專利名稱：用于鉆井和完井流體的乳狀液穩(wěn)定劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及乳狀液和使用這種乳狀液的方法。更具體地，本發(fā)明涉及乳狀液穩(wěn)定劑以及它們?cè)诘叵聭?yīng)用中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
乳狀液通常包含兩個(gè)不混溶的相。所述兩個(gè)不混溶的相可包括連續(xù)(或外)相和不連續(xù)(或內(nèi))相。所述不連續(xù)相可以包含通常以小滴存在于連續(xù)相中的二次流體。兩種乳狀液為水包油和油包水。水包油乳狀液通常包含在油質(zhì)流體中至少部分不混溶的流體 (通常為水基流體)作為連續(xù)相并包含油質(zhì)流體作為不連續(xù)相。油包水乳狀液相反，具有油質(zhì)流體作為連續(xù)相且具有在油質(zhì)流體中至少部分不混溶的流體(通常為水基流體)作為不連續(xù)相。油包水乳狀液還可以被稱為反相乳狀液。已經(jīng)將這種乳狀液用于各種油和天然氣應(yīng)用中。例如，在用于包括鉆井、生產(chǎn)和完井操作的地下處理應(yīng)用的油和天然氣工業(yè)中可以使用乳狀液?？梢允褂梅聪嗳闋钜?，因?yàn)樵谝恍┣闆r中如在井眼中存在大量水反應(yīng)性材料時(shí)，當(dāng)與水基泥漿相比時(shí)，油質(zhì)基處理液 (也稱作泥漿)可以具有期望的性能特征。這些性能特征可以包括例如更好的鉆柱和井下工具的潤滑、更薄的濾餅形成以及更好的孔穩(wěn)定性。不具有能夠穩(wěn)定在油質(zhì)流體中至少部分不混溶的流體的乳化劑的油包水型乳狀液典型地經(jīng)歷自然降解過程如液滴聚結(jié)和奧斯特瓦爾德熟化，直至至少部分不混溶的兩相發(fā)生分離且不再存在乳狀液。具有不穩(wěn)定的反相乳狀液可能發(fā)生問題，因?yàn)槿绻闋钜翰环€(wěn)定，則其可能不具有一致、可靠的性能。這個(gè)問題可能因當(dāng)用于地下應(yīng)用時(shí)乳狀液可能經(jīng)歷的物理力如熱、機(jī)械和化學(xué)應(yīng)力而惡化。有時(shí)被稱為乳化劑的乳狀液穩(wěn)定劑作為穩(wěn)定劑在乳狀液中可以是有用的，特別是當(dāng)用于地下應(yīng)用中時(shí)。如本文中所用的術(shù)語“乳狀液穩(wěn)定齊U”或乳化劑可以指能夠降低油質(zhì)流體與在油質(zhì)流體中至少部分不混溶的流體之間的界面張力的任何化合物。一些傳統(tǒng)的乳狀液穩(wěn)定劑是基于表面活性劑的?；诒砻婊钚詣┑娜闋钜悍€(wěn)定劑通常包含與油相相互作用的疏水部分和與非油質(zhì)相相互作用的親水部分。這些相互作用通常降低了水滴與油之間的界面的表面張力，這可以減緩兩個(gè)不混溶相對(duì)分離的自然傾向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及乳狀液以及使用這種乳狀液的方法。更特別地，本發(fā)明涉及乳狀液穩(wěn)定劑以及它們?cè)诘叵聭?yīng)用中的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種穩(wěn)定的乳狀液組合物，包含油質(zhì)流體、與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的流體、以及乳狀液穩(wěn)定劑，其中所述乳狀液穩(wěn)定劑包含第一離子化合物和第二離子化合物，所述第一離子化合物可溶于所述油質(zhì)流體或者與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的所述流體，所述第二離子化合物具有與所述第一離子化合物相反符號(hào)的電荷且至少部分可溶于與所述第一離子化合物(具有)相反(電荷)的流體。
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在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一離子化合物、所述第二離子化合物或者兩者包含離子表面活性劑。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一離子化合物、所述第二離子化合物或者兩者包含離子聚電解質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一離子化合物和所述第二離子化合物中的一個(gè)包含離子表面活性劑且所述第一離子化合物和所述第二離子化合物中的另一個(gè)包含離子聚電解質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述離子表面活性劑包含陰離子表面活性劑。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述陰離子表面活性劑包含選自由以下組成的組的至少一種化合物烷基羧酸鹽、烷基醚羧酸鹽、N-酰基氨基酸、N-酰基谷氨酸鹽、N-酰基多肽、烷基苯磺酸鹽、鏈烷烴磺酸鹽、α -烯烴磺酸鹽、木質(zhì)素硫酸鹽、磺基琥珀酸鹽的衍生物、聚萘基甲基磺酸鹽、烷基硫酸鹽、烷基醚硫酸鹽、單烷基磷酸鹽、多烷基磷酸鹽、脂肪酸、酸的堿金屬鹽、脂肪酸的堿金屬鹽、酸的堿式鹽、酸的鈉鹽、脂肪酸的鈉鹽、烷基乙氧基化物、皂(脂肪酸的金屬鹽，脂肪酸鹽，soap)、它們的組合、以及它們的衍生物。