適用作用于鉆探工業(yè)的粘土和頁(yè)巖抑制劑的聚氨基聚酰胺-表氯醇樹脂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于鉆探工業(yè)的頁(yè)巖水化抑制劑，確切地說是聚氨基聚酰胺-表氯醇 (PAE)樹脂，其有效降低與用于石油工業(yè)的油氣井的鉆探和構(gòu)建的流體接觸的粘土和頁(yè)巖 的反應(yīng)性，例如抑制溶脹。
【背景技術(shù)】
[0002] 在旋轉(zhuǎn)鉆井中，鉆探流體在整個(gè)地下井中循環(huán)以攜帶來自鉆頭的切肩且將這些切 肩運(yùn)送到地表。同時(shí)，鉆探流體冷卻且清潔鉆頭，以及減小鉆柱與所鉆探的井眼之間的摩擦 力，并且也使未下套管的井?dāng)嗝娣€(wěn)定。通常，鉆探流體形成低滲透性濾餅以便密封與周圍地 質(zhì)地層相關(guān)的任何滲透性。
[0003] 鉆探流體可根據(jù)其流體基礎(chǔ)分類：油基流體，其中固體粒子懸浮于油連續(xù)相中，且 有可能，水或鹽水可用油乳化。可替代地，水基流體含有懸浮于水或鹽水中的固體粒子。各 種化學(xué)物質(zhì)可有意地或以其他方式添加到水基鉆探流體中：a)用于賦予粘度和流體損失 減少的有機(jī)聚合物或粘土；b)為了增加流體密度以及有助于減少流體損失的不溶性無機(jī) 礦物質(zhì)；c)用于增加泥漿密度的可溶性鹽；和d)在鉆探操作期間地層固體可分散到鉆探流 體中。
[0004] 變得分散于鉆探流體中的地層固體包括來自鉆探的切肩、土壤以及來自周圍不穩(wěn) 定地層的固體。當(dāng)?shù)貙赢a(chǎn)生固體，所述固體是反應(yīng)性（例如溶脹、分散、迀移或經(jīng)歷溶脹誘 發(fā)的迀移）的粘土礦物質(zhì)時(shí)，這可潛在地累及鉆探時(shí)間及增加成本。
[0005] 粘土通常由具有暴露表面羥基的鋁硅酸鹽礦物質(zhì)的薄片或?qū)咏M成。粘土表面的基 礎(chǔ)平面是帶負(fù)電荷的，并且因此陽(yáng)離子易于吸附到所述表面上。這些陽(yáng)離子可以是可交換 的。粘土結(jié)構(gòu)內(nèi)的替代以及存在可交換陽(yáng)離子會(huì)影響粘土在水中溶脹的傾向。舉例來說， 表面水化得到水分子吸附在粘土表面上的溶脹。許多類型的粘土可以此方式溶脹。
[0006] 另一種類型的溶脹稱為滲透溶脹，當(dāng)層間離子濃度浸析出粘土單元層之間的水 時(shí)，使粘土溶脹。僅一些粘土可經(jīng)歷滲透溶脹。所有類型的粘土和頁(yè)巖不穩(wěn)定性（如溶脹） 均可引起一系列問題。舉例來說，鉆柱與井眼側(cè)之間的曳力可增加。這可引起流體循環(huán)損 失以及鉆柱與鉆頭的粘滯。
[0007] 這是開發(fā)有效粘土不穩(wěn)定性抑制劑對(duì)于油氣勘測(cè)工業(yè)很重要的原因。本發(fā)明致力 于尋求這些困難的解決方案。
[0008] 已知許多類型的粘土抑制劑包括使用無機(jī)鹽，如氯化鉀。已提交了許多描述可 用于抑制粘土溶脹的技術(shù)或產(chǎn)品的專利。在不完全概述專利文獻(xiàn)的情況下，且通過舉 例，我們可以列舉基于以下各者的抑制劑組合物：a)無機(jī)磷酸酯，描述在USP 4, 605, 068 中；b)聚烷氧基二胺和其鹽，在USP 6,484,821、6,609,578、6,247,543和美國(guó)公開案第 20030106718號(hào)中；c)膽堿衍生物，描述在USP 5, 908, 814中；d)低聚亞甲基和其鹽，在USP 5, 771，971和美國(guó)公開案第20020155956號(hào)中；e)羧甲基纖維素與有機(jī)胺的加成產(chǎn)物，在 TO 2006/013595中；f)l，2-環(huán)己二胺和/或其鹽，在WO 2006/013597中；g)烷氧基化多元 醇的磷酸酯的鹽，在WO 2006/013596中；h)部分水解的丙烯酸共聚物、氯化鉀和聚陰離子 纖維素的組合，在USP 4, 664, 818中；i)季銨化合物，在USP 5, 197, 544和5, 380, 706中； 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；k)含有具有親水基 團(tuán)和疏水基團(tuán)的聚合物的水溶液，在USP 5, 728, 653中；和1)聚羥基烷烴和環(huán)氧烷的反應(yīng) 產(chǎn)物，在 USP 6,544,933 中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明是一種水基鉆探流體組合物和使用所述水基鉆探流體組合物降低鉆井操 