[发明专利]井眼流体添加剂及其制备方法

说明书

发明背景

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年6月2日提交的具有美国序列号61/183,281的临时专利申请的权益，该申请在此通过引用全文并入。

技术领域

本公开涉及井眼流体的产生，例如制备井眼流体的聚合物添加剂的方法。

背景

本申请涉及低流体损耗水基井眼流体，例如钻井液、完井液、修井液或封隔液。通常地，通过旋转钻井技术向地里钻井涉及钻井液由地表沿着在其下端具有钻头的钻柱向下，并通过钻头上提供的水眼到井底且由此通过在钻柱周围形成的环空返回至地表的循环。钻井液用来冷却钻头、运输钻屑至地表并稳定井眼。

在钻井中常常遇到的一个问题是不可接受的大量钻井液损失至井穿过的地层。该问题一般常常称为“井漏”，并且钻井液损失至的岩层常常被称为“井漏区”或“漏失层”。各种原因可对钻井中遇到的井漏负责。例如，井穿过的岩层可展示出异乎寻常高的渗透性或在其中可含有裂缝或裂隙；另外，岩层可能只是没有足够的能力支撑钻井液施加的压力并且可能在该压力下破裂并使钻井液流入其中。与使用附连在钻柱下端的钻头钻通高渗透岩层有关的另一个问题是偶尔地钻柱会卡住并且不能被抬升、降低或旋转。该问题有许多原因，最常见之一是压差卡钻。当钻通井眼压力比岩层压力大的可渗透岩层时和当钻杆保持静止靠着井眼壁足够时间以使由钻井液固体组成的滤饼在杆周围积聚时，压差卡钻经常发生。然后由钻井液施加的压力保持杆靠着滤饼。钻井液失水量的减少将降低滤饼的厚度，从而降低压差卡钻的发生率。通过流体侵入与钻井液和其它类型井眼流体如完井液、修井液和封隔液的滤出液损失有关的生产层引起了损害(生产力损失)。因此需要减少井眼流体至地层的失水量，特别是钻井液至地层的失水量。

井眼流体组分，特别是钻井液组分，众所周知为通常变稠至有限程度的可流动系统。可将井眼流体分为三种下列类别中的一种：基于油的井眼流体，其通常以所谓的逆乳状液的形式使用，并且代表油包水乳状液类型的制剂，其中水相作为不同种类细微分散体分布在连续油相中；纯水基井眼流体；和水包油乳状液类型的水基井眼流体，其中油相作为不同种类细微分散体分布在连续水相中。基于油的井眼流体的缺点是油倾向于涂在钻屑上，当丢弃钻屑时引起环境问题，特别是在海上钻井操作中。为了避免严重的污染，在倾倒钻屑之前必须将油从钻屑清除。减少油污染至目前允许的水平是困难和昂贵的，但是即使这些少量的残留油也是生态上不期望的，并且以水基井眼流体替代油基井眼流体是有压力的。但是，水基流体的技术性能和属性显著不同于油基流体的技术性能和属性，并且开发水基流体的挑战值是相当大的。本发明涉及改进的水基系统，即具有连续水相的系统，即纯水基流体或水包油乳状液。

井眼流体常常含有执行各种功能的聚合物。通常地，加入聚合物以改变流体的各种性能，例如增加流体粘度。例如，WO2005/105949公开了包括非水基液、一种或多种共聚物的混合物和聚乙烯的钻井液组分。聚乙烯和共聚物的结合使用引起改善的流动性和凝胶强度。该技术仅可应用于非水基流体。

发明概述

在一个方面，提供了形成井眼流体添加剂的方法，该方法包括使任选取代的C_2-4氨基烷基磺酸与含有式I和式II重复单元的聚合物反应：

其中R₁是任选取代的C_10-28烷基；并且R₂和R₃独立地是氢、任选取代的C_1-12烷基、任选取代的C_6-10芳基、任选取代的C_6-10杂芳基、卤基、OH、SH、C_0-12氨基、C_1-12烷氧基、C_1-12烷基硫或C_1-12酰氧基；其中反应步骤在含有偶极非质子溶剂和质子溶剂的溶剂混合物中进行。

在一个方面，提供了形成井眼流体添加剂的方法，该方法包括：使任选取代的C_2-4氨基烷基磺酸与含有如上所述式I和式II重复单元的聚合物反应；其中氨基烷基磺酸存在于第一溶剂中而聚合物存在于第二溶剂中，并且其中氨基烷基磺酸不混溶于第二溶剂中而聚合物不混溶于第一溶剂中。

在一些实施方式中，井眼流体组分可包括含有式I和式III重复单元的聚合物：