CN109476981B - 有机粘土组合物及其用途 - Google Patents

有机粘土组合物及其用途 Download PDF

Info

Publication number
CN109476981B
CN109476981B CN201780042502.2A CN201780042502A CN109476981B CN 109476981 B CN109476981 B CN 109476981B CN 201780042502 A CN201780042502 A CN 201780042502A CN 109476981 B CN109476981 B CN 109476981B
Authority
CN
China
Prior art keywords
organoclay composition
clay
composition according
quaternary ammonium
mineral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780042502.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109476981A (zh
Inventor
R·W·贝内特
P·M·鲍尔
R·纳吉尔斯迪克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BYK Chemie GmbH
Original Assignee
Beike Chemical Co ltd
BYK USA Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beike Chemical Co ltd, BYK USA Inc filed Critical Beike Chemical Co ltd
Publication of CN109476981A publication Critical patent/CN109476981A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109476981B publication Critical patent/CN109476981B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/32—Non-aqueous well-drilling compositions, e.g. oil-based
    • C09K8/36—Water-in-oil emulsions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K8/00—Cosmetics or similar toiletry preparations
    • A61K8/18—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition
    • A61K8/19—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing inorganic ingredients
    • A61K8/26—Aluminium; Compounds thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K8/00—Cosmetics or similar toiletry preparations
    • A61K8/18—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition
    • A61K8/30—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing organic compounds
    • A61K8/40—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing organic compounds containing nitrogen
    • A61K8/41—Amines
    • A61K8/416—Quaternary ammonium compounds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61Q—SPECIFIC USE OF COSMETICS OR SIMILAR TOILETRY PREPARATIONS
    • A61Q19/00—Preparations for care of the skin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/40—Compounds of aluminium
    • C09C1/42—Clays
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/03—Specific additives for general use in well-drilling compositions
    • C09K8/035—Organic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/32—Non-aqueous well-drilling compositions, e.g. oil-based
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/32—Non-aqueous well-drilling compositions, e.g. oil-based
    • C09K8/34—Organic liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/60—Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
    • C09K8/62—Compositions for forming crevices or fractures
    • C09K8/64—Oil-based compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/60—Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
    • C09K8/80—Compositions for reinforcing fractures, e.g. compositions of proppants used to keep the fractures open
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M125/00—Lubricating compositions characterised by the additive being an inorganic material
    • C10M125/26—Compounds containing silicon or boron, e.g. silica, sand
    • C10M125/30—Clay
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D10/00—Compositions of detergents, not provided for by one single preceding group
    • C11D10/04—Compositions of detergents, not provided for by one single preceding group based on mixtures of surface-active non-soap compounds and soap
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D3/00—Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
    • C11D3/02—Inorganic compounds ; Elemental compounds
    • C11D3/12—Water-insoluble compounds
    • C11D3/124—Silicon containing, e.g. silica, silex, quartz or glass beads
    • C11D3/1246—Silicates, e.g. diatomaceous earth
    • C11D3/1253—Layer silicates, e.g. talcum, kaolin, clay, bentonite, smectite, montmorillonite, hectorite or attapulgite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D3/00—Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
    • C11D3/02—Inorganic compounds ; Elemental compounds
    • C11D3/12—Water-insoluble compounds
    • C11D3/124—Silicon containing, e.g. silica, silex, quartz or glass beads
    • C11D3/1246—Silicates, e.g. diatomaceous earth
    • C11D3/1253—Layer silicates, e.g. talcum, kaolin, clay, bentonite, smectite, montmorillonite, hectorite or attapulgite
    • C11D3/1266—Layer silicates, e.g. talcum, kaolin, clay, bentonite, smectite, montmorillonite, hectorite or attapulgite in liquid compositions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K2800/00—Properties of cosmetic compositions or active ingredients thereof or formulation aids used therein and process related aspects
    • A61K2800/10—General cosmetic use
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2201/00—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2201/10—Compounds containing silicon
    • C10M2201/102—Silicates
    • C10M2201/103—Clays; Mica; Zeolites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2201/00—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2201/14—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions inorganic compounds surface treated with organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/20—Metal working
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2050/00—Form in which the lubricant is applied to the material being lubricated
    • C10N2050/10—Semi-solids; greasy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D1/00—Detergent compositions based essentially on surface-active compounds; Use of these compounds as a detergent
    • C11D1/38—Cationic compounds
    • C11D1/62—Quaternary ammonium compounds

Abstract

一种有机粘土组合物，其是已用至少有机季铵化合物和增效剂处理过的矿物粘土或矿物粘土混合物，所述增效剂包含(i)三聚酸的胺盐，和(ii)单羧脂肪酸的胺盐。所述单羧脂肪酸可以是(a)至少一种饱和羧酸；和/或(b)至少一种不饱和羧酸。