作中粘土和頁(yè)巖的反應(yīng)性（如溶脹）的方法，其中所述水基鉆探流體包含水基連續(xù)相、反應(yīng) 性粘土或頁(yè)巖物質(zhì)以及包含聚氨基聚酰胺-表氯醇樹脂的頁(yè)巖水化抑制劑，優(yōu)選地所述聚 氨基聚酰胺-表氯醇樹脂是脂肪族多胺、脂肪族聚羧酸和表氯醇的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0010] 在以上本文所述的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述脂肪族多胺是二亞乙基三胺 (DETA)、三亞乙基四胺（TETA)的一或多種同類物、四亞乙基五胺（ΤΕΡΑ)的一或多種同類 物、五亞乙基六胺（PEHA)的一或多種同類物、二亞丙基三胺（DPTA)、直鏈三亞丙基四胺 (L-TPTA)、雙（2-哌嗪-1-基乙基）胺（BPEA)或其混合物，且所述脂肪族聚羧酸是乙二酸、 丙二酸、琥珀酸、蘋果酸、酒石酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、檸檬酸、 異檸檬酸、丙烷-1，2, 3-二羧酸或其混合物。
[0011] 優(yōu)選地，作為隨后與表氯醇反應(yīng)以制造以上本文所述的本發(fā)明的頁(yè)巖水化抑制化 合物的脂肪族多胺和脂肪族聚羧酸反應(yīng)產(chǎn)物是己二酸與DETA、己二酸與ΤΕΤΑ、己二酸與 L-TETA、己二酸與DETA和TETA的混合物、己二酸與DETA和L-TETA的混合物、己二酸與TETA 與L-TETA的混合物；或己二酸與TETA、L-TETA和DETA的混合物的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0012] 各種化學(xué)物質(zhì)可有意地或非有意地添加到水基鉆探流體中：a)用于賦予粘度和 流體損失減少的有機(jī)聚合物或粘土；b)為了增加流體密度以及有助于減少流體損失的不 溶性無機(jī)礦物質(zhì)；c)用于增加泥漿密度的可溶性鹽；和d)在鉆探操作期間地層固體可分散 到鉆探流體中。
[0013] 分散到流體中的固體包括來自鉆探操作和來自不穩(wěn)定地質(zhì)周圍地層的切肩。舉例 來說，以上本文所述的水基鉆探流體可任選地進(jìn)一步包含以下各者中的一或多者：流體損 失控制劑、加重材料、增粘劑、橋鍵形成劑、抗鉆頭泥包劑、分散劑、潤(rùn)滑劑、腐蝕抑制劑、消 泡劑、鹽、表面活性劑或懸浮劑。
[0014] 以上本文所述的水基鉆探流體的水相優(yōu)選地是淡水、海水、鹽水、水與水溶性有機(jī) 化合物的混合物或其混合物。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 本發(fā)明是針對(duì)用于經(jīng)由含有粘土或頁(yè)巖的地層鉆井的水基鉆探流體，所述粘土或 頁(yè)巖不穩(wěn)定（有時(shí)稱為反應(yīng)性粘土或頁(yè)巖物質(zhì)）且例如可在水存在下溶脹。通常，本發(fā)明 的鉆探流體包括頁(yè)巖水化抑制劑和水性連續(xù)相。如下文所公開，本發(fā)明的鉆探流體還可包 括額外組分，如流體損失控制劑、加重材料、增粘劑、橋鍵形成劑、抗鉆頭泥包劑、分散劑、潤(rùn) 滑劑、腐蝕抑制劑、消泡劑、鹽、表面活性劑或懸浮劑等，所述額外組分可添加到水基鉆探流 體中。
[0016] 在鉆井期間，鉆探流體沿鉆柱向下通過鉆頭且回到地表循環(huán)以便重新調(diào)節(jié)和再使 用。鉆探流體使來源于鉆探過程的鉆探切肩懸浮且將所述切肩運(yùn)送到地表。同時(shí)，鉆探流 體冷卻且清潔鉆頭，減小鉆探管與井眼壁之間的摩擦力，且使易于塌陷的井?dāng)嗝娣€(wěn)定。
[0017] 通常，鉆探流體形成低滲透性的濾餅，其防止?jié)B漏到周圍地質(zhì)地層中且避免鉆探 流體自身液相的過度損失。鉆探流體可根據(jù)其連續(xù)液相的性質(zhì)分類。存在油基鉆探流體，有 時(shí)稱為油基泥漿（OBM)，其中固體懸浮于連續(xù)油性相中，且任選地水或鹽水相乳化到油性相 中。可替代地，水基鉆探流體（有時(shí)稱為水基泥漿（WBM))含有懸浮于水或鹽水中的固體。
[0018] 當(dāng)鉆探操作遇到可溶脹或反應(yīng)性粘土樣物質(zhì)時(shí)，其可累及鉆探時(shí)間且增加成本。 存在不同類別的會(huì)溶脹、分散和/或迀移的粘土和頁(yè)巖，且其可引起許多操作問題。出于 本申請(qǐng)案的目的，術(shù)語(yǔ)"粘土"被定義為包