專利名稱：頁巖水化抑制劑和使用方法
背景技術(shù)：
在地下井的旋轉(zhuǎn)鉆探中，希望鉆井流體具有許多功能和特性。鉆井流體應(yīng)當(dāng)在井中各處循環(huán)并且從鉆頭下面攜帶鉆屑、將鉆屑輸送到環(huán)面上和允許它們在地面上得到分離。同時，還希望鉆井流體冷卻和凈化鉆頭、降低鉆柱和孔側(cè)之間的摩擦并且保持鉆孔的無套管部分的穩(wěn)定性。鉆井流體還應(yīng)當(dāng)形成密封通過鉆頭穿透形成的開口的薄的、低滲透性濾餅，并且起降低不期望的地層流體從透水巖石中流入的作用。
鉆井流體一般根據(jù)它們的基礎(chǔ)材料進(jìn)行分類。在油基流體中，固體顆粒懸浮在油中，并且水或者鹽水可以被油乳化。所述油一般為連續(xù)相。在水基流體中，固體顆粒懸浮在水或者鹽水中，并且油可以在水中得到乳化。水一般為連續(xù)相。氣動流體是第三類鉆井流體，其中空氣或者天然氣的高速流出除去了鉆屑。
在水基鉆井流體中通常存在三種類型的固體1)加入以提供必要的粘度和過濾性能的粘土和有機(jī)膠體；2)功能是升高鉆井流體的密度的重礦物；和3)在鉆探作業(yè)期間變得分散在鉆井流體中的地層固體。
變得分散在鉆井流體中的地層固體一般是由鉆頭作用產(chǎn)生的鉆屑和由于鉆孔不穩(wěn)定性而產(chǎn)生的固體。當(dāng)?shù)貙庸腆w是溶脹的粘土礦物時，任何一種地層固體在鉆井流體中的存在都會極大地增加鉆井時間和成本。
粘土礦物在本質(zhì)上通常為晶體。粘土晶體的結(jié)構(gòu)決定了它的性能。一般，粘土具有薄片狀的云母型結(jié)構(gòu)。粘土薄片由許多面對面堆積的晶體片狀物構(gòu)成。每個片狀體都被稱為單元層，并且所述單元層的表面被稱為基礎(chǔ)表面。
單元層由多重片組成。將一個片稱為八面體片，其由與羥基的氧原子八面體配位的鋁或者鎂原子組成。另一種片被稱為四面體片。四面體片由與氧原子四面體配位的硅原子構(gòu)成。
單元層中的片通過共用氧原子連接在一起。當(dāng)該連接存在于一個八面體和一個四面體片之間時，一個基礎(chǔ)表面由暴露的氧原子組成，而另一個基礎(chǔ)表面具有暴露的羥基。兩個四面體片通過共用氧原子與一個八面體片結(jié)合也是十分普遍的。稱為Hoffman結(jié)構(gòu)的由此得到的結(jié)構(gòu)，具有夾在兩個四面體片之間的八面體片。因此，Hoffman結(jié)構(gòu)中的兩個基礎(chǔ)表面都由暴露的氧原子組成。
單元層面對面層疊在一起并且通過弱吸引力固定就位。在相鄰的單元層中，相應(yīng)平面之間的距離被稱為c-間距。具有由三個片組成的單元層的粘土晶體結(jié)構(gòu)的c-間距通常為約9.5×10-7mm。
在粘土礦物晶體中，具有不同化合價的原子通常定位在所述結(jié)構(gòu)的片內(nèi)，從而在晶體表面上產(chǎn)生負(fù)電勢。在這種情況下，陽離子被吸附在表面上。這些吸附的陽離子被稱為可交換的陽離子，因為當(dāng)將粘土晶體懸浮在水中時，它們可以以化學(xué)方式與其它陽離子換位。此外，離子還可以被吸附在粘土晶體的棱邊上并且與水中的其它離子進(jìn)行交換。
粘土晶體結(jié)構(gòu)中發(fā)生的取代的類型和晶體表面上吸附的可交換的陽離子會極大地影響粘土溶脹，粘土溶脹是鉆井流體工業(yè)中最重要的一種性能。粘土溶脹是其中水分子圍繞粘土晶體結(jié)構(gòu)并且自身定位從而增加結(jié)構(gòu)的c-間距，由此導(dǎo)致體積增加的現(xiàn)象?？赡馨l(fā)生兩種類型的溶脹。
表面水化是一種溶脹類型，其中水分子被吸附在晶體表面上。氫鍵連接將一層水分子固定在暴露在晶體表面上的氧原子上。隨后水分子層排列，從而在單元層之間形成導(dǎo)致c-間距增加的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)。事實上，所有類型的粘土都以這種方式溶脹。
滲透溶脹是第二種溶脹類型。當(dāng)粘土礦物中的單元層之間的陽離子濃度高于周圍水中的陽離子濃度時，水就會在單元層之間滲透移動并且使得c-間距得到增大。與表面水化相比，滲透溶脹產(chǎn)生更大的總體積。然而，僅僅某些粘土(比如鈉蒙脫石)以這種方式溶脹。
據(jù)報道，粘土礦物中的可交換性陽離子對產(chǎn)生的溶脹量具有顯著的影響?？山粨Q性陽離子與水分子競爭粘土結(jié)構(gòu)中可利用的活性位置。通常，高化合價的陽離子與低化合價的陽離子相比吸附更為強(qiáng)烈。由此，與具有高化合價的可交換性陽離子的粘土相比，具有低化合價的可交換的陽離子的粘土溶脹更多。
在北海和美國墨西哥灣岸區(qū)，鉆孔機(jī)通常遇到泥質(zhì)沉積物，其中主要的粘土礦物質(zhì)是鈉蒙脫石(通常稱為“粘性頁巖”)。鈉陽離子是粘性頁巖中占優(yōu)勢的可交換性陽離子。因為鈉離子具有低正價(即，形式上為+1化合價)，因此其易于分散入水中。從而，粘性頁巖以其溶脹性而出名。
在地下井的鉆井期間，粘土溶脹會對鉆探作業(yè)產(chǎn)生巨大的不利影響。伴隨著粘土溶脹而產(chǎn)生的總體積的總體增加妨礙了從鉆頭下面清除鉆屑、增大了鉆柱和鉆孔側(cè)面之間的摩擦并且抑制了能夠密封地層的薄濾餅的形成。粘土溶脹還可以造成其它鉆井問題，比如循環(huán)漏失或者鉆桿被卡住，這將降低鉆井速度和提高鉆井成本。由于在鉆探地下井的過程中遇到粘性頁巖的頻率較高，因此，在油氣勘探工業(yè)中始終需要開發(fā)用于降低粘土溶脹的物質(zhì)和方法。
一種降低粘土溶脹的方法是在鉆井流體中使用鹽。鹽通常降低粘土的溶脹。然而，鹽使粘土絮凝，導(dǎo)致高流體損失和幾乎完全喪失觸變性。此外，增加鹽度通常會降低鉆井流體添加劑的功能特性。
另一種用于控制粘土溶脹的方法是在鉆井流體中使用有機(jī)頁巖抑制劑分子?？梢源_信，有機(jī)頁巖抑制劑分子可以被吸附在粘土表面上，同時加入的有機(jī)頁巖抑制劑與粘土活性位置競爭水分子并且由此可以降低粘土溶脹。一種報道的頁巖抑制劑是使用水溶性的二胺化合物，比如鏈長為8或者更低的伯二胺和鏈長為4或者更低的伯烷基胺。然而，這些胺化合物在高溫和高壓下并不適宜。此外，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以理解，公開的這些胺化合物具有低分子量，并且由此分子中的親水性和親脂性部分的比例將有利于親水性胺部分。由此，具有更多碳原子的化合物由于分子的親脂性，將是不適宜的。
基于上述，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在本領(lǐng)域中仍然需要新的頁巖水化抑制劑。
發(fā)明概述基于本發(fā)明的公開內(nèi)容，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求的主題內(nèi)容的一種例證性實施方案包括用于鉆井的水基井內(nèi)流體，所述井穿過含有在水存在下溶脹的頁巖的地層。在所述例證性實施方案中，所述鉆井流體包括水基連續(xù)相、增重劑和頁巖水化抑制劑。所述頁巖水化抑制劑應(yīng)當(dāng)具有以下通式
