[發明專利]改進的粘土和頁巖抑制劑及使用方法

有效

• 申請號: 201380038525.8
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN104471017B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: C·A·威瑟姆;J·L·德亞文珀特;M·K·波因德克斯特
• 申請（專利權）人: 陶氏環球技術有限責任公司
• 主分類號: C09K8/22
• 分類號: C09K8/22
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 吳亦華

發明領域

本發明涉及鉆探工業的頁巖水化抑制劑，具體地說是有效降低與鉆探和建造石油工業的油氣井中使用的液體發生接觸的粘土和頁巖的反應性、例如抑制溶脹的二季胺醇化合物。

發明背景

在旋轉鉆井中，鉆井液在整個地下井中循環以運載鉆頭的鉆屑并將這些鉆屑輸送到地面。同時，鉆井液冷卻和清潔鉆頭，以及降低鉆柱和鉆孔之間的摩擦，并且還穩定井的未加固部分。通常，鉆井液形成低滲透性濾餅以密封與周圍地質構造相關的任何滲透性。

鉆井液可以按照它們的液體基礎分類：具有固體粒子懸浮在油連續相中的油基液，并且，可能地，水或鹽水可以用所述油乳化。或者，水基液包含懸浮在水或鹽水中的固體粒子?？梢韵蛩@井液有意或無意地添加各種固體：a)有機聚合物或粘土，用于賦予粘度和過濾性質；b)不可溶的無機礦物質，增加所述液體密度及幫助減少液體損失；c)可溶性鹽，用于增加所述泥漿的密度；和d)在鉆孔操作期間，地層固體可以分散到鉆井液中。

分散在鉆井液中的地層固體包括鉆出的鉆屑、土壤、和周圍不穩定地層的固體。當地層產生的固體是有反應性的粘土礦物，所述反應性例如溶脹、分散、遷移或經歷溶脹引起的遷移時，這可潛在危害鉆井時間和增加成本。

粘土通常由具有暴露的表面羥基的鋁硅酸鹽礦物質的片或層構成。所述粘土表面的基面(basal plane)是帶負電荷的，因此陽離子容易吸附在所述表面上。這些陽離子可以是可交換的。在粘土結構內取代和存在可交換的陽離子影響粘土在水中溶脹的趨勢。例如以水分子吸附在粘土表面上的表面水化產生溶脹。許多類型的粘土可通過這種方式溶脹。

另一種類型的溶脹被稱作滲透溶脹，當層間離子濃度浸提(leach)粘土單位層之間的水時，溶脹所述粘土。只有一些粘土可經歷滲透溶脹。所有類型的粘土和頁巖的不穩定性，例如溶脹，都可引起一系列問題。例如，可增加鉆柱與鉆孔側之間的牽拉力。這可引起液體循環量的損失和鉆柱與鉆頭粘著。

這是開發有效的粘土不穩定性抑制劑對油氣勘探行業而言之所以重要的原因。本發明致力于這些困難的解決方案。

許多類型的粘土抑制劑是已知的，包括使用無機鹽例如氯化鉀。已經提交了許多專利描述可用于抑制粘土溶脹的技術或產品。沒有完全匯總所述專利文獻，舉例來說，我們可引用的抑制劑組合物基于：a)無機磷酸鹽，在USP 4,605,068中描述；b)聚烷氧基二胺和它們的鹽，其在USP 6,484,821；6,609,578；6,247,543；和US20030106718中描述；c)USP 5,908,814中描述的膽堿衍生物；d)低聚亞甲二胺和它們的鹽，在USP 5,771,971和美國公布No.20020155956中描述；e)羧甲基纖維素和有機胺的加成產物，在WO 2006/013595中描述；f)1,2-環己烷二胺和/或它們的鹽，在WO2006/013597中描述；g)烷氧基化多元醇的磷酸酯的鹽，在WO2006/013596中描述；h)部分水解的丙烯酸類共聚物、氯化鉀和聚陰離子纖維素的組合，在USP 4,664,818中描述；i)季銨化合物，在USP 5,197,544和5,380,706中描述；j)基于二烷基氨基烷基甲基丙烯酸酯的聚合物，在USP 7,091,159中描述；k)包含具有親水和疏水基的聚合物的水溶液，在USP 5,728,653中描述；和l)多羥基烷烴和環氧烷的反應產物，在USP 6,544,933中描述。

發明內容

本發明是水基鉆井液組合物和使用所述水基鉆井液組合物來降低鉆探操作中粘土和頁巖的反應性例如溶脹的方法，其中所述水基鉆井液包含水基連續相、反應性粘土或頁巖材料、和包含具有下式的二季胺醇化合物的頁巖水化抑制劑：

其中

R是具有1至6個碳的烷基，優選具有1、2、3、4、5或6個碳的烷基，更優選甲基；