[发明专利]作为水和其他亲水流体的增稠剂的混合金属层状氢氧化物-粘土加合物

说明书

本发明涉及用混合金属层状氢氧化物-粘土稠化水或亲水溶剂。

有种种理由，需要稠化水，水溶液，亲水溶剂等，例如用水为基的加工金属流体，灭火流体，油田钻井流体，食品添加剂，液压流体，水基漆或涂料，洗蚀溶液，以及其它由于液体或溶液的增稠能带来好处的应用。

水的增稠剂，例如瓜耳胶及聚丙烯酰胺对高剪切状态，高于121℃的水热性处理，氧化作用，细菌的作用以及盐类都是不稳定的。为了补救某些上述问题，有时需要杀菌剂和抗氧化剂之类的添加剂。

对于水基物质，例如钻井流体，包含某种形式的水合铝化合物的增稠剂或增粘剂已经公开，例如公开在美国专利4240915;4349443;4366070;4389319;4428845;4313550;4447341;4473479;和4486318中。公开用于同样目的其它形式的铝化合物的专利有美国专利4240924;4353804;4411800和4473480。公开其它类型增粘剂的类似专利有美国专利4255268;4264455;4312765;4363736;和4474667。

上述专利都牵涉到在流体本身内生成水合的铝化合物。这类处理过程的主要缺点是：（1）得到的稠化流体含大量的盐类反应物，在多数情 况下这是不希望的，例如，在涂料，金属加工流体或水基液压流体的使用中，盐的存在会导致严重的腐蚀问题;在油田钻井流体中，如果有盐类存在，很多添加剂的功能都会受到损伤，因此，如有可能，还是希望用无盐水钻井。

（2）在本文引用的专利中叙述的反应都是在原位进行，也就是在钻机的泥浆池中进行。在这样的条件下，反应难以充份控制，因此可能得不到预定性质的增稠剂。

使用Al（OH）₃作为胶凝剂处理油田钻井液之类的流体所带来的其它问题如下：

1.众所周知，除非有某种盐类，如碳酸盐存在，Al（OH）₃凝胶会随时间朝不利的方向变化。

2.Al（OH）₃的流变性质在PH值改变时并不十分稳定。例如，某种Al（OH）₃泥浆在PH值为6时很稠很均匀，钻井用很理想;但PH值为10时，该泥浆自身破坏，Al（OH）₃从悬浮态沉降出来。这就带来了严重的问题，因为大多数钻井作业是在PH值为9～10.5的范围内进行。

传统的通用增稠剂，特别是钻井泥浆中使用的增稠剂，一直沿用矿产粘土，例如膨润土，且常常与其它材料或增重剂组合使用，例如Fe₂O₃，BaSo₄等。每批膨润土之间的差别，特别是对离子和温度的敏感性造成了不稳定的后果，因此，需要在使用中经常调整配方，这就妨碍了钻井作业。

在美国专利4477367;4446201和4392979中公开了某些型式的结晶层状混合金属氢氧化物，其中Li、Mg、Cu、Zn、Mn、Fe、Co和Ni是层状结晶结构部份。在美国专利2395931;2413184;3300577和 3567472中公开了其它一些金属铝酸盐。这些化合物是通过各种各样的反应来制备的，其中包括共沉淀，嵌入，酸老化，碱老化作用。

在油田钻井中，钻井流体，或称为泥浆有多种功能：

1.从井孔中除去岩屑。

2.冷却钻头。

3.提供平衡构层压力的静液压。

4.控制进入构层的流体，从而保护了地质构层。

上述功能1和3只有钻井流体有适用的流变特性时才能实现。钻井流体能够表现出的最理想的流变特征是假塑性。在井孔中，存在几个剪切区域，在这些区域中流体应当具有不同的粘度。在井管和结构层之间的环形区，剪切速率约为100～1000/秒;在钻头处，剪切速率为2500～200000/秒;在泥浆池中，剪切速率小于30/秒。为了在低剪切速率时带动钻井固体物质，流体必需有很大粘度;但是，如果在钻头位置的流体粘度很高，在打入泥浆时会消耗过多的能量;因此，好的钻井泥浆应该具有剪切变稀的性质。在整个钻井过程中，流体保持这种流变特性是十分重要的。然而，也有很多明显地妨碍钻井流体已具有的性能的不利条件，它们是各种阳离子，如钙和镁，盐浓度的波动，高温，氧化条件，以及细菌的存在。