鉆探地下空穴的方法、包含烷基多糖苷的組合物以及其作為潤滑劑在水性鉆探泥漿的生 ...的制作方法
【專利說明】鉆探地下空穴的方法、包含烷基多糖苷的組合物以及其作 為潤滑劑在水性鉆探泥漿的生產(chǎn)中的用途
[0001] 本發(fā)明涉及一種鉆探地層中的空穴的方法，該方法采用通過注入包含鹽和烷基多 糖苷的水性液體，以排出鉆屑的一個步驟。本發(fā)明還涉及新穎的組合物，以及其在制備所述 的水性液體中作為潤滑劑的用途。
[0002] 在石油和天然氣工業(yè)的活動中，使用鉆探地層的技術(shù)，以用于勘探和生產(chǎn)階段。在 這個技術(shù)領(lǐng)域中：
[0003] 勘探"應(yīng)理解為目的在于尋找和發(fā)現(xiàn)新的油田和天然氣田的所有活動。這些活 動借助于勘探鉆井作業(yè)，以確定烴的存在及評價鉆井作業(yè)，使對開采所發(fā)現(xiàn)的田的經(jīng)濟可 行性的估計成為可能；
[0004] - "生產(chǎn)"應(yīng)理解為目的在于由地下貯層中提取烴的所有活動，且其特別地包含鉆 探油井的操作。
[0005] 最廣泛使用的鉆探技術(shù)采用被稱為"鉆探液"的液體，其為不同液體（水、油）和 /或氣體（空氣或天然氣）組分的復(fù)雜的混合物，通常以包含其它無機和有機添加劑（例 如粘土、聚合物、表面活性劑、鉆屑（cuttings)和/或水泥）的乳液和/或懸浮液的形式提 供。
[0006] 在鉆探操作中，鉆探液在巖石的壓裂區(qū)域中以及在表面上連續(xù)循環(huán)。其在泥漿 (mud)罐中制備，其隨后注入管道中，直至切削工具，且其滿載在工作面上形成的鉆屑，在環(huán) 形空間中再次上升。在井的出口處，所述的鉆探液接受各種處理（例如過篩、稀釋或添加化 學(xué)添加劑階段），以達(dá)到在對其進行重新使用之前移除運送的鉆屑和重新調(diào)整其物理化學(xué) 特性至它們的初始值的目的。所述的鉆探液具有以下作用：
[0007] -通過在切削工具的環(huán)形空間中的循環(huán)，使鉆屑由井底上升至表面，
[0008] -當(dāng)鉆探液的循環(huán)可能地停止時，為防止懸浮液中的鉆屑沉降（在切削工具重新 啟動時可能對其造成損壞），將鉆屑保持在懸浮液中，
[0009] -冷卻和潤滑切削工具，以防止構(gòu)成切削工具的移動的金屬部件的快速磨損，和 [0010]-由于其密度和由于其在壁上形成起源于所穿過的巖層并朝向鉆環(huán)的限制其它液 體的傳輸?shù)钠琳系哪芰Γ瑢⒕诒３衷诜€(wěn)定的狀態(tài)。
[0011] 此外，所述的鉆探液必須是：
[0012] -對于與其相接觸的鉆具而言，是無腐蝕性和非磨蝕性的，
[0013] -對使用其的人而言，是無毒和不危險的；
[0014] -對環(huán)境不危險。
[0015] -鉆探液為油基或水基的。
[0016] 油基鉆探液為流體，其連續(xù)相為礦物油（原油、燃料油、瓦斯油等），且其分散相為 水。直至最近，瓦斯油為制備油基鉆探液時最常使用的連續(xù)相。目前的環(huán)境約束要求將其 替換為缺乏芳香族化合物的礦物油或合成油。此外，同樣的限制正加速水性鉆探液對油基 鉆探液的替代。
[0017] 被稱為水性鉆探液的水基鉆探液為連續(xù)相是水的鉆探液。所述的水根據(jù)使用條 件，可為淡水、海水、鹽水或其混合物，且水基鉆探液的分散相為油和/或礦物性質(zhì)的一種 或多種固體。水基鉆探液還包含大量的無機和/或有機鹽以及各種添加劑，其組分可貢獻 額外量的無機和/或有機鹽至水基鉆探液。
[0018] 然而，這些水性鉆探液本質(zhì)上并不是潤滑的。為防止其導(dǎo)致鉆具的過早磨損或其 阻塞，必須在其中添加潤滑劑，例如脂肪類物質(zhì)。
[0019] 美國專利US 5 837 655因此公開了包含含有8至28個碳原子的直鏈的和/或支 化的和/或環(huán)狀的鏈烷烴的水基鉆探液。
[0020] 以號WO 2007/146067 A2公布的國際申請公開了使用包含脂肪酸單烷基酯的脂肪 相，對應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM標(biāo)準(zhǔn)號No. D6751-07a的"B100生物柴油"的定義，其用以制備水性 鉆探液，以尤其地賦予它們潤滑性能。
[0021] 美國專利申請?zhí)朥S 2005/0197255 Al公開了使用脂肪酸（例如硬脂酸）的金屬 鹽作為制備水性鉆探液的潤滑劑，所述的水性鉆探液可包含鹽水。
