作为粘土和页岩抑制剂用于钻探工业的二醇醚胺的制作方法
【专利摘要】钻井作业中粘土和页岩的水化可以通过使用包含具有式：(式I应该插入此处)的页岩水化抑制剂的水基钻井液来抑制，其中R是氢或具有1至12个碳的烷基，R1是具有1至12个碳的亚烷基，和R2是具有1至12个碳的烷基。所述页岩水化抑制剂在所述水基钻井液中的存在浓度应该足以降低粘土或页岩当暴露于水基钻井液时的反应性例如溶胀。
【专利说明】作为粘土和页岩抑制剂用于钻探工业的二醇醚胺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钻探工业的页岩水化抑制剂，具体地说是有效降低与钻探和建造石油 工业的油气井中使用的液体发生接触的粘土和页岩的反应性、例如抑制溶胀的二醇醚胺 (glycol ether amine)化合物。
【背景技术】
[0002] 在旋转钻井中，钻井液在整个地下井中循环以运载钻头的钻肩并将这些钻肩输送 到地面。同时，钻井液冷却和清洁钻头，以及降低钻柱和钻孔之间的摩擦，并且还稳定井的 未加固部分。通常，钻井液形成低渗透性滤饼以密封与周围地质构造相关的任何渗透性。
[0003] 钻井液可以按照它们的液体基础分类：具有固体粒子悬浮在油连续相中的油基 液，并且，可能地，水或盐水可以用所述油乳化。或者，水基液包含悬浮在水或盐水中的固体 粒子。可以向水基钻井液有意或无意地添加各种固体：a)有机聚合物或粘土，用于赋予粘 度和过滤性质；b)不可溶的无机矿物质，增加所述液体密度及帮助减少液体损失；c)可溶 性盐，用于增加所述泥浆的密度；和d)在钻孔操作期间，地层固体可以分散到钻井液中。
[0004] 分散在钻井液中的地层固体包括钻出的钻肩、土壤、和周围不稳定地层的固体。当 地层产生的固体是有反应性的粘土矿物，所述反应性例如溶胀、分散、迀移或经历溶胀引起 的迀移时，这可潜在危害钻井时间和增加成本。
[0005] 粘土通常由具有暴露的表面羟基的铝硅酸盐矿物质的片或层构成。所述粘土表面 的基面（basal plane)是带负电荷的，因此阳离子容易吸附在所述表面上。这些阳离子可以 是可交换的。在粘土结构内取代和存在可交换的阳离子影响粘土在水中溶胀的趋势。例如 以水分子吸附在粘土表面上的表面水化产生溶胀。许多类型的粘土可通过这种方式溶胀。
[0006] 另一种类型的溶胀被称作渗透溶胀，当层间离子浓度浸提（leach)粘土单位层之 间的水时，溶胀所述粘土。只有一些粘土可经历渗透溶胀。所有类型的粘土和页岩的不稳 定性，例如溶胀，都可引起一系列问题。例如，可增加钻柱与钻孔侧之间的牵拉力。这可引 起液体循环量的损失和钻柱与钻头粘着。
[0007] 这是开发有效的粘土不稳定性抑制剂对油气勘探行业而言之所以重要的原因。本 发明致力于这些困难的解决方案。
[0008] 许多类型的粘土抑制剂是已知的，包括使用无机盐例如氯化钾。已经提交了许多 专利描述可用于抑制粘土溶胀的技术或产品。没有完全汇总所述专利文献，举例来说，我 们可引用的抑制剂组合物基于：a)无机磷酸盐，在USP 4, 605, 068中描述；b)聚烷氧基二 胺和它们的盐，其在 USP 6, 484, 821 ;6, 609, 578 ;6, 247, 543 ;和 US20030106718 中描述；c) USP 5, 908, 814中描述的胆碱衍生物；d)低聚亚甲二胺和它们的盐，在USP 5, 771，971和美 国公布No. 