[發明專利]頁巖水合抑制劑

有效

• 申請號: 201780085982.0
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN110268034B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: B·B·史密斯;R·H·彼得內利亞;J·布萊塞爾
• 申請（專利權）人: 贏創運營有限公司
• 主分類號: C09K8/035
• 分類號: C09K8/035;C09K8/06
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 于輝

用于控制鉆孔地層中的粘土膨脹而不會不利地影響鉆井液性質的添加劑包括雙?3?氨基丙基醚胺官能團，其衍生物或其混合物。所述胺通過末端羥基官能團的雙氰乙基化和隨后的腈端基氫化成雙?3?氨基丙基伯胺而得到。所述骨架包含基于環氧乙烷(EO)、環氧丙烷(PO)和丁基二醚或聚醚的所有潛在異構體的二醚或聚醚。這種雙?3?氨基丙基醚胺可包括但不限于具有下式的胺：H₂N?R’?O?(RO)x?R’?NH₂及其混合物，其中R’是(CH2)3和R是：1)C₂H₄，其中x是2?10，或2)支化C₃H₆，其中x是1?17，或3)支化或線性C₄H₈，其中x是1?15，或4)線性C₆H₁₂，其中x是1，或5)環己基?1,4?二甲基，其中x是1，包括但不限于，Jeffamines(D、M或XTJ系列聚醚胺)，氯化鉀，氯化膽堿和包括胺的偏酸鹽的衍生物，如無機酸或具有1?6個碳的羧酸的鹽。

發明背景

在地下井的旋轉鉆探中使用的鉆井液預期要執行許多功能。例如，鉆井液需要從鉆頭下方沿著環形空間運送切屑，從而允許它們在表面處分離。同時，鉆井液也要冷卻和清潔鉆頭，減少鉆柱與孔側壁之間的摩擦，并保持鉆孔無套管部分的穩定性。鉆井液還要形成過濾器，其密封鉆頭穿透地層所形成的開口，以減少來自可滲透巖石的不希望的地層流體的流入。此外，在鉆探地下井時，地層固體通常分散在鉆井液中。這些地層固體通常包括鉆頭作用下產生的鉆屑及鉆孔不穩定性產生的固體。在鉆井液中存在任何一種所述地層固體都會大大增加鉆探時間和成本，特別是當所述地層固體是膨脹的粘土礦物時。伴隨粘土膨脹的體積的總體增加阻礙了鉆頭下方的鉆屑的移除，增加了鉆柱與鉆孔側壁之間的摩擦，抑制了形成密封地層的薄過濾器，并導致循環損失或管堵塞。因此，鉆井液的另一個功能是減少地層固體，特別是膨脹的粘土礦物的不利影響。

在地下井的鉆探中遇到的粘土礦物通常是本質上結晶的，具有薄片狀云母型結構。所述粘土的“薄片”由許多面對面堆疊的晶體片晶組成。每個片晶被稱為一個單位層，所述單位層的表面被稱為基表面。一個單位層由多個片組成。一種類型的片，即八面體片，由與羥基的氧原子八面體配位的鋁或鎂原子組成。另一種類型的片，即四面體片，由與氧原子四面體配位的硅原子組成。單位層內的片通過共享氧原子連接在一起。當這種連接發生在一個八面體和一個四面體片之間時，一個基表面由暴露的氧原子組成，而另一個基面具有暴露的羥基?；蛘?，兩個四面體片可以通過共享氧原子與一個八面體片結合。所得到的結構，稱為霍夫曼結構，具有夾在兩個四面體片之間的八面體片。結果，霍夫曼結構中的兩個基表面都由暴露的氧原子組成。所述粘土的各個單元層面對面堆疊在一起，并通過弱吸引力保持在適當位置。相鄰單元層中相應平面之間的距離稱為c-間距。

在粘土礦物晶體中，具有不同價鍵的原子通常會位于所述結構的片內，以在晶體表面產生負的電位。當所述粘土晶體懸浮在水中時，陽離子可被吸附在表面上，并且這些被吸附的陽離子(通常稱為可交換的陽離子)可以與其它陽離子在化學上交換位置。此外，離子也可以被吸附在所述粘土晶體邊緣上并與水中的其它離子交換。

在粘土晶體結構中發生的取代類型和吸附在所述晶體表面上的可交換陽離子極大地影響粘土膨脹。粘土膨脹是水分子圍繞粘土晶體結構并且自身定位以增加結構的c-間距的現象，其導致粘土體積的增加?？赡馨l生兩種類型的膨脹，表面水合或滲透。只有某些粘土(如鈉蒙脫石)表現出滲透膨脹，而所有粘土都表現出表面水合膨脹。

表面水合膨脹涉及水分子與暴露在晶體表面上的氧原子的氫鍵結合，其導致水分子層對齊以在單元之間形成準晶體結構，從而增加所述c-間距。在滲透膨脹中，如果粘土礦物中單元層之間的陽離子濃度高于周圍水中的陽離子濃度，則將在所述單元層之間滲透地吸水，從而增加c-間距。滲透膨脹導致的粘土膨脹通常大于表面水合所導致的膨脹。