない安定性を掘削流体に付与するというさらなる根拠を提供する。実施例１の掘削流体は、熱間圧延前に１１０１Ｖ、熱間圧延後に９１１Ｖの電気的安定特性を有し、約１７．３％の減少を示した。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であり、約６５．７％の減少を示した。熱間圧延前、比較流体は、実施例１の掘削流体よりも電気的安定であった。しかしながら、模擬ＨＰＨＴ条件後、または熱間圧延後、実施例１の掘削流体は、比較流体よりもかなり安定であり、また比較流体よりもはるかに高い程度までその電気的安定性を維持した。特に、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、５００Ｖ超であった。当初比較流体よりも低い安定性であったため、実施例１の掘削流体が比較流体よりも高い安定性を維持したことは予想外である。より高い電気的安定性は、実施例１の掘削流体中のＭｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物に起因し得る。したがって、Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物を含有する掘削流体は、市販のレオロジー調整剤を含有するが、その他の基油、ブライン、乳化剤、湿潤剤、水、ブライン、流体損失制御添加剤、および加重材料など同一成分を含有する比較流体よりも、良好なエマルション安定性を有し、電気的に安定であった。
【００７１】
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。
【００７２】
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、マグネシウム／アルミニウム（Ｍｇ／Ａｌ）層状複水酸化物（ＬＤＨ）ダイヤモンドイド化合物を含む少なくとも１つのレオロジー調整剤と、を含む、油系掘削流体。
【００７３】
態様２：マグネシウム／アルミニウムマグネシウム（Ｍｇ／Ａｌ）層状複水酸化物（ＬＤＨ）ダイヤモンドイド化合物が、［Ｍｇ１−ｘＡｌｘ（ＯＨ）２］（Ａ）ｘ・ｍＨ２Ｏ（式中、ｘが、０．２〜０．５であり、ｍが、０．３３〜０．５０であり、Ａが、アダマンタンカルボキシレートである）によって定義される一般式と、１００超のアスペクト比とを含み、アスペクト比が、Ｍｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物の厚さによって除算されたＭｇ／Ａｌ  ＬＤＨダイヤモンドイド化合物の幅によって定義される、態様１に記載の油系掘削流体。
【００７４】
態様３：マグネシウム／アルミニウム二重層水酸化物ダイヤモンドイド化合物が、マグネシウム／アルミニウムアダマンタン化合物である、態様１または２のいずれかに記載の油系掘削流体。
【００７５】
態様４：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、分岐アルカンから選択される炭化水素、または炭化水素の混合物を含む、態様１〜３のいずれかに記載の油系掘削流体。
【００７６】
態様５：乳化剤、湿潤剤、アルカリ度制御剤、流体損失制御剤、懸濁剤、加重調節剤、密度調節剤から選択される少なくとも１つの添加剤、または添加剤の組み合わせをさらに含む、態様１〜４のいずれかに記載の油系掘削流体、あるいは、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つのアルカリ度制御剤、少なくとも１つの流体損失制御添加剤、少なくとも１つの懸濁剤、および少なくとも１つの密度調節剤をさらに含む、態様１〜４のいずれかに記載の油系掘削流体。
【００７７】
態様６：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜１．０重量％のレオロジー調整剤を含む、態様１〜５のいずれかに記載の油系掘削流体。
【００７８】
態様７：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有する、態様１〜６のいずれかに記載の油系掘削流体。
【００７９】
態様８：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜１．０重量％のレオロジー調整剤を含む、態様１〜７のいずれかに記載の油系掘削流体。
【００８０】
態様９：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、態様１〜８のいずれかに記載の油系掘削流体。
【００８１】
態様１０：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．５重量％〜２．０重量％の乳化剤を含む、態様１〜９のいずれかに記載の油系掘削流体。
【００８２】
態様１１：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、態様１〜１０のいずれかに記載の油系掘削流体。
【００８３】
態様１２：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．２重量％〜１．０重量％のレオロジー調整剤を含む、態様１〜１１のいずれかに記載の油系掘削流体。
【００８４】
態様１３：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、態様１〜１２のいずれかに記載の油系掘削流体。
【００８５】
態様１４：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、態様１〜１３のいずれかに記載の油系掘削流体。
【００８６】
態様１５：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、態様１〜１４のいずれかに記載の油系掘削流体。
【００８７】
態様１６：油系掘削流体を調製するための方法であって、基油、任意に乳化剤、および任意に湿潤剤を混合して第１の混合物を形成することと、水性分散相および少なくとも１つのレオロジー調整剤を第１の混合物に混合して、油系掘削流体を形成することと、を含み、少なくとも１つのレオロジー調整剤が、層状複水酸化物マグネシウム／アルミニウム−ダイヤモンド化合物を含む、方法。
【００８８】
態様１７：少なくとも１つの流体損失制御添加剤を油系掘削流体に添加することをさらに含む、態様１６に記載の方法。
【００８９】
態様１８：ブライン溶液を油系掘削流体に添加することをさらに含む、態様１６または１７のいずれかに記載の方法。
【００９０】
態様１９：加重添加剤を油系掘削流体に添加することをさらに含む、態様１６〜１８のいずれかに記載の方法。
【００９１】
