CN105531346A - 粘弹性油基流体和相关方法 - Google Patents

Abstract

本技术涉及可用于制备有机基粘弹性流体的胶凝剂。该技术还涉及在能源和勘探应用中使用该胶凝剂和包含胶凝剂的粘弹性流体的方法。

Description

粘弹性油基流体和相关方法

发明背景

本技术涉及可用于制备有机基粘弹性流体的胶凝剂。该技术还涉及在能源和勘探应用中使用该胶凝剂和包含胶凝剂的粘弹性流体的方法。

改进流体流变的能力在许多工业中是重要的。例如，油基钻井应用中的钻探泥浆是其中流体流变的控制有益的一个应用。钻井液的一个功能是将钻屑从井眼中运出。钻井液的粘度提供运送除去钻屑所需动力的固体。通常，亲有机物质粘土用于油基钻井液中以提供所需粘度。在有机钻探中使用亲有机物质粘土建立粘度的一个缺点是粘度发展是缓慢的。粘度的缓慢发展可能产生剂量过量问题。

改进流体流变的另一目的是改进由运输流体产生的阻力。

流体流变在产生稳定悬浮液中是重要的。例如，在水力压裂应用中，通常需要形成稳定的瓜尔胶淤浆。目前市售的涉及亲有机物质粘土作为悬浮助剂的瓜尔胶淤浆在储存时不经一些类型的搅拌或循环而相分离方面通常不是稳定的。然而，瓜尔胶可能由于搅拌或再循环的不断剪切而受损。

本领域中的改进是提供粘弹性增稠流体和该流体的使用方法，其能够将许多不同应用中使用的流体增稠，在特定应用中通常遭遇的温度和环境条件下将流体增稠并且提供对现有增稠剂的替选物。

发明概述

所公开的技术提供可充当增粘剂和悬浮剂，可用于流变控制、作为分散体的稳定剂、作为分散剂、作为润滑剂、作为促进剂等的胶凝剂。

在一个实施方案中，提供粘弹性流体。粘弹性流体可包含I)有机介质和II)胶凝剂。

胶凝剂又可包含：a)能够与路易斯酸形成螯合物的有机化合物，b)路易斯酸，和c)碱性化合物，和/或a)、b)和c)混合物的反应产物。

在一个实施方案中，有机化合物可选自以下至少一种：i)有机羟基酸及其烃基取代衍生物，或者ii)芳族多元醇，例如苯二醇及其烃基取代衍生物，或者iii)i)和ii)的组合。有机羟基酸可包含2个或更多个氧原子及其烃基取代衍生物。有机羟基酸能够与路易斯酸形成螯合物。示例的羟基酸包括水杨酸、酒石酸及其烃基取代衍生物。

路易斯酸可具有式MX_n，其中M为铬(Cr)、硼(B)、铝(Al)、钛(Ti)、硅(Si)、锆(Zr)或锌(Zn)，X为烷氧基、羟基、卤素或烃基卤基团，且n为完成路易斯酸的化合价所需的整数，通常约1-10。典型的路易斯酸可包括但不限于三烷基硼酸酯；硼酸、三卤化硼；和卤化铝。

可选择碱性化合物以使胶凝剂在与有机介质接触胶凝。碱性化合物的实例可以为有机胺，例如多胺，包括烃基取代胺和羟胺，或者烷基醚胺。

有机化合物(例如有机羟基酸或芳族多元醇)、路易斯酸和碱性化合物可以以约0.1-10:约1:约0.1-10的摩尔比一起包含在胶凝剂中。胶凝剂本身可以以基于粘弹性流体的总重量约0.01至约25重量％存在于有机介质中。

粘弹性流体还可包含III)其它添加剂，例如粘度促进填料，例如亲有机物质粘土，或者可水合聚合物。

粘弹性流体可例如用于使地下岩层压裂的方法中。粘弹性流体可在足够的压力下提供和泵送通过井眼并送入地下岩层中以将岩层压裂。

粘弹性流体也可例如用于钻探井眼的方法中。粘弹性流体可在足够的压力下提供和泵送通过井眼以将钻屑从井眼中运出。

粘弹性流体也可用于控制有机介质的流变和/或防止包含有机介质和悬浮的添加剂的非均相组合物中的絮凝。

发明详述

下面通过非限定性阐述描述各个优选特征和实施方案。

提供粘弹性流体。该粘弹性流体包含有机介质和胶凝剂。

粘弹性流体中的有机介质可以为任何有机介质，并且通常为具有主要烃性质的流体，但非烃有机介质也是预期的有机介质。有机介质可以人工分类为例如油、有机溶剂、燃料和燃料油及其组合，尽管应当理解类别之间存在实质性重叠。