Description

有机粘土组合物及其用途
提供了亲有机页硅酸盐(下文称为“有机粘土”)，更尤其是由已用 季铵或鏻化合物和增效剂的组合处理过的特定矿物粘土或粘土混合物制成 的有机粘土。所得有机粘土可用作非水流体系统的功能添加剂，其中它们 可提供所需流变性质或可提供此类系统追求的其它机械或物理性质。
在一个示例性用途中，有机粘土的流变性质在钻井液中是重要的。钻 井液，也称作循环流体，用于含烃的地质构造的旋转钻探。钻井液也可用 于含其它材料，如水的地质构造的旋转钻探。钻井液有三大类：水基钻井 液；非水或油基钻井液；和气态钻井液。钻井液也可被称为“钻井泥浆”。 本主题的一个特定用途的焦点是在非水/油基钻井液中；为简单起见，除非 另行规定，下文使用的术语“钻井液”是指非水/油基钻井液。但是，预计 本主题可用于其它钻井液。
在借助旋转钻探工具钻探油、气或水井的过程中，钻杆和钻头旋转以 钻出钻孔。所谓的“钻井液”或“钻井泥浆”经空心钻杆管和钻头喷嘴向 下循环到钻孔底部，然后经由钻杆管和钻孔内部(井筒壁)之间的环形空 隙沿井向上流回地表。这一钻井液包含固体材料在液体介质中的悬浮液并 可含有其它外加试剂。在钻井液沿井筒向上回流时，其带出钻屑，这在钻 井液再循环和再利用之前除去。钻井液润滑和冷却钻头，并将钻屑悬浮和 带出钻孔。为了履行这些和其它功能，钻井液应该合意地具有某些物理特 性。这些包括剪切稀化粘度以使其能够泵送和循环。该流体还应具有足够 的凝胶强度以在流体泵送的循环停止(例如由于机械故障)时使钻屑保持 悬浮在钻孔中。钻井液履行许多附加功能，包括：提供流体静压；支撑钻 杆和/或套管的重量；涂覆井筒表面以防止井筒泄漏和/或至少部分坍塌；和 防止材料流入或流出井筒。
本有机粘土组合物进一步可用于其它主要非水流体系统，如水力压裂 液、有机脂类组合物、润滑剂、金属加工液、墨水、油/溶剂型漆制剂、涂 料、密封剂和胶粘材料、不饱和聚酯体系、不饱和聚酯/苯乙烯树脂体系、 乙烯基酯体系、丙烯酸系树脂、环氧树脂体系、聚氨酯树脂体系、纳米复 合材料、模制化合物、化妆品、清洁剂、个人护理制剂和家庭护理制剂等。
本有机粘土组合物包括已用至少有机季铵或鏻化合物或其前体和增效 剂处理过的矿物粘土的协同组合，所述增效剂包含(i)三聚酸的胺盐，和(ii) 单羧脂肪酸的胺盐。所述单羧脂肪酸可以是：(a)至少一种饱和羧酸；和/ 或(b)至少一种不饱和羧酸。
所用粘土可以是下文详述的具有显著的碱交换量的任何粘土。
为了获得所需有机粘土，矿物粘土或矿物粘土混合物可用如本领域技 术人员公知的功能有机化合物处理或反应。所用有机化合物的量取决于所 用粘土的反应性，但可为每100克粘土大约20至300毫当量的表面活性剂， 例如有机铵或鏻盐。该反应可在水中进行并且可以分离和干燥处理过的粘 土。
更通常，有机粘土可通过湿法或干法制备，这取决于所需最终用途， 和/或表面活性剂处理的量和/或类型。湿法加工的有机粘土可能比干法加工 的有机粘土更快屈服并具有更高的热稳定性，因为脱除了惰性材料并且湿 法加工的有机粘土的表面处理更完全。另外，增效剂可通过例如但不限于 混合、共混、挤出和/或研磨的方法后添加到现有的有机粘土中。增效剂可 作为干组分或在液体载体和/或溶剂中加入。
在某些实施方案中，本有机粘土的加工包括将粘土以分散体重量的大 约1.5％至大约10％，在某些实施方案中以分散体重量的大约3％至大约 8％的浓度分散在水中，精制以除去杂质并充分剪切以剥离/拆散 (debundle)粘土粒子。可以使用少量分散助剂，如焦磷酸四钠(TSPP) 以进一步分散粘土。进一步加工包括加入有机季铵或鏻化合物以将亲水粘 土转化成疏水有机粘土，随后过滤和干燥以除去水。在某些实施方案中， 将有机粘土转化成磨碎粉末作为最终形式，而在另一些实施方案中，最终 形式是喷雾干燥珠粒。
在一种制备有机粘土组合物的程序中，将生粘土矿物压碎、研磨、在 水中制浆并精制以除去粗砂和其它杂质，如通过筛分、旋风处理和/或离心。 各粘土矿物随后可作为稀(如1至6重量％固含量)水性浆料在合适的磨 机，如通过使浆料高速经过窄间隙(跨过其保持高压差)而实现浆料的高 速流体剪切的类型的均化磨机中经受高剪切。可以例如在众所周知的 Manton-Gaulin"MG"磨机(该装置有时被称为“Gaulin匀浆器”)中实 现这种类型的作用。美国专利号4,664,842和5,110,501提供此类磨机及其 应用的细节。
也可以使用可提供粘土矿物材料的高剪切的其它仪器。高剪切的使用 有助于加工例如蒙脱土，并用于“拆散(debundle)”原本“成束(bundled)” 类型的矿物结构，如海泡石矿物材料中存在的那些结构。
如果混合多于一种粘土材料以形成有机粘土组合物，在高剪切步骤后， 可将粘土组分浆料互相混合。或者，可将两种或更多种粘土组分混合在单 一浆料中，然后对后者施以高剪切步骤。在这些步骤后，将(单一)浆料 与相继(任一种在先)或合并的例如季铵盐和增效剂混合，此后将该浆料 脱水，将该增效剂/季铵处理过的粘土过滤并干燥以提供磨碎粉末或喷雾干 燥珠粒形式的干燥有机粘土产物。
根据本公开，提供了一种有机粘土组合物，其包含已用至少一种有机 季铵或鏻化合物和增效剂处理过的矿物粘土，所述增效剂包含(i)三聚酸的 胺盐，所述三聚酸具有大约30至大约72个碳原子；和(ii)单羧脂肪酸的 胺盐，所述单羧脂肪酸具有大约6至大约30个碳原子，任选地，其中所述 单羧脂肪酸包含下列至少一种：(a)至少一种饱和羧酸；或(b)至少一种不 饱和羧酸。
术语三聚酸是指三聚脂肪酸，或包含三聚脂肪酸的组合物。在某些实 施方案中，该三聚酸可具有大约36至大约72个碳原子，或任选大约36 至大约66个碳原子，或进一步任选大约42至大约60个碳原子，或进一步 任选大约48至大约54个碳原子。
在某些实施方案中，该三聚酸可包含十六碳三烯酸、α-亚麻酸、茹米 烯酸(rumelenic acid)、十八碳四烯酸(stearidonic acid)、α-十八碳四烯酸(α -parinaricacid)、β-十八碳四烯酸(β-parinaric acid)、二十碳三烯酸、二十 碳四烯酸、二十碳五烯酸、二十一碳五烯酸、二十二碳五烯酸、二十二碳 六烯酸、二十四碳五烯酸、二十四碳六烯酸(nisinic acid)、α-桐酸、β-桐 酸、梓树酸(catalpic acid)、石榴酸、亚油酸、10E,12Z-十八碳-9,11-二 烯酸、γ-亚麻酸、松油酸(pinolenic acid)、α-十八碳三烯酸、β-十八碳三烯 酸、(8Z,10E,12Z)-十八-8,10,12-三烯酸(jacaric acid)、二十碳二烯酸、二高 -γ-亚麻酸(dihomo-γ-linolenic acid)、罗汉松酸、花生四烯酸、二十二碳五 烯酸(bosseopentaenoic acid)、二十二碳二烯酸、二十二碳四烯酸、二十二 碳五烯酸(docosapentaenoic acid)、tetracosatetraenoic acid、二十四碳五烯 酸、5-十二碳烯酸、7-十四碳烯酸、棕榈油酸、异油酸、共轭(9Z11E)亚油 酸(rumenic acid)、二十烯酸(paullinic acid)、15-二十二碳烯酸、17-二十四 碳烯酸、油酸、妥尔油脂肪酸、反油酸、二十碳-11-烯酸(gondoic acid)、 二十碳三烯酸(mead acid)、芥酸、神经酸、肉豆蔻脑酸、(Z)-6-十六碳 烯酸(sapienic acid)或其组合的三聚物的至少一种。
增效剂的单羧脂肪酸组分可具有大约8至大约26个碳原子，或任选大 约12至大约20个碳原子，或进一步任选大约16至大约18个碳原子。
在某些实施方案中，该单羧脂肪酸是可具有大约16至大约22个碳原 子，或任选大约16至大约20个碳原子，或进一步任选大约16至大约18 个碳原子的妥尔油脂肪酸。
在特定实施方案中，该单羧脂肪酸包含肉豆蔻脑酸、(Z)-6-十六碳烯酸、 亚油酸、反式亚油酸(linoelaidic acid)、α-亚麻酸、二十二碳六烯酸、松 香酸、海松酸、妥尔油脂肪酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、月桂酸、 十三烷酸、肉豆蔻酸、十五烷酸、棕榈酸、十七烷酸、硬脂酸、十九烷酸、 花生酸、二十一酸(heneicosylic acid)、山嵛酸、二十三烷酸(tricosylic acid)、 二十四酸、二十五酸(pentacosylic acid)、蜡酸、十六碳三烯酸、α-亚麻酸、 茹米烯酸、十八碳四烯酸(stearidonic acid)、α-十八碳四烯酸(α-parinaricacid)、β-十八碳四烯酸(β-parinaric acid)、二十碳三烯酸、二十碳四 烯酸、二十碳五烯酸、二十一碳五烯酸、二十二碳五烯酸、二十二碳六烯 酸、二十四碳五烯酸、二十四碳六烯酸(nisinic acid)、α-桐酸、β-桐酸、 梓树酸(catalpic acid)、石榴酸(punicic acid)、亚油酸、10E,12Z-十八碳 -9,11-二烯酸、γ-亚麻酸、松油酸(pinolenic acid)、α-十八碳三烯酸、β-十八 碳三烯酸、(8Z,10E,12Z)-十八-8,10,12-三烯酸、二十碳二烯酸、二高-γ-亚麻酸、罗汉松酸、花生四烯酸、二十二碳五烯酸(bosseopentaenoic acid)、 二十二碳二烯酸、二十二碳四烯酸、二十二碳五烯酸(docosapentaenoic acid)、tetracosatetraenoicacid、二十四碳五烯酸、5-十二碳烯酸、7-十四 碳烯酸、棕榈油酸、异油酸、共轭(9Z11E)亚油酸(rumenic acid)、二十烯 酸、15-二十二碳烯酸、17-二十四碳烯酸、油酸、反油酸、二十碳-11-烯酸、 二十碳三烯酸(mead acid)、芥酸或神经酸的至少一种。
在某些实施方案中，增效剂组分(i)和/或组分(ii)的胺可以是具有大约3 至大约90个碳原子，或任选大约3至大约54个碳原子，或进一步任选大 约8至大约37个碳原子，或进一步任选大约10至大约24个碳原子，或进 一步任选大约14至大约20个碳原子的饱和或不饱和单胺。在一些实施方 案中，增效剂组分(i)和组分(ii)的胺相同。
在特定实施方案中，该胺可包含通式(I)的单胺：
Figure BDA0001938846020000051
其中：
R1代表具有大约1至大约30个碳原子，或任选大约6至大约24个碳 原子，或进一步任选大约8至大约22个碳原子的饱和或不饱和、直链或支 链烃基；且
R2和R3彼此和与R1相同或不同，并代表氢或具有大约1至大约30 个碳原子，或任选大约6至大约24个碳原子，或进一步任选大约8至大约 22个碳原子的饱和或不饱和、直链或支链烃基。
在一些实施方案中，该胺包含通式(I)的单胺，其中R1代表具有大约 12至大约20个碳原子的饱和或不饱和、直链或支链烃基，且R2和R3代 表氢。在一些实施方案中，该胺可包含单胺，其中R1代表具有大约12至 大约20个碳原子的饱和或不饱和、直链或支链烃基，且R2和R3代表具有 1至7，任选1至4，进一步任选1至2个碳原子的烃基。
在某些实施方案中，该胺可包含正丙基胺、异丙基胺、正丁基胺、异 丁基胺、戊基胺、正戊基胺、异戊基胺、己基胺、2-乙基己基胺、辛基胺、 6-甲基-2-庚烷胺、新戊基胺、癸基胺、十三烷基胺、十八烷基胺、油胺、 椰油胺、硬脂胺、牛脂胺(tallo amine)、大豆胺的至少一种，或C8-C22烷 基胺的混合物，
在某些实施方案中，增效剂组分(i)和组分(ii)的胺不同。在这些实施方 案中，可在组分(i)和组分(ii)之间原位发生盐交换(transsalinization)(即离 子交换)。
在某些实施方案中，增效剂组分(i):组分(ii)的重量比为大约95:5至大 约5:95，或任选大约90:10至大约10:90，或进一步任选大约80:20至大约 30:70，或进一步任选大约70:30至大约50:50，或进一步任选大约65:35 至大约55:45。
可用于处理粘土矿物材料的增效剂的量可为基于100克干矿物粘土或 矿物粘土混合物计大约2至大约30克，任选大约4至大约30克，进一步 任选大约5至大约15克，和在某些实施方案中大约7.5至大约12.5克。
在一些实施方案中，增效剂以进一步包含至少一种附加材料(如载体 和/或溶剂)的液体制剂使用。所述至少一种附加材料可包含脂族烃、芳烃、 芳脂族烃、脂族醇、芳族醇、芳脂族醇、二醇、二醇醚或碳酸亚烷基酯的 至少一种。在某些实施方案中，该烃可包含柴油、矿物油或合成油的至少 一种。在某些实施方案中，该醇可包含至少一种链烷醇，如乙醇。在某些 实施方案中，该碳酸亚烷基酯可包含碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯或碳酸甘油 酯的至少一种。