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述離子表面活性劑包含陽離子表面活性劑。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述陽離子表面活性劑包含選自由以下組成的組的至少一種化合物烷基胺、烷基胺鹽、季銨鹽、乙氧基化的季銨鹽、胺氧化物(氧化胺)、烷基三甲基胺、三乙胺、烷基二甲基芐基胺、它們的衍生物、以及它們的組合。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述離子聚電解質(zhì)包含陰離子聚電解質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述陰離子聚電解質(zhì)包含選自由以下組成的組的至少一種化合物包含如下的聚合物或共聚物羧酸酯(或鹽)基團(tuán)(羧酸根，carboxylate group)，磺酸酯(或鹽)基團(tuán)(磺酸根，sulfonate group)，磷酸酯(或鹽)基團(tuán)(磷酸根，phosphate group)，膦酸酯(或鹽)基團(tuán)(膦酸根，phosphonate group)，丙烯酸酯(或鹽)單體，甲基丙烯酸酯(或鹽)單體，苯乙烯羧酸酯(或鹽)，乙烯基磺酸酯(或鹽)，2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸酯(或鹽)，3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸酯(或鹽)，馬來酸的鹽，聚丙烯酸， 部分氫化的聚丙烯酰胺，羧甲基纖維素，用陰離子官能團(tuán)改性的纖維素，用陰離子官能團(tuán)改性的多糖，用陰離子官能團(tuán)改性的半乳甘露聚糖、它們的衍生物、以及它們的組合。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述離子聚電解質(zhì)包含陽離子聚電解質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述陽離子聚電解質(zhì)包含選自由以下組成的組的至少一種化合物聚乙烯亞胺、聚酰胺胺、聚胺、乙烯基芐基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨、 3-丙烯酰胺基-3-甲基丁基三甲基氯化銨、聚乙烯基吡咯烷酮、用陽離子官能團(tuán)改性的殼聚糖、用陽離子官能團(tuán)改性的明膠、用陽離子官能團(tuán)改性的半乳甘露聚糖、用陽離子官能團(tuán)改性的纖維素、它們的衍生物、以及它們的組合。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述油質(zhì)流體包含選自由以下組成的組的至少一種流體柴油、原油、石蠟油、礦物油、低毒性礦物油、烯烴、酯、酰胺、胺、聚烯烴、聚二有機(jī)硅氧烷、硅氧烷、有機(jī)硅氧烷、醚、縮醛、二烷基碳酸酯、烴、它們的衍生物、以及它們的組合。在一個(gè)實(shí)施方式中，與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的所述流體包含選自由以下組成的組的至少一種流體甘油、二醇、聚乙二醇胺、多元醇、淡水、海水、鹽水、鹵水、它們的衍生物、以及它們的組合。
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根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種方法，所述方法包括提供通過結(jié)合(混合，組合)以下成分而形成的穩(wěn)定的乳狀液組合物，所述成分包含油質(zhì)流體、與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的流體、以及乳狀液穩(wěn)定劑，其中所述乳狀液穩(wěn)定劑包含第一離子化合物和第二離子化合物，所述第一離子化合物可溶于所述油質(zhì)流體或者與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的所述流體，所述第二離子化合物具有與所述第一離子化合物相反符號(hào)的電荷且至少部分可溶于與所述第一離子化合物相反的流體；并且將所述穩(wěn)定的乳狀液組合物作為地下應(yīng)用的一部分置于地層中。所述穩(wěn)定的乳狀液組合物可以包含上述實(shí)施方式的一種或多種。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種方法，所述方法包括提供包含如下的穩(wěn)定的乳狀液組合物油質(zhì)流體、與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的流體以及乳狀液穩(wěn)定劑，其中所述乳狀液穩(wěn)定劑包含第一離子化合物和第二離子化合物，所述第一離子化合物可溶于所述油質(zhì)流體或者與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的所述流體，所述第二離子化合物具有與所述第一離子化合物相反符號(hào)的電荷且至少部分可溶于與所述第一離子化合物相反的流體；并且使用所述穩(wěn)定的乳狀液組合物在地層中鉆井眼。所述穩(wěn)定的乳狀液組合物可以包含上述實(shí)施方式的一種或多種。