磁响应钻井液及其制造和使用方法与流程

磁响应钻井液及其制造和使用方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年10月18日申请的美国临时申请号62/923,146的优先权。
技术领域
3.本公开的实施方案一般涉及磁响应的钻井液以及制造和使用磁响应钻井液的方法。


背景技术：

4.油气行业的钻井液执行无数的任务，包括清理井、使钻屑保持悬浮、降低摩擦、润滑钻孔工具、保持井筒的稳定性以及防止流体流失，仅举几例。然而，常规钻井液有效悬浮支撑剂和进行层位隔离的能力随着钻井液温度的升高而降低，这是由于钻井液的热变稀而导致的。为了克服这些困难，可以使用具有动态可调流变特性的钻井液。磁响应钻井液将实现更可控的剪切响应和粘度，在钻井后从井筒中完全去除钻井液，有助于层位隔离，并为操作员提供改进的误差范围。


技术实现要素：

5.因此，存在对具有动态可调流变特性的钻井液的持续需求。本实施方案通过提供具有可调流变特性的磁响应钻井液以及制造和使用磁响应钻井液的方法来解决这些需求。
6.在一个实施方案中，本公开涉及一种磁响应钻井液，所述磁响应钻井液包括钻井液和设置在钻井液内的多个超顺磁性纳米结构。超顺磁性纳米结构包括超顺磁性氧化铁纳米颗粒(spion)和吸附在spion上的碳纳米管。
7.在另外的实施方案中，本公开涉及使用先前公开的磁响应钻井液的方法。方法包括将磁响应钻井液引入地下地层并且向磁响应钻井液施加磁场以引起磁响应钻井液的流变变化。
8.所描述的实施方案的附加特征和优点将在随后的具体实施方式中阐述，并且对于本领域技术人员来说将从所述描述中部分地变得显而易见，或通过实践如本文所描述的实施方案(包括下面的具体实施方式以及权利要求书)而认识到。
附图说明
9.当结合以下附图阅读时，可最好地理解本公开的具体实施方案的以下详细描述，其中相同的结构用相同的附图标号表示，并且其中：
10.图1是根据本公开中描述的一个或多个实施方案的超顺磁性氧化铁纳米颗粒的示意图。
具体实施方式
11.如贯穿本公开所使用的，术语“钻井液”是指在钻井筒的操作中使用的液体和气态
流体以及流体和固体的混合物(作为液体、气体和固体的固体悬浮液、混合物和乳液)。
12.如贯穿本公开所使用的，术语“地下地层”是指与周围岩体充分不同并且连续的岩石体，使得岩石体可以在图上标为不同的实体。因此，地下地层足够均质以形成单个可标识单元，所述单元在整个地下地层中含有类似的流变特性，包括但不限于孔隙率和渗透率。地下地层为岩石地层学的基本单元。
13.如贯穿本公开所使用的，术语“岩石静压力”是指覆盖层或覆盖岩的重量对地下地层的压力。
14.如贯穿本公开所使用的，术语“储层”是指具有足够的孔隙率和渗透率以存储和传输流体的地下地层。
15.如贯穿本公开所使用的，术语“井筒”是指钻孔或井眼，包括裸眼井或井的无套管部分。井眼可以指井筒壁，即限制钻探孔的岩石面的内径。
16.如贯穿本公开所使用的，术语“水相”是指含有、产生、类似或具有水的性质的流体。类似地，“油相”是指含有、产生、类似或具有油的性质的流体。
17.如贯穿本公开所使用的，术语“牛顿粘度”是指在旋转粘度计的给定转子速度下测量的流体的表观粘度。牛顿粘度可以通过将粘度计的刻度盘读数乘以300并且将所述乘积除以以每分钟转数(rpm)为单位的转子转速来测量。
18.现在参考图1，本公开的实施方案涉及磁响应钻井液和使用磁响应钻井液的方法。这些实施方案尤其包括钻井液和设置在钻井液内的多个超顺磁性纳米结构100。超顺磁性纳米结构100可以包括超顺磁性氧化铁纳米颗粒110(spion)和吸附在spion 110上的碳纳米管120。spion 110可以包括平均直径介于1与1000纳米(nm)之间的氧化铁纳米颗粒。例如，spion 110可以包括介于1nm与10nm、10nm与20nm、20nm与30nm、30nm与40nm、40nm与50nm、50nm与60nm、60nm与70nm、70nm与80nm、80nm与90nm、90nm与100nm、100nm与150nm、150nm与200nm、200nm与250nm、250nm与300nm、300nm与350nm、350nm与400nm、400nm与450nm、450nm与500nm、500nm与550nm、550nm与600nm、650nm与700nm、750nm与800nm、800nm与850nm、850nm与900nm、900nm与950nm、950nm与1000nm，或这些的任何组合之间的氧化铁纳米颗粒110。
19.使用固体增重剂(例如重晶石)的常规钻井液遇到困难，因为固体与液体分离并沉降在井筒中，称为重晶石下陷。重晶石下陷通常发生在钻井液流过井筒的流动停止的一段时间内，此时钻井液是静止的，但重晶石下陷也可能在钻井液的流量或环形速度减小时发生。粘度降低或凝胶强度降低的钻井液、降低的剪切速率条件和井下温度也可能使重晶石下陷更加严重。固体增重材料的沉降可能导致整个井筒中钻井液密度的变化。例如，由于重力引起的固体朝向井筒底部的沉降，井筒底部的钻井液可能具有更大的密度，并且地表附近的钻井液可能具有更小的密度。重晶石下陷条件可能导致管道条件卡住，钻井液的孔清洁能力降低，或两者兼而有之。钻井液的孔清洁能力是指钻井液从钻井区捕获岩屑并将其输送到井筒表面的能力。
20.作为非限制性实例，本公开的磁响应钻井液可用于油气钻孔行业，例如用于在油气井中钻孔。油气井可以在地球的地下部分形成，有时称为地下地质地层。井筒可以用于将自然资源，诸如石化产物连接到地平面表面。在一些实施方案中，井筒可以在地质地层中形成，例如通过钻孔过程。为了钻探地下井或井筒，将包括钻头和钻铤以对钻头进行加重的钻
柱插入预钻孔中并旋转以切入孔底部的岩石中，从而产生岩屑。通常，在钻探过程中可以利用称为“钻井泥浆”的磁响应钻井液。为了从井筒底部去除岩屑，钻井液通过钻柱向下泵送到钻头。当磁响应钻井液再循环回到地表时，磁响应钻井液可以冷却钻头以及将岩屑提离钻头并可以向上载运岩屑。磁响应钻井液在钻探过程中起到多种作用。磁响应钻井液可以提供润滑并且可以冷却钻头。磁响应钻井液也可以将岩屑从钻头运送到地表，这可以被称为“清洁”井筒。另外，磁响应钻井液可以在井筒中提供流体静压力以为井筒的侧壁提供支撑并且防止侧壁在钻柱上坍塌和塌陷。磁响应钻井液还可以防止井下地层中的流体在钻探操作期间流入井筒。
21.为了实现这些功能，磁响应钻井液可以配制成具有特定的特性，例如密度、粘度、固体含量、泵送能力和孔清洁能力等。特别地，磁响应钻井液可以配制成具有适合的范围内的密度，以提供必要的流体静压力以支撑井筒的侧壁并防止地层中的流体流入井筒。另外，磁响应钻井液可以配制成具有特定的流变特性，所述流变性质允许磁响应钻井液通过钻柱向下泵送，同时仍然将从钻头捕获岩屑并输送到井筒顶部。在一些实施方案中，磁响应钻井液可以包括悬浮在基液中的固体颗粒。固体颗粒(有时称为增重剂)可以增加磁响应钻井液的密度，以帮助磁响应钻井液支撑井筒的侧壁，以及增加流体静压力以阻止来自地层的流体流入井筒。在其他实施方案中，磁响应钻井液可能能够提供必要的流体静压力而不使用固体颗粒来增加流体的密度。
22.再次参考图1，超顺磁性纳米结构100可以包括铁磁材料的或铁磁材料的氧化物纳米颗粒110，例如铜、铁、镍、钴、锰、镁、铋、锡、钇、铬、钆、铽、镝、铕或它们的任何组合。超顺磁性纳米结构100可以包括介于1nm与10nm、10nm与20nm、20nm与30nm、30nm与40nm、40nm与50nm、50nm与60nm、60nm与70nm、70nm与80nm、80nm与90nm、90nm与100nm、100nm与150nm、150nm与200nm、200nm与250nm、250nm与300nm、300nm与350nm、350nm与400nm、400nm与450nm、450nm与500nm、500nm与550nm、550nm与600nm、650nm与700nm、750nm与800nm、800nm与850nm、850nm与900nm、900nm与950nm、950nm与1000nm，或这些的任何组合之间的纳米颗粒110。