20020155956中描述；e)羧甲基纤维素和有机胺的加成产物，在W0 2006/013595 中描述；f) 1，2-环己烷二胺和/或它们的盐，在W02006/013597中描述；g)烷氧基化多元醇 的磷酸酯的盐，在W02006/013596中描述；h)部分水解的丙烯酸类共聚物、氯化钾和聚阴离 子纤维素的组合，在USP 4,664,818(Halliday William S?等）中描述；i)季铵化合物，在 USP 5, 197, 544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)包含具有亲水和疏水基的聚合物的水溶液，在USP 5, 728, 653中描述；和1)多 羟基烷烃和环氧烷的反应产物，在USP 6, 544, 933中描述。
【发明内容】
[0009]本发明是水基钻井液组合物和使用所述水基钻井液组合物来降低钻探操作中粘 土和页岩的反应性例如溶胀的方法，其中所述水基钻井液包含水基连续相、反应性粘土或 页岩材料、和具有下式的二醇醚胺化合物：
[0010]
[0011] 其中
【权利要求】
1. 水基钻井液组合物，其包含 i) 水基连续相； ii) 反应性粘土或页岩材料； 和 iii) 具有下式的页岩水化抑制剂： 其中
R是氢或具有1至12个碳的烷基， R1是具有1至12个碳的亚烷基， 和 R2是具有1至12个碳的烷基， 其中所述页岩水化抑制剂以足以降低所述粘土或页岩的反应性的浓度存在。
2. 权利要求1的组合物，其中： R是氢或甲基， R1是亚甲基或亚乙基，和 R2是甲基、乙基、正丙基、异丙基或丁基。
3. 权利要求1的组合物，其中所述页岩抑制剂是2-甲氧基-1-氨基乙烷、2-乙氧 基_1_氨基乙烧、2-丙氧基-1-氨基乙烧、2- 丁氧基-1-氨基乙烧、1-甲氧基-2-氨基丙 烧、1_乙氧基-2-氨基丙烧、1-丙氧基_2_氨基丙烧、或1- 丁氧基_2_氨基丙烧。
4. 权利要求1的组合物，其还包含滤失控制剂、加重材料、稠化剂、分散剂、润滑剂、腐 蚀抑制剂、消泡剂或表面活性剂中的一种或多种。
5. 权利要求1的组合物，其中所述水基连续相是淡水、海水、盐水、水和水溶性有机化 合物的混合物、或其混合物。
6. 降低钻井作业中粘土和页岩反应性的方法，所述方法包括使用包含具有下式的页岩 水化抑制剂的水基钻井液： 其中
R是氢或具有1至12个碳的烷基， R1是具有1至12个碳的亚烷基， 和 R2是具有1至12个碳的烷基， 其中所述页岩水化抑制剂以足以降低所述粘土或页岩的反应性的浓度存在。
7. 权利要求6的方法，其中： R是氢或甲基， R1是亚甲基或亚乙基，和 R2是甲基、乙基、正丙基、异丙基或丁基。
8. 权利要求6的方法，其中所述页岩抑制剂是2-甲氧基-1-氨基乙烷、2-乙氧 基_1_氨基乙烧、2-丙氧基-1-氨基乙烧、2- 丁氧基-1-氨基乙烧、1-甲氧基-2-氨基丙 烧、1_乙氧基-2-氨基丙烧、1-丙氧基_2_氨基丙烧、或1- 丁氧基_2_氨基丙烧。
9. 权利要求6的方法，其还包含滤失控制剂、加重材料、稠化剂、分散剂、润滑剂、腐蚀 抑制剂、盐、消泡剂或表面活性剂中的一种或多种。
10. 权利要求6的方法，其中所述水基连续相是淡水、海水、盐水、水和水溶性有机化合 物的混合物、或其混合物。
【文档编号】C09K8/22GK104520404SQ201380034037
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2012年6月25日
【发明者】A·T·加姆贝尔, C·A·威瑟姆, M·K·波因德克斯特, F·A·多内特, K·R·艾森马赫, S·W·金, J·贝克戴特 申请人:陶氏环球技术有限责任公司