用於抑制粘土的溶脹的新穎試劑、包含所述試劑的組合物以及實施所述試劑的方法

2023-08-10 12:40:56 3

用於抑制粘土的溶脹的新穎試劑、包含所述試劑的組合物以及實施所述試劑的方法
【專利摘要】本發明涉及一種新的添加劑作為用於抑制粘土的溶脹的試劑的用途，特別是在鑽探領域。更具體地，本發明涉及特定的二胺與二酸鹽作為用於抑制含水介質中粘土溶脹的試劑的用途，以及包含根據本發明的鹽的鑽井或水力壓裂液組合物以及實施所述鹽的鑽探或水力壓裂方法。
【專利說明】用於抑制粘土的溶脹的新穎試劑、包含所述試劑的組合物 以及實施所述試劑的方法
[0001] 本發明的主題是一種新穎的添加劑作為粘土溶脹抑制劑，尤其是在鑽探領域中的 用途。更具體地，本發明目的在於二胺與二酸的一種特定鹽作為含水介質中粘土溶脹的抑 製劑的用途，以及還有在於一種包含根據本發明的鹽的鑽井液組合物或水力壓裂液組合物 以及使用所述鹽的鑽探或水力壓裂方法。

【背景技術】
[0002] 在鑽井作業過程中，尤其是當目的是採收地下石油和/或天然氣田而進行鑽井 時，採用了鑽井液旨在潤滑、清潔並且冷卻鑽探工具和鑽頭，和/或排出在鑽探過程中破碎 的物質（清除的巖石或鑽屑）。鑽井液還用於清潔該井。它們還提供了在固結前支撐井壁 所必需的壓力。這種流體通常被稱為"鑽探泥漿"。在鑽探之後，井壁總體上用水泥材料固 結。
[0003] 在鑽井過程中，特別是在旨在生產石油和/或天然氣的鑽井過程中，鑽探經常是 通過泥質巖（特別是通過頁巖）進行的。
[0004] 泥質巖層所造成的問題是眾所周知的。當通過使用水基鑽井液鑽探而滲透這些巖 層時，通過離子交換和水合作用在泥質結構內發生複雜的化學反應。
[0005] 這些反應導致粘土的溶脹，鑽探穿過的巖層的泥質顆粒的崩解或分散。
[0006] 這種粘土的溶脹不僅在鑽探壁方面而且在鑽井液方面以及在儲集巖方面都造成 問題。
[0007] 表述"儲集巖"應理解為是指包括待提取的石油和/或天然氣的巖層。
[0008] 由於粘土的水合作用，分散的顆粒汙染了鑽井液和儲集巖，並且崩解對井壁的穩 定性是不利的。這些粘土的溶脹還通過幹擾流體的流動或鑽探工具的通道而引起操作問 題。
[0009] 沿著井壁，溶脹造成突起，這些突起幹擾鑽井液和鑽探工具的運動。此外，溶脹可 能導致崩解，從而造成沿著的壁隆起。這些隆起和突起可在井中產生機械弱點。
[0010] 在鑽井液中，崩解的泥質材料被釋放到流體中並且呈現了流體的粘度控制的問 題：該泥質材料，尤其是在高濃度的鹽（鹽水）的存在下，具有大大增加粘度的傾向。這種 粘度的增加變得有害，並且如果它太高，會損害鑽探工具。該井甚至可能變得不可用。
[0011] 此外，清除的泥質巖在鑽井液中可能有聚集在一起的傾向（"鑽頭結球 (bit-balling)"現象）。總體上，它被稱為吸積現象。該吸積可能會干擾流體和工具的運 動。此外，它們可以圍繞鑽頭粘附並聚集在一起並且從而阻塞它。
[0012] 在泥質巖層中在鑽探過程中由粘土的溶脹帶來的問題是與粘土 /鑽井液相互作 用的現象緊密相連的，尤其是在粘土-水接觸過程中。
[0013] 現有摶術/問穎
[0014] 在石油開採領域中，上面提及的問題尤其是在使用無水鑽井液（例如其中連續相 是基於一種液烴的流體）得以解決。但是用這些類型的"油基"泥漿鑽探具有很多缺點：該 流體的高昂成本，鑽探造成的流出物和碎屑的油的毒性並且尤其是汙染。關於廢物處理的 現行法規從此導致處理成本和技術使得油基泥漿很經常不可能使用。
[0015] 因此，目前，研究與開發基本上集中在含水體系中以便找到限制粘土溶脹現象的 添加劑。這些添加劑被稱為"粘土溶脹抑制劑"並且它們的目的在於防止流體沿壁滲入到 巖石中、滲入到懸浮的清除的巖石中，並抑制溶脹和/或崩解。