23.单独的超顺磁性纳米结构100可以具有介于10nm与150,000nm之间的平均外径。例如，超顺磁性纳米结构100可以具有介于10nm与50nm、50nm与100nm、100nm与150nm、150nm与200nm、200nm与300nm、300nm与400nm、400nm与500nm、500nm与600nm、600nm与700nm、700nm与800nm、800nm与900nm、900nm与1000nm、1200nm与1400nm、1400nm与1600nm、1600nm与1800nm、1800nm与2000nm、2000nm与2500nm、2500nm与3000nm、3000nm与3500nm、3500nm与4000nm、4000nm与4500nm、4500nm与5000nm、5000nm和5500nm、5500nm与6000nm、6500nm与7000nm、7000nm与7500nm、7500nm与8000nm、8000nm与9000nm、9000nm与10000nm、10000nm与12000nm、12000nm与14000nm、14000nm与16000nm、16000nm与18000nm、18000nm与20000nm、20000nm与25000nm、25000nm与30000nm、30000nm与40000nm、40000nm与50000nm、50000nm与60000nm、60000nm与70000nm、70000nm与80000nm、80000nm与90000nm、90000nm与100000nm、100000nm与110000nm、110000nm与120000nm、120000nm与130000nm、130000nm与140000nm、140000nm与150000nm，或这些的任何组合之间的平均外径。应当理解，超顺磁性纳米结构100的平均外径包括吸附在spion 110上的cnt 120。不受理论限制，据信单独的spion 110可能由于它们的小尺寸而不能在磁响应钻井液中引起磁响应。传统上，使用比spion 110更
大的颗粒来产生磁流变效应；这是由于spion体积小且与溶剂的相互作用最小。据信，相对于单独的spion 110，超顺磁性纳米结构100与溶剂之间增加的相互作用可以在施加磁场时导致更大的流变变化。
24.本公开的实施方案涉及磁响应钻井液，其中cnt还包括碳化硅纳米管(sicnt)，并且超顺磁性纳米结构具有1:1到1:2、1:2到1:3、1:3到1:4、1:4到1:5、1:5到1:6、1:6到1:7、1:7到1:8、1:9到1:10、1:10到1:12、1:12到1:14、1:14到1:16、1:16到1:18、1:18到1:20、1:20到1:25、1:25到1:30、1:30到1:35、1:35到1:40、1:40到1:45、1:45到1:50、1:50到1:60、1:60到1:70、1:70到1:80、1:80到1:90、1:90到1:100、1:100到1:125、1:125到1:150、1:150到1:150、1:175到1:200、1:200到1:250、1:250、1:250到1:300、1:300到1:400、1:400到1:500、1:500到1:600、1:600到1:700、1:700到1:800、1:800到1:900、1:900到1:1000、1:1000到1:1250、1:1250到1:1500、1:1500到1:2000、1:2000到1:3000、1:3000到1:4000、1:4000到1:5000、1:5000到1:10000、1:10000到1:20000、1:20000到1:40000、1:400000到1:60000，或这些的任何组合之间的平均硅与铁质量比。si-cnt可以是指由碳化硅构成的纳米管、涂覆有硅的碳纳米管、涂覆有碳化硅的碳纳米管或其组合中的一种。si-cnt可以提供额外的热稳定性和机械强度。
25.根据一些实施方案，磁响应钻井液包括按磁响应钻井液的总重量计算的0.001到10.0重量百分比(wt.％)的超顺磁性纳米结构。例如，磁响应钻井液可包括按磁响应钻井液的总重量计算的0.001wt.％到0.005wt.％、0.005wt.％到0.001wt.％、0.001wt.％到0.0015wt.％、0.0015wt.％到0.002wt.％、0.002wt.％到0.0025wt.％、0.0025wt.％到0.003wt.％、0.003wt.％到0.0035wt.％、0.0035wt.％到0.004wt.％、0.004wt.％到0.0045wt.％、0.0045wt.％到0.0050wt.％、0.0050wt.％到0.006wt.％、0.006wt.％到0.007wt.％、0.007wt.％到0.008wt.％、0.008wt.％到0.009wt.％、0.009wt.％到0.01wt.％、0.01wt.％到0.02wt.％、0.02wt.％到0.03wt.％、0.03wt.％到4wt.％、0.04wt.％到0.05wt.％、0.05wt.％到0.06wt.％、0.06wt.％到0.07wt.％、0.07wt.％到0.08wt.％、0.08wt.％到0.09wt.％、0.09wt.％到0.1wt.％、0.1wt.％到0.2wt.％、0.2wt.％到0.3wt.％、0.3wt.％到0.4wt.％、0.4wt.％到0.5wt.％、0.5wt.％到0.6wt.％、0.6wt.％到0.7wt.％、0.7wt.％到0.8wt.％、0.8wt.％到0.9wt.％、0.9wt.％到1.0wt.％、1.0wt.％到2.0wt.％、2.0wt.％到3.0wt.％、3.0wt.％到4.0wt.％、4.0wt.％到5.0wt.％、5.0wt.％到6.0wt.％、6.0wt.％到7.0wt.％、7.0wt.％到8.0wt.％、8.0wt.％到9.0wt.％、9.0wt.％到10.0wt.％，或甚至大于10wt.％，或这些的任何组合的超顺磁性纳米结构。
26.流体流变学是钻井液性能的重要参数。对于具有极端温度和压力要求的关键海上应用，流体的粘度分布通常用受控温度和压力粘度计(例如，可从fann instruments(houston,tx)商购获得的ix77流变仪)测量。流体可以在35
°
f到500
°
f的温度下进行测试，压力高达20,000磅/平方英寸(psi)。在地下地层中可能会遇到高于100
°
f的温度和高于100psi的压力，从而改变流体的粘度分布。钻井液的流变行为，例如凝胶强度、塑性粘度和屈服点，可以通过粘度、剪切应力和剪切速率的测量来确定。
27.磁响应钻井液的凝胶强度是指在钻井液保持静止状态的规定时间段之后在低于10rpm的剪切速率下测量的钻井液的剪切应力。凝胶强度可以是一旦泵关闭，钻井液能够悬浮钻屑的程度的指示，以及重晶石下陷的指示。本公开的磁响应钻井液在10秒后可具有0.1
