[发明专利]乙烯基膦酸用于制备生物降解性共聚物的用途以及其用于勘探和开采石油和天然气的用途

说明书

本发明涉及乙烯基膦酸用于制备生物降解性共聚物的用途，该共聚物含有衍生自丙烯酰氨-N-亚甲基丙烯磺酸盐(AMPS)、N-乙烯基酰胺和丙烯酸或其衍生物的结构单元，以及其在钻探深井、钻探深井硬化、完井液和修井液中作为添加剂的用途以及用于降低在钻探附近区域中水在传输石油、天然气和水的地层中的渗透性。

在深井技术领域，聚合物在水基钻井液中完成各种任务。因此，它们尤其在钻通渗透性地层时通过构建使得钻孔密封的薄过滤层而导致水损失降低。此外，它们通过分散使产生的钻井岩屑保持悬浮，并因此尤其有助于将该钻井岩屑运输到地面。此外，通过使用聚合物型添加剂改变钻井液的流变性质，尤其导致粘度和流限升高。特别是，钻探深井的液体损失添加剂应当在涉及强盐性条件时，尤其在涉及多价阳离子时具有高的温度稳定性和低的易受影响性，并同时尽可能小地影响流变学性质，因为否则在调节出低水损失值时会导致不期望的塑性粘度和流限升高。

在某一区域被钻开后，将套管装进钻孔中。随后必须固定套管，即必须将以高强度硬化的水泥浆泵入与岩石的环形空间中。由此形成的水泥石对气体和流体必须是不可渗透的，由此气体和/或油不能从支撑地层流到另一地层或流到地表。对要泵送的水泥浆的要求非常高。其应是可良好泵送的，即显示出尽可能低的粘度，尽管如此却没有离析迹象。在多孔岩石中的排水量应是低的，使得泵压由于在钻孔壁上较厚的滤饼造成的环形空间狭窄而不会升高得过多，这可能导致岩石开裂。如果水泥浆排出过多的水，则其硬化不完全并对气体和油是可渗透的。最后，在环形空间中所形成的水泥罩必须尽可能快地达到某一强度，并在硬化时不出现收缩，该收缩导致形成气体、油和水的流动通道。

水泥浆性质的最佳调节只有通过添加剂才可能实现。

分为3个主要的添加剂组：

1.缓凝剂，其延长硬化时间，使得用于整个泵送阶段的水泥浆保持足够的流动性，所述泵送阶段在非常深的钻井时为数小时。最著名的这类产品是木质素磺酸盐和羧甲基羟乙基纤维素。

2.分散剂，其使水泥浆均匀分散，并且降低粘度，这导致水泥浆更好地泵送。作为这类产品，在US-3 465 825中描述了由单萘磺酸盐和甲醛组成的浓缩产品，以及在US-4 053 323中描述了N-磺烷基取代的丙烯酰胺。木质素磺酸盐和羧甲基羟乙基纤维素醚对水泥浆除了缓凝作用外，还具有分散作用。

3.水损失降低剂，其在将水泥浆泵入套管和钻孔壁之间的环形空间期间降低水泥浆向多孔地层的排水量。这类最著名的产品是全合成的由根据DE-B-28 30 528的丙烯酸酯/丙烯酰胺制备的共聚物和由根据GB-B-14 73 767的乙基基吡咯酮和丙烯酰胺制备的嵌段聚合物和半合成的羧甲基羟乙基纤维素醚以及羟乙基纤维素醚。

水损失降低剂是特别有意义的，因为仅由水泥和水组成的可泵送的水泥浆当在钻孔固井过程中流经多孔岩石层时排出大量的水。该碱性水在地层中使得粘土膨胀，并与来自天然气或石油的CO₂形成碳酸钙沉淀。这两种效应减小了沉积物的渗透性和降低了后面的生产率。在底面上为各固井优化配制的水泥由于水的排出经历难于计算的、使泵送过程变得困难的粘度升高。水排出到多孔层的可以导致产生不均匀的水泥材料，其不能均匀凝固，并且对于气体、对于液态烃和水是可渗透的。这可以导致天然气或石油通过被多孔水泥填充的环形空间渗漏到另一层，并且在极端情况下渗漏到地面。此外，侵蚀性盐水和气体通过多孔水泥作用于套管并将其腐蚀。

为了确保工业上没有问题地进行钻孔固井，降低所使用的水泥浆的水损失是必要的。在此，水损失比较性地根据API Code 29用压滤器测定。在此过程中，过滤面积为45.8±0.7cm²，超压为7±0.7atm，以及过滤时间为30分钟。近来，还越来越经常地采用高温和高压压滤器(Baroid Nr.387)进行水损失测定。通常用35巴的压差过滤，并使温度符合实践中的温度。