虽然如此，适于制备粘弹性流体的油可包括例如天然和合成油、衍生自加氢裂化、氢化和加氢精制的油、未精炼、精炼和再精炼油及其混合物。

未精炼油为通常不经(或经很少的)进一步提纯处理，直接由天然或合成来源得到的那些，例如原油或黑油，或者来自原油蒸馏的非挥发性馏分。

精炼油类似于未精炼油，不同的是已将它们在一个或多个提纯步骤中进一步处理以改善一种或多种性能。提纯技术为本领域中已知的，包括溶剂萃取、二次蒸馏、酸或碱萃取、过滤、渗滤等。

再精炼油也称作再生或再加工油，通过类似于用于得到精炼油的那些的方法得到并另外通过旨在除去废添加剂和油分解产物的技术加工。

用于制备本发明润滑剂的天然油包括动物油、植物油(例如蓖麻油)、矿物润滑油如液体石油或者链烷烃、环烷烃或混合链烷烃-环烷烃型的溶剂处理或酸处理的矿物润滑油，和衍生自煤或页岩的油，或其混合物。

合成润滑油是有用的，包括烃油，例如聚合和共聚烯烃(例如聚丁烯、聚丙烯、丙烯异丁烯共聚物)；聚(1-己烯)、聚(1-辛烯)、聚(1-癸烯)及其混合物；烷基苯(例如十二烷基苯、十四烷基苯、二壬基苯、二-(2-乙基己基)苯)；聚苯(例如联苯、三联苯、烷基化聚苯)；二苯基烷烃、烷基化二苯基烷烃、烷基化二苯醚和烷基化二苯硫及其衍生物、类似物和同系物或其混合物。

其它合成润滑油包括多元醇酯(例如Priolube^TM3970)、二酯、含磷酸的液体酯(例如磷酸三甲苯酯、磷酸三辛酯和癸烷膦酸的二乙基酯)或聚四氢呋喃。合成油可通过费托反应制备，通常可以为加氢异构化的费托合成烃或蜡。在一个实施方案中，油可通过费托天然气合成油(gas-to-liquid)合成程序制备以及其它天然气合成油。

具有润滑粘度的油也可如AmericanPetroleumInstitute(API)BaseOilInterchangeabilityGuidelines所述定义。五组基油如下：I组(硫含量>0.03重量％，和/或<90重量％饱和物，粘度指数80-120)；II组(硫含量≤0.03重量％，且≥90重量％饱和物，粘度指数80-120)；III组(硫含量≤0.03重量％，且≥90重量％饱和物，粘度指数≥120)；IV组(所有聚α烯烃(PAO))；和V组(所有不包括在I、II、III或IV组中的其它基油)。具有润滑粘度的油包括APII组、II组、III组、IV组、V组油或其混合物。通常，具有润滑粘度的油为APII组、II组、III组、IV组油或其混合物。作为选择，具有润滑粘度的油通常为APIII组、III组或IV组油或其混合物。

其它类型的有机介质可包括有机溶剂，例如脂族、不饱和和芳族烃，C₈或较高级醇、二醇和二醇醚，以及C₈或高级醚、酯、酰胺等。

适于制备粘弹性流体的燃料不特别受限。燃料可以为烃燃料、非烃燃料或其混合物。燃料可以为石油馏分，包括如ASTM规格D4814所定义的汽油或者如ASTM规格D975所定义的柴油燃料。烃燃料可以为重质燃料，例如重馏分取暖用油或船用/工业燃料油，包括燃料舱燃料。烃燃料可以为通过天然气合成油方法制备的烃，包括例如通过方法如费托法制备的烃。非烃燃料可以为通常称为氧合物的含氧组合物，包括醇、醚、酮、羧酸的酯、硝基烷烃或其混合物。非烃燃料可包括例如甲醇、乙醇、甲基叔丁基醚、甲乙酮、酯交换油和/或来自植物和动物的脂肪，例如菜子油甲酯和大豆甲酯和硝基甲烷。烃和非烃燃料的混合物可包括例如汽油和甲醇和/或乙醇、柴油燃料和乙醇，以及柴油燃料和酯交换植物油如菜子油甲酯。在本发明一个实施方案中，液态燃料为水在烃燃料、非烃燃料或其混合物中的乳液。

在一个实施方案中，有机介质可以为油田产品，例如全井产品或井身中或者来自井身的多相混合物，或在气体和/或水至少部分分离以后在井口处的一种，例如油出口馏分。在一个实施方案中，有机介质可以为精炼或石油化学工艺流或者重馏分或残留燃料。

粘弹性流体还可包含胶凝剂。胶凝剂包括能够与路易斯酸形成螯合物的有机化合物，或者简称为“有机化合物”；至少一种路易斯酸；和至少一种碱性化合物。在一个实施方案中，胶凝剂可以为有机化合物、至少一种路易斯酸和至少一种碱性化合物的反应产物。在另一实施方案中，胶凝剂可以为有机化合物、至少一种路易斯酸和至少一种碱性化合物的反应产物，和/或其反应产物；即，胶凝剂可包括单独的组分，它也可包括由成分的混合物产生的反应产物，或者它可包含二者的组合。