磅力/100平方英尺(lbf/100ft2)到50lbf/100ft2的凝胶强度。例如，10秒后的凝胶强度可为0.1lbf/100ft2到50lbf/100ft2，或0.5lbf/100ft2到50lbf/100ft2，或1lbf/100ft2到50lbf/100ft2，或5lbf/100ft2到50lbf/100ft2，或10lbf/100ft2到50lbf/100ft2，或20lbf/100ft2到50lbf/100ft2，或30lbf/100ft2到50lbf/100ft2，或0.1lbf/100ft2到40lbf/100ft2，或0.1lbf/100ft2到30lbf/100ft2，或0.1lbf/100ft2到20lbf/100ft2，或1lbf/100ft2到50lbf/100ft2，或1lbf/100ft2到40lbf/100ft2，或1lbf/100ft2到30lbf/100ft2，或5lbf/100ft2到50lbf/100ft2，或5lbf/100ft2到40lbf/100ft2，或5lbf/100ft2到30lbf/100ft2，或10lbf/100ft2到50lbf/100ft2，或10lbf/100ft2到50lbf/100ft2，或20lbf/100ft2到50lbf/100ft2，或20lbf/100ft2到40lbf/100ft2，或20lbf/100ft2到30lbf/100ft2，或这些的任何组合。
28.根据一些实施方案，磁响应钻井液在β特斯拉磁场中10秒后的凝胶强度比磁响应钻井液在小于0.0000001特斯拉(t)中的凝胶强度至少大10％。例如，十秒后的凝胶强度可以增加至少10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、125％、150％、175％、200％、250％、300％、350％、400％、450％、500％、600％、700％、800％、900％、1000％、1500％、2000％、2500％、3000％、3500％、4000％、4500％、5000％或10,000％。β可以为0.001到0.005t、0.005到0.01t、0.01到0.02t、0.02到0.03t、0.03到0.04t、0.04到0.05t、0.05到0.075t、0.075到0.1t、0.1到0.15t、0.15到0.2t、0.2到0.3t、0.3到0.4t、0.4到0.5t、0.5到0.6t、0.6到0.7t、0.7到0.8t、0.8到0.9t、0.9到1.0t、1.0到1.5t、1.5到2.0t、2.0到2.5t、2.5到3.0t、3.0到3.5t、3.5到4.0t、4.0到4.5t、4.5到5.0t、5.0到5.5t、5.5到6.0t、6.0到7.0t、7.0到8.0t、8.0到9.0t、或9.0到10.0t。在一些实施方案中，β可以大于10t。
29.根据一些实施方案，磁响应钻井液在β特斯拉磁场中10分钟后的凝胶强度比磁响应钻井液在小于0.0000001特斯拉的磁场中的凝胶强度大至少10％。例如，十分钟后的凝胶强度可以增加至少10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、125％、150％、175％、200％、250％、300％、350％、400％、450％、500％、600％、700％、800％、900％、1000％、1500％、2000％、2500％、3000％、3500％、4000％、4500％、5000％或10,000％。β可以为0.001到0.005t、0.005到0.01t、0.01到0.02t、0.02到0.03t、0.03到0.04t、0.04到0.05t、0.05到0.075t、0.075到0.1t、0.1到0.15t、0.15到0.2t、0.2到0.3t、0.3到0.4t、0.4到0.5t、0.5到0.6t、0.6到0.7t、0.7到0.8t、0.8到0.9t、0.9到1.0t、1.0到1.5t、1.5到2.0t、2.0到2.5t、2.5到3.0t、3.0到3.5t、3.5到4.0t、4.0到4.5t、4.5到5.0t、5.0到5.5t、5.5到6.0t、6.0到7.0t、7.0到8.0t、8.0到9.0t、9.0到10.0t，或这些的任何组合。在一些实施方案中，β可以大于10t。
30.水力压裂液的流变行为可以通过以不同剪切速率测量水力压裂液上的剪切应力来确定，这可以通过测量水力压裂液上的剪切应力和剪切速率来实现。利用各种剪切速率，因为水力压裂液在较低应力下表现为刚体，但在较高剪切应力下作为粘性流体流动。水力压裂液的流变性可以通过以厘泊(cp)为单位的塑性粘度(pv)和屈服点(yp)来表征，塑性粘度(pv)和屈服点(yp)是bingham塑性流变模型的参数。pv与由于水力压裂液的固体之间的机械相互作用而导致的水力压裂液的流动阻力相关，并且表示水力压裂液的外推至无限剪切速率的粘度。pv反映了水力压裂液中固体的类型和浓度。水力压裂液的pv可以通过使用前述流变仪以300转/分钟(rpm)和600rpm的主轴速度测量水力压裂液的剪切应力，并根据
等式1从600rpm粘度测量值中减去300rpm粘度测量值，进行估算：
31.pv(cp)＝(600 rpm粘度测量值)-(300 rpm粘度测量值)
ꢀꢀꢀ
等式1
32.根据一些实施方案，磁响应钻井液在β特斯拉磁场中的pv比磁响应钻井液在小于0.0000001特斯拉的磁场中的pv大至少10％。例如，pv可以增加至少10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、125％、150％、175％、200％、250％、300％、350％、400％、450％、500％、600％、700％、800％、900％、1000％、1500％、2000％、2500％、3000％、3500％、4000％、4500％、5000％或10,000％。β可以为0.001到0.005t、0.005到0.01t、0.01到0.02t、0.02到0.03t、0.03到0.04t、0.04到0.05t、0.05到0.075t、0.075到0.1t、0.1到0.15t、0.15到0.2t、0.2到0.3t、0.3到0.4t、0.4到0.5t、0.5到0.6t、0.6到0.7t、0.7到0.8t、0.8到0.9t、0.9到1.0t、1.0到1.5t、1.5到2.0t、2.0到2.5t、2.5到3.0t、3.0到3.5t、3.5到4.0t、4.0到4.5t、4.5到5.0t、5.0到5.5t、5.5到6.0t、6.0到7.0t、7.0到8.0t、8.0到9.0t、9.0到10.0t，或这些的任何组合。在一些实施方案中，β可以大于10t。
33.根据一些实施方案，磁响应钻井液在β特斯拉磁场中的牛顿粘度(μ)比磁响应钻井液在小于0.0000001特斯拉的磁场中的牛顿粘度(μ)大至少10％。例如，牛顿粘度(μ)可以增加至少10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、125％、150％、175％、200％、250％、300％、350％、400％、450％、500％、600％、700％、800％、900％、1000％、1500％、2000％、2500％、3000％、3500％、4000％、4500％、5000％或10,000％。β可以为0.001到0.005t、0.005到0.01t、0.01到0.02t、0.02到0.03t、0.03到0.04t、0.04到0.05t、0.05到0.075t、0.075到0.1t、0.1到0.15t、0.15到0.2t、0.2到0.3t、0.3到0.4t、0.4到0.5t、0.5到0.6t、0.6到0.7t、0.7到0.8t、0.8到0.9t、0.9到1.0t、1.0到1.5t、1.5到2.0t、2.0到2.5t、2.5到3.0t、3.0到3.5t、3.5到4.0t、4.0到4.5t、4.5到5.0t、5.0到5.5t、5.5到6.0t、6.0到7.0t、7.0到8.0t、8.0到9.0t、9.0到10.0t，或这些的任何组合。在一些实施方案中，β可以大于10t。如在本公开中使用，牛顿粘度(μ)以牛顿-秒/平方米为单位。粘度比较是在施加磁场与不施加磁场时在相同条件下，例如相同的温度、压力、剪切速率、剪切力等，对相同的流体进行粘度比较。
