CN110431212B - 用于反相乳液流体的乳化剂组合物及其使用方法 - Google Patents

用于反相乳液流体的乳化剂组合物及其使用方法 Download PDF

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Abstract

钻探流体组合物包括反相乳液流体，所述反相乳液流体具有油质相、水相和包括乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的乳化剂组合物。所述乙氧基化醇化合物具有式R1─(OCH2CH2)n─OH，其中R1为具有8至22个碳原子的烃基，并且n为1至8。所述乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡(HLB)。所述多胺化脂肪酸化合物具有式R‑CO‑NH‑CH2‑CH2‑N(COR2)‑CH2‑CH2‑NH‑CO‑R3，其中R2为具有1至20个碳原子的烃基并且R为具有1至10个碳原子的烃基或具有式‑R4‑COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有1至10个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。钻井的方法包括在钻探流体组合物存在下在井孔中操作钻子。

Description

用于反相乳液流体的乳化剂组合物及其使用方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2017年2月3日提交的美国临时专利申请第62/454,189号、2017年2月3日提交的美国临时专利申请第62/454,192号和2017年4月18日提交的美国非临时专利申请第15/489,854号的优先权，所述申请中的每个以全文引用的方式并入本公开。
发明领域
本公开的实施例一般涉及乳化剂组合物，特别是用于反相乳液流体组合物的乳化剂组合物和使用反相乳液流体的方法。
背景技术
在钻探操作期间，使钻探流体(其也可称为钻探泥浆)循环通过井孔，以冷却钻头、将岩屑输送到表面，并支撑井孔以防井孔坍塌和来自地层的流体侵入，等其它目的。钻探流体被配制为显示允许钻探流体进行这些功能的某些流体特性，如密度和流变性。通常选择反转乳液流体钻探流体，因为其在各种应用中具有高性能和低风险。与基于水的钻探流体相比，反相乳液流体显示高热稳定性、良好的页岩抑制性和更好的可重复使用性。由于通过反相乳液流体提供的润滑性和井孔稳定性，反转乳液流体通常优选用于深水和延伸井。
发明内容
本公开的实施例涉及用于反相乳液流体的乳化剂组合物和包括反相乳液流体和乳化剂组合物的钻探流体组合物。实施例还涉及使用钻探流体组合物钻探地下井的方法。
根据一个或多个方面，反相乳液包含油质相，分散在油质相中的水相和乳化剂组合物。乳化剂组合物包含具有以下式(I)的乙氧基化醇化合物：
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为具有8至22个碳原子的烃基，并且n为1至8的整数。乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡(HLB)。乳化剂组合物还包含具有以下式(II)的多胺化脂肪酸化合物：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有1至10个碳原子的烃基或具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有1至10个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。
根据其它方面，乳化剂组合物包含具有以下式(I)的乙氧基化醇化合物：
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为具有8至22个碳原子的烃基，并且n为1至8的整数。乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡(HLB)。乳化剂组合物还包含具有以下式(II)的多胺化脂肪酸化合物：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有1至10个碳原子的烃基或具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有1至10个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。
在又一方面，钻探流体组合物包含反相乳液，所述反相乳液包含分散在油质相中的水相和乳化剂组合物。乳化剂组合物包含具有以下式(I)的乙氧基化醇化合物：
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为具有8至22个碳原子的烃基，并且n为1至8的整数。乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡(HLB)。乳化剂组合物还包含具有以下式(II)的多胺化脂肪酸化合物：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有1至10个碳原子的烃基或具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有1至10个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。钻探流体组合物还包含加重材料。
在其它方面，钻探地下井的方法包含在包含加重材料和反相乳液流体的钻探流体组合物存在下在井孔中操作钻子，所述反相乳液流体包含油质相、分散在油质相中的水相和乳化剂组合物。乳化剂组合物包含具有以下式(I)的乙氧基化醇化合物：
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为具有8至22个碳原子的烃基，并且n为1至8的整数。乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡(HLB)。乳化剂组合物还包含具有以下式(II)的多胺化脂肪酸化合物：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有1至10个碳原子的烃基或具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有1至10个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。
所描述的实施例的另外特征和优点将在下文的具体实施方式中阐述，并且根据此描述将部分地对所属领域技术人员而言变得显而易见，或通过实践所描述的实施例(包括下文的具体实施方式和权利要求书)而被认识。
具体实施方式
本公开的实施例涉及乳化剂组合物和包括乳化剂组合物的反相乳液流体。本公开的反相乳液流体的实例包括油质相、分散在油质相中的水相和乳化剂组合物。乳化剂组合物包括乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物。乙氧基化醇化合物具有化学通式(I)：R1─(OCH2CH2)n─OH，其中R1为具有8至22个碳原子的烃基，并且n为1至8的整数。乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡(HLB)。多胺化脂肪酸化合物具有化学通式(II)：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有1至10个碳原子的烃基或具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有1至10个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。据信乳化剂组合物的乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的组合产生增加反相乳液流体的乳液稳定性的协同效应。
本公开的其它实施例涉及含有反相乳液流体的钻探流体组合物。反相乳液流体包括分散在油质相中的水相。反相乳液流体还含有乳化剂组合物，其包括式(I)的乙氧基化醇化合物和式(II)的多胺化脂肪酸化合物。与不含乳化剂组合物的钻探流体相比，钻探流体组合物的反相乳液流体中的乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物之间的协同效应可为钻探流体组合物提供增加的抗重晶石下陷性和改善的孔清洁能力。不受任何特定理论的束缚，据信，与不含乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物两者的乳化剂组合物相比，乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物之间的化学差异可以提供水相与油质相之间的油-水界面处的乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的分子的改善的填充。在油-水界面处的分子的改善的填充可导致反相乳液流体的改善的乳液稳定性。反相乳液流体的乳液稳定性是指随着时间的推移保持反相乳液的特性。特别地，反相乳液流体的乳液稳定性是指通过降低水相液滴与水相的其它液滴聚结或絮凝的趋势来保持油质相(连续相)中水相(不连续相)的液滴尺寸。例如，本文公开的乳化剂组合物稳定了反相乳液流体的水相和油质相之间的相边界，以防止水相的液滴聚结或絮凝在一起。可以通过对反相乳液钻探流体进行高温/高压(HTHP)流体损失测试并观察HTHP滤液是否显示单层或分成两层来评估乳液稳定性。
水相可以是任何合适的流体，如水或含有水以及溶解在水中或者以其它方式与水完全混溶的一种或多种有机或无机化合物两者的溶液。在一些实施例中，水相可含有水，包括淡水、井水、滤后水、蒸馏水、海水、盐水、采出水、地层盐水、其它类型的水或水的组合。在实施例中，水相可含有盐水，包括天然和合成盐水。水相可包括含有水溶性有机化合物的水，如醇、有机酸、胺、醛、酮、酯或例如其它极性有机化合物，或溶解在水中的盐。在一些实施例中，水相可包括盐、水溶性有机化合物或两者作为溶解在水中的杂质。替代地，在实施例中，水相可包括盐、水溶性有机化合物，或盐和水溶性有机化合物两者，以改变水相的至少一种特性，如水相的密度。在一些实施例中，增加水相中盐、水溶性有机化合物或盐和水溶性有机化合物两者的量可以增加钻探流体的密度。在一些实施例中，可存在于水相中的盐可包括金属盐，如钠盐、钙盐、铯盐、锌盐、铝盐、镁盐、钾盐、锶盐、硅酸盐、锂盐或这些的组合。金属盐可呈例如氯化物、溴化物、碳酸盐、氢氧化物、碘化物、氯酸盐、溴酸盐、甲酸盐、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氧化物、氟化物或这些的组合的形式。
在一些实施例中，反相乳液流体可包括足以产生稳定的反相乳液的一定量的水相，其中水相保持分散在油质相中。在一些实施例中，以反相乳液流体的总体积计，反相乳液流体可具有至多50体积％(体积％)的水相。在一些实施例中，以反相乳液流体的总体积计，反相乳液流体可包括5体积％至小于50体积％的水相。在一些实施例中，以反相乳液流体的总体积计，反相乳液流体可含有5体积％至40体积％、5体积％至30体积％、5体积％至20体积％、5体积％至10体积％、10体积％至50体积％、10体积％至40体积％、10体积％至30体积％、10体积％至20体积％、20体积％至50体积％、20体积％至40体积％、20体积％至30体积％、30体积％至50体积％、30体积％至40体积％，或40体积％至50体积％的水相。
油质相可以是任何合适的流体，如油或含有油以及溶解在油中或者以其它方式与油完全混溶的一种或多种有机或无机化合物两者的溶液。油质相可包括至少一种天然衍生或合成衍生的油。反相乳液流体的油质相可包括衍生自石油的油，如矿物油；柴油；直链或支链烯烃；聚烯烃；烷烃；石蜡；脂肪酸酯；脂肪酸的直链、支链或环状烷基醚；其它石油衍生的油，或任何这些的组合。油质相可含有酯、醚、缩醛、碳酸二烷基酯、烃或任何这些的组合。例如，油质相还可包括衍生自动物或植物的油，如safra油。油质相还可包括其它油，如但不限于聚二有机硅氧烷、硅氧烷、有机硅氧烷、其它基于硅酮的油或这些油的组合。本公开还涵盖常规用于钻探应用的反相乳液流体中的其它油，以包括在反相乳液流体中的油质相中。
反相乳液流体可含有足以使油质相成为反相乳液流体的连续相的一定量的油质相。在实施例中，以反相乳液流体的总体积计，反相乳液流体可包括至少50体积％的油质相。在一些实施例中，以反相乳液流体的总体积计，反相乳液流体可包括50体积％至95体积％、50体积％至90体积％、50体积％至80体积％、50体积％至70体积％、50体积％至60体积％、60体积％至95体积％、60体积％至90体积％、60体积％至80体积％、60体积％至70体积％、70体积％至95体积％、70体积％至90体积％、70体积％至80体积％、80体积％至95体积％、80体积％至90体积％，或90体积％至95体积％的油质相。