胶凝剂包括能够与路易斯酸形成螯合物的有机化合物。术语“螯合物”以其通常接受的含义使用，意指包含以配位键结合在中心原子上的配体的化合物。因此，有机化合物为可提供一对电子并且与路易斯酸形成配位键的那些。在一个示例实施方案中，有机化合物可选自以下至少一种：i)有机羟基酸，ii)芳族多元醇，或者iii)i)和ii)的组合。

羟基酸可由式(OH)(R)R¹-(COOH)_x表示，其中x为1-3，R可以为具有1-12个碳原子，或者1-10个碳原子，或者1至6或8个碳原子的烷基或烯基，且R¹可以为R上的烃基取代基。作为烷基R，可以为直链、支化或环状的，且作为烯基R，可以为直链、支化或环状、脂族或芳族的。R也可包括一个或多个杂原子代替碳原子，例如氮、磷和硫，条件是R保留至少1-4个碳原子。羟基酸可以为α-、β-、γ-或其混合物，并且可包含单一羧酸结构部分，例如羟基乙酸中的，或者多个羧酸结构部分，例如酒石酸中的，二者都适于粘弹性流体。另一合适的羟基酸可以为水杨酸。合适的羟基酸的其它实例包括乳酸、柠檬酸、扁桃酸、羟基丁酸和肉碱。在一个实施方案中，羟基酸包含或者由α-羟基酸组成。在一个实施方案中，羟基酸包含或者由β-羟基酸组成。在一个实施方案中，羟基酸包含或者由γ-羟基酸组成。在一个实施方案中，羟基酸可不包含α-羟基酸。在一个实施方案中，羟基酸可不包含β-羟基酸。在一个实施方案中，羟基酸可不包含γ-羟基酸。

芳族多元醇可由下式表示：

其中R³和R⁴可以为OH或者具有1-12个碳原子，或者1-10个碳原子，或者1至6或8个碳原子的烷基或烯基；且R¹可以为H或烃基取代基。芳族多元醇可包括但不限于例如苯二醇，例如儿茶酚、间苯二酚和氢醌。在一个实施方案中，芳族多元醇可以为儿茶酚，在类似的实施方案中，芳族多元醇可以为烃基取代的儿茶酚。

如所述，有机化合物，例如羟基酸和/或芳族多元醇也可被烃基取代基R¹取代。如本文所用，术语“烃基取代基”或“烃基”以其本领域技术人员熟知的常用意义使用。具体而言，它指具有直接连接在分子其余部分上的碳原子且主要具有烃性质的基团。烃基的实例包括：烃取代基，包括脂族、脂环族和芳族取代基；取代的烃取代基，即含有在本发明上下文中不改变取代基的主要烃性质的非烃基团的取代基；和杂取代基，即类似地具有主要烃性质，但在环或链中含有不同于碳的取代基。术语“烃基取代基”或“烃基”的更详细定义在国际公开US2010-0197536的第[0137]至[0141]段中找到。

有机化合物，例如羟基酸或芳族多元醇上的烃基取代基可包含1-32个碳原子，或者1-26或1-18个碳原子。烃基取代基还可包含平均至少约8，或者至少约20，或者至少约30，或者至少约35个碳原子至约350，或者至约200，或者至约100个碳原子。

示例的烃基取代基可包括例如聚烯烃。聚烯烃的特征可以为至少约500的Mn(数均分子量)。聚烯烃的特征可以为至少约500，或者至少约700，或者至少约800，或者至少约900至约5000，或者至约2500，或者至约2000，或者至约1500的Mn。在一个实施方案中，Mn可以为约500，或者约700，或者约800，至约1200或约1300。在一个实施方案中，多分散性(Mw/Mn)可以为至少约1.5。

聚烯烃可包括具有2-16个碳原子，或者2-6个碳原子，或者2-4个碳原子的可聚合烯烃单体的均聚物和共聚物。烯烃可以为单烯烃，例如乙烯、丙烯、1-丁烯、异丁烯和1-辛烯；或者聚烯烃单体，例如二烯烃单体，例如1,3-丁二烯和异戊二烯。在一个实施方案中，共聚物可以为均聚物。可使用的聚合物的实例为聚丁烯。在一个实施方案中，约50％的聚丁烯可衍生自异丁烯。聚烯烃可通过常规程序制备。

在一些实施方案中，有机化合物可以为二聚或三聚的并且作为二聚物或三聚物使用。有机化合物可例如通过与合适的连接剂，例如具有有效氧或硫原子的化合物，以及通过使用各种FriedelCrafts酰化或烷基化，或者通过使用不同的金属催化剂如Heck反应或Suzuki偶联二聚或三聚，这是本领域技术人员熟知的。合适的连接剂可包括但不限于甲醛。在一个实施方案中，能够与路易斯酸形成螯合物的有机化合物可以为有机羟基酸的甲醛偶联二聚物，例如水杨酸的甲醛偶联二聚物，在一个实施方案中，其可由下式I表示。在另一实施方案中，能够与路易斯酸形成螯合物的有机化合物可以为芳族多元醇的甲醛偶联二聚物，例如甲醛偶联的儿茶酚二聚物，在一个实施方案中，其可由下式II表示。在另一实施方案中，能够与路易斯酸形成螯合物的有机化合物可以为至少两种或更多种不同的有机化合物，例如两种不同的有机羟基酸或两种不同的芳族多元醇的混合二聚物或三聚物，或者甚至至少一种有机羟基酸和至少一种芳族多元醇的组合。

