CN105531442A - 用于在油气井中进行井下作业的组合物 - Google Patents
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Abstract
一种用于将非水性基础液增粘的组合物。所述组合物含有甘油碳酸酯且任选地含有具有以下通式的烷氧基化醇：其中R是2至18个碳原子的直链或支链烷基、或具有以下结构的芳基：其中R1是具有2至18个碳原子的支链或直链烷基，R2是H或CH3，R3是H或CH3，a是0至12并且b是1至12。所述基础液具有大于20％的环烷烃和约10％至约35％的异链烷烃。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年7月19日提交的美国申请号61/856,200的优先权，其公开内容通过引用结合在本文中用于全部目的。
发明领域
本发明涉及非水性液体的增粘，并且更具体地涉及井眼液的增粘。尤其是，本发明涉及活化剂，其用于将在多种用途(例如井眼液)中使用的亲有机性粘土剥落。
发明背景
亲有机性粘土广泛地在多种溶剂体系中用作流变控制剂。尤其是，亲有机性粘土已经发现了在井眼液中的广泛用途，用在与天然油气藏的开采、完井和生产相关的操作中。典型的操作包括钻井、压裂地下地层、改变地下地层的渗透性、测井操作、防砂、封隔液等。
尤其是，在深井钻井中，在油基泥浆中使用亲有机性粘土具有一定优势，尽管它们初始成本明显较高。在水敏感性地层，例如溶胀性页岩、不溶盐地层中，以及在高温下，油基液体的优势是明显的。这些液体用于钻柱润滑，尤其是在对曲线井或斜井进行钻井中，用于腐蚀保护，并且它们具有可再利用这一另外优势。
在油基井眼液中，以及其他非水基流体(即二醇醚类)中，亲有机性粘土的主要功能之一是起增粘剂的作用。然而，公知的是，为了亲有机性粘土在非水性井眼液中溶胀或使非水性井眼液增粘，通常必须使用少量作为活化剂的极性分子。典型的用于与粘土型触变性增粘剂如亲有机性粘土一起使用的活化剂包括水、乙醇、甲醇、二醇、硅酸钠、氟化钠、硅氟化镁、碳酸钙、极性疏质子化合物等。特别优选的并且广泛使用的活化剂是碳酸亚丙酯。
发明概述
在一个方面中，本发明提供一种剥落剂(exfoliatingagent)，用于非水性液体尤其是非水性井眼液中。
在另一个方面中，本发明提供用于在非水性液体中使用的增粘包装。
在又一个方面中，本发明提供包含非水性液体(例如烃系液体)、亲有机性粘土和剥落剂的井眼液。
在还又一个方面中，本发明提供包含具有显著含量的环烷烃(naphthenics)和/或支化烃类的烃类液体、亲有机性粘土和剥落剂的井眼液。
根据以下详细描述，本发明的这些和另外的特征和优点将会变得显而易见，其中参照了附图中的图。
优选实施方案详述
术语“井眼液”或类似的术语是指在来自地下地层的油和气的勘探、钻井或生产的任何阶段中使用的任何液体。
如将在以下看出的，本发明的组合物可以采用基础油(baseoil)，所述基础油包括纯烃混合物以及与含氧化合物混合的烃。通常，在本发明的组合物中有用的基础油包括具有显著含量的环烷烃和/或高度支化的链烷烃的基础油。一般而言，基础油可以含有约20％至约99％以上的环烷烃、异链烷烃或其混合物。具体地，具有该组成的基础油将含有约C8至约C30。在下表1中，示出了可以用于本发明的组合物中的多种多样的基础油的非限制性实例。
表1
如从上表1可以看出的，基础油可以包括液态烃，所述液态烃具有约10％至约35％的异链烷烃、约30％至约73％的环烷烃并且具有约C8至约C30碳链长度。如还可以从上表1看出的，某些基础油可以包括显著量的直链链烷烃，而其他的可以含有少量含氧物质如醇类、酯类等。如应当从表1进一步明确的，某些基础油可以含有烯烃，而其他的(例如柴油)可以含有显著量的芳族化合物。表1说明，本发明的组合物可以有利地使用多种基础油，其全部都具有显著的烃油含量，虽然在某些情况下可以存在其他化合物。