34.yp表示剪切应力，小于所述值的磁响应钻井液表现为刚体，大于所述值的磁响应钻井液流动为粘性流体。换句话说，yp表示使磁响应钻井液从静止状态移动所需的应力量。yp表示为每面积的力，例如每100平方英尺的力的磅数(lbf/100ft2)。yp提供了磁响应钻井液通过环空的岩屑载运能力的指示，这从简化方面给出了磁响应钻井液的井眼清洁能力的指示。yp等于或大于15lbf/100ft2的磁响应钻井液被认为是钻井可接受的。yp通过将宾汉塑性流变性模型外推到零剪切速率来确定。可以根据等式1从pv估计yp(如先前所描述，如根据等式2测量)：
35.yp＝(300rpm 读数)-pv
ꢀꢀꢀ
等式2
36.根据一些实施方案，磁响应钻井液在β特斯拉磁场中的yp比磁响应钻井液在小于0.0000001特斯拉的磁场中的yp大至少10％。例如，yp可以增加至少10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、125％、150％、175％、200％、250％、300％、350％、400％、450％、500％、600％、700％、800％、900％、1000％、1500％、2000％、2500％、3000％、3500％、4000％、4500％、5000％或10,000％。β可以为0.001到0.005t、0.005到
0.01t、0.01到0.02t、0.02到0.03t、0.03到0.04t、0.04到0.05t、0.05到0.075t、0.075到0.1t、0.1到0.15t、0.15到0.2t、0.2到0.3t、0.3到0.4t、0.4到0.5t、0.5到0.6t、0.6到0.7t、0.7到0.8t、0.8到0.9t、0.9到1.0t、1.0到1.5t、1.5到2.0t、2.0到2.5t、2.5到3.0t、3.0到3.5t、3.5到4.0t、4.0到4.5t、4.5到5.0t、5.0到5.5t、5.5到6.0t、6.0到7.0t、7.0到8.0t、8.0到9.0t、9.0到10.0t，或这些的任何组合。在一些实施方案中，β可以大于10t。
37.其他重要特性也可能随着磁场的施加而改变，例如介电常数或电导率。这些介电常数和电导率可以通过离子和分子在流体中移动的能力而改变。
38.根据一些实施方案，磁响应钻井液在β特斯拉磁场中的介电常数(f/m)比磁响应钻井液在小于0.0000001特斯拉的磁场中的介电常数大至少10％。例如，介电常数可以增加至少10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、125％、150％、175％、200％、250％、300％、350％、400％、450％、500％、600％、700％、800％、900％、1000％、1500％、2000％、2500％、3000％、3500％、4000％、4500％、5000％或10,000％。β可以为0.001到0.005t、0.005到0.01t、0.01到0.02t、0.02到0.03t、0.03到0.04t、0.04到0.05t、0.05到0.075t、0.075到0.1t、0.1到0.15t、0.15到0.2t、0.2到0.3t、0.3到0.4t、0.4到0.5t、0.5到0.6t、0.6到0.7t、0.7到0.8t、0.8到0.9t、0.9到1.0t、1.0到1.5t、1.5到2.0t、2.0到2.5t、2.5到3.0t、3.0到3.5t、3.5到4.0t、4.0到4.5t、4.5到5.0t、5.0到5.5t、5.5到6.0t、6.0到7.0t、7.0到8.0t、8.0到9.0t、9.0到10.0t，或这些的任何组合。在一些实施方案中，β可以大于10t。介电常数以法拉/米(f/m)为单位测量并且描述了在介质中产生通量所需的电荷量。
39.根据一些实施方案，磁响应钻井液在β特斯拉磁场中的电导率比磁响应钻井液在小于0.0000001特斯拉的磁场中的电导率大至少10％。例如，电导率可以增加至少10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、125％、150％、175％、200％、250％、300％、350％、400％、450％、500％、600％、700％、800％、900％、1000％、1500％、2000％、2500％、3000％、3500％、4000％、4500％、5000％或10,000％。β可以为0.001到0.005t、0.005到0.01t、0.01到0.02t、0.02到0.03t、0.03到0.04t、0.04到0.05t、0.05到0.075t、0.075到0.1t、0.1到0.15t、0.15到0.2t、0.2到0.3t、0.3到0.4t、0.4到0.5t、0.5到0.6t、0.6到0.7t、0.7到0.8t、0.8到0.9t、0.9到1.0t、1.0到1.5t、1.5到2.0t、2.0到2.5t、2.5到3.0t、3.0到3.5t、3.5到4.0t、4.0到4.5t、4.5到5.0t、5.0到5.5t、5.5到6.0t、6.0到7.0t、7.0到8.0t、8.0到9.0t、9.0到10.0t，或这些的任何组合。在一些实施方案中，β可以小于10t。当涉及本公开时，电导率以西门子/米(s/m)为单位测量。
40.根据一些实施方案，超顺磁性纳米结构100可以包括cnt 120并且cnt可以通过化学气相沉积沉积在spion 110上。碳纳米管120与spion 110的重量比可为1000:1到750:1、750:1到500:1、500:1到250:1、250:1到200:1、200:1到150:1、150:1到100:1、75:1、75:1到50:1、50:1到40:1、40:1到30:1、30:1到20:1、20:1到10:1、10:1到9:1、9:1到8:1、8:1到7:1、7:1到6:1、6:1到5:1、5:1到4:1、4:1到3:1、3:1到2:1、2:1到1:1、1:1到1:2、1:2到1:3、1:3到1:4、1:4到1:5、1:5到1:6、1:6到1:7、1:7到1:8、1:8到1:9、1:9到1:10、1:10到1:20、1:20到1:30、1:30到1:40、1:40到1:50、1:50到1:75、1:75到1:100、1:100到1:150、1:150到1:200、1:200到1:250、1:250到1:500、1:500到1:750、1:750到1:1000，或这些的任何组合。
41.碳纳米管120可以包括单壁纳米管、双壁纳米管、多壁纳米管、窄壁纳米管或纳米
管束中的至少一种。碳纳米管120可以包括1到200nm、20到100nm、10到80nm、4到20nm、2到12nm、2到10nm、2到9nm、2到8nm、2到7nm、2到6nm、2到5nm、2到4nm、2到3nm、3到12nm、3到10nm、3到9nm、3到8nm、3到7nm、3到6nm、3到5nm、3到4nm、4到12nm、4到10nm、4到9nm、4到8nm、4到7nm、4到6nm、4到5nm、5到12nm、5到10nm、5到9nm、5到8nm、5到7nm、5到6nm、6到12nm、6到10nm、6到9nm、6到8nm、6到7nm、7到12nm、7到10nm、7到9nm、7到8nm、8到12nm、8到10nm、8到9nm、9到12nm、9到10nm、10到12nm，或这些的任何组合的直径。