本有机粘土组合物衍生自矿物粘土(天然或合成)，其可包含绿土粘 土(smectiteclay)；纤维棒石(hormite)粘土、任选海泡石、凹凸棒石(也 称作坡缕石)或海泡石和凹凸棒石(坡缕石)的混合物；纤维棒石粘土和 绿土粘土的混合物、任选海泡石和/或凹凸棒石和绿土粘土的混合物；伊利 石；蛭石；或沸石或其混合物的至少一种。该绿土粘土可选自水辉石、蒙 脱土(montmorillonite)、膨润土、贝得石、皂石、硅镁石(stevensite)、 漂白土或其混合物。在一些实施方案中，该绿土粘土包含膨润土，如膨胀 性膨润土。
例如但非限制性地，该有机粘土可衍生自包含基本单一粘土形式或粘 土混合物形式，如基本膨润土或蒙脱土、基本水辉石、基本海泡石或凹凸 棒石、海泡石或凹凸棒石和膨润土的混合物、海泡石或凹凸棒石和蒙脱土 的混合物、海泡石或凹凸棒石和水辉石的混合物、海泡石或凹凸棒石和皂 石的混合物等的矿物粘土。“基本”是指该矿物粘土不是有意粘土混合物 形式，而是可能作为天然存在的杂质含有其它粘土形式。根据一个实施方 案，“基本”是指基于矿物粘土的总重量计多于50重量％，特别多于75 重量％，更特别多于85重量％。
用于处理矿物粘土或矿物粘土混合物以形成本有机粘土组合物的有机 季铵或鏻化合物可包含烷基、烯基、芳基、芳烷基、烷基芳基、烷氧基化、 或含氮或含磷杂环的季铵或鏻化合物或其盐或前体的至少一种，或其组合。 对本公开而言，季鏻基化合物或盐被规定为在季铵化合物的定义内。
该烷基或烯基季铵化合物可包含具有式(II)的盐：
Figure BDA0001938846020000071
其中N是氮；X-包含阴离子，如氯离子、甲基硫酸根、乙酸根、碘离子、 溴离子、硝酸根、氢氧根、磷酸根、甲氧基硫酸根及其混合物的至少一种； R5包含具有8至30个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和的脂族(即烷 基、烯基或炔基)烃基；且R6、R7和R8独立地选自：a)具有1至大约30 个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和的脂族烃；b)烯丙基、乙烯基或其它具有反应性不饱和并具有2至大约30个碳原子的烯基或炔基；c)氢； 和d)芳基、芳烷基或烷基芳基，如苯基、苯基取代结构部分、苄基和取 代苄基结构部分。
在某些实施方案中，R5可包含C12至C22直链或支链饱和烷基，在另 一些实施方案中C14-C22直链或支链饱和烷基，在进一步实施方案中R5可 包含C16至C18直链或支链饱和烷基。在某些实施方案中，R5，和R6、R7和R8之一可以是C14-C22烷基，且R6、R7和R8的两个可以是甲基。在一 些实施方案中，该烷基或烯基季铵盐含有至少一个，任选两个或三个，具 有大约8至大约30个碳原子的烃链，和甲基。
在另一些实施方案中，该烷基或烯基季铵化合物可包含具有式(IIa)的 盐：
Figure BDA0001938846020000081
其中N是氮；R5、R6、R7和R8独立地选自(a)具有1至22个碳原子的直 链或支链、饱和或不饱和烃基、(b)芳烷基，其是苄基和取代苄基结构部 分、(c)芳基、(d)具有6个或更少碳原子的β,γ-不饱和基团或具有2至6 个碳原子的羟烷基和(e)氢，条件是至少一个取代基是直链或支链不饱和 烃基；且X是盐阴离子。
在一些实施方案中，该烷基或烯基季铵盐含有相同或不同的具有1至 22个碳原子的直链和/或支链的饱和和/或不饱和烃基和复合物。阴离子X 或抗衡离子结构部分可以是氯离子、甲基硫酸根、乙酸根、碘离子、溴离 子、硝酸根、氢氧根、磷酸根、甲氧基硫酸根或其混合物的至少一种。
该烷基或烯基季铵盐可选自二甲基双[脂肪烷基]铵季盐、甲基三[脂肪 烷基]铵季盐、二甲基二(C14-18烷基)铵盐、甲基苄基二(C14-18烷基)铵盐、二 甲基苄基C14-18-烷基铵盐、二甲基C14-18-烷基2-乙基己基铵盐、二甲基双[氢 化牛脂]铵盐(2M2HT)、甲基三[氢化牛脂烷基]盐(M3HT)、二硬脂基 二甲基铵盐、甲基苄基二(氢化牛脂)铵盐、二甲基苄基氢化牛脂铵盐、三 甲基(C14-C18烷基)铵盐、三甲基椰油烷基铵盐、烷基吡啶鎓盐、二甲基 苄基椰油烷基铵盐、油基三甲基铵盐、大豆烷基三甲基铵盐、二乙醇二甲 基铵盐的二烷基酯、咪唑鎓季(imidzaoliumquat)盐、三乙醇甲基铵盐的二 烷基酯、三乙醇甲基铵盐的三烷基酯、二甲基氢化牛脂-2-乙基己基铵盐、 三甲基十八烷基铵盐、甲基苄基二椰油铵盐、甲基三氢化牛脂铵盐、苄基 二甲基氢化牛脂铵盐、三甲基氢化牛脂铵盐、甲基双(2-羟乙基[椰油烷基]) 铵盐、支化季铵盐、三-甲基-烷基-铵盐及其混合物。该盐的抗衡离子可以 是阴离子，如氯离子、硫酸根、碳酸根、甲基硫酸根、溴离子、碘离子、 乙酸根、硝酸根、氢氧根、磷酸根、甲氧基硫酸根或其混合物。
该烷基或烯基季铵化合物可以是二甲基双[脂肪烷基]铵、甲基三[脂肪 烷基]铵季盐或其混合物。用于制造本有机粘土组合物的烷基或烯基季铵化 合物的示例性实例包括但不限于二甲基双[氢化牛脂]氯化铵(2M2HT)、 甲基三[氢化牛脂烷基]氯化铵(M3HT)、二甲基苄基氢化牛脂氯化铵和甲 基苄基双[氢化牛脂]氯化铵和包含一种或多种这些化合物的混合物。在一 个实施方案中，该烷基或烯基季铵化合物是或包含二甲基双[氢化牛脂]氯 化铵(2M2HT)。
在某些实施方案中，该有机季铵化合物可包含具有式(III)的烷氧基化 季铵盐：
Figure BDA0001938846020000091
其中N是氮；X-包含阴离子，如氯离子、甲基硫酸根、乙酸根、碘离子、 溴离子、硝酸根、氢氧根、磷酸根、甲氧基硫酸根或其混合物的至少一种； R1包含C12至C30直链或支链、饱和或不饱和烃基或烯基，或具有8至30 个碳原子的烷基酯基团；R2包含H-或C1至C30直链或支链、饱和或不饱 和烃基或烯基；R3包含H-、C1至C4直链或支链、饱和或不饱和烃基或烯 基或R4；且R4包含-(CR9R10-CR11R12O)yH或-(CR9R10-CR11R12 -CR13R14O)yH，其中R9、R10、R11、R12、R13和R14独立地选自H-、CH3- 和CH3CH2-且y平均是4至大约20，在另一些实施方案中大约10至大约 20，和在进一步实施方案中4至大约15。
在某些实施方案中，R1可包含C12至C22，在另一些实施方案中C14-C22， 和在进一步实施方案中C16至C18直链或支链、饱和或不饱和烃基或烯基， 且在进一步实施方案中R1可包含C16至C18直链饱和烷基。在某些实施方 案中，R2可包含H-、甲基或C16至C18直链饱和烷基，和在进一步实施方 案中甲基。
在另一些实施方案中，R1可包含C16至C18直链饱和烷基；R2可包含 甲基；R3和R4是(CR9R10-CR11R12O)yH，其中R9、R10、R11和R12独立地 选自H-、CH3-和CH3CH2-；且y平均是4至15。在一个这样的实施方案 中，R9、R10、R11和R12是H且y平均是大约7.5。
合适的烷氧基化季铵盐化合物的示例性实例包括例如甲基双(聚氧乙 烯[15])椰油烷基季铵盐、甲基双(聚氧乙烯[15])油基季铵盐和甲基双(聚氧 乙烯[15])十八烷基季铵盐的至少一种，其中括号中的数字是指环氧乙烷单 元总数。在某些实施方案中，该盐是氯化物。在一个实施方案中，该烷氧 基化季铵盐是十八烷基甲基[聚氧乙烯(15)]季铵氯化物。
在另一些实施方案中，该有机季铵化合物包含具有式(IIIa)的烷氧基化 季铵盐：
Figure BDA0001938846020000101
其中N是氮；R1和R2相同或不同，并选自C1-C8烷基、苄基和2-羟乙基； R3是C1-C8烷基、苄基或2-羟乙基，或含有0-10摩尔环氧乙烷结构部分和 3-15摩尔选自环氧丙烷、环氧丁烷及其混合物的环氧烷部分的烷氧基化链； 且R4是含有0-10摩尔环氧乙烷部分和3-15摩尔选自环氧丙烷、环氧丁烷 及其混合物的环氧烷部分的烷氧基化链；且X是盐阴离子，如氯离子、甲 基硫酸根、乙酸根、碘离子、溴离子、硝酸根、氢氧根、磷酸根、甲氧基 硫酸根或其混合物的至少一种。
在一个实施方案中，该烷氧基化季铵化合物是辛基癸基甲基(聚氧乙烯 [15])季铵氯化物(C18EO15)且该烷基或烯基季铵化合物是二甲基双[氢化 牛脂]氯化铵(2M2HT)。
尽管该烷氧基化季铵盐可含有烷基或烯基，但在本文中提到时，“烷 基或烯基季铵盐”不是烷氧基化季铵盐。
用于制造季铵化合物的原材料可衍生自天然油，如牛脂油、大豆油、 椰子油和棕榈油。上述式中有用的脂族基团可衍生自其它天然存在的油， 包括各种植物油，如玉米油、椰子油、大豆油、棉籽油、蓖麻油等，以及 各种动物油或脂肪。该脂族基团同样可能石油化学衍生自例如α烯烃。可 用的支链饱和基团的代表性实例包括12-甲基硬脂基和12-乙基硬脂基。在 某些实施方案中，可以使用具有类似官能的胺前体，其中通过在将胺添加 到粘土之中或之前将其原位转化成季化合物而使用。
在某些实施方案中，鏻阳离子可具有结构R1P+(R2)3，其中R1是C8至 C24烷基或芳基烷基且各R2，可以相同或不同，是芳基、芳基烷基或C1至 C6烷基。一个R2可包括烯基、炔基或其单取代衍生物。抗衡离子或阴离 子可衍生自质子酸，且此类阴离子可以是，例如但不限于，氯离子、溴离 子、碘离子、硫酸根、甲氧基硫酸根、磺酸根、磷酸根、膦酸根、亚磷酸 根或羧酸根，如乙酸根。该鏻阳离子可衍生自膦。
在某些实施方案中，提供与粘土反应的季铵化合物的有机阳离子的量 可作为基础页硅酸盐粘土矿物的阳离子交换量的近似百分率计算。例如， 与100克粘土反应的季铵化合物的毫当量(被称为毫当量比或MER)除以 粘土样品的阳离子交换量(CEC)并乘以100可表示为CEC的MER百分 比。可以使用本领域中已知的标准分析技术测定粘土的阳离子交换量 (CEC)。在一个实施方案中，可以使用亚甲蓝测定CEC，即CEC等于 亚甲蓝交换容量。测定亚甲蓝交换容量的合适方法描述在US 9,637,614B， 第22栏第14行至第23栏第25行。
在某些实施方案中，添加的有机阳离子的总量为基础矿物(矿物粘土 或粘土混合物)的CEC的75％-230％。
在某些实施方案中，以基础矿物的CEC的75％-230％的总量加入不 同有机阳离子的共混物。
在某些实施方案中，以基础矿物的CEC的75％-230％的总量加入不 同有机阳离子的共混物，而各独立的有机阳离子化合物可以CEC的75％- 230％的量加入，其余有机化合物合计达基础矿物的CEC的最多230％。
在某些实施方案中，阳离子季铵化合物的量可以是CEC的大约80至 大约160％的烷基或烯基季铵盐和CEC的大约0至大约70％的烷氧基化 季铵盐。在另一些实施方案中，阳离子季铵化合物的量可以是CEC的大 约100至大约150％的烷基或烯基季铵盐和CEC的大约13至大约62％的 烷氧基化季铵盐。在一些实施方案中，阳离子季铵化合物的量可以是CEC的大约110至大约140％的烷基或烯基季铵盐和CEC的大约19至大约 53％的烷氧基化季铵盐。
在某些实施方案中，该矿物粘土或粘土混合物用每100克矿物粘土或 粘土混合物大约15至大约160毫当量，在另一些实施方案中大约40至大 约140毫当量，和在再一些实施方案中大约70至大约120毫当量的有机季 铵盐处理。
在某些实施方案中，如果主要矿物组分是纤维棒石粘土，如海泡石、 坡缕石或凹凸棒石，加入每100克大约15至100毫当量的季铵盐。如果主 要矿物组分是绿土粘土，如水辉石、蒙脱土、膨润土，加入每100克大约 50至150毫当量的季铵盐。
添加到粘土中的有机季铵化合物的量应该足以提供具有所需特性的粘 土。这样的特性包括在升高的温度下的稳定性和有机粘土的可加工性。
可用于烷基或烯基(包括芳基)季铵化合物和/或烷氧基化季铵化合物 和/或具有类似官能的胺化合物的化合物由如Akzo Nobel、CECA(Arkema 集团的子公司)、Evonik、Solvay、Stepan Company和日本KAO Chemical Company之类的公司制造。可用的商品还有含有两种或更多种季铵化合物 的共混物的预混有机阳离子流体。
另外，可以通过本领域中公知的技术实现有机盐的制备。
还提供一种钻井液，其包含基于烃的或逆乳化钻井液基组合物，和上 述的本有机粘土组合物。在某些实施方案中，该钻井液包含油基或逆乳化 钻井液基组合物，其中连续相是基于烃的。该基础流体可包含柴油、矿物 油、矿物海豹油(mineral seal oil)、煤油、燃料油、白油、原油、合成油、 天然油、α烯烃、聚α烯烃、直链α烯烃、内烯烃、直链烷烃、直链烷基 苯和可生物降解油的至少一种。
钻井液的基础流体(连续相)可衍生自石油，例如柴油、矿物海豹油、 煤油、燃料油、白油、原油等。具体实例包括2号柴油和矿物油。基础流 体也可合成衍生，例如衍生自天然气合成油(gas to liquid)法，如费托工艺 的烯烃(例如α烯烃或内烯烃)或流体。基础流体可进一步包括天然油， 如植物油、菜籽油、棕榈油或椰子油。也可以使用多于一种的任何这些基 础流体的组合以满足某些技术和/或环境规范。
