专利名称：包含润滑组分的井液－控制井液润滑性的方法－高pH液体的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于钻井、使油井完善或油井维修(workover)的液体。更具体地说，本发明揭示了一种包含润滑化合物的以水为基的液体，和控制放在钻孔里的以水为基液体的润滑能力的方法。在应用中，以水为基的井液的pH高于9。
背景技术：
钻油井或非油井的常规方法包括以旋转的方式驱动固定在钻管柱末端的齿状钻头，一般通过表层上的一个装置来旋转地驱动所述的柱。称为钻井液或钻井浆的液体通过钻井管的内部空间注入到和钻头呈水平面的位置上，该液体的主要功能是通过将碎片驱向表面来清洁钻头和井，稳定井壁，抑制与液体接触的地质构成的反应等等。
本发明不仅涉及称为钻井液的液体，而且也涉及称为完善液和称为维修液的液体。完善(completion)是当钻井达到了能供生产时的继续钻井操作过程。完善特别包括钻入井内岩石，试验井的形成，装备油井准备生产，使之投入生产。对于这些操作，完善对井内岩石和所生成的流出物特别有针对性。维修操作包括在生产井里工作以进行钻井、再钻、清洁井或改变井装备的操作。
井液必须具备根据各种应用、它们的粘度、它们的密度或它们的过滤控制能力而被调节过的特点。对于严重偏斜的井、水平的井洞，或更通常的是在井下的钻管产生广泛磨擦的井，液体的润滑能力是一个重要的特性。
有时使用了高pH液体，即pH高于9或一般高于约10的液体，如以硅酸盐为基的钻井浆，在《油地化学国际讨论会，1997年2月18-21，美国德克萨斯州休斯敦》里的SPE 37,266公开物中加以揭示，这些浆状物由于对钻出的陶土的溶涨抑制作用而被特别地使用。
发明综述本发明涉及以水为基的液体，包括含有至少一种通过使至少一种植物油或脂肪酸在至少一种氨基醇上反应得到的非离子两性化合物。
所有的植物油或从植物提取的脂肪酸(植物脂肪酸)是合适的。植物油或脂肪酸可选自亚麻子油、红花油、葡萄子油、桐油(wood oil)、葵花油或它们的混合物，脂肪酸衍生自这些植物油。
在一个变化方案里，植物油或脂肪酸可被聚合，聚合后，其在20℃下的粘度范围为5-60Pa.s。
所用的氨基醇可为二乙醇胺。
润滑化合物可调制成一种或多种溶剂和可能的其它化合物的混合物形式。
混合物的溶剂可为植物油衍生物。
混合物(润滑化合物和溶剂)可含有0一80％重量溶剂，优选地为20-40％。
井液包含0.1-5％重量，优选的是0.5-2％重量的润滑化合物。
本发明液体的pH值高于9，优选地高于10。
本发明也涉及控制以水为基的井液体的润滑能力的方法，包括向液体里掺入如上所述的润滑化合物。
本发明包括pH高于9，优选地高于10的井液在上述方法中的应用。
虽然所有的植物油或植物脂肪酸是合适的，优选的是使用不饱和油，如亚麻子油、红花油、葡萄子油、桐油、葵花油或它们的混合物。可使用这些植物油或脂肪酸的本身或其聚合物。通过在不使其氧化的条件下加热处理前述高度不饱和植物油可得到聚合的植物油(载体油)。一般使用亚麻子油或脂肪酸(优选的是精炼过的)，但也可使用红花油、葡萄子油、桐油、葵花油或其脂肪酸或它们的混合物。为了制备本发明的润滑化合物，可使用20℃下粘度范围为5-60Pa.s的聚合的植物油或脂肪酸。举例来说，在290-300℃下热处理精炼的亚麻子油，6-12小时后得到25℃下粘度为10Pa.s的产物。
用于制备本发明化合物的氨基醇是包含一个或多个醇基团，可能有一个或多个醚基团的胺类或多胺类，例如，氨基醇相应于下式HO-CmH2m-NH2HO-CmH2m-NH-CkH(2k+1)(HO-CmH2m)2-NH(HO-CmH2m)3-N(HO-CmH2m)p-CH(3-p)-NH2
HO-(CmH2m-O)n-NH-CkH(2k+1)HO-(CmH2m-O)n-CkH2k-NH2HO-(CmH2m-0)n-NH-CkH2k-(O-CmH2m)n-OH多分支的或没有分支m=2-6；k=1-6；p=2或3；n=2-20；特别可提及的是单乙醇胺OH-(CH2)2-NH2，单丙醇胺OH-(CH2)3-NH2，单异丙醇胺CH3-CH(OH)-CH2-NH2，2-氨基-1-丁醇CH3-CH2-CH(NH2)-CH2-OH，1-氨基-2-丁醇CH3-CH2-CH(OH)-CH2-NH2，N-甲基-乙醇胺CH3-NH-(CH2)2-OH，N-丁基-乙醇胺CH3-(CH2)3-NH-(CH2)2-OH，戊醇胺、己醇胺、环己醇胺、聚烷醇胺或聚烷氧基二元醇胺，它们具有下式结构OH-(CH2-CH2-O)n-CH2-CH2-NH2(n为1-30)，和氨基多元醇，如二乙醇胺(OH-CH2-CH2)2-NH，二异丙醇胺(CH3-CH(OH)-CH2)2-NH，或三羟基甲基氨基甲烷((OH)H2C-)3C-NH2。
