[发明专利]对环境友好的聚胺的持久性季盐及其作为粘土稳定剂的用途及其制备和使用方法

说明书

相关申请

本申请要求03/15/2013(2013年3月15日)提交的美国临时专利申请序号61/790,299的利益和优先权。本申请还涉及03/14/2014(2014年3月14日)提交的美国专利序号14/211,025和14/211,066。

发明背景

1.发明领域

本发明的实施方案涉及新型的临时和持久性粘土稳定组合物并且涉及其制备和使用方法。

更具体地，本发明的实施方案涉及新型的临时和持久性粘土稳定组合物，其中所述组合物包含链烷醇胺，醚胺，环胺，烷基化环胺，聚胺，烷基化聚胺的一种或多种季盐，或一种或多种此种季盐的混合物和组合。本发明还涉及其制备和使用方法。

2.相关技术描述

粘土稳定剂是一种化学添加剂，其被用于刺激处理中以防止粘土颗粒在对水基流体的反应中迁移或膨胀。有两种类型的粘土稳定剂，临时的和持久性的。需要对环境更友好的粘土稳定剂并且需要更持久性的粘土稳定剂，尤其是对环境友好的那些。

在钻孔和/或完井(completion)期间，包含页岩和/或反应性粘土的区域在其与钻孔液中的水接触时可能变得不稳定。这些区域含有在地质时期由盖层压力脱水的粘土。当这些区域暴露于含水的物质如钻孔液时，粘土从钻孔液渗透性地吸收水并膨胀。页岩的膨胀导致应力，机械强度损失，和页岩破坏。参见ThomasW.Beihoffer等，1992年5月16日，Oil&GasJournal，第47页以及下列等等，标题为CationicPolymerDrillingFluidCanSometimesReplaceOil-basedMud(阴离子聚合物钻孔液有时可以替代油基泥浆)对钻孔通过含粘土的区域的问题的更多的深度说明。页岩块状崩落入钻孔中(坍塌(sloughing))最终可能给钻头增加负担使其不可能收回。

盐如氯化钾已被广泛用于钻孔处理以通过离子交换将地层物质由钠形式转化为例如较不易受损于膨胀的钾形式；并且使用高浓度的钾盐影响渗透平衡并且倾向于抑制水流离开高钾盐浓度流体进入页岩。然而，困难的是在钻孔液中保持所需的高浓度的钾盐。此外，物理引入此种盐导致难以使用通常用于钻孔的增粘(viscosifying)物质。无机盐如果被释放也可能对环境具有有害影响。

有三种一般类型的胺和/或季铵阴离子源已被建议用于在钻孔操作和烃回收期间的粘土处理。这三种类型包括：(a)具有单点季铵阳离子和胺的化合物，(b)具有几个(两个至约六个)胺或季铵阳离子位点的化合物，其在本文中有时被称为寡阳离子剂(oligo-cationics)，和(c)季铵或胺聚合物，其可以具有约六个至数千个阳离子位点。此种现有技术粘土控制化合物公开于美国专利号2,761,835；2,761,840；2,761,836；4,842,073；5,211,239；2,761,843；3,349,032；4,447,342；4,374,739；4,366,071和6,921,742中，所述专利通过引用结合于此。

虽然有许多粘土控制添加剂的实例，但本领域中仍需要新的粘土控制添加剂，尤其是对环境友好的粘土控制添加剂，所述粘土控制添加剂是聚胺，低聚胺，或多聚胺的季盐。

发明概述

本发明的实施方案提供本发明的粘土稳定组合物，其包含式(I-III)的至少一种季盐：：

[R¹R²N(R^aN(R³))_nR^aNR¹R²(R⁰)_i]^j+(A_k)^j-(I)，

[Z(R⁰)_i]^j+(A_k)^j-(II)，

[Z(R^aZ')_nR^aZ(R⁰)_i]^j+(A_k)^j-(III)，

具有至少一个NH部分的聚胺化合物与至少一种醛或醛供体的反应产物，或