CN102459502A - 井眼流体添加剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开的是用于形成井眼流体添加剂方法中的聚合物。该聚合物包括含有侧链氨基烷基磺酸酰胺的聚乙烯主链，其中侧链氨基烷基磺酸酰胺包括直接连接至主链碳上的羰基和由氨基烷基磺酸的胺基形成的酰胺。公开了通过添加氨基烷基磺酸至聚合酸酐制备这些聚合物的方法。也公开了涉及使用具有添加剂的井眼流体提取油的方法。

Description

井眼流体添加剂及其制备方法
发明背景
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年6月2日提交的具有美国序列号61/183,281的临时专利申请的权益，该申请在此通过引用全文并入。
技术领域
本公开涉及井眼流体的产生，例如制备井眼流体的聚合物添加剂的方法。
背景
本申请涉及低流体损耗水基井眼流体，例如钻井液、完井液、修井液或封隔液。通常地，通过旋转钻井技术向地里钻井涉及钻井液由地表沿着在其下端具有钻头的钻柱向下，并通过钻头上提供的水眼到井底且由此通过在钻柱周围形成的环空返回至地表的循环。钻井液用来冷却钻头、运输钻屑至地表并稳定井眼。
在钻井中常常遇到的一个问题是不可接受的大量钻井液损失至井穿过的地层。该问题一般常常称为“井漏”，并且钻井液损失至的岩层常常被称为“井漏区”或“漏失层”。各种原因可对钻井中遇到的井漏负责。例如，井穿过的岩层可展示出异乎寻常高的渗透性或在其中可含有裂缝或裂隙；另外，岩层可能只是没有足够的能力支撑钻井液施加的压力并且可能在该压力下破裂并使钻井液流入其中。与使用附连在钻柱下端的钻头钻通高渗透岩层有关的另一个问题是偶尔地钻柱会卡住并且不能被抬升、降低或旋转。该问题有许多原因，最常见之一是压差卡钻。当钻通井眼压力比岩层压力大的可渗透岩层时和当钻杆保持静止靠着井眼壁足够时间以使由钻井液固体组成的滤饼在杆周围积聚时，压差卡钻经常发生。然后由钻井液施加的压力保持杆靠着滤饼。钻井液失水量的减少将降低滤饼的厚度，从而降低压差卡钻的发生率。通过流体侵入与钻井液和其它类型井眼流体如完井液、修井液和封隔液的滤出液损失有关的生产层引起了损害(生产力损失)。因此需要减少井眼流体至地层的失水量，特别是钻井液至地层的失水量。
井眼流体组分，特别是钻井液组分，众所周知为通常变稠至有限程度的可流动系统。可将井眼流体分为三种下列类别中的一种：基于油的井眼流体，其通常以所谓的逆乳状液的形式使用，并且代表油包水乳状液类型的制剂，其中水相作为不同种类细微分散体分布在连续油相中；纯水基井眼流体；和水包油乳状液类型的水基井眼流体，其中油相作为不同种类细微分散体分布在连续水相中。基于油的井眼流体的缺点是油倾向于涂在钻屑上，当丢弃钻屑时引起环境问题，特别是在海上钻井操作中。为了避免严重的污染，在倾倒钻屑之前必须将油从钻屑清除。减少油污染至目前允许的水平是困难和昂贵的，但是即使这些少量的残留油也是生态上不期望的，并且以水基井眼流体替代油基井眼流体是有压力的。但是，水基流体的技术性能和属性显著不同于油基流体的技术性能和属性，并且开发水基流体的挑战值是相当大的。本发明涉及改进的水基系统，即具有连续水相的系统，即纯水基流体或水包油乳状液。
井眼流体常常含有执行各种功能的聚合物。通常地，加入聚合物以改变流体的各种性能，例如增加流体粘度。例如，WO2005/105949公开了包括非水基液、一种或多种共聚物的混合物和聚乙烯的钻井液组分。聚乙烯和共聚物的结合使用引起改善的流动性和凝胶强度。该技术仅可应用于非水基流体。
发明概述
在一个方面，提供了形成井眼流体添加剂的方法，该方法包括使任选取代的C2-4氨基烷基磺酸与含有式I和式II重复单元的聚合物反应：
Figure BPA00001479669200031
其中R1是任选取代的C10-28烷基；并且R2和R3独立地是氢、任选取代的C1-12烷基、任选取代的C6-10芳基、任选取代的C6-10杂芳基、卤基、OH、SH、C0-12氨基、C1-12烷氧基、C1-12烷基硫或C1-12酰氧基；其中反应步骤在含有偶极非质子溶剂和质子溶剂的溶剂混合物中进行。
在一个方面，提供了形成井眼流体添加剂的方法，该方法包括：使任选取代的C2-4氨基烷基磺酸与含有如上所述式I和式II重复单元的聚合物反应；其中氨基烷基磺酸存在于第一溶剂中而聚合物存在于第二溶剂中，并且其中氨基烷基磺酸不混溶于第二溶剂中而聚合物不混溶于第一溶剂中。
在一些实施方式中，井眼流体组分可包括含有式I和式III重复单元的聚合物：
Figure BPA00001479669200032
其中R1、R2和R3是上述的；R4是任选取代的C2-4烷基，而其中聚合物的所有-NH-R4-SO3H部分的质量总和在聚合物质量的大约10％至大约30％的范围。
在一些实施方式中，井眼流体组分包括含有重复单元A和重复单元B的聚合物；其中重复单元A由如上所述的式I表示；而重复单元B由式IV表示：
Figure BPA00001479669200041
其中R2、R3和R4是上述的；每个X独立地是OH或-NH-R4-SO3H；其中X是占重复单元B基团大约30％至大约100％的-NH-R4-SO3H；其中重复单元A和重复单元B具有大约0.5∶1至大约2∶1范围的摩尔比；并且聚合物具有大约2,000道尔顿至大约500,000道尔顿范围的分子量。
一些实施方式涉及提取油的方法，其包括在使此处所述的任意井眼流体组分和至少部分土地之间接触的同时或接触后钻凿土地以形成孔；并从孔移出油。
一些实施方式涉及为了移出油目的钻凿土地的方法，其包括在使此处所述的任意井眼流体组分和至少部分土地之间接触的同时或接触后钻凿土地以形成孔。
一些实施方式涉及为了提取油的目的在钻井中减少钻井液井漏的方法，其包括使此处所述的任意井眼流体组分和至少部分土地之间接触，为了移出油的目的，所述至少部分土地将被钻井或正在被钻井。
实施方式详述
定义
提到“化合物”或“聚合物”意图包括化合物或聚合物的任意盐。例如，提到C2-4氨基烷基磺酸意图包括氨基烷基磺酸的盐，包括磺酸基的盐，氨基的盐，含有磺酸基和氨基的盐的两性离子形式，等。
除非另外指出，当如烷基或芳基的结构特征被称作“任选取代的”时，其意图指该特征可不具有取代基或可具有一个或多个取代基。“取代的”特征具有一个或多个取代基。术语“取代基”具有本领域普通技术人员已知的一般含义。在一些实施方式中，取代基是卤素，或具有1-10个碳原子，或具有小于大约200的分子量。在一些实施方式中，取代基具有1-10个碳原子和独立地选自N、O、S、F、Cl、Br、I及其组合的0-5个杂原子。取代基的实例包括但不限于烷基、链烯基、炔基、环烷基、环烯基、环炔基、芳基、杂芳基、杂脂环基(heteroalicyclyl)、芳烷基、杂芳烷基、(杂脂环基)烷基、羟基、保护羟基、烷氧基、芳氧基、酰基、酯、巯基、烷硫基、芳硫基、氰基、卤素、羰基、硫代羰基、O-氨基甲酰基、N-氨基甲酰基、O-硫代氨基甲酰基、N-硫代氨基甲酰基、C-酰胺基、N-酰胺基、S-亚磺酰氨基、N-亚磺酰氨基、C-羧基、保护C-羧基、O-羧基、异氰酸根、氰硫基、异氰硫基、硝基、甲硅烷基、亚氧硫基、亚硫酰基、硫酰基、卤烷基、卤烷氧基、三卤代甲烷磺酰基(trihalomethanesulfonyl)、三卤代甲烷亚磺酰氨基(trihalomethanesulfonamido)和氨基，包括单-取代氨基和二-取代氨基和其保护衍生物。在碳原子上具有至少两个或三个氢原子的母体基团如烷基可具有如＝O、＝S、＝N、N等的取代基。例如，-CH2CH3可具有＝O取代基，如在-C(＝O)CH3中，或≡N取代基，如在-CH2C≡N中。
