用於鑽井固井的添加劑的製作方法

2023-12-03 10:19:06 3

專利名稱：用於鑽井固井的添加劑的製作方法
用於鑽井固井的添加劑本發明涉及一種基於聚亞烷基亞胺和磺化的含甲醛縮合物的添加劑及其用途。聚亞烷基亞胺、特別是聚乙烯亞胺在建築化學組合物中的用途、在本文中特別是 作為所稱的降濾失劑的用途是充分熟知的。在本文中，重要的是將各聚亞烷基亞胺與另 一種組分一起使用來實現足夠低的濾失值，因為特別是聚乙烯亞胺自身無法顯示這樣的效^ ο降濾失劑應理解為意指一種用於控制液體、特別是含水液體從有關礦物油和天然 氣礦床鑽探的地下巖層中漏出(損失)的化學組合物。所述濾失是一個嚴重的問題，特別 是在固井中，因為鑽井液中的含水相可能會不利地影響該漿體的特徵和性能以及所使用的 含水泥組合物的固化性能。而且，液體不受控制地進入地下巖層中或從地下巖層中漏出通 常會導致對巖層的明顯破壞，從而使其滲透性出現顯著的負面變化。例如，美國專利3，491，049描述了使用聚乙烯亞胺與一種陰離子表面活性物質一 起作為降濾失劑的用途。磺化萘是一種此處使用的表面活性物質的典型代表。聚乙烯亞胺與高分子量磺化聚合物的反應產物也是一種降濾失劑，根據US 4，469，518，所述高分子量磺化聚合物優選為一種磺化聚苯乙烯。基於聚乙烯亞胺的降濾失劑也在US 4，742，094和US 4，791，989中被公開。根據 US 4，742，094，聚乙烯亞胺與一種磺化有機化合物一起使用，所述磺化有機化合物為一種 木素磺酸鹽或一種磺化的萘_甲醛縮合物。根據4，791，989，所述組合物在固井方法中使用。US 5，340，860教導了聚乙烯亞胺、磺化的萘/甲醛縮合物及一種烷基苯磺酸鹽的 結合物作為降濾失劑的用途。因此，現有技術僅公開了含有聚乙烯亞胺與磺化萘、磺化聚苯乙烯、磺化的萘/甲 醛樹脂或木素磺酸鹽的結合物的降濾失劑。如已述及的，在礦物油和天然氣礦床的開採中，地下巖層中液體不受控制的漏出 構成了一個重大問題，該問題在一定程度上可通過現有的降濾失劑良好地控制，但是在一 些情況下仍可能出現無法預計的風險。因此，本發明的一個目的是提供基於聚亞烷基亞胺 和磺化的含甲醛縮合物的其他降濾失劑。這些新的添加劑與已知混合物相比，將理想地具 有顯著改進的效果，同時還可使成本效益最佳化。而且，它們還將易得到，而不具有使用常 規適用原料所帶來的問題。該目的可通過一種相應的含有磺化的酮/甲醛樹脂作為縮合物的添加劑而實現。令人驚訝的是，已發現，使用該新的添加劑不僅可完全實現所述目的，而且與迄今 所用組合物相比，其還能進一步顯著降低濾失，還可通過所述添加劑的放置時間或通過使 其熟化來控制濾失效果。已發現，如果聚乙烯亞胺、聚丙烯亞胺和聚丁烯亞胺中的至少一種化合物在所述 添加劑中作為亞烷基亞胺組分的典型代表存在，則總體上是有利的。特別是，聚乙烯亞 胺一其也可是被取代的一已被證明特別適宜。此處可提及N-甲基聚乙烯亞胺、N"乙 醯基聚乙烯亞胺和N- 丁基聚乙烯亞胺。
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根據本發明，優選分子量Mw為10 000-3 500 OOOg/mol的具有通式(C2-H5N)n的 聚乙烯亞胺特別適宜。分子量000 000-3 000 000g/mol、特別是1 500 000-2 500 000g/mol被認為是特別有利的。其中縮合物含有以下中的至少一個作為酮組分的添加劑被認為在本發明的上下 文中是優選的單酮和二酮，優選丙酮、丁酮、戊酮、己酮，和環狀酮，例如環己酮。特別適宜 的為酸/甲醛樹脂。一般而言，本發明添加劑對於其中存在的各組分的分布完全沒有任何限制。