可以用于本发明组合物的亲有机性粘土包括任何其中与粘土有关的无机阳离子已经被有机阳离子如季铵阳离子替代的粘土。适合的亲有机性粘土包括：绿土(smectite)型、锂蒙脱石粘土或其他粘土与有机阳离子即季铵阳离子(有时被称为亲有机性粘土胶凝剂)的反应产物；绿土粘土；高岭土粘土；等等。根据本发明的一个方面，用作触变增粘剂的优选的亲有机性粘土是选自由下列各项组成的组的绿土型粘土：膨润土、锂蒙脱石、蒙
脱石、绿脱石、贝得石(biedellite)、皂石、富镁蒙脱石、及其混合物，最优选膨润土或锂蒙脱石。在所使用的粘土是粘土和季铵化合物的反应产物的情况下，优选的季铵阳离子选自由下列各项组成的组：甲基三氢化牛脂铵、二甲基脱氢牛脂铵、二甲基苄基氢化牛脂铵、甲基苄基脱氢牛脂铵、和它们的混合物。适合用于与在本文中所描述的组合物一起使用的示例性的有机粘土和粘土胶凝剂在以下美国专利中给出，其所有相关部分通过引用结合在本文中：美国专利号2,531,427；美国专利号2,966,506；美国专利号4,105,578；和美国专利号4,208,218。适合与在本文中所描述的组合物一起使用的示例性的可商购亲有机性粘土是可从SouthernClayProducts，Inc.，Gonzalez，Tex.，U.S.A.获得的CLAYTONE.RTM.IMG400ClaytoneER、ClaytoneEM、和ClaytoneII，或者Bentone34、Bentone150和BENTONE.RTM.38Organoclay(商用锂蒙脱石系产品，可从许多供应厂商获得)。
本发明的剥落剂通常包含与特定烷氧基化醇混合的甘油碳酸酯。本发明中可用的烷氧基化醇将具有以下通式：
其中R是2至18个碳原子的直链或支链烷基，或具有以下结构的芳基：
其中R1是具有2至18个碳原子的支链或直链烷基
R2是H或CH3
R3是H或CH3
a是0至12
并且b是1至12。
本发明的剥落剂将会通常包含约10％至约100％的甘油碳酸酯和约0％至约90％的烷氧基化醇，其中所有含量是基于甘油碳酸酯和烷氧基化醇的组合重量按重量计的。不过将会理解的是，不同的剥落剂在不同基础油中具有不同效果。因此应当调节剥落剂的组成以匹配所谈论的基础油。
剥落剂可以以任何数目的方式合并至井眼液中，要么通过单独或预先添加至基础油和/或粘土，要么通过在制备井眼液时与基础油、粘土和其他成分混合。在某些情况下，可以单独或与其他组分一起使用包含剥落剂和亲有机性粘土的“丸剂”，丸剂在合理的时间注入到井眼中。
在之后的实施例中使用的烷氧基化醇是由SasolNorthAmerica，Inc.以商品名销售的乙氧基化醇。如本领域技术人员公知的，乙氧基化醇通过在适合反应条件下使各种醇与环氧乙烷反应形成。所得乙氧基化醇因此具有来自醇的烷基链残基和所需数量的乙氧基基团。作为实例，名为1012-9的乙氧基化醇表示乙氧基化醇具有平均碳数10-12的烷基链长度和9个乙氧基基团。名为23E9的乙氧基化醇将会含有12-13个碳原子的具有9个乙氧基基团的烷基链。
通常，本发明的组合物将会含有约95％至约98％的基础油、约1％至约5％的亲有机性粘土和约0.005％至约1％的剥落剂，其中所有含量是基于总组合物的重量％。
为了更充分地说明本发明，以下示出非限制性实例。
实施例1
将三克II亲有机性粘土分散在100mL含有1mL剥落剂的柴油中。剥落剂在下表2中示出。在表2中示出的剥落剂也用在实施例2-7中。
表2
将混合物混合三分钟并且之后在TURRAX高剪切混合机上于中-高(3)剪切一分钟。样品在室温下老化过夜16小时。随后将样品再均质化30秒并在Grace3600Viscometer上测试。结果在图1中示出，并表明使用100％甘油碳酸酯获得最高粘度。
实施例2
重复实施例1的实验，但使用的基础油是ODC-15。结果在图2中示出，并表明使用80％甘油碳酸酯和20％烷氧基化醇获得最高粘度。
实施例3
重复实施例1的实验，但使用的基础油是LPA。结果在图3中示出，并表明使用80％甘油碳酸酯和20％烷氧基化醇获得最高粘度。