本發(fā)明的又一個(gè)方面包括制備穩(wěn)定的乳狀液組合物的方法，所述方法包括提供油質(zhì)流體；提供與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的流體；提供乳狀液穩(wěn)定劑，其中所述乳狀液穩(wěn)定劑包含第一離子化合物和第二離子化合物，所述第一離子化合物可溶于所述油質(zhì)流體或者所述與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的流體，所述第二離子化合物具有與所述第一離子化合物相反符號(hào)的電荷且至少部分可溶于與所述第一離子化合物(具有)相反(電荷)的流體；并將所述油質(zhì)流體、所述與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的流體以及所述乳狀液穩(wěn)定劑合并(混合，組合，結(jié)合)從而形成穩(wěn)定的乳狀液組合物。所述穩(wěn)定的乳狀液組合物可以包含上述實(shí)施方式的一種或多種。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。盡管通過本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行許多改變，但是這種改變?cè)诒景l(fā)明的范圍內(nèi)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及乳狀液和使用這種乳狀液的方法。更特別地，本發(fā)明涉及乳狀液穩(wěn)定劑以及它們?cè)诘叵聭?yīng)用中的應(yīng)用(使用)。盡管對(duì)于本發(fā)明存在許多優(yōu)勢，但是在本文中僅公開了一些。通過本發(fā)明提供的乳狀液穩(wěn)定劑可以是有利的，這是因?yàn)檎J(rèn)為分子的靜電相互作用可用于將表面活性劑固定至存在于乳狀液或反相乳狀液的兩相之間的界面，從而潛在地導(dǎo)致在界面處增加的表面活性劑或聚電解質(zhì)濃度。這可以導(dǎo)致乳狀液的改善的穩(wěn)定性并使得將相對(duì)低量的乳狀液穩(wěn)定劑用于獲得穩(wěn)定的乳狀液。本發(fā)明提供包含一對(duì)相反電荷的帶電的表面活性劑或聚電解質(zhì)化合物的乳狀液穩(wěn)定劑。本發(fā)明的乳狀液穩(wěn)定劑可有利地用于穩(wěn)定乳狀液組合物。包含本發(fā)明的乳狀液穩(wěn)定劑的這種乳狀液組合物在本文中可被稱為本發(fā)明的“穩(wěn)定的乳狀液組合物”。這些穩(wěn)定的乳狀液組合物通過結(jié)合包含油質(zhì)流體、與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的流體以及本發(fā)明的乳狀液穩(wěn)定劑的成分而形成。在混合之后，根據(jù)所用技術(shù)的精密性，可以或不可以可識(shí)別
6地分離這些成分。所述穩(wěn)定的乳狀液組合物可適用于其中水包油或油包水乳狀液是合適的各種地下應(yīng)用中。這些可以包括這樣的地下應(yīng)用，其包括刺激操作如壓裂和型砂控制處理如安裝礫石過濾層。這些還可以包括鉆井和完井操作。其他地下應(yīng)用也可以是合適的。在受益于本發(fā)明的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)識(shí)別對(duì)這些乳狀液組合物的其他合適應(yīng)用。用于穩(wěn)定的乳狀液組合物的油質(zhì)流體可以包含適用于乳狀液的任何傳統(tǒng)的油基流體。所述油質(zhì)流體可以來自天然或合成來源。合適的油質(zhì)流體的實(shí)例包括柴油、原油、石蠟油、礦物油、低毒性礦物油、烯烴、酯、酰胺、胺、合成油(諸如聚烯烴、聚二有機(jī)硅氧烷、硅氧烷、有機(jī)硅氧烷以及它們的組合)、醚、縮醛、二烷基碳酸酯、烴以及它們的組合。合適的油質(zhì)流體的實(shí)例包括可以從美國德克薩斯休斯頓的哈里伯頓能源服務(wù)公司(Halliburton Energy Services, Inc.，In Houston Tex.，U. S. A，)，以如下商品名商購獲得的那些油質(zhì)流體“ACCOLADE ”，內(nèi)烯烴和酯共混反相乳狀液基流體，“ PETROFREE ”，基于酯的反相乳狀液基流體，"PETROFREE LV",基于酯的反相乳狀液基流體，以及“PETROFREE S. F. ”，基于內(nèi)烯烴的反相乳狀液基流體?？梢源_定將在特定應(yīng)用中使用哪一種油質(zhì)流體的因素包括但不限于油質(zhì)流體的成本和性能特征?？梢钥紤]的另外的因素是油質(zhì)流體的極性。例如，柴油通常比石蠟油的極性更大?？梢钥紤]的其他因素是環(huán)境相容性和區(qū)域性鉆井實(shí)踐。例如，在北海應(yīng)用中，可以優(yōu)選酯或內(nèi)烯烴(10)。在墨西哥灣中，應(yīng)用可優(yōu)選利用 “ACCOLADE ”或低毒性礦物油。鑒于這些考慮，在受益于本發(fā)明的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)μ囟ǖ膽?yīng)用選擇合適的油質(zhì)流體。在本發(fā)明的特定示例性實(shí)施方式中，油質(zhì)流體可以是原油。本發(fā)明的乳狀液組合物還包含在所述油質(zhì)流體中至少部分不混溶的流體。