除非另外指出，在短语如“任选取代的C1-12烷基”或“任选取代的C6-10芳基”中，表述如“C1-12烷基”和“C6-10芳基用以表示在母体基团中碳原子的数量并不限制取代基。例如，“任选取代的C6-10芳基”将包括如具有一个或多个烷基取代基的萘基的部分，等等。类似地，“任选取代的C1-12烷基”将包括如具有一个或多个烷氧基取代基的十二烷基的部分。对于取代的烷基，在母体烷基中的碳原子数是仅具有单键的邻近碳原子的数量。
无论何时用在本说明书和权利要求中的术语“烷基”和它的衍生词指不具有双键或三键的烃部分。烷基可以是直链的、支链的、环的或其组合。烷基的实例包括但不限于：甲基、乙基、丙基异构体(如正丙基、异丙基等)、环丙基、丁基异构体(如正丁基，叔丁基等)、环丁基异构体(如环丁基或甲基环丙基)、戊基异构体、环戊基异构体(如环戊基、甲基环丁基、乙基环丙基等)、己基异构体、环己基异构体等。在一些实施方式中，直链烷基是-(CH2)qH或-(CH2)q-，其中q是1-28。
无论何时用在本说明书和权利要求中的术语“氨基”和它的衍生词指其中烃的一个或多个CH基团以N取代或烃的C以N+取代的烃部分。例如，它可包括没有碳原子的-NH2(如其中甲基的CH以N取代)，伯胺，其中氮直接结合至一个碳原子和两个氢原子上；仲胺，其中氮原子直接结合至两个碳原子和一个氢原子上；叔胺，其中氮直接结合至三个碳原子上；或季铵盐，其中氮具有正电荷并且结合至独立地选自碳和氢的四个原子。胺可以是直链的、支链的、环的或其组合。在一些实施方式中，胺是C0-12N1-3胺，其意指以任意结合它具有0-12碳原子和1、2或3个氮原子，条件是没有N-N键。
无论何时用在本说明书和权利要求中的术语“氨基烷基磺酸”和它的衍生词指含有直接连接至氨基部分和磺酸(-SO3H)部分的烷基的化合物。对于表述如“任选取代的C2-4氨基烷基磺酸”，表述“C2-4”指烷基中的或直接连接至氨基的氮的碳原子总数。取代基如烷氧基的碳原子不计作“C2-4”的部分。
无论何时用在本说明书和权利要求中的术语“芳基”和它的衍生词指芳环或环系统。芳基的非限制实例是苯基、萘基等。
术语“杂芳基”指在芳环中具有选自氮、氧或硫的一个或多个原子的芳环或环系统。实例包括吡啶基、哒嗪基、三嗪基、吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、噻吩基、呋喃基、咪唑基、唑基、噻唑基、苯并咪唑基、吲哚基、苯并
Figure BPA00001479669200062
唑基等。
无论何时用在本说明书和权利要求中的术语“卤基”和它的衍生词指如氟、氯、溴、碘等的卤素。
无论何时用在本说明书和权利要求中的术语“烷氧基”和它的衍生词指-O-烷基。实例包括但不限于-OCH3、-OC2H5、-OC3H7、-OC4H9、-OC5H11、-OC6H13、-OC7H15等。包括一个或多个环的烷氧基也被考虑在“烷氧基”的含义内。
无论何时用在本说明书和权利要求中的术语“烷基硫”和它的衍生词指-S-烷基。实例包括但不限于-SCH3、-SC2H5、-SC3H7、-SC4H9、-SC5H11、-SC6H13、-SC7H15等。包括一个或多个环的烷基硫也被考虑在“烷基硫”的含义内。
无论何时用在本说明书和权利要求中的术语“酰氧基”和它的衍生词指
Figure BPA00001479669200071
其中RH是任选取代的烃基团或“烃基”。酰氧基的实例包括苯甲酰氧基、甲酰氧基、乙酰氧基、丙酰氧基等。
无论何时用在本说明书和权利要求中的术语“偶极非质子溶剂”和它的衍生词指具有至少一个偶极矩和没有酸性质子的溶剂。
无论何时用在本说明书和权利要求中的术语“质子溶剂”和它的衍生词指如在胺或羟基部分上具有酸性氢的溶剂。
无论何时用在本说明书和权利要求中的术语“不混溶的”和它的衍生词指物质的性能，其中作为试图将物质与该物质不混溶的溶剂混合的结果，物质形成分离相。
无论何时用在本说明书和权利要求中指酸/碱的术语“当量”和它的衍生词，意图指存在的碱或酸官能团的摩尔数。例如，可与酸反应两次的碱如Ca(OH)2每1摩尔Ca(OH)2含有2当量。
无论何时用在本说明书和权利要求中的术语“土地”和它的衍生词指在为了获得石油的目的可能钻井的地球表面上或地球表面中的任意物质。
实施方式描述
在一些宽泛实施方式中，井眼流体添加剂是任选取代的C2-4氨基烷基磺酸和反应聚合物的反应产物。在一些实施方式中，任选取代的C2-4氨基烷基磺酸由式V表示：
NH2-R4-SO3H(式V)
关于式V，R4是任选取代的C2-4烷基，如，但不限于任选取代的：-(CH2)2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-等。也考虑任选取代的非直链烷基如-CH2CH(CH3)-、-环丙基-等。在一些实施方式中，氨基烷基磺酸是任选取代的牛磺酸。
反应聚合物包括式I和式II的重复单元。关于式I，聚合物的每个R1独立地是任选取代的C10-28烷基、C12-20烷基或可选地C14-18直链烷基(例如-(CH2)13CH3、-(CH2)14CH3、-(CH2)15CH3、-(CH2)16CH3、-(CH2)17CH3等)。在一些实施方式中，通常式I的重复单元可由α烯烃单体提供，其中聚合物主链中的两个碳原子由两个双键碳提供而侧基R1的碳由烯烃的烷基部分提供。例如，C12-30α烯烃可提供C10-28烷基的R1，C14-22α烯烃可提供C12-20烷基的R1等。在一些实施方式中，R1基团为聚合物提供疏水性。
关于式II，每个R2和R3可独立地是氢；任选取代的C1-12烷基如任选取代的甲基、任选取代的乙基、任选取代的丙基异构体、任选取代的环丙基异构体、任选取代的丁基异构体、任选取代的环丁基异构体、任选取代的戊基异构体、任选取代的环戊基异构体、任选取代的己基异构体、任选取代的环己基异构体、环C1-6烷基等；任选取代的C6-10芳基如任选取代的苯基、任选取代的萘基等；任选取代的C6-10杂芳基如任选取代的吡啶基，任选取代的噻吩基，任选取代的呋喃基等；卤基，如F、Cl、Br、I等；OH；SH；C0-12N氨基，如NH2、CH5N、C2H7N、C3H9N、C4H11N、C5H13N、C6H15N、C7H17N、C8H19N等；C1-12烷氧基如-OCH3、-OC2H5、-OC3H7、-OC4H9等；C1-12烷基硫如-SCH3、-SC2H5、-SC3H7等；或C1-12酰氧基如苯甲酰氧基、乙酰氧基、丙酰氧基等。在一些实施方式中，每个R2和R3独立地是氢、CH3、C2H5、C3H7或C4H9。在一些实施方式中，基本上所有R2和R3是氢。在一些实施方式中，式II的重复单元可由单体如不饱和酐提供，包括在一个不饱和碳上具有R2基团和在邻近不饱和碳上具有R3基团的马来酸酐，其中单体中的两个邻近不饱和碳在式II的重复单元中提供聚合物主链的两个碳原子。在一些实施方式中，式II的重复单元为聚合物提供亲水性。
