專利名稱：配體改性的纖維素產物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包含纖維素醚和配體的改性的纖維素產物。本發(fā)明也涉及一種制備改性的纖維素產物的方法，以及含這些產物的鉆井流體。
當鉆孔過程進行時，鉆井流體必需保護洞壁，使其不會由于沉積物或形成物與流體和該流體的其它含有元素的反應而導致變形和/或變質。這些化學和物理反應是由于反滲透和/或結晶作用導致的。這一方面的一個特定問題叫做頁巖水合。
頁巖是一類主要為粘土的礦物質，能與在鉆孔過程中出現或在地下的水和鹽起反應。該反應可能會阻礙鉆孔過程，最壞的情況下此過程必須完全停止。
頁巖是屬于近晶組的礦石。最有名的是蒙脫石。通常這是粘土形成中最活躍的成分，當暴露于水環(huán)境時導致被稱作溶脹的流體力學體積的增加并且在鉆孔時帶來問題。
伊利石、高嶺石和綠泥石是是許多因離子和水與這些粘土反應而造成問題的活性粘土類的其它成員。這些粘土可以是高度分散的。在自然界中，這些粘土以混合的組合物形式存在，當鉆孔時造成嚴重程度或輕或重的潛在問題。
頁巖穩(wěn)定化被認為至少部分依賴于通過流體抑制頁巖的溶脹和分散過程。
頁巖和頁巖反應廣泛描述于文獻中，如Van Olphen，H.，″AnIntroduction to Clay Colloid Chemistry″，second edition，JohnWiley & Sons，New York，19977，p.30-；以及Darley，H.C.H.andGray，George R.，″Compositions and Properties of Drilling andCompletion Fluids″5th edition，Gulf Publishing Company，Houston，p.140-。
一些纖維素衍生物是已知的鉆井流體添加劑。它們可以具有頁巖抑制、增稠、減少流體損失和熱穩(wěn)定特性。特別是羧甲基纖維素(CMC)已被用作這種添加劑。
于是，本產物包含鈣源[如CaCl2.2H2O或Ca(OH)2]。本產物可以特別作為鉆井流體的添加劑。本產物的應用導致了沒有水合有害作用的更穩(wěn)定的頁巖形成。鈣離子在產物制備或使用中對環(huán)境無害。使用中的另一優(yōu)點是鈣不是兩性的。
本發(fā)明的產物也可以用于鉆井流體以外的應用。這種應用的例子為造紙、涂料、采礦、藥品、水凈化、陶器、清潔劑和油漆。
本發(fā)明的另一目的是制備改性的纖維素產物的方法，此方法的特征在于纖維素化合物與至少一種鈣鹽和至少一種上述配體反應。
本發(fā)明的第三個目的是含新產物的鉆井流體。
本發(fā)明的第四個目的是通過在鉆孔過程中使用新產物來抑制鉆孔過程中頁巖水合。
本發(fā)明的第五個獨立目的是由纖維素醚和上述配體組成的產物。此配體可以以單價鹽，如鈉鹽的形式存在。當沒有二價陽離子存在時，配體形成與纖維素醚分子的直接連接。發(fā)明詳述用于本發(fā)明的纖維素醚可以是例如羧甲基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素或羧甲基化淀粉。特別是可以使用羧甲基纖維素。
認為，在新產物中鈣離子與纖維素分子的醚基團和配體連接。
纖維素醚的聚合程度影響產物的粘度。聚合程度越高，得到的產物粘度越高。適當的聚合程度為如200-4000。
醚取代度為如0.5-1.7，特別是0.9-1.5。
使用的鹽量特別是在0.1-20wt-％，優(yōu)選0.1-15wt-％，最優(yōu)選0.1-5wt-％的范圍，以干纖維素計算。使用的配體量特別是在0.1-20wt-％，優(yōu)選0.1-5wt-％的范圍，以干纖維素計算。
