專利名稱：粘彈性表面活性劑及其制作方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容總體上涉及井筒維修液體(wellbore servicing fluid)。更具體地，本發(fā)明涉及粘彈性表面活性劑及其制作方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
天然資源，例如天然氣、石油和存在于地層(subterranean formation)或地下區(qū)域(subterranean zone)中的水，常常通過(guò)沿著地層向下鉆取井筒同時(shí)在鉆井中循環(huán)鉆井液來(lái)獲得。在鉆取井筒過(guò)程中，鉆井液在鉆柱中向下循環(huán)，通過(guò)鉆頭，直至遍及井筒壁與鉆柱之間的環(huán)面的表面上。鉆柱可以是鉆管、套管柱或其它任何合適的管道。特別地，循環(huán)鉆井液潤(rùn)滑鉆頭，將鉆屑攜帶到表面上，并平衡施加到井筒上的地層壓力(formationpressure) 0 一個(gè)與鉆取井筒相關(guān)的問題可能是大量鉆井液漏失至地層中。這個(gè)問題可稱為“井漏”，鉆井液漏失至其中的地層部分被稱為“漏失帶”。除了鉆井液外，其他液體也會(huì)遭 遇井漏，例如，循環(huán)在井筒中的隔離液、完井液(如鹽水)和修井液。其中，隔離液指的是用于將一種專用液體與其它液體物理隔離的液體；完井液指的是在開始生產(chǎn)前使用的用來(lái)促進(jìn)最終操作的無(wú)固液體(solids-free liquid);而修井液指的是井控液體,用在性能維護(hù)過(guò)程或產(chǎn)烴井(hydrocarbon producing well)的修補(bǔ)處理過(guò)程中。引發(fā)井漏的原因有很多。例如，井筒穿透的地層可能是高滲透性的，或者其中可能包含斷裂或裂縫。此外，地層在液體施加的液體靜壓力下可能會(huì)發(fā)生破裂，而將液體漏失進(jìn)入地層。例如，由于鉆井液的液體靜壓力可能會(huì)引起地層中的斷裂產(chǎn)生或加重，從而導(dǎo)致鉆井液漏失進(jìn)入那些斷裂中。在控制井漏方面已經(jīng)研發(fā)了很多方法。一種慣用的控制井漏的方法涉及將堵漏物料放在漏失帶中?？蓪⑦@些堵漏物料放在地層中例如作為堵漏劑(lost circulationpill)，以試圖控制和/或防止井漏。常規(guī)的堵漏劑可能會(huì)存在很多缺陷，如獲得理想性能(例如粘度等)需要大量的物料，還存在處理結(jié)束后移除該堵漏劑組成物料所涉及的困難。因此，合乎需要的是研發(fā)用于控制井漏的改進(jìn)的組合物。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開了一種維修(保養(yǎng))井筒的方法，包括向下鉆進(jìn)地(downhole)放置一種組合物，該組合物包含表面活性劑混合劑(surfactant package),其包括陽(yáng)離子表面活性劑和陰離子表面活性劑，其中，在存在少于約30wt. %的水溶助劑(助水溶物,hydrotrope)的情況下，表面活性劑混合劑在與水溶液接觸時(shí)形成增粘組合物。


為了更全面的理解本公開內(nèi)容及其優(yōu)點(diǎn)，提供以下結(jié)合附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明以及
具體實(shí)施例方式圖I和2為實(shí)施例I中樣品的粘度作為剪切率的函數(shù)的曲線圖。圖3為實(shí)施例2中樣品的粘度作為表面活性劑百分率的函數(shù)的曲線圖。
圖4-5為實(shí)施例3中樣品的復(fù)數(shù)粘度、儲(chǔ)能模量和損耗模量作為頻率的函數(shù)的曲線圖。圖6-7為實(shí)施例4中樣品的零剪切粘度作為溫度的函數(shù)的曲線圖。圖8為實(shí)施例5中樣品的零剪切粘度作為溫度的函數(shù)的曲線圖。圖9為實(shí)施例6中樣品的復(fù)數(shù)粘度、儲(chǔ)能模量和損耗模量作為頻率的函數(shù)的曲線圖。圖10為實(shí)施例6中樣品的粘度和剪切應(yīng)力(shear stress)作為剪切速率的函數(shù)的曲線圖。圖11為實(shí)施例6中樣品的粘度作為陽(yáng)離子表面活性劑百分比的函數(shù)的曲線圖。圖12為實(shí)施例7中樣品的零剪切粘度作為SDBS重量百分比的函數(shù)的曲線圖。 圖13為實(shí)施例8中樣品的粘度和剪切應(yīng)力作為剪切速率的函數(shù)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式從一開始就應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，盡管下文提供了一種或多種實(shí)施方式的說(shuō)明性實(shí)施，然而不管是目前已知的還是現(xiàn)存的，已公開的體系和/或方法可利用任何多種技術(shù)加以實(shí)施。本公開內(nèi)容決不應(yīng)局限于以下例示的示例性實(shí)施方式、附圖和技術(shù)，而是可以在所附權(quán)利要求的范圍連同其等同物的整個(gè)范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行修改。本文公開了組合物(例如井筒維修組合物(井筒保養(yǎng)組合物))，其包含至少一種陽(yáng)離子表面活性劑和至少一種陰離子表面活性劑。據(jù)稱這些組合物含有陽(yáng)離子陰離子表面活性劑混合劑(cationic anionic surfactant package,CASP)。在一種實(shí)施方式中，CASP可以與井筒維修液體的一種或多種組分反應(yīng)形成一種下文以CASP-VC表示的增粘組合物。本發(fā)明所述這種類型的CASP-VC可用于各種井筒維修操作。例如，CASP-VC可用于處理經(jīng)歷井漏的井筒。本發(fā)明將在下文中詳細(xì)描述CASP和CASP-VC的成分及其制作方法和應(yīng)用。在一種實(shí)施方式中，CASP包含陽(yáng)離子表面活性劑。表面活性劑通常為可降低溶解其的液體的表面張力的潤(rùn)濕劑，使其較容易的分散并降低兩種液體間的界面張力。每種表面活性劑都有可與水分子連接的親水頭部和排斥水分子并將其自身連接至憎水性材料(如油和脂)的疏水尾部。本發(fā)明中的陽(yáng)離子表面活性劑具有帶正電荷的頭部和含碳鏈的疏水尾部。適用于本公開內(nèi)容中的陽(yáng)離子表面活性劑可含有長(zhǎng)度為約8到約24的碳鏈，可替換地，其長(zhǎng)度可以為約8至約18，可替換地從約12至約22，可替換地從約16至約24。適用于本公開內(nèi)容中的適合的陽(yáng)離子表面活性劑的實(shí)例包括但不限于季銨鹽、乙氧基化季銨鹽、氧化胺(胺氧化物)或它們的組合。在一種實(shí)施方式中，陽(yáng)離子表面活性劑包括硬脂基三甲基氯化銨、甲苯磺酸十六烷基三甲基銨、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基溴化銨、癸基三甲基氯化銨、癸基三甲基溴化銨、辛基三甲基氯化銨、二十二碳烯基二(羥乙基)甲基氯化銨、二十二碳烯基三甲基氯化銨，或它們的組合。在一種實(shí)施方式中，基于CASP的總重量，存在于CASP中的陽(yáng)離子表面活性劑的量為約O. Olwt. %至約99. 99wt. %，可替換地為約O. Iwt. %至約99. 9wt. %，可替換地為約Iwt. %至約99wt. % 在一種實(shí)施方式中，CASP含有陰離子表面活性劑。這里陰離子表面活性劑具有帶負(fù)電荷的頭部和含有碳鏈的疏水尾部。適用于本公開內(nèi)容中的陰離子表面活性劑可含有長(zhǎng)度為約8至約24的碳鏈，可替換地為約8至約18，可替換地為約12至約22，可替換地為約18至約24。適用于本公開內(nèi)容中的適合的陰離子表面活性劑包括但不限于酸的堿金屬鹽(alkali salt)、脂肪酸的堿金屬鹽、酸的堿性鹽(alkaline salts of acids)、酸的鈉鹽、月旨肪酸的鈉鹽、硫酸烷酯鹽、烷基乙氧基化物(烷基乙醇鹽，alkyl ethoxylate)、硫酸鹽、磺酸鹽、脂肪酸鹽(皂鹽，soap)，或它們的組合。在一種實(shí)施方式中，陰離子表面活性劑包括油酸鈉、硬脂酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十四酸鈉、月桂酸鈉、癸酸鈉、辛酸鈉、硫酸十六烷基酯鈉、硫酸十四燒基酯鈉、硫酸十二燒基酯鈉(sodium lauryl sulfate)、硫酸癸酯鈉、硫酸辛酯鈉，或它們的組合。在一種實(shí)施方式中，基于CASP的總重量，可存在于CASP中的陰離子表面活性劑的量約為O. Olwt. %至約99. 99wt. %，可替換地為約O. Iwt. %至約99. 9wt. %，可替換地為約Iwt. % 至約 99wt. % ο在一種實(shí)施方式中，存在于CASP中的陽(yáng)離子表面活性劑的量比陰離子表面活性劑的量大，這樣的組合物被稱為富陽(yáng)離子型CASP(cationic rich CASP)?？商鎿Q地，存在于CASP中的陰離子表面活性劑的量比陽(yáng)離子表面活性劑的量大，這樣的組合物被稱為富陰離 子型 CASP (anionic rich CASP)。在一種實(shí)施方式中，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可受益于本公開內(nèi)容而選擇陽(yáng)離子表面活性劑陰離子表面活性劑的比率(CAR)，從而緩解表面活性劑混合劑與其它物料相接觸通常涉及的不利影響。例如，在CASP與水溶液相接觸時(shí)，可選擇CAR以減小或消除相分離(phase separation)。進(jìn)一步地,可選擇CAR以減少或消除與水溶液接觸時(shí)CASP的一種或兩種組分的沉淀。例如，CAR可以為約I : 100至約100 I;可替換地為約90 I至約I 90;可替換地為約80 I至約I : 80;可替換地為約70 I至約I : 70 ;可替換地為約60 I至約I : 60;可替換地為約I : 50至約50 I;可替換地為約40 I至約I 40;可替換地為約30 I至約I : 30;可替換地為約20 I至約I : 20 ;可替換地為約10 I至約I : 10 ;可替換地為約I : 9至約9 I。在一種實(shí)施方式中，CASP(例如，富陽(yáng)離子型CASP、富陰離子型CASP)可以與水溶液接觸以形成CASP-VC。該水溶液可包括淡水或鹽水，例如，不飽和水性鹽溶液或飽和水性鹽溶液如鹽水或海水。水溶液與CASP可以以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員受益于本公開內(nèi)容所知的任何方式進(jìn)行接觸。在一種實(shí)施方式中，該水溶液包括鹽水(brine)。該鹽水可以為任何合適的飽和或接近飽和的鹽水溶液。例如該鹽水可以是任何適合的飽和或接近飽和的鹽溶液，其包含水和大于約90、95、99或99. 9wt%的鹽。適用于本公開內(nèi)容中的鹽水的非限制性實(shí)例包括氯化銨、氯化鉀、氯化鈉、溴化鋅、氯化鈣、溴化鈣、溴化鈉、甲酸鉀、甲酸鈉、甲酸銫，或它們的組合。在一種實(shí)施方式中，可以與水溶液接觸的CASP的量為每80g水溶液約0. Olg至約20g的CASP，可替換地為每80g水溶液約0. Ig至約15g的CASP，可替換地為每80g水溶液約Ig至約IOg的CASP。本發(fā)明所述CASP-VC可呈現(xiàn)出粘彈性。粘彈性材料在發(fā)生變形時(shí)既呈現(xiàn)出粘性也呈現(xiàn)出彈性。在一種實(shí)施方式中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)CAR或表面活性劑的總濃度來(lái)調(diào)節(jié)CASP-VC的粘彈性，從而滿足用戶或加工期望的需要。調(diào)節(jié)或調(diào)整CASP-VC的粘彈性的能力可允許用戶基于井筒及其加工要求的需要選擇一種適合的CASP-VC。例如，可優(yōu)化CAR，從而產(chǎn)生具有適用于在較大深度的或在提升溫度下的漏失帶的粘度的CASP-VC。
在一種實(shí)施方式中，在溫度范圍為約10°C至約200°C，可替換地為約25°C至約200°C，可替換地為約50°C至約200°C下，CASP-VC可呈現(xiàn)的粘度范圍為約O. 001Pa*s至約100000Pa*s，可替換地為約lPa*s至約100000Pa*s，可替換地為約100Pa*s至約100000Pa*s。粘度是由剪切應(yīng)力引起變形的液體阻力的量度。換言之，粘度是液體流動(dòng)的阻力?？梢岳帽绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何適當(dāng)?shù)姆椒▽W(xué)測(cè)定本文所述的特性。例如，可通過(guò)向CASP-VC施加恒定的剪切速率并利用振錘幾何學(xué)(bob geometry)的窄間隙杯(narrow gap cup)讀取剪切應(yīng)力，來(lái)測(cè)定儲(chǔ)能模量、損耗模量和粘度,如Kieology Principles, Measurements and Applications, C. ff. Macosko, ffiley-VCH,New York(1994)中所描述的，其作為整體并入本文以供參考。在一種實(shí)施方式中，在溫度范圍為約10°C至約200°C，可替換地為約25°C至約200°C，可替換地為約50°C至約200°C下，CASP-VC可呈現(xiàn)的零剪切粘度為約O. 001Pa*s至約100000Pa*s，可替換地為約lPa*s至約100000Pa*s，可替換地為約100Pa*s至約100000Pa*s。零剪切粘度指的是在低剪切速率限值(limit)下的粘度。零剪切速度是產(chǎn)品在靜止和未受干擾時(shí)最終獲得的粘度。按照本文先前描述的測(cè)定零剪切粘度，例外情況是，將該數(shù)據(jù)外推至“零”剪切并在該剪切下讀取粘度。
在一種實(shí)施方式中，在頻率范圍為約O. 00001Hz至約1000Hz，可替換地為約
O.OlHz至約1000Hz，可替換地為約IHz至約IOOOHz時(shí)，CASP-VC具有的復(fù)數(shù)粘度為約10Pa*s至約100000Pa*s，可替換地為約100Pa*s至約100000Pa*s，可替換地為約1000Pa*s至約100000Pa*s。復(fù)數(shù)粘度指的是在剪切應(yīng)力的強(qiáng)迫諧振過(guò)程中測(cè)定的頻率依賴性粘度函數(shù)(function)。其與復(fù)數(shù)剪切模量有關(guān)并且代表粘應(yīng)力與剪切應(yīng)力之間的角度。復(fù)數(shù)粘度函數(shù)等于動(dòng)態(tài)粘度與異相粘度(out-of-phase)之間的差，或者復(fù)數(shù)粘度的虛部。η*( ω) = r\ ' (ω)- η" (ω)其中η*=復(fù)數(shù)粘度η'=動(dòng)態(tài)粘度η "=異相粘度(out-of-phase viscosity)除了頻率保持恒定不變外，按照本文先前的描述測(cè)定該復(fù)數(shù)粘度。粘彈性材料中的儲(chǔ)能模量衡量的是所儲(chǔ)存的能量且代表該材料中的彈性部分。損耗模量與消散為熱的能量有關(guān)，且代表與滯流引起的能量損耗量相關(guān)的粘性部分。在一種實(shí)施方式中，在頻率范圍為約O. 00001Hz至約1000Hz，可替換地為約0. OlHz至1000Hz，可替換地為約IHz至約1000Hz內(nèi)，CASP-VC的儲(chǔ)能模量為約0. OOlPa至約lOOOPa，可替換地為約0. IPa至約lOOOPa，可替換地為約IPa至約lOOOPa。儲(chǔ)能模量和損耗模量按照本文先前的描述測(cè)定。在一種實(shí)施方式中，CASP-VC是不含固體的。這里，基于CASP的總重量，不含固體指的是固體的量為小于或等于約3wt. %，可替換地為等于或小于約2wt. %，可替換地為小于或等于約Iwt. %。固體的實(shí)例包括但不限于顆粒、沙子、成型物質(zhì)(formationmaterial),或它們的組合。在一種實(shí)施方式中，CASP-VC可以耐受較高的壓力梯度。CASP產(chǎn)生的高粘彈性使流體可耐受較高的壓力梯度。
在一種實(shí)施方式中，在基本上缺乏水溶助劑和/或過(guò)量鹽(例如，CASP無(wú)、基本上無(wú)或不含大量水溶助劑和/或過(guò)量的鹽)的情況下，可將本發(fā)明所述類型的CASP引入井筒維修液或引入井筒并完成其預(yù)期功能。利用水溶助劑和過(guò)量的鹽使膠束生長(zhǎng)(micellargrowth)穩(wěn)定化。這里水溶助劑指的是使疏水性化合物在水溶液中溶解(增溶)的化合物。典型地，水溶助劑由親水部分和疏水部分(如表面活性劑)組成，但疏水部分通常太小不能引起自發(fā)的自凝聚(self-aggregation)。例如,水溶助劑的實(shí)例包括但不限于對(duì)甲苯磺酸鈉、二甲苯磺酸鈉、水楊酸鈉、烷基醇類，或它們的組合。在可替換的實(shí)施方式中，在水溶助劑存在的情況下，將CASP引入井筒維修液體或引入井筒并完成其預(yù)期功能。在一種實(shí)施方式中，基于CASP的總重量，CASP包含小于或等于約30、20、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0· I、
O.01或O. OOlwt. %的一種或多種水溶助劑。在一種實(shí)施方式中，CASP中含有鹽的量等于或小于其飽和量。在一種實(shí)施方式中，CASP中含有過(guò)量的鹽，其等于或小于約I. 0,0. 1,0. 01、
O.001或O. 0001重量百分比的飽和量(也就是，< I. 0,0. 1,0. 001或O. OOOlwt. %的過(guò)量 鹽)。不希望受任何理論的束縛，這里披露的CASP-VC的可調(diào)粘彈性可歸因于在這些組合物中膠束(micelle)的生長(zhǎng)機(jī)制。一種膠束形成和生長(zhǎng)的機(jī)制可能涉及陽(yáng)離子表面活性劑和陰離子表面活性劑的靜電相互作用(例如CASP)。在這種機(jī)制中，CASP相互形成假-雙尾兩性離子表面活性劑(pseudo-double tailed zwitterionic surfactant),其自組裝成層片狀(lamellar sheet)囊泡(vesicle)或蟲樣膠束(wormlike micelle)形式的表面活性劑雙層。由于陽(yáng)離子表面活性劑和陰離子表面活性劑、陽(yáng)離子/陰離子表面活性劑和水溶助劑、以及陽(yáng)離子/陰離子表面活性劑和無(wú)機(jī)鹽之間的相互作用，鹽(如水溶助劑)的存在可促進(jìn)膠束的生長(zhǎng)或多層囊泡的產(chǎn)生。另外，陽(yáng)離子和陰離子表面活性劑的鏈長(zhǎng)可影響得到的膠束。陽(yáng)離子和陰離子表面活性劑的鏈長(zhǎng)相近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較寬的相空間(phase space),在那里雙層凝聚體是穩(wěn)定的。然而，鏈長(zhǎng)不同時(shí)，雙層相空間會(huì)變小，因此在較寬的濃度范圍下使膠束穩(wěn)定化。為了在陽(yáng)離子和陰離子表面活性劑之間產(chǎn)生鏈長(zhǎng)差，陽(yáng)離子表面活性劑的量相對(duì)于陰離子表面活性劑可能會(huì)大得多，或反之亦然。進(jìn)一步說(shuō)，即便含有等摩爾量的陽(yáng)離子和陰離子表面活性劑(其中陽(yáng)離子和陰離子表面活性劑的鏈長(zhǎng)差足夠大)，膠束相也將是穩(wěn)定的。然而，如果陽(yáng)離子和陰離子表面活性劑的鏈長(zhǎng)相近，則膠束相將是不穩(wěn)定的。所提出的第二種機(jī)制涉及CASP的相變，即通過(guò)升高溫度，使其從低粘度囊泡相(如近似Ivol. %球體的水)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^高粘度的粘彈性相。此處“較高粘度的粘彈性相”指的是在表面活性劑的總濃度一樣的情況下，其量高于囊泡相的量。在這個(gè)機(jī)制中，通過(guò)混合陽(yáng)離子表面活性劑和陰離子表面活性劑可產(chǎn)生單片囊泡雙層相(unilamellar vesiclebilayer phase)。與第一種機(jī)制(其中，膠束形成中，碳鏈長(zhǎng)度不同)相反，囊泡相中的陽(yáng)離子表面活性劑的量與陰離子表面活性劑的量可能相同，例如I : 1CAR。隨著溫度升高，表面活性劑在囊泡和水之間的交換速率會(huì)升高。較短鏈的表面活性劑與較長(zhǎng)鏈的表面活性劑相比，這種增加發(fā)生的更為迅速，同時(shí)使該雙層中一種表面活性劑的濃度(例如，由核磁共振測(cè)定的)降低，這樣可能會(huì)促進(jìn)膠束生長(zhǎng)。所提出的第三種機(jī)制涉及通過(guò)混合表面活性劑并產(chǎn)生缺陷受擾的(defectridden)具有凝膠樣特性(gel-like quality)的片層相的自發(fā)曲率(自發(fā)彎曲，spontaneous curvature)顯影,其通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)成像技術(shù)顯現(xiàn)。在這種機(jī)制中，陽(yáng)離子/陰離子凝膠由片層缺陷相形成。在較高雙尾表面活性劑濃度(例如，含水量較低，等于或大于約50wt. %的表面活性劑)下，經(jīng)常會(huì)形成片層薄片(La)相。隨著含水量增加至約60wt. %至約80wt. %的量時(shí)，雙層間距通常會(huì)膨脹至特定的間距，這將使添加的過(guò)量的水被排出。這個(gè)間距可以利用任何合適的技術(shù)來(lái)測(cè)定，如小角度X射線散射技術(shù)。對(duì)于陽(yáng)離子/陰離子雙層(“假”雙尾表面活性劑)而言，存在自發(fā)曲率，其使得隨著加入更多的水，多片層囊泡(MLV)缺陷部位連同片層薄片相存在。在片層薄片相內(nèi)形成MLV缺陷部位，進(jìn)一步使得片層薄片與MLV缺陷部位纏結(jié)，因此產(chǎn)生粘度大于1000厘泊的高粘彈性凝膠。在一種實(shí)施方式中，本文所述類型的CASP-VC可用來(lái)控制地層中的井漏。應(yīng)理解，“地層”包含陸地以下的區(qū)域和被水(如海洋或淡水)覆蓋的陸地以下的區(qū)域。在鉆井過(guò)程中，經(jīng)常遇到低斷裂梯度帶、斷裂帶等，且在該地層漏失全部鉆井液，已成為問題。鉆井液的漏失可能會(huì)阻礙鉆井進(jìn)程，增加鉆井成本，阻止將井鉆到目標(biāo)深度，和/或造成已鉆裸眼井段(open hole section)的全損(total loss)。在此實(shí)施方式中,可將CASP引入鉆柱,將其向下泵壓至(pump down)井漏區(qū)如空洞、溶蝕區(qū)(vuguIar zone)、以及天然的或鉆井時(shí)引 發(fā)的裂縫中。CASP于是可接觸井漏帶的液體并形成基本上(實(shí)質(zhì)上,substantially)密封井漏區(qū)的CASP-VC，其中斷較短時(shí)間鉆井作業(yè)或不中斷鉆井作業(yè)并減少井漏帶鉆井液的漏失。在另一種實(shí)施方式中，可以將CASP向下泵壓至井漏區(qū)，可以將井筒維修液體從井筒引入井漏區(qū)，在這里CASP接觸該井筒維修液體并形成基本上密封井漏區(qū)的CASP-VC。此處所用“維修液”指的是用于鉆井、完井、檢查、破裂、修理或以任何方式籌備井筒的液體，用于修復(fù)存在于被井筒穿透的地層中的物料。維修液的實(shí)例包括但不限于水泥渣、鉆井液或 泥衆(zhòng)、隔離液、壓裂液(fracturing fluid)、碌石充填液(gravel pack fluid)或完井液,所有這些都是本領(lǐng)域中已知的。美國(guó)專利No. 5913364、6167967和6258757中描述了將組合物引入井筒以密封地下區(qū)域的方法，其各自以其整體并入本文供參考。CASP-VC會(huì)在井漏區(qū)內(nèi)部形成非流動(dòng)的、高粘度的完整團(tuán)塊，該團(tuán)塊塞入該區(qū)域并防止隨后泵入的液體漏失。在一種實(shí)施方式中，調(diào)整CAR以便產(chǎn)生在高溫下可以塞入井漏區(qū)的高粘度CASP-VC，例如在井筒較深處發(fā)現(xiàn)的那些。在另一種實(shí)施方式中，CASP-VC形成用于鹽水完井液(completion brine)的堵漏齊U。本文所述CASP-VC在完井作業(yè)過(guò)程中可形成用于維修井筒的不含固體的穿孔后堵漏劑(post perforation pill)和 / 或碌石充填液堵漏劑(gravel pack fluid loss pill)。在一種實(shí)施方式中，CASP-VC用以維修井筒。隨后，通過(guò)使CASP-VC與有效量的降粘劑(viscosity breaker)如碳?xì)浠衔锘蚺c內(nèi)部降粘劑(internal breaker)接觸，CASP-VC的粘彈性可能會(huì)被破壞(也就是說(shuō)，可能會(huì)降低CASP-VC的粘性)。破壞CASP-VC粘性的能力有利于井筒的清洗。適用于本公開內(nèi)容的內(nèi)部降粘劑的實(shí)例包括但不限于SP降粘劑、VICON NF降粘劑、0X0L II降粘劑、GBff-40降粘劑、以及HT降粘劑，這些都能從Halliburton商購(gòu)獲得。適用于本公開內(nèi)容的碳?xì)浠衔锏膶?shí)例包括但不限于例如原油、天然氣、和天然氣水合物(gas hydrate)。碳?xì)浠衔锖蛢?nèi)部降粘劑的有效量可以由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本公開內(nèi)容的輔助下決定。實(shí)施例
已經(jīng)對(duì)本公開內(nèi)容進(jìn)行一般性描述，給出以下實(shí)施例作為本公開內(nèi)容的特定實(shí)施方式，同時(shí)用以闡述其實(shí)踐與優(yōu)勢(shì)。應(yīng)理解的是，僅以示例的方式給出實(shí)施例，實(shí)施例并不旨在以任何方式限制說(shuō)明書或權(quán)利要求書。實(shí)施例I研究了本文所述類型的CASP-VC的流變特性。制備八個(gè)樣品、命名為樣品1-8。利用可從美國(guó)TCI商購(gòu)獲得的油酸鈉(NaOle)作為陰離子表面活性劑和可從美國(guó)TCI商購(gòu)獲得的辛基三甲基氯化銨(C8TAC)作為陽(yáng)離子表面活性劑，制備樣品1-4。利用C8TAC NaO的比率分別為3 7、4 : 6、2 : 8和I : 9來(lái)制備樣品1-4。接著將足夠量的樣品溶于去離子水(DI H2O)中以形成3wt. %的溶液。由于樣品1-4具有較大的陰離子對(duì)陽(yáng)離子的比率，因而所得CASP-VC為富陰離子型的。利用可從美國(guó)TCI商購(gòu)獲得的辛酸鈉(NaCap)作為陰離子表面活性劑和可從美國(guó)TCI商購(gòu)獲得的十八烷基三甲基氯化銨(C18TAC)作為陽(yáng)離子表面活性劑，制備樣品5-8。利用C18TAC NaCap的比率分別為7 3、6 : 4、8 : 2和9 : I來(lái)制備樣品5-8。接著將足夠量的這些樣品溶于去離子水(DI H2O)中以形成3wt. %的溶液。由于樣品5-8具有較大 的陽(yáng)離子對(duì)陰離子的比率，因而所得CASP-VC為富陽(yáng)離子型的。表I所示為每個(gè)樣品中陽(yáng)離子表面活性劑和陰離子表面活性劑的類型以及比率。表I
樣品陽(yáng)離子表面活性劑~ 陰離子表面活性劑~ CAR 重量％
~ C8TACNaO3:7 3
2C8TACNaO4:6 3
3C8TACNaO2:8 3 ~ C8TAC NaO 1:9 3
5C18TACNaCap7:3 3
~6C18TACNaCap6:4 3
~C18TACNaCap8:2 3
C18TACNaCap9:1 3利用可從Anton Paar商購(gòu)獲得的流變儀，即帶有27mm同軸圓筒(concentriccylinder)的MCR 501，在25°C溫度下完成流變學(xué)測(cè)量。圖I為樣品1-4的粘度作為剪切率的函數(shù)的曲線圖。圖2為樣品5-8的粘度作為剪切率的函數(shù)的曲線圖。可以通過(guò)將粘度外推回至理論零剪切點(diǎn)而確定樣品1-4的零剪切粘度，其分別為1200、93、33和O. 006Pa*s。可以通過(guò)將粘度外推回至理論零剪切點(diǎn)而確定樣品5-8的零剪切粘度，其分別為542、196、O. 4和O. 001。結(jié)果表明零剪切粘度較大程度上依賴于陽(yáng)離子/陰離子的比率，且可以通過(guò)改變?cè)摫嚷蕘?lái)調(diào)整零剪切粘度。通過(guò)添加與鹽或水溶助劑濃度無(wú)關(guān)的帶相反電荷的表面活性劑，可以使粘度提高百萬(wàn)倍。實(shí)施例2研究了富陰離子型和富陽(yáng)離子型CASP-VC的零剪切粘度。在此實(shí)施例中再次使用了實(shí)施例I中所述的樣品1-8。另外，依照實(shí)施例I中的描述再制備5個(gè)樣品，命名為樣品9-13。表2所示為樣品9-13的陽(yáng)離子和陰離子表面活性劑以及CAR。表 2
權(quán)利要求
1.一種井筒維修液體，包含表面活性劑混合劑，所述表面活性劑混合劑包含陽(yáng)離子表面活性劑和陰離子表面活性劑；其中，在小于約30wt. %的水溶助劑的存在下，所述表面活性劑混合劑在與水溶液接觸時(shí)形成增粘組合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液體，其中，所述陽(yáng)離子表面活性劑具有約8至約24的碳鏈長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的液體，其中，所述陽(yáng)離子表面活性劑包括季銨鹽、乙氧基化季銨鹽、氧化胺、或它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的液體，其中，所述陽(yáng)離子表面活性劑包括硬脂基三甲基氯化銨、甲苯磺酸十六烷基三甲基銨、辛基三甲基氯化銨、二十二碳烯基二(羥乙基)甲基氯化銨、二十二碳烯基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基溴化銨、癸基三甲基氯化銨、癸基三甲基溴化銨、或它們的組合。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，基于所述表面活性劑混合劑的總重量，存在于所述表面活性劑混合劑中的所述陽(yáng)離子表面活性劑的量為約O. Olwt. %至約99. 99wt. % ο
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，所述陰離子表面活性劑具有約8至約24的碳鏈長(zhǎng)度。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，所述陰離子表面活性劑包括酸的堿金屬鹽、脂肪酸的堿金屬鹽、酸的堿性鹽、酸的鈉鹽、脂肪酸的鈉鹽、硫酸烷基酯鹽、烷基乙氧基化物、硫酸鹽、磺酸鹽、脂肪酸鹽、或它們的組合。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，所述陰離子表面活性劑包括油酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、癸酸鈉、硫酸辛基酯鈉、辛酸鈉、硬脂酸鈉、十四烷酸鈉、月桂酸鈉、硫酸十六烷基酯鈉、硫酸十四烷基酯鈉、硫酸十二烷基酯鈉、硫酸癸酯鈉、或它們的組合。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，基于所述表面活性劑混合劑的總重量，存在于所述表面活性劑混合劑中的所述陰離子表面活性劑的量為約O. Olwt. %至約99. 99wt. % ο