在一些实施方式中，式I重复单元的总质量为反应聚合物质量的大约15％至大约70％，或可选地，大约30％至大约70％。在一些实施方式中，式I重复单元与式II重复单元的摩尔比为从大约0.5∶1、大约0.6∶1、大约0.7∶1、大约0.8∶1、大约0.9∶1或可选地大约1∶1至大约1.3∶1、大约1.5∶1、大约1.3∶1、大约1.4∶1、大约1.7∶1或可选地大约2∶1。式I和式II的重复单元可以是任意顺序。它们可随机排列，形成离散嵌段、交替的或其任意组合。聚合物可能是交联的或可能不是交联的。聚合物也可并入不是由式I和式II所述那些的其他基团。在一些实施方式中，式I和式II的重复单元包括至少70％、80％、至少90％或可选地至少99％的聚合物主链碳原子。在一些实施方式中，少于20％、15％、10％或可选地少于5％的产物聚合物的重复单元包括-CH2-CH2O-。
此处公开的反应聚合物的一些实施方式是商业可得的。这种商业可得的聚合物的实例包括但不限于：由Aldrich提供的马来酸酐-十四碳烯交替聚合物(平均分子量9,000)；，Chevron Phillips Chemical Company以“PA-18聚酸酐树脂(PA-18 Polyanhydride Resin)”销售的马来酸酐-十八碳烯交替聚合物(平均分子量大约20,000(LV形式)和50,000(HV形式)；马来酸酐-α-烯烃，C24-C28交替聚合物，平均分子量6,400；和由Vertellus提供的马来酸酐-乙烯交替聚合物(大约400,000的平均分子量)。
虽然氨基烷基磺酸和聚合物之间的反应可产生产物的复杂混合物，但在一些实施方式中，反应产物包括至少一些这样的重复单元，该重复单元代表在氨基烷基磺酸的胺基和由式II表示的重复单元的酸酐基团之间的酰胺反应产物。酰胺形成反应的产物可以是包括形成重复单元主链的两个邻近碳原子的重复单元，其中这两个碳原子之一具有氨基烷基磺酸酰胺侧基并且另一碳原子具有羧酸侧基。通常地，取决于pH条件，反应物和产物的基团可具有许多不同形式。例如，磺酸基团和羧酸基团可被质子化并且具有0电荷或脱质子化并且具有-1电荷；而酰胺基团可被质子化并且具有+1电荷或脱质子化并且具有0电荷。在一些实施方式中，用于井眼组分的反应聚合物或反应产物聚合物中基本上所有-SO3H基团作为-SO3 -存在。在一些实施方式中，当聚合物添加至井眼流体组分中时用于井眼组分的聚合物中至少大约70％、大约75％、大约80％、大约85％、大约90％、大约95％或可选地至少大约99％的-CO2H基团作为-CO2 -存在。
在一些实施方式中，反应产物包括含有式I和式III重复单元的聚合物。在一些实施方式中，反应产物包括含有式I和式IV重复单元的聚合物。在一些实施方式中，反应产物包括含有式I、式III和式IV重复单元的聚合物。对于聚合物产物中式I的重复单元，R1可以是关于以上反应聚合物中式I的重复单元对于R1所述的任意部分。对于式III或式IV，R2和R3可以独立地是关于以上反应聚合物中式II的重复单元对于R2和R3所述的任意部分。
对于式III和IV，R4可以是对于以上式V氨基烷基磺酸的R4所述的任意部分。
聚合物产物的组分某种程度上可取决于反应聚合物的组分。例如，式I的重复单元通常不与氨基烷基磺酸反应。因此，式I重复单元与式II重复单元的相对摩尔比可影响用于井眼流体添加剂的反应产物聚合物的组分。例如，在反应聚合物中式I重复单元与式II重复单元的摩尔比可基本类似于式I重复单元与式III或式IV重复单元的摩尔比，或重复单元A与重复单元B的摩尔比。因此，在一些实施方式中，任意下列每对重复单元的摩尔比：1)式I∶式III，2)式I∶式IV，或3)重复单元A∶重复单元B可基本上和以上式I和式II所述比率相同。在一些实施方式中，用于井眼流体的聚合物主要由重复单元A和重复单元B和终止聚合物链的任意必需氢原子组成。
除了式II重复单元的总数，反应产物聚合物中酰胺的相对贡献可取决于添加的氨基烷基磺酸相对于反应聚合物中式II重复单元数量的量。例如，如果式II的重复单元过量，相对于式II重复单元添加的更多量的氨基烷基磺酸可引起在反应产物聚合物中酰胺的更多贡献。在一些实施方式中，选择反应聚合物中式II重复单元的相对量和氨基烷基磺酸的相对量以提供这样的反应产物聚合物，其中以中性形式(或没有平衡离子)计算的酰胺部分的质量总和在大约10％、大约12％、大约14％、大约16％、大约18％、或可选地大约20％至大约24％、至大约27％、大约30％、大约34％、大约36％、大约38％、或可选地大约40％的范围。例如，在包括含有式I和式III重复单元的聚合物的一些实施方式中，聚合物的所有-NH-R4-SO3H部分的质量总和在聚合物质量的大约10％、大约12％、大约14％、大约16％、大约18％、或可选地大约20％至大约22％、大约24％、大约26％、大约28％、或可选地大约30％的范围。
在酐重复单元相对于氨基烷基磺酸过量的实施方式中，聚合物可包括可具有两个羧酸基团或一个羧酸基团和一个酰胺基团的重复单元。例如，聚合物可包括由式IV表示的重复单元，其中每个X独立地是OH或-NH-R4-SO3H。在一些这些实施方式中，X是占由式IV表示的重复单元的大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％、大约60％、或可选地大约65％至大约70％、大约75％、大约80％、大约85％、大约90％、大约95％、或可选地大约100％的-NH-R4-SO3H。
在一些实施方式中，用于井眼流体添加剂的聚合物包括式VI的重复单元：
Figure BPA00001479669200111
在一些实施方式中，用于井眼流体添加剂的聚合物主要由式VI、式VII和式I的重复单元组成，其中式VI的重复单元占聚合物中重复单元的大约10％至大约20％、大约13％至大约17％，或可选地大约15％；式VII的重复单元占聚合物重复单元的大约20％至大约60％、大约30％至大约40％，或可选地大约35％；而式I占聚合物重复单元的大约40％至大约60％、大约45％至大约55％，或可选地大约50％，以便选择组分的总和使得总和是100％。
Figure BPA00001479669200112