42.碳纳米管120可以包括从20到500微米(μm)、20到200μm、20到150μm、20到100μm、50到500μm、50到200μm、50到150μm、50到100μm、100到500μm、100到200μm、100到150μm、150到500μm、150到200μm，或200到500μm的长度；100到50,000、500到30,000、1,000到20,000、1,000到100,000、1,000到50,000、1,000到40,000、1,000到30,000、1,000到25,000、1,000到20,000、1,000到15,000、1,000到12,000、1,000到10,000、1,000到8,000、8,000到100,000、8,000到50,000、8,000到40,000、8,000到30,000、8,000到25,000、8,000到20,000、8,000到15,000、8,000到12,000、8,000到10,000、10,000到100,000、10,000到50,000、10,000到40,000、10,000到30,000、10,000到25,000、10,000到20,000、10,000到15,000、10,000到12,000、12,000到100,000、12,000到50,000、12,000到40,000、12,000到30,000、12,000到25,000、12,000到20,000、12,000到15,000、15,000到100,000、15,000到50,000、15,000到40,000、15,000到30,000、15,000到25,000、15,000到20,000、20,000到100,000、20,000到50,000、20,000到40,000、20,000到30,000、20,000到25,000、25,000到100,000、25,000到50,000、25,000到40,000、25,000到30,000、30,000到100,000、30,000到50,000、30,000到40,000、40,000到50,000、40,000到100,000、50,000到100,000，或这些的任何组合的纵横比。
43.碳纳米管120可以包括100到12,000平方米/克(m2/g)、100到10,000m2/g、100到800m2/g、100到700m2/g、400到12,000m2/g、400到10,000m2/g、400到800m2/g、100到1,500m2/g、120到1,000m2/g、150到850m2/g，或400到700m2/g的比表面积，其中比表面积通过brunauer-emmett-teller(bet)理论计算。
44.多壁碳纳米管120可以包括10重量百分比(wt.％)或更小、5wt.％或更小、3wt.％或更小、2wt.％或更小、1.5wt.％或更小、1wt.％或更小，或0.5wt.％或更小的金属氧化物；以及0.001到0.12g/cm3、0.01到0.08g/cm3、0.02到0.06g/cm3、0.01到1立方厘米/克(g/cm3)、0.01到0.5g/cm3、0.01到0.2g/cm3、0.01到0.1g/cm3、0.01到0.05g/cm3、0.01到0.02g/cm3、0.02到1g/cm3、0.02到0.5g/cm3、0.02到0.2g/cm3、0.02到0.1g/cm3、0.02到0.05g/cm3、0.05到1g/cm3、0.05到0.5g/cm3、0.05到0.2g/cm3、0.05到0.1g/cm3、0.06到0.08g/cm3、0.1到1g/cm3、0.1到0.5g/cm3、0.1到0.2g/cm3、0.2到1g/cm3、0.2到0.5g/cm3，或0.5到1g/cm3的体积密度。
45.根据一些实施方案，纳米结构可以包括碳化硅纳米管。合成碳化硅纳米管还可以包括将由碳纳米管120加热至300℃到1600℃、300℃到1400℃、300℃到1200℃、300℃到1000℃、300℃到900℃、300℃到800℃、300℃到700℃、300℃到600℃、600℃到700℃、600℃到800℃、600℃到900℃、600℃到1000℃、600℃到1200℃、600℃到1400℃、600℃到1600℃、700℃到800℃、700℃到900℃、700℃到1100℃、700℃到1400℃、800℃到900℃、800℃到1100℃、800℃到1400℃、900℃到1100℃、900℃到1400℃，或1100℃到1400℃。在一些实施方案中，加热碳纳米管120可以包括将碳纳米管120置于烘箱或反应器中。在一些实施方案
中，反应器可以被抽真空成1x10-100 torr到1x10-50 torr、1x10-50 torr到1x10-25 torr、1x10-25 torr到1x10-10 torr、1x10-10 torr到1x10-5 torr、1x10-5 torr到1x10-1 torr、1x10-1 torr到0.5torr、0.5torr到1torr、1torr到10torr、10torr到20torr、20torr到40torr、40torr到50torr、50torr到100torr、100torr到150torr、150torr到300torr、300torr到450torr、450torr到600torr、600torr到750torr，或这些的任何组合的绝对压力。
46.在一些实施方案中，合成碳化硅纳米管可以包括将硅前体置于烘箱中，所述碳前体随着烘箱加热而蒸发，以形成一定量的sicnt。在其他实施方案中，合成碳化硅纳米管可以包括使气体混合物流过碳纳米管120以形成所述一定量的sicnt。在一些实施方案中，气体混合物可以包括氩气、氢气、硅、甲基三氯硅烷、任何其他含硅气体和这些的组合。具体地，在一个实施方案中，气体混合物可以包含氩气、氢气和甲基三氯硅烷。
47.在一些实施方案中，加热碳纳米管120包括使气体混合物以1摄氏度/分钟(℃/min.)到20℃/min.、3℃/min.到10℃/min.、5℃/min.到10℃/min.、5℃/min.到7℃/min.，或以5℃/min.的加热速率流过碳纳米管120，直到碳纳米管120被加热到先前公开的范围，并将按气体混合物的体积计算的0到50体积百分比(vol.％)、2到30vol.％、2到20vol.％、2到15vol.％、2到10vol.％、2到5vol.％、5到30vol.％、5到20vol.％、5到15vol.％、5到10vol.％、10到30vol.％、10到20vol.％、10到15vol.％、15到30vol.％、15到20vol.％，或20到30vol.％的碳基气体添加到气体混合物中，并使气体混合物流过碳纳米管120以形成sicnt。硅基气体可以包括任何含硅气体，如甲基三氯硅烷、n-仲丁基(三甲基甲硅烷基)胺、五甲基一氯二硅烷、六甲基二硅烷、五甲基二硅烷、四溴化硅、三乙基硅烷、任何其他含硅气体或这些的混合物。包括氩气、氢气和硅的气体混合物可以包括如按气体混合物的体积计算的20到50vol.％、20到40vol.％、20到35vol.％、20到30vol.％、30到50vol.％、30到40vol.％、30到35vol.％、35到40vol.％、35到50vol.％，或40到50vol.％的氢气，和如按气体混合物的体积计算的50到80vol.％、50到70vol.％、50到65vol.％、50至60vol.％、60到65vol.％、60到70vol.％、60到80vol.％、65到80vol.％、65至70vol.％，或70到80vol.％的氩气。使气体混合物流动可以包括使气体混合物以10到1000毫升/分钟(ml/min.)、50到800ml/min.、100到400ml/min.，或150ml/min.的速率流动。根据一些实施方案，气体混合物可以通过使氢气流过甲基三氯硅烷来制备，从而产生硅基气体。