胶凝剂还包括至少一种路易斯酸。适用于胶凝剂中的路易斯酸不特别受限，并且可以为可接受电子对的任何化学物种，这是技术人员容易确定的。简单的阳离子可作为路易斯酸用于胶凝剂中，如可以为具有电子的不完全八角式的任何原子或化合物，或者具有可具有多于8价壳层电子的中心原子的化合物。

对于实践目的，路易斯酸可由式MX_n表示，其中“M”可以为铬(Cr)、硼(B)、铝(Al)、钛(Ti)、硅(Si)、锆(Zr)、锌(Zn)等，且“X”可以为例如烷氧基(例如ROR，其中R为烃基)、羟基(例如ROH，其中R为烃基)、卤素或烃基卤基团(例如F、Cl、Br、I或RF等，其中R为烃基)。“n”简单地为确保将一定化合价的M填充至M与X之间可能的程度所需的整数。例如，在AlCl₃中，n为3，其填充一定化合价的Al填充至Al与Cl之间可能的程度。

路易斯酸的一些实例包括三烷基硼酸酯[B(OR)₃]，例如硼酸三(2-乙基己基)酯；硼酸[B(OH)₃]或其各种缩合衍生物，例如偏硼酸；三卤化硼如BF₃、BCl₃、BClBr₂、BBr₃和BBrCl₂；以及卤化铝，例如AlCl₃、AlClBr₂、AlBr₃和AlBrCl₂。

胶凝剂还包含至少一种碱性化合物。选择碱性化合物以使胶凝剂在与有机介质接触时胶凝。不受理论束缚，认为胶凝机制涉及胶凝介质的胶束网络的形成，其中通过螯合在路易斯酸的中心原子上的羟基酸螯合而形成的阴离子和包含碱的共轭酸的阳离子充当乳化介质的扩展网络中的表面活性剂。该胶凝剂络合物的形成通常需要胶凝剂在油中的一定不溶性水平。如果胶凝剂太可溶于油中，优选增溶以形成乳液，如果溶解度太低，则不会发生胶凝，因为胶凝剂优先于乳液而形成分离相。

碱性化合物可包含在酸化时形成挥发性化合物的阴离子。因此，碱性化合物可包括常规碱，例如氢氧化物或氧化物(在酸化时产生水)，以及碱性盐，例如乙酸盐(产生乙酸)、其它链烷酸酯，以及碳酸盐和碳酸氢盐(产生二氧化碳)。就本发明而言，挥发性化合物可定义为在室温下显示出显著的蒸气压力并且如果需要的话可通过蒸发，任选随着加热或在真空下而从溶液中除去的那些。挥发性材料通常具有在大气压力下130℃或更小，优选100℃或更小，更优选70℃或更小的沸点。最优选，它们在室温下为气体。

碱性化合物通常可以为金属、铵(NH₄ ⁺)或胺(NR₄ ⁺)化合物，例如碱金属、碱土金属、铵或胺盐。在一个示例实施方案中，阳离子可以为锂、钠、钾、钙或镁，使得碱性化合物可以为锂、钠、钾、钙或镁化合物。

尽管先前的描述，碱性化合物不特别受限。碱性化合物的一些实例为碳酸锂、氢氧化锂、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钙、氢氧化钙、碳酸镁和氢氧化镁，尽管任何合适的金属化合物可用作阳离子。

合适的碱性化合物的其它实例可包括例如胺，包括多胺，例如二胺、三胺和高级多胺，以及烷基醚胺。胺可以为包含1-36个碳原子，或者1-26个碳原子，或者1至12或18或20个碳原子的取代或未取代脂族或芳族胺。胺还可以被羟基取代，意指胺中的氮原子可用OH基团官能化。其它实例包括包含碱性胺官能的化合物，例如存在于无灰润滑剂分散剂中的那些，例如聚异丁烯基琥珀酰亚胺和抗氧化剂如烷基化二苯胺。

无灰分散剂如此称谓是因为在提供时它们不包含金属，因此在加入润滑剂中时通常不贡献硫酸盐灰。然而，当然，它们可能与包含含金属物种的混合物中的环境金属相互作用。无灰分散剂的特征是连接在较高分子量烃链上的极性基团。典型的无灰分散剂包括N-取代长链烯基琥珀酰亚胺，其具有多种化学结构，通常包括：