通过使过量氨基醇，优选的是二乙醇胺，与植物油或植物脂肪酸本身，或它们的聚合物，优选的是从亚麻子油得到的聚合物，反应可完成本发明化合物的合成。
反应优选地在没有溶剂下，一般在约100℃温度下，优选的是在100-200℃温度下进行。
但是，若反应介质的粘度太高，反应可在溶剂的存在下进行。
包括在本发明液体里的润滑化合物在反应末得到。
该化合物掺入有或没有高pH的含水的井液，或成为包含一种溶剂或数种溶剂和可能的其它化合物的混合物形式。
为了得到具有可接受粘度的混合物，考虑到所面对的应用，可使用一种溶剂。可使用的溶剂有许多种，特别是芳族的；但是，可优选地使用衍生自天然油的所有溶剂，如C6到C18脂肪酸酯和C2到C18直链或支链醇酯，以得到生物可降解的且无污染的添加剂溶液。
当作为井液的润滑添加剂时，这些化合物以0.1-5％重量，优选的是0.5-2％重量浓度加入井液中。
可注意到，相应的环境保护的条例要求在井液配方中使用无毒和无污染的添加剂。
包含润滑组份的本发明的井液能满足目前关于环境保护的标准。
此外，本发明组合物可与所有的高pH的水基井液体，如称重或未称重的硅酸盐一基液，某些高压/高温(HP/HT)液等一起使用。
高pH值对于润滑产物的稳定性是有困难的条件，特别是常规的酯在高pH值和温度的作用下会水解。
发明详述从以下非限定性实施例的阐述中可清楚地看出本发明的其它特征和优点。
用《润滑性试验仪-212型》(NL Baroid Petroleum Services company制造)(说明书手册部分No.211210001EA)试验根据本发明加到井液里的润滑组合物的润滑能力。根据美国石油协会(American Petroleum Institute,API)的RP 13B标准推荐的方法进行试验(《表面对表面的润滑性》)(在60rpm下100psi(689kPa))。为了比较各种组合物的润滑性能，读出用上述试验设备获得的等级。这些读数相应于磨擦扭力矩的相对值。这些值越低，被试验组份的润滑能力越大。
下面给出的实施例的原理是使碱性液体与一定量的润滑组成混合，然后在设备里试验混合物。除非另作说明，试验在室温(约25℃)下进行。
实施例给出的第一种润滑组成并加入碱性井液里的被称为NTL。
这样得到NTL使52千克粘度为10Pa.s的聚合的亚麻子油与28千克二乙醇胺在100升反应器里反应，在160℃下加热1小时，其粘度在40℃下为2700mPa.s。
第二种润滑组成被称为XTL，是52千克亚麻子油与28千克二乙醇胺在与上述相同的反应器里和相同的条件下反应得到的产物。
实施例1老化前的硅酸盐浆碱性液体的组成-新鲜水-增粘剂(黄蓍胶) 5.2g/l-滤液减少剂(Aquapac-Regular)0.14g/l-滤液减少剂(Aquapac-LV) 2.51g/l-填充陶土 20g/l-硅酸钠 84.7g/l-氯化钠 50g/l-重晶石 93g/l-NaOH，以得到 pH=11用于所有试验的黄蓍胶是IDVIS，由Dowell Drilling Fluids公司出售。CMC AQUAPAC调节剂和LV型产品由Aqualon公司出售。该试验显示了根据重量浓度加到高pH碱性液体里的润滑剂NTL的润滑能力。
随着润滑剂浓度的增加可观察到转矩值的减少。结果显示，具有高-pH配方的NTL系统性能良好。级别为2％的润滑添加剂浓度是最优的。
实施例2老化后的硅酸盐浆使用前述碱性液体配方，与已在80℃下的《热轧》试验槽中老化16小时，然后回到室温的2％NTL混合。下列结果显示，温度老化不会使在高-pH浆里的NTL添加剂的润滑性质退化。
