ТЕРМОСТАБИЛЬНЫЕ КОМПОЗИЦИИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В БУРОВЫХ РАСТВОРАХ
THERMOSTABLE COMPOSITIONS AND THEIR APPLICATION IN DRILLING MUDS

ПРЕДЫДУЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Буровые растворы применяли с самого раннего начала работ по бурению нефтяных скважин в Соединенных штатах, и буровые растворы и их химия были и остаются важной областью научных и химических исследований. Отдельные применения и требуемые свойства рассмотрены в патентной заявке США 2004/0110642 и патентах США №№ 6339048 и 6462096, выданных правообладателю этой заявки, полное раскрытие которых введено сюда посредством ссылки.
Тем не менее, требования условий работы при бурении нефтяных скважин нуждаются в повышении температурной стабильности. Это становится особенно верным, поскольку, например, поиск новых нефтяных источников включает большую потребность в обнаружении глубоководных участков и применении методов горизонтального бурения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно некоторым вариантам осуществления композиция включает продукт реакции амина и полифункционального изоцианата; продукт реакции (i) карбоновой кислоты, по меньшей мере, с двумя карбоксильными фрагментами; и (ii) полиамина, содержащего две или более функциональные аминогруппы; и химического вещества, выбираемого из (i) алкоксилированных алкиламинов, (ii) амидов жирных кислот и (iii) их смесей.
В некоторых вариантах осуществления амин является эфирамином. В некоторых вариантах осуществления композиция включает органоглину.
В некоторых вариантах осуществления композиция включает продукт реакции (1) полиамина, содержащего две или более функциональные аминогруппы, (2) карбоновой кислоты, по меньшей мере, с двумя карбоксильными фрагментами и (3) алкоксилированного алкиламина. В других вариантах осуществления композиция включает продукт реакции (1) карбоновой кислоты, по меньшей мере, с двумя карбоксильными фрагментами, (2) полиамина, содержащего две или более функциональные аминогруппы, (3) алкоксилированного алкиламина и (4) амида жирной кислоты.
Согласно некоторым вариантам осуществления буровой раствор на нефтяной основе содержит смесь продукта реакции амина и полифункционального изоцианата; продукта реакции (i) карбоновой кислоты, по меньшей мере, с двумя карбоксильными фрагментами; и (ii) полиамина, содержащего две или более функциональные аминогруппы; и химического вещества, выбираемого из (i) алкоксилированных алкиламинов, (ii) амидов жирных кислот и (iii) их смесей. В некоторых вариантах осуществления буровой раствор содержит один или несколько эмульгаторов.
В некоторых вариантах осуществления буровой раствор сохраняет реологическую активность в диапазоне температур от примерно 120°F до примерно 40°F, если буровой раствор нагревают до температур примерно 300°F и затем охлаждают. В некоторых вариантах осуществления буровой раствор демонстрирует практически постоянный реологический профиль в температурном диапазоне от примерно 300°F до примерно 40°F или в некоторых вариантах осуществления в температурном диапазоне от примерно 120°F до примерно 40°F. В некоторых вариантах осуществления изменение вязкости при высоких скоростях сдвига бурового раствора в температурном диапазоне от примерно 120°F до примерно 40°F составляет менее чем примерно 90%.
Согласно некоторым вариантам осуществления композиция включает смесь продуктов реакции эфирамина и полифункционального изоцианата и органоглины.
Согласно некоторым вариантам осуществления буровой раствор на нефтяной основе включает продукт реакции амина и полифункционального изоцианата.
Согласно некоторым вариантам осуществления способ поддержания реологической активности бурового раствора при низких скоростях сдвига в температурном диапазоне от примерно 120°F до примерно 40°F, если буровой раствор нагревают до температуры приблизительно 300°F и затем охлаждают, включает добавление в буровой раствор добавки для бурового раствора, где добавка для бурового раствора включает продукт реакции амина и полифункционального изоцианата; продукт реакции (i) карбоновой кислоты, по меньшей мере, с двумя карбоксильными фрагментами; и (ii) полиамина, содержащего две или более функциональные аминогруппы; и химического вещества, выбираемого из группы, состоящей из (i) алкоксилированных алкиламинов, (ii) амидов жирных кислот и (iii) их смесей.
