[发明专利]钻探行业的粘土抑制剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制钻井作业中粘土水合的方法，该方法包括使用包含用于钻井行业的粘土水合抑制剂的水基钻井液，涉及有效抑制粘土（也称作页岩）溶胀的产品，所述粘土与石油工业的油气井的钻探与构建中使用的流体发生接触。

本发明的粘土水合抑制剂（也称作粘土抑制剂或水合抑制剂）是双-六亚甲基-三胺及其盐。

技术背景

在旋转钻井中，钻井液在整个地下井中循环，以通过钻头运送碎屑并将这些碎屑传输至地面。同时，钻井液使钻头冷却并得到清洁，并且其减少了钻柱(string)和钻孔之间的摩擦，它还起到稳定该井裸露部分的作用。通常，钻井液形成渗透性低的滤饼，用来密封周围地质构造的任何渗透。

钻井液可依据其基液进行分类：油基钻井液(oil based fluids)，其包含悬浮于油连续相中的固体颗粒，并且水或盐水可能与该油发生乳化。或者，水基钻井液(water base fluids)包含悬浮于水或盐水中的固体颗粒。可以向水基钻井液中特意地或者以其他方式添加以下各种其它组分：a)有机或无机胶体，例如粘土，用于使其具有黏性和过滤性质；b)可溶性盐或不可溶的无机矿物质，用于增大流体密度；c)可添加其它任选的组分，以使其具有所需性质，所述组分例如分散剂、润滑剂、腐蚀抑制剂、消泡剂或表面活性剂；d)在钻井作业过程中地层固体可分散至钻井液中。

分散在钻井液中的地层固体包括钻井产生的碎屑、土壤和来自周围不稳定地层的固体。当地层产生溶胀的粘土矿物的固体时，这会潜在地影响钻探时间并增加成本。粘土通常由片层组成，该片层可具有裸露的表面羟基。多价原子可在粘土表面形成负电势，在这种情况中，阳离子可吸附在该表面上。这些阳离子可以是可交换的。粘土结构内的取代以及可交换的阳离子的存在影响了粘土在水中溶胀的趋势。例如，表面水合使用吸附在粘土表面上的水分子进行溶胀。所有类型的粘土可以这种方式进行溶胀。

另一类型的溶胀称作渗透溶胀，当夹层离子浓度沥滤出粘土单元层之间的水时，粘土发生溶胀。仅一些粘土可进行渗透溶胀。所有类型的粘土溶胀可产生一系列问题。这增加了钻柱和钻孔侧壁之间的阻力。这可造成流体循环的损失以及钻柱和钻头的粘着。

这是油气勘探行业为何要发展有效的粘土溶胀抑制剂的重要原因。本发明致力于解决这些难题。已知许多粘土抑制剂，包括使用无机盐，例如氯化钾，其有效地抑制了粘土溶胀，这是本领域技术人员熟知的。已有许多描述了可用于抑制粘土溶胀的技术或产品的专利提交。在不完全总结专利文献的情况下，作为示例，我们引用基于以下文献的抑制剂组合物：a)无机磷酸盐，参见US4,605,068(YOUNG等人)；b)聚烷氧基二胺及其盐，参见US6,484,821、US6,609,578、US6,247,543和US20030106718，均是Patel等人的；c)胆碱衍生物，参见US5,908,814(PATEL等人)；d)低聚亚甲基二胺及其盐，参见US5,771,971(HORTON等人)和US20020155956(CHAMBERLAIN等人)。特别是US5,771,971描述了使用链长小于或等于8的二胺，但其未提及使用有机三胺。

US2007/0207932(MERLI等人)涉及一种在钻井作业中抑制粘土水合的方法，该方法包括使用含1,2-环己烷二胺和/或其盐的水基钻井液。

发明内容

在一个方面，本发明是一种在钻井作业中抑制粘土水合的方法，该方法包括使用包含约0.2-5重量％的水合抑制剂的水基钻井液，所述水合抑制剂包含双-六亚甲基-三胺、双-六亚甲基-三胺盐，或其混合物。

在另一个方面，本发明是一种在钻井作业中抑制粘土水合的方法，该方法包括使用包含约0.02-5重量％的双-六亚甲基-三胺、双-六亚甲基-三胺盐，或其混合物的水基钻井液。

在另一个方面，本发明是包含至少10重量％的双-六亚甲基-三胺盐酸盐的水合抑制剂。

在另一个方面，本发明是包含0.2-5重量％水合抑制剂的水基钻井液，所述水合抑制剂包含至少10重量％的双-六亚甲基-三胺、双-六亚甲基-三胺盐，或其混合物。

另外，本发明是一种包含0.02-5重量％的双-六亚甲基-三胺、双-六亚甲基-三胺盐或其混合物的水基钻井液。

附图简要说明

实施例按照以下描述进行实施并在附图中进行说明。附图中以下缩写用于表示泥浆中包含的粘土抑制剂。

KCl=氯化钾，购自艾尔德里奇化学品公司(Aldrich Chemicals Co.)