其中各个R¹独立地为烷基，通常具有500-5000的分子量的聚异丁烯基团，且R²为亚烷基，通常亚乙基(C₂H₄)。这类分子通常衍生自烯基酰化剂与多胺的反应，且除以上显示的简单酰亚胺结构外，两个结构部分之间的多个键是可能的，包括多种酰胺和季铵盐。另外，R¹基团在酰亚胺结构上的多种连接模式是可能的，包括各种环键。酰化剂的羰基与胺的氮原子的比可以为1:0.5-1:3，在其它情况下，1:1-1:2.75或1:1.5-1:2.5。琥珀酰亚胺分散剂更完整地描述于美国专利Nos.4,234,435和3,172,892以及EP0355895中。

另一类无灰分散剂包括曼尼希碱。这些为通过较高分子量烷基取代苯酚、亚烷基多胺和醛如甲醛缩合而形成的材料。这类材料可具有通式：

(包括多种异构体等)且更详细地描述于美国专利No.3,634,515中。

抗氧化剂可包括芳族胺，通常下式的二芳基胺：

其中R⁵为苯基或者被R⁷取代的苯基，且R⁶和R⁷独立地氢或者包含1-24个碳原子的烷基。在某些实施方案中，R⁵为被R⁷取代的苯基，且R⁶和R⁷为包含4-20或6-16或8-12或8-10个碳原子，在一些实施方案中，约9个碳原子的烷基。在一些实施方案中，R⁶为所述的烷基且R⁷为氢，在一些实施方案中，存在其中R⁷在一些分子中为H，且在其它分子中为烷基的材料的混合物。

在一个实施方案中，胺类抗氧化剂包含烷基化二苯胺，例如下式的壬基化二苯胺：

通常使用单-和二-C₉取代材料的混合物。其它胺类抗氧化剂包括N-苯基-α-萘胺、N-苯基-β-萘胺、四甲基二氨基二苯基甲烷、邻氨基苯甲酸、吩噻嗪、4-(苯基氨基)苯酚，和上述任一种的烷基化衍生物，烷基(或烃基)通常具有足够的长度以赋予油溶性的度量。

胺类抗氧化剂的具体实例包括单烷基二苯胺，例如单辛基二苯胺和单壬基二苯胺；二烷基二苯胺，例如4,4'-二丁基二苯胺、4,4'-二戊基二苯胺、4,4'-二己基二苯胺、4,4'-二庚基二苯胺、4,4'-二辛基二苯胺和4,4'-二壬基二苯胺；聚烷基二苯胺，例如四-丁基二苯胺、四-己基二苯胺、四-辛基二苯胺和四-壬基二苯胺；萘胺，例如α-萘胺和苯基-α-萘胺；丁基苯基-α-萘胺、戊基苯基-α-萘胺、己基苯基-α-萘胺、庚基苯基-α-萘胺、辛基苯基-α-萘胺和壬基苯基-α-萘胺。在这些中，通常使用二烷基二苯胺和萘胺。

有机羟基酸、路易斯酸和碱性化合物可以以约0.1至约10有机羟基酸:约1路易斯酸:约0.1至约10碱性化合物的摩尔比存在于胶凝剂中。在另一实施方案中，摩尔比可以为约0.5至约3:约1:约0.5至约3，或者约1至约2:约1:约1至约2，例如2:1:1。

胶凝剂可以以基于有机介质和胶凝剂的组合重量约0.01至约25重量％存在于粘弹性流体中。在另一实施方案中，胶凝剂可以以基于有机介质和胶凝剂的组合重量约0.02至约15重量％，或者约0.05至约10重量％，或者甚至0.1至约5重量％存在。

粘弹性流体可用于多个目的。例如，粘弹性流体可用于流变控制，作为分散体的稳定剂、作为分散剂、作为润滑剂、作为促进剂等。

粘弹性流体可用于无数最终应用中。在一个实施方案中，粘弹性流体可作为添加剂用于能源勘探和水处理领域中。例如，粘弹性流体可在油气烃生产应用中，例如在钻井和水力压裂应用或者其它井下油田应用中加入流体中。

粘弹性流体可充当钻探泥浆中的流变控制剂。钻井液主要用于将钻探产生的碎片和岩屑运送到表面；润滑和冷却钻头和钻柱；形成阻止滤液入侵岩层的滤饼；保持井孔的壁；控制岩层压力和防止流失物返回；使钻探设备停机期间的岩屑悬浮；和保护岩层稍后成功的完井和生产。钻井液或淤浆优选能够在钻井液循环停止时使钻屑和重材料悬浮。进一步理想的是具有在操作期间以及甚至在具有提高的固体含量的组合物中保持触变和流变的钻井液或淤浆。粘弹性流体可有效地帮助任何上述功能。