当用于钻井液时，与本有机粘土一起使用的油载体可以是环境友好的 载体，这是指该油是在合理的时间过程中在地下生物降解成相对无害产物 的油。
这种类型的油众所周知用于钻井液和类似用途，并且通常是加氢处理 的轻馏分油。所得产物含有极低(如果有的话)量的芳族组分，并且主要 是短链烃。CalumetPenrico,LLC的
Figure BDA0001938846020000131
油和ExxonMobil的Low Toxicity Drilling Mud Oil，如基于ESCAIDTM流体的那些是此类产物的商 业实例。基于α或内烯烃等的合成可生物降解油也是该用途可接受的，如 INEOS USA,LLC的
Figure BDA0001938846020000132
烯烃流体，以及Sasol NorthAmerica, Inc.的
Figure BDA0001938846020000133
高纯烃。
如果在钻井液中使用水，量可以小。当有意包括水作为钻井液的组分 时，该流体可被称为逆乳液。油基逆乳化钻井液通常以大约95/5至大约 40/60的油/水比(OWR)配制，以水作为水性内相，通常大约75/25OWR， 意味着在这两种组分中，75体积％是油且25体积％是水。该水性内相的 水通常可以是盐水形式，其为渗透页岩稳定性提供盐，如氯化钙。
钻井液的性质和组成可能复杂和可变，基于所需要和/或期望的性质和 要实现的结果。钻井液的一些最重要的要求在于它们在钻井条件下热稳定 并提供足够的流变控制。可以至少部分通过在钻井液中包括本有机粘土来 控制这些性质。有机粘土可赋予钻井液一种或多种下列性质，包括但不限 于增稠、胶凝、悬浮、井筒清洗等。
本有机粘土组合物(有机粘土流变添加剂)至少部分调节非水系统， 如钻井液的粘度和抗沉降性质。将有机粘土并入钻井液赋予钻井液剪切稀 化性质，即钻井液在较高剪切速率下表现出较低粘度。
有机粘土也赋予钻井液凝胶强度，即钻井液在低或0剪切力下表现得 类似于凝胶，这允许钻井液在静态条件下悬浮钻屑和/或加重剂(下述)。 在没有泵送钻井液以便进行其它钻井或钻机作业，如与钻杆或钻管建立连 接或更换工具时存在静态条件。有机粘土影响钻井液的屈服点，这是使该 流体开始流动所需的应力(力)的量。
该钻井液可含有在某些实施方案中大约2.85至大约85.59kg/m3(1至 大约30磅/桶)(“ppb”或“lb/bbl”)，在另一些实施方案中大约2.85至大 约42.80kg/m3(大约1至大约15磅/桶)，在一些实施方案中大约8.56至 大约28.53kg/m3(大约3至大约10磅/桶)和在另一些实施方案中大约8.56 至大约22.82kg/m3(大约3至大约8磅/桶)的本文所述的本有机粘土组合 物，虑及特定配方，包括泥浆重量、油水比、流体类型等。本文所用的术 语“桶”是指在油田实践中标准的体积并含有42U.S.加仑。在某些实施方 案中，有机粘土以有效实现大约0.391至大约1.709kg/m2(8至大约35磅 /100平方英尺)的屈服点的量添加到钻井液中。如本领域技术人员众所周 知，所需要或期望的粘度调节、悬浮或井眼清洁程度对粘土浓度具有影响。
该钻井液也可含有常用于油基或逆乳化钻井液的许多常规添加剂，以 提供特定的所需应用性质。
与本主题相关的用于钻探气或油井的钻井液可包含下列一些或全部： 如上论述的基础流体；至少一种触变剂，如本有机粘土组合物；水和/或盐 水；至少一种乳化剂；任选至少一种润湿剂；任选至少一种提供钻井液中 的碱度的材料；任选至少一种加重材料；和/或至少一种添加剂，如流变改 性剂。
在某些实施方案中，该钻井液除本有机粘土组合物外还包含乳化剂、 任选主乳化剂和助乳化剂、润湿剂、酸性气体清除剂、加重剂、流体损失 控制添加剂、桥键形成剂、碱度控制剂、提供碱度的材料、非粘土流变添 加剂和/或缓蚀剂的至少一种。
可将水溶性盐添加到钻井液中，并可包括卤水盐，包括碱金属或碱土 金属的至少一种卤化物，如氯化钠、氯化钾、溴化钠、氯化钙等，任选在 水溶液中。也可以使用地层盐水(formation brine)和海水。可添加盐以根据 钻井条件视需要控制该制剂的渗透压。附加地或替代性地，可以类似于水 溶性盐在水溶液中使用其它吸湿材料，如二醇、甘油等。
乳化剂或乳化剂体系(如主乳化剂和助乳化剂)可形成或稳定该逆乳 液，和/或可另外充当固体的润湿剂。表面活性剂可用于钻井液，用于乳化 水相和充当固相的润湿剂，并可包括脂肪酸、脂肪酸衍生物、松香酸、妥 尔油酸的碱金属和碱土金属盐，或合成乳化剂，如烷基芳族磺酸盐、芳族 烷基磺酸盐、长链硫酸盐、氧化妥尔油、羧化2-烷基咪唑啉、咪唑啉盐、 酰氨基胺、酰胺-酰亚氨基胺、烷氧基酚、聚烷氧基醇、烷基酚、醚羧酸盐、 卵磷脂、高分子量醇、聚合物表面活性剂等。
加重剂平衡或调节钻井液密度/流体静压，如井下压力，以防止流体从 地质构造进入井筒。这些可包括如碳酸钙、硅酸盐、粘土、重晶石、镜铁 矿、铁矿石、菱铁矿、钛铁矿、方铅矿之类的材料。在某些实施方案中， 加重材料可以微粉化以改进流动性质和/或减轻流挂。
可包括其它添加剂，如防流体损失添加剂和桥键形成剂。常将酸性气 体清除剂，如石灰(Ca(OH)2)添加到钻井液中，并可在钻井过程中与一 些乳化剂或与气体，如H2S反应。
在某些实施方案中，该钻井液可含有至少一种赋予该流体碱度的材料， 如碱性碳酸盐、碱性氧化物或碱性氢氧化物的至少一种，任选其中所述至 少一种赋予碱度的材料包含石灰。在某些实施方案中，所述至少一种赋予 碱度的材料可以至少大约0.71kg/m3(大约0.25lb/bbl)，任选大约0.71 至大约28.53kg/m3(大约0.25至大约10lb/bbl)，或进一步任选大约5.71 kg/m3至大约28.53kg/m3(大约2至大约10lb/bbl)的量存在于钻井液中。
在某些实施方案中，逆乳化钻井液可通过混合构成钻井液所需的各组 分形成。在适度搅拌下将表面活性剂，如主乳化剂和助乳化剂和润湿剂添 加到基础油连续相中。将水相，如盐水与碱度控制剂和酸性气体清除剂一 起添加到基础油/表面活性剂混合物中。也加入流变添加剂、流体损失控制 材料、加重剂和缓释化学品，充分混合以确保成分均匀分散在流体中。本 有机粘土流变添加剂可在添加到基础流体中之前与其它成分预混，或其可以独自添加。在某些实施方案中，首先将有机粘土添加到基础流体中，然 后加入乳化剂、然后盐水，然后其它添加剂。
本有机粘土的附加用途
本有机粘土组合物可用作非水液体组合物，如有机脂类组合物、润滑 剂、金属加工液、墨水、油/溶剂型漆制剂、涂料、密封剂和胶粘材料、不 饱和聚酯树脂体系、不饱和聚酯/苯乙烯树脂体系、乙烯基酯体系、丙烯酸 系树脂、环氧树脂体系、聚氨酯树脂体系、纳米复合材料、导热膏 (mastergels)、模制化合物、化妆品、清洁剂、个人护理制剂和家庭护理制 剂等中的触变胶。
本有机粘土组合物可用于含有有机粘土和至少一种其它化学组分的各 种液体有机组合物。“液体组合物”在本文中是在其使用温度下为液态并 补充了本有机粘土的组合物。该液体有机组合物通常在低于40℃的温度下 是液体，在许多实施方案中它们在25℃下是液体。“液体有机组合物”是 含有本有机粘土和至少一种其它有机化学组分的液体组合物。这样的有机 体可以是例如化合物或聚合物，或它们的混合物和与彼此的混合物。除液体有机组合物中也可能含有的不溶性成分，例如填料和颜料外，还可以至 少50重量％的量，任选以60重量％的量，进一步任选以70重量％或更大 的量含有不同于本有机粘土的有机组分。
液体有机组合物的实例包括但不限于，除石油钻井液和气井钻井液外， 其它油田和气田流体，如油脂或压裂液；润滑剂、金属加工液、墨水；漆、 涂料、密封剂、胶粘剂；复合材料，如纳米复合材料；和模制化合物；或 简单地为除该有机粘土外仅含一种或多种有机溶剂的液体有机组合物。
这样的液体有机组合物含有通常基于液体有机组合物的总重量为0.1 至10重量％，任选0.1至8重量％，进一步任选0.5至5重量％的量的本 有机粘土组合物。
在一个实施方案中，提供一种在非水流体中的亲水聚合物浆料，其包 含本有机粘土组合物，任选其中该有机粘土组合物构成该浆料的大约0.1 至大约10重量％，任选大约0.2至大约4重量％。
在某些实施方案中，本有机粘土可并入包含至少一种不饱和聚酯的组 合物，例如涂料、胶粘剂、密封剂、模制化合物和复合材料中。这样的不 饱和聚酯组合物可含有烯属不饱和单体。
术语“不饱和聚酯”与不饱和聚酯(UP)和不饱和聚酯树脂(UP树 脂)领域技术人员的理解一致。相应地，术语“不饱和聚酯树脂”被理解 为是包含聚酯的反应树脂，其中构成聚酯的至少一种组分，即通常多元醇 和多元羧酸和/或二醇是烯属不饱和的并可与单体型可聚合化合物共聚。换 言之，“不饱和聚酯”含有一个或多个倾向于与烯属不饱和单体反应的烯 属不饱和碳碳双键。所述至少一种不饱和聚酯可与充当交联剂的至少一种 烯属不饱和单体共混。该固化反应是所述至少一种烯属不饱和单体与不饱 和聚酯的双键的共聚。
不仅在不饱和聚酯的合成中使用不饱和二羧酸，还使用脂族或脂环族 二羧酸和/或芳族二羧酸调节交联产物的性质，如邻苯二甲酸及其酐。
与不饱和聚酯一起使用的烯属不饱和单体可包括具有乙烯基、烯丙基、 丙烯酸酯基团、甲基丙烯酸酯基团或在单体的非末端区域中的碳-碳双键的 那些。这样的烯属不饱和单体可选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯酸甲酯、 甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯、二乙烯基苯、邻苯二甲酸二烯丙酯、氰尿 酸三烯丙酯和磷酸三烯丙酯。
本有机粘土可以使得最终组合物具有允许施用但防止该材料从即用制 剂施加到的表面滴落或流挂的流动曲线的量用于涂料、胶粘剂或密封剂组 合物。
在某些实施方案中，本有机粘土可直接搅拌和分散在环氧树脂溶液中， 并提供非常令人满意的胶凝性质。常用的环氧树脂通过使反应性酚、醇、 酸和/或胺与表氯醇反应形成。通过与表氯醇反应形成环氧树脂的反应性碱 实体的数量几乎不受限制，以产生大量技术上重要的树脂。通常，环氧乙 烷环以缩水甘油基的形式存在于环氧树脂中。不饱和脂族和脂环族化合物 可用例如过乙酸环氧化。
本有机粘土也可用于通过常规方法和用多种多样的可聚合物聚合物， 如聚酰胺、环氧树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯酰胺等制备纳米复合材料。当 用于复合材料，如纳米复合材料时，本有机粘土带来该复合材料的机械性 质和其它性质的意外改进，包括在拉伸强度、拉伸模量和弯曲模量方面， 所有这些都是至关重要的属性。
尽管已通过上文的详述和之前的实例详细描述了实施方案，但这些实 施例仅用于举例说明并且要理解的是，本领域技术人员可作出变动和修改 而不背离本发明的范围。应该理解的是，上述实施方案不仅是可供选择的， 还可组合。
下列实施例仅用于进一步例示本有机粘土，特别是用作油基钻井液的 主增粘剂，和用作用于水力压裂液的溶剂基聚合物悬浮液中的悬浮助剂。 示例性实施例不应被解释为以任何方式限制该主题。
实施例
有机粘土A的制备
使用本领域中公知的标准有机粘土制备技术用有机(烷基)季铵盐和增 效剂溶液A制造有机粘土A的样品(A-1至A-14)。对比样品(A-15) 不包括增效剂。首先，称出计算量的精制MG剪切绿土(蒙脱土)浆料并 添加到混合容器中以实现在干粘土重量基础上60克绿土，在使该混合物达 到温度(大约60-65℃)的同时开始混合。然后，以表2-5和7-10中对 各运行的样品指示的量(包括载体/溶剂)加入增效剂，同时继续混合2-3 分钟。然后基于表2-5和7-10中对各运行的样品指示的量加入有机季铵 (NH4+)化合物，在混合的同时留出30-45分钟以供反应并在混合过程中 刮拭容器侧面至少3次。接着，过滤样品并在鼓风炉中在62.5℃下放置整 夜。最后，样品在Retsch磨机中使用0.2筛网研磨并在测试前使其再水化整夜。
在实践中，可在加入增效剂(粉末或溶液)之前或之后将有机季铵化 合物添加到粘土浆料中，或它们可同时或作为混合物加入。在实施例中用 于处理粘土的有机季铵化合物是常规烷基季铵盐、二甲基二氢化牛脂氯化 铵(2M2HT)。
增效剂溶液A由在以丙二醇作为载体/溶剂的溶液中的大约60重量％ 的本增效剂(如所附权利要求书中定义)构成。该增效剂包含具有大约42 至大约60个碳原子的三聚酸的胺盐，和妥尔油脂肪(单羧)酸的胺盐，其 中胺包含具有大约10至大约24个碳原子的不饱和单胺。来自这些实施例 的结果表明，增效剂溶液A类型改性的有机粘土产物对用于测试的两种油 基泥浆的低剪切粘度具有显著影响，同时对高剪切粘度具有极小影响。
测试