其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是C5～C12烴基，和n是1～4的整數(shù)。優(yōu)選一種例證性的頁巖水化抑制劑X是芳香胺與醛的反應(yīng)產(chǎn)物的氫化反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物，優(yōu)選所述醛為甲醛。另外，頁巖水化抑制劑可以是苯胺和甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物的氫化反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種例證性的實施方案中，所述頁巖水化抑制劑選自具有以下通式結(jié)構(gòu)的化合物 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，R”是選自具有1～6個碳原子的直鏈或者支鏈烷基的橋接基團(tuán)，和n是1～4的值。此外，應(yīng)當(dāng)指出，所述氨基可以相對于橋接基團(tuán)位于鄰位、間位或者對位。所述頁巖水化抑制劑以充分濃度存在，從而通過與鉆井流體接觸顯著地降低頁巖鉆屑的溶脹。
對例證性的鉆井流體進(jìn)行配制，從而使得水基連續(xù)相選自淡水、海水、鹽水、水和水溶性有機(jī)化合物的混合物以及這些物質(zhì)的混合物，以及這些與本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似的水基流體的組合。在一種例證性的實施方案中，將任選的增粘劑加入到流體中，優(yōu)選所述增粘劑選自本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的化合物的混合物和組合，所述化合物比如黃原膠樹膠、淀粉、改性淀粉和合成增粘劑(比如聚丙烯酰胺)等等。還可以將增重物質(zhì)，比如重晶石、方解石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽以及這些化合物和本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似化合物的混合物和組合，加入到例證性流體的制劑中。所述例證性的流體還可以包含多種常規(guī)的水基鉆井流體組分，比如濾失控制劑、助懸劑、增粘劑、流變學(xué)控制劑以及其它本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的其它化合物和物質(zhì)。
權(quán)利要求的主題內(nèi)容的范圍還包括用于地下井中的壓裂液，其中地下井透過一層或者多層由在水存在下溶脹的頁巖組成的地層。對一種例證性的流體進(jìn)行配制，使得其中包含水基連續(xù)相、增粘劑和本文中公開的并且以足以顯著降低頁巖溶脹的濃度存在的頁巖水化抑制劑。
本發(fā)明主題內(nèi)容的范圍還包括將在頁巖地層上形成半透膜從而增加井孔的穩(wěn)定性的水基鉆井流體。該結(jié)構(gòu)可以通過以下方式得到實現(xiàn)謹(jǐn)慎選擇胺，然后調(diào)節(jié)其pH值或者用其它組分對其進(jìn)行交聯(lián)，從而形成胺的沉積物，隨后在頁巖的表面上成膜，由此穩(wěn)定井孔。
還應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求的主題內(nèi)容內(nèi)在地包括以下組分，比如水基連續(xù)相；可膨脹的頁巖物質(zhì)；和基本上如本文所述并且以足以顯著地降低可溶脹頁巖物質(zhì)的溶脹作用的濃度存在的頁巖水化抑制劑。所述組合物可以在鉆探地下井期間得到形成，也可以有意地進(jìn)行，如果鉆屑將要被再噴入的話。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求的主題內(nèi)容的流體可以在鉆探、完成、鞏固、破裂、保持和生產(chǎn)、修理、廢棄井和其它與地下井有關(guān)的操作期間使用。權(quán)利要求的主題內(nèi)容還包括將鉆屑處理到地層中的方法。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求的主題內(nèi)容內(nèi)在地包括降低井中頁巖粘土溶脹的方法，該方法包括在井中循環(huán)基本上如本文所公開進(jìn)行配制的水基鉆井流體。權(quán)利要求的主題內(nèi)容的這些和其它特征將在以下權(quán)利要求的主題內(nèi)容的例證性實施方案的說明中進(jìn)行更全面的闡述。
例證性實施方案的說明權(quán)利要求的主題內(nèi)容涉及用于地下井中的水基鉆井流體，所述地下井穿過含有在水存在下溶脹的頁巖的地層。通常，權(quán)利要求的主題內(nèi)容的鉆井流體可以被配制成含有含水連續(xù)相和頁巖水化抑制劑，優(yōu)選親脂性的胺化合物。如同以下所公開，權(quán)利要求的主題內(nèi)容的鉆井流體可以任選地含有其它組分，比如增重劑、粘性劑、濾失控制劑、橋接劑、潤滑劑、抗鉆頭包泥劑、中和劑、腐蝕抑制劑、堿性保留物質(zhì)和pH值緩沖劑、表面活性劑和助懸劑、鉆進(jìn)速度增強(qiáng)劑以及本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以理解的可以加入到水基鉆井流體中的組分等等。
所述水基連續(xù)相通?？梢允侨魏闻c鉆井流體制劑相容并且與本文公開的頁巖水化抑制劑相容的水基流體相。為了增溶本文中公開的頁巖水化抑制劑，在鉆探作業(yè)之前或者期間，為了使其成為功能活性的，可能需要對胺官能團(tuán)進(jìn)行質(zhì)子化。在一種優(yōu)選的實施方案中，所述水基連續(xù)相選自淡水、海水、鹽水、水和水溶性有機(jī)化合物的混合物及其混合物。所述水基連續(xù)相的量應(yīng)當(dāng)足以形成水基鉆井流體。按體積計，該量可以為接近鉆井流體的100％至少于鉆井流體的30％。優(yōu)選地，基于鉆井流體的體積，水基連續(xù)相為按體積計約95～約30％，優(yōu)選約90～約40％。
權(quán)利要求的主題內(nèi)容還涉及親脂性頁巖抑制劑的應(yīng)用，用于形成相對不溶性膜形成化合物。由此，所述親脂性頁巖抑制劑自身與頁巖表面締合，從而構(gòu)成不溶性膜。
將頁巖水化抑制劑包含入本發(fā)明主題內(nèi)容的鉆井流體制劑中，從而使得頁巖和頁巖類地層的水化作用得到抑制。由此，所述頁巖水化抑制劑應(yīng)當(dāng)以足以降低頁巖粘土的基于表面水化的溶脹和/或滲透基溶脹的濃度存在。存在于具體鉆井流體制劑中的頁巖水化抑制劑的準(zhǔn)確量可以通過測試鉆井流體和所遇到的頁巖粘土地層的組合的逐次逼近法進(jìn)行確定。然而，通常，權(quán)利要求主題內(nèi)容的頁巖水化抑制劑可以以約1～約18磅/桶鉆井流體(lbs/bbl或者ppb)的濃度用于鉆井流體中，更優(yōu)選以約2～約12磅/桶的濃度用于鉆井流體中。
如先前所指出，權(quán)利要求的主題內(nèi)容的頁巖水化抑制劑優(yōu)選為親脂性胺化合物。這與多種作為親水性化合物(即，至少部分可溶于水中)的現(xiàn)有技術(shù)化合物形成對比。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)注意，一些在此公開的強(qiáng)親脂性胺可以通過部分質(zhì)子化胺官能團(tuán)而得到增溶。所述質(zhì)子化可以通過加入酸或者將鉆井泥漿的pH值調(diào)節(jié)至預(yù)定值而得以進(jìn)行。另外地，在將它們應(yīng)用于鉆探作業(yè)中之前，可以對在此公開的頁巖水化抑制劑進(jìn)行部分或者完全的質(zhì)子化或者中和。
在一種例證性的實施方案中，權(quán)利要求的主題內(nèi)容的頁巖水化抑制劑應(yīng)當(dāng)具有以下通式結(jié)構(gòu)
其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，并且X是C5～C12烴基，以及n是1～4的整數(shù)。一種充當(dāng)頁巖水化抑制劑的例證性胺是其中X為環(huán)己基或者其它類似長鏈或者環(huán)烷基的胺。在這種情形中，所述胺可以為伯胺、仲胺或者叔胺。例如，發(fā)現(xiàn)環(huán)己基胺、N-甲基環(huán)己基胺和N，N-二甲基環(huán)己基胺都是有效的頁巖水化抑制劑。
在另一種例證性的實施方案中，優(yōu)選所述頁巖水化抑制劑是芳香胺與醛的反應(yīng)產(chǎn)物的氫化反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物，優(yōu)選所述醛為甲醛。另外，頁巖水化抑制劑可以是苯胺和甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物的氫化反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種例證性的實施方案中，所述頁巖水化抑制劑選自具有以下通式結(jié)構(gòu)的化合物 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，R”是選自具有1～6個碳原子的直鏈或者支鏈烷基的橋接基團(tuán)，和n是1～4的值。此外，應(yīng)當(dāng)指出，相對于橋接基團(tuán)，所述氨基可以位于鄰位、間位或者對位，然而，優(yōu)選位于對位。由此，在優(yōu)選的例證性實施方案中，所述頁巖水化抑制劑具有以下通式結(jié)構(gòu) 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值。
如上式所示，例證性的頁巖水化抑制劑是胺的游離堿(即，未質(zhì)子化的胺)。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，取決于使用期間或者使用之前鉆井流體的pH值，權(quán)利要求的主題內(nèi)容的頁巖水化抑制劑可以部分或者完全得到質(zhì)子化。此外，還應(yīng)當(dāng)理解，所述胺的質(zhì)子化狀態(tài)可以在使用期間或者使用之前通過僅僅調(diào)節(jié)鉆井流體的pH值而得到輕易調(diào)節(jié)。
為了增加流體的密度，權(quán)利要求的主題內(nèi)容的鉆井流體可以含有增重物質(zhì)。所述增重物質(zhì)的主要目的是增加鉆井流體的密度，從而防止反沖和井噴。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道和理解，防止反沖和井噴對于鉆機(jī)每天的安全運(yùn)轉(zhuǎn)是非常重要的。由此，以功能有效量加入到鉆井流體中的增重物質(zhì)很大程度上取決于進(jìn)行鉆探的地層的性質(zhì)。適用于配制權(quán)利要求的主題內(nèi)容的鉆井流體的加重物質(zhì)通?？梢赃x自任何類型的作為制備工藝的一部分懸浮在溶液、溶解于水相中或者鉆探期間后來加入的固體、顆粒形式的加重物質(zhì)。優(yōu)選所述增重物質(zhì)選自重晶石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、碳酸鎂、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽和這些化合物的混合物和組合，以及可以用于鉆井流體制劑中的類似增重物質(zhì)。
為了改變或者保持流體的流變性質(zhì)，權(quán)利要求的主題內(nèi)容的鉆井流體可以含有增粘劑。所述增粘劑的主要目的是控制鉆井流體的粘度和粘度的潛在變化。粘度控制是非常重要的，這是因為地層通?？赡芫哂斜缺砻鏈囟蕊@著更高的溫度。由此，鉆井流體在其從表面?zhèn)魉偷姐@頭和背部的過程期間可能會經(jīng)受接近冷凍溫度至接近水的沸點或者更高溫度的溫度極限。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道和理解，所述溫度的變化可以導(dǎo)致流體流變性質(zhì)的顯著變化。由此，為了控制和/或緩和流變學(xué)變化，可以將粘度劑和流變學(xué)控制劑包含入鉆井流體制劑中。適用于配制權(quán)利要求的主題內(nèi)容的鉆井流體的增粘劑通常可以選自任何類型的適用于水基鉆井流體中的增粘劑。在一種例證性的實施方案中，將任選的增粘劑加入到流體中，優(yōu)選所述增粘劑選自本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的化合物的混合物和組合，所述化合物是比如黃原膠樹膠、淀粉、改性淀粉和合成增粘劑(比如聚丙烯酰胺)等等。
除了上述指出的組分之外，權(quán)利要求的鉆井流體還可以配制包括通稱為堿性保留和堿緩沖劑、pH值緩沖劑、膠化物質(zhì)、稀釋劑和濾失控制劑的物質(zhì)以及其它任選地加入到水基鉆井流體制劑中的化合物和物質(zhì)。這些其它物質(zhì)各自可以以鉆井條件所需的流變學(xué)和功能濃度加入到所述制劑中。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，石灰是用于配制水基鉆井流體中的基本堿性保留試劑。還可以將堿性緩沖劑，比如環(huán)狀有機(jī)胺、空間位阻胺、脂肪酸的酰胺等等，包含在其中，充當(dāng)防止堿性保留試劑損失的緩沖液。所述鉆井流體可以含有胺質(zhì)子化或者pH值緩沖劑，從而對頁巖抑制劑進(jìn)行增溶和由此增強(qiáng)它們的活性。所述鉆井流體還可以含有防腐劑，從而防止鉆探作業(yè)設(shè)備的金屬部分發(fā)生腐蝕。通常還將膠化物質(zhì)用于水基鉆井流體中，并且這些膠化物質(zhì)包括皂土、海泡石、粘土、山軟木土、陰離子型高分子量聚合物和生物聚合物。通常還將稀釋劑(比如木素磺酸鹽)加入到水基鉆井流體中。一般加入木素磺酸鹽、改性的木素磺酸鹽、多磷酸鹽和丹寧酸。在其它實施方案中，還可以將低分子量聚丙烯酸鹽作為稀釋劑加入其中。將稀釋劑加入到鉆井流體中以降低流動阻力和控制凝膠化趨勢。稀釋劑實現(xiàn)的其它功能包括降低過濾和泥餅厚度、平衡鹽的作用、最小化水對鉆探地層的作用、將油乳化在水中和在高溫下穩(wěn)定泥的性能。
可以將多種濾失控制劑加入到權(quán)利要求主題內(nèi)容的鉆井流體中，它們通常選自合成的有機(jī)聚合物、生物聚合物及其混合物。還可以將比如改性褐煤、聚合物、改性淀粉和改性纖維素的濾失控制劑加入到本發(fā)明的水基鉆井流體系統(tǒng)中。在一種實施方案中，優(yōu)選本發(fā)明的添加劑選自具有低毒性并且與常規(guī)陰離子鉆井流體添加劑相容的添加劑，比如聚陰離子羧甲基纖維素(PAC或者CMC)、聚丙烯酸鹽、部分水解的聚丙烯酰胺(PHPA)、木素磺酸鹽、黃原膠和這些物質(zhì)的混合物等等。
權(quán)利要求主題內(nèi)容的鉆井流體可以進(jìn)一步含有通常選自合成的有機(jī)、無機(jī)和生物聚合物及其混合物的包被試劑。包被試劑的作用是在沿鏈的多個點上吸附粘土顆粒，由此將顆粒結(jié)合在一起和包被鉆屑。這些包被劑有助于改良鉆屑清除，同時將更少的鉆屑分散入鉆井流體中。所述包被劑可以為陰離子、陽離子、兩性或者本質(zhì)為非離子的包被劑。
其它可以存在于權(quán)利要求主題內(nèi)容的鉆井流體中的添加劑包括比如潤滑劑、滲入速度增強(qiáng)劑、消泡劑、流體損耗循環(huán)產(chǎn)品等等的產(chǎn)品。所述化合物對于配制水基鉆井泥漿領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)是已知的。
以下包含的實施例用于表明權(quán)利要求主題內(nèi)容的優(yōu)選實施方案。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在隨后的實施例中公開的工藝表示本發(fā)明發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的在權(quán)利要求主題內(nèi)容實踐中效力良好的工藝，由此可以認(rèn)為它們構(gòu)成了其實踐的優(yōu)選方式。然而，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的公開內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解，可以對公開的具體實施方案進(jìn)行多種不背離本發(fā)明主題內(nèi)容的范圍的改變并且仍然可以獲得相同或者類似的結(jié)果。
除非另有說明，所有原料都可以市場購買到，并且使用標(biāo)準(zhǔn)實驗室技術(shù)和設(shè)備。所述測試根據(jù)API Bulletin RP 13B-2，1990中的方法進(jìn)行。以下縮略語有時用于描述在實施例中討論的結(jié)果“PV”是塑性粘度(CPS)，它是用于計算鉆井流體的粘度特性的一個變量。
“YP”是屈服點(磅/100平方英尺)，它是用于計算鉆井流體的粘度特性的另一個變量。
“GELS”(磅/100平方英尺)是鉆井流體的懸浮特性和觸變性能的尺度。
“F/L”是API流體損失和在100psi下鉆井流體的流體損失(單位為毫升)的尺度。
實施例1配制了以下泥漿用于說明權(quán)利要求的主題內(nèi)容

在上述泥漿制劑中，將以下市售化合物用于鉆井流體的配制中，但是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以替代使用其它類似化合物。

對上述泥漿以及基礎(chǔ)泥漿(即，其中不存在頁巖水化抑制劑的泥漿)的性能進(jìn)行測量并且得到以下示例性數(shù)據(jù)

通過在150下，在一桶當(dāng)量的泥漿中將10g鉆屑熱軋16小時，用牛津粘土鉆屑進(jìn)行分散試驗。在熱軋之后，利用20篩目網(wǎng)篩對剩余的鉆屑進(jìn)行過篩，并且用10％氯化鉀水溶液對其進(jìn)行洗滌、進(jìn)行干燥和稱重，從而獲得回收百分比。該評價的結(jié)果示于下表中，表明了本發(fā)明頁巖水化抑制劑的改良的頁巖抑制性能。

為了進(jìn)一步表明根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)配制的鉆井流體的性能，利用本體硬度試驗機(jī)進(jìn)行了測試。BP本體硬度試驗機(jī)用于評價暴露于鉆井流體的頁巖鉆屑的硬度，該硬度反過來可能與進(jìn)行評價的鉆井流體的抑制性能相關(guān)。在此測試中，在150下，在測試鉆井流體中將頁巖鉆屑熱軋16小時。將頁巖鉆屑進(jìn)行過篩并且然后將其投入BP本體硬度試驗機(jī)中。將該設(shè)備密閉和使用轉(zhuǎn)矩扳手，對用于將鉆屑擠出通過具有孔的板的作用力進(jìn)行記錄。取決于水化狀態(tài)和鉆屑硬度以及使用的鉆井流體，當(dāng)開始進(jìn)行鉆屑擠壓時，達(dá)到了扭矩平臺區(qū)。另外，扭矩可以持續(xù)上升，這在較硬的鉆屑樣品時傾向于發(fā)生。因此，獲得的扭矩數(shù)越大，就認(rèn)為鉆井流體系統(tǒng)的抑制性越強(qiáng)。以下給出了用牛津粘土鉆屑獲得的三種不同鉆漿制劑的例證性數(shù)據(jù)。

在上表中，D表示形成圓盤；R表示形成帶狀物的細(xì)條。
通過對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)配制的鉆井流體預(yù)防了各種類型的頁巖粘土的水化，并且由此在鉆探遇到這類頁巖粘土的地下井中可以提供良好的性能。
實施例2
實施以下測試以表明可以通過權(quán)利要求主題內(nèi)容的頁巖水化抑制劑的單一10.5ppb處理而在數(shù)天期間得到抑制的API皂土的最大量。該試驗方法使用填充有一桶當(dāng)量自來水和10.5ppb頁巖水化抑制劑的品脫罐。自來水用作對照樣品。用氫氯酸將所有樣品的pH值調(diào)節(jié)為至少9.5，并且在中等剪切速率下用10ppb份的M-I GEL(API皂土)對其進(jìn)行處理。攪拌30分鐘之后，在150下將樣品加熱老化過夜。在樣品得到冷卻之后，在環(huán)境溫度下對它們的流變進(jìn)行記錄。對各個樣品都進(jìn)行該處理，直至它們太厚而難以測量為止。下表列出了代表性的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)表明通過每日將皂土加入到用表明在各欄頂部的頁巖水化抑制劑處理的自來水中，對權(quán)利要求主題內(nèi)容的頁巖水化抑制作用的影響。對于以下實施例，用來下頁巖水化抑制劑

600rpm流變學(xué)數(shù)據(jù)(厘泊)

在上表中，縮略語TTTM意指太厚，難以測量。
6rpm流變學(xué)數(shù)據(jù)(厘泊)

在上表中，縮略語TTTM意指太厚，難以測量。
10Min.凝膠

在上表中，縮略語TTTM意指太厚，難以測量。
塑性粘度

在上表中，縮略語TTTM意指太厚，難以測量。
屈服點

在上表中，縮略語TTTM意指太厚，難以測量。
通過對上述代表性數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)配制的鉆井流體顯著地抑制了各種類型的頁巖粘土的水化，并且由此在鉆探遇到這類頁巖粘土的地下井中可以提供良好的性能。
實施例3在該實施例中，將按重量計3％的4，4’-二甲基二環(huán)己基甲烷溶于1.5％冰醋酸的蒸餾水溶液中。通過攪拌該混合物，形成透明溶液。向上述所得溶液中加入充分量的1.0N氫氧化鈉，從而使得其pH值為約10.5。在此pH值下，形成了白色沉淀。通過將pH值調(diào)節(jié)為約9.5，該沉淀可以得到再溶解。