該部分不混溶的流體可以是與所選擇的油質(zhì)流體相互不溶的非油質(zhì)流體。部分不混溶的流體的合適實(shí)例包括水性基流體、甘油、二醇、聚乙二醇胺、多元醇、在油質(zhì)流體中部分不混溶的其衍生物、以及它們的組合。術(shù)語“衍生物”在本文中被定義為包括例如通過用另一種原子或原子團(tuán)取代基礎(chǔ)化合物中的一個(gè)原子而由所列出的化合物中的一種制成的任何化合物。水性基流體可以包括但不限于淡水、海水、鹽水、和鹵水(例如，飽和鹽水)。可以將任何不干擾乳狀液穩(wěn)定劑的鹵水與本發(fā)明的乳狀液一起使用。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可理解，在一些鹵水的一些成分與帶電荷的表面活性劑或聚電解質(zhì)對(duì)之間可能發(fā)生有害的相互作用。合適的鹵水可以包括超濃鹵水。對(duì)于本發(fā)明來說，超濃鹵水包括可用于代替使用傳統(tǒng)的增重劑對(duì)流體如處理流體進(jìn)行增重的鹵水。鹵水可以包括H2O溶性鹽。在一些示例性實(shí)施方式中， 合適的H2O溶性鹽可以包括氯化鈉、氯化鈣、溴化鈣、溴化鋅、碳酸鉀、甲酸鈉、甲酸鉀、乙酸鈉、乙酸鉀、乙酸鈣、乙酸銨、氯化銨、溴化銨、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸銨、硝酸鈣、碳酸鈉、碳酸鉀、以及它們的組合。在其他示例性實(shí)施方式中，H2O溶性鹽可以是降低乳狀液的水相活性的任何鹽。確定將哪一種部分不混溶的流體用于特定應(yīng)用的因素可以包括成本、可用性以及選擇了哪一種油質(zhì)流體。可以考慮的另一個(gè)因素是乳狀液的應(yīng)用。例如，如果應(yīng)用需要具有重的重量的乳狀液，則可以選擇溴化鋅或氯化鈣鹵水(鹽水)。鑒于這些考慮，在受益于本發(fā)明的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)μ囟ǖ膽?yīng)用選擇特別合適的部分不混溶的流體。如上所提及的，本發(fā)明的穩(wěn)定的乳狀液組合物還包含本發(fā)明的乳狀液穩(wěn)定劑。所述乳狀液穩(wěn)定劑包含可通常含有具有相反電荷的兩種表面活性劑分子、聚電解質(zhì)分子或其任意組合的至少一對(duì)化合物，所述電荷可以是相同或不同大小。通常，所述對(duì)的成員是陽離子或陰離子的。在所述化合物的一種或兩種上的電荷可以源自一種或多種離子官能團(tuán)。如本文中所使用的，術(shù)語“離子”或“離子官能團(tuán)”可以指能夠攜帶至少一部分正或負(fù)電荷的任何化合物，不管是化學(xué)結(jié)構(gòu)固有的還是因在混合物中存在任何其他成分而形成的電荷。這種化合物可以包括離子基團(tuán)或化合物、極性基團(tuán)或化合物、兩性基團(tuán)或化合物、或者能夠攜帶或形成電荷的任何其他種類的材料。在一些實(shí)施方式中，所述成對(duì)的陰離子成員可以至少部分溶于油質(zhì)相，而陽離子成員可以至少部分溶于在油質(zhì)流體中至少部分不混溶的所述流體。在其他實(shí)施方式中，所述成對(duì)的陽離子成員可以至少部分溶于油質(zhì)相，而陰離子成員可以至少部分溶于在油質(zhì)流體中至少部分不混溶的所述流體。盡管不希望受理論限制，但是認(rèn)為，可以在油質(zhì)相與在油質(zhì)流體中至少部分不混溶的流體之間的界面處發(fā)生靜電相互作用。盡管乳狀液穩(wěn)定劑對(duì)的各成員可溶于所述相的一種，但是由靜電相互作用形成的結(jié)合成分可以至少部分不溶于兩種相。所得的乳狀液穩(wěn)定劑對(duì)可以殘留在所述相之間的界面處，從而導(dǎo)致乳狀液的穩(wěn)定性提高。在一個(gè)實(shí)施方式中，乳狀液穩(wěn)定劑對(duì)的成員可以是可攜帶陰離子或陽離子電荷的表面活性劑。在一個(gè)實(shí)施方式中，可與本文中公開的乳狀液穩(wěn)定劑一起使用的表面活性劑可以包含至少一種離子官能團(tuán)。示例性的官能團(tuán)可以包括羧酸酯(或鹽)(羧酸根)、磺酸酯(或鹽)(磺酸根)、硫酸酯(或鹽)(硫酸根)、胺、亞胺、磷酸酯(或鹽)(磷酸根)和膦酸酯(或鹽)(膦酸根)。示例性的陽離子表面活性劑可以包括但不限于烷基胺、烷基胺鹽、 季銨鹽、乙氧基化的季銨鹽、胺氧化物、烷基三甲基胺、三乙胺、烷基二甲基芐基胺。示例性的陰離子表面活性劑可以包括但不限于烷基羧酸鹽、烷基醚羧酸鹽、N-?；被?、N-?；劝彼猁}、N-酰基多肽、烷基苯磺酸鹽、鏈烷烴磺酸鹽、α -烯烴磺酸鹽、木質(zhì)素硫酸鹽、 磺基琥珀酸鹽的衍生物、聚萘基甲基磺酸鹽、烷基硫酸鹽、烷基醚硫酸鹽、單烷基磷酸鹽、多烷基磷酸鹽、脂肪酸、酸的堿金屬鹽、脂肪酸的堿金屬鹽、酸的堿式鹽、酸的鈉鹽、脂肪酸的鈉鹽、烷基乙氧基化物和皂。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠確定應(yīng)該向其添加離子表面活性劑的相，這可能基于乳狀液中各相的組成、在各相中成分的溶解度、運(yùn)行條件(例如溫度) 以及在每一相中存在的任何添加劑(例如鹽)。例如，離子表面活性劑可以與在油質(zhì)流體中至少部分不混溶的流體中存在的任何鈣發(fā)生反應(yīng)從而形成可能不是有效穩(wěn)定劑的化合物。 