專(zhuān)利名稱：熱穩(wěn)定的組合物及其在鉆井液中的應(yīng)用的制作方法
熱穩(wěn)定的組合物及其在鉆井液中的應(yīng)用
背景技術(shù)：
自從在美國(guó)開(kāi)始油井鉆探操作之初就已經(jīng)使用了鉆井液，鉆井液及其化學(xué)已經(jīng)并 仍然是科學(xué)和化學(xué)研究的重要領(lǐng)域。鉆井液的某些使用和所需性質(zhì)綜述在US專(zhuān)利申請(qǐng) 2004/0110642和US專(zhuān)利6，339，048和6，462，096中，由本申請(qǐng)的代理人傳承下去，其公開(kāi) 的全部?jī)?nèi)容在此全文引入作為參考。然而，油井鉆探環(huán)境的要求需要不斷改善溫度穩(wěn)定性。這個(gè)變得非常實(shí)際，例如， 因?yàn)閷ふ倚碌氖驮瓷婕按罅啃枰谏钏畢^(qū)域內(nèi)探測(cè)并使用臥式鉆床技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一些實(shí)施方式，組合物包括胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，(i)具有至少 兩個(gè)羧基部分的羧酸和(ii)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺的反應(yīng)產(chǎn)物，和選自(i)烷 氧基化的烷基胺、( )脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化學(xué)制品。在一些實(shí)施方式中，胺是醚胺。在一些實(shí)施方式中，組合物包括有機(jī)粘土。在一些實(shí)施方式中，該組合物包括(1)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺、(2) 具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸和(3)烷氧基化的烷基胺的反應(yīng)產(chǎn)物。在其它的實(shí)施方式 中，該組合物包括(1)具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸、(2)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的 聚胺、(3)烷氧基化的烷基胺和(4)脂肪酸酰胺的反應(yīng)產(chǎn)物。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，油基鉆井液包括胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，(i) 具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸和(ii)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺的反應(yīng)產(chǎn)物，和 選自(i)烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化學(xué)制品的混合物。在 一些實(shí)施方式中，該鉆井液包含一種或更多的乳化劑。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)鉆井液被加熱到約300° F并隨后冷卻時(shí)，鉆井液在溫度 約120° F-約40° F的范圍內(nèi)保持流變活性。在一些實(shí)施方式中，在溫度約300° F-約 40° F的范圍內(nèi)，鉆井液表現(xiàn)為基本上保持不變的流變曲線，或在一些實(shí)施方式中，在溫度 約120° F-約40° F的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，在溫度超過(guò)約120° F-約40° F的 范圍內(nèi)，鉆井液的高剪切速度的粘度變化小于約90%。根據(jù)一些實(shí)施方式，組合物包括醚胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物、和有機(jī)粘土。根據(jù)一些實(shí)施方式，油基鉆井液包括胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物。根據(jù)一些實(shí)施方式，當(dāng)鉆井液被加熱到溫度到大約300° F然后冷卻時(shí)，在溫度約 120° F-約40° F范圍內(nèi)在低剪切速度下鉆井液保持流變活性的方法，包括向鉆井液中加 入鉆井液添加劑，其中鉆井液添加劑包括胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，(i)具有至少 兩個(gè)羧基部分的羧酸和(ii)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺的反應(yīng)產(chǎn)物，和選自(i)烷 氧基化的烷基胺、( )脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化學(xué)制品。根據(jù)一些實(shí)施方式，在溫度為約120° F-約40° F的范圍內(nèi)使鉆井液的流變曲線 基本上不變的方法包括，向鉆井液中加入鉆井液添加劑，其中鉆井液添加劑包括胺和多官 能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，(i)具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸和(ii)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺的反應(yīng)產(chǎn)物，和選自(i)烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合 物的化學(xué)制品。