48.sicnt可以在高温下在空气中退火。如本公开中所使用的，退火是指在特定气氛下将基板加热至退火温度，并将基板在退火温度下保持一段时间，并让基板冷却的过程。退火温度是低于基板熔化温度的温度。例如，sicnt可以在500℃到600℃、600℃到700℃、700℃到800℃、800℃到900℃、900℃到1000℃、1000℃到1100℃、1100℃到1200℃、1200℃到1300℃、1300℃到1400℃、1400℃到1500℃、1500℃到1600℃、1600℃到1700℃、1700℃到1800℃，或这些的任何组合的温度下退火。例如，sicnt可以在退火温度下保持0.001分钟(min.)到5min.、5min.到10min.、10min.到20min.、20min.到30min.、30min.到40min.、40min.到50min.、50min.到60min.、60min.到70min.，或甚至大于70min.，或这些的任何组合。退火步骤还可以包括冷却步骤，其中sicnt的温度可以降低200℃/min.到150℃/min.、150℃/min.到100℃/min.、100℃/min.到50℃/min.、50℃/min.到25℃/min.、25℃/min.到20℃/min.、20℃/min.到15℃/min.、15℃/min.到10℃/min.、10℃/min.到5℃/min.、5℃/min.到1℃/
min.、1℃/min.到0.5℃/min.、0.5℃/min.到0.1℃/min.、甚至低于0.1℃/min.，或这些的任何组合。退火步骤可以在特定气氛下进行，其中特定气氛包括空气、惰性气体、还原气体、氧化气体，或这些的组合。
49.根据一些实施方案，磁响应钻井液可以包括水相。如上所述，水相可以是含有、产生、类似或具有水的性质的任何合适的流体。在一些实施方案中，水相可以含有水，包括淡水、海水、采出水，或地层水。水相可以含有盐水，包括天然和合成盐水，例如饱和盐水或甲酸盐水。在一些实施方案中，水相可以使用含有有机化合物或盐的水。不受任何特定理论的束缚，可以将盐或其他有机化合物掺入水相中以控制乳化的磁响应钻井液的密度。通过增加水相中的盐浓度或其他有机化合物的含量来增加水相的饱和度可以增加磁响应钻井液的密度。合适的盐包括但不限于碱金属氯化物、氢氧化物或羧酸盐。在一些实施方案中，合适的盐可以包括钠、钙、铯、锌、铝、镁、钾、锶、硅、锂、氯化物、溴化物、碳酸盐、碘化物、氯酸盐、溴酸盐、甲酸盐、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氧化物、氟化物，和这些的组合。在一些特定的实施方案中，盐水可以用于水相中。不受任何特定理论的束缚，盐水可以用于在磁响应钻井液与地下地层之间建立渗透平衡。
50.在一些实施方案中，磁响应钻井液可以包括基于磁响应钻井液的总重量的0重量百分比(wt.％)到100wt.％的水相。在一些实施方案中，磁响应钻井液可以含有28磅/桶(lb/bbl)到630lbs/bbl，诸如30到600lbs/bbl、50到500lbs/bbl、100到500lbs/bbl、200到500lbs/bbl，或300到600lbs/bbl的水相。
51.本实施方案的磁响应钻井液还包括油相。如上所述，油相是指含有、产生、类似或具有油的性质的流体。油相可以是油，例如天然或合成液体油。油相可以是或可含有柴油，矿物油，氢化或未氢化的烯烃，例如聚-α-烯烃、直链和支链烯烃，聚二有机硅氧烷，硅氧烷，有机硅氧烷，脂肪酸酯，脂肪酸的直链、支链或环状烷基醚，或这些的任何组合。油相可含有酯、醚、缩醛、碳酸二烷基酯、烃或这些中的任何一种的组合。在一些实施方案中，油相可含有或可以是衍生自石油的油，例如矿物油，柴油，直链烯烃，石蜡，其他石油基油，以及这些油或来自植物例如藏红花油(safra oil)的油的组合。
52.磁响应钻井液可以包括基于磁响应钻井液的总重量的0wt.％到100wt.％的油相。磁响应钻井液可以含有基于磁响应钻井液的总重量的28lb/bbl到810lb/bbl，诸如30到800lb/bbl、50到800lb/bbl、75到800lb/bbl，或100到800lb/bbl的油相。在一些实施方案中，磁响应钻井液可以含有200到800lb/bbl、或300到600lb/bbl，或500到810lb/bbl的油相。
53.磁响应钻井液可以包括一种或多种添加剂，所述添加剂选自以下各项组成的组：增重剂、液漏控制剂、循环漏失控制剂、表面活性剂、消泡剂、增粘剂，和这些的组合。磁响应钻井液可以包括基于磁响应钻井液的总重量的0.01wt.％到20wt.％的表面活性剂。磁响应钻井液可以含有基于磁响应钻井液的总重量的0.02lb/bbl到180lb/bbl的表面活性剂，例如0.02到150lb/bbl，或0.05到150lb/bbl。在一些实施方案中，磁响应钻井液可以含有0.1到150lb/bbl，或0.1到100lb/bb，或1到100lb/bbl的表面活性剂。
54.在一些实施方案中，磁响应钻井液可以含有表面活性剂以外的至少一种添加剂。一种或多种添加剂可以是已知适用于钻井液的任何添加剂。作为非限制性实例，合适的添加剂可以包括增重剂、液漏控制剂、循环漏失控制剂、过滤控制添加剂、表面活性剂、消泡
剂、补充乳化剂、增重剂、液漏添加剂、碱储备，和这些的组合。
55.在一些实施方案中，一种或多种添加剂可以包括另外的增粘剂(也被称为流变改性剂)，其可以被添加到磁响应钻井液中以使磁响应钻井液具有非牛顿流体流变性，以便于将岩屑提升和输送到井筒表面。增粘剂的实例可以包括但不限于膨润土、聚丙烯酰胺、聚阴离子纤维素或这些增粘剂的组合。在一些实施方案中，磁响应钻井液可以包括黄原胶，它是一种通常称为xc聚合物的多糖。可以将xc聚合物添加到水基钻井液中以在环形流中产生水基钻井液的平坦速度分布，这可以有助于提高磁响应钻井液将岩屑提升并输送到地表的效率。
56.在一些实施方案中，磁响应钻井液可以包括基于磁响应钻井液的总重量的0.01wt.％到20wt.％的一种或多种添加剂。磁响应钻井液可以含有基于磁响应钻井液的总重量的0.02lb/bbl到180lb/bbl的一种或多种添加剂，诸如0.02到150lb/bbl，或0.05到150lb/bbl。在一些实施方案中，磁响应钻井液可以含有0.1到150lb/bbl、或0.1到100lb/bbl，或1到100lb/bbl的一种或多种添加剂。
57.在一些实施方案中，一种或多种添加剂可以包括固体，有时称为增重材料，所述固体可以分散在磁响应钻井液中。固体可以是比重(sg)大于1的细碎固体，所述细碎固体可以添加到磁响应钻井液中以增加磁响应钻井液的密度。适合用作固体的增重材料的实例包括但不限于重晶石(最小sg为4.20)、赤铁矿(最小sg为5.05)、碳酸钙(最小sg为2.7-2.8)、菱铁矿(最小sg为3.8)、钛铁矿(最小sg为4.6)，或这些增重材料的任何组合。在一些实施方案中，磁响应钻井液可以包括作为固体的重晶石。
58.在实施方案中，基于磁响应钻井液的总重量，基于固体增重材料的重量，磁响应钻井液的固体含量可以为1wt.％到80wt.％。磁响应钻井液可以具有2.5lb/bbl到720lb/bbl的固体含量，例如2.5到720lb/bbl，或2.5到700lb/bbl。在一些实施方案中，磁响应钻井液可以具有5到700lb/bbl、50到500lb/bbl，或100到600lb/bbl的固体含量。
59.或者，在一些实施方案中，可能不需要固体来稳定磁响应钻井液。因此，在一些实施方案中，磁响应钻井液可以不含固体，或者可以不含超过2lb/bbl的固体，例如小于1lb/bbl。