這樣，當(dāng)存在鈣離子時(shí)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以避免在油質(zhì)流體中至少部分不混溶的流體中使用陰離子表面活性劑。在一個(gè)實(shí)施方式中，乳狀液穩(wěn)定劑對(duì)的成員可以是可以攜帶陰離子或陽離子電荷的聚電解質(zhì)。如本文中所使用的，聚電解質(zhì)可以是其重復(fù)單元包含電解質(zhì)基團(tuán)的聚合物。這些基團(tuán)可以在包含水性流體的溶液中發(fā)生解離，從而使得聚合物可以在一定程度上攜帶形式電荷。例如，可以制備包含陰離子單體以對(duì)分子賦予陰離子特征的聚合物。示例性的陰離子聚電解質(zhì)包括但不限于源自如下的聚合物或共聚物包含羧酸鹽(或酯)(羧酸根)、 磺酸鹽(或酯)(磺酸根)、磷酸鹽(或酯)(磷酸根)、膦酸鹽(或酯)(膦酸根)的陰離子單體，丙烯酸鹽單體，甲基丙烯酸鹽，2-丙烯酰胺-2-甲基-丙基磺酸鹽，3-丙烯酰胺-3-甲基丁酸鹽，苯乙烯羧酸鹽，乙烯基磺酸鹽，馬來酸的鹽，聚丙烯酸(PAA)，部分氫化的聚丙烯酰胺(PHPA)，羧甲基纖維素，纖維素的衍生物，多糖(例如黃原膠、阿拉伯膠)以及用陰離子
8官能團(tuán)改性的半乳甘露聚糖。例如，如在陰離子單體和中性單體之間的共聚物中那樣，在這些化合物中可以包含非離子單體。示例性的陽離子聚電解質(zhì)包括但不限于包含陽離子基團(tuán)如亞胺、胺的聚合物或共聚物以及具有中性單體的共聚物。具體實(shí)例可以包括但不限于聚乙烯亞胺、聚酰胺胺、聚胺、乙烯基芐基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨、3-丙烯酰胺基-3-甲基丁基三甲基氯化銨和聚乙烯基吡咯烷酮。例如，可以用陽離子單體對(duì)包含殼聚糖、明膠、半乳甘露聚糖和纖維素的聚合物進(jìn)行改性以形成陽離子聚電解質(zhì)?？梢耘c本文中公開的乳狀液穩(wěn)定劑一起使用的聚電解質(zhì)可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法來制備。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以以能夠?qū)⑷闋钜悍€(wěn)定至期望程度的任何量將乳狀液穩(wěn)定劑添加到穩(wěn)定的乳狀液組合物中。可以基于電荷平衡來添加乳狀液穩(wěn)定劑對(duì)。例如，如果乳狀液穩(wěn)定劑對(duì)的陰離子成員攜帶等于乳狀液穩(wěn)定劑對(duì)的陽離子成員兩倍的形式電荷，則可以以摩爾為基礎(chǔ)，以等于乳狀液穩(wěn)定劑對(duì)的陽離子成員的總量的一半的量添加乳狀液穩(wěn)定劑對(duì)的陰離子成員。在其他實(shí)施方式中，可以以與乳狀液穩(wěn)定劑對(duì)成員上的電荷不相關(guān)的比率來添加乳狀液穩(wěn)定劑對(duì)的成員。例如，如果期望所述對(duì)的一個(gè)成員可以與穩(wěn)定的乳狀液的其他成分發(fā)生相互作用，則可以添加或多或少的所述對(duì)的所述成員以補(bǔ)償所述相互作用。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以以約0. 1磅/桶(lb/bbl)至約121b/bbl (約0. ^kg/m3至約34kg/m3)穩(wěn)定的乳狀液組合物的量將乳狀液穩(wěn)定劑添加到穩(wěn)定的乳狀液組合物中。在另一個(gè)實(shí)施方式中，可以以約0. 251b/bbl至約41b/bbl (約0. 71kg/m3至約llkg/m3)急定的乳狀液組合物的量將乳狀液穩(wěn)定劑添加到穩(wěn)定的乳狀液組合物中。本發(fā)明的穩(wěn)定的乳狀液組合物可以可選地包含各種添加劑?？捎糜诜€(wěn)定的乳狀液的添加劑的實(shí)例可以包括但不限于固體、增重劑、惰性固體、流體損失控制劑、乳化劑、鹽、 分散助劑、腐蝕抑制劑、乳狀液稀釋劑、乳狀液增稠劑、增粘劑、以及它們的任意組合。在一些實(shí)施方式中，可以將增重劑用于提高穩(wěn)定的乳狀液的密度。用于提高穩(wěn)定的乳狀液的密度的增重劑可以是不會(huì)不利地與乳狀液穩(wěn)定劑組合物相互作用的可用于這種目的的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何固體。增重劑的實(shí)例可以包括但不限于重晶石、方解石、鈦鐵礦、富鋁紅柱石、方鉛礦(gallena)、氧化錳、氧化鐵、它們的混合物等。例如，可以將可從美國德克薩斯休斯頓的哈里伯頓能源服務(wù)公司獲得的具有商品名BAROID 的研磨硫酸鋇添加劑用作增重劑?？梢缘湫偷靥砑釉鲋夭牧弦员愀淖兎€(wěn)定的乳狀液的密度。流體的密度可以小于約20 (約M00kg/m3)，或者小于約15 (約1800kg/m3)，或者可替換地小于約10磅/加侖(約1200kg/m3)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠確定用于制造具有期望密度的穩(wěn)定的乳狀液的增重劑的添加量。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述穩(wěn)定的乳狀液可以包含流體損失控制添加劑、乳化劑或者兩者。也可以將流體損失控制劑如改性的褐煤、聚合物、氧化的浙青和黑浙青添加到穩(wěn)定的乳狀液中。通常，可以以按全部流體的重量計(jì)至少約0. 1%、至少約1%、或至少約5%的量使用這種流體損失控制劑。例如，可以將可從美國德克薩斯休斯頓的哈里伯頓能源服務(wù)公司獲得的具有商品名ADAPTA 的添加劑用作流體損失控制添加劑。在地層中鉆井期間， 還可以將堿，優(yōu)選石灰(氫氧化鈣或氧化鈣)用于與遇到的酸性氣體(例如CO2和H2S)結(jié)合或反應(yīng)，只要所述堿不干擾本文中公開的乳狀液穩(wěn)定劑即可。游離石灰在鉆井流體中的量可以為約llbs/bbl至約IOlbsAbl (約2. ^ig/m3至約^kg/m3)，或者更優(yōu)選約llbs/bbl
