包含以多羟基烷烃与烯化氧的反应产物为添加剂的水基钻井液。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钻井液，尤其涉及水基钻井液。本专利技术背景钻井液是用于钻井作业中的，例如用于油井和气井的钻探中。在钻井过程中，钻井液被泵入钻柱下，经钻头中之孔排出，并经由钻杆与周围的岩层间的环状空间回到地面。钻井液起着各种作用，如冷却和润滑钻头与钻杆；除去钻井过程中产生的岩屑并将其带至地面；当泵送停止时，将钻屑保留在环状空间内以防止挤入地层或防止井壁坍塌以及阻止地层流体上升。一般，钻井液包含载体、增重剂及化学添加剂。钻井液可分为两大类水基钻井液，也称水基泥浆(WBM)，其中载体是水性介质；及油基钻井液，也称为油基泥浆(OBM)，其中载体是油。从技术上看，在某些重要性能方面，OBM优于WBM，如在钻探油和气过程中，OBM不会对最常遇到的一类岩石-页岩产生有害的作用。然而，采用OBM也有缺点，会产生大量被油污染的废物，如难以用符合环境要求的方法处理的钻屑。虽然WBM较OBM更符合环境要求，但从技术上说，WBM的性能，尤其是当钻探对水敏感的岩石如页岩时，不如OBM的性能。页岩对水有强的亲和性，而且页岩吸附水后会使其膨胀并在岩石内发生化学变化而产生削弱地层的应力，因此有可能导致井筒风化或结构损耗。这可能会给钻井作业带来如钻杆被卡住的问题。此外，质量低劣的井筒可能会妨碍测井和完井作业。在改善WBM对页岩的性能方面，即提高WBM的所谓页岩抑制水平方面已经进行了许多工作。在WBM中已添加了种种化学添加剂以改善其页岩抑制水平。具体地说，水溶性二醇或多元醇(即含一个以上羟基基团的分子)常用于此目的，通常在WBM中的添加量为3-10(重量)％之间。用于此目的多元醇包括例如甘油；聚甘油；二醇；聚亚烷基二醇(PAG)，如聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)及乙二醇与丙二醇的共聚物；醇的乙氧基化物(AET)以及乙二醇醚。典型的具有抑制性AET是环氧乙烷的正丁醇衍生物。PAG中环氧乙烷与环氧丙烷(EO∶PO)之比率可有一范围并可以是无规共聚物或嵌段共聚物；已认为这类材料中常用的是EO∶PO之比大约为1∶1的无规共聚物。参见如EP0495579、US4830765、US4172800。为进一步讨论这一主题，可参看如The Society of Petroteum Engineers Reports SPE25989(用含二醇类水基泥浆来降低对环境的影响和改善钻井性能)和SPE28818(水基二醇钻井泥浆-页岩抑制机理)以及SchlumbergerOilfield Review，April 1994.33-43页(钻井液的设计与运用)。SPE28960(水基钻井液中多元醇对页岩抑制机理)提出了一种可信的机理，该机理充分地说明了这类多元醇是如何提供页岩抑制作用的。总之，该文献介绍的两种过程是重要的。多元醇能与存在于反应性页岩中的细微颗粒状粘土无机物表面上的钾离子发生相互作用。这些钾离子是水合的，但它们的水合能低，这就意味着水容易从阳离子上除去，因而钾离子能与多元醇形成稳定的络合物。从钠或钙离子除去水较不容易，且形成的阳离子/多元醇络合物的稳定性较差，因此作者认为这就是为什么多元醇中含钾会具有较高的抑制水平。据说作者研究所确证的具有页岩抑制作用的多元醇大多是根据这一机理而推论出具有抑制活性的。其它水合弱的阳离子(如铵或铯)的行为与钾相同。第二种但次要的，具有页岩抑制作用的是目前可购得的EO∶PO聚合物。关于这种聚合物，作者提供了吸附在粘土表面上相邻近的多元醇分子间发生相互作用的证据。这些相互作用与盐水溶液的浓度和组成无关，而且因为在PEG和正丁醇乙氧基化物分子中并不存在这种相互作用，因此，作者假设这种相互作用是EO∶PO共聚物中PO部分的中等憎水的甲基基团间引起的分子间作用。