具體實(shí)施例方式在一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的組合物可以包括胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn) 物。在一些實(shí)施方式中，該組合物用作鉆井液添加劑。在一些實(shí)施方式中，該鉆井液添加劑 包括(i)具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸和(ii)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺的反應(yīng) 產(chǎn)物，和選自(i)烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化學(xué)制品。該 鉆井液也可以包括有機(jī)粘土。在一些實(shí)施方式中，將該鉆井液添加劑加入到鉆井液中改善 了鉆井液的溫度穩(wěn)定性并拓寬了鉆井液的操作溫度范圍。在一些實(shí)施方式中，加入了鉆井液添加劑的油基鉆井液在高于250° F時(shí)溫度不 穩(wěn)定，其中所述添加劑包括，(a)(i)具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸和(ii)具有兩個(gè)或更 多的胺官能團(tuán)的聚胺的反應(yīng)產(chǎn)物，和(b)選自(i)烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和 (iii)其混合物的化學(xué)制品。當(dāng)溫度接近250° F時(shí)，所述鉆井液可能顯示出重大的粘度降。 在一些實(shí)施方式中，加入了本發(fā)明的鉆井液添加劑的油基鉆井液將溫度穩(wěn)定的極限拓展至 大于約300° F，結(jié)果導(dǎo)致在約300° F-約40° F的范圍內(nèi)基本上不變的流變曲線。反應(yīng)產(chǎn)物A根據(jù)一些實(shí)施方式，鉆井液添加劑的組分包括胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物。 在一些實(shí)施方式中，反應(yīng)產(chǎn)物是聚脲產(chǎn)物。在一些實(shí)施方式中，胺包括醚胺。適合的醚胺的例子公開(kāi)在US專(zhuān)利6，555，614 (第 5欄，第44-56行)中，其公開(kāi)的內(nèi)容在此全文引入作為參考。適合的醚胺的例子包括， 但不局限于，包括2-(2_氨基乙氧基)乙胺、2-[2-(2_氨基乙氧基)乙氧基]乙胺、 2-{2-[2-(2_氨基乙氧基)乙氧基]乙氧基}乙胺的分子量為約104-約2000的聚氧乙烯二 胺，包括2-(2_氨基丙氧基)-1_甲基乙基胺、2-[2-(2_氨基丙氧基)-1_甲基乙氧基]-1-甲 基乙基胺、2-{2-[2-(2_氨基乙氧基)-1_甲基乙氧基]-1-甲基乙氧基}-1_甲基乙基胺的 分子量為約132-約2000的聚氧丙烯二胺，聚氧乙烯二胺和聚氧丙烯二胺的共聚物，以及 雙_ (3-氨基丙基)-醚、1，2-雙-(3-氨基丙氧基)-乙烷或1，3-雙-(3-氨基丙氧基)-2， 2-二甲基丙烷。在一些實(shí)施方式中，多官能的異氰酸酯的通式為OCN-R’ -NCO0上述多官能 異氰酸酯的例子公開(kāi)于US專(zhuān)利6，683，151(第3欄，第30-49行)中和US專(zhuān)利申請(qǐng) 2002/0077444A1 (第W021]段)中，其公開(kāi)的內(nèi)容在此全文引入作為參考。在一些實(shí)施 方式中，適合的異氰酸酯具有至少兩個(gè)這樣的官能團(tuán)，例如，二異氰酸酯、1，4_ 二異氰酰 基-4-甲基-戊烷、1，5_ 二異氰?；?5-甲基己烷、3(4)-異氰?；谆?1-甲基環(huán)己基 異氰酸酯、1，6_ 二異氰?；?6-甲基-庚烷、1，5_ 二異氰酰基-2，2，5-三甲基己烷和1， 7- 二異氰酰基_3，7- 二甲基辛烷、或1-異氰?；?1-甲基-4- (4-異氰酰丁 -2-基)環(huán)己 烯、1-異氰?；?1，2，2-三甲基-3- (2-異氰?；?乙基)_環(huán)戊烷、1-異氰酰基-1，4- 二 甲基-4-異氰酰甲基-環(huán)己烷、1-異氰?；?1，3- 二甲基-3-異氰酰甲基-環(huán)己烷、1-異 氰酰基_正丁基-3- (4-異氰?；?-1-基)_環(huán)戊烷和1-異氰酰基-1，2- 二甲基-3-乙 基-3-異氰酰甲基-環(huán)戊烷、3 (4)-異氰酰甲基-1-甲基環(huán)己基異氰酸酯(IMCI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、亞甲基二苯基二異氰酸酯(MDI)、亞甲基二環(huán)己烷4，4_ 二異氰酸酯、異氟爾 酮二異氰酸酯(IPDI)、己烷二異氰酸酯(HDI)及其類(lèi)似物。根據(jù)一些實(shí)施方式，適合的異氰酸酯包括，但不局限于，四亞甲基二異氰酸酯、1， 6_ 二異氰酰基己烷、1，6_六亞甲基二異氰酸酯、十二亞甲基二異氰酸酯、環(huán)己烷-1，3-和1， 4_ 二異氰酸酯、1-異氰?；?3-異氰酰甲基-3，_5，5-三甲基環(huán)己烷(=異氟爾酮二異氰 酸酯)、雙-(4-異氰?；h(huán)己基)甲烷(=氫化的MDI)、2_和4-異氰?；h(huán)己基-2’-異 氰?；h(huán)己基甲烷、1，3_和1，4_雙-(異氰酰甲基)-環(huán)己烷、雙-(4-異氰酰-3-甲基環(huán) 己基)甲烷、1，3_和1，4_四甲基二甲苯胺二異氰酸酯、2，4_和/或2，6_ 二異氰酰甲苯、2， 2’ -，2，4’ -和/或4，4’ - 二異氰酰二苯甲烷，1,5-萘二異氰酸酯、ρ-和m_苯二異氰酸酯、 二甲苯二異氰酸酯、二苯基-4，4’_ 二異氰酸酯、碳二亞胺改性的液態(tài)MDI、聚合的MDI、及其 類(lèi)似物。在一些實(shí)施方式中，在那些已經(jīng)使用了添加劑的體系中為了穩(wěn)定流變曲線，反應(yīng) 產(chǎn)物使聚脲鉆井液添加劑在較寬的溫度范圍內(nèi)延伸為基本上不變的流變曲線。根據(jù)一個(gè)實(shí) 施方式，聚脲反應(yīng)產(chǎn)物與描述于US專(zhuān)利申請(qǐng)2004/0102332A1中的組合物組合，其公開(kāi)的內(nèi) 容在此全文引入作為參考。在另一個(gè)實(shí)施方式中，聚脲反應(yīng)產(chǎn)物與1)具有兩個(gè)或更多的胺 官能團(tuán)的聚胺和至少有兩個(gè)羧基部分的羧酸的反應(yīng)產(chǎn)物，和2)烷氧基化的胺和/或脂肪酰 胺及其混合物組合。加工處理的胺和多官能異氰酸酯的具體物質(zhì)是大家熟知的，并可以用于制備加入 到鉆井液添加劑中的反應(yīng)產(chǎn)物。在一些實(shí)施方式中，胺和多官能異氰酸酯的摩爾比為約 4 1-約0.5 1。在一些實(shí)施方式中，胺和多官能異氰酸酯的摩爾比為約3 1-約1 1。 在其它實(shí)施方式中，胺和多官能異氰酸酯的摩爾比為約2 1-約1 1。在一些實(shí)施方式中，胺和異氰酸酯的反應(yīng)可能會(huì)形成沉淀。在一些實(shí)施方式中，可 以過(guò)濾沉淀，并用甲醇洗滌，并干燥。反應(yīng)產(chǎn)物B在一些實(shí)施方式中，鉆井液添加劑包括(i)具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸和 (ii)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺的反應(yīng)產(chǎn)物。在一些實(shí)施方式中，反應(yīng)產(chǎn)物的組分 也包括選自(i)烷氧基化的烷基胺、( )脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化學(xué)制品。鍾任何具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸都可以用于制備鉆井液添加劑的組分的反應(yīng) 產(chǎn)物。在一些實(shí)施方式中，羧酸是二聚酸。在一些實(shí)施方式中，該羧酸包括C16和/或C18脂 肪酸的二聚體。在某些實(shí)施方式中，上述二聚羧酸是完全氫化的、部分氫化的、或完全沒(méi)有 氫化的。在一些實(shí)施方式中，二聚羧酸包括來(lái)自C16-C18W不飽和脂肪酸的二聚產(chǎn)物。在一些實(shí)施方式中，二聚羧酸具有平均約18-約48個(gè)碳原子。在一些實(shí)施方式中， 二聚羧酸具有平均約20-約40個(gè)碳原子。在一些實(shí)施方式中，二聚羧酸具有平均約36個(gè) 碳原子數(shù)。適合的二聚羧酸可以由C18脂肪酸制備，例如油酸。適合的二聚酸的例子描述于US 專(zhuān)利 2，482，760,2, 482，761,2, 731，481,2, 793，219,2, 964，545,2, 978，468,3, 157，681 和 3，256，304中，其公開(kāi)的內(nèi)容在此全文引入作為參考。適合的二聚酸的例子包括從Cognis公司獲得的Empol 產(chǎn)品線(例如Empol
61061)，和從 Uniquma 獲得的Pripol 二聚酸(例如Pripol 1013)。許多市場(chǎng)上可以買(mǎi)到的脂肪酸二聚物包括單酸、二聚酸和三聚酸的混合物。在 一些實(shí)施方式中，脂肪酸二聚體具有特定的二聚物含量，因?yàn)閱误w和三聚體濃度增大會(huì)阻 礙添加劑的性能。在一些實(shí)施方式中，商品是蒸餾過(guò)的或其它方法處理過(guò)的以保證某些 合適的二聚物的含量。在一些實(shí)施方式中，適合的二聚酸具有的二聚體的含量至少約為 80%。在一些實(shí)施方式中，適合的二聚酸具有的二聚物的含量至少約為90%。適合的二聚 酸的例子包括EmpOl 1061，其具有的二聚酸的含量為92. 5% -95. 5%，三聚酸的含量為 1. 5% -3. 5%和單酸的含量為2.5% -5.0%。碰根據(jù)一些實(shí)施方式，聚胺具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)用于制備可以加入到鉆井液 添加劑中的反應(yīng)產(chǎn)物。在一些實(shí)施方式中，使用來(lái)自聚乙烯聚胺族的具有兩個(gè)或更多的胺 官能團(tuán)的聚胺。二胺、三胺和聚胺和其組合可以適合使用在鉆井液添加劑中。上述胺的例子可以 包括乙二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基戊胺和其它該系列的組分。在一些實(shí) 施方式中，使用支鏈的聚胺和由不同烷基制備的聚胺。在一些實(shí)施方式中，適合的三胺是二亞乙基三胺(DETA)。DETA分配的CAS號(hào)為 111-40-0 并可以從 Huntsman International 上買(mǎi)到。附加的組分在一些實(shí)施方式中，反應(yīng)產(chǎn)物組分也包括至少一種(i)烷氧基化的烷基胺、(ii) 脂肪酸酰胺及(iii)其混合物。適合的烷氧基化的烷基胺和脂肪酸酰胺將在以下詳細(xì)描 述。制備反應(yīng)產(chǎn)物加工處理的聚胺和羧酸的具體物質(zhì)是大家熟知的，并可以用于制備加入到鉆井液 添加劑中的反應(yīng)產(chǎn)物。在一些實(shí)施方式中，胺官能團(tuán)和羧基官能團(tuán)的摩爾比為約4 1-約 1 1。在一些實(shí)施方式中，胺官能團(tuán)和羧基官能團(tuán)的摩爾比為約1.5 1-約3 1。在一 些實(shí)施方式中，胺官能團(tuán)和羧基官能團(tuán)的摩爾比為約2 1。例如，可以使用多于一種二聚 酸和/或多于一種聚胺的混合物。在一些實(shí)施方式中，這些反應(yīng)可以產(chǎn)生咪唑啉和其它副 產(chǎn)物。組分C烷氧基化的烷基胺在一些實(shí)施方式中，將適合烷氧基化的烷基胺混入或混合入由上述的羧酸和聚胺 的反應(yīng)得到的反應(yīng)產(chǎn)物和/或上述的胺和多官能異氰酸酯反應(yīng)得到的反應(yīng)產(chǎn)物中。在一些 實(shí)施方式中，將適合的烷氧基化的烷基胺直接加入到鉆井液中。在其它的實(shí)施方式中，適合 的烷氧基化的烷基胺與羧酸和聚胺反應(yīng)形成反應(yīng)產(chǎn)物。在其它的實(shí)施方式中，適合的烷氧 基化的烷基胺與羧酸、聚胺和脂肪酸酰胺反應(yīng)形成反應(yīng)產(chǎn)物。許多烷氧基化的烷基胺合適于鉆井液添加劑?？梢允褂萌魏瓮檠趸陌坊蝾?lèi)似 的衍生的胺。適合的烷氧基化的胺可以包括各種烷氧化程度的胺。使用的化學(xué)制品的例子 包括，但不局限于，Akzo Nobel 的全線產(chǎn)品EthQmeen 、Propomeen .和;Ethoduomeen 。
在一些實(shí)施方式中，適合的胺包括每分子具有最多約50個(gè)烷氧單元的胺(例如， Ethomeen 18/60)。在一些實(shí)施方式中，適合的胺包括具有最多約15-25個(gè)烷氧單元的胺 (例如Ethomeen C/25、T/25、S/25、18/25、Ethoduomeen Τ/25)。在其它的實(shí)施方式 中，適合的胺包括具有最多約10個(gè)烷氧單元的胺(例如，Propomeen c/12、0/12、τ/12 ；
Ethoduomeen Τ/13、Τ/20 ；Ethomeen C/12、C/15、C/20、0/12、0/15、T/12、T/15、S/12、 S/15、S/20、18/12、18/15 和 18/20)。在一些實(shí)施方式中，適合的胺包括聚氧乙烯(5)可可烷基胺，可獲得的，例如，來(lái) 自 Akzo Nobel (New Brunswick, N. J.)的商標(biāo)名為 Ethomeen C/15。Ethomeen C/15 的 通式為 RN[ (CH2CH2O)m(CH2CH2O)nH],其中 R 是可可烷基，且 m+n = 5。任選的，烷氧基化的胺可以在羧酸和聚胺的反應(yīng)之前加入，或在反應(yīng)步驟后混入。 如果在反應(yīng)前或在反應(yīng)溫度下加入，在二聚酸羧基和烷氧基胺羥基之間可能會(huì)形成一些 醚。在一些實(shí)施方式中，反應(yīng)產(chǎn)物和烷氧基化的烷基胺以反應(yīng)產(chǎn)物和烷氧基化的烷基 胺以重量比為約95 5-約5 95的比例混合或混入。在一些實(shí)施方式中，反應(yīng)產(chǎn)物和烷 氧基化的烷基胺以反應(yīng)產(chǎn)物和烷氧基化的烷基胺以重量比為約80 20-約30 70的比 例混合或混入。在一些實(shí)施方式中，反應(yīng)產(chǎn)物和烷氧基化的烷基胺以反應(yīng)產(chǎn)物和烷氧基化 的烷基胺以重量比為約55 45的比例混合或混入。脂肪酸酰胺任選的，可以加入附加成分例如脂肪酰胺和相關(guān)的烷氧基化的衍生物，或與上述 的反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)。在一些實(shí)施方式中，向由上述的羧酸和聚胺反應(yīng)制備的反應(yīng)產(chǎn)物和/或 上述的胺和多官能異氰酸酯反應(yīng)制備的反應(yīng)產(chǎn)物中混入或混合入適合的脂肪酰胺。在一些 實(shí)施方式中，將合適的脂肪酰胺直接加入到鉆井泥漿中。在其它的實(shí)施方式中，適合的脂肪 酰胺與羧酸和聚胺反應(yīng)形成反應(yīng)產(chǎn)物。在其它的實(shí)施方式中，適合的脂肪酰胺與羧酸、聚胺 和脂肪酸酰胺反應(yīng)形成反應(yīng)產(chǎn)物。在一些實(shí)施方式中，適合的脂肪酰胺是那些微溶于鉆井液中的脂肪酸的酰胺。在 一些實(shí)施方式中，適合的脂肪酰胺包括在鉆井泥漿中微溶的那些高溫可融的脂肪酸酰胺， 例如由Akzo Nobel生產(chǎn)線生產(chǎn)的Armid 。在一些實(shí)施方式中，烷氧基化的脂肪酰胺，例如 可以使用Akzo Nobel產(chǎn)品線的Ethomid 。例如，適合的烷氧基化的脂肪酰胺可以包括在 油酸酰胺中具有7摩爾的EO的Ethomid 0/17。鉆井液的制備在一些實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的組合可以用作油基鉆井液的添加劑。在一些實(shí) 施方式中，根據(jù)本發(fā)明的組合物可以用作用于各種鉆探發(fā)明的油基反相鉆井液的添加劑。術(shù)語(yǔ)油基鉆井液被定義為其連續(xù)相是基于烴的鉆井液。配制具有大于5%的水或 鹽水的油基鉆井液可以歸類(lèi)為油基反相乳化鉆井液。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)不連續(xù)相以任 何比例直到約50%時(shí)，油基反相乳化鉆井液可以包含水或鹽水。根據(jù)一些實(shí)施方式，制備反相乳化鉆井液(油基泥漿)的方法包括利用混合裝置 合并單一組分配制那些液體。在一些實(shí)施方式中，在適中的攪拌下，將主要的和次要的乳化 劑和/或潤(rùn)濕劑(表面活性劑混合物)加入到基礎(chǔ)油(連續(xù)相)中。水相，通常是鹽水，可
8以與堿度調(diào)節(jié)劑和酸性氣體凈化劑一起加入到基礎(chǔ)油/表面活性劑混合物中。在一些實(shí)施 方式中，也可以包括流變添加劑和防濾失材料、增重劑和抗腐蝕化學(xué)制品。也可以持續(xù)攪拌 以保證每個(gè)組分的分散和合成的流化混合物的均勻。根據(jù)一些實(shí)施方式，柴油、礦物油、合成油、植物油、魚(yú)油、石蠟、和/或酯基油都可 以以單組分或混合物使用。鹽水的含量在一些實(shí)施方式中，鹽水形式的水經(jīng)常用于形成鉆井液的內(nèi)相。根據(jù)一些實(shí)施方 式，水可以被定義為其可包含約百萬(wàn)分之10-350，000份的金屬鹽的水溶液，例如鋰、鈉、 鉀、鎂、銫或鈣鹽。在一些實(shí)施方式中，用于形成根據(jù)本發(fā)明的鉆井液的內(nèi)相的鹽水也會(huì)包 含按重量計(jì)大約5% -35%的氯化鈣，和包含不同數(shù)量的其它溶解的鹽，例如碳酸氫鈉、硫 酸鈉、乙酸鈉、硼酸鈉、氯化鉀、氯化鈉或甲酸鹽(例如鈉、鈣或銫)。在一些實(shí)施方式中，乙 二醇或甘油可用于代替鹽水或加入到鹽水中。在一些實(shí)施方式中，在根據(jù)本發(fā)明的乳劑中的水(鹽水)與油的比率可以盡可能 地提供高含量的鹽水而仍然保持穩(wěn)定的乳狀液。在一些實(shí)施方式中，合適的油/鹽水的比 率可在約97 3-約50 50之間。