在非水性液體的增粘中使用的活化劑的制作方法
【專利說明】在非水性液體的增粘中使用的活化劑
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2012年10月29日提交的美國申請(qǐng)?zhí)?1/719, 753的優(yōu)先權(quán)，其公 開內(nèi)容通過引用結(jié)合在本文中用于全部目的。
[0003] 發(fā)明背景-發(fā)明領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及包含親有機(jī)性粘土的非水性液體的增粘，并且更具體地涉及井眼液的 增粘。尤其是，本發(fā)明涉及一種活化劑，其用于將在多種用途（例如井眼液）中使用的親有 機(jī)性粘土剝離。
[0005] 發(fā)明背景-現(xiàn)有技術(shù)描述
[0006] 親有機(jī)性粘土廣泛地在多種溶劑體系中用作流變控制劑。尤其是，親有機(jī)性粘土 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了在井眼液中的廣泛用途，在與天然油氣藏的開采、完井和生產(chǎn)相關(guān)的操作中的 用途。此類操作的典型實(shí)例包括鉆井、壓裂地下地層、改變地下地層的滲透性、測井操作、防 砂、封隔液等。
[0007] 尤其是，在深井鉆井中，在油基泥漿中使用親有機(jī)性粘土具有一定優(yōu)勢，盡管它們 初始成本明顯較高。在水敏感性地層，例如溶脹性頁巖、不溶鹽地層中，以及在高溫下，油基 液體的優(yōu)勢是明顯的。這些液體還用于鉆柱潤滑，尤其是在對(duì)曲線井或斜井進(jìn)行鉆井中，用 于腐蝕保護(hù)，并且它們具有可再利用這一另外優(yōu)勢。
[0008] 在油基井眼液中，以及在水基配制物中，親有機(jī)性粘土的主要功能之一是起增粘 劑的作用。然而，公知的是，為了親有機(jī)性粘土在非水性井眼液中溶脹或使非水性井眼液增 粘，必須首先將它們剝離。這通常利用少量作為活化劑的極性分子完成。典型的用于與粘 土型觸變性增粘劑如親有機(jī)性粘土一起使用的活化劑包括水、乙醇、甲醇、二醇、硅酸鈉、氟 化鈉、硅氟化鎂、碳酸鈣、極性疏質(zhì)子化合物等。特別優(yōu)選的并且廣泛使用的活化劑是碳酸 亞丙酯。
[0009] 發(fā)明概述
[0010] 在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種活化劑，用于與親有機(jī)性粘土一起在非水性液體 尤其是非水性井眼液中使用。
[0011] 在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供用于在非水性液體中使用的增粘包裝。
[0012] 在又一個(gè)方面中，本發(fā)明提供由非水性液體，例如烴系液體、親有機(jī)性粘土和烷氧 基化醇組成的井眼液。
[0013] 在此外另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供處理井眼的方法。
[0014] 根據(jù)以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得顯而易見，其中 參照了附圖中的圖。
[0015] 優(yōu)選實(shí)施方案詳述
[0016] 術(shù)語"井眼液"或類似的術(shù)語是指在來自地下地層的油和/或氣的勘探、鉆井或生 產(chǎn)的任何階段中使用的任何液體。
[0017] 本發(fā)明的活化劑是烷氧基化醇或具有以下通式的烷氧基化醇的共混物：
[0018] X-O-(CnH2nO)y-(C2H4O) z-H I
[0019] 其中X是具有3至40個(gè)碳原子的有機(jī)基團(tuán)（organyl group)，
[0020] η 是 2、3 或 4，
[0021] y 是 0 至 6，
[0022] 并且 z 是 3-20。
[0023] 有機(jī)基團(tuán)被定義為是醇的殘基并且可以具有其他取代基的任何有機(jī)取代基，所述 其他取代基例如-OH、NH2-、Cl等。
[0024] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的活化劑是烷氧基化醇或具有以下通式的烷氧基化 醇的共混物：
[0025] CH3 (CXH2X) -0- (CnH2n0) y_ (C2H4O) Z-H II
[0026] 其中x是3至31，
[0027] η 是 2、3 或 4，
[0028] y 是 0 至 6，
[0029] 并且
[0030] z 是 3-20。
[0031] 烷氧基化醇可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的任何方法制備。以下美國專利教導(dǎo) 了此類方法：U. S. 8, 329, 609、U. S. 5, 627, 121、U. S. 5, 220, 077、和 U. S. 4, 775, 653,其全部 通過引用結(jié)合在本文中用于全部目的。