这种相互作用足以使EO∶PO共聚物在蒸馏水中有中等程度的页岩抑制作用，而如PEG和AET等分子在蒸馏水中很少呈现出任何抑制作用。含多元醇的WBM的页岩抑制性能可通过掺混可与石膏结合的钾盐，如氯化钾来增强。然而，即使是已知最好的钾盐与含多元醇的WBM的页岩抑制性能仍远低于OBM。而且，钾的使用可能会产生废物的处理问题，象在某些地区，如墨西哥湾是禁止或严格限制向环境排放钾的。此外，采用含钾的WBM，在陆上钻井过程中也会产生地下水被含钾钻井废液污染的问题，而地下水被污染是不能容许的。目前已经发现，可通过采用以多羟基烷烃(也称为醛醇)和烯化氧的反应产物形式的新型多元醇添加剂来改善WBM的页岩抑制性能。本专利技术的概述本专利技术提供一种包含多羟基烷烃与烯化氧的反应产物作用添加剂的水基钻井液。多羟基烷烃可以是直链或支链的，并可包含多达20个碳原子，该多羟基烷烃最好是单糖类化合物，适宜的多羟基烷烃是如丙三醇、赤鲜醇、苏糖醇、核糖醇、山梨醇、甘露糖醇及半乳糖醇等。目前优选的多羟基烷烃是山梨醇。适宜的烯化氧包括环氧乙烷(EO)，环氧丙烷(PO)和/或环氧丁烷(BO)。也可采用各种烯化氧的混合物。通过聚合反应，如碱催化聚合可容易地制得多羟基烷烃与烯化氧的反应产物。这类产物可从多方面来源，如从Dow Chemical、ICI及Hoechst公司购得。该添加剂包括在其一端或两端至少有一个以化学键连接的烯化氧的多羟基烷烃，优选在其两端都连有烯化氧一般形成对称分子。如果该分子不太粘稠、至少部分可溶于水性流体中并具有适当的泡沫特征的话，则烯化氧的个数和性质就不是关键。粘度、不溶解性及起泡性会随分子量增加而增加，所以可允许EO单元数大于PO和BO单元数。适用的添加剂包含高达30个EO单元(一般，在多羟基烷烃的每端都线性地连接15个单元)或较少数量的PO单元、BO单元，任何比率的EO、PO和/或BO混合物。使用包括山梨醇+18EO、山梨醇+9PO、山梨醇+4EO+6BO、山梨醇+6EO+6BO或山梨醇+6BO在内的添加剂已经获得了好的结果。也可采用根据本专利技术的各种添加剂的混合物。通常，添加剂在WBM中的用量在1-10(重量)％之间，优选1-5(重量)％。本专利技术的钻井液可按不同的常规配方，用水性介质，通常包括淡水、盐水、其它盐溶液或它们的混合物进行配制。按照常规方法也可将其它添加剂加入钻井液中。尤其是可添加钾离子(如来自氯化钾的钾离子)以改善页岩抑制性能。在实验室试验中已经发现，与已知的含多元醇的WBM相比，尤其是在不添加钾离子时，根据本专利技术的钻井液具有高的页岩抑制性能。正如上面所指出的，这对环境保护来说是有利的。页岩抑制目前还未完全清楚，但可认为(虽然不希望受理论束缚)使用本专利技术钻井液产生高的页岩抑制性能可能是因多羟基烷烃的存在而提高了多元醇的增水性，从而使吸附在页岩粘土表面上的邻近的多元醇添加剂分子间有高的憎水相互作用的结果。另一种中可信的解释是，这些分子能有效地使靠近粘土矿物质表面的水分子结构破坏。这种结构已被认为是粘土矿物质在水性流体中膨胀的机理。通过下面实施例中的说明对本专利技术作进一步叙述。实施例采用不同的钻井液添加剂和不同的配方所获得的页岩抑制水平按惯例由多种实验技术进行评价。如钻屑的分散和页岩膨胀等的各种试验适用于新添加剂的快速筛选并广泛地用于工业上。按修改的标准油田钻屑分散试验也可获得筛选添加剂抑制性能的一种好指标。这一方法特别适用于筛选低粘度、水溶性的品种，如多元醇及含添加剂的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：P·I·里德，B·T·克拉斯特，J·P·克劳肖，T·G·巴尔森，
申请(专利权)人：陶氏化学公司，索菲泰克公司，
类型：发明
国别省市：
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