实施例4
重复实施例1的实验，但使用的基础油是LPA-142。结果在图4中示出，并表明使用70％甘油碳酸酯和30％烷氧基化醇获得最高粘度。
实施例5
重复实施例1的实验，但使用的基础油是LPA-170。结果在图5中示出，并表明使用70％甘油碳酸酯和30％烷氧基化醇获得最高粘度。
实施例6
重复实施例1的实验，但使用的基础油是LPA-210。结果在图6中示出，并表明使用80％甘油碳酸酯和20％烷氧基化醇获得最高粘度。
实施例7
重复实施例1的实验，但使用的基础油是HF-1000。结果在图7中示出，并表明使用80％甘油碳酸酯和20％烷氧基化醇获得最高粘度。
实施例1-7的概括示于下表3中。
表3
如从表3中的数据可以看出的，对于大部分基础油，本发明的剥落剂显示了提高组合物粘度的显著能力。
比较例8
为了更充分地证明本发明剥落剂的功效，使用四种示于表1中的基础油重复实施例1的操作。如以上指出的，与含有亲有机性粘土的油基钻井液一起使用的最广泛使用的剥落剂中的一种是碳酸亚丙酯。通过比较以上表3和以下表4中的数据，可以容易地看出，剥落亲有机性粘土时，本发明的剥落剂明显优于碳酸亚丙酯。
表4
| 溶剂 | 碳数 | 碳范围 | 剥落剂 | 参考粘度0.0171/sec剪切速率(cP) |
| 柴油 | 17 | 10-24 | 100％甘油碳酸酯 | 0.0 |
| ODC-15 | 13 | 10-16 | 100％甘油碳酸酯 | 11,748 |
| LPA-170 | 13 | 12-14 | 100％甘油碳酸酯 | 0 |
| HF-1000 | 14 | 12-16 | 100％甘油碳酸酯 | 0 |
本发明的优点之一是以下事实：在所述剥落剂和粘土的组合物中，不需要存在水。众所周知，水除了与亲有机性粘土反应，还可以与其他添加剂如瓜尔胶、黄原胶等相互作用。但是，应该理解的是，在某些情况中，加入少量的水作为共活化剂可以进一步增强所得到的亲有机性粘土悬浮液介质的悬浮特性。当使用时，水通常将会以基于亲有机性粘土的约30重量％至约50重量％的量在组合物中存在。
尽管在以上描述中提到与在井眼液中使用的亲有机性粘土一起使用本发明的剥落剂，应理解的是，本发明不限于此。如本领域技术人员公知的，活化的亲有机性粘土因其在许多类型有机液体中的胶凝和粘度增加能力而众所周知。因此，除了井眼液(例如钻井液)之外，它们还发现了在涂料、油脂和玻璃纤维树脂中的广泛用途。它们也可以在化妆品、墨水和抛光剂中使用。
应认识到的是，当用作井眼液时，本发明的组合物可以含有根据井眼液的特定用途而调节的某些成分。因此，例如，如果井眼液是用于密封地下区域的密封组合物，则还可以使用水溶性粘土、交联剂、分散剂、水泥、填料等。在适用于控压钻井(MPD)的粘度井处理液组合物的情况中，组合物还可以包含乳化剂、润湿剂、滤失控制添加剂和加重材料。此外，如公知的，完井液通常由含有如氯化铵、氯化钠、溴化钠等这样的材料的澄清盐水组成。可以使用本发明的组合物改善所得到的完井液的添加剂的分散，使得悬浮粒子在被引入至完井液之前保持较长时间的悬浮或在较高温度下的悬浮。根据本发明的压裂液除了增粘包装之外可以包含支撑剂、某些聚合物材料和其他成分。针对某些目的采用多种井眼液的方法是本领域技术人员公知的并且也是本发明所预期的。通常，本发明的井眼液可以包含选自由下列各项组成的组的添加剂：乳化剂、润湿剂、增粘剂、增重剂、滤失控制剂、支撑剂、和用于形成砾石充填的颗粒剂。
尽管已经在本文中一些细节方面描述了本发明的具体实施方案，这仅是出于解释本发明的多个方面的目的而完成的，并且并非意在限制如以下权利要求中所定义的本发明的范围。本领域技术人员将会理解，所示出和描述的实施方案是示例性的，并且在不背离其范围的情况下，可以在本发明的实施中做出多种其他替换、变更和修改，包括但不限于在本文中具体讨论的那些设计替代方案。
Claims (23)