上述實施例說明，本發(fā)明公開的優(yōu)選頁巖水化抑制劑可以通過調(diào)節(jié)pH值從溶液中沉淀析出和沉淀在頁巖表面。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，形成該沉淀的能力將促進(jìn)可以增強(qiáng)井穩(wěn)定性的膜的形成。
基于本發(fā)明的公開內(nèi)容，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)相信和理解，權(quán)利要求的主題內(nèi)容的一種例證性實施方案包括用于鉆井中的水基鉆井流體，所述井穿過含有在水存在下溶脹的頁巖的地層。在所述例證性實施方案中，所述鉆井流體包括水基連續(xù)相、增重劑和具有以下一般性結(jié)構(gòu)式的頁巖水化抑制劑 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是C5～C12烴基，和n是1～4的整數(shù)。優(yōu)選頁巖抑制劑是芳香胺與醛的反應(yīng)產(chǎn)物的氫化反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物，優(yōu)選所述醛為甲醛。另外，頁巖水化抑制劑可以是苯胺和甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物的氫化反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物。在一種例證性的實施方案中，所述頁巖水化抑制劑選自具有以下通式結(jié)構(gòu)的化合物
其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，R”是選自具有1～6個碳原子的直鏈或者支鏈烷基的橋接基團(tuán)，和n是1～4的值。此外，應(yīng)當(dāng)指出，所述氨基可以相對于橋接基團(tuán)位于鄰位、間位或者對位，然而，優(yōu)選位于對位。由此，在優(yōu)選的例證性實施方案中，所述頁巖水化抑制劑具有以下通式結(jié)構(gòu) 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值。
對例證性的鉆井流體進(jìn)行配制，從而使得水基連續(xù)相選自淡水、海水、鹽水、水和水溶性有機(jī)化合物的混合物以及這些物質(zhì)與本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似的水基流體的混合物和組合。在一種例證性的實施方案中，將任選的增粘劑加入到流體中，優(yōu)選所述增粘劑選自本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的化合物的混合物和組合，所述化合物比如是黃原膠樹膠、淀粉、改性淀粉和合成增粘劑(比如聚丙烯酰胺)等等。還可以將增重物質(zhì)，比如重晶石、方解石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽以及這些化合物和本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似化合物的混合物和組合，加入到例證性流體的制劑中。所述例證性的流體還可以包含多種常規(guī)的水基鉆井流體組分，比如濾失控制劑、助懸劑、增粘劑、流變學(xué)控制劑、pH值緩沖劑以及其它本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的化合物和物質(zhì)。
權(quán)利要求的主題內(nèi)容的范圍還包括用于地下井中的壓裂液，其中地下井穿過一層或者多層由在水存在下溶脹的頁巖組成的地層。一種例證性的流體配制包含水基連續(xù)相、增粘劑和以足以顯著地降低頁巖溶脹的濃度存在的頁巖水化抑制劑。在一種例證性實施方案中，頁巖水化抑制劑具有下式 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值。對例證性的鉆井流體進(jìn)行配制，從而使得水基連續(xù)相可以選自淡水、海水、鹽水、水和水溶性有機(jī)化合物的混合物以及這些物質(zhì)與本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似的水基流體的混合物和組合。在一種例證性的實施方案中，將任選的增粘劑加入到流體中，優(yōu)選所述增粘劑選自本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的化合物的混合物和組合，所述化合物是比如黃原膠樹膠、淀粉、改性淀粉和合成增粘劑(比如聚丙烯酰胺)等等。還可以將增重物質(zhì)，比如重晶石、方解石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽以及這些化合物和本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似化合物的混合物和組合，加入到例證性流體的制劑中。所述例證性的流體還可以包含多種常規(guī)的壓裂液組分，比如支撐劑(比如沙、砂礫、玻璃珠、陶瓷物質(zhì)等等)、酸釋放劑、濾失控制劑、助懸劑、增粘劑、流變學(xué)控制劑、pH值緩沖劑以及其它本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的化合物和物質(zhì)。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求的主題內(nèi)容的流體可以在鉆探、完成、鞏固、破裂、保持和生產(chǎn)、修理、廢棄井和其它與地下井有關(guān)的作業(yè)過程期間使用。在一種例證性實施方案中，將所述流體用于涉及鉆探穿過一層或者多層含有在水存在下溶脹的頁巖的地層的地下井的方法中。所述例證性方法利用常規(guī)的鉆探裝置和工藝進(jìn)行；然而，使用的鉆井流體制劑包含水基連續(xù)相；增重劑；和以足以降低頁巖溶脹的濃度存在的頁巖水化抑制劑。在一種例證性實施方案中，頁巖水化抑制劑具有下式
其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值。對例證性的鉆井流體進(jìn)行配制，從而使得水基連續(xù)相可以選自淡水、海水、鹽水、水和水溶性有機(jī)化合物的混合物以及這些物質(zhì)與本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似的水基流體的混合物和組合。在一種例證性的實施方案中，將任選的增粘劑加入到流體中，優(yōu)選所述增粘劑選自本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的化合物的混合物和組合，所述化合物比如是黃原膠樹膠、淀粉、改性淀粉和合成增粘劑(比如聚丙烯酰胺)等等。還可以將增重物質(zhì)，比如重晶石、方解石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽以及這些物質(zhì)與本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似化合物的混合物和組合，加入到例證性流體的制劑中。所述例證性的流體還可以包含多種常規(guī)的鉆探和鉆井流體組分，比如濾失控制劑、助懸劑、增粘劑、流變學(xué)控制劑、pH值緩沖劑以及其它本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的化合物和物質(zhì)。