用于井眼流体的聚合物分子量可通过改变与氨基烷基磺酸反应的聚合物的分子量而变化。在一些实施方式中，井眼流体的粘度可与聚合物分子量有关。例如，较高分子量的聚合物可提供更有粘性的流体。在一些实施方式中，反应聚合物或井眼流体聚合物具有在大约2,000道尔顿、大约10,000道尔顿、大约15,000道尔顿、大约20,000道尔顿或可选地大约30,000道尔顿至大约70,000道尔顿、大约100,000道尔顿、大约300,000道尔顿、大约400,000道尔顿或可选地至大约500,000道尔顿范围的平均分子量。在一些实施方式中，通过调整分子量和其它性能设计聚合物以获得相对低的粘度。在一些实施方式中，在300rpm转子速度下使用Farm 35流变仪测量，在20℃的温度以及10和12之间的pH下按重量计5％聚合物淡水溶液的粘度可不大于50cP，或可选地不大于25cP。
上述反应可在多种条件下进行。一些实施方式在溶剂混合物中提供此处公开的任意反应。例如，在一些实施方式中，反应在第一和第二溶剂的溶剂混合物中进行。在一些实施方式中，第一溶剂是质子溶剂而第二溶剂偶极非质子溶剂。在一些实施方式中，第一溶剂是水而第二溶剂是二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜或n-甲基吡咯烷酮。在一个实施方式中，第一溶剂是水而第二溶剂是二甲基甲酰胺。在一些实施方式中，第一溶剂可按重量计占总溶剂的大约1％、大约2％、大约3％、大约4％、大约5％或可选地大约6％至大约7％、大约8％、大约9％、大约10％、大约11％或可选地大约12％而第二溶剂可按重量计占总溶剂的大约99％、大约98％、大约97％、大约96％、大约95％、大约94％至大约93％、大约92％、大约91％、大约89％或可选地大约88％。在其它实施方式中，反应在偶极非质子溶剂和水的混合物中进行，其中偶极非质子溶剂与水的比率为大约100∶1至大约5∶1。在其它实施方式中，反应在偶极非质子溶剂和水的混合物中进行，其中偶极非质子溶剂与水的比率是大约100∶1至大约8∶1。在其它实施方式中，反应在偶极非质子溶剂和水的混合物中进行，其中偶极非质子溶剂与水的比率是大约50∶1至大约8∶1。在其它实施方式中，反应在偶极非质子溶剂和水的混合物中进行，其中偶极非质子溶剂与水的比率是大约25∶1至大约12∶1。例如，反应在二甲基甲酰胺和水中进行。
此处公开的反应可在单罐法中进行，即基本同时加入所有物质。但是，在一些情况中这可导致为胶凝状沉淀块的最终产物，其可能在工业规模上难于处理。
可选地，可通过分别制备聚合物和氨基烷基磺酸的一个或两个然后结合二者进行反应。例如，在一些实施方式中，为反应分别制备氨基烷基磺酸和聚合物。在一些实施方式中，氨基烷基磺酸可溶解或分散在第一液体中，而聚合物可溶解或分散在单独的第二液体中。这两种液体可具有同样或不同的组分。例如，在一些实施方式中，氨基烷基磺酸分别溶解或分散在上述第一和第二溶剂的混合物中。在一些这些实施方式中，氨基烷基磺酸可溶解在如水的质子溶剂的第一溶剂和如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜或n-甲基吡咯烷酮的偶极非质子溶剂的第二溶剂的混合物中。在一些这些实施方式中，聚合物可分别溶解或分散在第二溶剂中(例如以上偶极非质子溶剂中的一种)。
在一个实施方式中，氨基烷基磺酸溶解在水和偶极非质子溶剂的混合物中而聚合物溶解在偶极非质子溶剂中。溶解在偶极非质子溶剂中的聚合物然后慢慢添加至氨基烷基磺酸。不被限制，该方法可提供几个优势。第一，它可允许由两个先前不相容的组分如反应聚合物和氨基烷基磺酸产生可溶于水的/可分散于水的产物聚合物。第二，尽管氨基烷基磺酸可不溶于偶极非质子溶剂和反应聚合物可不溶于水的这个事实，偶极非质子溶剂/水的溶剂混合物可允许适当的反应活性在氨基烷基磺酸和反应聚合物之间发生。第三，混合的偶极非质子/水混合物可提供快速反应活性，然后沉淀出细微粒终产物，从而提供有效的回收。另外，可通过逐步和控制添加聚合物至氨基烷基磺酸控制反应热。
在分别制备氨基烷基磺酸和聚合物的实施方式中，可预加热这些中的一个或两个以准备反应。例如，在一些实施方式中，可加热氨基烷基磺酸和聚合物的一个或两个至大约60℃、大约65℃、大约70℃、或可选地大约75℃至大约80℃、大约85℃、大约90℃、大约95℃或可选地大约100℃，或可选地，至大约75℃至大约85℃。
在一些实施方式中单独制备可包括添加如氢氧化钠的碱至氨基烷基磺酸。在一些实施方式中，这可中和至少部分氨基烷基磺酸，然后与聚合物反应。在一些实施方式中，这可有助于保持胺基的氮原子去质子化，以便它可更容易攻击式II重复单元的酐的羰基之一。在一些实施方式中，对于存在的每摩尔氨基烷基磺酸，在样品制备中添加的碱量为至少大约0.8当量或可选地大约1当量直到大约1.5当量、大约2当量或可选地大约2.5当量。碱添加至氨基烷基磺酸可放出热量，因此在加热氨基烷基磺酸的实施方式中，一些或所有的加热可通过反应的放热进行。
在聚合物和氨基烷基磺酸分别制备的实施方式中，在单独制备步骤完成后以一些方式结合二者。在一些实施方式中，将聚合物逐步添加至氨基烷基磺酸的全部量中，其中氨基烷基磺酸可溶解在上述第一和第二溶剂的混合物中。例如，在一段时间内可添加(例如逐滴添加)含有聚合物的少量液体至含有基本所有氨基烷基磺酸和任意溶剂的反应容器内，该一段时间如大约5分钟、大约10分钟、大约15分钟或可选地约18分钟至大约20分钟、大约60分钟、大约90分钟或可选地大约200分钟，直至所有聚合物被添加。如果采用该方法，所有氨基烷基磺酸可最初在反应瓶中。因此，在添加的早期阶段中添加至氨基烷基磺酸的部分可沿着主链具有更多的氨基烷基磺酸酰胺取代基。在聚合物添加的后期阶段，较少的氨基烷基磺酸可添加至聚合物中。因此，在一些实施方式中，部分聚合物分子将具有较大程度的氨基烷基磺酸酰胺侧基取代基，而部分聚合物将具有较小程度的氨基烷基磺酸酰胺侧基取代基。
在其它实施方式中，慢慢添加氨基烷基磺酸至聚合物的全部量中。例如，可在一段时间内将含有氨基烷基磺酸的少量液体添加(例如逐滴添加)至含有所有聚合物和任意溶剂的反应容器内，该一段时间如大约5分钟、大约10分钟、大约15分钟、或可选地大约18分钟至大约20分钟、大约60分钟、大约90分钟或可选地大约200分钟，直至所有氨基烷基磺酸被添加。
在一些实施方式中，将聚合物流给料至氨基烷基磺酸流以相互维持在聚合物存在下稳定的氨基烷基磺酸浓度。
在一些实施方式中，在聚合物添加至氨基烷基磺酸过程中或反之，添加其它的苛性碱。在氨基烷基磺酸和反应聚合物同时添加的实施方式中，对于每摩尔存在的氨基烷基磺酸，也可添加至少大约0.8当量、或可选地大约1当量直到大约1.5当量、大约2当量或可选地大约2.5当量的苛性碱或碱。
在所有氨基烷基磺酸已经与所有聚合物结合后，混合物可在搅拌或不搅拌下放置大约0.2小时、大约0.5小时、大约1小时、大约2小时或可选地大约4小时至大约6小时、10小时、15小时或可选地大约20小时。在一些实施方式中，混合物的温度为大约60℃至大约200℃，或大约80℃至大约120℃.