1.一种用于将非水性基础液增粘的剥落剂，所述剥落剂包含：
甘油碳酸酯；和
亲有机性粘土。
2.根据权利要求1所述的剥落剂，所述剥落剂还包含：
具有以下通式的烷氧基化醇：
其中R是2至18个碳原子的直链或支链烷基或具有以下结构的芳基：
其中R1是具有2至18个碳原子的支链或直链烷基，
R2是H或CH3，
R3是H或CH3，
a是0至12，
并且b是1至12。
3.根据权利要求2所述的剥落剂，其中基于总剥落剂，所述甘油碳酸酯以10重量％至100重量％的量存在，并且所述烷氧基化醇以最多90重量％的量存在。
4.根据权利要求2所述的剥落剂，其中基于总剥落剂，所述甘油碳酸酯以80重量％的量存在，并且所述烷氧基化醇以20重量％的量存在。
5.根据权利要求2所述的剥落剂，其中基于总剥落剂，所述甘油碳酸酯以70重量％的量存在，并且所述烷氧基化醇以30重量％的量存在。
6.根据权利要求2所述的剥落剂，其中基于总剥落剂，所述甘油碳酸酯以60重量％的量存在，并且所述烷氧基化醇以40重量％的量存在。
7.根据权利要求2所述的剥落剂，其中所述亲有机性粘土是选自由下列各项组成的组的绿土型粘土：膨润土、锂蒙脱石、蒙脱石、绿脱石、贝得石、皂石、富镁蒙脱石和它们的混合物。
8.一种井眼液，所述井眼液包括：
烃基础油；
剥落剂，所述剥落剂包含甘油碳酸酯；和
亲有机性粘土。
9.根据权利要求8所述的井眼液，其中所述剥落剂还包括：
具有以下通式的烷氧基化醇：
其中R是2至18个碳原子的直链或支链烷基或具有以下结构的芳基：
其中R1是具有2至18个碳原子的支链或直链烷基，
R2是H或CH3，
R3是H或CH3，
a是0至12，
并且b是1至12。
10.根据权利要求8的井眼液，其中所述基础油包含大于20％的环烷烃。
11.根据权利要求8所述的井眼液，其中所述基础油包含10％至35％的异链烷烃。
12.根据权利要求9所述的井眼液，其中基于总剥落剂，所述甘油碳酸酯以10重量％至100重量％的量存在，并且所述烷氧基化醇以最多90重量％的量存在。
13.根据权利要求9所述的井眼液，其中基于总剥落剂，所述甘油碳酸酯以80重量％的量存在，并且所述烷氧基化醇以20重量％的量存在。
14.根据权利要求9所述的井眼液，其中基于总剥落剂，所述甘油碳酸酯以70重量％的量存在，并且所述烷氧基化醇以30重量％的量存在。
15.根据权利要求9所述的井眼液，其中基于总剥落剂，所述甘油碳酸酯以60重量％的量存在，并且所述烷氧基化醇以40重量％的量存在。
16.根据权利要求9所述的井眼液，其中所述亲有机性粘土是选自由下列各项组成的组的绿土型粘土：膨润土、锂蒙脱石、蒙脱石、绿脱石、贝得石、皂石、富镁蒙脱石和它们的混合物。
17.根据权利要求9所述的井眼液，其中基于总组合物，所述亲有机性粘土以1重量％至5重量％的量存在，并且所述剥落剂以0.005重量％至1重量％的量存在。
18.根据权利要求9所述的井眼液，所述井眼液还包含：
基于所述亲有机性粘土的30至50重量％的量的水。
19.根据权利要求9所述的井眼液，所述井眼液还包含：
添加剂，所述添加剂包括乳化剂、润湿剂、增粘剂、增重剂、滤失控制剂、支撑剂和用于形成砾石充填的颗粒剂中的至少一种。
20.一种处理井眼的方法，所述方法包括：
向所述井眼中引入权利要求2所述的组合物和添加剂，所述添加剂包括乳化剂、润湿剂、增粘剂、增重剂、滤失控制剂、支撑剂、和用于形成砾石充填的颗粒剂中的至少一种。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述处理包括钻井。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述处理包括将井压裂。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述处理包括形成砾石充填。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |