粘彈性表面活性劑及其制作方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年03月17日的題為"粘彈性表面活性劑及其制作方法和 應(yīng)用"的中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01080025087. 8的分案申請(qǐng)。本公開(kāi)內(nèi)容總體上涉及井筒維修液 體（wellboreservicingfluid)。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)】
[0002] 天然資源，例如天然氣、石油和存在于地層（subterraneanformation)或地下區(qū) 域（subterraneanzone)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，將鉆肩攜帶到表面上，并平衡施加到井筒上的地層壓力（formation pressure)。一個(gè)與鉆取井筒相關(guān)的問(wèn)題可能是大量鉆井液漏失至地層中。這個(gè)問(wèn)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(kāi)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-freeliquid);而修井液指的是井控液體，用在性能維護(hù) 過(guò)程或產(chǎn)經(jīng)井（hydrocarbonproducingwell)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。
[0003] 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。可將這些堵漏物料放在地層中例如作為堵漏劑（lostcirculation pill)，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】

[0004] 本文公開(kāi)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（surfactantpackage)，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。
【附圖說(shuō)明】
[0005] 為了更全面的理解本公開(kāi)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)施方式：
[0006]圖1和圖2為實(shí)施例1中樣品的粘度作為剪切率的函數(shù)的曲線圖。
[0007]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。
[0008]圖4-圖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。
[0009]圖6-圖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。
[0010] 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。
[0011]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。
[0012] 圖10為實(shí)施例6中樣品的粘度和剪切應(yīng)力（shearstress)作為剪切速率的函數(shù) 的曲線圖。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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)施方式】
[0016] 從一開(kāi)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(kāi)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(kāi)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。
[0017] 本文公開(kāi)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（cationicanionicsurfactantpackage，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。
[0018] 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(kāi)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(kāi)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0.Olwt. %至約 99. 99wt. %，可替換地為約0?Iwt. %至約99. 9wt. %，可替換地為約Iwt. %至約99wt. %。
[0019] 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(kāi)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(kāi)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 (alkalisalt)、脂肪酸的堿金屬鹽、酸的堿性鹽（alkalinesaltsofacids)、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，alkylethoxylate)、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、硫酸十四烷基酯鈉、硫酸十二烷基酯鈉（sodiumlaurylsulfate)、硫酸癸酯鈉、硫酸辛 酯鈉，或它們的組合。
[0020] 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0.Olwt. %至約99. 99wt. %，可替換地為約0.Iwt. %至約99. 9wt. %，可替換地為約 Iwt. %至約 99wt. %。
[0021] 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(cationicrichCASP)。可替換地，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(anionicrichCASP)。
[0022] 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(kāi)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 (phaseseparation)。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1:100至約100:1 ;可替換地為約90:1至約1:90 ;可替 換地為約80:1至約1:80 ;可替換地為約70:1至約1:70 ;可替換地為約60:1至約1:60 ;可 替換地為約1:50至約50:1 ;可替換地為約40:1至約1:40 ;可替換地為約30:1至約1:30 ; 可替換地為約20:1至約1:20 ;可替換地為約10:1至約1:10 ;可替換地為約1:9至約9:1。
[0023] 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(kāi)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(kāi)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。
[0024] 本發(fā)明所述CASP-VC可呈現(xiàn)出粘彈性。粘彈性材料在