但是， 特別有利的是，聚乙烯亞胺和所述縮合物以20至1 1、優選15至5 1、特別是11至 9 1的質量比存在。此外，對於添加劑中存在的縮合物而言，所要求保護的添加劑可在寬範圍內變化， 這一點特別是對於上文已提及的酮成員也成立。但是，在某些應用中，已證明，如果至少一 種酮/甲醛樹脂和一種磺化的萘或三聚氰胺/甲醛縮合物和/或一種聚羧酸酯醚的混合物 作為縮合物而存在，則是特別有利的。酮/甲醛樹脂的比例應該在40-90重量％範圍內，在 50-80重量％範圍內，特別優選在60-70重量％範圍內。聚羧酸酯醚組分優選為一種由兩種 單體單元組成的共聚物，單元a)代表一種烯屬不飽和一元羧酸共聚單體、或一種酯、或其 鹽，或一種烯屬不飽和硫酸共聚單體、或其鹽，並且單元b)代表一種以下通式(I)的共聚單 體
(-CH2-CR2-)
I
(CH2)p-O-Ri其中R1代表
-(CmH2mO) X(CnH2nO)ir-(CH2-CjiH-O)^-R4
R3並且R2代表H，或具有1-5個C原子的脂肪族烴基；R3 =未取代或取代芳基並優選 苯基，並且R4 = H，或具有1-20個C原子的脂肪族烴基、具有5-8個C原子的脂環族烴基、 具有6-14個C原子的取代芳基、或由下列組成的系列中的一員
OO OO
_0—t—R5 , -O-C-R6-C-OH , -O-C-(NH)R7其中R5和R7各自代表烷基、芳基、芳烷基或烷芳基，並且R6代表亞烷基、亞芳基、 亞芳烷基或亞烷芳基，並且ρ = 0-3，m、η = 2-4 ；χ和y，相互獨立地表示50-350，並且ζ = 0-200。本發明添加劑應該優選以幹混合物或水溶液的形式存在。而且，其不僅可以含有 一種消泡劑(例如磷酸三丁酯、基於礦物油或矽酮的物質、不含矽酮的聚合物)作為另一種組分，而且還可含有油田領域中常規的其他摻混物，例如流變改性劑。除添加劑本身外，本發明還要求保護其在地下礦物油和天然氣礦床的開發、開採 和完井領域中的用途。其在礦物油和天然氣領域的固井中和在深井中作為降濾失劑的用途
最為重要。在所述應用中，所述添加劑應優選添加到含水泥的幹混合物中和/或混合水中。特別令人驚訝的是，已發現，如果所述添加劑在添加到含水泥的幹混合物和/或 混合水中之前進行熟化，則其特別顯著地顯示出其濾失效果。對於該熟化，本發明設想使其 特別地放置相對較長的時間。特別地，如果所述添加劑放置至少12小時、優選至少48小時、 特別優選至少10小時、尤其優選至少30天，則其在使用過程中，將使得各種地下巖層中具 有特別顯著的低濾失。因此，總體而言，可以說明，如果配製兩種主要組分，即聚亞烷基亞胺 和酮/甲醛縮合物，然後將其放置一段時間後再混合成水泥漿，則所要求保護的添加劑會 產生特別良好的保水能力。為此，本發明添加劑理想地在第一步中製備成聚乙烯亞胺和縮合物的兩組分混合 物的水溶液形式，然後在放置相對較長的時間之後，在第二步驟中，將該水溶液最終與含水 泥的混合物、任選地消泡劑及其他摻混物和餘量的混合水進行混合。實踐中，發現濾失隨著 放置時間而越來越少。基於該發現，本發明最後還考慮了一種使用變化方案，其中所述熟化在水溶液中 實現，並且優選在濃度為至少10%且特別優選至少20%的水溶液中實現。以下實施例說明了本發明的所述優點。