Согласно некоторым вариантам осуществления способ обеспечения практически постоянного реологического профиля бурового раствора в диапазоне температур от примерно 120°F до примерно 40°F включает добавление в буровой раствор добавки для бурового раствора, где добавка для бурового раствора включает продукт реакции амина и полифункционального изоцианата; продукт реакции (i) карбоновой кислоты, по меньшей мере, с двумя карбоксильными фрагментами; и (ii) полиамина, содержащего две или более функциональные аминогруппы; и химического вещества, выбираемого из группы, состоящей из (i) алкоксилированных алкиламинов, (ii) амидов жирных кислот и (iii) их смесей.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В одном варианте осуществления композиция по настоящему изобретению может включать продукт реакции амина и полифункционального изоцианата. В некоторых вариантах осуществления композицию используют в качестве добавки к буровому раствору. В некоторых вариантах осуществления добавка к буровому раствору включает продукт реакции (i) карбоновой кислоты, по меньшей мере, с двумя карбоксильными фрагментами; и (ii) полиамина, содержащего две или более функциональные аминогруппы; и химического вещества, выбираемого из группы, состоящей из (i) алкоксилированных алкиламинов, (ii) амидов жирных кислот и (iii) их смесей. Добавка к буровому раствору может также включать органоглину. В некоторых вариантах осуществления добавление добавки к буровому раствору в буровой раствор обеспечивает улучшенную температурную стабильность и увеличивает рабочий диапазон температур бурового раствора.
В некоторых вариантах осуществления буровой раствор на нефтяной основе с введенной в него добавкой к буровому раствору, такой как добавка, содержащая (a) продукт реакции (i) карбоновой кислоты, по меньшей мере, с двумя карбоксильными фрагментами; и (ii) полиамина, содержащего две или более функциональные аминогруппы; и (b) химическое вещество, выбираемое из группы, состоящей из (i) алкоксилированных алкиламинов, (ii) амидов жирных кислот и (iii) их смесей, не является температурно стабильным при температуре выше 250°F. По мере того как температура приближается к 250°F, такой буровой раствор может подвергаться значительным потерям вязкости. В некоторых вариантах осуществления буровой раствор на нефтяной основе с введенной в него добавкой к буровому раствору по настоящему изобретению увеличивает предел температурной стабильности относительно вышеупомянутого бурового раствора до примерно 300°F, приводя к практически постоянному реологическому профилю от примерно 300°F до примерно 40°F.
Продукт реакции A
Согласно некоторым вариантам осуществления компонент добавки к буровому раствору включает продукт реакции амина и полифункционального изоцианата. В некоторых вариантах осуществления продуктом реакции является полимочевинный продукт.
В некоторых вариантах осуществления амин содержит эфирамин. Примеры подходящих эфираминов раскрыты в патенте США № 6555614 (столб. 5, строки 44-56), раскрытие которого целиком введено сюда посредством ссылки. Примеры подходящих эфираминов включают, но не ограничиваются ими, полиоксиэтилендиамин, имеющий молекулярную массу от примерно 104 до примерно 2000, включая 2-(2-аминоэтокси)этиламин, 2-[2-(2-аминоэтокси)этокси]этиламин, 2-{2-[2-(2-аминоэтокси)этокси]этокси}этиламин; полиоксипропилендиамин, имеющий молекулярную массу от примерно 132 до примерно 2000, включая 2-(2-аминопропокси)-1-метилэтиламин, 2-[2-(2-аминопропокси)-1-метилэтокси]-1-метилэтиламин, 2-{2-[2-(2-аминопропокси)-1-метилэтокси]-1-метилэтокси}-1-метилэтиламин; сополимеры полиоксиэтилендиамина и полиоксипропилендиамина; и бис(3-аминопропил)эфир, 1,2-бис(3-аминопропокси)этан или 1,3-бис(3-аминопропокси)-2,2-диметилпропан.
В некоторых вариантах осуществления полифункциональный изоцианат является изоцианатом с общей формулой OCN-R'-NCO. Примеры таких полифункциональных изоцианатов раскрыты в патенте США № 6683151 (столб. 3, строки 30-49) и патентной заявке США № 2002/0077444 A1 (абзац [0021]), раскрытие которых целиком введено сюда посредством ссылки. В некоторых вариантах осуществления подходящие изоцианаты содержат, по меньшей мере, две функциональные группы, такие как, например, диизоцианаты, 1,4-диизоцианато-4-метилпентан, 1,5-диизоцианато-5-метилгексан, 3(4)-изоцианатометил-1-метилциклогексилизоцианат, 1,6-диизоцианато-6-метилгептан, 1,5-диизоцианато-2,2,5-триметилгексан и 1,7-диизоцианато-3,7-диметилоктан, или 1-изоцианато-1-метил-4-(4-изоцианатобут-2-ил)циклогексен, 1-изоцианато-1,2,2-триметил-3-(2-изоцианатоэтил)циклопентан, 1-изоцианато-1,4-диметил-4-изоцианатометилциклогексан, 1-изоцианато-1,3-диметил-3-изоцианатометилциклогексан, 1-изоцианато-1-n-бутил-3-(4-изоцианатобут-1-ил)циклопентан и 1-изоцианато-1,2-диметил-3-этил-3-изоцианатометилциклопентан, 3(4)-изоцианатометил-1-метилциклогексилизоцианат (IMCI), толуолдиизоцианат (TDI), метилендифенилдиизоцианат (MDI), метилендициклогексан 4,4-диизоцианат, изофорондиизоцианат (IPDI), гександиизоцианат (HDI) и тому подобное.