实施例和对比例中指定的各有机粘土样品(统称为“样品”)用于制 备下述油基泥浆(OBM)钻井液。如本文所述并根据API RP 13B-2, “Recommended Practice for FieldTesting of Oil-based Drilling Fluids”，第 5版(其经此引用并入本文)制备和测试这些OBM。在混合OBM后，将 各实施例和对比例(初始和在65.5℃和121.1℃[150℉和250℉]下老化后) 置于来自OFITesting Equipment,Inc.的Model 900Viscometer(“粘度 计”)的Thermo杯中并在600rpm下运行直至达到48.9℃(120℉)的目 标温度，此后使用粘度计在600、300、200、100、6和3rpm下测量流变 特性，以获得各样品的流变状况。要指出，粘度计的输出为在给定rpm下 的“表盘读数”，其可换算成厘泊，但工业标准为简单起见仅使用表盘读 数。
然后通过将在600rpm下的测量结果减去在300rpm下的测量结果计 算各样品的塑性粘度(“PV”)。然后通过将在300rpm下的测量结果减去 PV计算各样品的屈服点(“YP”)。凝胶强度(“GS”)是在静置期后在3rpm 下获取的最大挠度(表盘读数)。在静置10秒和10分钟后测量各样品的 凝胶强度。也使用
Figure BDA0001938846020000202
32E电稳定性测试仪(可获自FannInstrument Company,Houston,Texas)测量各样品的电稳定性(“ES”)，其测量需要 多少电流(以伏特计)在钻井液样品中建立电弧。较高数值指示钻井液的 较高乳液稳定性。
根据表1中所述的组成和混合时间在钻井液#1中测试有机粘土A-1至 A-14和对比有机粘土A-15。用于对比例的有机粘土在不添加增效剂的情 况下制造。
为了方便在多种老化温度下测试，以420毫升体积的较大批量制备例 举的油基泥浆。包括标准350ml(“实验室桶(lab barrel)”)单位的值以 供参考。
表1–钻井液#1
Figure BDA0001938846020000201
*加入OCMA粘土以模拟钻屑.
在顶置混合机上混合所有组分后(表1)，样品随后在Silverson混合 机上以6,000rpm剪切5分钟以稳定该乳液。为了测试各种OBM样品的 粘度，在Silverson混合机中混合所需样品后，将样品转移到Thermo杯并 置于OFITE 900粘度计(直读式粘度计)上并加热至48.9℃(120℉)。 在加热的同时，该粘度计在600rpm下混合。一旦达到所需温度，在600rpm、300rpm、200rpm、100rpm、6rpm和3rpm下获取表盘读数。然 后，测量在10秒和10分钟的GS。
然后如下计算PV和YP：
PV＝600读数–300读数
YP＝30读数-PV
ES值是使用电稳定性仪器(也称作乳液稳定性测试仪)获取的电稳定 性测量结果。在各样品的粘度测量后立即测量ES值。
表2列举对在钻井液#1中测试的各种有机粘土A样品的如上所述的初 始粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000211
Figure BDA0001938846020000221
样品A-3、A-5、A-7、A-12和A-14是用相同量的季铵盐和增效剂A 处理作出的单独有机粘土重复样品。相对于对比样品A-15，每一增效剂处 理的样品具有比对照物高的6rpm和初始屈服点的初始测试值。在10秒和 10分钟的凝胶强度(GS)值也如此。这些结果表明随增效剂的量增加，6rpm 和GS值提高。季铵(NH4+)化合物的MER值的变化对含有有机粘土A的钻井液的性质具有极小影响。有机粘土的增效剂改性提供如所需的较高 的低剪切而不显著提高高剪切。
为了获得AHR-150和AHR-250热老化样品，将OBM样品送回混合 容器，用顶置混合机混合5分钟，然后转移到单独的老化池中。对于121.1 ℃(250℉)热轧条件(AHR-250)，将样品置于适当的老化池中；并对老 化池施加20.7巴(300psi)氮气压力(大约3x；在前两次充气后释放和在 第三次充气后保持)以防止油基泥浆中的水挥发。然后，样品分别在65.5℃(150℉)(AHR-150)或121.1℃(250℉)(AHR-250)下热轧16小 时。
在热轧后取出样品后，空气冷却该池，然后酌情通风以从该池中释放 任何压力。样品在顶置混合机上混合5分钟。然后将OBM样品转移到 Thermo杯，置于OFITE 900粘度计上并在以600rpm混合的同时加热至 48.9℃(120℉)。一旦达到所需温度，在600rpm、300rpm、200rpm、 100rpm、6rpm和3rpm下获取表盘读数。然后测量在10秒和10分钟的 GS。如上所述测量或计算PV、YP和ES。
表3列举对在钻井液#1中测试的各种有机粘土A样品的如上所述的 AHR-150粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000222
Figure BDA0001938846020000231
表4列举对在钻井液#1中测试的各种有机粘土A样品的如上所述的 AHR-250粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000232
Figure BDA0001938846020000241
如对湿加工的有机粘土预期，在65.5℃(150℉)下老化后，试验结果 几乎不变。如这些表，钻井液#1中证实，具有较高增效剂A含量的样品具 有较高的低剪切值和凝胶强度。
为了表现出较高的热稳定性，合并和混合预先在65.5℃(150℉)和 121.1℃(250℉)下老化的样品。这些样品随后在148.9℃(300℉)下老 化另外16小时并在下文中作为AHR-300试验报道。在热轧后取出样品后， 然后空气冷却该池，然后通风以释放压力。样品在顶置混合机上混合5分 钟。然后将样品转移到Thermo杯，置于OFITE 900粘度计上并在以600 rpm混合的同时加热至48.9℃(120℉)。一旦达到所需温度，在600rpm、 300rpm、200rpm、100rpm、6rpm和3rpm下获取表盘读数。然后测 量在10秒和10分钟的GS。如上测量或计算PV、YP和ES。
表5列举对在钻井液#1中测试的各种有机粘土A样品的如上所述的 AHR-300粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000242
Figure BDA0001938846020000251
对比对照样品和用增效剂A处理的有机粘土在148.9℃(300℉)下老 化后几乎没有表现出变化。有机粘土A-1至A-14仍表现出如前所见的比 对照物(A-15)高的低剪切值(6-rpm读数)。
可以比较添加和未添加10重量％增效剂A的用95MER烷基季铵化 合物处理的有机粘土的初始和在121.1℃(250℉)下热轧16小时后的6 RPM响应(Diesel OBM)。无增效剂A的样品在这一OBM试验中在初 始和AHR-250下都具有较低6rpm值。在121.1℃(250℉)下热轧对这 些样品没有影响，表明在该温度下的样品/OBM稳定性，并保持含有增效 剂处理过的有机粘土A的OBM的较高低剪切优点。
根据表6中所述的组成和混合时间在钻井液#2中测试有机粘土A样品 A-1至A-15。该有机粘土A样品被指定为A'-1至A'-15以区分在这一钻井 液中的试验结果。用于对比例的有机粘土在不添加增效剂的情况下制造。
表6—钻井液#2
Figure BDA0001938846020000261
Calumet Penrico,LLC的
Figure BDA0001938846020000262
油是用于钻井液和类似用途的加氢处 理的轻馏分油的商业实例。
在顶置混合机上混合所有组分后(表1)，样品随后在Silverson混合 机上以6,000rpm剪切5分钟以稳定该乳液。为了测试各种有机粘土样品 的粘度，在Silverson混合机中混合各OBM样品后，将样品转移到Thermo 杯并置于OFITE 900粘度计(直读式粘度计)上并加热至48.9℃(120℉)。 在加热的同时，该粘度计在600rpm下混合。一旦达到所需温度，在600 rpm、300rpm、200rpm、100rpm、6rpm和3rpm下获取表盘读数。然 后测量在10秒和10分钟的GS。如上所述测量或计算PV、YP和ES。
表7列举对在钻井液#2中测试的各种有机粘土A'样品的如上所述的初 始粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000263
Figure BDA0001938846020000271
对比例A'-15有机粘土仍是“对照物”。LVT-200是低芳族矿物油， 并且是困难得多的使有机粘土“屈服(yield in)”的溶剂。钻井液2的有机 粘土添加量为对于矿物油体系的19.97kg/m3(7lb/bbl)，与此相比，对于 钻井液#1柴油体系，仅为14.27kg/m3(5lb/bbl)。
如同钻井液#1，与对照物相比，增效剂处理的样品随增效剂的量增加， 表现出提高的6-RPM表盘读数、屈服点(YP)和凝胶强度(GS)值。如 所需要的，600rpm读数和PV几乎没有表现出变化。
为了获得AHR-150和AHR-250热老化样品，将样品送回混合容器， 用顶置混合机混合，然后转移到单独的老化池。对于121.1℃(250℉)热 轧(AHR-250)，将样品置于适当的老化池中；并对老化池施加20.7巴(300 psi)氮气压力(大约3x；在前两次充气后释放和在第三次充气后保持)以 防止油基泥浆中的水挥发。然后，样品分别在65.5℃(150℉)(AHR-150) 或121.1℃(250℉)(AHR-250)下热轧16小时。
在热轧后取出样品后，空气冷却该池，然后酌情通风以从该池中释放 任何压力。样品用顶置混合机混合5分钟。然后将OBM样品转移到Thermo 杯，置于OFITE 900粘度计上并在以600rpm混合的同时加热至48.9℃ (120℉)。一旦达到所需温度，在600rpm、300rpm、200rpm、100rpm、 6rpm和3rpm下获取表盘读数。然后测量在10秒和10分钟的GS。如上 测量或计算PV、YP和ES。
表8列举对在钻井液#2中测试的各种有机粘土A'样品的如上所述的 AHR-150粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000281
表9列举对在钻井液#2中测试的各种有机粘土A'样品的如上所述的 AHR-250粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000291
结果显示随着增效剂A的量增加，低剪切值和凝胶强度提高。为了表 现出较高的热稳定性，合并和混合预先在65.5℃(150℉)和121.1℃(250℉) 下老化的样品。这些样品随后在148.9℃(300℉)下老化另外16小时。在 热轧后取出样品后，然后空气冷却该池，然后通风以释放压力。样品在顶 置混合机上混合5分钟。然后将样品转移到Thermo杯，置于OFITE 900 粘度计上并在以600rpm混合的同时加热至48.9℃(120℉)。一旦达到 所需温度，在600rpm、300rpm、200rpm、100rpm、6rpm和3rpm下 获取表盘读数。然后测量在10秒和10分钟的GS。如上测量或计算PV、 YP和ES。
表10列举对在钻井液#2中测试的各种有机粘土A'样品的如上所述的 AHR-300粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000301
在148.9℃(300℉)下老化后的结果证实，含增效剂处理过的有机粘 土的矿物油钻井液实施例具有比对照物高得多的6-RPM值，但接近相等 的600-RPM值。AHR-300数据表明样品可直至至少148.9℃(300℉)下 有用。数据仍显示与对照样品相比，随着增效剂A的含量增加，低剪切值 和凝胶强度值提高。
用和未用10重量％增效剂A处理的用95MER烷基季铵化合物处理 的有机粘土的初始和在121.1℃(250℉)下热轧16小时后的600RPM响 应(LVT-200OBM)的比较显示在报道的所有四种值中的极小差异。
可以比较用和未用10％增效剂A处理的用95MER烷基季铵化合物处 理的有机粘土的初始和在121.1℃(250℉)下热轧16小时后的6RPM响 应(LVT-200OBM)。无增效剂A的样品在这一OBM试验中在初始和 AHR-250下都具有较低6rpm值。在121.1℃(250℉)下热轧没有显著影 响，表明样品/OBM稳定性。
有机粘土B的制备