態様２０：マグネシウム塩、アルミニウム塩、溶媒、および少なくとも１つのカルボン酸部分を有するダイヤモンドイド化合物を混合して、反応混合物を形成することと、反応物混合物を反応温度で反応時間加熱して、マグネシウム／アルミニウム層状複水酸化物ダイヤモンドイド化合物を形成することと、によってマグネシウム／アルミニウム層状複水酸化物ダイヤモンドイド化合物を調製することをさらに含む、態様１６〜１９のいずれかに記載の方法。
【００９２】
態様２１：マグネシウム塩およびアルミニウム塩が、０．５：１〜６．０：１の反応混合物中のマグネシウム対アルミニウムのモル比を提供する量で混合される、態様１６〜２０のいずれかに記載の方法。
【００９３】
態様２２：アルミニウム塩およびダイヤモンドイド化合物が、０．５：１〜２．０：１の反応混合物中のアルミニウム対ダイヤモンドイド化合物のモル比を提供する量で混合される、態様１６〜２１のいずれかに記載の方法。
【００９４】
態様２３：アルミニウム塩が、Ａｌ（ＯＨ）３である、態様１６〜２２のいずれかに記載の方法。
【００９５】
態様２４：マグネシウム塩が、Ｍｇ（ＯＨ）２である、態様１６〜２３のいずれかに記載の方法。
【００９６】
態様２５：ダイヤモンドイド化合物が、１−アダマンタンカルボン酸である、態様１６〜２４のいずれかに記載の方法。
【００９７】
態様２６：マグネシウム／アルミニウム層状複水酸化物ダイヤモンドイド化合物が、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３、および１−アダマンタンカルボン酸に由来する、態様１６〜２５のいずれかに記載の方法。
【００９８】
態様２７：反応温度が、１００℃〜１８０℃である、態様１６〜２６のいずれかに記載の方法。
【００９９】
態様２８：反応温度が、１４０℃〜１６０℃である、態様１６〜２７のいずれかに記載の方法。
【０１００】
態様２９：反応時間が、少なくとも１２時間である、態様１６〜２８のいずれかに記載の方法。
【０１０１】
態様３０：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、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１６〜２９のいずれかに記載の方法。
【０１０２】
態様３１：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜１．０重量％のレオロジー調整剤を含む、態様１６〜３０のいずれかに記載の方法。
【０１０３】
態様３２：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１６〜３１のいずれかに記載の方法。
【０１０４】
態様３３：油系掘削流体の総重量に基づいて、１３重量％〜１７重量％の基油を含む、態様１６〜３２のいずれかに記載の方法。
【０１０５】
態様３４：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．２重量％〜２．０重量％の乳化剤を含む、態様１６〜３３のいずれかに記載の方法。
【０１０６】
態様３５：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜１．０重量％の湿潤剤を含む、態様１６〜３４のいずれかに記載の方法。
【０１０７】
態様３６：油系掘削流体の総重量に基づいて、０．２重量％〜１．０重量％のレオロジー調整剤を含む、態様１６〜３５のいずれかに記載の方法。
【０１０８】
態様３７：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、態様１６〜３６のいずれかに記載の方法。
【０１０９】
態様３８：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１６〜３７のいずれかに記載の方法。
【０１１０】
態様３９：油系掘削流体の総重量に基づいて、６５重量％〜７８重量％の加重添加剤を含む、態様１６〜３８のいずれかに記載の方法。
【０１１１】
態様４０：態様１６〜３９のいずれかに記載の方法に従って調製された、油系掘削流体。
【０１１２】
態様４１：地下井を掘削するための方法であって、基油と、乳化剤、加重材料、流動損失添加剤、粘性付与剤、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／アルミニウムアダマンタン層状複水酸化物化合物と、を含む、油系掘削流体の存在下で、坑井内でドリルを操作することを含む、方法。
【０１１３】
態様４２：坑井内でドリルの操作前または操作中に、マグネシウム／アルミニウム層状複水酸化物ダイヤモンドイド化合物を油系掘削流体に添加することをさらに含む、態様４１に記載の方法。
【０１１４】
態様４３：坑井内でドリルの操作中に、マグネシウム／アルミニウム層状複水酸化物ダイヤモンドイド化合物を油系掘削流体に添加することをさらに含む、態様４１または４２のいずれかに記載の方法。
【０１１５】
態様４４：油系掘削流体が、１０，０００ｐｓｉ超の坑井圧力および３００°Ｆ超の坑井温度を含む掘削作業中の高圧高温条件下で安定である、態様４１〜４３のいずれかに記載の方法。
【０１１６】
態様４５：油系掘削流体が、ＡＰＩ  ＲＰ  １３Ｂ−１で提供される試験方法に従って決定された、９００Ｖ〜１１７０Ｖの電気的安定性および１ｌｂｆ／１００ｆｔ２〜１０ｌｂｆ／１００ｆｔ２の１０秒ゲル強度を有する、態様４１〜４４のいずれかに記載の方法。
【０１１７】
態様４６：レオロジー調整剤を含む油系掘削流体が、高圧高温条件下で、同一の比重および油対水比、ならびに油系掘削流体と同一の比率であるがレオロジー調整剤を欠く同一の成分を有する掘削流体と比較して、より低い粘度を有する、態様４１〜４５のいずれかに記載の方法。
【０１１８】
態様４７：レオロジー調整剤を含む油系掘削流体が、高圧高温条件下で、同一の比重および油対水比、ならびに油系掘削流体と同一の比率であるがレオロジー調整剤を欠く同一の成分を有する掘削流体と比較して、より低い流体損失を有する、態様４１〜４６のいずれかに記載の方法。
【０１１９】
態様４８：レオロジー調整剤を含む油系掘削流体が、高圧高温条件下で、同一の比重および油対水比、ならびに油系掘削流体と同一の比率であるがレオロジー調整剤を欠く同一の成分を有する掘削流体と比較して、より高い電気的安定性を有する、態様４１〜４７のいずれかに記載の方法に従って調製された、油系掘削流体。
【０１２０】
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。
【図１】
2020532600.tif 000006
【図２】
2020532600.tif 000007
【図３】
2020532600.tif 000008
【図４】
2020532600.tif 000009
【国際調査報告】
2020532600.tif 000010
2020532600.tif 000011