[0016] 在這些添加劑之中，它們特別是以下各項：
[0017] -礦物鹽類（KCl、NaCl、CaCl2等），其中KC1無疑是用於抑制粘土的溶脹的最常用 的鹽。事實上，鉀離子是一種很好的抑制劑，其降低了粘土片之間的靜電排斥並因此降低了 粘土的溶脹。儘管Na+離子作為抑制劑不如K+離子，NaCl的使用也是廣泛的，尤其是與矽 酸鹽、多元醇或甲基葡萄糖苷組合時。礦物鹽類的其他溶液，如CaCl 2、或CaBr2、ZnCl2、MgCl2 或MgBr2以及ZnBr2也被廣泛地用作溶脹抑制劑。然而，越來越多地尋求避免在該領域中使 用這些化合物，因為無機鹽類（尤其是氯化物鹽）對用於固結井壁的水泥具有有害的作用，
[0018] -有機一元酸鹽類，尤其是具有式RC001T其中R = Η或CH3並且M+ = Na+、K+或 Cs+的溶解的鹼金屬甲酸鹽或鹼金屬乙酸鹽，
[0019] -二胺鹽類，如在專利申請US 2006/0289164中所描述的，其抗衡離子是一元酸 (如甲酸）、無機酸、或其他酸如羥基酸（蘋果酸或檸檬酸）；以及更特別地己二胺與無機酸 (如鹽酸）或單官能有機酸（如甲酸）的鹽類，如在專利申請US 2002/0155956中所描述 的，
[0020] -用來固結壁的聚合物（"井筒固結"）。因此目前使用的是部分水解的聚丙烯醯 胺（PHPA)。專利FR 2185745描述了這樣一種用途。這些聚合物在壁的表面上形成了一種 聚合物膜，封裝清除的巖石，並且從而抑制了粘土的水合作用。然而這些聚合物的性能是有 限的，因為他們具有在高濃度下使流體太粘的傾向。此外，這些聚合物的性能在高溫高壓 (HTHP)鑽探條件下由於其有限的水解穩定性是有限的。此外，這些聚合物在其使用期間由 於其低剪切阻力而降解。因此，需要替代解決方案。
[0021] 越來越嚴格的法規目的在於限制對人類或對環境危險的產品的使用和/或處置 的風險。遲早，在一些國家，在鑽井泥漿的過度酸化的情況下，將不再有可能使用此類腐蝕 性添加劑（如己二胺），或有可能使刺激性和/或腐蝕性產品進入大氣中的添加劑（例如羥 基酸或甲酸）。因此，需要替代解決方案。
[0022] 因此，對於提供粘土溶脹抑制劑仍然存在一種需要，這些粘土溶脹抑制劑在其應 用中表現地甚至更好，並且對人類或對環境的危險更小。
[0023] 發明簡要說明
[0024] 為此目的，本發明提供了二胺與二羧酸的一種鹽作為抑制粘土在含水介質中溶脹 的試劑的用途，該二羧酸對應於下式I :
[0025] HOOC-A-COOH(I)
[0026] 其中A是共價鍵或者飽和的或不飽和的、直鏈的或支鏈的二價脂肪族烴基，在這 兩個C00H端基之間延伸的其主直鏈具有1至3的碳數。
[0027] 本發明還涉及一種鑽井液組合物或水力壓裂液組合物，其特徵在於它包含根據本 發明的二胺與二酸的至少一種鹽、液體載體和任選的被溶解或分散在該液體載體中的添加 劑。
[0028] 最後本發明涉及一種鑽探方法（其中在至少一個步驟中使用了一種根據本發明 的鑽井液組合物）以及一種水力壓裂方法（其中在至少一個步驟中使用了根據本發明的水 力壓裂液組合物）。
[0029] 發明詳細說明
[0030] 用途
[0031] 本發明使用了二胺與二羧酸的鹽，其中該二羧酸（被稱為"二酸"）對應於上式I。
[0032] 在此式中，A是共價鍵或者飽和的或不飽和的、直鏈的或支鏈的二價脂肪族烴基， 在這兩個C00H端基之間延伸的其主直鏈具有1至3的碳數。
[0033] 將理解的是A不間雜有雜原子並且不攜帶其他官能基團（除在式I的鏈端的兩個 羧酸官能團之外），或者在其主鏈上或在可能的支鏈基團上。還將理解的是A不是環狀的。
[0034] 優選地，當A為一個支鏈的脂肪族基團時，該一個或多個支鏈基團具有從1至3範 圍內的碳數。優選地，涉及的是甲基或乙基。