在实施例中，油质相可以是连续的油质相，并且水相可以分散在连续的油质相中。在一些实例中，反相乳液流体可包括足以提供稳定的水包油乳液的油质相与水相的体积比。在实施例中，反相乳液流体可具有50:50至95:5、50:50至90:10、50:50至85:15、50:50至80:20、50:50至75:25、55:45至95:5、55:45至90:10、55:45至85:15、55:45至75:25、55:45至70:30、60:40至95:5、60:40至90:10、60:40至85:15、60:40至80:20、60:40至75:25、60:40至70:30、65:35至95:5、65:35至90:10、65:35至85:15、65:35至80:20、65:35至75:25，和65:35至70:30的油质相与水相的体积比。在一些实例中，反相乳液流体可具有50:50至95:5的油质相与水相的体积比。在其它实例中，反相乳液流体可具有60:40至80:20的油质相与水相的体积比。在其它实例中，反相乳液流体可具有约70:30的油质相与水相的体积比。
反相乳液流体包括乳化剂组合物。乳化剂组合物可稳定反相乳液流体，使得与不含乳化剂组合物的反相乳液流体相比，具有乳化剂组合物的反相乳液流体显示出增加的乳液稳定性。与具有不含乳化剂组合物的反相乳液流体的钻探流体组合物相比，包括具有乳化剂组合物的反相乳液流体的钻探流体组合物还显示出增加的乳液稳定性和内部水相的稳定性。具有含有乳化剂组合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可以进一步将钻探流体组合物的加重材料保持在油润湿状态，并且可以有助于在钻探操作期间增加过滤控制。如前所述，乳化剂组合物包括乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物。
乙氧基化醇化合物具有通式(I)
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为烃基，并且下标n为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15。在一些实施例中，n为1至8的整数。在一些实施例中，n为1。乙氧基化醇化合物可以是脂肪醇乙氧基化与环氧乙烷的反应产物。环氧乙烷是具有化学式C2H4O的环醚，并且可以通过在银催化剂的存在下氧化乙烯产生。
如在本公开中所使用的，“烃基”是指通过从由碳原子和氢原子组成的烃化合物中去除一个氢原子而形成的烃基。烃基在烃基的碳原子(从所述碳原子去除氢原子)处与另一化学基团形成化学键。在实施例中，R1可以为饱和或不饱和烃基，如饱和烷基(-CyH2y+1，其中y为R1中的碳原子的数量)、不饱和烷基(-CyH(2y-2z-4w+1)，其中y为R1中的碳原子的数量，z为零或R1中的双键的数量，并且w为零或R1中的三键的数量)、烯基(-CH＝CHCyH(2y-2z-4w+1)，其中y为零或大于零的整数，z为零或R1中的另外双键的数量，并且w为零或R1中的三键的数量)，或炔基(-C≡CCyH(2y-2z-4w+1)，其中y为零或大于零的整数，z为零或R1中的双键的数量，并且w为零或R1中的另外双键的数量)。饱和烷基、不饱和烷基、饱和烯基、烯基和炔基的通式中的每一个通式包括在各个碳原子上具有1个、2个、3个、4个、5个或大于5个支链的直链基团和支链基团两者。直链烃基的实例包括但不限于式-(CH2)yCH3的直链烷基和式-CH＝(CH2)yCH3的直链烯基，其中y为0至15的整数。直链烷基的具体实例包括甲基、乙基、正丙基、正丁基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基和正癸基。直链烯基的具体实例包括乙烯基和烯丙基。在其它实例中，R1可包括环状烃基，如苯基、环己基或其它芳香族或非芳香族环状烃基。R1可以为直链或支链烃基。R1可具有8至22个碳原子(碳)，如8至20个碳、8至18个碳、8至16个碳、8至14个碳、8至12个碳、8至10个碳、10至22个碳、10至20个碳、10至18个碳、10至16个碳、10至14个碳、10至12个碳、12至22个碳、12至20个碳、12至18个碳、12至16个碳、12至14个碳、14至22个碳、14至20个碳、14至18个碳、14至16个碳、16至22个碳、16至20个碳、16至18个碳、18至22个碳、18至20个碳，或13个碳。在一些实施例中，R1可以为饱和直链烃基。替代地，在其它实施例中，R1可以为支链烃基。
衍生乙氧基化醇化合物的脂肪醇可包括具有式R1-OH的醇，其中R1为如前所述的烃基。例如，R1可以为具有8至22个碳的烃基，如8至20个碳、8至18个碳、8至16个碳、8至14个碳、8至12个碳、8至10个碳、10至22个碳、10至20个碳、10至18个碳、10至16个碳、10至14个碳、10至12个碳、12至22个碳、12至20个碳、12至18个碳、12至16个碳、12至14个碳、14至22个碳、14至20个碳、14至18个碳、14至16个碳、16至22个碳、16至20个碳、16至18个碳、18至22个碳、18至20个碳，或13个碳。在一些实施例中，R1可以为饱和直链烃基。替代地，在其它实施例中，R1可以为饱和支链烃基。在其它实施例中，R1可以为不饱和烃基。
具有式R1-OH的脂肪醇可以是天然衍生的或合成衍生的脂肪醇。脂肪醇可以是天然存在的脂肪醇，如从天然来源，如动物脂肪或植物油获得的脂肪醇。脂肪醇还可以是氢化的天然存在的不饱和脂肪醇。替代地，脂肪醇可以是通过一种或多种合成反应从石油来源或其它来源制备的合成脂肪醇。脂肪醇的非限制性实例可以包括但不限于辛醇、壬酸醇、癸醇(癸烷醇)、十一烷醇、十二烷醇(月桂醇)、十三烷醇(十三基醇)、肉豆蔻醇(1-十四烷醇)、十五烷醇(十五基醇)、十六烷醇、正十六烷醇(顺-9-十六碳烯醇)、十七烷醇(十七基醇)、硬酯醇、十九烷醇、二十烷醇、其它天然存在的脂肪醇、其它合成脂肪醇、或这些脂肪醇中的任何组合。
在实例中，脂肪醇可以是通过衍生自石油来源的乙烯的低聚来衍生的脂肪醇，或在其它实例中，脂肪醇可以是通过烯烃的加氢甲酰化然后氢化加氢甲酰化反应产物来衍生的脂肪醇。在一些实施例中，脂肪醇可包括具有12至14个碳原子的烃基(R1)。一些乙氧基化醇化合物的实例可以由具有12个碳原子的饱和直链烃基R1的饱和直链脂肪醇制备。
乙氧基化醇化合物可以通过使脂肪醇与环氧乙烷以1:x的脂肪醇与环氧乙烷的摩尔比反应来制作，其中x为1至15、1至12、1至10、1至8、1至7、1至6、1至5、1至4、1至3、1至2、2至15、2至12、2至10、2至8、2至7、2至6、2至5、2至4、2至3、3至15、3至12、3至10、3至8、3至7、3至6、3至5，或3至4。在一些实施例中，x为约1。可在高温下并且在阴离子催化剂(如氢氧化钾(KOH))的存在下进行乙氧基化反应。可根据反应(RXN1)进行乙氧基化反应的实例。
Figure BDA0002199840070000091
在反应(RXN1)中，R1是先前在本公开中描述的脂肪醇的烃部分。反应(RXN1)的产物可具有通式R1-(OCH2CH2)n-OH，其中R1为具有8至22个碳的烃基，如8至20个碳、8至18个碳、8至16个碳、8至14个碳、8至12个碳、8至10个碳、10至22个碳、10至20个碳、10至18个碳、10至16个碳、10至14个碳、10至12个碳、12至22个碳、12至20个碳、12至18个碳、12至16个碳、12至14个碳、14至22个碳、14至20个碳、14至18个碳、14至16个碳、16至22个碳、16至20个碳、16至18个碳、18至22个碳、18至20个碳，或13个碳。在一些实施例中，x为整数，并且n等于x。
在一些实施例中，R1为-(CH2)mCH3，其中m为7至21、9至15或11至13。在一些实施例中，m为11、12或13。在一些实施例中，由脂肪醇与环氧乙烷以1:1的脂肪醇与环氧乙烷摩尔比乙氧基化产生的乙氧基化醇化合物具有化学式CH3(CH2)m-(OCH2CH2)-OH；其中m为11至13的整数。在一些实施例中，m为11。在一些实施例中，乙氧基化醇化合物包含以下、基本上由以下组成或由以下组成：具有化学式CH3(CH2)11-(OCH2CH2)-OH的化合物。
亲水亲脂平衡值(HLB)为分子的亲水和亲脂部分之间的经验关系，并提供分子的亲水部分和亲脂部分的相对强度的指示。乙氧基化醇化合物可以是两亲的，意味着其具有疏水性尾部(非极性R基团)和亲水性头部(来自环氧乙烷和醇基团的极性-OH基团)，其可以降低一种液体或两种液体之间的表面张力。在一些实施例中，表面活性剂可具有小于或等于6的HLB。不受任何具体理论束缚，乙氧基化醇化合物的HLB是乙氧基化醇化合物为亲水性或亲脂性程度的量度，其可以通过根据等式1根据Griffin方法计算分子区域的值来确定：
Figure BDA0002199840070000101
在等式1中，Mh为分子的亲水部分的分子量，并且M为整个分子的分子量。得到的HLB值以0至20的等级给出结果，其中值0表示完全疏水性/亲脂性分子，并且值20对应于完全疏水性/疏脂性分子。通常，HLB小于10的分子是脂溶性的(并且因此是不溶于水的)，并且HLB大于10的分子是水溶性的(并且因此是不溶于脂的)。乙氧基化醇化合物具有小于6、小于5或小于4的HLB。在一些实施例中，乙氧基化醇化合物可具有0.5至6、0.5至5、0.5至4、0.5至3、0.5至2、1至6至、1至5、1至4、1至3、1至2、2至6、2至5、2至4，或2至3的HLB。
多胺化脂肪酸化合物具有式(II)：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为烃基，并且R3为烃基或具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为饱和或不饱和亚烃基。R2可以为饱和或不饱和烃基，如饱和烷基(-CyH2y+1，其中y为R2中的碳原子的数量)、不饱和烷基(-CyH(2y-2z-4w+1)，其中y为R2中的碳原子的数量，z为零或R2中的双键的数量，并且w为零或R2中的三键的数量)、烯基(-CH＝CHCyH(2y-2z-4w+1)，其中y为零或大于零的整数，z为零或R2中的另外双键的数量，并且w为零或R2中的三键的数量)，或炔基(-C≡CCyH(2y-2z-4w+1)，其中y为零或大于零的整数，z为零或R2中的双键的数量，并且w为零或R2中的另外双键的数量)。饱和烷基、不饱和烷基、饱和烯基、烯基和炔基的通式中的每一个通式包括在各个碳原子上具有1个、2个、3个、4个、5个或大于5个支链的直链基团和支链基团两者。直链烃基的实例包括但不限于式-(CH2)yCH3的直链烷基和式-CH＝(CH2)yCH3的直链烯基，其中y为0至15的整数。直链烷基的具体实例包括甲基、乙基、正丙基、正丁基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基和正癸基。直链烯基的具体实例包括乙烯基和烯丙基。在其它实例中，R2可包括环状烃基，如苯基、环己基或其它芳香族或非芳香族环状烃基。在实施例中，R2可以为直链或支链烃基。R2可具有1至20个碳原子(碳)，如1至18个碳，1至16个碳、1至14个碳、1至12个碳、1至10个碳、6至20个碳、6至18个碳、6至16个碳、6至14个碳、6至12个碳、6至10个碳、8至20个碳、8至18个碳、8至16个碳、8至14个碳、8至12个碳、8至10个碳、10至20个碳、20至18个碳、10至16个碳、10至14个碳、10至12个碳、12至20个碳、12至18个碳、12至16个碳、12至14个碳、14至20个碳、14至18个碳、14至16个碳、16至20个碳或13个碳。在一些实施例中，R2可以为饱和直链烃基。替代地，在其它实施例中，R2可以为支链烃基。
如前所述，R3为具有式-R4-COOH的烃基或亚烷基羧酸酯基，其中R4为饱和或不饱和亚烃基。在实施例中，R3可以为饱和或不饱和烃基，如饱和烷基(-CyH2y+1，其中y为R3中的碳原子的数量)、不饱和烷基(-CyH(2y-2z-4w+1)，其中y为R3中的碳原子的数量，z为零或R3中的双键的数量，并且w为零或R3中的三键的数量)、烯基(-CH＝CHCyH(2y-2z-4w+1)，其中y为零或大于零的整数，z为零或R3中的另外双键的数量，并且w为零或R3中的三键的数量)，或炔基(-C≡CCyH(2y-2z-4w+1)，其中y为零或大于零的整数，z为零或R3中的双键的数量，并且w为零或R3中的另外双键的数量)。饱和烷基、不饱和烷基、饱和烯基、烯基和炔基的通式中的每一个通式包括在各个碳原子上具有1个、2个、3个、4个、5个或大于5个支链的直链基团和支链基团两者。直链烃基的实例包括但不限于式-(CH2)yCH3的直链烷基和式-CH＝(CH2)yCH3的直链烯基，其中y为0至15的整数。直链烷基的具体实例包括甲基、乙基、正丙基、正丁基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基和正癸基。直链烯基的具体实例包括乙烯基和烯丙基。在其它实例中，R3可包括环状烃基，如苯基、环己基或其它芳香族或非芳香族环状烃基。R3可具有1至10个碳，如1至8个碳、1至6个碳、1至4个碳、2至10个碳、2至8个碳、2至6个碳、2至4个碳、4至10个碳，或4至8个碳。在一些实施例中，R3可以为甲基(-CH3)、苯基(-(C6H5))或其它烃基。
替代地，在其它实施例中，R3可以为具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为饱和或不饱和亚烃基，如亚烷基、亚烯基或环状亚烃基，如苯基、环己基，或其它芳香族或非芳香族环状亚烃基。R4可具有1至10个碳，如1至8个碳、1至6个碳、1至4个碳、2至10个碳、2至8个碳、2至6个碳、2至4个碳、4至10个碳，或4至8个碳。在一些实施例中，R4可以为-CH2CH2-、-CH＝CH-或其它亚烃基。
在实施例中，R3可选自由以下组成的群组：甲基、苯基-CH2CH2-COOH和-CH＝CH-COOH。例如，在一些实施例中，R3可具有式-CH＝CH-COOH，使得多胺化脂肪酸化合物具有式(III)：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-CH＝CH-COOH (III)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基；在另一个实例中，R3可具有式-CH3，使得多胺化脂肪酸化合物具有式(IV)：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-CH3 (IV)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基；在另一个实例中，R3可以为苯基(-(C6H5))，使得多胺化的脂肪酸化合物具有式(V)：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-(C6H5) (V)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基；在另一个实例中，R3可具有式-CH3，使得多胺化脂肪酸化合物具有式(VI)：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-CH2-CH2-COOH (VI)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基；
多胺化脂肪酸化合物可以通过两步法合成。在第一步中，使脂肪酸与二亚乙基三胺(DETA)反应以产生酰胺和水。脂肪酸具有化学通式R2-COOH，其中R2为先前关于式(II)描述的烃基。
具有式R2-COOH的脂肪酸可以是天然衍生的或合成衍生的脂肪酸。脂肪酸可以是天然存在的脂肪酸，如衍生自天然来源(如动物脂肪或植物油)的脂肪酸。脂肪酸可以通过甘油三酯、磷脂或甘油三酯和磷脂两者的水解和甘油的去除来产生。甘油三酯和磷脂可衍生自天然来源，如动物脂肪或植物脂肪，如椰子油、棕榈油、大豆油、妥尔油、妥尔油脂肪酸(TOFA)或其它油。在一些实例中，脂肪酸可以是由天然衍生的不饱和脂肪酸的氢化产生的饱和脂肪酸。替代地，脂肪酸可以是通过一种或多种合成反应由石油来源或其它来源制备的合成脂肪酸。在实例中，脂肪酸可以是通过烯烃的氢羧基化衍生的合成脂肪酸。脂肪酸的非限制性实例可包括但不限于辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、肉豆蔻油酸、棕榈油酸、十六碳烯酸、油酸、反油酸、异油酸、亚油酸、反亚油酸，α-亚油酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸、其它天然存在的脂肪酸、其它合成脂肪酸，或这些脂肪酸的任何组合。在一些实施例中，脂肪酸可以为妥尔油脂肪酸。妥尔油脂肪酸可包括以下中的至少一种：棕榈酸、油酸、亚油酸或这些的组合。在实施例中，脂肪酸可以为衍生自粗妥尔油蒸馏的妥尔油脂肪酸。在一个或多个实施例中，脂肪酸可包括具有12至14个碳原子的烃基(R2)。一些多胺化脂肪酸化合物的实例可以使用具有12个碳原子的饱和直链烃基R2的饱和直链脂肪酸制备。
在第一反应步骤中，DETA与脂肪酸反应生成中间体脂肪酸酰胺和水。随后在反应(RXN2)中提供用于合成多胺化脂肪酸的第一步骤的反应。
Figure BDA0002199840070000141
在合成多胺化脂肪酸的第二步骤中，根据反应(RXN2)在第一步骤中合成的中间体脂肪酸酰胺进一步与酸酐如马来酸酐、乙酸酐、苯甲酸酐或琥珀酸酐反应，以形成第二化合物的多胺化脂肪酸。在第二化合物的合成反应的实例中，酸酐可以是马来酸酐。使用马来酸酐作为酸酐制备式(III)化合物的第二步骤反应作为反应(RXN3)提供。
Figure BDA0002199840070000142
以与反应(RXN3)类似的方式，如果反应(RXN3)中的马来酸酐被乙酸酐取代，则产物为式(IV)化合物。同样，如果反应(RXN3)中的马来酸酐被苯甲酸酐代替，则产物为式(V)化合物。另外，如果反应(RXN3)中的马来酸酐被琥珀酸酐取代，则产物为式(VI)化合物。
乳化剂组合物包括足以为包括乳化剂组合物的反相乳液流体提供稳定性的乙氧基化醇化合物与多胺化脂肪酸化合物的重量比。在实施例中，乳化剂组合物中的乙氧基化醇化合物与多胺化脂肪酸化合物的重量比可为1:99至99:1、1:99至95:5、1:99至90:10、20:80至99:1、20:80至95:5、20:80至90:10、50:50至99:1、50:50至95:5、50:50至90:10、70:30至99:1、70:30至95:5、70:30至90:10、80:20至99:1、80:20至95:5、80:20至90:10、85:15至99:1、85:15至95:5、85:15至90:10、90:10至99:1、90:10至95:5，或95:5至99:1。在一些实施例中，乳化剂组合物为其组分的反相乳液流体的乙氧基化醇化合物与多胺化脂肪酸化合物的重量比可以为1:99至99:1、1:99至95:5、1:99至90:10、20:80至99:1、20:80至95:5、20:80至90:10、50:50至99:1、50:50至95:5、50:50至90:10、70:30至99:1、70:30至95:5、70:30至90:10、80:20至99:1、80:20至95:5、80:20至90:10、85:15至99:1、85:15至95:5、85:15至90:10、90:10至99:1、90:10至95:5，或95:5至99:1。在一些实施例中，与不含乙氧基化醇化合物、多胺化脂肪酸或乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸两者的反相乳液流体相比，相对于乙氧基化醇化合物的量仅具有少量多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体显示出导致反相乳液流体的乳液稳定性增加的协同作用。例如，在其中多胺化脂肪酸化合物的量相对于乙氧基化醇化合物的量小的实施例中，反相乳液流体可以具有70:30至99:1，或70:30至95:5、80:20至99:1、80:20至95:5、85:15至99:1、85:15至95:5、90:10至99:1、90:10至95:5，或95:5至99:1的乙氧基化醇化合物与多胺化脂肪酸化合物的重量比。
具有乳化剂组合物的反相乳液流体可以具有足以提供以稳定反相乳液流体的协同作用的一定量的乙氧基化醇化合物和一定量的多胺化脂肪酸化合物。反相乳液流体可包括0.25磅/桶(lbm/bbl)(0.71千克/立方米(kg/m3))至25lbm/bbl(71kg/m3)乙氧基化醇化合物，其中“桶”是指具有42U.S.加仑的体积的标准油田桶，并且其中1磅/桶为约2.85kg/m3。
反相乳液流体可包括0.25lbm/bbl至20lbm/bbl、0.25lbm/bbl至15lbm/bbl、0.25lbm/bbl至8lbm/bbl、0.25lbm/bbl至5lbm/bbl、0.25lbm/bbl至1lbm/bbl、0.25lbm/bbl至0.5lbm/bbl、0.5lbm/bbl至25lbm/bbl、0.5lbm/bbl至20lbm/bbl、0.5lbm/bbl至15lbm/bbl、0.5lbm/bbl至10lbm/bbl、0.5lbm/bbl至5lbm/bbl、0.5lbm/bbl至1lbm/bbl、1lbm/bbl至25lbm/bbl、1lbm/bbl至20lbm/bbl、1lbm/bbl至15lbm/bbl、1lbm/bbl至8lbm/bbl、1lbm/bbl至5lbm/bbl、5lbm/bbl至25lbm/bbl、5lbm/bbl至20lbm/bbl、5lbm/bbl至15lbm/bbl、5lbm/bbl至8lbm/bbl、8lbm/bbl至25lbm/bbl、8lbm/bbl至20lbm/bbl、8lbm/bbl至15lbm/bbl、15lbm/bbl至25lbm/bbl、15lbm/bbl至20lbm/bbl，或20lbm/bbl至25lbm/bbl的乙氧基化醇化合物。
与不含乙氧基化醇化合物的反相乳液流体相比，反相乳液流体可具有足以在乙氧基化醇化合物存在下产生协同效应以向反相乳液流体提供增加的乳液稳定性的一定量的多胺化脂肪酸化合物。在实施例中，反相乳液流体可具有0.25lbm/bbl(0.71kg/m3)至25lbm/bbl(71kg/m3)的多胺化脂肪酸化合物。反相乳液流体可包括0.25lbm/bbl至20lbm/bbl、0.25lbm/bbl至15lbm/bbl、0.25lbm/bbl至8lbm/bbl、0.25lbm/bbl至5lbm/bbl、0.25lbm/bbl至1lbm/bbl、0.25lbm/bbl至0.5lbm/bbl、0.5lbm/bbl至25lbm/bbl、0.5lbm/bbl至20lbm/bbl、0.5lbm/bbl至15lbm/bbl、0.5lbm/bbl至8lbm/bbl、0.5lbm/bbl至5lbm/bbl、0.5lbm/bbl至1lbm/bbl、1lbm/bbl至25lbm/bbl、1lbm/bbl至20lbm/bbl、1lbm/bbl至15lbm/bbl、1lbm/bbl至8lbm/bbl、1lbm/bbl至5lbm/bbl、5lbm/bbl至25lbm/bbl、5lbm/bbl至20lbm/bbl、5lbm/bbl至15lbm/bbl、5lbm/bbl至8lbm/bbl、8lbm/bbl至25lbm/bbl、8lbm/bbl至20lbm/bbl、8lbm/bbl至15lbm/bbl、15lbm/bbl至25lbm/bbl、15lbm/bbl至20lbm/bbl，或20lbm/bbl至25lbm/bbl的多胺化脂肪酸化合物。在一些实施例中，反相乳液流体可具有0.25lbm/bbl至25lbm/bbl的乙氧基化醇化合物和0.25lbm/bbl至25lbm/bbl的多胺化脂肪酸化合物。在其它实施例中，反相乳液流体可具有1lbm/bbl至25lbm/bbl的乙氧基化醇化合物和0.25lbm/bbl kg/m3至10lbm/bbl的多胺化脂肪酸化合物。在其它实施例中，反相乳液流体可具有5lbm/bbl至25lbm/bbl的乙氧基化醇化合物和0.25lbm/bbl至5lbm/bbl的多胺化脂肪酸化合物。
具有含有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的乳化剂组合物的反相乳液流体可以用作用于钻探地下井的钻探流体组合物的基础流体。为了钻探地下井或井孔，将包括钻头和用于对钻头加重的钻铤的钻柱插入预钻孔中并旋转以使钻头切入孔底部处的岩石中，从而产生岩屑。为了从井孔的底部去除岩屑，将钻探流体组合物通过钻柱向下泵送到钻头。钻探流体组合物冷却钻头并且将岩屑提升远离钻头。当将钻探流体组合物再循环回到表面时，钻探流体组合物将岩屑向上携带。在表面处，从钻探流体组合物中去除岩屑，并且然后使钻探流体组合物沿着钻柱向下再循环回到井孔的底部。术语“岩屑”旨在包括通过钻头从地层分离或以其它方式存在于井孔中的任何碎片、碎块或颗粒。
本公开中描述的钻探流体组合物在钻探过程中起到若干作用。钻探流体组合物为钻头提供润滑和冷却。根据实施例，钻探流体组合物还通过将岩屑从钻头运输到表面来帮助清洁井孔。钻探流体组合物的孔清洁能力是指钻探流体组合物从钻探区夹带岩屑并将其输送到井孔表面的能力。另外，在实施例中，钻探流体组合物在井孔中提供流体静压以为井孔的侧壁提供支撑，并且防止侧壁坍塌和塌陷在钻柱上。在实施例中，钻探流体组合物在井孔中提供流体静压，以防止在钻探操作期间井下地层中的流体流入井孔中。
包括含有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物显示出特定的特性和特征，包括密度、粘度、固体含量、泵送能力和孔清洁能力，其改善了钻探操作期间钻探流体组合物的操作并保持了钻探流体组合物将岩屑从井孔底部输送到表面的能力。特别地，具有含有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物显示出特定的流变特性，使得钻探流体组合物能够通过钻柱向下泵送，同时还使钻探流体组合物能够将岩屑从钻头输送到井孔顶部。具有含有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物的改变的流变特性可以减少或消除钻探问题，如固体沉降、管道卡住和过度的泵压。另外，钻探流体组合物具有足够的密度，以提供支撑井孔的侧壁和防止地层中的流体流入井孔中所需的流体静压。