[0032] -般來說，可用于本發(fā)明的醇烷氧基化物的功效可以借助具體烷氧基化物的親 水-親脂平衡（hydrophilic-lipophilic balance，HLB)值來估算。如公知的，烷氧基化 醇的HLB可以按照分子的烷氧基化部分的重量百分?jǐn)?shù)除以5來估算，如由Rosen，Milton， J.和 Kunjappu，Joy T. "Surfactants and Interfacial Phenomena(表面活性劑和界面 現(xiàn)象）"J〇hn Wiley&Sons，2012年第四版，第357頁教導(dǎo)的。因此，對(duì)于具有以下通式的乙 氧基化物來說：
[0033] CH3(CH2)x-O-(CH2CH2O) n-H
[0034] 可以如下粗略計(jì)算HLB :
[0035] HLB = 100. 44n/(5-(32+14x+44n))
[0036] 一般來說，可用于本發(fā)明的醇烷氧基化物的HLB將會(huì)是約8至約16,約12至約15 的HLB是優(yōu)選的。
[0037] 可用于本發(fā)明的醇烷氧基化物的醇或醇的共混物包括，但不限于，C6醇、C8醇、 C8-C10直鏈醇、C10-C12直鏈醇、C12-C13氧代-醇、異十三烷醇、2-乙基-己醇、2-丙 基-庚醇、2- 丁基-辛醇、2-己基-癸醇、2-辛基-十二烷醇、2-癸基-十四烷醇、2-十二 烷基-十六烷醇、直鏈伯醇、以及直鏈和/或支鏈仲醇二者。特別優(yōu)選的是具有4至32個(gè) 碳原子的支鏈醇。
[0038] 可以在本發(fā)明的組合物中使用的基礎(chǔ)油或液體包括但不限于油質(zhì)液體。如在本文 中所使用的，術(shù)語"油質(zhì)液體"意指在25°C下為液體并且基本不可混合在水中的烴或油。在 本文中適合使用的油質(zhì)液體通常包括下列物質(zhì)：如柴油，礦物油（包括較低芳族含量的礦 物油），合成油如費(fèi)歇爾-托普希（FT)衍生烴、聚烯烴或異構(gòu)化聚烯烴，酯油，脂肪酸甘油 酯，脂族酯，脂族醚，脂族乙酰、或其他此類烴和這些液體的組合。特別優(yōu)選的是主要為直鏈 的烴液體，尤其是衍生自包括FT反應(yīng)的過程，例如氣體到液體（GTL)過程的此類烴液體。通 常，優(yōu)選的是，本發(fā)明的基礎(chǔ)油具有較低的芳族含量，例如以重量計(jì)小于約2 %的芳族化合 物。表1示出了可以使用的多種基礎(chǔ)油。
[0039]表 1
[0041] 親有機(jī)性粘土可以是任何對(duì)有機(jī)液體來說可用的觸變?cè)稣硠?。適合的親有機(jī)性 粘土包括綠土（smectite)型、鋰蒙脫石粘土或其他粘土與有機(jī)陽離子即季銨陽離子（有 時(shí)被稱為親有機(jī)性粘土膠凝劑）的反應(yīng)產(chǎn)物；綠土粘土；高嶺土粘土；等等。根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)方面，用作觸變?cè)稣硠┑膬?yōu)選的親有機(jī)性粘土是選自由下列各項(xiàng)組成的組的綠土型粘 土：膨潤土、鋰蒙脫石、蒙脫石、綠脫石、貝得石（biedellite)、皂石、富鎂蒙脫石、及其混合 物，最優(yōu)選膨潤土或鋰蒙脫石。在所使用的粘土是粘土和季銨化合物的反應(yīng)產(chǎn)物的情況下， 優(yōu)選的季銨陽離子選自由下列各項(xiàng)組成的組：甲基三氫化牛脂銨、二甲基脫氫牛脂銨、二甲 基芐基氫化牛脂銨、甲基芐基脫氫牛脂銨、和它們的混合物。適合用于與在本文中所描述 的組合物一起使用的示例性的有機(jī)粘土和粘土膠凝劑在以下美國專利中給出，其所有相關(guān) 部分通過引用結(jié)合在本文中：美國專利號(hào)2, 531，427 ;美國專利號(hào)2, 966, 506 ;美國專利號(hào) 4, 105, 578 ;和美國專利號(hào)4, 208, 218。適合與在本文中所描述的組合物一起使用的示例性 的可商購親有機(jī)性粘土是可從 Southern Clay Products，Inc.，Gonzalez，Tex.，U.S.A.獲 得的 CLAYTONE.RTM. MG 400 Claytone ER、Claytone EM、和 Claytone II，或者 Bentone 34、Bentone 150和BENTONE. RTM. 380rganoclay(商用鋰蒙脫石系產(chǎn)品，可從許多供應(yīng)廠商 獲得）。
[0042] 以下表2和3示出了在含有非水性基礎(chǔ)液ODC FT_140(GTL柴油）和作為Claytone II由Southern Clay Products銷售的親有機(jī)性粘土的組合物中典型的醇乙氧基化物的 HLB的作用。
[0043] 表 2
[0044]
[0047] 表2和3表明，至少對(duì)于所示的醇乙氧基化物來說，在基礎(chǔ)液、親有機(jī)性粘土類型 和溫度的這種特定體系中，約12至約15的HLB是優(yōu)選的。
[0048] 本發(fā)明的增粘包裝包含活化劑和親有機(jī)性粘土，二者如上所述。一般來說，