[发明专利]亲有机物质粘土和包含它们的钻井液

说明书

亲有机物质粘土包含被季铵离子离子交换的蒙脱石型粘土，其中至少75摩尔％的所述季铵离子是双‑(2‑羟丙基)‑二甲基铵脂肪酸酯且至少90％的所述双‑(2‑羟丙基)‑二甲基铵脂肪酸酯的脂肪酸部分具有结构RC(O)，其中基团R是包含9‑21个碳原子的直链烷基或烯基。所述亲有机物质粘土可用于增稠油基组合物，特别是包含油相的用于钻油或气井的钻井液。

发明领域

本发明涉及可用于在高温下增稠油基组合物的亲有机物质粘土，并涉及包含所述亲有机物质粘土的钻井液。

发明背景

亲有机物质粘土，其中蒙脱石型(smectite-type)粘土已经与四烷基季铵盐例如氯化二甲基-二(C14-C18烷基)铵进行离子交换，是已知的并且已经发现用作油基组合物的增稠剂。它们特别用作油基钻井液的添加剂，以防止颗粒(例如钻屑或重晶石加重剂)沉降。然而，四烷基铵盐的生物降解性差，且通常是杀菌的。因此，使用包含四烷基铵离子的亲有机物质粘土可能会导致环境问题，并在一些地区被环境法规所禁止。因此，需要不含生物降解性差的有机成分的亲有机物质粘土。

US 5,718,841公开了亲有机物质粘土，其中蒙脱石型粘土已经与包含烷基或芳烷基酯基团的季铵盐进行离子交换。具体公开的是包含双-(2-羟乙基)-二甲基铵二椰油脂肪酸酯、双-(2-羟乙基)-二甲基铵二氢化牛油脂肪酸酯和三-(2-羟乙基)-甲基铵离子的相应脂肪酸酯的亲有机物质粘土。该文献还公开了这些亲有机物质粘土在非含水钻井液中的用途。

US 5,718,841中制备的亲有机物质粘土包含具有易于水解的酯键的季铵离子。这限制了它们在高温下在含水油基组合物(例如在高温下使用的w/o乳液钻井液)中的使用。

WO 2006/079775公开了包含亲有机物质粘土的钻井液，所述亲有机物质粘土包含带有具有酰胺键的取代基的季铵盐。具体公开的是包含苄基-二甲基-(3-十八烷基酰氨基丙基)铵离子的亲有机物质粘土。在约65℃下这些亲有机物质粘土显示出使w/o乳液钻井液增稠16小时。然而，这些亲有机物质粘土必须以比包含二甲基-二(C14-C18烷基)铵离子的亲有机物质粘土更大的量使用。WO 2006/079775中使用的带有具有酰胺键的取代基的季铵盐比带有具有酯键的取代基的季铵盐的生物降解性也更低。

WO 01/28924公开了亲有机物质粘土，其中蒙脱石型粘土已经与为季铵化三烷醇胺的二酯的季铵盐进行离子交换。该亲有机物粘土用于与聚合物制备的纳米复合材料。

因此，仍然需要包含可生物降解的季铵离子的亲有机物质粘土，所述亲有机物质粘土具有与包含四烷基铵离子的常规亲有机物质粘土相当的增稠效率，并且在高温下在待用于w/o乳液钻井液的w/o乳液中足够稳定。

发明概述

现在已经发现，与现有技术中已知的双-(2-羟乙基)-二甲基铵牛油脂肪酸酯相比，包含双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的新型亲有机物质粘土意外地在增稠w/o乳液钻井液方面更有效并为该钻井液提供更好的乳液稳定性。

因此，本发明的一个主题是包含被季铵离子离子交换的蒙脱石型粘土的亲有机物质粘土，其中至少75摩尔％的所述季铵离子是双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯，且至少90％的所述双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的脂肪酸部分具有结构RC(O)，其中基团R是包含9-21个碳原子的直链烷基或烯基。

本发明的另一个主题是用于钻油井或气井的钻井液，其包含油相和本发明的亲有机物质粘土。

本发明的主题还在于用于制备本发明的亲有机性粘土的第一种方法，其中将包含蒙脱石型粘土、0至15重量％的水和/或极性溶剂以及包含至少75摩尔％的甲基硫酸双-(2-羟丙基)-二甲基铵脂肪酸酯的季铵盐的混合物在高于所述季铵盐熔点的温度下均匀化，并将所得均匀化的混合物干燥。