在一些實(shí)施方式中，優(yōu)選油/鹽水的比率依賴于具體 的油和泥漿的重量。根據(jù)一些實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)制備的鉆井液的含水量可以為 水溶液(水)的含量約0-50體積百分?jǐn)?shù)。有機(jī)粘土在一些實(shí)施方式中，鉆井液添加劑包括有機(jī)粘土。根據(jù)一些實(shí)施方式，將由膨 潤(rùn)土、鋰蒙脫土和山軟木土中的至少一個(gè)制備的有機(jī)粘土加入到鉆井液添加劑中。除了 Elementis Specialties' BENTONE ,產(chǎn)品線之外，還有許多上述粘土的供應(yīng)者，包括 Rockwood Specialties Inc.禾口 Sud ChemieGmbH0乳化劑根據(jù)一些實(shí)施方式，為了形成更穩(wěn)定的乳液也可以將乳化劑加入到鉆井液中。乳 化劑可以包括有機(jī)酸，包括但不局限于包含3-20個(gè)碳原子的單羧基鏈烷、鏈烯或鏈炔脂肪 酸，及其混合物。這組酸的例子包括硬脂酸、油酸、己酸、癸酸和丁酸。在一些實(shí)施方式中， 將會(huì)使用己二酸、脂族二羧酸中的一個(gè)。根據(jù)一些實(shí)施方式，合適的表面活性劑或乳化劑包 括脂肪酸鈣鹽和卵磷脂。在其它實(shí)施方式中，合適的表面活性劑或乳化劑包括氧化的松油、 聚氨化的脂肪酸和脂肪酸的部分酰胺。在一些實(shí)施方式中，雜環(huán)添加劑例如咪唑啉化合物可以用來(lái)調(diào)節(jié)鉆井液的流動(dòng)性 質(zhì)。在其它的實(shí)施方式中，烷基吡啶可以用來(lái)調(diào)節(jié)鉆井液的流動(dòng)性質(zhì)。用作乳化劑的工業(yè)可獲得的胺化合物源自于烯類(lèi)不飽和烴的環(huán)氧化，該烯類(lèi)不飽 和烴帶有通過(guò)加成到環(huán)氧基團(tuán)上隨后引入的N官能團(tuán)。環(huán)氧化中間體組分與伯胺或仲胺反 應(yīng)形成相應(yīng)的烷醇胺，在這一點(diǎn)上有重大意義。在一些實(shí)施方式中，聚胺，尤其是相應(yīng)的亞 烷基二胺類(lèi)的低級(jí)聚胺，也適合用于環(huán)氧的開(kāi)環(huán)。另一類(lèi)適合作為乳化劑的親油的胺化合物是氨基酰胺，其源自優(yōu)選長(zhǎng)鏈的羧酸和 多官能的，尤其是低級(jí)的，上述類(lèi)型的胺。在一些實(shí)施方式中，至少一種胺官能團(tuán)不是鍵合 成酰胺的形式，但剩余的部分作為潛在的形成鹽的堿性的氨基。該堿性氨基，在其中他們作為仲胺或叔胺形成，可以包括羥烷基的取代基，尤其是，除了該分子的親油部分以外包含最 多5個(gè)在一些實(shí)施方式中最多3個(gè)碳原子的低級(jí)羥烷基的取代基。根據(jù)一些實(shí)施方式，用于制備上述包括長(zhǎng)鏈的親油分子成分的加合物的合適的N 堿起始組分可以包括但不局限于單乙醇胺或二乙醇胺。在一些實(shí)施方式中，填料也經(jīng)常用于填充到鉆井液添加劑中以達(dá)到需要的密度。 在一些實(shí)施方式中，鉆井液被填充到密度為約8-18磅每加侖或更大。合適的填料可以包括 重晶石、鈦鐵礦、碳酸鈣、氧化鐵和硫化鉛。在一些實(shí)施方式中，使用商業(yè)上可買(mǎi)到的重晶石 作為填料?；烊敕椒ㄔ谝恍?shí)施方式中，鉆井液的每桶液體可以包括大約1/4磅-大約15磅的鉆井液 添加劑。在其它的實(shí)施方式中，鉆井液的每桶液體可以包括大約1/4磅-大約10磅的鉆井 液添加劑，還是在其它的實(shí)施方式中，鉆井液的每桶液體可以包括大約1/4磅-大約5磅的 鉆井液添加劑。如上所述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易知道那些附加的添加劑，例如增重劑、乳化 劑、潤(rùn)濕劑、增粘劑、防濾失劑和其它可以與根據(jù)本發(fā)明的組合一起使用的添加劑。除了調(diào) 節(jié)粘度和抗沉淀性質(zhì)的流變添加劑以外的許多其它添加劑也可以用于該鉆井液中，以便獲 得需要的涂布性能，例如，例如抗沉淀劑和濾失預(yù)防添加劑。使用方法在一些實(shí)施方式中，可以將鉆井液添加劑加入到鉆井液中。在一些實(shí)施方式 中，可以將該鉆井液添加劑與其它添加劑，例如Thixatrol Dff和Bentone 155,都來(lái)自 Elementis Specialties, 一起力口入至Ij鉆井液中。在一些實(shí)施方式中，加入到鉆井液中的鉆井液添加劑的量約為0.25bbp_約 30bbp。在其它實(shí)施方式中，加入到鉆井液中的鉆井液添加劑的量約為5. Obbp-約15. Obbp0 在一些實(shí)施方式中，加入到鉆井液中的鉆井液添加劑的量約為0. 25bbp-約5bbp。在一些實(shí)施方式中，鉆井液添加劑加入到鉆井液中導(dǎo)致在整個(gè)溫度范圍內(nèi)基本上 不變的流變曲線。鉆井液的基本上不變的流變曲線可能與鉆井液的粘度變化很小有關(guān)，因 為通常鉆井液的溫度被降低到在深水中鉆探時(shí)提升裝置中的溫度。在一些實(shí)施方式中，在 溫度約120° F-約40° F范圍內(nèi)，鉆井液的高剪切速度的粘度變化小于約90%。在其它的 實(shí)施方式中，在溫度約120° F-約40° F范圍內(nèi)，鉆井液的高剪切速度的粘度變化小于約 85%。在一些實(shí)施方式中，在溫度約120° F-約40° F范圍內(nèi)，鉆井液的高剪切速度的粘 度變化小于約80%。在一些實(shí)施方式中，在溫度約120° F-約40° F范圍內(nèi)，鉆井液的高 剪切速度的粘度變化小于約75%。鉆井液的粘度可以依據(jù)API RP 13B測(cè)量。在一些實(shí)施方式中，將鉆井液添加劑加入到鉆井液中，在溫度大約300° F-大約 200° F范圍內(nèi)提供了基本上不變的流變曲線。在一些實(shí)施方式中，將鉆井液添加劑加入到 鉆井液中，在溫度大約300° F-大約150° F范圍內(nèi)提供了基本上不變的流變曲線。在一 些實(shí)施方式中，將鉆井液添加劑結(jié)合其它的鉆井液添加劑一起加入到鉆井液中，在溫度大 約300° F-大約40° F范圍內(nèi)提供了基本上不變的流變曲線。在一些實(shí)施方式中，將鉆井 液添加劑結(jié)合其它鉆井液添加劑一起加入到鉆井液中，在溫度大約120° F-大約40° F范 圍內(nèi)提供了基本上不變的流變曲線。