9至約41bs/bbl (約2. 9kg/m3至約llkg/m3)，但是較小的范圍如小于約21bs/bbl (約5. 7kg/ m3)對(duì)于傾向于在堿性化合物的存在下發(fā)生水解的特定酯是優(yōu)選的，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。也可以將作為石灰的替代物的其他合適的試劑用于調(diào)節(jié)和/或穩(wěn)定乳狀液相對(duì)酸的
穩(wěn)定性?？梢詫⑼ǔＳ糜谌闋钜旱母鞣N輔助的表面活性劑和潤濕劑可選地引入到穩(wěn)定的乳狀液中。這種表面活性劑可以為例如脂肪酸、脂肪酸的皂、酰胺基胺、聚酰胺、聚胺、咪唑啉衍生物、氧化的粗妥爾油、有機(jī)磷酸酯、烷基芳族硫酸酯和磺酸酯，以及上述的混合物。通常，可以以不干擾穩(wěn)定的乳狀液的應(yīng)用的量使用這種表面活性劑。例如，可以以不干擾穩(wěn)定的乳狀液的如下能力的量使用表面活性劑或潤濕劑充當(dāng)鉆井流體或者在流體中進(jìn)行鉆井并從井眼中除去屑。而且，可以已經(jīng)將穩(wěn)定的乳狀液添加到其他流體或材料中，或者已經(jīng)將穩(wěn)定的乳狀液與其他流體或材料混合。這種材料可以包括例如用于降低或控制溫度流變或者提供稀釋的添力卩劑，諸如例如具有商品名COLDTROL 、RHEM0D L、ATC 和OMC 2 的添加劑； 用于對(duì)輸送(到井址的運(yùn)輸)提供臨時(shí)增加的粘度并用于清除的添加劑，諸如例如具有商品名TEMPERUS 的添加劑(改性的脂肪酸)；用于橋接多孔巖石的添加劑，諸如例如具有商品名BARACARB 50的添加劑；用于高溫高壓滲透控制(HTHP FILTRATE)和乳狀液穩(wěn)定性的添加劑，諸如例如具有商品名FACTANT 的添加劑(高度濃縮的妥爾油衍生物)；以及用于乳化的輔助添加劑，諸如例如具有商品名EZ MUL NT或LE SUPERMUL 的添加劑(聚酰胺化的脂肪酸)。稀釋劑如OMC 2TM、COLDTROL 和ATC 的共混物在本發(fā)明的穩(wěn)定的乳狀液中也可以是有效的。所有上述注冊(cè)商標(biāo)產(chǎn)品都可以從美國德克薩斯休斯頓的哈里伯頓能源服務(wù)公司獲得?？梢詫⒃稣硠┛蛇x地用于本發(fā)明的穩(wěn)定的乳狀液中。通常，可以使用增粘劑如油和水可溶性聚合物、聚酰胺樹脂、聚羧酸和脂肪酸皂。用于組合物中的增粘劑的量必然隨組合物的最終用途而變化。通常，以按全部流體的重量計(jì)至少約0. 1%、至少約2%、或至少約 5%的量使用這種增粘劑。例如，可以將TAU-M0D 或BARAZAN D PLUS用作增粘劑，兩者均可從美國德克薩斯休斯頓的哈里伯頓能源服務(wù)公司獲得。而且，可以使用分散助劑、腐蝕抑制劑和/或消泡劑。根據(jù)特定井眼和地層的條件，以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的量使用這些和其他合適的助劑和添加劑。通常，本發(fā)明的穩(wěn)定的乳狀液可以使用本領(lǐng)域已知的任何技術(shù)形成。例如，可以在攪拌條件下以任何順序?qū)⒊煞只旌显谝黄?。制備穩(wěn)定的乳狀液的代表性方法可以包括在連續(xù)溫和的攪拌下，對(duì)適當(dāng)量的在油質(zhì)流體中至少部分不可溶的流體和適當(dāng)量的乳狀液穩(wěn)定劑以及任何可選的添加劑進(jìn)行混合。然后，可以在混合的同時(shí)添加油質(zhì)流體，直至形成穩(wěn)定的乳狀液。如果要添加增重劑，諸如上述增重劑，則在形成穩(wěn)定的乳狀液之后典型地添加增重劑?？商鎿Q地，本發(fā)明的穩(wěn)定的乳狀液可以通過將乳狀液穩(wěn)定劑簡單地添加到鉆井流體的存貨中而制備。這種處理的有效性可取決于流體的組成。本發(fā)明的方法的實(shí)例是處理地層的方法，其包括以下步驟提供包含穩(wěn)定的乳狀液的處理流體，所述穩(wěn)定的乳狀液包含油質(zhì)流體、與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的流體以及乳狀液穩(wěn)定劑；以及對(duì)地層進(jìn)行處理。在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施方式中，處理地層的方法包括完井操作或鉆井操作。在本發(fā)明的其他示例性實(shí)施方式中，處理地層的方法包括刺激操作。本發(fā)明的刺激操作的實(shí)例包括壓裂操作和酸刺激操作，諸如基質(zhì)酸化和壓裂酸化方法。在本發(fā)明的其他示例性實(shí)施方式中，處理地層的方法包括型砂控制操作如安裝礫石過濾層。本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)例是使用穩(wěn)定的乳狀液鉆井流體在地層中鉆井眼的方法，所述穩(wěn)定的乳狀液鉆井流體包含油質(zhì)流體、與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的流體以及乳狀液穩(wěn)定劑。