根據本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方案，配體為次氮基三乙酸。
本發(fā)明的產物可以以工業(yè)形式(technical form)或以純化形式獲得。以工業(yè)形式存在時，它可以含如1-45％wt-％的氯化鈉和/或甘醇酸鈉。以純化形式存在時它可以含有含量為95-100wt-％，如大于98wt-％的活性成分。
本產物也可以包含至少一種Mg2+，Cr3+，Fe2+，Fe3+，Al3+，Ti4+，Zn2+，Sn2+，Be2+，Sr2+，Ba2+或Ra2+鹽。
此化合物可以作為所謂的“一袋產物”使用，因此它在應用過程中非常靈活多用。
本產物可以通過將纖維素或其衍生物與鈣鹽和配體反應而制備。這可以通過如纖維素與鈣鹽和配體在40-80℃的高溫下反應而完成。
本發(fā)明的鉆井流體通過產物與其它必要的添加劑混合而容易地制備。改性的纖維素產物的濃度為如0.1-15kg/m3。鉆井流體的補充水可以是淡水或蒸餾水，海水或鹽飽和水或其混合物。
本發(fā)明的改性CMC產物在所謂分散試驗中的頁巖抑制行為證明此產物比常規(guī)CMC更有效。
本發(fā)明的鉆井流體也可以包含1，2-乙二醇和/或氯化鉀(KCL)或其它鹽，如Mg2+，Cr3+，Fe2+，Fe3+，Al3+，Ti4+，Zn2+，Sn2+，Be2+，Sr2+，Ba2+或Ra2+鹽。
生產關于纖維素醚的生產有許多文獻。纖維素醚一般是這樣制備的將基于木或基于棉纖維的原材料與反應介質如醇(如異丙醇或乙醇)或丙酮混合，并用堿物質如氫氧化鈉將其堿化從而激活纖維素。然后加入醚化的化合物如液態(tài)一氯代乙酸(MCA)或它的鈉鹽(NaMCA)并令其反應。如果需要可以中和產生的產物并減小其粘性。當生產純化的纖維素醚后，用醇洗掉反應產生的副產物如鹽。副產物也可以留在產物中(工業(yè)纖維素醚)或僅去除一部分(半純化纖維素醚)。分離掉使用的溶劑并干燥產物。視預期最終用途而定，將產物研磨、造?；蚝Y分。
產物中如羧甲基纖維素部分的替代度取決于此過程的反應動力學和一氯代乙酸或其鈉鹽的濃度以及使用的纖維素類型。
可以在干燥產物之前反應的任何點加入本發(fā)明的鈣化合物和絡合劑，但優(yōu)選在送入醚化化合物后反應開始時加入。
表1.實施例產物的典型參數
試驗室結果分散試驗(熱滾動試驗)作為頁巖抑制試驗，進行了所謂的分散試驗。本試驗的目的是判斷鉆井流體系統對粘土分散和頁巖水合解體的抑制特性。
在熱的滾動儲氣瓶(體積500ml)中，將100g碾碎和干燥的粘土小片懸浮于鉆井流體(鉆井流體的組成不同)。儲氣瓶用氮氣加壓。然后在以約40rpm滾動的所謂熱軋爐中在95℃(203°F)下將儲氣瓶熱滾動16小時。
在陳化之后，降溫樣品并且當儲氣瓶達到室溫時釋放壓力，打開儲氣瓶。將內容物倒在1.18mm的有接收器的篩子上。然后用冷的淡水洗滌篩子上的小片以便從小片上清除粘連的泥。然后在烘箱內干燥小片直到恒重。
篩上回收的物質越多，鉆井流體的抑制作用越強。
除非試驗介質相同，這種試驗方法不能用于比較一種泥系統與另一種泥系統。實際上，只有同時進行試驗的樣品，其結果才能彼此比較。
用此描述的分散試驗檢驗了上面提到的實施例中產生的樣品。在所有試驗中，將4.5g樣品加入350ml鉆井流體。結果列于表2。
表2.實施例1和對比的實施例4的樣品(工業(yè)樣品)的頁巖抑制試驗結果
表3.實施例2和實施例3的樣品(純化樣品)的頁巖抑制試驗結果
表4.實施例4和實施例5的樣品(工業(yè)樣品)的頁巖抑制試驗結果