權(quán)利要求的主題內(nèi)容還包括將鉆屑處理入地層中的方法。如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所熟知，該方法涉及在流體存在下研磨預(yù)先已經(jīng)與再循環(huán)鉆井流體分離的鉆屑，從而形成漿液。然后，通過井將該漿液注射到適宜的用于處理的地層中?；谠撃康?，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求主題內(nèi)容的一種例證性實施方案包括在水基流體中研磨鉆屑，從而形成漿液，其中所述水基流體配制含有水基連續(xù)相和以足以顯著降低頁巖溶脹的濃度存在的頁巖水化抑制劑，然后將上述漿液注射到指定用于處理鉆屑的地層中。用于流體制劑中的頁巖水化抑制劑是上面實質(zhì)性描述的抑制劑。也就是說，用于一種例證性方法的實施方案中的頁巖水化抑制劑具有下式 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值。對例證性的鉆井流體進(jìn)行配制，從而使得水基連續(xù)相可以選自淡水、海水、鹽水、水和水溶性有機(jī)化合物的混合物以及這些物質(zhì)與本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似的水基流體的混合物和組合。在一種例證性的實施方案中，將任選的增粘劑加入到流體中，優(yōu)選所述增粘劑選自本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的化合物的混合物和組合，所述化合物比如是黃原膠樹膠、淀粉、改性淀粉和合成增粘劑(比如聚丙烯酰胺)等等。還可以將增重物質(zhì)，比如重晶石、方解石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽以及這些化合物和本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似化合物的混合物和組合，加入到例證性流體的制劑中。所述例證性的流體可以任選地包含多種常規(guī)的鉆探和鉆井流體組分，比如濾失控制劑、助懸劑、增粘劑、流變學(xué)控制劑、pH值緩沖劑以及其它本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的化合物和物質(zhì)。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求的主題內(nèi)容內(nèi)在地包括降低井中頁巖粘土溶脹的方法，該方法包括在井中循環(huán)基本上如本文所公開進(jìn)行配制的水基鉆井流體。一種例證性的所述流體包括水基連續(xù)相和以足以顯著地降低頁巖溶脹的濃度存在的頁巖水化抑制劑。也就是說，用于一種例證性方法的實施方案中的頁巖水化抑制劑具有下式 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值。對例證性的鉆井流體進(jìn)行配制，從而使得水基連續(xù)相可以選自淡水、海水、鹽水、水和水溶性有機(jī)化合物的混合物以及這些物質(zhì)與本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似的水基流體的混合物和組合。在一種例證性的實施方案中，將任選的增粘劑加入到流體中，優(yōu)選所述增粘劑選自本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的化合物的混合物和組合，所述化合物比如是黃原膠樹膠、淀粉、改性淀粉和合成增粘劑(比如聚丙烯酰胺)等等。還可以將增重物質(zhì)，比如重晶石、方解石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽以及這些化合物和本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似化合物的混合物和組合，加入到例證性流體的制劑中。所述例證性的流體可以任選地包含多種常規(guī)的鉆探和鉆井流體組分，比如濾失控制劑、助懸劑、增粘劑、流變學(xué)控制劑、pH值緩沖劑以及其它本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的化合物和物質(zhì)。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，存在寬廣范圍的可以用作在此所述化合物的可能化合物，由此它們都包括在本發(fā)明主題內(nèi)容的范圍之內(nèi)。本發(fā)明的該廣闊范圍包括具有顯著親脂性的一元胺化合物。在一種所述例證性實施方案中，用于穿過一層或者多層含有在水存在下溶脹的頁巖的地層的地下井中的水基鉆井流體制劑包括水基連續(xù)相；和具有下式的頁巖水化抑制劑 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是C5～C12烴基，和n是1～4的整數(shù)。如先前所指出，所述頁巖水化抑制劑應(yīng)當(dāng)以足以降低頁巖溶脹的濃度存在。對例證性的鉆井流體進(jìn)行配制，從而使得水基連續(xù)相可以選自淡水、海水、鹽水、水和水溶性有機(jī)化合物的混合物以及這些物質(zhì)與本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似的水基流體的混合物和組合。在一種例證性的實施方案中，將任意的增粘劑加入到流體中，優(yōu)選所述增粘劑選自本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的化合物的混合物和組合，所述化合物比如是黃原膠樹膠、淀粉、改性淀粉和合成增粘劑(比如聚丙烯酰胺)等等。還可以將增重物質(zhì)，比如重晶石、方解石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽以及這些化合物和本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似化合物的混合物和組合，加入到例證性流體的制劑中。所述例證性的流體可以任選地包含多種常規(guī)的鉆探和鉆井流體組分，比如濾失控制劑、助懸劑、增粘劑、流變學(xué)控制劑、pH值緩沖劑以及其它本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的化合物和物質(zhì)。
還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步指出，在此公開的水基鉆井流體可以通過原位沉積或者聚合作用形成膜。一種所述例證性流體可以包括水基連續(xù)相；和，具有下式的頁巖水化抑制劑