本發(fā)明的示例性方法是將原油乳化的方法，其包括以下步驟提供原油、與所述原油至少部分不混溶的流體以及乳狀液穩(wěn)定劑；以及將所述原油、所述與所述原油至少部分不混溶的流體以及所述乳狀液穩(wěn)定劑混合從而形成穩(wěn)定的原油乳狀液。為了促進(jìn)更好地理解本發(fā)明，給出了一些實(shí)施方式的特定方面的下列實(shí)施例。不應(yīng)以任何方式將下列實(shí)施例理解為限制或限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例為了證明本文中公開的具有乳狀液穩(wěn)定劑的乳狀液的穩(wěn)定性，制備了穩(wěn)定的乳狀液的幾種試樣，并且使得老化不同的時(shí)間段。在本實(shí)施例中，使用多段混合機(jī)將1. 51b/bbl 的聚電解質(zhì)(EZ-MUD GOLD，可獲自 Halliburton Energy Services of Houston，德克薩斯)和 61b/bbl 的滲透控制劑(N_DRIL HT PLUS，可獲自 Halliburton Energy Services of Houston，德克薩斯)與3% KCl鹽水混合5分鐘，然后將其與1. 01b/bbl的疏水表面活性劑(八癸基胺，工業(yè)級(jí)90%)混合另外的5分鐘。添加包含全部流體體積的20%的柴油量并混合另外的30分鐘。在230° F(110oC )下將所得的混合物熱滾(hot roll) 16小時(shí)以形成標(biāo)記為“試樣1”的試樣。根據(jù)相同的程序制備第二批流體并標(biāo)記為“試樣2”。利用增粘劑(BARAZAN D PLUS，可獲自 Halliburton Energy Services, of Houston，德克薩斯)對(duì)第二批流體進(jìn)行增粘并將其熱滾(hot roll) 16小時(shí)。在M小時(shí)和72小時(shí)之后， 流體外觀顯示很少至無相分離。將8. 01b/gal流體的流變性能示于表1中。
1權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)定的乳狀液組合物，包含油質(zhì)流體、與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的流體、以及乳狀液穩(wěn)定劑，其中所述乳狀液穩(wěn)定劑包含第一離子化合物和第二離子化合物，所述第一離子化合物可溶于所述油質(zhì)流體或者與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的所述流體， 所述第二離子化合物具有與所述第一離子化合物相反符號(hào)的電荷且至少部分可溶于與所述第一離子化合物相反的流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物，其中，所述第一離子化合物、所述第二離子化合物或者兩者包含離子表面活性劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物，其中，所述第一離子化合物、所述第二離子化合物或者兩者包含離子聚電解質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或從屬于權(quán)利要求2的權(quán)利要求3所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物，其中，所述離子表面活性劑包含陰離子表面活性劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物，其中，所述陰離子表面活性劑包含選自由以下組成的組中的至少一種化合物烷基羧酸鹽、烷基醚羧酸鹽、N-酰基氨基酸、N-酰基谷氨酸鹽、N-酰基多肽、烷基苯磺酸鹽、鏈烷烴磺酸鹽、α -烯烴磺酸鹽、木質(zhì)素硫酸鹽、 磺基琥珀酸鹽的衍生物、聚萘基甲基磺酸鹽、烷基硫酸鹽、烷基醚硫酸鹽、單烷基磷酸鹽、多烷基磷酸鹽、脂肪酸、酸的堿金屬鹽、脂肪酸的堿金屬鹽、酸的堿式鹽、酸的鈉鹽、脂肪酸的鈉鹽、烷基乙氧基化物、皂、它們的組合、以及它們的衍生物。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或從屬于權(quán)利要求2的任意權(quán)利要求所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物， 其中，所述離子表面活性劑包含陽離子表面活性劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物，其中，所述陽離子表面活性劑包含選自由以下組成的組中的至少一種化合物烷基胺、烷基胺鹽、季銨鹽、乙氧基化的季銨鹽、胺氧化物、烷基三甲基胺、三乙胺、烷基二甲基芐基胺、它們的衍生物、以及它們的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或從屬于權(quán)利要求3的任意權(quán)利要求所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物， 