放置期后，可添加额外的苛性碱或碱至反应混合物。在一些实施方式中，这可转化在反应中形成的至少部分-CO2H基团为-CO2 -。在一些实施方式中，对于每摩尔氨基烷基磺酸，将大约0.05当量、0.1当量或可选地大约0.2当量至大约0.3当量、大约0.5当量或可选地大约1当量的苛性碱或碱添加至反应混合物。
因此，在一些实施方式中，对于反应聚合物中每摩尔式II的重复单元，苛性碱或碱的总量为至少大约2当量、大约2.5当量或可选地大约2.7当量至大约3当量、大约3.5当量、大约4当量或大约5当量的苛性碱或碱。
在一些实施方式中，添加或没有添加额外苛性碱情况下通过反应提供的反应产物可包括在混合溶剂中沉淀的聚合物颗粒。在一些实施方式中，可获得并干燥反应产物聚合物。在一些实施方式中，按重量计至少90％的干燥反应产物聚合物具有小于1000微米或可选地500微米的颗粒大小。在一些实施方式中，在不应用任何外部机械研磨作用的情况下，获得以上大小范围内的颗粒。
反应产物聚合物可用作井眼流体添加剂。这些添加剂可为流体提供有用的性能，如防止钻井液损失、增加或降低粘度、改善的流动性、改善的胶凝强度。在一些实施方式中，聚合物含有充足的亲水单元以提供在20℃在水中至少2％的聚合物溶解度。通常可通过增加式III、式IV、式V、式VI和式VII中至少一个的重复单元数量或增加式III、式IV、式V、式VI和式VII中至少一个的重复单元上基团的亲水性，增加亲水性。
聚合物可以是两性嵌段共聚合物，其具有包括一系列式I重复单元的至少一个聚合嵌段和包括一系列选自式III、式IV、式V、式VI和式VII中至少一个的重复单元的至少一个聚合嵌段。在一些实施方式中，嵌段共聚物可以是二嵌段共聚物、三嵌段共聚物或多嵌段共聚物。在一些实施方式中，嵌段共聚物是AB嵌段共聚物、ABA嵌段共聚物或ABC嵌段共聚物。聚合物是ABA嵌段共聚物的情况下，A嵌段可以是疏水的而B嵌段是亲水的，或A嵌段可以是亲水的而B嵌段是疏水的。
在一些实施方式中，可选择并入反应产物聚合物的式I重复单元数量以使聚合物不过度疏水。在一些实施方式中，聚合物的亲水亲油平衡(HLB)值为至少大约7、至少大约8，或可选地，至少大约10(HLB是众所周知的根据乳化剂形成水包油或油包水乳状液的倾向表征乳化剂的度量，参见Griffin WC：“Classification of Surface-Active Agents byHLB(通过HLB分类表面活性剂)”Journal of the Society of CosmeticChemists 1(1949)：311)。尽管对于HLB值没有设定或固定的上限，在一些实施方式中聚合物可具有40或更小的HLB值。水性井眼流体中反应产物聚合物的浓度可以按需要调整以适合本领域技术人员的需要。在一些实施方式中，聚合物的浓度基于水相或在水包油乳状液的情况中没有任何增重剂或其它流体成分时基于结合的水相和油相，按重量计可以为大约0.1％至大约20％。但是，在一些实施方式中由于经济和流变学的原因可使用相对低含量的聚合物。在流体是水包油乳状液的一些实施方式中，聚合物的含量按重量计可为大约0.1至大约8百分比，或可选地按重量计大约0.5至大约6百分比。在流体是基于纯水的一些实施方式中，聚合物含量按重量计可为大约0.1至大约10百分比，或可选地按重量计大约0.5至大约8百分比。
在一些实施方式中，井眼流体具有连续水相。因此，它可以是纯水基流体，或水包油乳状液，即在其中水是连续相而任何存在的油作为水中油滴分散体存在的乳状液。反应产物聚合物可具有乳化剂和表面活性剂性能，因为它们包括亲水和疏水单元。在包括水包油乳状液的实施方式中，聚合物可趋向作为乳化剂，并且可在连续水相中稳定油滴。在一些实施方式中，水包油乳状液的少量的至少一种常规乳化剂可另外存在。但是，在一些实施方式中，反应产物聚合物是存在于井眼流体中的唯一乳化剂或表面活性剂，无论该流体是乳状液还是完全水性系统。适合的常规乳化剂对于本领域技术人员是众所周知的。
在包括水基井眼流体的实施方式中，如当流体是纯水基流体时，聚合物可倾向于形成胶束。临界胶束浓度(CMC)是聚合物分子开始聚集而形成胶束的最小浓度。
在一些实施方式中，井眼流体是钻井液、完井液、修井液或封隔液。在一些实施方式中，当使用井眼流体时反应产物聚合物的并入导致降低的失水量，并且可表征井眼流体为超低失水量的井眼流体。根据在“Recommended Practice Standard Procedure for Field TestingWater-Based Dirlling Fluids(油田测试水基钻井液的推荐实施标准方法)”，API Recommended Practice 13B-I第二版，1997年9月，5.3.1至5.3.2节中详述的美国石油学会(API)的说明，可使用高温高压(HTHP)失水量测试确定失水量。测试采用装有标准硬质滤纸作为过滤介质的加压池。过滤面积为7.1平方英寸(0.0045m2)或可以更小。如果更小，校正报告的结果为7.1平方英寸的过滤面积。例如将使用3.55平方英寸(0.0023m2)过滤面积的滤液体积加倍，以提供校正的结果。通常地，在HTHP测试中以横跨500psi(3.45×106Pa)滤纸的压差确定井眼流体的过滤行为。适宜地，可改变进行HTHP失水量测试的温度以符合井下的温度。通常地，测试温度在50至150℃的范围。使滤饼积聚在滤纸上30分钟并且然后记录在这30分钟的期间内收集的滤出液体积。
在一些实施方式中，在井眼中以有效量并入反应产物聚合物，以当在250℉(121℃)的温度和500psi的压差下进行测试时达到少于大约7ml/30分钟、少于大约5ml/30分钟或可选地少于大约2ml/30分钟的HTHP失水量值。在一些实施方式中，超低失水量井眼流体的优势在于减少流体至岩层的侵入可降低岩层损害。
在井眼流体采取水包油乳状液形式的实施方式中，流体的不连续油相可例如是原油、精制石油部分、矿物油、合成烃或能够与连续水相形成稳定乳状液的任何非烃油。在一些实施方式中，这种非烃油是可生物降解的并且因此可与生态毒性问题无关。在一些实施方式中，在室温下水中非烃油具有按重量计小于大约2％、按重量计小于大约1.0％，或可选地按重量计小于大约0.5％的溶解度。
在包括乳状液的一些实施方式中，例如，油相是按体积计基于水相和油相总体积的大约1至大约65％、按体积计大约2.5至大约40％，或可选地按体积计大约10至大约35％的量分散在连续水相中。在一些实施方式中，油相以细微分开的小滴形式分布在水相中。在一些实施方式中，油相的小滴具有小于大约40微米、大约0.5至大约20微米、或可选地大约0.5至大约10微米的平均直径。
在一些实施方式中，不连续油相可以是选自聚二醇、酯、乙缩醛、醚和醇的合成烃或非烃油。
适合的聚二醇可包括聚丙二醇(PPG)、聚亚丁基二醇、聚四氢呋喃和通过1，3丙二醇的缩聚作用或通过氧杂环丁烷的聚合作用制备的聚二醇。在一些实施方式中，聚二醇的分子量可足够高，使在室温下水中聚二醇具有按重量计小于2％的溶解度。聚二醇也可以是至少两个环氧烷的共聚物。在一些实施方式中，只要限制衍生自环氧乙烷的单元的摩尔百分比，可采用环氧乙烷作为共聚单体，以使在室温下在水中共聚物的溶解度按重量计小于2％。本领域技术人员将能够容易地选择具有期望低水溶解度的聚二醇。适合的酯可包括在EP0374671A和EP0374672中分别公开的不饱和脂肪酸以及饱和脂肪酸的酯；在WO93/23491中所述的新酸的酯；具有在水中按重量计最多1％溶解度的亲油碳酸二酯(如在US5,461,028中公开)；甘油三酯油如菜籽油(参见US4,631,136和WO95/26386)。在WO93/16145中描述了适合的乙缩醛。
适合的合成烃可包括聚合α-烯烃(参见，例如EP0325466A、EP0449257A、WO94/16030和WO95/09215)；异构化直链烯烃(参见EP0627481A、US5,627,143、US5,432,152和WO95/21225)；正石蜡，具特别是正链烷(参见，例如，US4,508,628和US5,846,913)；直链烷基苯和烷基化环烷基流体(分别参见GB2,258,258和GB2,287,049)。适合的醚可包括在EP0391251A(基于醚的流体)和US5,990,050(部分水溶性的乙二醇醚)中描述的那些。适合的醇可包括如在EP0391252A中公开的亲油醇基流体。
在一些实施方式中，井眼流体可以是完全水基系统，在这种情况中该携带液包括在无实质含量的油或没有油存在的水中的聚合物溶液。
井眼流体中的水可以是淡水、微咸水、海水或含有一种或多种盐的合成盐水。在一些实施方式中，盐应当与聚合物相容，例如，它不应当与聚合物形成不溶沉淀物。适合的盐可包括碱金属卤化物，碱金属碳酸盐，碱金属硫酸盐，碱金属甲酸盐，碱金属磷酸盐，碱金属硅酸盐，碱土金属卤化物和卤化锌。盐可在达到饱和的浓度下存在于水溶液中。众所周知，水溶液的CMC(临界胶束浓度)可通过改变水溶液的盐度调整。从而，较高的水溶液盐度可降低CMC。因此，在一些实施方式中，盐，具体为一价阳离子的盐，可添加至水溶液以降低CMC并且因此增加胶束、泡或层状结构的量。在一些实施方式中，盐水中的盐基于盐水总重以按重量计大约0.5至大约25％，例如，按重量计大约3至大约15％范围的浓度存在。