在某些条件下，钻探流体中的加重剂(如重晶石)可以与液体分离并沉降在井孔中。这种情况称为重晶石下陷。重晶石下陷通常发生在钻探流体通过井孔的流动停止的一段时间内，在此期间钻探流体是静态的，但重晶石下陷也可能在钻探流体的流量或环形速度减小时发生。重晶石下陷也可能由于降低的粘度或降低的凝胶强度、降低的剪切速率条件、更高的井下温度和其它条件而恶化。固体加重材料的沉降可引起整个井孔的钻探流体密度的变化。例如，由于固体通过重力朝向井孔底部沉降，井孔底部的钻探流体可以具有比表面附近的相同流体更大的密度。重晶石下陷条件可能导致管道条件卡住，钻探流体的孔清洁能力降低，或两者兼而有之。
根据实施例的钻探流体组合物包括反相乳液流体，其包含油质相、分散在油质相中的水相，和包含乙氧基化醇化合物和多胺化醇化合物的乳化剂组合物。钻探流体组合物还包括加重材料以使钻探流体组合物致密化。钻探流体组合物可任选地包括至少一种添加剂，其改变或改善钻探流体组合物的特性和特征。包括反相乳液流体的钻探流体组合物在各种钻探应用中提供高性能和低风险。与不含具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的其它基于水或基于油的钻探流体相比，具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体显示出高热稳定性、良好的页岩抑制和可重复使用性。与不含具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体相比，具有含有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物还可以显示出优异的润滑性和井稳定性。具有含有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可有利于钻探深水和延伸井。
钻探流体组合物可以含有足够量的反相乳液流体(基础流体)，使得钻探流体组合物可以循环到井孔底部的钻头并返回到表面，而不经历固体沉降、管道卡住、过度的泵压或这些条件的组合。以钻探流体组合物的总重量计，钻探流体组合物可包括20重量％至90重量％的基础流体。例如，以钻探流体组合物的总重量计，钻探流体组合物可具有20重量％至80重量％、20重量％至70重量％、20重量％至60重量％、20重量％至50重量％、23重量％至90重量％、23重量％至80重量％、23重量％至70重量％、23重量％至60重量％、23重量％至50重量％、24重量％至90重量％、24重量％至80重量％、24重量％至70重量％、24重量％至60重量％、24重量％至50重量％、25重量％至90重量％、25重量％至80重量％、25重量％至70重量％、25重量％至60重量％、25重量％至50重量％、50重量％至90重量％、50重量％至80重量％、50重量％至70重量％、50重量％至60重量％、60重量％至90重量％、60重量％至80重量％、60重量％至70重量％、70重量％至90重量％、70重量％至80重量％，或80重量％至9重量％的反相乳液。在一些实施例中，钻探流体组合物可具有50lbm/bbl至330lbm/bbl的反相乳液流体。在实施例中，钻探流体组合物可具有50lbm/bbl至300lbm/bbl、50lbm/bbl至250lbm/bbl、50lbm/bbl至200lbm/bbl、50lbm/bbl至150lbm/bbl、100lbm/bbl至330lbm/bbl、100lbm/bbl至300lbm/bbl、100lbm/bbl至250lbm/bbl、100lbm/bbl至200lbm/bbl、150lbm/bbl至330lbm/bbl、150lbm/bbl至300lbm/bbl、150lbm/bbl至250lbm/bbl、200lbm/bbl至330lbm/bbl、200lbm/bbl至300lbm/bbl、200lbm/bbl至250lbm/bbl，或250lbm/bbl至330lbm/bbl的反相乳液流体。
在一些实施例中，加重材料可以是具有比重(SG)的颗粒状固体，所述比重(SG)足以在不添加使得钻探流体组合物不能通过井孔循环的如此多的加重材料的情况下，将钻探流体组合物的密度增加一定量。加重材料可具有2克/立方厘米(g/cm3)至6g/cm3、2g/cm3至5.5g/cm3、2g/cm3至5g/cm3、2g/cm3至4.5g/cm3、2.5g/cm3至6g/cm3、2.5g/cm3至5.5g/cm3、2.5g/cm3至5g/cm3、2.5g/cm3至4.5g/cm3、3g/cm3至6g/cm3、3g/cm3至5.5g/cm3、3g/cm3至5g/cm3，或3g/cm3至4.5g/cm3的比重(SG)。加重材料的实例包括但不限于重晶石(最小SG为4.20g/cm3)、赤铁矿(最小SG为5.05g/cm3)、碳酸钙(最小SG为2.7-2.8g/cm3)、菱铁矿(最小SG为3.8g/cm3)、钛铁矿(最小SG为4.6g/cm3)、其它加重材料，或这些加重材料的任何组合。在一些钻探流体组合物的实例中，加重材料为重晶石。
钻探流体组合物可包括足以增加钻探流体组合物的密度的重量％的加重材料，使得钻探流体组合物支撑井孔并防止井下地层中的流体流入井孔。在实施例中，以钻探流体组合物的总重量计，钻探流体组合物可包括1重量％至80重量％的加重材料。在一些实施例中，以钻探流体组合物的总重量计，钻探流体组合物可包括1重量％至75重量％、1重量％至74重量％、1重量％至73重量％、1重量％至70重量％、1重量％至60重量％、1重量％至50重量％、20重量％至80重量％、20重量％至75重量％、20重量％至74重量％、20重量％至73重量％、20重量％至70重量％、20重量％至60重量％、20重量％至50重量％、30重量％至80重量％、30重量％至75重量％、30重量％至74重量％、30重量％至73重量％、30重量％至70重量％、30重量％至60重量％、30重量％至50重量％、50重量％至80重量％、50重量％至75重量％、50重量％至74重量％、50重量％至73重量％、50重量％至70重量％、50重量％至60重量％、60重量％至80重量％，或60重量％至75重量％的加重材料。在实施例中，钻探流体组合物可包括4lbm/bbl至700lbm/bbl的加重材料。在一些实施例中，钻探流体组合物可包括4lbm/bbl至500lbm/bbl、4lbm/bbl至300lbm/bbl、4lbm/bbl至100lbm/bbl、4lbm/bbl至50lbm/bbl、50lbm/bbl至700lbm/bbl、50lbm/bbl至500lbm/bbl、50lbm/bbl至300lbm/bbl、50lbm/bbl至100lbm/bbl、100lbm/bbl至700lbm/bbl、100lbm/bbl至500lbm/bbl、100lbm/bbl至300lbm/bbl、300lbm/bbl至700lbm/bbl、300lbm/bbl至500lbm/bbl，或500lbm/bbl至700lbm/bbl的加重材料。
钻探流体组合物具有一定量的乙氧基化醇化合物，其在多胺化脂肪酸化合物的存在下足以稳定钻探流体组合物的反相乳液流体。在一些实施例中，与不含所述乙氧基化醇化合物的钻探流体组合物相比，钻探流体组合物具有在多胺化脂肪酸化合物的存在下足以减少或消除钻探流体组合物的重晶石下陷的一定量的乙氧基化醇化合物。在实施例中，钻探流体组合物可具有0.25lbm/bbl(0.71kg/m3)至25lbm/bbl(71kg/m3)的乙氧基化醇化合物。钻探流体组合物可包括0.25lbm/bbl至20lbm/bbl、0.25lbm/bbl至15lbm/bbl、0.25lbm/bbl至8lbm/bbl、0.25lbm/bbl至5lbm/bbl、0.25lbm/bbl至1lbm/bbl、0.25lbm/bbl至0.5lbm/bbl、0.5lbm/bbl至25lbm/bbl、0.5lbm/bbl至20lbm/bbl、0.5lbm/bbl至15lbm/bbl、0.5lbm/bbl至8lbm/bbl、0.5lbm/bbl至5lbm/bbl、0.5lbm/bbl至1lbm/bbl、1lbm/bbl至25lbm/bbl、1lbm/bbl至20lbm/bbl、1lbm/bbl至15lbm/bbl、1lbm/bbl至8lbm/bbl、1lbm/bbl至5lbm/bbl、5lbm/bbl至25lbm/bbl、5lbm/bbl至20lbm/bbl、5lbm/bbl至15lbm/bbl、5lbm/bbl至8lbm/bbl、8lbm/bbl至25lbm/bbl、8lbm/bbl至20lbm/bbl、8lbm/bbl至15lbm/bbl、15lbm/bbl至25lbm/bbl、15lbm/bbl至20lbm/bbl，或20lbm/bbl至25lbm/bbl的乙氧基化醇化合物。替代地，在实施例中，以钻探流体组合物的总重量计，钻探流体组合物可具有0.05重量％至5重量％的乙氧基化醇化合物。在一些实施例中，以钻探流体组合物的总重量计，钻探流体组合物可具有0.05重量％至3重量％、0.05重量％至1重量％、0.05重量％至0.5重量％、0.05重量％至0.1重量％、0.1重量％至5重量％、0.1重量％至3重量％、0.1重量％至1重量％、0.1重量％至0.5重量％、0.5重量％至5重量％、0.5重量％至3重量％、0.5重量％至1重量％、1重量％至5重量％、1重量％至3重量％，或3重量％至5重量％的乙氧基化醇化合物。
钻探流体组合物具有一定量的多胺化脂肪酸化合物，其在乙氧基化醇化合物的存在下足以稳定钻探流体组合物的反相乳液流体。在一些实施例中，与不含多胺化脂肪酸化合物的钻探流体相比，钻探流体组合物具有在乙氧基化醇化合物存在下足以降低或消除钻探流体组合物的重晶石下陷的一定量的多胺化脂肪酸化合物。在实施例中，钻探流体组合物可包括0.25lbm/bbl(0.71kg/m3)至25lbm/bbl(71kg/m3)的多胺化脂肪酸化合物。反相乳液流体可包括0.25lbm/bbl至20lbm/bbl、0.25lbm/bbl至15lbm/bbl、0.25lbm/bbl至8lbm/bbl、0.25lbm/bbl至5lbm/bbl、0.25lbm/bbl至1lbm/bbl、0.25lbm/bbl至0.5lbm/bbl、0.5lbm/bbl至25lbm/bbl、0.5lbm/bbl至20lbm/bbl、0.5lbm/bbl至15lbm/bbl、0.5lbm/bbl至8lbm/bbl、0.5lbm/bbl至5lbm/bbl、0.5lbm/bbl至1lbm/bbl、1lbm/bbl至25lbm/bbl、1lbm/bbl至20lbm/bbl、1lbm/bbl至15lbm/bbl、1lbm/bbl至8lbm/bbl、1lbm/bbl至5lbm/bbl、5lbm/bbl至25lbm/bbl、5lbm/bbl至20lbm/bbl、5lbm/bbl至15lbm/bbl、5lbm/bbl至8lbm/bbl、8lbm/bbl至25lbm/bbl、8lbm/bbl至20lbm/bbl、8lbm/bbl至15lbm/bbl、15lbm/bbl至25lbm/bbl、15lbm/bbl至20lbm/bbl，或20lbm/bbl至25lbm/bbl的多胺化脂肪酸化合物。替代地，在实施例中，以钻探流体组合物的总重量计，钻探流体组合物可具有0.05重量％至5重量％的多胺化脂肪酸化合物。在一些实施例中，以钻探流体组合物的总重量计，钻探流体组合物可具有0.05重量％至3重量％、0.05重量％至1重量％、0.05重量％至0.5重量％、0.05重量％至0.1重量％、0.1重量％至5重量％、0.1重量％至3重量％、0.1重量％至1重量％、0.1重量％至0.5重量％、0.5重量％至5重量％、0.5重量％至3重量％、0.5重量％至1重量％、1重量％至5重量％、1重量％至3重量％，或3重量％至5重量％的多胺化脂肪酸化合物。
钻探流体组合物可包括盐。不受任何特定理论的束缚，可以将盐并入钻探流体组合物中以保持钻探流体组合物和地层之间的渗透平衡。在一些实施例中，可存在于水相中的盐可包括金属盐，如钠盐、钙盐、铯盐、锌盐、铝盐、镁盐、钾盐、锶盐、硅酸盐、锂盐，或这些的组合。金属盐可呈例如氯化物、溴化物、碳酸盐、氢氧化物、碘化物、氯酸盐、溴酸盐、甲酸盐、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氧化物、氟化物或这些的组合的形式。
在一些实施例中，钻探流体组合物包括氯化钙(CaCl2)。在实施例中，以反相乳液流体的水相的总重量计，钻探流体组合物包括足以实现10重量％至40重量％的水相盐度的一定量的CaCl2。如本公开中所使用的，水相盐度是指包括在钻探流体组合物中的反相乳液流体的水相中盐的重量分数。在一些实施例中，以反相乳液流体的水相的重量计，钻探流体组合物可包括足以实现10重量％至35重量％、10重量％至30重量％、10重量％至25重量％、10重量％至20重量％、10重量％至15重量％、15重量％至40重量％、15重量％至35重量％、15重量％至30重量％、15重量％至25重量％、15重量％至20重量％、20重量％至40重量％、20重量％至35重量％、20重量％至30重量％、20重量％至25重量％、25重量％至40重量％、25重量％至35重量％、25重量％至30重量％、30重量％至40重量％，或30重量％至35重量％的水相盐度的一定量的CaCl2。