[0035] 有利地，當A為一個支鏈的脂肪族基團時，它包括最多兩個支鏈基團，優選只有一 個。
[0036] 作為根據本發明可接受的A基團的實例，可以提及的是：
[0037] _(CH2)n_，其中η為從1至3的一個整數，
[0038] -CH(CH3)_(CH2)m-，其中 m 為從 0 至 2 的一個整數，
[0039] -C(CH3)2-(CH2)。-，其中 〇 為從 0 至 2 的一個整數，
[0040] -CH(CH2CH3)-(CH2) P-，其中 p 為從 0 至 2 的一個整數，
[0041] -CH = C (CH3) - (CH2) Γ (順式或反式），其中q等於0或1，
[0042] -CH = CH-(CHU順式或反式），其中r等於0或1，
[0043] -C ( = CH2) - (CH2) s_，其中 s 為從 0 至 2 的一個整數，
[0044] -CH2-CH(CH3) -CH2-,
[0045] _CH2_C (CH3) 2_CH2_j
[0046] -CH2_CH (CH2CH3) -CH2_。
[0047] 根據一個有利的實施例，本發明的二酸選自丙二酸、琥珀酸、戊二酸、甲基丙二酸、 二甲基丙二酸、乙基丙二酸、中康酸、甲基琥珀酸、乙基琥珀酸、馬來酸、富馬酸、衣康酸、甲 基戊二酸以及戊烯二酸。
[0048] 優選地，該二酸選自丙二酸、琥珀酸、戊二酸、甲基丙二酸、二甲基丙二酸、乙基丙 二酸、甲基琥珀酸、乙基琥珀酸以及甲基戊二酸。
[0049] 還更優選地，該二酸選自琥珀酸、戊二酸以及甲基戊二酸。
[0050] 根據本發明的二胺與二羧酸的鹽還使用一種二胺。
[0051] 根據一種有利的形式，該二胺是具有下式II的伯二胺：
[0052] H2N-Z-NH2(II)
[0053] 其中Z是飽和的或不飽和的、直鏈的或支鏈的二價脂肪族或脂環族烴基，任選地 間雜有雜原子，在兩個NH 2端基之間延伸的其主鏈具有小於或等於12,優選地從4至12的 碳數。
[0054] 術語"間雜有雜原子的"將理解為是指該鏈可以間雜有一個或多個選自N、S、0或 P (優選N)的原子。
[0055] 優選地，當Z為一個支鏈的（環）脂肪族基團時，該一個或多個支鏈基團具有小於 或等於3的碳數。優選地，涉及的是甲基或乙基。有利地，當Z為一個支鏈的（環）脂肪族 基團時，它包括最多兩個支鏈基團，優選只有一個。
[0056] 作為根據本發明可接受的Z基團的實例，可以提及的是：
[0057] _(CH2)n，-，其中η'為從2至12,優選從4至12的一個整數，
[0058] -CH(CH3)-(CH2)m,-，其中 m' 為從 1 至 11 的一個整數，
[0059] -C(CH3)2-(CH2)。,-，其中 〇' 為從 1 至 11 的一個整數，
[0060] -ch(ch2ch3)-(ch2) p，-，其中 P' 為從 1 至 11 的一個整數，
[0061] -CH = C(CH3)-(CH2)(1，-(順式或反式），其中q'為從0至10的一個整數，
[0062] -CH = CH_(CH2),，-(順式或反式），其中r'為從0至10的一個整數，
[0063] -CH2-CH(CH3)_(CH2) S，-，其中 s' 為從 0 至 10 的一個整數，
[0064] _012-(：(013)2-(01山，-，其中1為從0至10的一個整數，
[0065] -CH2-CH(CH2CH3)-(CH 2)U,-，其中 u' 為從 0 至 10 的一個整數，
[0066] _(CH2)v，-NH-(CH2) w，-，其中ν'和w'為從1至6的相同的或不同的整數，並且v'+w' 為小於或等於12，