60.如上所述，固体的添加可以用于控制磁响应钻井液的密度。在一些实施方案中，根据美国石油学会(api)推荐实践13b-2,2009(american petroleum institute(api)recommended practice 13b-2,2009)，如使用泥浆比重秤所测量，磁响应钻井液可以具有50磅质量/立方英尺(pcf)到160pcf的密度。例如，磁响应钻井液可以具有50pcf到150pcf、50pcf到140pcf、75pcf到160pcf、75pcf到150pcf、75pcf到140pcf、100pcf到160pcf、100pcf到150pcf，或100pcf到140pcf的密度。在一些实施方案中，磁响应钻井液度可以具有50pcf到75pcf、或75pcf到100pcf、或120pcf到160pcf的密度。在一些实施方案中，当钻探贫化地层时可以使用较低的泥浆重量。
61.本公开的实施方案还涉及生产磁响应钻井液的方法。生产的磁响应钻井液可以根据先前描述的任何实施方案。方法可以涉及将钻井液与多个超顺磁性纳米结构100混合。磁响应钻井液和超顺磁性纳米结构100可以根据先前描述的任何实施方案。
62.在一个实施方案中，通过化学气相沉积在金属氧化物上合成碳纳米管以形成一定量的颗粒可以包括混合包括spion 110的水溶液的水悬浮液以形成混合物。在一些实施方
案中，含水悬浮液可以包括如按含水悬浮液的重量计算的5到50wt.％、5到30wt.％、5到25wt.％、5到20wt.％、5到15wt.％、5到10wt.％、10到50wt.％、10到30wt.％、10到25wt.％、10到20wt.％、10到15wt.％、15到50wt.％、15到30wt.％、15到25wt.％、15到20wt.％、20到50wt.％、20到30wt.％、20到25wt.％、25到50wt.％、25到30wt.％、30到50wt.％的spion 110。然后，合成碳纳米管可以包括搅拌混合物，在室温下干燥混合物，然后将混合物研磨成粉末以形成金属氧化物。
63.在替代实施方案中，通过化学气相沉积在spion 110上合成碳纳米管可以包括混合包括过渡金属的水溶液以形成混合物。然后，合成碳纳米管可以包括搅拌混合物并在100℃到500℃、200℃到500℃、300℃到500℃、200℃到400℃，或300℃到400℃下煅烧混合物持续5到15小时、5到12小时、5到10小时、5到8小时、8到15小时、8到12小时、8到10小时、10到15小时、10到12小时，或12到15小时。然后，合成碳纳米管可以包括将混合物研磨成粉末以形成金属氧化物。
64.合成碳纳米管还可以包括将金属氧化物加热至300℃到1400℃、300℃到1100℃、300℃到900℃、300℃到800℃、300℃到700℃、300℃到600℃、600℃到700℃、600℃到800℃、600℃到900℃、600℃到1100℃、600℃到1400℃、700℃到800℃、700℃到900℃、700℃到1100℃、700℃到1400℃、800℃到900℃、800℃到1100℃、800℃到1400℃、900℃到1100℃、900℃到1400℃，或1100℃到1400℃。在一些实施方案中，这可以包括将金属氧化物置于烘箱或反应器中。在一些实施方案中，合成碳纳米管可以包括将碳前体置于烘箱中，所述碳前体随着烘箱加热而蒸发，以形成一定量的包括碳纳米管和金属氧化物的颗粒。在其他实施方案中，合成碳纳米管可以包括使气体混合物流过金属氧化物，以形成一定量的包括碳纳米管和金属氧化物的颗粒。在一些实施方案中，气体混合物可以包括氩气、氢气、乙烯、任何其他含碳气体和这些的组合。具体地说，在一个实施方案中，气体混合物可以包括氩气、氢气和乙烯。
65.在一些实施方案中，加热金属氧化物包括使气体混合物以1摄氏度/分钟(℃/min.)到20℃/min.、3℃/min.到10℃/min.、5℃/min.到10℃/min.、5℃/min.到7℃/min.，或以5℃/min.的加热速率流过金属氧化物，直到金属氧化物被加热到先前公开的范围，并将按气体混合物的体积计算的0到50体积百分比(vol.％)、2到30vol.％、2到20vol.％、2到15vol.％、2到10vol.％、2到5vol.％、5到30vol.％、5到20vol.％、5到15vol.％、5到10vol.％、10到30vol.％、10到20vol.％、10到15vol.％、15到30vol.％、15到20vol.％，或20到30vol.％的碳基气体添加到气体混合物中，并使气体混合物流过金属氧化物以形成包括碳纳米管和金属氧化物的颗粒。碳基气体可以包括任何含碳气体，例如作为非限制性实例的二氧化碳或烃气体。在一些实施方案中，碳基气体可以是乙烯。包括氩气、氢气和乙烯的气体混合物可以包括如按气体混合物的体积计算的20到50vol.％、20到40vol.％、20到35vol.％、20到30vol.％、30到50vol.％、30到40vol.％、30到35vol.％、35到40vol.％、35到50vol.％，或40到50vol.％的氢气，和如按气体混合物的体积计算的50到80vol.％、50到70vol.％、50到65vol.％、50到60vol.％、60到65vol.％、60到70vol.％、60到80vol.％、65到80vol.％、65到70vol.％，或70到80vol.％的氩气。使气体混合物流动可以包括使气体混合物以400到1000毫升/分钟(ml/min.)、500到800ml/min.、600到800ml/min，或以700ml/min的速率流动。
66.在一些实施方案中，磁响应钻井液可以以40转/分钟(rpm)到16000rpm的剪切速度混合。混合物可以以40rpm到80rpm、80rpm到160rpm、160rpm到300rpm、300rpm到400rpm、400rpm到500rpm、500rpm到750rpm、750rpm到1000rpm、1000rpm到1500rpm、1500rpm到2000rpm、2000rpm到4000rpm、4000rpm到50000rpm、5000rpm到15000rpm，或5000rpm到1000rpm，或8000rpm到16000rpm，或10000rpm到16000rpm，或12000rpm到16000rpm的剪切速度混合。不受任何特定理论的束缚，剪切混合物可以将超顺磁性纳米结构100分散在钻井液中。
67.本公开的实施方案还可以涉及使用磁响应钻井液的方法。磁响应钻井液可以根据先前描述的任何实施方案。在一些实施方案中，方法可以包括将包括钻井液和设置在钻井液内的多个超顺磁性纳米结构的磁响应钻井液引入地下地层。引入可以涉及将磁响应钻井液注入地下地层，所述地下地层在一些实施方案中可以是井。磁响应钻井液可以在地下地层内循环。在一些实施方案中，泥浆泵可以用于将磁响应钻井液注入地下地层。方法还可以包括向磁响应钻井液施加磁场以引起磁响应钻井液的流变变化。
68.在一些具体实施方案中，本公开涉及使用磁响应钻井液进行油气钻探的方法。方法可以包括将磁响应钻井液泵送通过钻柱到钻头并再循环磁响应钻井液。再循环流体可以允许磁响应钻井液冷却并润滑钻头并将岩屑提离钻头，从而将钻屑向上载运到地表以清洁井筒。磁响应钻井液可以另外提供流体静压力以支撑井筒的侧壁并防止侧壁塌陷到钻柱上。在一些实施方案中，可以施加磁场以引起磁响应钻井液的流变变化。
69.施加磁场可以包括使用磁场发生器。磁场发生器可以沿着钻柱、半永久地放置在钻孔中的装置、永久地放置在钻孔中的装置或这些的组合插入。磁场发生器可以包括例如，电磁铁、超导电磁铁、偶极环磁场发生器、亥姆霍兹线圈或线圈绕组和永磁体的组合。在线圈绕组和永磁体的组合的情况下，永磁体或线圈绕组可以旋转而另一个保持静止。能量可以以电能、来自钻柱的旋转能或两者的形式提供给电磁场发生器。使用旋转能和电能的组合来改进对磁场强度的控制可能是有利的。