在一些实施例中，钻探流体组合物可包括0.5lbm/bbl至120lbm/bbl的CaCl2。在实施例中，钻探流体组合物可包括0.5lbm/bbl至90lbm/bbl、0.5lbm/bbl至60lbm/bbl、0.5lbm/bbl至30lbm/bbl、0.5lbm/bbl至10lbm/bbl、0.5lbm/bbl至5lbm/bbl、0.5lbm/bbl至1lbm/bbl、1lbm/bbl至120lbm/bbl、1lbm/bbl至90lbm/bbl、1lbm/bbl至60lbm/bbl、1lbm/bbl至30lbm/bbl、1lbm/bbl至10lbm/bbl、1lbm/bbl至5lbm/bbl、5lbm/bbl至120lbm/bbl、5lbm/bbl至90lbm/bbl、5lbm/bbl至60lbm/bbl、5lbm/bbl至30lbm/bbl、5lbm/bbl至10lbm/bbl、10lbm/bbl至120lbm/bbl、10lbm/bbl至90lbm/bbl、10lbm/bbl至60lbm/bbl、10lbm/bbl至30lbm/bbl、30lbm/bbl至120lbm/bbl、30lbm/bbl至90lbm/bbl、30lbm/bbl至60lbm/bbl、60lbm/bbl至120lbm/bbl、60lbm/bbl至90lbm/bbl，或90lbm/bbl至120lbm/bbl的CaCl2。替代地，在一些实施例中，以钻探流体组合物的总重量计，钻探流体组合物可具有0.1重量％至10重量％的CaCl2。在其它实施例中，以钻探流体组合物的总重量计，钻探流体组合物可具有0.1重量％至8重量％、0.1重量％至6重量％、0.1重量％至4重量％、0.1重量％至2重量％、1重量％至10重量％、1重量％至8重量％1重量％至6重量％、1重量％至4重量％、1重量％至2重量％、2重量％至10重量％、2重量％至8重量％、2重量％至6重量％、2重量％至4重量％、4重量％至10重量％、4重量％至8重量％、4重量％至6重量％、6重量％至10重量％、6重量％至8重量％，或8重量％至10重量％的CaCl2。
钻探流体组合物可任选地包括一种或多种添加剂，以调节钻探流体组合物的特性和特征。添加剂的实例包括但不限于补充乳化剂、流体损失控制添加剂、增粘剂(粘度控制剂)、碱性化合物、过滤控制剂或这些的组合。钻探流体组合物还可任选地包括乳化剂活化剂、pH缓冲剂、电解质、二醇、甘油、分散助剂、腐蚀抑制剂、消泡剂和其它添加剂或添加剂的组合。
增粘剂可包括但不限于有机粘土，如有机膨润土，例如某些脂肪酸，其它增粘剂或这些增粘剂的组合。在实施例中，钻探流体组合物可任选地包括足以赋予钻探流体组合物非牛顿流体流变性的一定量的至少一种增粘剂，以便于将岩屑提升并输送到井孔的表面。在一些实施例中，钻探流体组合物可包括0.5lbm/bbl至25lbm/bbl、0.5lbm/bbl至20lbm/bbl、0.5lbm/bbl至15lbm/bbl、0.5lbm/bbl至10lbm/bbl、0.5lbm/bbl至5lbm/bbl、0.5lbm/bbl至1lbm/bbl、1lbm/bbl至25lbm/bbl、1lbm/bbl至20lbm/bbl、1lbm/bbl至15lbm/bbl、1lbm/bbl至10lbm/bbl、1lbm/bbl至5lbm/bbl、5lbm/bbl至25lbm/bbl、5lbm/bbl至20lbm/bbl、5lbm/bbl至15lbm/bbl、5lbm/bbl至10lbm/bbl、10lbm/bbl至25lbm/bbl、10lbm/bbl至20lbm/bbl、10lbm/bbl至15lbm/bbl、15lbm/bbl至25lbm/bbl、15lbm/bbl至20lbm/bbl，或20lbm/bbl至25lbm/bbl的增粘剂。在一些实施例中，增粘剂可包括有机粘土，如膨润土。在一些实施例中，以钻探流体组合物的总重量计，钻探流体组合物可任选地包括0.5lbm/bbl至25lbm/bbl的有机粘土。在其它实施例中，钻探流体组合物可任选地包括0.5lbm/bbl至20lbm/bbl、0.5lbm/bbl至15lbm/bbl、0.5lbm/bbl至10lbm/bbl、0.5lbm/bbl至5lbm/bbl、0.5lbm/bbl至1lbm/bbl、1lbm/bbl至25lbm/bbl、1lbm/bbl至20lbm/bbl、1lbm/bbl至15lbm/bbl、1lbm/bbl至10lbm/bbl、1lbm/bbl至5lbm/bbl、5lbm/bbl至25lbm/bbl、5lbm/bbl至20lbm/bbl、5lbm/bbl至15lbm/bbl、5lbm/bbl至10lbm/bbl、10lbm/bbl至25lbm/bbl、10lbm/bbl至20lbm/bbl、10lbm/bbl至15lbm/bbl、15lbm/bbl至25lbm/bbl、15lbm/bbl至20lbm/bbl，或20lbm/bbl至25lbm/bbl的膨润土。在不偏离本主题的范围的情况下，钻探流体组合物可任选地包括其它合适的增粘剂。
在一些实施例中，钻探流体组合物可任选地包括足以提供钻探流体组合物的有效过滤以从钻探流体组合物中去除岩屑的一定量的过滤控制剂。在一些实施例中，钻探流体组合物可任选地包括0.5lbm/bbl至10lbm/bbl、0.5lbm/bbl至7lbm/bbl、0.5lbm/bbl至4lbm/bbl、0.5lbm/bbl至2lbm/bbl、0.5lbm/bbl至1lbm/bbl、1lbm/bbl至10lbm/bbl、1lbm/bbl至7lbm/bbl、1lbm/bbl至4lbm/bbl、1lbm/bbl至2lbm/bbl、2lbm/bbl至10lbm/bbl、2lbm/bbl至7lbm/bbl、2lbm/bbl至4lbm/bbl、4lbm/bbl至10lbm/bbl、4lbm/bbl至7lbm/bbl，或7lbm/bbl to 10lbm/bbl的过滤控制剂。
在一些实施例中，钻探流体组合物可包括至少一种碱性化合物。碱性化合物的实例可包括但不限于石灰(氢氧化钙或氧化钙)、氢氧化钠、氢氧化钾、其它强碱或这些碱性化合物的组合。可以将碱性化合物(如石灰)添加到钻探流体组合物中以活化乳化剂组合物的多胺化脂肪酸化合物。例如，在实施例中，石灰或其它碱性化合物可通过与多胺化脂肪酸反应形成多胺化脂肪酸化合物的钙盐来活化多胺化脂肪酸化合物。如果CO2或H2S存在于井下地层或钻探流体组合物中，则可以添加另外量的碱性化合物。不受任何特定理论的束缚，碱性化合物可通过与在钻探操作期间钻探流体组合物通常遇到的气体(如CO2或H2S)反应来防止钻探流体组合物的组分的水解。钻探流体组合物的实例可包括0.5lbm/bbl至10lbm/bbl的石灰。在其它实施例中，钻探流体组合物可包括0.5lbm/bbl至7lbm/bbl、0.5lbm/bbl至4lbm/bbl、0.5lbm/bbl至2lbm/bbl、0.5lbm/bbl至1lbm/bbl、1lbm/bbl至10lbm/bbl、1lbm/bbl至7lbm/bbl、1lbm/bbl至4lbm/bbl、1lbm/bbl至2lbm/bbl、2lbm/bbl至10lbm/bbl、2lbm/bbl至7lbm/bbl、2lbm/bbl至4lbm/bbl、4lbm/bbl至10lbm/bbl、4lbm/bbl至7lbm/bbl，或7lbm/bbl至10lbm/bbl的石灰。
钻探流体组合物可具有65磅质量/立方英尺(lbm/ft3)至160lbm/ft3、65lbm/ft3至140lbm/ft3、65lbm/ft3至120lbm/ft3、65lbm/ft3至100lbm/ft3、90lbm/ft3至160lbm/ft3、90lbm/ft3至140lbm/ft3、90lbm/ft3至120lbm/ft3、90lbm/ft3至100lbm/ft3、100lbm/ft3至140lbm/ft3、100lbm/ft3至120lbm/ft3，或120lbm/ft3至160lbm/ft3的密度，其中1lbm/ft3为约16.02千克/立方米(kg/m3)。一些钻探流体组合物的实例可具有等于或大于65lbm/ft3(1,041kg/m3)的密度。其它钻探流体组合物的实例可具有等于或大于90lbm/ft3(1,442kg/m3)的密度。其它钻探流体组合物的实例可具有65lbm/ft3(1,041kg/m3)至160lbm/ft3(2,563kg/m3)的密度。
具有乳化剂系统的反相乳液钻探流体的乳液稳定性可以通过对反相乳液钻探流体的高温/高压(HTHP)流体损失测试来评价。反相乳液钻探流体的HTPT流体损失特征可以使用175毫升(mL)容量的HTHP压滤机单元根据API 13B2针对现场测试基于水的钻探流体的推荐作法来确定。HTPT流体损失特征可以在250℉的温度下确定。HTPT滤液中水的存在表示反相乳液钻探流体的油包水乳液是不稳定的。流体损失特征包括以毫升(mL)报告的总HTHP流体损失，以及HTPT滤液的水层，其是滤液的水层中水的体积并且以毫升(mL)报告。
具有反相乳液流体和乳化剂组合物的钻探流体组合物的流变行为可以具有流变特性，如凝胶强度、塑性粘度和屈服点，其可以通过测量钻探流体组合物的粘度、剪切应力和剪切速率来确定。可根据API针对现场测试基于水的钻探流体的推荐作法(RP 13B-1/ISO10414-1:2002)中提供的测试方法，使用标准油田粘度计(如由Fann仪器公司(FannInstrument Company)制造的
Figure BDA0002199840070000271
Model35粘度计)来测量钻探流体组合物的粘度。粘度以厘泊(cP)为单位报告，剪切应力以磅力/100平方英尺(lbf/100ft2)为单位提供，并且剪切速率以/秒(s-1)为单位提供。
凝胶强度是指在钻探流体组合物保持静状的限定时间段后在低剪切速率下测量的钻探流体组合物的剪切应力。在低剪切速率下钻探流体组合物的剪切应力可以使用先前描述的在低rpm下(如在3rpm或6rpm下)操作的流变仪来测量。为了测量凝胶强度，首先通过使钻探流体组合物与粘度计的心轴接触并以600转/分钟(rpm)操作粘度计来搅拌钻探流体组合物。然后关闭粘度计一段时间(时间段)。对于10秒的胶凝强度，时间段为10秒，并且对于10分钟的胶凝强度，时间段为10分钟。考虑了用于测量钻探流体组合物的胶凝强度的其它时间段。在时间段期间，钻探流体组合物停止在静态。在所述时间段期满后，粘度计在低速(如3rpm)下重新开启，以在钻探流体组合物中产生低剪切速率。然后获取粘度计读数。钻探流体组合物的凝胶强度以磅力/100平方英尺(lbf/100ft2)为单位报告。
包括具有包含乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的乳化剂组合物的反相乳液流体的本公开的钻探流体组合物可以具有小于或等于30lbf/100ft2、小于或等于25lbf/100ft2，或小于或等于20lbf/100ft2的10秒的凝胶强度。在一些实施例中，钻探流体组合物可具有1lbf/100ft2至30lbf/100ft2、1lbf/100ft2至25lbf/100ft2、1lbf/100ft2至20lbf/100ft2、1lbf/100ft2至15lbf/100ft2、5lbf/100ft2至30lbf/100ft2、5lbf/100ft2至25lbf/100ft2、5lbf/100ft2至20lbf/100ft2、5lbf/100ft2至15lbf/100ft2、10lbf/100ft2至30lbf/100ft2、10lbf/100ft2至25lbf/100ft2、10lbf/100ft2至20lbf/100ft2、10lbf/100ft2至15lbf/100ft2，或1lbf/100ft2至10lbf/100ft2的10秒的凝胶强度。在一个或多个实施例中，包括具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可以具有5lbf/100ft2至25lbf/100ft2的10秒的凝胶强度。替代地，在其它实施例中，包括具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可以具有5lbf/100ft2至20lbf/100ft2的10秒的凝胶强度。