實施例水泥漿的製備和其性能(濾失性，流變性)測定根據APIRecommended Practice for Testing Well Cements 10 B，第 23 版，2002 年 4 月(API 10B)進行。實施例1 該實施例說明了，水泥漿的混合方式對本發明添加劑的降濾失性具有顯著影響。為此對以下水泥漿進行了研究800g G 級水泥(Dyckerhoff Black Label)水泥重量(bwoc)的聚乙烯亞胺 Lupasol SK(BASF SE)0. 水泥重量的丙酮-甲酸-亞硫酸鹽縮合物Melcret K3F (BASFConstruction Polymers GmbH)352g 軟化水Ig消泡劑(磷酸三丁酯)首先，如常規實踐中所常見的，在攪拌水泥漿時，將粉狀丙酮-甲醛-亞硫酸鹽縮 合物與水泥進行幹混，然後添加混合水，該混合水已含有液體組分聚乙烯亞胺(PEI)和磷 酸三丁酯。可以觀測到332ml的濾失值，其與現有技術相比已顯著降低，但仍偏高。或者， 在第一步中將含有聚乙烯亞胺(PEI)和丙酮-甲醛-亞硫酸鹽縮合物(AFS)這兩種組分的 本發明添加劑混合物配製成水溶液。在第二步中，將該溶液與水泥、消泡劑和餘量的混合水 一起攪拌。根據該方法，測量到70ml的濾失值，其再次顯著降低。如下表中所示，還可以觀 測到該添加劑溶液在其添加到水泥之前，其放置時間對其作為降濾失劑效果的顯著影響
權利要求
基於一種聚亞烷基亞胺和一種磺化的含甲醛縮合物的添加劑，其特徵在於，所述添加劑含有一種磺化的酮/甲醛樹脂作為縮合物。
2.權利要求1的添加劑，其特徵在於，所述聚亞烷基亞胺為聚乙烯亞胺、聚丙烯亞胺和 聚丁烯亞胺系列中的至少一種，並且特別為聚乙烯亞胺。
3.權利要求1和2之一的添加劑，其特徵在於，所述添加劑含有一種優選分子量Mw為 10000-3500000g/mol、特別是 1000000-3000000g/mol 且特別優選 1500000_2500000g/mol 的通式(C2H5N)n化合物作為聚乙烯亞胺。
4.權利要求1-3之一的添加劑，其特徵在於，所述縮合物含有單酮和二酮中的至少一 種作為酮，所述單酮和二酮優選丙酮、丁酮、戊酮、己酮，和環狀酮，例如環己酮，並且特別是 丙酮。
5.權利要求1-4之一的添加劑，其特徵在於，所述添加劑含有的聚乙烯亞胺和所述縮 合物的質量比為20至1 1、優選15至5 1並且特別是11至9 1。
6.權利要求1-5之一的添加劑，其特徵在於，所述添加劑含有至少一種酮/甲醛樹脂和 一種磺化的萘或三聚氰胺/甲醛縮合物和/或一種聚羧酸酯醚的混合物作為縮合物，所述 酮/甲醛樹脂的優選比例為40-90重量％。
7.權利要求1-6之一的添加劑，其特徵在於，所述添加劑以幹混合物或水溶液的形式 存在。
8.權利要求1-7之一的添加劑，其特徵在於，所述添加劑含有一種消泡劑作為另一種 組分。
9.權利要求1-8之一的添加劑在地下礦物油和天然氣礦床的開發、開採和完井領域中 的用途。
10.權利要求9的添加劑在礦物油和天然氣領域的固井中和在深井中作為降濾失劑的用途。
11.權利要求9和10之一的用途，其特徵在於，將所述添加劑添加到含水泥的幹混合物 和/或混合水中。
12.權利要求9-11之一的用途，其特徵在於，所述添加劑在添加到含水泥的幹混合物 和/或混合水中之前進行熟化、優選通過放置進行熟化，特別是熟化至少12小時，優選至少 48小時，特別優選至少10天，並且尤其優選至少30天。
13.權利要求12的用途，其特徵在於，所述熟化在水溶液中進行，優選在濃度至少為 10%並且特別優選至少20%的溶液中進行。
全文摘要
本發明涉及一種基於聚亞烷基亞胺和磺化的含甲醛縮合產物的添加劑，及其作為降濾失劑在原油和天然氣領域中用於鑽井固井的用途。聚亞烷基亞胺的典型代表實例有聚乙烯亞胺、聚丙烯亞胺和聚丁烯亞胺，還可使用其衍生物。優選的縮合產物為丙酮/甲醛樹脂。使用之前有待熟化、尤其是通過放置而熟化的所述添加劑具有特別低的濾失值。
文檔編號C04B24/12GK101952387SQ200980106061
公開日2011年1月19日 申請日期2009年1月19日 優先權日2008年2月23日
發明者J·普蘭克, R·賴歇貝奇-克林科, T·斯迪雅宛 申請人:巴斯夫歐洲公司