權利要求
1.一種配體改性的纖維素產物，包含纖維素醚，如羧甲基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素或羧甲基化淀粉，其特征在于它進一步包含至少一種鈣鹽和至少一種選自次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、1，2-環(huán)己烷二胺-N，N，N’，N’-四乙酸、二亞乙基三胺五乙酸、亞乙二氧基二(亞乙次氮基)四乙酸、N-(2-羥乙基)-乙二胺-N，N’，N”-三乙酸、三亞乙基四胺六乙酸、N-(羥乙基)乙二胺三乙酸及其混合物的配體。
2.權利要求1的產物，其中使用的鈣鹽量在0.1-20wt-％，優(yōu)選0.1-15wt-％，最優(yōu)選0.1-5wt-％的范圍，以干纖維素計算。
3.前面任意一項權利要求的產物，其中使用的配體量在0.1-20wt-％，優(yōu)選0.1-5wt-％的范圍，以干纖維素計算。
4.前面任意一項權利要求的產物，其中配體為次氮基三乙酸。
5.前面任意一項權利要求的產物，其中纖維素醚為羧甲基纖維素。
6.前面任意一項權利要求的產物，其中它是以工業(yè)形式存在，含如2-45wt-％的氯化鈉和/或甘醇酸鈉。
7.前面任意一項權利要求的產物，其中它是以純化形式存在，活性成分的含量優(yōu)選為95-100wt-％。
8.一種制備配體改性的纖維素產物的方法，其特征在于纖維素醚與至少一種鈣鹽和至少一種選自次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、1，2-環(huán)己烷二胺-N，N，N’，N’-四乙酸、二亞乙基三胺五乙酸、亞乙二氧基二(亞乙次氮基)四乙酸、N-(2-羥乙基)-乙二胺-N，N’，N”-三乙酸、三亞乙基四胺六乙酸、N-(羥乙基)乙二胺三乙酸及其混合物的化合物反應。
9.一種鉆井流體，其特征在于它含有權利要求1-7的任意一項的改性的纖維素產物或根據權利要求8制備的改性的纖維素產物。
10.權利要求9的鉆井流體，其中改性的纖維素產物的濃度為0.1-15kg/m3。
11.權利要求9或10的鉆井流體，其中它進一步含1，2-乙二醇。
12.權利要求9-11的任意一項的鉆井流體，其中它進一步含一種鹽，如KCl，用以增強頁巖抑制。
13.一種抑制鉆孔過程中頁巖水合的方法，其特征在于使用了權利要求9-12的任意一項的鉆井流體。
14.一種配體改性的纖維素產物，包含纖維素醚如羧甲基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素或羧甲基化淀粉，其特征在于它進一步包含至少一種選自次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸、1，2-環(huán)己烷二胺-N，N，N’，N’-四乙酸、二亞乙基三胺五乙酸、亞乙二氧基二(亞乙次氮基)四乙酸、N-(2-羥乙基)-乙二胺-N，N’，N”-三乙酸、三亞乙基四胺六乙酸、N-(羥乙基)乙二胺三乙酸及其混合物的配體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種配體改性的纖維素產物，它包含纖維素醚、鈣鹽和至少一種作為螯合劑的配體。本產物可以用于如鉆井流體。
文檔編號C08B15/00GK1443780SQ02107098
公開日2003年9月24日 申請日期2002年3月13日 優(yōu)先權日2000年9月15日
發(fā)明者A·F·馬爾斯, U·烏爾皮萊寧, O·魯佩特 申請人:諾維安特有限公司