10
當(dāng)鉆井液具有至少約3的低剪切速度粘度時(shí)，鉆井液顯示出流變活性。在一些實(shí) 施方式中，當(dāng)鉆井液被加熱到溫度大于或等于約300° F隨后冷卻時(shí)，將鉆井液添加劑加 入到鉆井液中以保持鉆井液的流變活性。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)鉆井液被加熱到溫度大 于或等于約300° F隨后冷卻時(shí)，將鉆井液添加劑加入到鉆井液中以保持鉆井液在低剪切 速度的流變活性，例如約6RPM。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)鉆井液被加熱到溫度大于或等于約 300° F隨后冷卻時(shí)，將鉆井液添加劑加入到鉆井液中以保持鉆井液在溫度為約120° F-約 40° F范圍內(nèi)的流變活性。在一些實(shí)施方式中，向鉆井液中加入本發(fā)明的鉆井液添加劑比加入已知的鉆井液 添加劑可以提供更高的溫度穩(wěn)定性。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的鉆井液添加劑提供的溫 度穩(wěn)定性的溫度范圍為約300° F-約40° F。在一些實(shí)施方式中，向鉆井液中加入本發(fā)明 的鉆井液添加劑提供的溫度穩(wěn)定性比加入已知的鉆井液添加劑至少溫度高50° F。在一些 實(shí)施方式中，包含本發(fā)明的鉆井液添加劑的鉆井液在高溫下保持流變活性。在一些實(shí)施方 式中，包含本發(fā)明的鉆井液添加劑的鉆井液在溫度大于或等于約300° F時(shí)保持流變活性。在一些實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的鉆井液比用足夠的有機(jī)粘土配制的普通泥漿在 40° F時(shí)具有更低粘度，以提供在井底溫度下的懸浮液。當(dāng)用在鉆探作業(yè)中時(shí)，根據(jù)本發(fā)明 的鉆井液可以允許使用低動(dòng)力泵將鉆泥漿泵送通過(guò)長(zhǎng)距離，因此降低沿洞的壓力。結(jié)果，在 一些實(shí)施方式中，形成的濾失、斷裂和損害都達(dá)到最小化。在一些實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明 的鉆井液可以保持在更高的溫度下更高水平的有機(jī)粘土所具有的典型的懸浮液的特性。當(dāng) 泥漿在提升裝置中冷卻時(shí)，本發(fā)明對(duì)深水鉆探特別有用處。使用根據(jù)本發(fā)明的鉆井液添加 劑的泥漿與包含傳統(tǒng)的流變添加劑的鉆井液相比，降低了在提升裝置中的粘度增加。實(shí)施例在以下的實(shí)施例中使用的鉆井液的制備基于表1中的配方。表1鉆井液的配方 所有液體的制備和檢測(cè)都依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)API RP 13B使用標(biāo)準(zhǔn)量杯和5軸Hamilton Beach通用混合器的泥漿制備指南。將制備的液體置于316不銹鋼熱時(shí)效池中。根據(jù)API RP 13B的程序熱滾(hot roll)液體。將該池置于滾爐中，設(shè)置溫度為150° F或300° F 持續(xù)16小時(shí)。取出該池并在裝滿冷水的水池中淬火，并將其冷卻至室溫(大約64° F-約 73° F)。流變性的測(cè)量值使用Farm型35流變儀分別在每次120° F和40° F熱滾循環(huán)之 初和之后的值。記錄每個(gè)API RP 13B程序的測(cè)量值。實(shí)施例1-現(xiàn)有技術(shù)將有機(jī)粘土 ΒΕΝΤ0ΝΕ 155 加入到基于合成油的反相乳化鉆井液中，加入量為 2. Obbp和6. Oppb。含有機(jī)粘土的鉆井液在不同剪切速度和溫度下粘度測(cè)量值都列于表2 中。表2顯示出當(dāng)溫度從120° F降為40° F時(shí)，在加入2bbp流變劑時(shí)，僅結(jié)合有機(jī)粘土 (BENT0NE155 )作為流變性改進(jìn)劑的油基鉆井液顯示出高剪切速度(600rpm)粘度提高了 164. 7% (從34升到90)，當(dāng)溫度從120° F降為40° F時(shí)，在加入6bbp流變劑時(shí)，顯示出 高剪切速度粘度提高了 203. 3% (從60升到182)。當(dāng)溫度從120° F降為40° F時(shí)，在加 入2bbp流變劑時(shí)，鉆井液顯示出低剪切速度(6rpm)粘度提高了 450% (從2升到11)，當(dāng) 溫度從120° F降為40° F時(shí)，在加入6bbp流變劑時(shí)，低剪切速度粘度提高了 233. 3% (從 12升到40)。表2 :BENTONE 155 濃度評(píng)價(jià) 實(shí)施例2-現(xiàn)有技術(shù)在油基鉆井液中，結(jié)合2. Oppb BENTONE 155，含有 1. Oppb 的TfflXATROL
