專利名稱：用于鉆探工業的粘土抑制劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于鉆探工業的粘土水合抑制劑，該抑制劑是能夠有效抑制粘土(也被稱為頁巖)的溶脹的產品，所述粘土與鉆探中所用的液體以及石油工業的油井和氣井的結構相接觸。
本發明的粘土水合抑制劑是1，2-二氨基環己烷及其鹽。
在旋轉鉆井中，鉆井液在地下的井內循環，從鉆頭攜帶碎屑，將這些碎屑輸送到地表。
同時，鉆井液還對鉆頭進行冷卻和清潔，減小鉆桿柱和鉆出的孔之間的摩擦，還對鉆井暴露出的部分進行穩定化。
通常鉆井液形成低滲透性的濾餅，以便對周圍的地質組成造成的滲透性進行密封。
可以根據鉆井液的液體基質對其進行分類包含懸浮在油連續相中的固體顆粒的油基液體，可以用油乳化水或鹽水。
或者包含懸浮在水或鹽水中的固體顆粒的水基液體。
可以有意識地向水基鉆井液中加入各種固體，或者水基鉆井液中本身可以包含各種固體a)使鉆井液具有粘度和過濾性質的有機膠體或粘土；b)不溶性無機材料，以提高鉆井液的密度；c)在鉆井操作過程中，構成物固體會分散在鉆井液中。
分散在鉆井液中的構成物固體包括由鉆探形成的碎屑，以及周圍的不穩定構成物形成的泥土和固體。
當構成物形成的固體是發生溶脹的粘土礦物質的時候，可能會犧牲鉆探時間和提高成本。
粘土通常由具有暴露的表面羥基的小片形成。
多價原子會在粘土的表面上形成負電荷，在此情況下，陽離子會吸附在該表面上。
這些陽離子可以是可交換的。
粘土結構中的取代基以及可交換陽離子的存在會對粘土在水中的溶脹趨勢造成影響。
例如，表面水合會造成被吸附在粘土表面上的水分子溶脹。所有種類的粘土都可通過這種方式溶脹。
另一種溶脹被稱為滲透溶脹，在此情況下，層間離子濃度濾去粘土單元層之間的水，使粘土溶脹。僅有一些粘土能夠發生滲透溶脹。
所有種類的粘土溶脹都會造成一系列的問題。
粘土溶脹會增大鉆桿柱和鉆孔壁之間的摩擦力。還會造成鉆井液循環的損失，卡住鉆桿柱和鉆頭。
因此，開發有效的粘土溶脹抑制劑對于油氣勘探工業是很重要的。
本發明致力于尋求解決這些困難的方案。
背景技術：
已知許多粘土抑制劑包括使用氯化鉀之類的無機鹽，氯化鉀能夠有效抑制粘土溶脹，這是本領域技術人員眾所周知的。
人們已經提交了很多描述可用來抑制粘土溶脹的技術或產品的專利。僅作為例子而非完全總結專利文獻，我們可以列出基于以下物質的抑制劑組合物a)無機磷酸鹽，參見US4605068(YOUNG等人)；b)聚烷氧二胺及其鹽，參見Patel等人的US6484821、US6609578、US6247543和US20030106718；c)膽堿衍生物，參見US5908814(PATEL等人)；d)亞甲基二胺低聚物及其鹽，參見US5771971(HORTON等人)和US20020155956(CHAMBERLAIN等人)。
具體來說，US5771971描述了鏈長等于或小于8的二胺的應用，但是并未描述1，2-二氨基環己烷之類的脂環二胺的應用。
在US5771971中還注意到，在特定應用的pH范圍內，粘土抑制劑(胺或二胺)應完全或幾乎完全質子化。
1，6-己二胺在pH值＝10的條件下有很高百分比的胺基轉化為二銨離子(85％)，而1，2-乙二胺的轉化比僅為0.3 1％。
在US5771971中，認為這種現象的原因是1，6-己二胺的兩個胺單元被六個亞甲基分隔，亞甲基具有正誘導效應；因此發現1，6-己二胺相對于目前使用的粘土抑制劑具有一些優點。
發明內容
現在發現，1，2-二氨基環己烷及其鹽的脂環結構對粘土溶脹的穩定化效果具有正面影響。
已經發現1，2-二氨基環己烷及其鹽是可用于石油工業的極佳的粘土水合抑制劑，能夠有效地抑制地表下構造中的粘土溶脹。
因此本發明的一個基本目標是一種抑制鉆探作業中的粘土水合的方法，該方法包括使用包含0.2-5重量％、優選2-4重量％的1，2-環己烷二胺和/或其鹽的水基鉆井液。
本發明另一方面涉及一種水基鉆井液，該鉆井液包含0.2-5重量％、優選2-4重量％的1，2-二氨基環己烷和/或其鹽。
可用來實現本發明的1，2-二氨基環己烷的鹽是無機類的鹽或有機類的鹽，優選的鹽是與HCl和乙酸之類的單羧酸形成的鹽。
使用純化過的1，2-二氨基環己烷(約99重量％)、70重量％的工業級1，2-二氨基環己烷和53重量％的工業級1，2-二氨基環己烷對本發明的粘土抑制劑和現有技術的粘土抑制劑進行應用測試。