使用各种量的烷基季铵盐2M2HT和增效剂溶液B通过干法处理绿土 (膨润土)粘土以制造使用有机粘土B的样品(B-2至B-8)。计算增效 剂溶液B并在(粘土的)干重量基础上以表12-14和16-18中对各有机 粘土样品指示的量(包括载体/溶剂)原样添加到粘土中。烷基季铵(NR4+) 添加也在粘土的干重量基础上在表12-14和16-18对各有机粘土样品指 示的指定MER下计算。增效剂溶液B包含大约75重量％的在有机粘土A 的制备中描述的本增效剂组合物，但在变性醇作为载体/溶剂中。
通用程序是首先将1000克磨碎的膨润土“原样”称重到塑料袋中。然 后将膨润土转移到Eirich混合碗并置于Eirich混合机上。然后，仅启动圆 周运动，加入增效剂溶液B和水(视需要)，然后混合1分钟。加入计算 量的NR4+，并启动主轴混合2-3分钟。一旦完成，关闭混合机，取出混合 物并刮拭碗的侧面和底部以释放任何粘着材料。一旦完成，将该碗送回 Eirich混合机并再启动混合机的圆周和主轴功能2-3分钟。在关闭混合机 时，再取出碗并刮拭侧面和底部以除去所有材料，并将材料转移到盘中。
样品使用研磨机，如传统绞肉机精加工。在将具有切削刀片的24孔模 头安置在组装研磨机的排出口后，从盘中添加样品，调节排料速率以使研 磨机不停止运作，重复这一步骤直至整个样品已经过研磨机两次。最后， 关闭研磨机，拆开并清洁，收集从研磨机中清理出的材料并将其添加到其 余样品中。
根据表11中所述的组成和混合时间在钻井液#3中测试有机粘土B-1 至B-8。对于对比例B-1，不将增效剂添加到有机粘土中。
表11-钻井液#3
Figure BDA0001938846020000321
在顶置混合机上混合所有组分后(表1)，样品随后在Silverson混合 机上以6,000rpm剪切5分钟以稳定该乳液。为了测试各种运行的样品的 粘度，在Silverson混合机中混合各OBM样品后，将样品转移到Thermo 杯并置于OFITE 900粘度计(直读式粘度计)上并加热至48.9℃(120℉)。 在加热的同时，该粘度计在600rpm下混合。一旦达到所需温度，在600 rpm、300rpm、200rpm、100rpm、6rpm和3rpm下获取表盘读数。然 后，测量在10秒和10分钟的GS。如上所述测量或计算PV、YP和ES。
表12列举对在钻井液#3中测试的各种有机粘土B样品的如上所述的 初始粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000322
Figure BDA0001938846020000331
每一增效剂处理的样品在6rpm、YP和GS值方面表现出比对比样品 改进的初始性能。实施例B-4、B-6和B-8具有相同的有机粘土制备(重复) 且结果显示一致的性能。有机粘土的增效剂改性提供如所需的较高的低剪 切值而不显著提高高剪切值。
为了获得AHR-150和AHR-250热老化样品，将OBM样品送回混合 容器，用顶置混合机混合，然后转移到单独的老化池。对于121.1℃(250℉) 热轧(AHR-250)，将样品置于适当的老化池中；并对老化池施加20.7巴 (300psi)氮气压力(大约3x；在前两次充气后释放和在第三次充气后保 持)以防止油基泥浆中的水挥发。然后，样品分别在65.5℃(150℉)(AHR-150)或121.1℃(250℉)(AHR-250)下热轧16小时。
在热轧后取出样品后，空气冷却该池，然后酌情通风以从该池中释放 任何压力。然后将OBM样品转移到Thermo杯中，置于OFITE 900粘度 计上并在以600rpm混合的同时加热至48.9℃(120℉)。一旦达到所需温 度，在600rpm、300rpm、200rpm、100rpm、6rpm和3rpm下获取表 盘读数。然后测量在10秒和10分钟的GS。如上测量或计算PV、YP和 ES。
表13列举对在钻井液#3中测试的各种有机粘土B样品的如上所述的 AHR-150粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000332
Figure BDA0001938846020000341
表14列举对在钻井液#3中测试的各种有机粘土B样品的如上所述的 AHR-250粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000342
在65.5℃(150℉)下热轧后，对比例B-1屈服结果与增效剂处理样品 的最低水平相当。这证实增效剂改性的有机粘土比对照物更快屈服，因为 它们最初优于对照物。较快的屈服意味着实现预期性能所需的能量较少。 较高含量的增效剂处理的样品全程表现优于对照物。数据还表明，通过改 变季铵盐(quat)和增效剂的量优化可提供有机粘土在这一系统中的提高的 性能。
有机粘土B样品在初始、AHR-150和AHR-250测试之间表现出非常 稳定的性能。具有递增的增效剂载量的有机粘土样品递增地优于对照物， 表现出较高的低剪切和凝胶强度值。
用增效剂B组合物处理有机粘土如所需要的对高剪切粘度几乎没有影 响。
增效剂B处理的有机粘土样品表现出6rpm表盘读数的提高。这一数 据清楚显示，未用增效剂B处理的有机粘土对照样品具有比用增效剂B处 理的有机粘土样品低的值。
也根据表15中所述的组成和混合时间在钻井液#4，LVT-200基础流 体中测试有机粘土B样品(B-1至B-8)。该有机粘土B样品被指定为B'-1 至B'-8以区分在这一钻井液中的试验结果。对于对比例B'-1，不将增效剂 添加到粘土中。
表15—钻井液#4
Figure BDA0001938846020000351
在顶置混合机上混合所有组分后(表1)，样品随后在Silverson混合 机上以6,000rpm剪切5分钟以稳定该乳液。为了测试各种运行的样品的 粘度，在Silverson混合机中混合各OBM样品后，将样品转移到Thermo 杯并置于OFITE 900粘度计(直读式粘度计)上并加热至48.9℃(120℉)。 在加热的同时，该粘度计在600rpm下混合。一旦达到所需温度，在600 rpm、300rpm、200rpm、100rpm、6rpm和3rpm下获取表盘读数。然 后测量在10秒和10分钟的GS。如上所述测量或计算PV、YP和ES。
表16列举对在钻井液#4中测试的各种有机粘土B'样品的如上所述的 初始粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000361
用增效剂B制备的所有有机粘土B'样品B'-2至B'-8表现出比无增效 剂的对比例B'-1高的低剪切值和凝胶强度。具有在较高增效剂B含量下低 剪切值较高的趋势。如所需要的，对高剪切值的影响极低。
为了获得AHR-150和AHR-250热老化样品，将OBM样品送回混合 容器，用顶置混合机混合，然后转移到单独的老化池。对于121.1℃(250℉) 热轧(AHR-250)，将样品置于适当的老化池中；并对老化池施加20.7巴 (300psi)氮气压力(大约3x；在前两次充气后释放和在第三次充气后保 持)以防止油基泥浆中的水挥发。然后，样品分别在65.5℃(150℉)(AHR-150)或121.1℃(250℉)(AHR-250)下热轧16小时。
在热轧后取出样品后，空气冷却该池，然后酌情通风以从该池中释放 任何压力。样品用顶置混合机混合5分钟。然后将OBM样品转移到Thermo 杯，置于OFITE 900粘度计上并在以600rpm混合的同时加热至48.9℃ (120℉)。一旦达到所需温度，在600rpm、300rpm、200rpm、100rpm、 6rpm和3rpm下获取表盘读数。然后测量在10秒和10分钟的GS。如上 测量或计算PV、YP和ES。
表17列举对在钻井液#4中测试的各种有机粘土B'样品的如上所述的 AHR-150粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000371
表18列举对在钻井液#4中测试的各种有机粘土B'样品的如上所述的 AHR-250粘度测试的结果。
Figure BDA0001938846020000372
Figure BDA0001938846020000381
在老化后，对比有机粘土样品B'-1的低剪切值和凝胶强度值仍低于增 效剂处理的有机粘土样品B'-2至B'-8实现的值。归因于老化的粘度值变化 在钻井液可接受的界限内。本领域技术人员会认识到，增效剂处理的有机 粘土比无增效剂的有机粘土更有效地在钻井液中生成流变性质。
结果还显示如所需要的，含有具有和不具有增效剂B的有机粘土的 OBM在最初和在老化后的600rpm值的极小差异。
增效剂B处理的有机粘土样品表现出6rpm表盘读数的提高。这一数 据清楚显示，未用增效剂B处理的有机粘土对照样品具有比用增效剂B处 理的有机粘土样品低的值。
根据本发明的有机粘土在其它流体中的用途
在另一示例性用途中，使用有机粘土将高浓度亲水聚合物悬浮在非水 流体中。这些浓缩流体被称作聚合物浆料。这些聚合物浆料可用于如油气 生产之类的工业以提供递送用于各种用途，包括但不限于水力压裂液、胶 凝剂、缓冲剂、润滑剂和非乳化剂/表面活性剂的高浓度预分散亲水聚合物 的手段。在用作水或盐水溶液，如水力压裂液、完井液或水基钻井液中的 增稠剂时，聚合物浆料，与添加干燥亲水聚合物相比，防止成尘，改进计量和通过消除“鱼眼(fish eyes)”改进易分散性。
亲水聚合物的实例包括，但不限于，瓜尔胶、黄原胶、迪伦胶(diutan gum)或改性淀粉。瓜尔胶常用于增稠水以为水力压裂液中所用的支撑剂提 供悬浮性质。
用有机粘土制备的瓜尔胶浆料提供优异的悬浮并减轻顶部油分离。用 所公开的增效剂制成的有机粘土提供更少的顶部油分离。为了测试这一性 质，使用下列配方和混合程序制备瓜尔胶浆料。瓜尔胶浆料配方为52.2重 量％ODC矿物油、46.2％瓜尔胶粉末、1.2％有机粘土C和0.4％作为该亲 水聚合物的润湿和分散剂的表面活性剂。混合程序为：将有机粘土C添加 到矿物油中并混合1分钟，接着加入表面活性剂并混合4分钟，最后加入瓜尔胶粉末并混合5分钟。所有混合使用在1,500rpm下的Dispermat混 合机。
有机粘土C的制备
使用本领域中公知的标准有机粘土制备技术，通过用烷基季铵盐 2M2HT和增效剂溶液A处理粘土以制造有机粘土C的样品(C-1至C-7)。 对比样品(C-8)没有任何增效剂。首先，称出计算量的精制MG剪切绿 土(蒙脱土)浆料并添加到混合容器中以实现在干重量基础上60克绿土， 在使该混合物达到温度(大约60-65℃)的同时开始混合。然后，除对比样品C8外，如表19中对各样品C1至C7所示加入增效剂，同时继续混合 2-3分钟。然后基于表19中对各样品指示的量加入季铵化合物(NH4+)， 在混合的同时留出30-45分钟以供反应并在混合过程中刮拭容器侧面至少 3次。接着，过滤样品并在鼓风炉中在62.5℃下放置整夜。最后，样品在 Retsch磨机中使用0.2筛网研磨并在测试前使其再水化整夜。
如下用不同量的季NH4+和增效剂溶液A制备这些样品，以说明有机 粘土C的顶部油悬浮效力：
表19
有机粘土C组成
有机粘土C样品 ％季NH4+ 增效剂溶液A
C-1 115 5
C-2 105 10
C-3 115 15
C-4 105 10
C-5 95 5
C-6 105 10
C-7 95 15
C-8(对比) 105 0
根据上列配方和混合程序用各有机粘土样品C-1至C-8制备瓜尔胶浆 料。然后，在Fann-35粘度计中在300rpm下在环境温度(～75℉)下测 量各瓜尔胶浆料的粘度。瓜尔胶浆料的粘度在195–220cps之间改变，表 明它们是可泵送流体。在这一高剪切速率下的粘度变化极低。这一实施例 中描述的试验的结果报道在下表20中。接着，使用Brookfield LVT粘度 计在较低剪切范围下测量各瓜尔胶浆料的粘度。结果表明随着增效剂A的 量增加，低剪切粘度提高，这倾向于改进悬浮性质。在这一粘度测试后， 再混合样品，转移到单独的100毫升量筒中，然后在室温下不受干扰地储 存1周。经过一周测量各瓜尔胶浆料的顶部油分离，报道为百分比(％)。
表20
含有机粘土C的瓜尔胶浆料性能
Figure BDA0001938846020000401
Figure BDA0001938846020000411
*样品C-2容器泄漏并因此弃置样品
在第1天后，样品之间没有显著差异(在24小时后)。在第4天后， 悬浮性质仍相当类似。有机粘土样品C-2容器此时表现出泄漏，因此放弃 样品及其评估。由于这是重复有机粘土之一，对这一有机粘土不重复试验。 在第7天后，性能差异明显。两个重复有机粘土样品(C-4和C-6)在7 天后的顶部油分离的平均值(％)表现出总趋势——其中随着增效剂A的量增加，第7天顶部油分离％降低，这是所需要的。该数据表明，改变增 效剂A的量和MER可用于针对具体用途优化有机粘土。