其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是C5～C12烴基，和n是1～4的整數(shù)。如先前所指出，所述頁巖水化抑制劑應(yīng)當(dāng)以足以降低頁巖溶脹的濃度存在。對例證性的鉆井流體進(jìn)行配制，從而使得水基連續(xù)相可以選自淡水、海水、鹽水、水和水溶性有機(jī)化合物的混合物以及這些物質(zhì)與本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似的水基流體的混合物和組合。在一種例證性的實施方案中，將任選的增粘劑加入到流體中，優(yōu)選所述增粘劑選自本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的化合物的混合物和組合，所述化合物比如黃原膠樹膠、淀粉、改性淀粉和合成增粘劑(比如聚丙烯酰胺)等等。還可以將增重物質(zhì)，比如重晶石、方解石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽以及這些化合物和本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似化合物的混合物和組合，加入到例證性流體的制劑中。所述例證性的流體可以任選地包含多種常規(guī)的鉆探和鉆井流體組分，比如濾失控制劑、助懸劑、增粘劑、流變學(xué)控制劑、pH值緩沖劑以及其它本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的化合物和物質(zhì)。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，所述例證性流體可以用于使用水基鉆井流體增強(qiáng)頁巖地層穩(wěn)定性的方法中。例如，所述方法可以包括，將水基鉆井流體遞送到頁巖地層，其中所述鉆井流體包括水基連續(xù)相；和，具有下式的頁巖水化抑制劑 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是C5～C12烴基，和n是1～4的整數(shù)；并且其中所述頁巖水化抑制劑以足以在頁巖地層上形成滲透膜的濃度存在。
按照類似的方式，本發(fā)明還教導(dǎo)了通常使用二胺化合物作為頁巖水化抑制劑的水基鉆井流體的理想性和應(yīng)用。一種所述例證性實施方案包括鉆井流體，所述鉆井流體可以被配制成包含水基連續(xù)相；和具有下式的頁巖水化抑制劑
其中R1、R2、R3、R4獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X為約7～約20個碳原子的脂族烴基。如先前所指出，所述頁巖水化抑制劑應(yīng)當(dāng)以足以降低頁巖溶脹的濃度存在。對例證性的鉆井流體進(jìn)行配制，從而使得水基連續(xù)相可以選自淡水、海水、鹽水、水和水溶性有機(jī)化合物的混合物以及這些物質(zhì)與本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似的水基流體的混合物和組合。在一種例證性的實施方案中，將任選的增粘劑加入到流體中，優(yōu)選所述增粘劑選自本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的化合物的混合物和組合，所述化合物比如黃原膠樹膠、淀粉、改性淀粉和合成增粘劑(比如聚丙烯酰胺)等等。還可以將增重物質(zhì)，比如重晶石、方解石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽以及這些化合物和本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)已知的類似化合物的混合物和組合，加入到例證性流體的制劑中。所述例證性的流體可以任選地包含多種常規(guī)的鉆探和鉆井流體組分，比如濾失控制劑、助懸劑、增粘劑、流變學(xué)控制劑、pH值緩沖劑以及其它本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的化合物和物質(zhì)。
雖然已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選實施方案對權(quán)利要求主題內(nèi)容的組合物和方法進(jìn)行了描述，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員很顯然可以對在此所述的方法進(jìn)行變化，這并不背離權(quán)利要求主題內(nèi)容的構(gòu)思和范圍。所有對于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員而言顯而易見的替換和變型都認(rèn)為在以下權(quán)利要求所陳述的權(quán)利要求主題內(nèi)容的范圍和構(gòu)思之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種水基鉆井流體，其用于鉆探穿過一層或者多層含有頁巖的地層的地下井中，所述的頁巖在水存在下溶脹，其中所述流體包括水基連續(xù)相；和具有下式的頁巖水化抑制劑 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，R”是選自具有1～6個碳原子的直鏈或者支鏈烷基的橋接基團(tuán)，和n是1～4的值；并且其中所述頁巖水化抑制劑以足以降低頁巖溶脹的濃度存在。
2.權(quán)利要求1的水基鉆井流體，其中所述頁巖水化抑制劑是芳香胺與甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物的氫化反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物。
3.權(quán)利要求1的水基鉆井流體，其中所述頁巖水化抑制劑是4，4’-二氨基二環(huán)己基甲烷。
4.權(quán)利要求1的水基鉆井流體，其中所述水基連續(xù)相選自淡水、海水、鹽水和水溶性有機(jī)化合物及其混合物。
5.權(quán)利要求1的水基鉆井流體，進(jìn)一步包括增粘劑。
6.權(quán)利要求5的水基鉆井流體，進(jìn)一步包括選自重晶石、方解石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽及其混合物的增重物質(zhì)。
7.權(quán)利要求1的水基鉆井流體，其中至少一個胺官能團(tuán)被質(zhì)子化了。
8.一種水基鉆井流體，其用于鉆探穿過一層或者多層含有頁巖的地層的地下井，所述的頁巖在水存在下溶脹，其中所述的鉆井流體包括水基連續(xù)相；增重劑；和具有下式的頁巖水化抑制劑 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值；和其中所述頁巖水化抑制劑以足以降低頁巖溶脹的濃度存在。
9.權(quán)利要求8的水基鉆井流體，其中所述頁巖水化抑制劑是芳香胺與甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物的氫化反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物。