目前使用两种主要类别的钻井液或淤浆。另外，偶尔使用稍微不同的泡沫钻井液。该流体为油基或水基的。有机流体通常为包含为不连续乳化相的一些水的油包水乳液。通常，所用水包含25-30重量％氯化钙。油为连续相。另一主要类别的钻井液为水基钻井液。这些水基组合物可包含一些油相。如果存在油，则它作为不连续乳化相存在。因此，包含油的水基流体为水包油乳液。由于乳液的外部性能，例如分散性、润湿特性和感觉由连续相决定，油基流体更可能是油，即使它们包含水，且水基流体更可能是水，即使它们可包含油。在一个实施方案中，粘弹性流体可用于油基钻井液中。在一个实施方案中，粘弹性流体可用于水基钻井液中。

本文所述钻井液还可包含加重材料以提高流体的密度。这类加重材料的主要目的是提高钻井液的密度以防止回弹和井喷。本领域技术人员应当知道和理解防止回弹和井喷对钻机的日常安全操作而言是重要的。因此，很大程度上取决于待钻探的岩层的性质，将加重材料以功能上有效量加入钻井液中。适用于配制所主张主题的钻井液中的加重材料通常可选自任何类型的加重材料，其为固体、颗粒形式，作为制备方法的一部分悬浮于溶液中、溶于水相中或者其后在钻探期间加入。示例的加重材料可选自亲有机物质粘土、硫酸钡、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、碱性卤化物、碱土卤化物、碳酸镁、锌卤化物、甲酸锌、乙酸锌、卤化铯、甲酸铯、乙酸铯，以及其它熟知的有机和无机盐，以及这些化合物和可用于配制钻井液的类似这类加重材料的混合物和组合。

在一些实施方案中，粘弹性流体可用作任何加重材料的替换。即，在一个实施方案中，钻井液可包含粘弹性流体并且不包括加重剂。

除上述组分外，也可配制所述钻井液以包含通常称为聚合物增粘剂的材料、流体损失控制剂、胶凝材料、稀释剂和流体损失控制剂，以及任选加入水基钻井液配制剂中的其它化合物和材料。在这些其它材料中，可各自以钻探条件在流变和功能上要求的浓度加入配制剂中。用于水基钻井液中的典型流体损失控制剂和胶凝材料为聚阴离子纤维素、羧甲基纤维素(PAC或CMC)、化学改性淀粉、膨润土、海泡石、粘土、凹凸棒石粘土、阴离子高分子量聚合物和生物聚合物。还通常将稀释剂，例如木素磺酸盐加入水基钻井液中。通常加入木素磺酸盐、改性木素磺酸盐、聚磷酸盐和丹宁酸。在其它实施方案中，低分子量聚丙烯酸酯也可作为稀释剂加入。将稀释剂加入钻井液中以降低粘度和控制胶凝倾向。稀释剂执行的其它功能包括降低过滤和滤饼厚度，抵消盐的作用，使水对钻探岩层的影响最小化，将油在水中乳化，和在升高的温度下稳定泥浆性能。

可能存在于本文所述钻井液中的其它添加剂包括产品，例如页岩抑制剂、页岩包封剂，例如聚酰胺和二醇，润滑剂、渗透率增强剂、消泡剂、腐蚀抑制剂和损失循环产品。这类化合物是配制水基钻井液领域中的技术人员已知的。

所公开的技术的钻井液包括以足以改变或保持流体的流变性能的量存在的本文所述粘弹性流体。在一些实施方案中，粘弹性流体可以以1:0.1的钻井液:粘弹性流体重量比至约1:5重量比使用。在其它实施方案中，粘弹性流体可以以1:0.25的钻井液:粘弹性流体重量比至约1:2.5重量比，或者1:0.5重量比至约1:1.5重量比使用。在其它实施方案中，粘弹性流体可以以1:0.75的钻井液:粘弹性流体重量比至约1:1.25重量比，或者甚至1:1重量比使用。

粘弹性流体可用于其中的其它油田材料包括强化采油液、压裂液、浸泡液、流体损失材料和胶合材料。

粘弹性流体可充当用于水力压裂液中的粘度促进填料的分散稳定剂。许多水力压裂液包括聚合物材料，包括可水合聚合物，例如半乳甘露聚糖，包括瓜尔胶或决明胶，和改性半乳甘露聚糖，例如羟乙基瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶或者甘油基决明胶；淀粉，例如羧甲基纤维素和羟乙基纤维素；丙烯酸酯聚合物，例如可由LubrizolAdvancedMaterials得到的Carbopol^TM；颗粒物，例如粘土、颜料(二氧化钛、碳酸钙和其它矿物)、研磨剂等。这些材料，特别是聚合物通常以淤浆形式储存并且根据需要泵送到压裂液中。聚合物淤浆的储存可能产生相分离和聚合物降解，这是由保持淤浆再循环所需的剪切导致的。粘弹性流体可用于帮助使聚合物材料悬浮于这类聚合物淤浆中。

粘弹性流体和粘度促进填料如瓜尔胶在油中的淤浆可包含以足以改变或保持流体的稳定性而不再循环的量存在的粘弹性流体。在一些实施方案中，粘弹性流体可以以1:0.1的粘度促进填料:粘弹性流体重量比至约1:5重量比使用。在其它实施方案中，粘弹性流体可以以1:0.25的粘度促进填料:粘弹性流体重量比至约1:2.5重量比，或者1:0.5重量比至约1:1.5重量比使用。在其它实施方案中，粘弹性流体可以以1:0.75的粘度促进填料:粘弹性流体重量比至约1:1.25重量比，或者甚至1:1重量比使用。