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，所述表面活性劑混合劑具有I: 100至100 I的陽(yáng)離子表面活性劑陰離子表面活性劑的比率。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，所述表面活性劑混合劑以每80g的所述水溶液中約O. Olg至約20g的量與所述水溶液接觸。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，所述水溶液包括水、鹽水、井筒維修液體、或它們的組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的液體，其中，所述鹽水包括氯化銨、氯化鉀、氯化鈉、溴化鋅、氯化鈣、溴化鈣、溴化鈉、甲酸鉀、甲酸鈉、甲酸銫、或它們的組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的液體，其中，所述井筒維修液體包括水泥渣、鉆井液、隔離液、壓裂液、礫石充填液、修井液、完井液、或它們的組合。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求I所述的液體，其中，所述增粘組合物不含固體。
16.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，在約10°C至約200°C的溫度下，所述增粘組合物的粘度為約O. OOlPa^s至約100000Pa*s。
17.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，在約10°C至約200°C的溫度下，所述增粘組合物的零剪切粘度為約O. 001Pa*s至約100000Pa*s。
18.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，在約O.00001Hz至約IOOOHz的頻率范圍內(nèi) 所述增粘組合物的復(fù)數(shù)粘度為約10Pa*s至約10000Pa*s。
19.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，在約O.00001Hz至約1000Hz的頻率范圍內(nèi)，所述增粘組合物的儲(chǔ)能模量為約0. OOlPa至約1000Pa。
20.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，在約0.00001Hz至約1000Hz的頻率范圍內(nèi)，所述增粘組合物的損耗模量為約0. OOlPa至約1000Pa。
21.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體，其中，所述增粘組合物包括不含固體的穿孔后堵漏劑或礫石充填液堵漏劑。
22.—種維修井筒的方法，包括將根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的液體置于所述井筒中。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括，使所述增粘組合物與降粘劑接觸。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述降粘劑包括碳?xì)浠衔镆后w、內(nèi)部降粘齊U、或它們的組合。
全文摘要
一種維修井筒的方法，包括向下鉆進(jìn)地放置一種包含表面活性劑混合劑的組合物，該表面活性劑混合劑包含陽(yáng)離子表面活性劑和陰離子表面活性劑，其中，在存在少于約30wt.％的水溶助劑的情況下，表面活性劑混合劑在與水溶液接觸時(shí)形成增粘組合物。
文檔編號(hào)C09K8/40GK102803430SQ201080025087
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者瑞安·范桑特恩, 道格拉斯·J·哈里森 申請(qǐng)人:哈里伯頓能源服務(wù)公司