DW，其是反應(yīng)產(chǎn)物B結(jié)合烷氧基化的烷基胺的實(shí)例。表3顯示出具有添加劑的鉆井液的粘 度測(cè)量值。根據(jù)API RP 13B的程序，鉆井液在150° F和300° F下熱滾，并隨后冷卻。記錄在不同剪切速度和溫度下的粘度測(cè)量值。表3顯示出當(dāng)粘度測(cè)量的溫度從120° F降為 40° F時(shí)，鉆井液的高剪切速度(600rpm)粘度提高了 85. 2% (從54升到100)。如表2中 所示，當(dāng)粘度測(cè)量的溫度從120° F降為40° F時(shí)，僅包含2ppbBENTONE 155的鉆井 液的高剪切粘度提高了 164. 7% (從34升到90)。表3顯示出，當(dāng)溫度從120 ° F降為40° F時(shí)，包含TfflXATROL 而和 BENTONE 155的鉆井液的低剪切速度(6rmp)的粘度提高了 12. 5% (從8升到9)。如 表2中所示，當(dāng)溫度從120° F降為40° F時(shí)，僅包含2ppbBENTONE 155的鉆井液的 低剪切速度的粘度提高了 450% (從2升到11)。表3顯示出當(dāng)熱滾(HR)溫度從150° F提高到300° F時(shí)，包含THIXATROL Dff和BENTONE 155的鉆井液在120° F的低剪切速度的粘度降低了 87. 5% (從8降 到1)。表3 :DW 對(duì)粘度的影響溫度曲線 實(shí)施例3通過(guò)使293讓01(12_15的烷氧基丙胺與145mmol的1，6_二異氰酰己烷進(jìn)行反應(yīng)來(lái)制 備反應(yīng)產(chǎn)物A的實(shí)例，形成實(shí)施例的鉆井液添加劑。在油基鉆井液中含10. Oppb的實(shí)施例 的鉆井液添加劑結(jié)合l.OppbTHIXATROL DW(反應(yīng)產(chǎn)物B結(jié)合烷氧基化的烷基胺的實(shí) 例)和1. Oppb的BENTONE 155。根據(jù)API RP 13B的程序，鉆井液在150° F和300° F 下熱滾，并隨后冷卻。記錄在不同剪切速度和溫度下的粘度測(cè)量值。表4顯示出當(dāng)溫度從 120° F降為40° F時(shí)，包含實(shí)施例的鉆井液添加劑、丁HIXATROL DW和BENTONE 155的鉆井液的高剪切速度(600rpm)的粘度提高了 83. 6% (從55升到101)。如表2中所 示，當(dāng)溫度從120° F降為40° F時(shí)，僅包含2,OppbBENTONE 155的鉆井液的高剪切速度的粘度提高了 164. 7% (從34升到90)。表4顯示出當(dāng)溫度從120° F降為40° F時(shí)，包含實(shí)施例的鉆井液添加劑、 THIXATROL Dff和BENTONE 155的鉆井液的低剪切速度(6rpm)的粘度提高 了 28.6% (從7升到9)。如表2中所示，當(dāng)溫度從120° F降為40 ° F時(shí)，僅包含 2.0ppbBENTONE 155的鉆井液的高剪切速度的粘度提高了 450% (從2升到11)。當(dāng)熱滾溫度從150° F增加到300 ° F時(shí)，與顯示于表3中的使用2ppb的 BENTONE 155和Ippb的THIXATROL DW的鉆井液的低剪切粘度降低87. 5%相比， 鉆井液顯示出低剪切速度的粘度在120° F時(shí)提高了 71. 4% (從7升到12)。此外，表4顯示出，當(dāng)熱滾溫度從150° F增加到300° F時(shí)，鉆井泥漿在低剪切速 度(6rmp)時(shí)保持剪切活性。如表3所示，當(dāng)熱滾溫度從150° F增加到300° F時(shí)，包含 2ppb的BENTONE 155和Ippb的丁HIXATROL DW的鉆井泥漿在低剪切速度下沒(méi)有 流變活性。表4 =Thixatrol DW .和實(shí)施例的鉆井液添加劑對(duì)粘度的影響溫度曲線 上文的描述和實(shí)施例僅用于闡述和解釋本發(fā)明但并不意欲限制本發(fā)明。因?yàn)楸绢I(lǐng) 域技術(shù)人員可以想到結(jié)合本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的公開(kāi)的實(shí)施方式的修改，本發(fā)明應(yīng)該更寬 泛的解釋包括全部的改變，其都在附加的權(quán)利要求和其等同方式的范圍之內(nèi)。
1權(quán)利要求
一種組合物，包括以下物質(zhì)的混合物(a)胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，(b)(i)具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸和(ii)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺的反應(yīng)產(chǎn)物，和(c)選自(i)烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化學(xué)制品。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中胺是醚胺。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中反應(yīng)產(chǎn)物(b)包括(1)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚 胺，(2)具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸和(3)烷氧基化的烷基胺的反應(yīng)產(chǎn)物。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中反應(yīng)產(chǎn)物(b)包括(1)具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸， (2)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺，(3)烷氧基化的烷基胺和(4)脂肪酸酰胺的反應(yīng)產(chǎn) 物。
5.權(quán)利要求1的組合物，進(jìn)一步包括有機(jī)粘土。
6.包括權(quán)利要求1的組合物的油基鉆井液。
7.一種油基鉆井液組合物，包括以下物質(zhì)的混合物(a)胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，(b)(i)具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸和(ii)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺的反 應(yīng)產(chǎn)物，和(c)選自⑴烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化學(xué)制品。