在一些实施方式中，井眼流体的比重在大约0.9至大约2.5，或可选地，大约1.0至大约2.0的范围。在一些实施方式中，井眼流体可另外包括至少一个其它的失水量控制剂。如对于本领域技术人员众所周知的，井眼流体、特别是钻井液的失水量可通过在流体中加入常规失水量控制剂降低到一定程度。超低失水量井眼流体中可加入的适合的已知失水量控制剂包括天然和/或合成来源的有机聚合物。适合的聚合物包括淀粉或化学改性淀粉；纤维素衍生物如羧甲基纤维素和聚阴离子纤维素(PAC)；瓜尔豆胶和黄原胶；选自：丙烯酰胺、丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、苯乙烯磺酸、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N，N-二甲基丙烯酰胺的单体的均聚物和共聚物，其中共聚物具有大约100,000至大约1,000,000的数均分子量；沥青(例如，磺化沥青)；黑沥青；褐煤(腐植酸)和它的衍生物；木质素和它的衍生物如木质素磺酸盐或浓缩聚合木质素磺酸盐；及其混合物。含有酸性官能团的任意这些聚合物优选以中性形式例如钠盐或钾盐应用。作为应用这种添加剂的替代方案或者附加方案，可通过添加细微分散颗粒如粘土(例如伊利石、高岭石、膨润土、锂蒙脱石或海泡石)至流体中，降低使用钻井液时的失水量。尽管不希望被任何理论限制，但认为由失水量添加剂和/或细微分开的粘土微粒组成的滤饼将积聚在井眼壁上和/或将桥堵井眼壁中存在的裂缝。这些裂缝可能是自然发生的或可能是在钻井过程中引发的。认为滤饼将另外包括钻井的流体。认为滤饼将另外包括流体滴和存在于钻井液中的其它固体如钻屑。
在一些实施方式中，添加桥堵颗粒材料至超低失水量井眼流体中以帮助滤饼的形成并帮助桥堵裂缝。在一些实施方式中，桥堵颗粒材料包括至少一种充分抗磨的颗粒固体。添加至流体的一些实例性桥堵颗粒材料包括石墨、碳酸钙、纤维素、云母、如沙或陶瓷颗粒的支撑剂材料及其组合物。这些材料非常惰性并且是环境可接受的。在一些实施方式中，桥堵颗粒材料的大小为不使其进入正在钻井的任何渗透性岩石的孔中。一般地，但不是必需地，桥堵材料具有大约25至大约2000微米、大约50至大约1500微米、或可选地大约250至大约1000微米范围的平均颗粒直径。桥堵材料可包括大体上球状的颗粒。但是，也设想桥堵材料可包括细长颗粒，例如纤维。优选地，桥堵材料具有广的(多分散)颗粒大小分布。
在一些实施方式中，也可并入细微分散添加剂以增加流体密度。增加流体密度的适合添加剂包括硫酸钡(重晶石)、碳酸钙(方解石)、钙和镁的混合碳酸盐(白云石)、赤铁矿及其混合物。
任选地，为了调节粘度，本发明的流体可包括稀释剂(分散剂)。所称的稀释剂可以是有机或无机天然物质；有机稀释剂的实例是丹宁酸和/或白雀树提取物。进一步的实例是木质素和木质素衍生物，特别是木质素磺酸盐。其它有用的分散剂包括合成的水溶性聚阴离子聚合物，如具有在大约1,000至大约100,000，或可选地大约5,000至大约50,000范围的数均分子量Mn的聚丙烯酸钠。聚磷酸盐化合物是无机稀释剂的实例。在一些实施方式中，稀释剂可具有担当稀释剂和失水量添加剂的双重功能。因此，稀释剂(分散剂)可通过分散包含在钻井液中的固体起作用，其帮助低渗透性滤饼的形成，从而降低失水量。稀释剂也可通过密封井眼壁直接起到降低失水量的作用。
在一些实施方式中，井眼流体的塑性粘度在大约1至大约100mPa.s的范围。在一些实施方式中，屈服点在大约2和大约50Pa之间。
任选地，井眼流体组分可包括抑制与例如粘土进行不期望水交换的添加剂。可采用用于水基钻井液的任意已知添加剂。适合的添加剂包括碱金属的卤化物、甲酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐和硅酸盐或碱土金属和锌的卤化物，特别重要的是钾盐，任选与石灰结合。例如参考在“Petroleum Engineer International(国际石油工程)”，1987年9月，32-40和“World Oil(世界石油)”，1983年11月，93-97中的适当出版物。在一些实施方式中，其它所称的页岩抑制剂可添加至钻井液以稳定包括聚丙烯酰胺和聚胺的粘土和页岩。
在一些实施方式中，在每一种情况中使用的辅助物质和添加剂的量位于钻井液通常界限内。在一些实施方式中，与存在的超低流体有关的优势是低的失水量可通过其中包含的固体桥堵裂隙和裂缝加固井眼壁，从而增加圆周应力。在一些实施方式中，超低失水量井眼流体的进一步优势是失水量的减少降低了滤饼厚度，从而降低压差卡钻的发生率。根据进一步的实施方式，提供了使用循环水基井眼流体进行井眼操作的方法，该方法包括在井眼中循环此处公开的水基井眼流体。井眼操作包括钻井、完井和修井。
在一些实施方式中，也可在钻井通过具有循环钻井液的岩层期间降低岩层破裂的方法中采用井眼流体，该方法在WO2005/012687中描述，其在此通过引用并入。因此，在一些实施方式中，可选择在井眼中循环的钻井液，使得具有小于大约2ml/30分钟的失水量值(根据在WO2005/012687中所述的高温高压API失水量测试测量)。
在一些实施方式中，在遇到岩层破裂之前，具有大约25至大约2000微米平均颗粒直径的固体颗粒材料以至少大约0.5磅/桶、至少大约10磅/桶，或可选地，至少大约15磅/桶的浓度添加至钻井液。这可使钻井继续通过岩层而在井眼中的压力维持在岩层最初破裂压力以上。
包括下列实施例以说明本发明的具体实施方式。本领域技术人员应当理解在实施例中公开的技术代表发现在本发明的实践中良好运行的技术。但是，按照本公开，本领域技术人员将认识到在具体公开的实施方式中能够做出的同时仍然获得不脱离本发明精神和范围的类似结果的改变。
实施例1
为了以上反应目的，装配由5升3-颈圆底烧瓶、搅拌杆和特氟纶桨、1升加料漏斗(以绝缘带缠附)、温度计、加热套和氮净化装置组成的实验室反应器。反应器装配并以氮气净化后，充入二甲基甲酰胺(600克)至烧瓶，接着加入牛磺酸99％(60.6克；0.47摩尔)和50％氢氧化钠(38.3克；0.47摩尔)。作为可选方法，可使用固体粒状氢氧化钠，接着使用一当量重量的蒸馏水。因此，以总重的2.7％的开始重量，将水加入混合物中。如果使用粒状氢氧化钠，监控放热以阻止温度升高从而使DMF与强碱在升高的温度下反应。50％苛性碱的使用避免了可能的DMF分解反应。
为了预加热，向氮-净化的1升加料漏斗加入二甲基甲酰胺(600克)，接着加入PA-18树脂(240克；0.68摩尔马来酸酐官能度)。当使混合物加热至85℃时通过人工方式频繁搅动该PA-18/DMF混合物。同时，加热含有DMF和牛磺酸的反应瓶至85℃。反应瓶和加料漏斗中的内容物在大约20分钟内达到85℃。
对于85℃的反应瓶和加料漏斗及完全溶解在DMF中的PA-18，开始将PA-18溶液加入至反应瓶。加入时间平均为18-20分钟，因此添加速率接近42g/min或0.09lb/min。与PA-18树脂溶液加入同时，进一步加入50％氢氧化钠(38.3克；0.47摩尔)，在20分钟PA-18加入期间缓慢加入。在大约85℃将PA-18溶液加入至反应瓶完成后，使反应进一步加热至110℃，此处维持混合物4小时。4小时维持时间结束，使烧瓶内容物的温度冷却至85℃。最后，加入50％氢氧化钠(16.4克；0.20摩尔)以在30分钟时间范围内转化任何残留的羧酸基团为羧酸钠盐。然后反应内容物冷却至25℃，其中将混合物转移至具有真空协助的烧结玻璃滤器内。在过滤颗粒物质后，收集滤饼并进一步以异丙醇清洗和过滤两次。放置最终滤饼在有隔板的步琪(Buchi)旋转蒸发烧瓶中并在真空和湿热下干燥。所得牛磺酸改性聚合物的颗粒大小显示在表1中。通过由筛选分析和贝克曼库尔特(Beckman Coulter)粒度分析仪组成的两种不同方法确定颗粒大小。两种方法揭示90％的颗粒物质的大小小于500微米。
表1
Figure BPA00001479669200221
根据本公开，在没有过度实验情况下可制造和执行此处公开和要求保护的所有组分和方法。除非另外陈述，所有％度量是根据重量百分比，与体积百分比不同。尽管已经根据具体实施方式描述了本发明的组分和方法，但本领域技术人员将明白，可在不脱离所附权利要求限定的本发明的概念、精神和范围的情况下对此处所述组分和方法和方法的步骤或步骤顺序进行改变。

Claims (37)

1.形成井眼流体添加剂的方法，所述方法包括使任选取代的C2-4氨基烷基磺酸与含有下列两种类型重复单元的聚合物反应：
Figure FPA00001479669100011
其中R1是任选取代的C10-28烷基；以及
R2和R3独立地是氢、任选取代的C1-12烷基、任选取代的C6-10芳基、任选取代的C6-10杂芳基、卤基、OH、SH、C0-12氨基、C1-12烷氧基、C1-12烷基硫或C1-12酰氧基；
其中所述反应步骤在含有偶极非质子溶剂和质子溶剂的溶剂混合物中进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶剂混合物包括按重量计大约1％至大约12％的所述质子溶剂和按重量计大约99％至大约88％的所述偶极非质子溶剂。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述溶剂混合物包括水和二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜或n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中将所述氨基烷基磺酸加至聚合物发生在大约60℃至大约100℃范围的温度下。
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中将氨基烷基磺酸加至聚合物发生在大约75℃至大约85℃范围的温度下。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，进一步包括在反应容器内以苛性碱处理所述反应步骤的产物。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中所述反应步骤进一步包括将所述聚合物溶解在二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜和n-甲基吡咯烷酮的至少一种中，以及将形成的聚合物溶液逐渐加入在水和二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜和n-甲基吡咯烷酮的至少一种的混合物中的所述氨基烷基磺酸中。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，进一步包括在所述溶剂混合物中产生含有沉淀聚合物颗粒的反应产物。