包括具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可以具有小于或等于50lbf/100ft2、小于或等于45lbf/100ft2，或小于或等于40lbf/100ft2的10分钟的凝胶强度。在一些实施例中，包括具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可具有5lbf/100ft2至50lbf/100ft2、5lbf/100ft2至45lbf/100ft2、5lbf/100ft2至40lbf/100ft2、5lbf/100ft2至35lbf/100ft2、10lbf/100ft2至50lbf/100ft2、10lbf/100ft2至45lbf/100ft2、10lbf/100ft2至40lbf/100ft2、10lbf/100ft2至35lbf/100ft2、15lbf/100ft2至50lbf/100ft2、15lbf/100ft2至45lbf/100ft2、15lbf/100ft2至40lbf/100ft2、15lbf/100ft2至35lbf/100ft2，或20lbf/100ft2至50lbf/100ft2的10分钟的凝胶强度。在一个或多个实施例中，包括具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可以具有10lbf/100ft2至45lbf/100ft2的10分钟的凝胶强度。替代地，在其它实施例中，包括具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可以具有20lbf/100ft2至50lbf/100ft2的10分钟的凝胶强度。
钻探流体组合物的流变可基于宾汉塑性流动行为来建模。特别地，钻探流体组合物在低应力下表现为刚体，但在较高剪切应力下表现为粘性流体。钻探流体组合物的流变行为可通过在不同剪切速率下测量钻探流体组合物上的剪切应力来确定，这可通过使用前述在3rpm、6rpm、100rpm、200rpm、300rpm和600rpm下操作的流变仪来测量钻探流体组合物上的剪切应力和/或剪切速率来实现。钻探流体组合物的流变可通过塑性粘度(PV)和屈服点(YP)来表征，所述塑性粘度(PV)和屈服点(YP)为来自宾汉塑性流变学模型的参数。PV涉及由于钻探流体组合物的加重材料和其它固体组分之间的机械相互作用引起的钻探流体组合物的流动阻力，并且表示外推至无限剪切速率的钻探流体组合物的粘度。PV反映在钻探流体组合物中加重材料和其它固体组分的类型和量，并且较小的PV为优选的。钻探流体组合物的PV可以通过使用前述流变仪在300转/分钟(rpm)和600rpm的主轴速度下测量钻探流体组合物的剪切应力，并根据随后提供的等式2从600rpm粘度测量值中减去300rpm粘度测量值来估计。本公开中以厘泊(cP)为单位提供PV。
PV＝(在600rpm下的粘度)-(在300rpm下的粘度) 等式2
YP表示剪切应力，低于所述剪切应力，钻探流体组合物表现为刚体，并且高于所述剪切应力，钻探流体组合物以粘性流体形式流动。换句话说，YP表示使钻探流体组合物从静态条件移动所需的应力量。通过将宾汉塑性流变模型外推到剪切速率为零来确定YP。可从来自等式2的PV通过以下来估计钻探流体组合物的YP：根据随后提供的等式3，从以300rpm测量的钻探流体组合物的剪切应力中减去来自等式2的PV。
YP＝(300rpm读数)-PV 等式3
YP被表示为力/面积，例如磅力/一百平方英尺(lbf/100ft2)。YP提供了通过环空的钻探流体组合物的岩屑承载能力的指示，其在简化的术语中给出了钻探流体组合物的孔清洁能力的指示。YP等于或大于15lbf/100ft2的钻探流体组合物被认为是对于钻探可接受的。
包括具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物，如本公开中先前所述，可以具有5cP至80cP、5cP至60cP、5cP至40cP、5cP至20cP、5cP至10cP、10cP至80cP、10cP至60cP、10cP至40cP、10cP至20cP、20cP至80cP、20cP至60cP、20cP至40cP、40cP至80cP、40cP至60cP或60cP至80cP的PV。在一些实施例中，包括具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可具有5cP至80cP的PV。在一些实施例中，包括具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可具有25cP至60cP的PV。替代地，在一些实施例中，包括具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可具有30cP至55cP的PV。
包括具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物，如本公开中先前所述，可以具有5lbf/100ft2至100lbf/100ft2、5lbf/100ft2至80lbf/100ft2、5lbf/100ft2至60lbf/100ft2、10lbf/100ft2至100lbf/100ft2、10lbf/100ft2至80lbf/100ft2、10lbf/100ft2至60lbf/100ft2、20lbf/100ft2至100lbf/100ft2、20lbf/100ft2至80lbf/100ft2、20lbf/100ft2至60lbf/100ft2、30lbf/100ft2至100lbf/100ft2、30lbf/100ft2至80lbf/100ft2、30lbf/100ft2至60lbf/100ft2、35lbf/100ft2至100lbf/100ft2、35lbf/100ft2至80lbf/100ft2，或35lbf/100ft2至60lbf/100ft2的YP。在一个或多个实施例中，包括具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可具有20lbf/100ft2至80lbf/100ft2的YP。替代地，在一些实施例中，包括具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可具有30lbf/100ft2至70lbf/100ft2的YP。
屈服应力(τ0)是来自赫舍尔巴克利(Herschel Buckley，HB)流变模型的参数，其可用于指示钻探流体组合物对重晶石下陷的敏感性。参数τ0与钻探流体组合物的抗重晶石下陷性成比例，使得增加τ0表示钻探流体组合物的抗重晶石下陷性增加。钻探流体组合物的τ0通过将HB模型拟合至剪切应力与剪切速率曲线来确定，所述剪切应力与剪切速率曲线通过使用前述在3rpm、6rpm、100rpm、200rpm、300rpm和600rpm下操作的流变仪来测量钻探流体组合物上的剪切应力和/或剪切速率而获得。剪切应力与剪切速率曲线是通过将刻度盘读数与每个速度下粘度计的相应速度(以rpm为单位)绘制而得到的。通过使用等式4计算低剪切屈服点(LSYP)来估计τ0。等于或大于约7lbm/100ft2的LSYP被认为是对于钻探可接受的。
LSYP＝[2×(3rpm读数)]-(6rpm读数) 等式4
与仅具有乙氧基化醇化合物，仅具有多胺化脂肪酸化合物，或既不具有乙氧基化醇化合物也不具有多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体相比，乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的组合产生改善反相乳液流体的乳液稳定性的协同效应。当存在于具有反相乳液流体的钻探流体组合物中时，乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸的组合导致钻探流体组合物的孔清洁能力和抗重晶石下陷性增加。
具有本公开中讨论的乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的反相乳液流体的钻探流体组合物可用于钻探地下井。一种钻探地下井的方法，包括在钻探流体组合物的存在下在井孔中操作钻子，所述钻探流体组合物包含加重材料和反相乳液流体，所述反相乳液流体包含油质相、分散在油质相中的水相和乳化剂组合物。乳化剂组合物包括具有以下式(I)的乙氧基化醇化合物：
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为具有8至22个碳原子的烃基并且n为1至6的整数，其中乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡(HLB)。乳化剂组合物也包括具有以下式(II)的多胺化脂肪酸化合物：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有1至10个碳原子的烃基或具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有1至10个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。
在实施例中，钻探流体组合物包含0.7千克/立方米(kg/m3)至72kg/m3的乙氧基化醇化合物。在实施例中，钻探流体组合物包含0.7kg/m3至72kg/m3的多胺化脂肪酸化合物。在实施例中，钻探流体组合物包含乙氧基化醇化合物与多胺化脂肪酸化合物的重量比为70:30至99:1，或70:30至95:5，或80:20至95:5。在实施例中，钻探流体组合物包含氯化钙。以反相乳液流体的水相的重量计，钻探流体组合物包含10重量％至40重量％的水相盐度。在实施例中，钻探流体组合物还包含至少一种添加剂，所述添加剂选自有机粘土、流变改性剂、过滤控制剂、碱性化合物或这些的组合。在其它实施例中，钻探流体组合物可以是根据本公开中先前描述的实施例的任何其它钻探流体组合物。
在钻探地下井的方法的实施例中，包含乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的乳化剂组合物为钻探流体组合物提供增加的乳液稳定性以抵抗加重材料的沉降。在方法的实施例中，乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的组合提供减少钻探流体组合物的流体损失的协同效应。在其它实施例中，方法还包含通过由乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的组合提供的改善的乳液稳定性来保持钻探流体组合物的孔清洁能力。在其它实施例中，方法还包含通过乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的组合提供的协同效应防止钻探流体组合物的流体缺失。在实施例中，与不含乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的钻探流体相比，方法还包含将乙氧基化醇化合物、多胺化脂肪酸化合物或乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物两者添加到钻探流体组合物中，为钻探流体组合物提供增加的乳液稳定性。
一种用于增加钻探流体组合物的乳液稳定性的方法，其包括将乳化剂组合物引入到包含加重材料和反相乳液流体的钻探流体组合物中，所述反相乳液流体包含油质相和分散在油质相中的水相。乳化剂组合物包含具有以下式(I)的乙氧基化醇化合物：
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为具有8至22个碳原子的烃基，并且n为1至6的整数。乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡(HLB)。乳化剂组合物也包括具有以下式(II)的多胺化脂肪酸化合物：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有1至10个碳原子的烃基或具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有1至10个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。在实施例中，增加钻探流体组合物的乳液稳定性的方法还包括在钻探流体组合物存在下在井孔中操作钻子。在一些实施例中，可以将乳化剂组合物引入钻探流体组合物中，同时在钻探流体组合物存在下在井孔中操作钻子。在一些实施例中，增加钻探流体组合物的乳液稳定性的方法可以包括将乙氧基化醇化合物或多胺化脂肪酸化合物添加到钻探流体中，所述钻探流体包括乙氧基化醇化合物、多胺化脂肪酸化合物，或乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物两者。在实施例中，乙氧基化醇化合物、多胺化脂肪酸化合物，或乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物两者可以在井孔中操作钻子期间添加到钻探流体组合物中。在其它实施例中，钻探流体组合物可以是根据本公开中先前描述的实施例的任何其它钻探流体组合物。乙氧基化醇化合物和多胺化醇化合物的组合产生增加钻探流体组合物的乳液稳定性的协同效应。
实例
以下实例说明先前描述的本公开的一个或多个另外的特征。应理解，这些实例不旨在限制本公开的范围或所附权利要求书的范围。对于实例，将具有反相乳液流体作为基础流体的钻探流体组合物配制为水与油体积比为30:70并且密度为90磅/立方英尺(pcf)。对于每个实例，调节钻探流体组合物的配制物以保持钻探流体组合物的密度恒定在90pcf下。配制物包括作为油质相的safra油和作为加重剂的重晶石。乙氧基化醇化合物为具有式(I)的C12-C14脂肪醇乙氧基化物，其中n为1且R1具有12至14个碳原子。多胺化脂肪酸化合物为式(III)的多胺化脂肪酸化合物。钻探流体组合物包括CaCl2。钻探流体组合物的配制物还包括有机粘土，如获自斯伦贝谢(Schlumberger)的产品号69有机粘土；流变改性剂，如获自Halliburton的RHEMODTM L流变改性剂；和过滤控制剂，如获自Halliburton的