8.權(quán)利要求7的鉆井液，其中胺是醚胺。
9.權(quán)利要求7的鉆井液，其中反應(yīng)產(chǎn)物(b)包括(1)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚 胺，(2)具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸和(3)烷氧基化的烷基胺的反應(yīng)產(chǎn)物。
10.權(quán)利要求7的鉆井液，其中反應(yīng)產(chǎn)物(b)包括(a)具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸， (b)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺，(c)烷氧基化的烷基胺和(d)脂肪酸酰胺的反應(yīng)產(chǎn) 物。
11.權(quán)利要求7的鉆井液，進(jìn)一步包括有機(jī)粘土。
12.權(quán)利要求7的鉆井液，進(jìn)一步包括一種或更多的乳化劑。
13.權(quán)利要求7的鉆井液，其中當(dāng)鉆井液被加熱到約300°F隨后冷卻到室溫時(shí)，鉆井 液在約120° F-約40° F的溫度范圍內(nèi)在低剪切速度下保持流變活性。
14.權(quán)利要求7的鉆井液，其中鉆井液在約120°F-約40° F的溫度范圍內(nèi)顯示出基 本上不變的流變曲線。
15.權(quán)利要求7的鉆井液，其中在約120°F-約40° F的溫度范圍內(nèi)，鉆井液在高剪切 速度下的粘度變化小于約90%。
16.一種組合物，其包括以下物質(zhì)的混合物(a)乙胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，和(b)有機(jī)粘土。
17.包括胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物的油基鉆井液組合物。
18.權(quán)利要求17的鉆井液，進(jìn)一步包括有機(jī)粘土。
19.權(quán)利要求18的鉆井液，進(jìn)一步包括一種或更多的乳化劑。
20.權(quán)利要求17的鉆井液，其中胺是醚胺。
21.權(quán)利要求17的鉆井液，其中當(dāng)鉆井液被加熱到約300°F隨后冷卻到室溫時(shí)，鉆井 液在約120° F-約40° F的溫度范圍內(nèi)在低剪切速度下保持流變活性。
22.權(quán)利要求17的鉆井液，其中鉆井液在約120°F-約40° F的溫度范圍內(nèi)顯示出基 本上不變的流變曲線。
23.權(quán)利要求17的鉆井液，其中在約120°F-約40° F的溫度范圍內(nèi)，鉆井液在高剪 切速度下的粘度變化小于約90%。
24.一種保持鉆井液流變活性的方法，即所述鉆井液被加熱到約300° F隨后冷卻到室 溫時(shí)，鉆井液在約120° F-約40° F的溫度范圍內(nèi)在低剪切速度下保持流變活性的方法， 包括向鉆井液中加入鉆井液添加劑，其中鉆井液添加劑包括(a)胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，(b)(i)具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸和(ii)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺的反 應(yīng)產(chǎn)物，和(c)選自⑴烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化學(xué)制品。
25.權(quán)利要求24的方法，其中鉆井液在約120°F-約40° F的溫度范圍內(nèi)保持基本上 不變的流變曲線。
26.權(quán)利要求24的方法，其中在約120°F-約40° F的溫度范圍內(nèi)，鉆井液在高剪切 速度下的粘度變化小于約90%。
27.—種在約120° F-約40° F的溫度范圍內(nèi)提供鉆井液基本上不變的流變曲線的方 法，包括向鉆井液中加入鉆井液添加劑，其中鉆井液添加劑包括(a)胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，(b)(i)具有至少兩個(gè)羧基部分的羧酸和(ii)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺的反 應(yīng)產(chǎn)物，和(c)選自⑴烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺和(iii)其混合物的化學(xué)制品。
28.權(quán)利要求27的方法，其中在約120°F-約40° F的溫度范圍內(nèi)，鉆井液在高剪切 速度下的粘度變化小于約90%。
29.權(quán)利要求27的方法，其中當(dāng)鉆井液被加熱到約300°F隨后冷卻到室溫時(shí)，鉆井液 在約120° F-約40° F的溫度范圍內(nèi)在低剪切速度下保持流變活性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種組合物，以及其用作鉆井液的添加劑，該組合物由胺和多官能異氰酸酯的反應(yīng)產(chǎn)物，(i)至少具有兩個(gè)羧基部分的羧酸、和(ii)具有兩個(gè)或更多的胺官能團(tuán)的聚胺的反應(yīng)產(chǎn)物，和選自(i)烷氧基化的烷基胺、(ii)脂肪酸酰胺、(iii)及其混合物的化學(xué)制品的混合物組成。
文檔編號(hào)C09K8/00GK101903489SQ200780101950
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2007年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者D·迪諾, J·湯普森, R·戈伊森 申請(qǐng)人:伊萊門(mén)蒂斯專(zhuān)業(yè)有限公司