粘弹性流体也可用于例如水处理应用，例如废水、冷却水、饮用水净化等，以及用于清洗或者包含化学回油(spill)的流体，例如酸-回油吸收剂等中。

粘弹性流体可与其它添加剂一起用于能源勘探和水处理应用中。其它这类添加剂可包括但不限于二醇(单乙二醇、二甘醇、单丙二醇、二丙二醇、单丙二醇、二丁二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、1,6-己二醇、1,8-辛二醇、1,10-癸二醇、2-甲基-1,3-丙二醇等)，可水合聚合物，例如多糖，例如液体载体可溶性树脂(苯乙烯-异戊二烯共聚物、苯乙烯乙烯-丙烯嵌段共聚物、苯乙烯异丁烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚丁烯、聚苯乙烯、聚乙烯-丙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯及其混合物)，促进剂，包括固体颗粒或砂砾(石英砂粒、玻璃和陶瓷珠粒、烧结矾土颗粒、施胶碳酸钙、施胶盐、核桃壳碎片、铝团粒、尼龙团粒等)，其它增粘剂、水润湿表面活性剂、粘土稳定添加剂、积垢溶解剂、生物聚合物降解添加剂、pH缓冲剂、杀生物剂、表面活性剂、非乳化剂、消泡剂、无机积垢抑制剂、着色剂、粘土控制剂和其它常见组分。

除非另有说明，所述各个化学组分的量表示为排除了通常可存在于商业材料中的任何溶剂或稀释油，即基于活性化学品。然而，除非另有说明，本文提及的各个化学品或组合物应当理解为可含有异构体、副产物、衍生物和通常应当理解存在于商品级中的其它这类材料的商品级材料。

已知一些上述材料在最终配制剂中可能相互作用，使得最终配制剂的组分可能与起初加入的那些不同。例如，金属离子(例如清净剂的)可迁移至其它分子的其它酸性或阴离子部位。由此形成的产品，包括经以其意欲用途使用本发明组合物而形成的产品可能不容易描述。然而，所有这类改进和反应产物均包括在本发明的范围内；本发明包括通过将上述组分混合而制备的组合物。

实施例

实施例1

试样A—胶凝剂通过将水杨酸、(硼酸三(2-乙基己基)酯)和油胺以2:1:1摩尔比混合而制备。

试样B—胶凝剂通过将水杨酸、(硼酸三(2-乙基己基)酯)和硬脂胺以2:1:1摩尔比混合而制备。

试样C—胶凝剂通过将5-十六烷基-2-羟基苯甲酸、(硼酸三(2-乙基己基)酯)和油胺以2:1:1摩尔比混合而制备。

试样D—胶凝剂通过将5,5’-亚甲基双-(2-羟基苯甲酸)、(硼酸三(2-乙基己基)酯)和油胺以2:1:1摩尔比混合而制备。

试样E—胶凝剂通过将2-羟基苯甲酸、(硼酸三(2-乙基己基)酯)和聚异丁烯琥珀酰亚胺以2:1:1摩尔比混合而制备。

实施例2

通过对比具有胶凝剂的试样与不具有胶凝剂的试样的稳定性而评估试样A的胶凝剂在具有生物聚合物的矿物油中的稳定性。将胶凝剂、矿物油和生物聚合物(在这种情况下，瓜尔胶)放入广口瓶中并在50℃下摇动1小时，然后使其冷却至室温。稳定性评估基于混合物的清澈性和存在的相的数目。结果提供于表1中。

表1

实施例3

关于混合物中矿物油的含量和混合物温度，评估试样A和试样B的胶凝剂的剪切稀化性能。将试样混合物3-15放入Ofite^TM型号900粘度计中并在不同的主轴速度和温度下测量混合物的粘度。结果提供于表2中。

实施例4

在各种不同的油中评估试样A的胶凝剂。粘度使用OFITE^TM型号900粘度计在300rpm和室温下测量。结果提供于表3中。

表3

将以上提及的各文件通过引用并入本发明，包括保护其优先权的任何先前申请，无论上文是否具体地列出。任何文件的提及不是承认该文件取得现有技术的资格或以任何权限构成技术人员的常识。除实施例中，或另外明确指出外，在本说明书中描述材料的量、反应条件、分子量、碳原子数等的所有数量应当理解被措辞“约”修饰。应当理解本文所述量、范围和比的上限和下限可独立地组合。类似地，本发明各个元素的范围和量可以与任何其它元素的范围或量一起使用。