实施例3润滑剂对浆的流变学和过滤性质的影响有或没有NTL，在80℃老化16小时前(AV)和老化16小时后(AP)的浆的流变学性质在后面由VA，表观粘度，单位厘泊(cP),VP，塑性粘度，单位厘泊(cP),YV，起始切变值(la valeur seil de cisaillement)，单位是磅/100英尺2和凝胶0和凝胶10表达(这些测量根据API RP 13B1标准作出，它给出了相应于附录I的SI制单位)，其过滤性质由30分钟过滤后得到的滤液校正量(单位厘米3)表示。
碱性液体的配方与实施例1中硅酸盐浆的相同。
这些结果显示，不论在老化前或后加入最优百分数的NTL不明显改变浆的流变学性质和过滤性质。
实施例4用溶剂稀释NTL试验各种润滑化合物(L1、L2、L3、L4、L5、L6)，它们都是本发明的代表。百分数由重量表示。下表给出了40℃下测得的粘度。
各种混合物的润滑性能和特征如下所示。向实施例1硅酸盐浆配方里加入的混合物比例为1或2％重量。老化前
在80℃下老化16小时后
这些结果显示出润滑性能方面的系统研究所得的极佳特性。使用稀释剂的主要好处是减少添加剂NTL的粘度，这使它能容易地掺入水性液体。
实施例5硅酸盐浆和化合物XTL使用如实施例2所述的老化前和老化后的实施例1所述的硅酸盐浆配方。
老化前
老化后
这些结果显示，润滑化合物XTL能明显降低磨擦。它的特性在老化后没有改变。
实施例6海水膨润土浆碱性液体的组成-海水-膨润土30g/l-增粘剂(黄蓍胶) 2g/l-滤液减少剂(Aquapac-LV) 1g/l-分散剂 3g/l-重晶石， 使密度SG=1.2kg/l的量所用的分散剂是COATEX公司(法国)出售的聚丙烯酸盐(酯)FP30S。
配方的pH值用碱NaOH调节到pH=9或pH=12。
该试验给出了根据加入的润滑剂NTL浓度得到的高pH液体的润滑能力的结果。
结果显示了NTL极为良好的润滑性能，特别是在高pH值下。实施例7甲酸铯浆碱性液体的组成-海水-增粘剂(黄蓍胶)2g/l-滤液减少剂2g/l-填充陶土 10g/l-KCl 50g/l-CsCOOH,H2O(水合甲酸铯)300g/l，以使密度SG=1.2kg/l配方的pH值用碱NaOH调节到pH=9或pH=12。该试验显示了根据加入的润滑剂NTL的浓度得到的润滑结果。
这些测量显示了NTL在该类极高pH液体里极为良好的润滑性能。
权利要求
1．一种以水为基的井液，其特征在于，它包含一种润滑化合物，所述的润滑化合物含有通过使至少一种氨基醇与至少一种植物油或脂肪酸反应而得到的至少一种非离子两性化合物。
2．如权利要求1所述的液体，其特征在于，所述的植物油或脂肪酸选自亚麻子油、红花油、葡萄子油、桐油、葵花油、菜油或它们的混合物，脂肪酸衍生自所述的植物油。。
3．如权利要求1或2所述的液体，其特征在于，所述的植物油被聚合，其20℃下的粘度范围是5-60Pa.s。
4．如权利要求1-3任一所述的液体，其特征在于，所述的氨基醇是二乙醇胺。
5．如权利要求1-4任一所述的液体，其特征在于，润滑化合物被调制成包含至少一种溶剂和可能的其它组份的混合物形式。
6．如权利要求5所述的液体，其特征在于，所述的溶剂是植物油衍生物。
7．如权利要求5或6所述的液体，其特征在于，所述的混合物含有0一80％重量溶剂，优选的是20-40％。
8．如前述权利要求任一项所述的液体，其特征在于，它包含浓度为0.1-5％重量所述润滑化合物。
9．如权利要求8所述的液体，其特征在于，所述的浓度范围是0.5-2％重量。
10．如前述权利要求任一所述的液体，其特征在于，其pH值高于9，优选的是高于10。
11．一种控制以水为基的井液的润滑性能的方法，其特征在于，向所述的液体里加入如权利要求1-9任一所述的润滑化合物。
12．如权利要求11所述的方法在pH值高于9，优选地高于10的井液中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种包含润滑化合物的井液,所述的润滑化合物含有通过使至少一种氨基醇与至少一种植物油或脂肪酸反应而得到的至少一种非离子两性化合物,或其聚合状态。在一个变化的方案里,化合物与溶剂混合。本发明也涉及证实以水为基液的润滑能力的方法。本发明进一步涉及所述方法在具有高pH的井液中的应用。
文档编号C10M105/00GK1305517SQ9980725
公开日2001年7月25日 申请日期1999年6月9日 优先权日1998年6月12日
发明者J－F·阿格伊利埃, A·德穆兰, A·奥迪贝尔－阿伊, M·詹森 申请人:法国石油研究所, 菲那研究股份有限公司