钻探地下空穴的方法、包含烷基多糖苷的组合物以及其作为润滑剂在水性钻探泥浆的生 ...的制作方法
【专利说明】钻探地下空穴的方法、包含烷基多糖苷的组合物以及其作 为润滑剂在水性钻探泥浆的生产中的用途
[0001] 本发明涉及一种钻探地层中的空穴的方法，该方法采用通过注入包含盐和烷基多 糖苷的水性液体，以排出钻屑的一个步骤。本发明还涉及新颖的组合物，以及其在制备所述 的水性液体中作为润滑剂的用途。
[0002] 在石油和天然气工业的活动中，使用钻探地层的技术，以用于勘探和生产阶段。在 这个技术领域中：
[0003] 勘探"应理解为目的在于寻找和发现新的油田和天然气田的所有活动。这些活 动借助于勘探钻井作业，以确定烃的存在及评价钻井作业，使对开采所发现的田的经济可 行性的估计成为可能；
[0004] - "生产"应理解为目的在于由地下贮层中提取烃的所有活动，且其特别地包含钻 探油井的操作。
[0005] 最广泛使用的钻探技术采用被称为"钻探液"的液体，其为不同液体（水、油）和 /或气体（空气或天然气）组分的复杂的混合物，通常以包含其它无机和有机添加剂（例 如粘土、聚合物、表面活性剂、钻屑（cuttings)和/或水泥）的乳液和/或悬浮液的形式提 供。
[0006] 在钻探操作中，钻探液在岩石的压裂区域中以及在表面上连续循环。其在泥浆 (mud)罐中制备，其随后注入管道中，直至切削工具，且其满载在工作面上形成的钻屑，在环 形空间中再次上升。在井的出口处，所述的钻探液接受各种处理（例如过筛、稀释或添加化 学添加剂阶段），以达到在对其进行重新使用之前移除运送的钻屑和重新调整其物理化学 特性至它们的初始值的目的。所述的钻探液具有以下作用：
[0007] -通过在切削工具的环形空间中的循环，使钻屑由井底上升至表面，
[0008] -当钻探液的循环可能地停止时，为防止悬浮液中的钻屑沉降（在切削工具重新 启动时可能对其造成损坏），将钻屑保持在悬浮液中，
[0009] -冷却和润滑切削工具，以防止构成切削工具的移动的金属部件的快速磨损，和 [0010]-由于其密度和由于其在壁上形成起源于所穿过的岩层并朝向钻环的限制其它液 体的传输的屏障的能力，将井壁保持在稳定的状态。
[0011] 此外，所述的钻探液必须是：
[0012] -对于与其相接触的钻具而言，是无腐蚀性和非磨蚀性的，
[0013] -对使用其的人而言，是无毒和不危险的；
[0014] -对环境不危险。
[0015] -钻探液为油基或水基的。
[0016] 油基钻探液为流体，其连续相为矿物油（原油、燃料油、瓦斯油等），且其分散相为 水。直至最近，瓦斯油为制备油基钻探液时最常使用的连续相。目前的环境约束要求将其 替换为缺乏芳香族化合物的矿物油或合成油。此外，同样的限制正加速水性钻探液对油基 钻探液的替代。
[0017] 被称为水性钻探液的水基钻探液为连续相是水的钻探液。所述的水根据使用条 件，可为淡水、海水、盐水或其混合物，且水基钻探液的分散相为油和/或矿物性质的一种 或多种固体。水基钻探液还包含大量的无机和/或有机盐以及各种添加剂，其组分可贡献 额外量的无机和/或有机盐至水基钻探液。
[0018] 然而，这些水性钻探液本质上并不是润滑的。为防止其导致钻具的过早磨损或其 阻塞，必须在其中添加润滑剂，例如脂肪类物质。
[0019] 美国专利US 5 837 655因此公开了包含含有8至28个碳原子的直链的和/或支 化的和/或环状的链烷烃的水基钻探液。
[0020] 以号WO 2007/146067 A2公布的国际申请公开了使用包含脂肪酸单烷基酯的脂肪 相，对应根据标准ASTM标准号No. D6751-07a的"B100生物柴油"的定义，其用以制备水性 钻探液，以尤其地赋予它们润滑性能。
[0021] 美国专利申请号US 2005/0197255 Al公开了使用脂肪酸（例如硬脂酸）的金属 盐作为制备水性钻探液的润滑剂，所述的水性钻探液可包含盐水。
[0022] 以号WO 00/29519 Al公布的国际申请中公开了为改善其润滑性质，包含了基于 油、基于非离子表面活性剂（例如聚烷氧基化二醇）、基于酯和基于聚丙二醇的组合物的水 性钻探液。
[0023] 美国专利US 5 007 489公开了包含水或盐水、分子量为1200至IOOOOg ?ι?οΓ1的 水不溶性聚乙二醇、至少一种乳化剂和一种水溶助长剂的水性钻探液。