9.根据权利要求1至8任一项所述的方法，进一步包括获得反应产物聚合物并干燥所述反应产物聚合物，其中在没有应用任何外部机械作用的情况下，按重量计至少90％干燥的反应产物聚合物具有小于500微米的颗粒大小。
10.根据权利要求1至9任一项所述的方法，其中所述反应产生含有所述氨基烷基磺酸的至少一种酰胺的产物，其中所述聚合物的所有酰胺部分具有在所述聚合物质量的大约10％至大约40％范围的总质量。
11.形成井眼流体添加剂的方法，所述方法包括：
使任选取代的C2-4氨基烷基磺酸与含有下列两种类型重复单元的聚合物反应：
Figure FPA00001479669100021
其中R1是任选取代的C10-28烷基；和
R2和R3独立地是氢、任选取代的C1-12烷基、任选取代的C6-10芳基、任选取代的C6-10杂芳基、卤基、OH、SH、C0-12氨基、C1-12烷氧基、C1-12烷基硫或C1-12酰氧基；并且
其中所述氨基烷基磺酸存在于第一溶剂中而聚合物存在于第二溶剂中，并且
其中所述氨基烷基磺酸在所述第二溶剂中不混溶而所述聚合物在所述第一溶剂中不混溶。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述氨基烷基磺酸和所述聚合物的反应发生在所述第一溶剂和第二溶剂的溶剂混合物中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述溶剂混合物包括按重量计以大约1％至大约12％存在的所述第一溶剂和按重量计以大约99％至大约88％存在的所述第二溶剂。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一溶剂是水而所述第二溶剂是二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一溶剂是水而所述第二溶剂是二甲亚砜或n-甲基吡咯烷酮。
16.根据权利要求11至15任一项所述的方法，其中将所述氨基烷基磺酸加至聚合物发生在大约60℃至大约100℃范围的温度下。
17.根据权利要求11至15任一项所述的方法，其中将所述氨基烷基磺酸加至聚合物发生在大约75℃至大约85℃范围的温度下。
18.根据权利要求11至17任一项所述的方法，进一步包括在反应容器中以苛性碱处理反应步骤的产物。
19.根据权利要求11至18任一项所述的方法，其中将溶解在所述第二溶剂中的所述聚合物逐步加入在所述第一溶剂和第二溶剂的混合物中的所述氨基烷基磺酸中。
20.根据权利要求11至19任一项所述的方法，进一步包括在混合溶剂中产生含有沉淀聚合物颗粒的反应产物。
21.根据权利要求11至20任一项所述的方法，进一步包括获得反应产物聚合物和干燥所述反应产物聚合物，其中按重量计至少90％干燥的反应产物聚合物具有小于500微米的颗粒大小。
22.根据权利要求11至20任一项所述的方法，其中所述反应产生含有所述氨基烷基磺酸的至少一种酰胺的产物，其中所述聚合物的所有酰胺部分具有在所述聚合物重量的大约12％至大约27％范围的总重量。
23.一种井眼流体组分，其包括：
包括下列两种类型重复单元的聚合物：
其中R1是任选取代的C10-28烷基；和
R2和R3独立地是氢、任选取代的C1-12烷基、任选取代的C6-10芳基、任选取代的C6-10杂芳基、卤基、OH、SH、C0-12氨基、C1-12烷氧基、C1-12烷基硫或C1-12酰氧基；
R4是任选取代的C2-4烷基，并且
其中所述聚合物的所有-NH-R4-SO3H部分的质量总和在所述聚合物质量的大约10％至大约40％的范围。
24.根据权利要求23所述的井眼流体组分，其中所述聚合物具有在大约30,000至大约70,000道尔顿范围的分子量。
25.根据权利要求23或24所述的井眼流体组分，其中所述聚合物进一步包括重复单元：
26.根据权利要求25所述的井眼流体组分，其中所述重复单元
Figure FPA00001479669100052
占所述聚合物中重复单元的大约10％至大约20％；
重复单元
Figure FPA00001479669100053
占所述聚合物的重复单元的大约20％至大约60％；
以及重复单元
Figure FPA00001479669100054
占所述聚合物的重复单元的大约40％至大约60％；并且
其中所述聚合物基本由这三种重复单元组成，以使这三种重复单元的百分比总和是大约100％。
27.一种井眼流体组分，其包括：
含有重复单元A和重复单元B的聚合物：
其中重复单元A是：
Figure FPA00001479669100061
其中R1是任选取代的C10-28烷基；和
重复单元B是：
其中R2和R3独立地是氢、任选取代的C1-12烷基、任选取代的C6-10芳基、任选取代的C6-10杂芳基、卤基、OH、SH、C0-12氨基、C1-12烷氧基、C1-12烷基硫或C1-12酰氧基；
每一个X独立地是OH或-NH-R4-SO3H，
其中X是占所述重复单元B基团的大约50％至大约90％的-NH-R4-SO3H；并且
R4是任选取代的C2-4烷基；
其中重复单元A和重复单元B具有在大约0.5∶1至大约2∶1范围的摩尔比；并且
所述聚合物具有在大约2,000道尔顿至大约500,000道尔顿范围的分子量。
28.根据权利要求27所述的井眼流体组分，其中每一个R2和R3独立地是氢、CH3、C2H5、C3H7或C4H9。
29.根据权利要求28所述的井眼流体组分，其中基本上所有R2和R3是氢。
30.根据权利要求27至29任一项所述的井眼流体组分，其中R1是C14-18直链烷基。
31.根据权利要求27至30任一项所述的井眼流体组分，其中所述聚合物中基本上所有-SO3H基团作为-SO3 -存在。
32.根据权利要求27至31任一项所述的井眼流体组分，其基本上由重复单元A和重复单元B以及终止聚合物链的任何必需氢原子组成，其中重复单元A与重复单元B的所述摩尔比是大约0.4∶0.6至大约0.6∶0.4。
33.根据权利要求32所述的井眼流体组分，其中重复单元A与重复单元B的所述摩尔比是大约1∶1。
34.根据权利要求27至33任一项所述的井眼流体组分，其中当所述聚合物加至所述井眼流体组分时所述聚合物中至少大约90％的-CO2H基团作为-CO2 -存在。
35.提取油的方法，包括：
使权利要求23所述的井眼流体组分和至少部分土地之间接触的同时或接触后钻凿所述土地以形成孔；
和
从所述孔移出油。
36.为了移出油目的的钻凿土地方法，包括使权利要求23所述的井眼流体组分和至少部分所述土地之间接触的同时或接触后钻凿土地以形成孔。
37.为了提取油目的在钻井期间减少钻井液井漏的方法，包括使权利要求23所述的井眼流体组分与至少部分土地之间接触，为了移出油目的，所述至少部分土地将被钻井或正在被钻井。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113227314A (zh) * 2018-12-18 2021-08-06 沙特阿拉伯石油公司 包含弹性体马来酸酐共聚物的可胶凝的非水性油井处理液

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102433110A (zh) * 2011-10-19 2012-05-02 中国石油大学(华东) 一种钻井液用胺类泥页岩稳定剂
CN103087691A (zh) * 2011-10-28 2013-05-08 中国石油化工股份有限公司 一种钻井液用聚胺强抑制剂及制备方法
CN106458753A (zh) * 2014-05-05 2017-02-22 赫尔克里士有限公司 高温和高压流体损失添加剂和其使用方法
CN104087275B (zh) * 2014-07-14 2016-10-19 中国石油大学(华东) 一种抗高温高盐微细凝胶颗粒调剖剂及其制备方法和应用
US10160902B2 (en) 2015-09-14 2018-12-25 Saudi Arabian Oil Company Maleic anhydride polymers and methods of treating subterranean formations
CN106947438A (zh) * 2016-01-07 2017-07-14 中国石油化工股份有限公司 一种钻井液用铝基抑制剂及其制备方法
CN109906262A (zh) * 2016-11-04 2019-06-18 沙特阿拉伯石油公司 用于封堵与凝固水泥接触的流动通道的组合物和方法
CN106928938A (zh) * 2017-02-14 2017-07-07 中国石油集团西部钻探工程有限公司 随钻隋性材料堵漏剂及其制备方法和使用方法
CN106928939A (zh) * 2017-02-14 2017-07-07 中国石油集团西部钻探工程有限公司 堵漏增效剂及其制备方法和使用方法
AR118636A1 (es) 2019-04-09 2021-10-20 Chevron Phillips Chemical Co Lp Métodos para perforar pozos con composiciones diluyentes