70.磁场发生器可以沿着钻柱放置在任何地方。例如，磁场发生器可以沿钻柱放置在靠近钻头1％到2％、2％到3％、3％到4％、4％到5％、5％到6％、6％到7％、7％到8％、8％到9％、9％到10％、10％到15％、15％到20％、20％到25％处。例如，磁场发生器可以放置在距钻头1到2英尺(ft)、2到3ft、3到4ft、4到5ft、5 10ft、10到15ft、15到20ft、20到25ft、25到30ft、30到40ft、40到50ft、50到75ft、75到100ft、100到200ft、200到300ft、300到400ft、400到500ft、500到750ft、750到1000ft、1000到1500ft、1500到2000ft，或这些的任何组合的距离处。可以采用多个磁场发生器来控制沿钻柱的多个点处的磁场。
71.使用磁响应钻井液的方法还可以包括使用一个或多个传感器来确定磁响应钻井液在井下一个或多个位置处的流变特性。传感器可以被配置为确定粘度、钻井液泄漏、石油产品泄漏、磁响应钻井液中气体的存在、磁响应钻井液的温度、剪切速率、钻井液下垂，或在确定磁响应钻井液的所需粘度时可能有用的任何其他数据。这些传感器提供的数据可以使反馈回路能够选择和优化井下磁场强度。
72.根据一些实施方案，施加磁场可以使磁响应钻井液的牛顿粘度、塑性粘度、屈服点或这些的组合增加至少10％。
73.根据一些实施方案，施加的磁场至少为0.001特斯拉。例如，磁场可以是至少
0.001、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5，或甚至大于10特斯拉。
74.应注意，以下权利要求书中的一项或多项权利要求利用术语“其中(where)”或“其中(in which)”作为过渡短语。出于定义本发明技术的目的，应注意，此术语在权利要求书中作为用于引入结构的一系列特征的陈述的开放式过渡短语引入，并且应以与更常用的开放式前导术语“包括”相同的方式解释。出于定义本发明技术的目的，过渡短语“由
……
组成”可以在权利要求书中作为将权利要求的范围限制为陈述的组分或步骤和任何天然存在的杂质的封闭式前导术语引入。出于定义本发明技术的目的，过渡短语“基本上由
……
组成”可在权利要求书中引入以将一个或多个权利要求项的范围限制为陈述的要素、组分、材料或方法步骤以及不实质上影响所要求保护的主题的新颖特征的任何非陈述的要素、组分、材料或方法步骤。过渡短语“由
……
组成”和“基本上由
……
组成”可被解释为开放式过渡短语(如“包括”和“包含”)的子集，使得任何使用开放式短语来引入一系列要素、组分、材料或步骤的陈述应被解释为还使用封闭式术语“由
……
组成”和“基本上由
……
组成”公开一系列要素、组分、材料或步骤的陈述。举例来说，“包括”组分a、b和c的组合物的陈述应被解释为还公开“由组分a、b和c组成”的组合物以及“基本上由组分a、b和c组成”的组合物。在本技术中表达的任何定量值可被认为包含与过渡短语“包括”或“包含”相一致的开放式实施方案以及与过渡短语“由
……
组成”和“基本上由
……
组成”相一致的封闭式或部分封闭式实施方案。
75.如在说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一种(a)”、“一个(an)”和“所述”包括复数引用。动词“包括”及其共轭形式应解释为以非排他性方式引用要素、组分或步骤。所引用的要素、组分或步骤可以与未明确引用的其他要素、组分或步骤一起存在、利用或组合。
76.应当理解，分配给某特性的任何两个定量值可以构成所述特性的范围，并且在本公开中考虑由给定特性的所有所述定量值形成的范围的所有组合。已详细地并且通过参考特定实施方案描述本开的主题。应当理解，实施方案的组分或特征的任何详细描述不一定暗示组分或特征对于具体实施方案或任何其他实施方案为必要的。
77.对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不背离所要求的主题的精神和范围的情况下，可以对本文所述的实施方案进行各种修改和变更。因此，旨在本说明书覆盖所描述的各个实施方案的修改和变化，其条件是，此类修改和变化属于在所附权利要求书以及其等效物的范围内。除非在申请中另有说明，否则所有测试、特性和实验均在室温和大气压下进行。
78.当前所描述的主题可以包括一个或多个方面，所述一个或多个方面不应视为对本公开的教导内容的限制。第一方面可以包括磁响应钻井液，所述磁响应钻井液包括钻井液和多个超顺磁性纳米结构，其中：多个超顺磁性纳米结构设置在钻井液内；并且多个超顺磁性纳米结构包括超顺磁性氧化铁纳米颗粒(spion)和吸附在spion上的碳纳米管(cnt)。
79.第二方面可以包括使用磁响应钻井液的方法，包括：将包括钻井液和设置在钻井液内的多个超顺磁性纳米结构的磁响应钻井液引入地下地层；以及向磁响应钻井液施加磁场以引起磁响应钻井液的流变变化。
80.另一方面可以包括任何前述方面，其中spion包括平均直径介于1与1000纳米(nm)
之间的氧化铁颗粒。
81.另一方面可以包括任何前述方面，其中各个超顺磁性纳米结构具有介于10nm与150,000nm之间的平均外径。
82.另一方面可以包括任何前述方面，其中超顺磁性纳米结构还包括碳化硅纳米管(sicnt)。
83.另一方面可以包括任何前述方面，其中超顺磁性纳米结构还包括sicnt，并且硅与铁的质量比为1:1到1:60,000。
84.另一方面可以包括任何前述方面，其中磁响应钻井液在0.001特斯拉磁场中的牛顿粘度(μ)比磁响应钻井液在小于0.0000001特斯拉的磁场中的μ至少大10％。
85.另一方面可以包括任何前述方面，其中磁响应钻井液在0.001特斯拉磁场中的塑性粘度(pv)比磁响应钻井液在小于0.0000001特斯拉的磁场中的pv至少大10％。
86.另一方面可以包括任何前述方面，其中磁响应钻井液在0.001特斯拉磁场中的介电常数比磁响应钻井液在小于0.0000001特斯拉的磁场中的介电常数至少小10％。
87.另一方面可以包括任何前述方面，其中磁响应钻井液在0.001特斯拉磁场中的电导率比磁响应钻井液在小于0.0000001特斯拉的磁场中的介电常数至少小10％。
88.另一方面可以包括任何前述方面，其中磁响应钻井液在0.001特斯拉磁场中的屈服点(yp)比磁响应钻井液在小于0.0000001特斯拉的磁场中的yp至少大10％。
89.另一方面可以包括任何前述方面，其中磁响应钻井液包括按磁响应钻井液的总重量计算的0.001到10.0wt.％的超顺磁性纳米结构。
90.另一方面可以包括任何前述方面，其中磁响应钻井液包括水相。
91.另一方面可以包括任何前述方面，其中磁响应钻井液包括油相。
92.另一方面可以包括任何前述方面，其中磁响应钻井液包括一种或多种添加剂，所述添加剂选自以下各项组成的组：增重剂、液漏控制剂、循环漏失控制剂、表面活性剂、消泡剂、增粘剂，和这些的组合。
93.另一方面可以包括任何前述方面，其中多个超顺磁性纳米结构包括超顺磁性氧化铁纳米颗粒(spion)和吸附在spion上的碳纳米管。
94.另一方面可以包括任何前述方面，其中spion包括平均直径介于1与1000纳米(nm)之间的氧化铁颗粒。
95.另一方面可以包括任何前述方面，其中施加磁场包括使用磁场发生器。
96.另一方面可以包括任何前述方面，还包括使用一个或多个传感器来确定磁响应钻井液在井下一个或多个位置处的流变特性。
97.另一方面可以包括任何前述方面，其中施加的磁场至少为0.001特斯拉。
98.另一方面可以包括任何前述方面，其中施加磁场使磁响应钻井液的牛顿粘度、塑性粘度、屈服点或这些的组合增加至少10％。
99.已经详细地并且参考这些实施方案中的任何实施方案中的具体实施方案描述本公开的主题，应注意，本文中公开的各种细节不应视为暗示这些细节涉及本文描述的各个实施方案的基本组分的元素，即使在本说明书所附的每个附图中示出了特定元素的情况下也是如此。此外，显而易见，在不脱离本公开的范围的情况下可以进行修改和变化，包括但不限于所附权利要求书中限定的实施方案。更确切地说，尽管本公开的一些方面被标识为
特别有利，但是设想本公开不必限于这些方面。