[0067]

【權利要求】
1. 二胺與二羧酸的鹽作為粘土在含水介質中溶脹的抑制劑的用途，該二羧酸對應於下 式I : HOOC-A-COOH(I) 其中A是共價鍵或飽和的或不飽和的、直鏈的或支鏈的二價脂肪族烴基，在這兩個 C00H端基之間延伸的其主直鏈具有1至3的碳數。
2. 根據權利要求1所述的用途，該二酸選自丙二酸、琥珀酸、戊二酸、甲基丙二酸、二甲 基丙二酸、乙基丙二酸、中康酸、甲基琥珀酸、乙基琥珀酸、馬來酸、富馬酸、衣康酸、甲基戊 二酸以及戊烯二酸。
3. 根據權利要求1或2所述的用途，該二酸選自丙二酸、琥珀酸、戊二酸、甲基丙二酸、 二甲基丙二酸、乙基丙二酸、甲基琥珀酸、乙基琥珀酸以及甲基戊二酸。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的用途，該二酸選自琥珀酸、戊二酸以及甲基戊二 酸。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的用途，該二胺是具有下式II的伯二胺： h2n-z-nh2(ii) 其中Z是飽和的或不飽和的、直鏈的或支鏈的二價脂肪族或脂環族烴基，該烴基任選 地間雜有雜原子，在兩個NH2端基之間延伸的其主鏈具有小於或等於12的碳數。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的用途，該二胺選自以下二胺：乙二胺、1，2-丙二 胺、1，3_丙二胺、1，4_ 丁二胺、1，5_戊二胺、2-甲基五亞甲基二胺、N-(2-氨乙基）_1，3_丙 二胺、1，2_環己二胺、1，4_環己二胺、1，6_己二胺、雙（3-氨基丙基）胺、1，7_庚二胺、1， 8_辛二胺、1，10-癸二胺、1，12-十二烷二胺以及雙（六亞甲基）三胺。
7. 根據權利要求1至7中任一項所述的用途，該二胺選自以下二胺：1，4_ 丁二胺、1， 戊二胺、2-甲基五亞甲基二胺、N- (2-氨乙基）-1，3-丙二胺、1，2-環己二胺、1，4-環己二 胺、1，6_己二胺、雙（3-氨基丙基）胺、1，7_庚二胺、1，8_辛二胺、1，10_癸二胺、1，12_十二 烷二胺以及雙（六亞甲基）三胺。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的用途，該二胺選自2-甲基五亞甲基二胺和1， 6-己二胺。
9. 根據權利要求1至8中任一項所述的用途，該鹽是二胺與二酸的混合鹽，該二酸中的 至少一種是如在權利要求1至4任一項中所定義的。
10. 根據權利要求1至9中任一項所述的用途，該含水介質為鑽井液或水力壓裂液。
11. 鑽井液組合物或水力壓裂液組合物，其特徵在於它包含如在權利要求1至10任一 項中所定義的二胺與二酸的至少一種鹽、液體載體以及任選的被溶解或分散在該液體載體 中的添加劑。
12. 根據權利要求11所述的組合物，該液體載體為水或水包油乳液。
13. 根據權利要求11或12所述的組合物，此外包括至少一種溶解或分散在該液體載體 中的添加劑，其選自： -增粘劑， _降濾失劑， -與如權利要求1至10中任一項所定義的二胺與二酸的鹽不同的粘土溶脹抑制劑。
14. 鑽探方法，其中在至少一個步驟中使用根據權利要求11至13中任一項所述的鑽井 液組合物。
15.水力壓裂方法，其中在至少一個步驟中使用根據權利要求11至13中任一項所述的 水力壓裂液組合物。
【文檔編號】C09K8/035GK104114670SQ201380009243
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年2月12日 優先權日:2012年2月14日
【發明者】T.巴德爾, A.卡迪克斯 申請人:羅地亞運作公司