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4317893A (en) * 1978-10-26 1982-03-02 Mobil Oil Corporation Oil recovery by waterflooding employing an anionic polymeric surfactant containing recurring succinimide or succinamide groups
US20070093609A1 (en) * 2004-11-05 2007-04-26 Basf Aktiengesellschaft Acrylic-acid-based homopolymers comprising taurine modified for the treatment of water
EP1916293A1 (en) * 2006-10-27 2008-04-30 Chevron Oronite Company LLC A lubricating oil additive composition and method of making the same

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4508628A (en) 1983-05-19 1985-04-02 O'brien-Goins-Simpson & Associates Fast drilling invert emulsion drilling fluids
US4631136A (en) 1985-02-15 1986-12-23 Jones Iii Reed W Non-polluting non-toxic drilling fluid compositions and method of preparation
US5045219A (en) 1988-01-19 1991-09-03 Coastal Mud, Incorporated Use of polyalphalolefin in downhole drilling
DE3842703A1 (de) 1988-12-19 1990-06-21 Henkel Kgaa Verwendung ausgewaehlter esteroele in bohrspuelungen insbesondere zur off-shore-erschliessung von erdoel- bzw. erdgasvorkommen (ii)
DE3842659A1 (de) 1988-12-19 1990-06-28 Henkel Kgaa Verwendung ausgewaehlter esteroele in bohrspuelungen insbesondere zur off-shore-erschliessung von erdoel- bzw. erdgasvorkommen (i)
DE3911238A1 (de) 1989-04-07 1990-10-11 Henkel Kgaa Oleophile alkohole als bestandteil von invert-bohrspuelungen
DE3911299A1 (de) 1989-04-07 1990-10-11 Henkel Kgaa Verwendung ausgewaehlter ether monofunktioneller alkohole in bohrspuelungen
US5189012A (en) 1990-03-30 1993-02-23 M-I Drilling Fluids Company Oil based synthetic hydrocarbon drilling fluid
DE4018228A1 (de) 1990-06-07 1991-12-12 Henkel Kgaa Fliessfaehige bohrlochbehandlungsmittel auf basis von kohlensaeurediestern
GB2258258B (en) 1991-07-27 1995-04-19 David Brankling Drilling fluid
WO1993016145A1 (en) 1992-02-12 1993-08-19 Exxon Chemical Patents Inc. Functional fluid
GB9210578D0 (en) 1992-05-18 1992-07-01 Exxon Chemical Patents Inc Functional fluid
WO1994016030A1 (en) 1993-01-14 1994-07-21 M-I Drilling Fluids Company Non-fluorescing oil-based drilling fluid
WO1994028087A1 (en) 1993-06-01 1994-12-08 Albemarle Corporation Invert drilling fluids
MY111304A (en) 1993-09-01 1999-10-30 Sofitech Nv Wellbore fluid.
MY111305A (en) 1993-09-01 1999-10-30 Sofitech Nv Wellbore fluid.
US5498596A (en) 1993-09-29 1996-03-12 Mobil Oil Corporation Non toxic, biodegradable well fluids
EP0686177B1 (en) 1994-02-02 1999-09-08 Chevron Chemical Company LLC Process for producing skeletally isomerized linear olefins
GB2287049A (en) 1994-02-09 1995-09-06 Oilfield Chem Tech Ltd Drilling fluid
GB9406057D0 (en) 1994-03-26 1994-05-18 Univ Heriot Watt Drilling mud
US5990050A (en) 1998-01-08 1999-11-23 M-I L.L.C. Water soluble invert emulsions
CA2533455A1 (en) 2003-07-25 2005-02-10 Bp Exploration Operating Company Limited Drilling method
US20050239662A1 (en) 2004-04-21 2005-10-27 Chevron Phillips Chemical Company, Lp Drilling fluids
US7741250B2 (en) 2006-05-11 2010-06-22 Chevron Phillips Chemical Company Lp Wellbore servicing fluids comprising grafted homopolymers and methods of using same
WO2008001048A1 (en) 2006-06-26 2008-01-03 Bp Exploration Operating Company Limited Wellbore fluid

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4317893A (en) * 1978-10-26 1982-03-02 Mobil Oil Corporation Oil recovery by waterflooding employing an anionic polymeric surfactant containing recurring succinimide or succinamide groups
US20070093609A1 (en) * 2004-11-05 2007-04-26 Basf Aktiengesellschaft Acrylic-acid-based homopolymers comprising taurine modified for the treatment of water
EP1916293A1 (en) * 2006-10-27 2008-04-30 Chevron Oronite Company LLC A lubricating oil additive composition and method of making the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113227314A (zh) * 2018-12-18 2021-08-06 沙特阿拉伯石油公司 包含弹性体马来酸酐共聚物的可胶凝的非水性油井处理液

Also Published As

Publication number Publication date
US8759260B2 (en) 2014-06-24
WO2010141534A1 (en) 2010-12-09
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EP2438137A1 (en) 2012-04-11
CN102459502B (zh) 2014-04-02

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