Figure BDA0002199840070000331
牌过滤控制剂。实例1-3中每一个的钻探流体组合物的配制物提供在表1中。以钻探流体组合物的总重量计，配制物中每种组分的量以重量百分比给出。
表1：实例1-3的钻探流体组合物的配制物
Figure BDA0002199840070000341
为了制备实例1-3的每种钻探流体组合物，将每种配制物的组分添加到容器中并混合总共40分钟。表1提供了每种组分的混合顺序和时间。例如，首先将Safra油添加到容器(泥浆杯)中。将容器安装在多混合器上，然后添加乙氧基化醇化合物。将Safra油与乙氧基化醇化合物混合5分钟。将多胺化脂肪酸化合物、石灰、有机粘土、流变改性剂和过滤控制剂各自单独添加到容器中并混合5分钟，然后添加各后续组分。首先将水和CaCl2组合成盐水，并且然后添加到容器中并混合5分钟。在盐水之后，将重晶石添加到容器中并混合5分钟。在组分组合后，通过在250华氏度(℉)下热轧钻探流体组合物16小时来动态老化实例1-3的每种钻探流体组合物。在动态老化之后，根据本公开中先前描述的方法和程序评价实例1-3的每种钻探流体组合物在HTPT滤液中的10秒的凝胶强度、10分钟的凝胶强度、PV、YP、LSYP、HTHP流体损失和水层。实例1-3的钻探流体组合物的测试结果提供在表2中。
表2：实例1-3的钻探流体组合物的性能的评价
Figure BDA0002199840070000351
实例1
具有乙氧基化醇化合物的钻探流体组合物
实例1的钻探流体组合物包括乙氧基化醇化合物但并不包括多胺化脂肪酸化合物。实例1的钻探流体组合物的配制物先前在表1中提供。实例1的钻探流体组合物中的乙氧基化醇化合物是天然衍生的脂肪醇与等摩尔量的环氧乙烷的反应产物。脂肪醇具有C12至C14的烃基(R1)。获自SABIC的C12-C14乙氧基化醇化合物的特性提供在表3中。实例1的钻探流体组合物含有1重量％的乙氧基化醇化合物。
表3：具有C12-C14烃基的乙氧基化醇化合物的特性
Figure BDA0002199840070000361
如表2所示，具有1重量％乙氧基化醇化合物且不含多胺化脂肪酸化合物的实例1的钻探流体组合物显示出23mL的总HTHP流体损失和8mL的HTHP滤液中的水层。对于实例1的钻探流体组合物，HTHP滤液中的高HTHP流体损失和高体积水层表明1重量％乙氧基化醇化合物本身不能为实例1的钻探流体组合物提供足够的乳液稳定性。如先前在本公开中所述，钻探流体组合物的LSYP值提供钻探流体组合物对重晶石下陷的敏感性的指示。大于7lbf/100ft2的LSYP值被认为对于钻探流体是可接受的。实例1的钻探流体组合物显示出3lbf/100ft2的LSYP值，其小于7lbf/100ft2。因此，实例1的低LSYP可表明实例1的钻探流体组合物对重晶石下陷的敏感性。
实例2
具有多胺化脂肪酸化合物的钻探流体组合物
如表1所示，实例2的钻探流体组合物包括作为乳化剂的多胺化化脂肪酸化合物，但不包括乙氧基化醇化合物。实例2的钻探流体组合物的配制物先前在表1中提供。实例2的钻探流体组合物的多胺化脂肪酸化合物是得自本公开中先前描述的反应(RXN2)和(RXN3)的反应产物。实例2的钻探流体组合物包括0.2重量％的多胺化脂肪酸化合物。
如表2所示，实例2的钻探流体组合物具有0.2重量％的多胺化脂肪酸化合物并且没有乙氧基化醇化合物，显示出15mL的总HTHP流体损失和6ml的HTHP滤液中的水层。对于实例2的钻探流体组合物，HTHP滤液中的高HTHP流体损失和高体积水层表明，0.2重量％的多胺化脂肪酸化合物本身不能为为实例2的钻探流体组合物提供足够的乳液稳定性。实例2的钻探流体组合物显示出14lbf/100ft2的LSYP值，其大于7lbf/100ft2的阈值，其被推荐用于钻探流体，并且与实例1的钻探流体组合物相比显著改善。因此，与实例1的钻探流体组合物相比，实例2的钻探流体组合物的改善的LSYP值表明改善了抗重晶石下陷性。
实例3
具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的钻探流体组合物。
如表1所示，实例3的钻探流体组合物包括乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物。实例3的钻探流体组合物包括1.4重量％的实例1的钻探流体组合物中的乙氧基化醇化合物和0.2重量％的实例2的钻探流体组合物中的多胺化脂肪酸化合物。
与实例1和2的钻探流体组合物相比，乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的组合产生了改善实例3的钻探流体组合物的乳液稳定性的协同效应。实例1的钻探流体组合物(仅乙氧基化醇化合物)显示出23mL的总HTHP流体损失，并且实例2的钻探流体组合物(仅多胺化脂肪酸)显示出15mL的总HTHP流体损失。基于实例1和2的钻探流体组合物的HTHP流体损失结果，预期将多胺化脂肪酸化合物添加到实例1的钻探流体组合物中将至多使HTHP流体损失改善至15mL，这是由具有多胺化脂肪酸而非乙氧基化脂肪醇的实例2的钻探流体所显示的HTHP流体损失。类似地，预期将乙氧基化醇化合物添加到实例2的钻探流体组合物中将使HTHP流体损失性能降低至15mL与23mL之间的值。然而，具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的实例3的钻探流体组合物出乎意料地显示出仅2mL的总HTHP流体损失。对于实例3的钻探流体组合物，没有观察到HTHP滤液的水层。与仅具有乙氧基化醇化合物的实例1的钻探流体组合物和仅具有多胺化脂肪酸化合物的实例2的钻探流体组合物相比，2mL的总HTHP流体损失和没有观察到实例3的钻探流体组合物的水层在实例3的钻探流体组合物的乳液稳定性方面是显著且出乎意料的改善。因此，与具有乙氧基化醇化合物或多胺化脂肪酸化合物但不是两者的钻探流体组合物相比，乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的协同组合显示赋予实例3的90pcf钻探流体组合物优异的乳液稳定性。
此外，与实例1和2的钻探流体组合物相比，实例3的钻探流体组合物中的乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的组合产生了导致实例3的钻探流体组合物的YP出乎意料地改善的协同效应。具有乙氧基化醇化合物但不具有多胺化脂肪酸化合物的实例1的钻探流体组合物显示出21lbf/100ft2的YP，并且具有多胺化脂肪酸化合物但不具有乙氧基化醇化合物的实例2的钻探流体组合物也显示出21lbf/100ft2的YP。由于对实例1和2的钻探流体组合物评价的YP是相同的，因此预期同时具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的钻探流体组合物也将显示出约21lbf/100ft2的YP。然而，与实例1和2的钻探流体组合物相比，具有乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物两者的实例3的钻探流体组合物显示出37lbf/100ft2的YP，其在YP上改善了75％。实例3的钻探流体组合物的37lbf/100ft2的YP是实例1和2的钻探流体组合物的21lbf/100ft2的YP的出乎意料的和显著的改善，实例1和2的钻探流体组合物各自不包括乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物两者。如先前在本公开中所述，钻探流体组合物的YP值指示钻探流体组合物从井孔底部向表面输送岩屑的能力(钻探流体组合物的孔清洁能力)。与实例1和2的钻探流体组合物相比，乙氧基化醇化合物和多胺化脂肪酸化合物的组合导致实例3的钻探流体组合物的YP值出乎意料地和显著地改善。由于YP值的改善，与实例1和2的钻探流体组合物相比，可以预期实例3的钻探流体组合物具有出乎意料地改善的孔清洁能力。
另外，实例3的钻探流体组合物表现出15lbf/100ft2的LSYP值，其大于推荐用于钻探流体的7lbf/100ft2。实例3的钻探流体组合物的LSYP显示出对实例1和2的钻探流体组合物评价的LYSP值的改善。实例1的钻探流体组合物的LSYP为3lbf/100ft2，并且实例2的钻探流体组合物的LSYP为14lbf/100ft2。如先前在本公开中所讨论的，钻探流体组合物的LSYP与钻探流体组合物对重晶石下陷的抗性有关。因此，与实例1和2的钻探流体组合物相比，通过实例3的钻探流体组合物实现的改善的LSYP值表明改善的抗重晶石下陷性。
本公开的第一方面可以涉及一种反相乳液流体，其包含油质相、分散在油质相中的水相和乳化剂组合物，所述乳化剂组合物包含：具有以下式(I)的乙氧基化醇化合物：
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为具有8至22个碳原子的烃基，并且n为1至8的整数，其中乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡(HLB)；和具有以下式(II)的多胺化脂肪酸化合物：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有1至10个碳原子的烃基或具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有1至10个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。
本公开的第二方面可包括第一方面，其中R1为饱和直链烃基。
本公开的第三方面可包括第一和第二方面，其中R1具有12至14个碳原子。
本公开的第四方面可以包括第一至第三方面，其中n为1。
本公开的第五方面可包括第一至第四方面，其中R2为饱和直链烃基。
本公开的第六方面可包括第一至第四方面，其中R2为不饱和烃基。
本公开的第七方面可包括第一至第四方面，其中R2为支链烃基。
本公开的第八方面可包括第一至第七方面，其中R3为烃基。
本公开的第九方面可包括第一至第八方面，其中R3为不饱和烃基。
本公开的第十方面可包括第一至第七方面，其中R3为具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为饱和或不饱和亚烃基。
本公开的第十一方面可包括第一至第七方面，其中R3选自由以下组成的群组：甲基、苯基、-CH2CH2-COOH和-CH＝CH-COOH。
本公开的第十二方面可包括第一至第七方面，其中R3为-CH＝CH-COOH。
本公开的第十三方面可包括第一至第十二方面，其包含0.25磅质量/桶(lbm/bbl)至25lbm/bbl的乙氧基化醇化合物。
本公开的第十四方面可包括第一至第十三方面，其包含0.25lbm/bbl至25lbm/bbl的多胺化脂肪酸化合物。
本公开的第十五方面可包括第一至第十四方面，其中乙氧基化醇化合物与多胺化脂肪酸化合物的重量比为1:99至99:1，或50:50至99:1，或70:30至99:1，或70:30至95:5，或80:20至95:5。
本公开的第十六方面可包括第一至第十五方面，其还包含碱性化合物。
本公开的第十七方面可包括第十六方面，其包含0.5lbm/bbl至10lbm/bbl的碱性化合物。
本公开的第十八方面可包括第十六和第十七方面，其中碱性化合物包含石灰。
本公开的第十九方面可以包括第一至第十五方面，并且可以涉及一种钻探流体组合物，其包含根据第一至第十五方面中任一方面的反相乳液流体和反相乳液流体中的加重材料。
本公开的第二十方面可包括第十九方面，其包含4lbm/bbl至700lbm/bbl的加重材料。
本公开的第二十一方面可包括第十九和第二十方面，其还包含0.5lbm/bbl至120lbm/bbl的氯化钙。
本公开的第二十二方面可包括第十九至第二十一方面，其包含以反相乳液流体的水相的总重量计的10重量％至40重量％的水相盐度。
本公开的第二十三方面可包括第十九至第二十二方面，其还包含至少一种添加剂，所述添加剂选自有机粘土、流变改性剂、过滤控制剂、碱性化合物或这些的组合。
本公开的第二十四方面可涉及乳化剂组合物，其包含：具有以下式(I)的乙氧基化醇化合物：
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为具有8至22个碳原子的烃基，并且n为1至8的整数，乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡(HLB)；和具有以下式(II)的多胺化脂肪酸化合物：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有1至10个碳原子的烃基或具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有1至10个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。