Claims (91)

1.一种有机粘土组合物，其包含已用至少一种有机季铵或鏻化合物或其前体和增效剂处理过的矿物粘土，所述增效剂包含(i)三聚酸的胺盐，所述三聚酸具有30至72个碳原子；和(ii)单羧脂肪酸的胺盐，所述单羧脂肪酸具有6至30个碳原子。
2.权利要求1所述的有机粘土组合物，其中所述单羧脂肪酸是具有16至22个碳原子的妥尔油脂肪酸。
3.权利要求2所述的有机粘土组合物，其中所述单羧脂肪酸是具有16至20个碳原子的妥尔油脂肪酸。
4.权利要求3所述的有机粘土组合物，其中所述单羧脂肪酸是具有16至18个碳原子的妥尔油脂肪酸。
5.权利要求1所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂组分(i)和/或组分(ii)的胺是具有3至90个碳原子的饱和或不饱和单胺。
6.权利要求5所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂组分(i)和/或组分(ii)的胺是具有3至54个碳原子的饱和或不饱和单胺。
7.权利要求5所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂组分(i)和/或组分(ii)的胺是具有8至37个碳原子的饱和或不饱和单胺。
8.权利要求5所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂组分(i)和/或组分(ii)的胺是具有10至24个碳原子的饱和或不饱和单胺。
9.权利要求5所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂组分(i)和/或组分(ii)的胺是具有14至20个碳原子的饱和或不饱和单胺。
10.权利要求2所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂组分(i)和/或组分(ii)的胺是具有3至90个碳原子的饱和或不饱和单胺。
11.权利要求1所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂组分(i)和组分(ii)的胺相同。
12.权利要求2所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂组分(i)和组分(ii)的胺相同。
13.权利要求5所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂组分(i)和组分(ii)的胺相同。
14.权利要求10所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂组分(i)和组分(ii)的胺相同。
15.权利要求1至14任一项所述的有机粘土组合物，其中所述胺包含通式(I)的单胺：
Figure FDA0003103736030000021
其中：
R1代表具有1至30个碳原子的饱和或不饱和、直链或支链烃基；且
R2和R3彼此相同或不同且R2和R3与R1相同或不同，并代表氢或具有1至30个碳原子的饱和或不饱和、直链或支链烃基。
16.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中在式(I)中，R1代表具有6至24个碳原子的饱和或不饱和、直链或支链烃基。
17.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中在式(I)中，R1代表具有8至22个碳原子的饱和或不饱和、直链或支链烃基。
18.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中在式(I)中，R2和R3彼此相同或不同且R2和R3与R1相同或不同，并代表氢或具有6至24个碳原子的饱和或不饱和、直链或支链烃基。
19.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中在式(I)中，R2和R3彼此相同或不同且R2和R3与R1相同或不同，并代表氢或具有8至22个碳原子的饱和或不饱和、直链或支链烃基。
20.权利要求1至14任一项所述的有机粘土组合物，其中所述胺包含正丙基胺、异丙基胺、正丁基胺、异丁基胺、戊基胺、己基胺、2-乙基己基胺、辛基胺、6-甲基-2-庚烷胺、癸基胺、十三烷基胺、十八烷基胺、油胺、椰油胺、硬脂胺、牛脂胺、大豆胺的至少一种，或C8-C22烷基胺的混合物。
21.权利要求20所述的有机粘土组合物，其中所述戊基胺选自正戊基胺、异戊基胺和新戊基胺。
22.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中所述胺包含正丙基胺、异丙基胺、正丁基胺、异丁基胺、戊基胺、己基胺、2-乙基己基胺、辛基胺、6-甲基-2-庚烷胺、癸基胺、十三烷基胺、十八烷基胺、油胺、椰油胺、硬脂胺、牛脂胺、大豆胺的至少一种，或C8-C22烷基胺的混合物。
23.权利要求1至14任一项所述的有机粘土组合物，其中增效剂组分(i):组分(ii)的重量比为95:5至5:95。
24.权利要求23所述的有机粘土组合物，其中增效剂组分(i):组分(ii)的重量比为90:10至10:90。
25.权利要求23所述的有机粘土组合物，其中增效剂组分(i):组分(ii)的重量比为80:20至30:70。
26.权利要求23所述的有机粘土组合物，其中增效剂组分(i):组分(ii)的重量比为70:30至50:50。
27.权利要求23所述的有机粘土组合物，其中增效剂组分(i):组分(ii)的重量比为65:35至55:45。
28.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中增效剂组分(i):组分(ii)的重量比为95:5至5:95。
29.权利要求20所述的有机粘土组合物，其中增效剂组分(i):组分(ii)的重量比为95:5至5:95。
30.权利要求22所述的有机粘土组合物，其中增效剂组分(i):组分(ii)的重量比为65:35至55:45。
31.权利要求1至14任一项所述的有机粘土组合物，其中用于处理粘土矿物材料的增效剂的量为基于100克干矿物粘土或矿物粘土混合物计2至30克。
32.权利要求31所述的有机粘土组合物，其中用于处理粘土矿物材料的增效剂的量为基于100克干矿物粘土或矿物粘土混合物计5至15克。
33.权利要求31所述的有机粘土组合物，其中用于处理粘土矿物材料的增效剂的量为基于100克干矿物粘土或矿物粘土混合物计7.5至12.5克。
34.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中用于处理粘土矿物材料的增效剂的量为基于100克干矿物粘土或矿物粘土混合物计2至30克。
35.权利要求20所述的有机粘土组合物，其中用于处理粘土矿物材料的增效剂的量为基于100克干矿物粘土或矿物粘土混合物计2至30克。
36.权利要求22所述的有机粘土组合物，其中用于处理粘土矿物材料的增效剂的量为基于100克干矿物粘土或矿物粘土混合物计2至30克。
37.权利要求23所述的有机粘土组合物，其中用于处理粘土矿物材料的增效剂的量为基于100克干矿物粘土或矿物粘土混合物计2至30克。
38.权利要求28-30任一项所述的有机粘土组合物，其中用于处理粘土矿物材料的增效剂的量为基于100克干矿物粘土或矿物粘土混合物计7.5至12.5克。
39.权利要求1至14任一项所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂以进一步包含至少一种附加材料的液体制剂使用。
40.权利要求39所述的有机粘土组合物，其中所述至少一种附加材料包含脂族烃、芳烃、芳脂族烃、脂族醇、芳族醇、芳脂族醇、二醇、二醇醚或碳酸亚烷基酯的至少一种。
41.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂以进一步包含至少一种附加材料的液体制剂使用。
42.权利要求20所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂以进一步包含至少一种附加材料的液体制剂使用。
43.权利要求23所述的有机粘土组合物，其中所述增效剂以进一步包含至少一种附加材料的液体制剂使用。
44.权利要求1至14任一项所述的有机粘土组合物，其中所述矿物粘土包含绿土粘土；纤维棒石粘土、凹凸棒石或海泡石和凹凸棒石的混合物；纤维棒石粘土和绿土粘土的混合物；伊利石；蛭石；或沸石的至少一种。
45.权利要求1至14任一项所述的有机粘土组合物，其中所述矿物粘土包含海泡石，或海泡石和/或凹凸棒石和绿土粘土的混合物。
46.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中所述矿物粘土包含绿土粘土；纤维棒石粘土、凹凸棒石或海泡石和凹凸棒石的混合物；纤维棒石粘土和绿土粘土的混合物；伊利石；蛭石；或沸石的至少一种。
47.权利要求20所述的有机粘土组合物，其中所述矿物粘土包含绿土粘土；纤维棒石粘土、凹凸棒石或海泡石和凹凸棒石的混合物；纤维棒石粘土和绿土粘土的混合物；伊利石；蛭石；或沸石的至少一种。
48.权利要求23所述的有机粘土组合物，其中所述矿物粘土包含绿土粘土；纤维棒石粘土、凹凸棒石或海泡石和凹凸棒石的混合物；纤维棒石粘土和绿土粘土的混合物；伊利石；蛭石；或沸石的至少一种。
49.权利要求44所述的有机粘土组合物，其中所述绿土粘土选自水辉石、蒙脱土、膨润土、贝得石、皂石、硅镁石、漂白土及其混合物。
50.权利要求49所述的有机粘土组合物，其中所述绿土粘土包含膨润土或蒙脱土。
51.权利要求1至14任一项所述的有机粘土组合物，其中所述鏻化合物包含鏻阳离子且所述鏻阳离子具有结构R1P+(R2)3，其中R1是C8至C24烷基或芳基烷基且各R2可以相同或不同且是芳基、芳基烷基或C1至C6烷基，任选其中至少一个R2包括烯基、炔基或其单取代衍生物；且其中抗衡离子是氯离子、溴离子、碘离子、硫酸根、甲氧基硫酸根、甲基硫酸根、乙基硫酸根、磺酸根、磷酸根、膦酸根、亚磷酸根、羧酸根或乙酸根的至少一种。
52.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中所述鏻化合物包含鏻阳离子且所述鏻阳离子具有结构R1P+(R2)3，其中R1是C8至C24烷基或芳基烷基且各R2可以相同或不同且是芳基、芳基烷基或C1至C6烷基，任选其中至少一个R2包括烯基、炔基或其单取代衍生物；且其中抗衡离子是氯离子、溴离子、碘离子、硫酸根、甲氧基硫酸根、甲基硫酸根、乙基硫酸根、磺酸根、磷酸根、膦酸根、亚磷酸根、羧酸根或乙酸根的至少一种。
53.权利要求20所述的有机粘土组合物，其中所述鏻化合物包含鏻阳离子且所述鏻阳离子具有结构R1P+(R2)3，其中R1是C8至C24烷基或芳基烷基且各R2可以相同或不同且是芳基、芳基烷基或C1至C6烷基，任选其中至少一个R2包括烯基、炔基或其单取代衍生物；且其中抗衡离子是氯离子、溴离子、碘离子、硫酸根、甲氧基硫酸根、甲基硫酸根、乙基硫酸根、磺酸根、磷酸根、膦酸根、亚磷酸根、羧酸根或乙酸根的至少一种。
54.权利要求23所述的有机粘土组合物，其中所述鏻化合物包含鏻阳离子且所述鏻阳离子具有结构R1P+(R2)3，其中R1是C8至C24烷基或芳基烷基且各R2可以相同或不同且是芳基、芳基烷基或C1至C6烷基，任选其中至少一个R2包括烯基、炔基或其单取代衍生物；且其中抗衡离子是氯离子、溴离子、碘离子、硫酸根、甲氧基硫酸根、甲基硫酸根、乙基硫酸根、磺酸根、磷酸根、膦酸根、亚磷酸根、羧酸根或乙酸根的至少一种。
55.权利要求1至14任一项所述的有机粘土组合物，其中所述季铵化合物包含烷基或烯基季铵化合物且所述烷基或烯基季铵化合物包含具有式(IIa)的盐：
Figure FDA0003103736030000061
其中N是氮；R5、R6、R7和R8独立地选自(a)具有1至22个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和烃基、(b)芳烷基，其是苄基和取代苄基结构部分、(c)芳基、(d)具有6个或更少碳原子的β,γ-不饱和基团或具有2至6个碳原子的羟烷基和(e)氢，条件是至少一个取代基是直链或支链不饱和烃基；且X-是盐阴离子。
56.权利要求55所述的有机粘土组合物，其中在式(IIa)中，X-包含氯离子、硫酸根、甲基硫酸根、乙基硫酸根、乙酸根、碘离子、溴离子、硝酸根、氢氧根、磷酸根、甲氧基硫酸根或其混合物的至少一种。
57.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中所述季铵化合物包含烷基或烯基季铵化合物且所述烷基或烯基季铵化合物包含具有式(IIa)的盐：
Figure FDA0003103736030000071
其中N是氮；R5、R6、R7和R8独立地选自(a)具有1至22个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和烃基、(b)芳烷基，其是苄基和取代苄基结构部分、(c)芳基、(d)具有6个或更少碳原子的β,γ-不饱和基团或具有2至6个碳原子的羟烷基和(e)氢，条件是至少一个取代基是直链或支链不饱和烃基；且X-是盐阴离子。
58.权利要求20所述的有机粘土组合物，其中所述季铵化合物包含烷基或烯基季铵化合物且所述烷基或烯基季铵化合物包含具有式(IIa)的盐：
Figure FDA0003103736030000072
其中N是氮；R5、R6、R7和R8独立地选自(a)具有1至22个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和烃基、(b)芳烷基，其是苄基和取代苄基结构部分、(c)芳基、(d)具有6个或更少碳原子的β,γ-不饱和基团或具有2至6个碳原子的羟烷基和(e)氢，条件是至少一个取代基是直链或支链不饱和烃基；且X-是盐阴离子。
59.权利要求23所述的有机粘土组合物，其中所述季铵化合物包含烷基或烯基季铵化合物且所述烷基或烯基季铵化合物包含具有式(IIa)的盐：
Figure FDA0003103736030000073
其中N是氮；R5、R6、R7和R8独立地选自(a)具有1至22个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和烃基、(b)芳烷基，其是苄基和取代苄基结构部分、(c)芳基、(d)具有6个或更少碳原子的β,γ-不饱和基团或具有2至6个碳原子的羟烷基和(e)氢，条件是至少一个取代基是直链或支链不饱和烃基；且X-是盐阴离子。
60.权利要求1至14任一项所述的有机粘土组合物，其中所述有机季铵化合物包含具有式(III)的烷氧基化季铵盐：
Figure FDA0003103736030000081
其中N是氮；X-包含阴离子，其包含氯离子、硫酸根、甲基硫酸根、乙基硫酸根、乙酸根、碘离子、溴离子、硝酸根、氢氧根、磷酸根、甲氧基硫酸根及其混合物的至少一种；R1包含C12至C30直链或支链、饱和或不饱和烃基，或具有8至30个碳原子的烷基酯基团；R2包含H-或C1至C30直链或支链、饱和或不饱和烃基；R3包含H-、C1至C4直链或支链、饱和或不饱和烃基或R4；且R4包含-(CR9R10-CR11R12O)yH或-(CR9R10-CR11R12-CR13R14O)yH，其中R9、R10、R11、R12、R13和R14独立地选自H-、CH3-和CH3CH2-且y平均是4至20。
61.权利要求60所述的有机粘土组合物，其中在式(III)中，R1包含C12至C30直链或支链烯基，或具有8至30个碳原子的烷基酯基团。
62.权利要求60所述的有机粘土组合物，其中在式(III)中，R2包含H-或C1至C30直链或支链烯基。
63.权利要求60所述的有机粘土组合物，其中在式(III)中，R3包含H-、C1至C4直链或支链烯基或R4。
64.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中所述有机季铵化合物包含具有式(III)的烷氧基化季铵盐：
Figure FDA0003103736030000082
其中N是氮；X-包含阴离子，其包含氯离子、硫酸根、甲基硫酸根、乙基硫酸根、乙酸根、碘离子、溴离子、硝酸根、氢氧根、磷酸根、甲氧基硫酸根及其混合物的至少一种；R1包含C12至C30直链或支链、饱和或不饱和烃基，或具有8至30个碳原子的烷基酯基团；R2包含H-或C1至C30直链或支链、饱和或不饱和烃基；R3包含H-、C1至C4直链或支链、饱和或不饱和烃基或R4；且R4包含-(CR9R10-CR11R12O)yH或-(CR9R10-CR11R12-CR13R14O)yH，其中R9、R10、R11、R12、R13和R14独立地选自H-、CH3-和CH3CH2-且y平均是4至20。
65.权利要求20所述的有机粘土组合物，其中所述有机季铵化合物包含具有式(III)的烷氧基化季铵盐：
Figure FDA0003103736030000091
其中N是氮；X-包含阴离子，其包含氯离子、硫酸根、甲基硫酸根、乙基硫酸根、乙酸根、碘离子、溴离子、硝酸根、氢氧根、磷酸根、甲氧基硫酸根及其混合物的至少一种；R1包含C12至C30直链或支链、饱和或不饱和烃基，或具有8至30个碳原子的烷基酯基团；R2包含H-或C1至C30直链或支链、饱和或不饱和烃基；R3包含H-、C1至C4直链或支链、饱和或不饱和烃基或R4；且R4包含-(CR9R10-CR11R12O)yH或-(CR9R10-CR11R12-CR13R14O)yH，其中R9、R10、R11、R12、R13和R14独立地选自H-、CH3-和CH3CH2-且y平均是4至20。
66.权利要求23所述的有机粘土组合物，其中所述有机季铵化合物包含具有式(III)的烷氧基化季铵盐：
Figure FDA0003103736030000092
其中N是氮；X-包含阴离子，其包含氯离子、硫酸根、甲基硫酸根、乙基硫酸根、乙酸根、碘离子、溴离子、硝酸根、氢氧根、磷酸根、甲氧基硫酸根及其混合物的至少一种；R1包含C12至C30直链或支链、饱和或不饱和烃基，或具有8至30个碳原子的烷基酯基团；R2包含H-或C1至C30直链或支链、饱和或不饱和烃基；R3包含H-、C1至C4直链或支链、饱和或不饱和烃基或R4；且R4包含-(CR9R10-CR11R12O)yH或-(CR9R10-CR11R12-CR13R14O)yH，其中R9、R10、R11、R12、R13和R14独立地选自H-、CH3-和CH3CH2-且y平均是4至20。
67.权利要求60所述的有机粘土组合物，其中所述烷氧基化季铵盐包含甲基双(聚氧乙烯[15])椰油烷基季铵盐、甲基双(聚氧乙烯[15])油基季铵盐、甲基双(聚氧乙烯[15])十八烷基季铵盐或十八烷基甲基[聚氧乙烯(15)]季铵盐或其混合物的至少一种，其中括号中的数字是指环氧乙烷单元总数。
68.权利要求67所述的有机粘土组合物，其中所述盐是氯化物。
69.权利要求1至14任一项所述的有机粘土组合物，其中添加到所述矿物粘土或矿物粘土混合物中的来自季铵或鏻化合物的有机阳离子或不同阳离子共混物的总量为基础矿物粘土或矿物粘土混合物的CEC的75％-230％。
70.权利要求69所述的有机粘土组合物，其中CEC的80至160％为烷基或烯基季铵盐和CEC的0至70％为烷氧基化季铵盐。
71.权利要求69所述的有机粘土组合物，CEC的110至140％为烷基或烯基季铵盐和CEC的19至53％为烷氧基化季铵盐。
72.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中添加到所述矿物粘土或矿物粘土混合物中的来自季铵或鏻化合物的有机阳离子或不同阳离子共混物的总量为基础矿物粘土或矿物粘土混合物的CEC的75％-230％。
73.权利要求20所述的有机粘土组合物，其中添加到所述矿物粘土或矿物粘土混合物中的来自季铵或鏻化合物的有机阳离子或不同阳离子共混物的总量为基础矿物粘土或矿物粘土混合物的CEC的75％-230％。
74.权利要求23所述的有机粘土组合物，其中添加到所述矿物粘土或矿物粘土混合物中的来自季铵或鏻化合物的有机阳离子或不同阳离子共混物的总量为基础矿物粘土或矿物粘土混合物的CEC的75％-230％。
75.权利要求1至14任一项所述的有机粘土组合物，其中所述矿物粘土或矿物粘土混合物用每100克矿物粘土或矿物粘土混合物15至160毫当量有机季铵盐处理。
76.权利要求75所述的有机粘土组合物，其中所述矿物粘土或矿物粘土混合物用每100克矿物粘土或矿物粘土混合物70至120毫当量有机季铵盐处理。
77.权利要求15所述的有机粘土组合物，其中所述矿物粘土或矿物粘土混合物用每100克矿物粘土或矿物粘土混合物15至160毫当量有机季铵盐处理。
78.权利要求20所述的有机粘土组合物，其中所述矿物粘土或矿物粘土混合物用每100克矿物粘土或矿物粘土混合物15至160毫当量有机季铵盐处理。
79.权利要求23所述的有机粘土组合物，其中所述矿物粘土或矿物粘土混合物用每100克矿物粘土或矿物粘土混合物15至160毫当量有机季铵盐处理。
80.一种钻井液，其包含基于烃的或逆乳化钻井液基组合物，和权利要求1至79任一项所述的有机粘土组合物。
81.权利要求80所述的钻井液，其包含2.85至42.80kg/m3的所述有机粘土组合物。
82.权利要求80所述的钻井液，其中所述钻井液包含基础流体且所述基础流体包含柴油、矿物油、矿物海豹油、煤油、燃料油、白油、原油、合成油、天然油、α烯烃、聚α烯烃、内烯烃、直链烷烃、直链烷基苯和可生物降解油的至少一种。
83.权利要求82所述的钻井液，其中所述α烯烃是直链α烯烃。
84.权利要求81所述的钻井液，其中所述钻井液包含基础流体且所述基础流体包含柴油、矿物油、矿物海豹油、煤油、燃料油、白油、原油、合成油、天然油、α烯烃、聚α烯烃、内烯烃、直链烷烃、直链烷基苯和可生物降解油的至少一种。
85.权利要求80至84任一项所述的钻井液，其具有95/5至40/60的油/水体积比(OWR)。
86.权利要求80至84任一项所述的钻井液，其中所述钻井液包含水性内相的水且所述水性内相的水是盐水。
87.权利要求80至84任一项所述的钻井液，其进一步包含乳化剂、润湿剂、酸性气体清除剂、加重剂、流体损失控制添加剂、桥键形成剂、碱度控制剂、提供碱度的材料、非粘土流变添加剂和/或缓蚀剂的至少一种。
88.一种包含权利要求1至79任一项所述的有机粘土组合物的组合物，其选自油脂组合物、漆制剂、涂料制剂、胶粘剂制剂和不饱和聚酯组合物、润滑剂、金属加工液、墨水、密封剂、乙烯基酯体系、丙烯酸系树脂体系、环氧树脂体系、聚氨酯树脂体系、纳米复合材料、导热膏、模制化合物、化妆品组合物、清洁剂、个人护理制剂和家庭护理制剂。
89.一种在非水流体中的亲水聚合物浆料，其包含权利要求1至79任一项所述的有机粘土组合物。
90.权利要求89所述的非水流体中的亲水聚合物浆料，其中所述有机粘土组合物构成所述浆料的0.1至10重量％。
91.权利要求89所述的非水流体中的亲水聚合物浆料，其中所述有机粘土组合物构成所述浆料的0.2至4重量％。
CN201780042502.2A 2016-07-11 2017-07-06 有机粘土组合物及其用途 Active CN109476981B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662360542P 2016-07-11 2016-07-11
US62/360,542 2016-07-11
PCT/EP2017/066988 WO2018011058A1 (en) 2016-07-11 2017-07-06 An organoclay composition and its use

