[发明专利]粘土溶胀抑制剂，包含所述抑制剂的组合物以及使用所述抑制剂的方法

说明书

在此描述了一种新颖的添加剂作为粘土溶胀抑制剂，尤其是在钻探领域中的用途。还描述了2-甲基戊烷-1，5-二胺，或者2-甲基戊烷-1，5-二胺的有机或无机盐作为粘土在含水介质中溶胀的抑制剂的用途。此外，描述了一种包含2-甲基戊烷-1，5-二胺或其有机或无机盐的钻井液组合物或水力压裂液组合物以及使用所述组合物的钻探或水力压裂方法。

背景技术

在钻井作业过程中，尤其是当目的是采收地下石油和/或天然气田而进行钻井时，采用了钻井液旨在润滑、清洁并且冷却钻探工具和钻头，和/或排出在钻探过程中破碎的物质(清除的岩石或钻屑)。钻井液还用于清洁该井。它们还提供了在固结前支撑井壁所必需的压力。这种流体通常被称为“钻探泥浆”。在钻探之后，井壁总体上用水泥材料固结。

在钻井过程中，特别是在旨在生产石油和/或天然气的钻井过程中，钻探经常是通过泥质岩(特别是通过页岩)进行的。

泥质岩层所造成的问题是众所周知的。当通过使用水基钻井液钻探而渗透这些岩层时，通过离子交换和水合作用在泥质结构内发生复杂的化学反应。

这些反应导致粘土的溶胀、钻探穿过的岩层的泥质颗粒的崩解或分散。

这种粘土的溶胀不仅在钻探壁方面而且在钻井液方面以及在储集岩方面都造成问题。

表述“储集岩”应理解为是指包括待提取的石油和/或天然气的岩层。

由于粘土的水合作用，分散的颗粒污染了钻井液和储集岩，并且崩解对井壁的稳定性是不利的。这些粘土的溶胀还通过干扰流体的流动或钻探工具的通道而引起操作问题。

沿着井壁，溶胀造成突起，这些突起干扰钻井液和钻探工具的运动。此外，溶胀可能导致崩解，从而造成沿着壁的隆起。这些隆起和突起可在井中产生机械弱点。

在钻井液中，崩解的泥质材料被释放到流体中并且呈现了流体的粘度控制的问题：该泥质材料，尤其是在高浓度的盐(盐水)的存在下，具有大大增加粘度的倾向。这种粘度的增加变得有害，并且如果它太高，会损害钻探工具。该井甚至可能变得不可用。

此外，清除的泥质岩在钻井液中可能有聚集在一起的倾向(“钻头结球(bit-balling)”现象)。总体上，它被称为吸积现象。该吸积可能会干扰流体和工具的运动。此外，它们可以围绕钻头粘附并聚集在一起并且从而阻塞它。

在泥质岩层中在钻探过程中由粘土的溶胀带来的问题是与粘土/钻井液相互作用的现象紧密相连的，尤其是在粘土-水接触过程中。

现有技术/问题

在石油开采领域中，上面提及的问题尤其是在使用无水钻井液(例如其中连续相是基于一种液烃的流体)得以解决。但是用这些类型的“油基”泥浆钻探具有很多缺点：该流体的高昂成本，钻探造成的流出物和碎屑的油的毒性并且尤其是污染。关于废物处理的现行法规从此导致处理成本和技术使得油基泥浆很经常不可能使用。

因此，目前，研究与开发基本上集中在含水体系中以便找到限制粘土溶胀现象的添加剂。这些添加剂被称为“粘土溶胀抑制剂”并且它们的目的在于防止流体沿壁渗入到岩石中、渗入到悬浮的清除的岩石中，并抑制溶胀和/或崩解。

在这些添加剂之中，它们特别是以下各项：

-矿物盐类(KCl、NaCl、CaCl₂等)，其中KCl无疑是用于抑制粘土的溶胀的最常用的盐。事实上，钾离子是一种很好的抑制剂，其降低了粘土片之间的静电排斥并因此降低了粘土的溶胀。尽管Na⁺离子作为抑制剂不如K⁺离子，NaCl的使用也是广泛的，尤其是与硅酸盐、多元醇或甲基葡萄糖苷组合时。矿物盐类的其他溶液，如CaCl₂、或CaBr₂、ZnCl₂、MgCl₂或MgBr₂以及ZnBr₂也被广泛地用作溶胀抑制剂。然而，越来越多地寻求避免在该领域中使用这些化合物，因为无机盐类(尤其是氯化物盐)对用于固结井壁的水泥具有有害的作用，

-脂肪族胺类，如在专利US 5771971中所描述的己二胺，

-二胺盐类，如在专利申请US 2006/0289164中所描述的，其抗衡离子是一元酸(如甲酸)、无机酸、或其他酸如羟基酸(苹果酸或柠檬酸)；以及更特别地己二胺与无机酸(如盐酸)或单官能有机酸(如甲酸)的盐类，如在专利申请US 2002/0155956中所描述的，