本公开的第二十五方面可包括第二十四方面，其中R1为饱和直链烃基。
本公开的第二十六方面可包括第二十四和第二十五方面，其中R1具有12至14个碳原子。
本公开的第二十七方面可包括第二十四至第二十六方面，其中n为1。
本公开的第二十八方面可包括第二十四至第二十七方面，其中R2为饱和直链烃基。
本公开的第二十九方面可包括第二十四至第二十七方面，其中R2为不饱和烃基。
本公开的第三十方面可包括第二十四至第二十七方面，其中R2为支链烃基。
本公开的第三十一方面可包括第二十四至第三十方面，其中乙氧基化醇化合物与多胺化脂肪酸化合物的重量比为1:99至99:1，或50:50至99:1，或70:30至99:1，或70:30至95:5，或80:20至95:5。
本公开的第三十二方面可涉及一种钻探流体组合物，所述钻探流体组合物包含：反相乳液，所述反相乳液包含分散在油质相中的水相和乳化剂组合物，所述乳化剂组合物包含：具有以下式(I)的乙氧基化醇化合物：
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为具有8至22个碳原子的烃基，并且n为1至6的整数，乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡(HLB)；和具有以下式(II)的多胺化脂肪酸化合物：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有1至10个碳原子的烃基或具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有1至10个碳原子的饱和或不饱和亚烃基；和加重材料。
本公开的第三十三方面可包括第三十二方面，其中R1为饱和直链烃基。
本公开的第三十四方面可包括第三十二和第三十三方面，其中R1具有12至14个碳原子。
本公开的第三十五方面可包括第三十二至第三十四方面，其中n为1。
本公开的第三十六方面可包括第三十二至第三十五方面，其中R2为饱和直链烃基。
本公开的第三十七方面可包括第三十二至第三十五方面，其中R2为不饱和烃基。
本公开的第三十八方面可包括第三十二至第三十五方面，其中R2为支链烃基。
本公开的第三十九方面可包括第三十二至第三十五方面，其包含0.25lbm/bbl至25lbm/bbl的乙氧基化醇化合物。
本公开的第四十方面可包括第三十二至第三十九方面，其包含0.25lbm/bbl至25lbm/bbl的多胺化脂肪酸化合物。
本发明的第四十一方面可包括第三十二至第四十方面，其中乙氧基化醇化合物与多胺化脂肪酸化合物的重量比为1:99至99:1，或50:50至99:1，或70:30至99:1，或70:30至95:5，或80:20至95:5。
本公开的第四十二方面可包括第三十二至第四十一方面，其还包含碱性化合物。
本公开的第四十三方面可包括第四十二方面，其包含0.5lbm/bbl至10lbm/bbl的碱性化合物。
本公开的第四十四方面可包括第四十二至第四十三方面，其中碱性化合物包含石灰。
本公开的第四十五方面可包括第三十二至第四十四方面，其包含4lbm/bbl至700lbm/bbl的加重材料。
本公开的第四十六方面可包括第三十二至第四十五方面，其包含以钻探流体组合物的总重量计的150lbm/bbl至330lbm/bbl的反相乳液流体。
本公开的第四十七方面可包括第三十二至第四十六方面，其中反相乳液流体包含油质相与水相的体积比为50:50至95:5。
本公开的第四十八方面可包括第三十二至第四十七方面，其还包含氯化钙。
本公开的第四十九方面可包括第四十八方面，其包含0.5lbm/bbl至120lbm/bbl的氯化钙。
本公开的第五十方面可包括第三十二至第四十九方面，其包含以反相乳液流体的水相的总重量计的10重量％至40重量％的水相盐度。
本公开的第五十一方面可包括第三十二至第五十方面，其还包含至少一种添加剂，所述添加剂选自有机粘土、流变改性剂、过滤控制剂、碱性化合物或这些的组合。
本公开的第五十二52方面可涉及一种钻探地下井的方法，所述方法包含：在包含加重材料和反相乳液流体的钻探流体组合物存在下在井孔中操作钻子，所述反相乳液流体包含油质相、分散在油质相中的水相和乳化剂组合物，所述乳化剂组合物包含：具有以下式(I)的乙氧基化醇化合物：
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为具有8至22个碳原子的烃基，并且n为1至6的整数，乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡(HLB)；和具有以下式(II)的多胺化脂肪酸化合物：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有1至10个碳原子的烃基或具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有1至10个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。
本公开的第五十三方面可包括第五十二方面，其中R1为饱和直链烃基。
本公开的第五十四方面可包括第五十二至第五十三方面，其中R1具有12至14个碳原子。
本公开的第五十五方面可包括第五十二至第五十四方面，其中n为1。
本公开的第五十六方面可包括第五十二至第五十五方面，其中R2为饱和直链烃基。
本公开的第五十七方面可包括第五十二至第五十六方面，其中R2为不饱和烃基。
本公开的第五十八方面可包括第五十二至第五十七方面，其中R2为支链烃基。
本公开的第五十九方面可包括第五十二至第五十八方面，其包含0.25lbm/bbl至25lbm/bbl的乙氧基化醇化合物。
本公开的第六十方面可包括第五十二至第五十九方面，其中钻探流体组合物包含0.25lbm/bbl至25lbm/bbl的多胺化脂肪酸化合物。
本公开的第六十一方面可包括第五十二至第六十方面，其中钻探流体组合物中乙氧基化醇化合物与多胺化脂肪酸化合物的重量比为1:99至99:1，或50:50至99:1，或70:30至99:1，或70:30至95:5，或80:20至95:5。
本公开的第六十二方面可包括第五十二至第六十一方面，其中钻探流体组合物还包含氯化钙。
本公开的第六十三方面可包括第五十二至第六十二方面，其中钻探流体组合物包含以反相乳液流体的水相的重量计的10重量％至40重量％的水相盐度。
本公开的第六十四方面可包括第五十二至第六十三方面，其中钻探流体组合物包含至少一种添加剂，所述添加剂选自有机粘土、流变改性剂、过滤控制剂、碱性化合物或这些的组合。
本公开的第六十五方面可包括第五十二至第六十三方面，其中钻探流体组合物包含0.5lbm/bbl至10lbm/bbl的碱性化合物。
本公开的第六十六方面可包括第六十五方面，其中碱性化合物包含石灰。
本公开的第六十七方面可涉及一种用于增加钻探流体组合物的乳液稳定性的方法，所述方法包含将乳化剂组合物引入到包含加重材料和反相乳液流体的钻探流体组合物中，所述反相乳液流体包含油质相和分散在油质相中的水相，所述乳化剂组合物包含：具有以下式(I)的乙氧基化醇化合物：
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为具有8至22个碳原子的烃基，并且n为1至6的整数，乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡(HLB)；和具有以下式(II)的多胺化脂肪酸化合物：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有1至10个碳原子的烃基或具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有1至10个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。
本公开的第六十八方面可包括第六十七方面，还包含在钻探流体组合物存在下在井孔中操作钻子。
本公开的第六十九方面可包括第六十八方面，其中将乳化剂组合物引入到钻探流体组合物中，同时在钻探流体组合物存在下在井孔中操作钻子。
本公开的第七十方面可包括第六十八方面，还包含将乙氧基化醇化合物或多胺化脂肪酸化合物添加到钻探流体组合物中，同时在钻探流体组合物存在下在井孔中操作钻子。
出于定义本技术的目的，过渡短语“由......组成”可以在权利要求中作为封闭的前导术语引入，所述术语将权利要求的范围限制为所叙述的组分或步骤以及任何天然存在的杂质。
出于定义本发明技术的目的，可以在权利要求书中引入过渡短语“基本上由……组成”以将一个或多个权利要求项的范围限制为所叙述的要素、组分、材料或方法步骤以及不会实质上影响所要求保护的主题的新颖特征的任何非所叙述的要素、组分、材料或方法步骤。
过渡短语“由……组成”和“基本上由……组成”可以被解释为开放式过渡短语的子集，如“包含”和“包括”，使得任意使用开放式短语来引入一系列要素、组分、材料或步骤的叙述应被解释为使用封闭式术语“由……组成”和“基本上由……组成”还公开了一系列要素、组分、材料或步骤的叙述。例如，“包含”组分A、B和C的组合物的叙述应被解释为还公开了“由组分A、B和C组成”的组合物以及“基本上由组分A、B和C组成”的组合物。
在本申请中表达的任何定量值可以被认为包括与过渡短语“包含”或“包括”一致的开放式实施例以及与过渡短语“由...组成”和“基本上组成”一致的封闭或部分封闭的实施例。
应理解，赋予特性的任何两个定量值可以构成所述特性的范围，并且在本公开中预期由既定特性的所有规定的定量值形成的范围的所有组合。已详细地并通过参考特定实施例描述了本公开的主题。应当理解，实施例的组分或特征的任何详细描述不一定暗示所述组分或特征对于具体实施例或任何其它实施例是必要的。另外，对于所属领域技术人员显而易见的是，在不脱离要求保护的主题的精神和范围的情况下，可对描述的实施例进行各种修改和变化。

Claims (12)

1.一种包含反相乳液流体的钻探流体组合物，其中所述反相乳液流体包含油质相、分散在所述油质相中的水相和乳化剂组合物，其中，所述乳化剂组合物包含：
1.4重量％的具有以下式(I)的乙氧基化醇化合物：
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为具有12至14个碳原子的烃基，并且n为1的整数，其中所述乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡值(HLB)；和
0.2重量％的具有以下式(II)的多胺化脂肪酸化合物：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸基，其中R4为具有2个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。
2.根据前述权利要求1所述的钻探流体组合物，其中R1为饱和直链烃基。
3.根据前述权利要求1所述的钻探流体组合物，其中R2为饱和直链烃基。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的钻探流体组合物，其中R3选自由以下组成的群组：-CH2CH2-COOH和-CH＝CH-COOH。
5.根据权利要求1所述的钻探流体组合物，其还包含加重材料。
6.根据权利要求5所述的钻探流体组合物，其中所述钻探流体组合物包含4lbm/bbl至700lbm/bbl的加重材料或以所述钻探流体组合物的总重量计的150lbm/bbl至330lbm/bbl的反相乳液流体。
7.根据权利要求5或6所述的钻探流体组合物，其中所述反相乳液流体包含的所述油质相与所述水相的体积比为50:50至95:5。
8.根据权利要求5或6所述的钻探流体组合物，其中所述钻探流体组合物包含以所述反相乳液流体的所述水相的总重量计的10重量％至40重量％的水相盐度。
9.一种钻探地下井的方法，所述方法包含：
在包含加重材料和反相乳液流体的钻探流体组合物存在下在井孔中操作钻子，所述反相乳液流体包含油质相、分散在所述油质相中的水相和乳化剂组合物，所述乳化剂组合物包含：
1.4重量％的具有以下式(I)的乙氧基化醇化合物：
R1─(OCH2CH2)n─OH (I)
其中R1为具有12至14个碳原子的烃基，并且n为1，所述乙氧基化醇化合物具有小于或等于6的亲水亲脂平衡值(HLB)；和
0.2重量％的具有以下式(II)的多胺化脂肪酸化合物：
R2-CO-NH-CH2-CH2-N(COR2)-CH2-CH2-NH-CO-R3 (II)
其中R2为具有1至20个碳原子的烃基，并且R3为具有式-R4-COOH的亚烷基羧酸酯基，其中R4为具有2个碳原子的饱和或不饱和亚烃基。
10.根据权利要求9所述的方法，其中R2为饱和直链烃基。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述钻探流体组合物包含0.259至25lbm/bbl的乙氧基化醇化合物。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述钻探流体组合物包含0.25lbm/bbl至25lbm/bbl的所述多胺化脂肪酸化合物。
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