如本文所用，与“包括”、“含有”或“特征是…”同义的过渡术语“包含”为包括性或开放性的，且不包括其它未描述的元素或方法步骤。然而，在本文中“包含”的每次描述中，意欲作为可选实施方案，该术语还包括短语“基本由…组成”和“由…组成”，其中“由…组成”不包括未描述的任何元素或步骤，且“基本由…组成”容许包括不实质性影响所考虑的组合物或方法的重要或基本和新特性的其它未描述元素或步骤。

尽管显示了某些代表性实施方案和细节以阐述本发明，本领域技术人员了解可不偏离本发明的范围而做出本文的各个改变和改进。就这点而言，本发明的范围仅受以下权利要求书限制。

Claims (21)

1.粘弹性流体，其包含：

I)有机介质，和

II)胶凝剂，其包含：

a)能够与路易斯酸形成螯合物的有机化合物，

b)路易斯酸，和

c)碱性化合物，

和/或a)、b)和c)混合物的反应产物，

其中选择碱性化合物以使胶凝剂在与有机介质接触时胶凝。

2.根据权利要求1的粘弹性流体，其中能够与路易斯酸形成螯合物的有机化合物选自以下至少一种：

i)包含2个或更多氧原子的有机羟基酸及其烃基取代衍生物，

ii)芳族多元醇及其烃基取代衍生物，或

iii)i)和ii)的组合。

3.根据权利要求2的粘弹性流体，其中II)的有机羟基酸a)i)为水杨酸或其烃基取代衍生物。

4.根据权利要求2的粘弹性流体，其中II)的有机羟基酸a)ii)为水杨酸的甲醛偶联二聚物或其烃基取代衍生物。

5.根据权利要求2的粘弹性流体，其中II)的芳族多元醇a)ii)为儿茶酚或其烃基取代衍生物。

6.根据权利要求2的粘弹性流体，其中II)的芳族多元醇a)ii)为儿茶酚的甲醛偶联二聚物或其烃基取代衍生物。

7.根据前述权利要求中任一项的粘弹性流体，其中路易斯酸具有下式：

MX_n

其中M为铬(Cr)、硼(B)、铝(Al)、钛(Ti)、硅(Si)、锆(Zr)或锌(Zn)，

X为烷氧基、羟基、卤素或烃基卤基团，且

n为约1-10的整数。

8.根据前述权利要求中任一项的粘弹性流体，其中碱性化合物为有机胺。

9.根据前述权利要求中任一项的粘弹性流体，其中a):b):c)的摩尔比为a)0.1-10，b)1，c)0.1-10。

10.根据前述权利要求中任一项的粘弹性流体，其中II)的胶凝剂以基于组合I)和II)的重量约0.01至约25％存在。

11.根据前述权利要求中任一项的粘弹性流体，其进一步包含III)其它添加剂。

12.根据权利要求11的粘弹性流体，其中其它添加剂为粘度促进填料。

13.根据权利要求12的粘弹性流体，其中粘度促进填料为亲有机物质粘土。

14.根据权利要求13的粘弹性流体，其中亲有机物质粘土以基于组合I)、II)和III)的重量约0.1至约10重量％存在，II)的胶凝剂以基于组合I)、II)和III)的重量约0.1至约25重量％存在，且I)的有机介质构成余量。

15.根据权利要求11的粘弹性流体，其中其它添加剂为固体。

16.根据权利要求15的粘弹性流体，其中固体选自可水合聚合物。

17.将地下岩层压裂的方法，其包括步骤：

(a)提供根据前述权利要求中任一项的粘弹性流体，和

(b)在足够的压力下将粘弹性流体泵送通过井眼并送到地下岩层中以将岩层压裂。

18.钻探井眼的方法，其包括步骤：

(a)提供根据权利要求1-16中任一项的粘弹性流体，和

(b)在足够的压力下将粘弹性流体泵送到井眼中以将钻屑从井眼中运出。

19.控制有机介质的流变的方法，其包括步骤：

提供有机介质，

向有机介质中加入胶凝剂，所述胶凝剂包含：

a)包含2个或更多氧原子的有机羟基酸及其烃基取代衍生物，其中羟基酸能够与路易斯形成螯合物，

b)路易斯酸，和

c)碱性化合物，

和/或a)、b)和c)混合物的反应产物，

其中选择碱性化合物以使胶凝剂在与有机介质接触时胶凝。

20.防止包含有机介质和悬浮的添加剂的非均相组合物中的絮凝的方法，其包括步骤：

提供有机介质，

将添加剂加入有机介质中，

将胶凝剂加入有机介质中，其中胶凝剂包含：

a)选自以下至少一种的有机化合物：

i)包含2个或更多氧原子的有机羟基酸及其烃基取代衍生物，

ii)芳族多元醇及其烃基取代衍生物，

其中羟基酸或芳族多元醇能够与路易斯酸形成螯合物，

b)路易斯酸，和

c)碱性化合物，

和/或a)、b)和c)混合物的反应产物，

其中选择碱性化合物以使胶凝剂在与有机介质接触时胶凝。

21.根据权利要求20的方法，其中添加剂为可水合聚合物。