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109476981A CN109476981A (zh) 2019-03-15
CN109476981B true CN109476981B (zh) 2021-08-13

Family

ID=59501387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780042502.2A Active CN109476981B (zh) 2016-07-11 2017-07-06 有机粘土组合物及其用途

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11021643B2 (zh)
EP (1) EP3491097B1 (zh)
JP (1) JP6773353B2 (zh)
KR (1) KR102214245B1 (zh)
CN (1) CN109476981B (zh)
CA (1) CA3030452C (zh)
MX (1) MX2019000494A (zh)
WO (1) WO2018011058A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG11202011670SA (en) * 2018-05-30 2020-12-30 Total Marketing Services Compound comprising quaternary monoammonium, acidic and boron fonctionalities and its use as a lubricant additive
CN110157395B (zh) * 2019-04-26 2021-08-17 中石化石油工程技术服务有限公司 油基钻井液提切剂组合物、油基钻井液用提切剂产品及其制备方法和油基钻井液
KR102289654B1 (ko) * 2019-05-17 2021-08-13 중앙대학교 산학협력단 전이금속 황화물 나노입자를 포함하는 시추이수 조성물 및 이의 제조방법
CN110923046A (zh) * 2019-12-17 2020-03-27 上海帕卡兴产化工有限公司 一种冲压润滑防锈油及其制备方法
CN113502165B (zh) * 2021-06-01 2022-05-20 中山大学 一种疏水散体材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1077212A (zh) * 1992-03-17 1993-10-13 鲁布里佐尔公司 含羧基共聚物的酯的组合物及其用法
CN1225691A (zh) * 1996-07-17 1999-08-11 Basf公司 腐蚀抑制

Family Cites Families (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3959158A (en) 1974-09-03 1976-05-25 Nalco Chemical Company High temperature corrosion inhibitor for gas and oil wells
CA1051859A (en) * 1975-06-09 1979-04-03 James A. White Vapor space corrosion inhibited compositions
US5110501A (en) 1980-10-03 1992-05-05 Southern Clay Products, Inc. Process for manufacturing organoclays having enhanced gelling properties
US4422855A (en) * 1981-05-15 1983-12-27 International Telephone And Telegraph Corporation Method of thickening solutions using normally nongelling clays
US4664842A (en) 1983-12-13 1987-05-12 Southern Clay Products, Inc. Process for manufacturing organoclays having enhanced gelling properties
EP0229912A3 (en) 1985-11-19 1989-12-06 M-I Drilling Fluids Company (a Texas general partnership) Oil based drilling fluids and additives therefor
US4816551A (en) 1985-11-19 1989-03-28 Mi Drilling Fluids Company Oil based drilling fluids
GB8621086D0 (en) * 1986-09-01 1986-10-08 Sandoz Ltd Organic compounds
GB8913820D0 (en) * 1989-06-15 1989-08-02 Sandoz Products Ltd Improvements in or relating to organic compounds
CA2028399C (en) * 1989-11-13 2000-08-29 Stephen Norman Gear oils and additives therefor
US5180802A (en) 1990-07-18 1993-01-19 Rheox, Inc. Monoamine capped non-reactive polyamide composition
US5429999A (en) * 1991-11-14 1995-07-04 Rheox, Inc. Organoclay compositions containing two or more cations and one or more organic anions, their preparation and use in non-aqueous systems
US5407480A (en) * 1993-09-30 1995-04-18 Vinings Industries, Inc. Stabilized, high solids, low viscosity smectite slurries, and method of preparation
US6339048B1 (en) 1999-12-23 2002-01-15 Elementis Specialties, Inc. Oil and oil invert emulsion drilling fluids with improved anti-settling properties
US6380295B1 (en) * 1998-04-22 2002-04-30 Rheox Inc. Clay/organic chemical compositions useful as additives to polymer, plastic and resin matrices to produce nanocomposites and nanocomposites containing such compositions
US6787592B1 (en) 1999-10-21 2004-09-07 Southern Clay Products, Inc. Organoclay compositions prepared from ester quats and composites based on the compositions
US6462096B1 (en) 2000-03-27 2002-10-08 Elementis Specialties, Inc. Organophilic clay additives and oil well drilling fluids with less temperature dependent rheological properties containing said additives
US7799742B2 (en) 2008-03-07 2010-09-21 Elementis Specialties Inc. Equivalent circulating density control in deep water drilling
DE10259084A1 (de) 2002-12-17 2004-07-08 Hilti Ag Verfahren zur Herstellung von Schichtsilikat-Intercalationsverbindungen, die dabei erhaltenen Intercalationsverbindungen und deren Verwendung
ES2262119T3 (es) 2003-06-12 2006-11-16 Sud-Chemie Ag Procedimiento para preparar aditivos de nanocompuestos con deslaminacion mejorada en polimeros.
US7871962B2 (en) 2003-08-25 2011-01-18 M-I L.L.C. Flat rheology drilling fluid
US7786189B2 (en) 2003-12-22 2010-08-31 Amcol International Corp. Oligomer-modified layered inorganic compounds and their use in nanocomposites
JP4000377B2 (ja) * 2004-02-16 2007-10-31 独立行政法人産業技術総合研究所 有機粘土複合体及びその製造方法
JP2006335823A (ja) * 2005-05-31 2006-12-14 Kyodo Yushi Co Ltd 温間熱間鍛造用潤滑剤及び鍛造加工方法
US8389447B2 (en) * 2006-02-22 2013-03-05 Elementis Specialties, Inc. Organophilic clay additives and oil well drilling fluids with less temperature dependent rheological properties
US20070197403A1 (en) * 2006-02-22 2007-08-23 David Dino Organophilic clay additives and oil well drilling fluids with less temperature dependent rheological properties
US7326750B1 (en) 2006-10-12 2008-02-05 Kivanc Isik Expanded nanoclays and method of producing such expanded nanoclays
CN100532493C (zh) * 2007-05-21 2009-08-26 孙安顺 一种螯合型驱油粘土稳定剂
US20090308599A1 (en) * 2008-06-13 2009-12-17 Halliburton Energy Services, Inc. Method of enhancing treatment fluid placement in shale, clay, and/or coal bed formations
FR2950628B1 (fr) * 2009-09-25 2013-11-01 Arkema France Melange-maitre pour la fabrication de fluide de forage
AU2010330678B2 (en) 2009-12-07 2014-05-01 Crc Care Pty Ltd Amine modified clay sorbents
US8470727B2 (en) 2011-04-27 2013-06-25 Raymond L. Nip Metal carboxylate clays, derivatives of metal carboxylate clays, methods for making the same, and compositions containing the same
CN102942493A (zh) * 2012-11-09 2013-02-27 西南石油大学 一种三联季铵盐型阳离子表面活性剂及制备方法
CA2895064A1 (en) * 2012-12-14 2014-06-19 Basf Se A proppant
WO2015016934A1 (en) * 2013-08-01 2015-02-05 Halliburton Energy Services, Inc. Resin composition for treatment of a subterranean formation
CN103497745B (zh) * 2013-10-12 2016-01-13 山东大学 一种通过原位形成有机土增稠生物柴油的方法
CN103566816B (zh) * 2013-10-22 2016-03-23 中国石油化工股份有限公司 一种三聚酰胺类非离子型表面活性剂及制备方法和用途
US20160186034A1 (en) * 2014-03-11 2016-06-30 Baker Hughes Incorporated Synergistic organophilic clay mixture as an additive to oil-based drilling fluids
CN104017549B (zh) * 2014-06-05 2017-11-28 浙江丰虹新材料股份有限公司 一种配制高屈服值油基钻井液用有机土及其制备方法
US20150376490A1 (en) * 2014-06-30 2015-12-31 Elementis Specialties, Inc. Non-Aqueous Drilling Additive Useful To Stabilize Viscosity Over Change In Temperature
US10160898B2 (en) * 2014-08-06 2018-12-25 Halliburton Energy Services, Inc. Diverter composition including rheologically-modified invert emulsion and method of use
CN106661440A (zh) 2014-09-25 2017-05-10 哈利伯顿能源服务公司 用于地下油井应用的包含可固化树脂和亲有机改性粘土的组合物
US10407607B2 (en) 2015-04-08 2019-09-10 Gumpro Drilling Fluid PVT. LTD Solid invert emulsion drilling fluid additives, methods of preparation and use in oil-based drilling fluids
CN104927806B (zh) * 2015-05-11 2018-05-01 中国地质大学（北京） 阴-阳离子型有机粘土在油基钻井液中的应用
US9637614B1 (en) 2016-06-22 2017-05-02 Byk Usa Inc. Process of manufacturing thickeners and the use of thus produced thickeners in high-viscosity unsaturated polyester containing formulations
US10626314B1 (en) * 2016-07-11 2020-04-21 Byk-Chemie, Gmbh Additive for drilling fluids

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1077212A (zh) * 1992-03-17 1993-10-13 鲁布里佐尔公司 含羧基共聚物的酯的组合物及其用法
CN1225691A (zh) * 1996-07-17 1999-08-11 Basf公司 腐蚀抑制

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
二聚酸的合成及工业应用;张树林;《精细石油化工》;19951231(第06期);第71-75页 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019527662A (ja) 2019-10-03
EP3491097B1 (en) 2023-10-04
US20190316020A1 (en) 2019-10-17
WO2018011058A1 (en) 2018-01-18
US11021643B2 (en) 2021-06-01
JP6773353B2 (ja) 2020-10-21
KR102214245B1 (ko) 2021-02-10
CA3030452A1 (en) 2018-01-18
EP3491097A1 (en) 2019-06-05
MX2019000494A (es) 2019-04-01
CN109476981A (zh) 2019-03-15
CA3030452C (en) 2021-05-25
KR20190027860A (ko) 2019-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109476981B (zh) 有机粘土组合物及其用途
US8389447B2 (en) Organophilic clay additives and oil well drilling fluids with less temperature dependent rheological properties
CA2631090C (en) Organophilic clay additives and oil well drilling fluids with less temperature dependent rheological properties
US10626314B1 (en) Additive for drilling fluids
JP2002003832A (ja) 親有機性粘土添加剤、および該親有機性粘土添加剤を含有する温度依存性の少ない流動学的性質を有する油井掘削泥水
US11634621B2 (en) Organophilic clays and drilling fluids containing them
AU2018224831A1 (en) Additive to improve cold temperature properties in oil-based fluids
US10793729B2 (en) Organoclay compositions having quaternary ammonium ion having one or more branched alkyl substituents
AU2015288141B2 (en) Organoclay compositions having quaternary ammonium ion having one or more branched alkyl substituents
US20200181474A9 (en) Organoclay compositions and oil-based drilling fluid comprising the clays
WO2019236282A1 (en) Oil based drilling fluids useful having reduced change in high shear viscosity over a wide temperature range
CN112585236A (zh) 用于水基钻井液系统的合成润滑剂

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220524

Address after: German Wessel

Patentee after: BYK-CHEMIE GmbH

Address before: German Wessel

Patentee before: BYK-CHEMIE GmbH

Patentee before: Beek USA

TR01 Transfer of patent right