[0024] 然而，上文所述的润滑剂不溶于或极微溶于水和盐水，致使难以在分散液中使用 它们，且导致所述的水性钻探液在储存过程中出现相分离的现象。
[0025] 为了改善这些用作制备水基钻探液的润滑剂的脂肪物质的分散，优选地使用表面 活性剂。以号US 5 807 811公布的美国专利因此公开了在磷酸酯和衍生自琥珀酸的乳化 剂的存在下，使用由甘油三酯、脂肪族羧酸和烯烃的混合物组成的脂肪物质，其以水包油型 的乳液形式提供，其储存的稳定性在时间上有限。
[0026] 以号US 2003/0232726 Al公布的美国专利申请公开了一种钻探地下岩层的方法， 所述的方法使用包含硅酸盐和润滑剂的水性钻探液，所述的润滑剂包含作为脂肪物质的微 溶于水的醇，优选地选自2-辛基十二烷醇、油醇、硬脂醇或聚醚二醇（PEG)，以及烷基多糖 苷，其优选地选自丁基葡糖苷、己基葡糖苷或2-乙基己基葡糖苷。然而，无论是这些组合物 还是包含这些组合物的水性钻探液，在储存中都不是稳定的，只要停止搅拌它们，便可观察 到相分离。因此需要一种作为水性钻探液中的添加剂的组合物：
[0027] -其在一定时间的储存后仍保持为均质，
[0028]-其表现出优异的润滑性质，
[0029] -其具有抑制粘土的膨胀的性质。
[0030] 因此，本发明的主题为一种钻探地层中的空穴的方法，所述的方法包含通过将一 种水性组合物（C)注入钻井，以由所述的地层中排出钻屑的步骤，所述的水性组合物（C)包 含就其100重量％而言：
[0031] -1至65重量％的至少一种盐（S)，由至少一种选自铵离子或金属阳离子的阳离子 和至少一种选自氯离子、溴离子、碳酸根离子、重碳酸根离子（bicarbonate)、碳酸氢根离子 (hydrogencarbonate)、娃酸根离子、偏娃酸根离子（metasilicate)、硫酸根离子、硫酸氢 根离子、硼酸根离子、四硼酸根离子、硼酸二氢根离子（dihydrogenborate)、硼酸氢根离子 (hydrogenborate)或四硼酸氢根离子（hydrogentetraborate ions)或带有羧酸根官能团 的有机阴离子的阴离子组成；
[0032] -0· 05至2重量％的至少一种消泡剂，
[0033] -13至97. 95重量％的水和
[0034] -1至20重量％的一种组合物（C2)，其包含就100重量％而言：
[0035] -任选地0. 1至30重量％的选自赤藓醇（erythritol)、木糖醇、山梨糖醇 (sorbitol)、葡萄糖酸钠、葡萄糖或麦芽糖糊精的至少一种辅剂；
[0036] -50至100重量％的表面活性剂（Su)体系，其由组合物（C1)或由所述组合物（C 1) 的混合物组成，所述的组合物（C1)由通式（I)表示：
[0037] R1-O- (G1)p-H (1)
[0038] 其中&代表含有4至16个碳原子的、饱和或不饱和的直链或支化链脂族基团，G i 代表还原糖的残基，P代表大于或等于1. 05,且小于或等于5的十进制数字，所述的组合物 (C1)由具有通式（I1)、（I 2)、（I3)、（I4)和（I5)的化合物的混合物组成：
[0039] R1-O-(G1)1-H (I 1)；
[0040] R1-O- (Gl) 2_H (I2)；
[0041 ] R1-O- (Gl) 3_H (I3)；
[0042] R1-O- (Gl) 4_H (I4);
[0043] R1-O-(Gl)5-H (I5)；
[0044] 其具有各自的摩尔比例ai、a2、a3、 &4和a 5，使得：
[0045] afafafafa;^和等于1,且a片之已…已彳斗已斗+珏已满和等于p ;
[0046] -以及0至50重量％的至少一种具有通式（II)的醇：
[0047] R「0H (II)
[0048] 其中&代表含有4至16个碳原子的、饱和或不饱和的直链或支化链脂族基团。
[0049] 在如上文所定义的方法中，所述的水性组合物（C)通常在其使用前制备，然后储 存在罐中，随后通过管道和钻铤系统在井头注入。该组合物（C)随后在钻管的末端出现，以 落入井底（在此处钻头钻探地层），随后其通过包括在钻管和井壁之间的环形空间返回表 面