10.權(quán)利要求8的水基鉆井流體，其中所述頁巖水化抑制劑是4，4’-二氨基二環(huán)己基甲烷。
11.權(quán)利要求8的水基鉆井流體，其中所述水基連續(xù)相選自淡水、海水、鹽水和水溶性有機(jī)化合物及其混合物。
12.權(quán)利要求8的水基鉆井流體，進(jìn)一步包含增粘劑。
13.權(quán)利要求12的水基鉆井流體，其中所述增重物質(zhì)選自重晶石、方解石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽及其混合物。
14.權(quán)利要求8的水基鉆井流體，其中至少一個胺官能團(tuán)被質(zhì)子化了。
15.一種壓裂液，其用于穿過一層或者多層含有頁巖的地層的地下井中，所述的頁巖在水存在下溶脹，其中所述流體包括水基連續(xù)相；增粘劑；和具有下式的頁巖水化抑制劑 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值；和其中所述頁巖水化抑制劑以足以降低頁巖溶脹的濃度存在
16.權(quán)利要求15的組合物，進(jìn)一步包括支撐物質(zhì)。
17.權(quán)利要求15的組合物，進(jìn)一步包括選自重晶石、方解石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽及其混合物的增重物質(zhì)。
18.一種方法，包括鉆探穿過一層或者多層含有頁巖的地層的地下井中，所述的頁巖在水存在下溶脹，其中所述鉆探利用鉆井流體進(jìn)行，所述鉆井流體包括水基連續(xù)相；增重劑；和具有下式的頁巖水化抑制劑 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值；并且其中所述頁巖水化抑制劑以足以降低頁巖溶脹的濃度存在。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述增重劑選自重晶石、方解石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、有機(jī)鹽和無機(jī)鹽及其混合物。
20.一種將鉆屑處理到地層中的方法，該方法包括在水基流體中研磨鉆屑，從而形成漿液，其中所述水基流體包括水基連續(xù)相和具有下式的頁巖水化抑制劑 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值；并且其中所述頁巖水化抑制劑以足以降低頁巖溶脹的濃度存在，和將所述漿液注射到地層中。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述頁巖水化抑制劑是4，4’-二氨基二環(huán)己基甲烷。
22.權(quán)利要求20的方法，其中至少一個胺官能團(tuán)被質(zhì)子化了。
23.權(quán)利要求20的方法，其中所述水基連續(xù)相選自淡水、海水、鹽水和水溶性有機(jī)化合物及其混合物。
24.一種降低井中頁巖粘土溶脹的方法，包括在井中循環(huán)水基鉆井流體，所述水基鉆井流體包括水基連續(xù)相和具有下式的頁巖水化抑制劑 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值；并且其中所述頁巖水化抑制劑以足以降低頁巖溶脹的濃度存在，和將所述漿液注射到地層中。
25.權(quán)利要求24的方法，其中所述頁巖水化抑制劑是4，4’-二氨基二環(huán)己基甲烷。
26.權(quán)利要求24的方法，其中至少一個胺官能團(tuán)被質(zhì)子化了。
27.權(quán)利要求24的方法，其中所述水基連續(xù)相選自淡水、海水、鹽水和水溶性有機(jī)化合物及其混合物。
28.一種水基鉆井流體，其用于鉆探穿過一層或者多層含有頁巖的地層的地下井中，所述的頁巖在水存在下溶脹，其中所述鉆井流體包括水基連續(xù)相；和具有下式的頁巖水化抑制劑 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是C5～C12烴基，和n是1～4的整數(shù)；和其中所述頁巖水化抑制劑以足以降低頁巖溶脹的濃度存在。
29.一種能夠通過原位沉積或者聚合作用形成膜的水基鉆井流體，所述流體包括水基連續(xù)相；和具有下式的頁巖水化抑制劑 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是C5～C12烴基，和n是1～4的整數(shù)；并且其中所述頁巖水化抑制劑以足以降低頁巖溶脹的濃度存在。
30.一種利用水基鉆井流體增強(qiáng)頁巖地層穩(wěn)定性的方法，該方法包括將水基鉆井流體遞送至頁巖地層，其中所述鉆井流體包括水基連續(xù)相；和具有下式的頁巖水化抑制劑 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是C5～C12烴基，和n是1～4的整數(shù)；和其中所述頁巖水化抑制劑以足以在頁巖地層上形成滲透膜的濃度存在。
31.一種水基鉆井流體，其用于鉆探穿過一層或者多層含有頁巖的地層的地下井中，所述的頁巖在水存在下溶脹，其中所述鉆井流體包括水基連續(xù)相；和具有下式的頁巖水化抑制劑 其中R1、R2、R3、R4獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是約7～約20個碳原子的脂族烴基，并且其中所述頁巖水化抑制劑以足以降低頁巖溶脹的濃度存在。
32.一種利用水基鉆井流體增強(qiáng)頁巖地層穩(wěn)定性的方法，該方法包括將水基鉆井流體遞送至頁巖地層，其中所述鉆井流體包括水基連續(xù)相；和具有下式的頁巖水化抑制劑 其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值；和其中所述頁巖水化抑制劑以足以在頁巖地層上形成滲透膜的濃度存在。
全文摘要
一種用于鉆探、鞏固、加工、破裂和處理穿過含有在水存在下溶脹的頁巖的地層的地下井中的水基流體。在一種例證性實施方案中，所述鉆井流體由水基連續(xù)相、增重劑和頁巖水化抑制劑組成。所述頁巖水化抑制劑應(yīng)當(dāng)具有通式(I)其中R和R’獨(dú)立地選自氫、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值。所述頁巖水化抑制劑以充分濃度存在，從而通過與鉆井流體接觸顯著降低頁巖鉆屑的溶脹。所述例證性的流體可以被配制成包含多種水基鉆井流體組分，比如增重劑、濾失控制劑、助懸劑、增粘劑、流變學(xué)控制劑以及其它本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的其它化合物和物質(zhì)。還可以通過將鉆井巖屑再注射到選擇的地下處理地層中而將所述流體用于所述的破裂和處理中。
文檔編號C09K8/86GK101061198SQ200580039757
公開日2007年10月24日 申請日期2005年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月5日
發(fā)明者A·D·帕特爾, E·斯塔馬塔基斯 申請人:M-I有限公司