[0022] 以號WO 00/29519 Al公布的國際申請中公開了為改善其潤滑性質(zhì)，包含了基于 油、基于非離子表面活性劑（例如聚烷氧基化二醇）、基于酯和基于聚丙二醇的組合物的水 性鉆探液。
[0023] 美國專利US 5 007 489公開了包含水或鹽水、分子量為1200至IOOOOg ?ι?οΓ1的 水不溶性聚乙二醇、至少一種乳化劑和一種水溶助長劑的水性鉆探液。
[0024] 然而，上文所述的潤滑劑不溶于或極微溶于水和鹽水，致使難以在分散液中使用 它們，且導(dǎo)致所述的水性鉆探液在儲存過程中出現(xiàn)相分離的現(xiàn)象。
[0025] 為了改善這些用作制備水基鉆探液的潤滑劑的脂肪物質(zhì)的分散，優(yōu)選地使用表面 活性劑。以號US 5 807 811公布的美國專利因此公開了在磷酸酯和衍生自琥珀酸的乳化 劑的存在下，使用由甘油三酯、脂肪族羧酸和烯烴的混合物組成的脂肪物質(zhì)，其以水包油型 的乳液形式提供，其儲存的穩(wěn)定性在時間上有限。
[0026] 以號US 2003/0232726 Al公布的美國專利申請公開了一種鉆探地下巖層的方法， 所述的方法使用包含硅酸鹽和潤滑劑的水性鉆探液，所述的潤滑劑包含作為脂肪物質(zhì)的微 溶于水的醇，優(yōu)選地選自2-辛基十二烷醇、油醇、硬脂醇或聚醚二醇（PEG)，以及烷基多糖 苷，其優(yōu)選地選自丁基葡糖苷、己基葡糖苷或2-乙基己基葡糖苷。然而，無論是這些組合物 還是包含這些組合物的水性鉆探液，在儲存中都不是穩(wěn)定的，只要停止攪拌它們，便可觀察 到相分離。因此需要一種作為水性鉆探液中的添加劑的組合物：
[0027] -其在一定時間的儲存后仍保持為均質(zhì)，
[0028]-其表現(xiàn)出優(yōu)異的潤滑性質(zhì)，
[0029] -其具有抑制粘土的膨脹的性質(zhì)。
[0030] 因此，本發(fā)明的主題為一種鉆探地層中的空穴的方法，所述的方法包含通過將一 種水性組合物（C)注入鉆井，以由所述的地層中排出鉆屑的步驟，所述的水性組合物（C)包 含就其100重量％而言：
[0031] -1至65重量％的至少一種鹽（S)，由至少一種選自銨離子或金屬陽離子的陽離子 和至少一種選自氯離子、溴離子、碳酸根離子、重碳酸根離子（bicarbonate)、碳酸氫根離子 (hydrogencarbonate)、娃酸根離子、偏娃酸根離子（metasilicate)、硫酸根離子、硫酸氫 根離子、硼酸根離子、四硼酸根離子、硼酸二氫根離子（dihydrogenborate)、硼酸氫根離子 (hydrogenborate)或四硼酸氫根離子（hydrogentetraborate ions)或帶有羧酸根官能團 的有機陰離子的陰離子組成；
[0032] -0· 05至2重量％的至少一種消泡劑，
[0033] -13至97. 95重量％的水和
[0034] -1至20重量％的一種組合物（C2)，其包含就100重量％而言：
[0035] -任選地0. 1至30重量％的選自赤蘚醇（erythritol)、木糖醇、山梨糖醇 (sorbitol)、葡萄糖酸鈉、葡萄糖或麥芽糖糊精的至少一種輔劑；
[0036] -50至100重量％的表面活性劑（Su)體系，其由組合物（C1)或由所述組合物（C 1) 的混合物組成，所述的組合物（C1)由通式（I)表示：
[0037] R1-O- (G1)p-H (1)
[0038] 其中&代表含有4至16個碳原子的、飽和或不飽和的直鏈或支化鏈脂族基團，G i 代表還原糖的殘基，P代表大于或等于1. 05,且小于或等于5的十進制數(shù)字，所述的組合物 (C1)由具有通式（I1)、（I 2)、（I3)、（I4)和（I5)的化合物的混合物組成：
[0039] R1-O-(G1)1-H (I 1)；
[0040] R1-O- (Gl) 2_H (I2)；
[0041 ] R1-O- (Gl) 3_H (I3)；
[0042] R1-O- (Gl) 4_H (I4);
[0043] R1-O-(Gl)5-H (I5)；
[0044] 其具有各自的摩爾比例ai、a2、a3、 &4和a 5，使得：
[0045] afafafafa;^和等于1,且a片之已…已彳斗已斗+玨已滿和等于p ;
[0046] -以及0至50重量％的至少一種具有通式（II)的醇：
[0047] R「0H (II)
[0048] 其中&代表含有4至16個碳原子的、飽和或不飽和的直鏈或支化鏈脂族基團。
[0049] 在如上文所定義的方法中，所述的水性組合物（C)通常在其使用前制備，然后儲 存在罐中，隨后通過管道和鉆鋌系統(tǒng)在井頭注入。該組合物（C)隨后在鉆管的末端出現(xiàn)，以 落入井底（在此處鉆頭鉆探地層），隨后其通過包括在鉆管和井壁之間的環(huán)形空間返回表 面