其中，所述離子聚電解質(zhì)包含陰離子聚電解質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物，其中，所述陰離子聚電解質(zhì)包含選自由以下組成的組中的至少一種化合物包含如下的聚合物或共聚物羧酸酯(或鹽)基團(tuán)， 磺酸酯(或鹽)基團(tuán)，磷酸酯(或鹽)基團(tuán)，膦酸酯(或鹽)基團(tuán)，丙烯酸酯(或鹽)單體， 甲基丙烯酸酯(或鹽)單體，苯乙烯羧酸酯(或鹽)，乙烯基磺酸酯(或鹽)，2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙基磺酸酯(或鹽)，3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸酯(或鹽)，馬來酸的鹽， 聚丙烯酸，部分氫化的聚丙烯酰胺，羧甲基纖維素，用陰離子官能團(tuán)改性的纖維素，用陰離子官能團(tuán)改性的多糖，用陰離子官能團(tuán)改性的半乳甘露聚糖、它們的衍生物、以及它們的組I=I ο
10.根據(jù)權(quán)利要求3或從屬于權(quán)利要求3的任意權(quán)利要求所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物， 其中，所述離子聚電解質(zhì)包含陽離子聚電解質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物，其中，所述陽離子聚電解質(zhì)包含選自由以下組成的組中的至少一種化合物聚乙烯亞胺、聚酰胺胺、聚胺、乙烯基芐基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨、3-丙烯酰胺基-3-甲基丁基三甲基氯化銨、聚乙烯基吡咯烷酮、用陽離子官能團(tuán)改性的殼聚糖、用陽離子官能團(tuán)改性的明膠、用陽離子官能團(tuán)改性的半乳甘露聚糖、用陽離子官能團(tuán)改性的纖維素、它們的衍生物、以及它們的組合。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物，其中，所述油質(zhì)流體包含選自由以下組成的組中的至少一種流體柴油、原油、石蠟油、礦物油、低毒性礦物油、烯烴、酯、 酰胺、胺、聚烯烴、聚二有機(jī)硅氧烷、硅氧烷、有機(jī)硅氧烷、醚、縮醛、二烷基碳酸酯、烴、它們的衍生物、以及它們的組合。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物，其中，與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的所述流體包含選自由以下組成的組中的至少一種流體甘油、二醇、聚二醇胺、 多元醇、淡水、海水、鹽水、鹵水、它們的衍生物、以及它們的組合。
14.一種方法，包括提供根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物； 以及將所述穩(wěn)定的乳狀液組合物置于地層中作為地下應(yīng)用的一部分。
15.一種方法，包括提供根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的穩(wěn)定的乳狀液組合物； 以及使用所述穩(wěn)定的乳狀液組合物在地層中鉆井眼。
16.一種制備穩(wěn)定的乳狀液組合物的方法，包括提供油質(zhì)流體；提供與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的流體；提供乳狀液穩(wěn)定劑，其中所述乳狀液穩(wěn)定劑包含第一離子化合物和第二離子化合物，所述第一離子化合物可溶于所述油質(zhì)流體或者與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的所述流體，所述第二離子化合物具有與所述第一離子化合物相反符號(hào)的電荷且至少部分可溶于與所述第一離子化合物相反的流體；以及將所述油質(zhì)流體、與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的所述流體以及所述乳狀液穩(wěn)定劑合并從而形成穩(wěn)定的乳狀液組合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括將所述穩(wěn)定的乳狀液組合物置于地層中作為鉆井操作的一部分。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種穩(wěn)定的乳狀液組合物，包含油質(zhì)流體、與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的流體以及乳狀液穩(wěn)定劑，其中所述乳狀液穩(wěn)定劑包含第一離子化合物和第二離子化合物，所述第一離子化合物可溶于所述油質(zhì)流體或者與所述油質(zhì)流體至少部分不混溶的所述流體，所述第二離子化合物具有與所述第一離子化合物相反符號(hào)的電荷且至少部分可溶于與所述第一離子化合物相反的流體。本發(fā)明還提供涉及使用穩(wěn)定的乳狀液組合物的方法以及制備穩(wěn)定的乳狀液組合物的方法。
文檔編號(hào)C09K8/28GK102482563SQ201080040336
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者桑特恩 瑞安·范 申請(qǐng)人:哈里伯頓能源服務(wù)公司