工業級1，2r二氨基環己烷還包含1，6-己二胺，還包含少量的以下化合物，例如2-甲基-1，5-戊二胺、六亞甲基亞胺、2-(氨基甲基)環戊胺。
提純的和工業級1，2-二氨基環己烷可以在市場上購得；這兩種分別包含90-99重量％和40-89重量％的1，2-二氨基環己烷的產品均可用作根據本發明的粘土抑制劑。
1，2-環己烷二胺和/或其鹽在任意pH范圍內都是有效的，可以直接加入水基鉆井泥漿中。
所述水基鉆井泥漿包含本領域技術人員眾所周知的水基連續相和常用的添加劑，例如加重材料(weight material)和增粘劑；向鉆井泥漿中加入添加劑和本發明的粘土抑制劑的次序并不重要。
可用的加重材料可選自重晶石、赤鐵礦、氧化鐵、碳酸鈣、碳酸鎂、有機和無機鎂鹽、氯化鈣、溴化鈣、氯化鎂、鹵化鋅以及它們的組合。
所述水基連續相可選自淡水、海水、鹽水、水與水溶性有機化合物的混合物、以及它們的混合物。
可通過進行應用測試來確定1，2-二氨基環己烷(及其市售混合物)抑制膨潤土粘土在水性液體中的溶脹的能力，并將其抑制膨潤土溶脹的能力與眾所周知的氯化鉀粘土抑制劑的能力相比。
應用測試中使用以下的方法將350克自來水和10克(10ppb)粘土抑制劑加入清潔的玻璃缸中。
加入10克(10ppb)膨潤土，用Hamilton Beach Shaker對該混合物(泥漿)震搖30分鐘。
將所有樣品的pH值調節至12，但是空白泥漿除外，空白泥漿的pH值＝8。
該混合物在150滾動16小時，然后使用Fann 35A Viscometer測量其流變性。
再次實施該步驟，直至泥漿粘度過大無法測量。
附圖簡述這些實施例如上文所述和附圖所示實施。
在附圖中使用以下縮寫來描述泥漿中所含的粘土抑制劑基質＝不含粘土抑制劑的空白泥漿；KCl＝購自Aldrich Chemicals Co.的氯化鉀；DCH＝提純過的1，2-二氨基環己烷(購自Dupont，US，99重量％)DCH99＝提純過的1，2-二氨基環己烷(購自Dupont，US，99重量％)粗制DCH＝70重量％的工業級1，2-二氨基環己烷DCH尾料(tail)＝53重量％的工業級1，2-二氨基環己烷
圖1和圖5給出了屈服點數值。
圖2和圖6給出了塑性粘度數據。
圖3給出了10”凝膠數據。
圖4給出了10’凝膠數據。
圖7給出了600rpm的流變數據。
結果顯示，(即使是具有不同等級純度的)1，2-二氨基環己烷，是優良的粘土水合抑制劑。
盡管已經以優選實施方式的形式描述了本發明的組合物和方法，但是對本領域技術人員顯而易見的是，可以對本文所述方法進行許多改變，而不背離本發明的理念和范圍。所有這些對本領域技術人員是顯而易見的類似替代和改變都包括在所附權利要求書所限定的本發明范圍和理念之內。
權利要求
1.一種用來抑制鉆探作業中的粘土水合的方法，該方法包括使用包含0.2-5重量％的1，2-環己烷二胺和/或其鹽的水基鉆井液。
2.如權利要求1所述的用來抑制鉆探作業中的粘土水合的方法，其特征在于，該方法包括使用包含2-4重量％的1，2-環己烷二胺和/或其鹽的水基鉆井液。
3.如權利要求2所述的用來抑制鉆探作業中的粘土水合的方法，其特征在于，該方法包括2-4重量％的提純過的1，2-二氨基環己烷。
4.如權利要求2所述的用來抑制鉆探作業中的粘土水合的方法，其特征在于，該方法包括2-4重量％的工業級1，2-二氨基環己烷。
5.水基鉆井液，該鉆井液包含0.2-5重量％的1，2-二氨基環己烷和/或其鹽。
6.如權利要求5所述的水基鉆井液，其特征在于，所述鉆井液包含2-4重量％的1，2-二氨基環己烷和/或其鹽。
7.如權利要求6所述的水基鉆井液，其特征在于，所述鉆井液包含2-4重量％的提純過的1，2-二氨基環己烷。
8.如權利要求6所述的水基鉆井液，其特征在于，所述鉆井液包含2-4重量％的工業級1，2-二氨基環己烷。
全文摘要
本發明涉及一種抑制鉆探作業中的粘土水合的方法，該方法包括使用包含0.2－5重量％的環己烷二胺和/或其鹽的水基鉆井液。
文檔編號E21B43/25GK101014681SQ200480043758
公開日2007年8月8日 申請日期2004年8月6日 優先權日2004年8月6日
發明者L·默林, G·德斯特凡洛, G·利巴希 申請人:藍寶迪有限公司