Согласно некоторым вариантам осуществления подходящие изоцианаты включают, но не ограничиваются ими, тетраметилендиизоцианат, 1,6-диизоцианатогексан, 1,6-гексаметилендиизоцианат, додекаметилендиизоцианат, циклогексан-1,3- и 1,4-диизоцианат, 1-изоцианато-3-изоцианатометил-3,-5,5-триметилциклогексан (=изофорондиизоцианат), бис-(4-изоцианатоциклогексил)метан (=гидрированный MDI), 2- и 4-изоцианатоциклогексил-2'-изоцианатоциклогексилметан, 1,3- и 1,4-бис(изоцианатометил)циклогексан, бис(4-изоцианато-3-метилциклогексил)метан, 1,3- и 1,4-тетраметилксилидендиизоцианат, 2,4- и/или 2,6-диизоцианатотолуол, 2,2'-, 2,4'- и/или 4,4'-диизоцианатодифенилметан, 1,5-нафталиндиизоцианат, п- и м-фенилендиизоцианат, ксилилендиизоцианат, дифенил-4,4'-диизоцианат, модифицированный карбодиимидом жидкий MDI, полимерный MDI и тому подобное.
В некоторых вариантах осуществления продукт реакции обеспечивает полимочевинную добавку к буровому раствору, которая расширяет практически постоянный реологический профиль до более широкого диапазона температур в системах, в которых уже используют добавки для стабилизации реологического профиля. Согласно одному варианту осуществления полимочевинный продукт реакции объединяют с композицией, описанной в патентной заявке США № 2004/0102332 A1, раскрытие которой целиком введено в данное описание. В другом варианте осуществления полимочевинный продукт реакции объединяют с 1) продуктом реакции полиамина, содержащего две или более функциональные аминогруппы, и карбоновой кислоты, по меньшей мере, с двумя карбоксильными фрагментами и 2) алкоксилированным амином и/или амидом жирной кислоты и их смесями.
Специфические особенности переработки аминов и полифункциональных изоцианатов хорошо известны и могут быть использованы для изготовления продукта реакции для введения в добавку к буровому раствору. В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение между амином и полифункциональным изоцианатом составляет от примерно 4:1 до примерно 0,5:1. В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение между амином и полифункциональным изоцианатом составляет от примерно 3:1 до примерно 1:1. В других вариантах осуществления молярное соотношение между амином и полифункциональным изоцианатом составляет от примерно 2:1 до примерно 1:1.
В некоторых вариантах осуществления в реакции между амином и изоцианатом может быть образован осадок. В некоторых вариантах осуществления осадок можно отфильтровать, промыть метанолом и высушить.
Продукт реакции B
В некоторых вариантах осуществления добавка к буровому раствору включает продукт реакции (i) карбоновой кислоты, по меньшей мере, с двумя карбоксильными фрагментами; и (ii) полиамина, содержащего две или более функциональные аминогруппы. В некоторых вариантах осуществления компоненты продукта реакции также включают химическое вещество, выбираемое из группы, состоящей из (i) алкоксилированных алкиламинов, (ii) амидов жирных кислот и (iii) их смесей.
Карбоновые кислоты
16
18
16
18
Любую карбоновую кислоту, по меньшей мере, с двумя карбоксильными фрагментами можно использовать для получения компонента продукта реакции добавки к буровому раствору. В некоторых вариантах осуществления карбоновая кислота представляет собой димерную кислоту. В некоторых вариантах осуществления карбоновая кислота включает димерные кислоты C и/или C жирной кислоты. В определенных вариантах осуществления такие димерные кислоты полностью гидрированы, частично гидрированы или не гидрированы вообще. В некоторых вариантах осуществления димерные кислоты включают продукты, получающиеся в результате димеризации С-С ненасыщенных жирных кислот.
В некоторых вариантах осуществления димерные кислоты содержат в среднем от примерно 18 до примерно 48 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления димерные кислоты содержат в среднем от примерно 20 до 40 атомов углерода. В одном варианте осуществления димерные кислоты содержат в среднем примерно 36 атомов углерода.
18
Подходящие димерные кислоты можно получить из C жирных кислот, таких как олеиновая кислота. Примеры подходящих димерных кислот раскрыты в патентах США №№ 2482760, 2482761, 2731481, 2793219, 2964545, 2978468, 3157681 и 3256304, полные раскрытия которых включены сюда посредством ссылки.

Примеры подходящих димерных кислот включают серию продуктов Empol, коммерчески доступных на фирме Cognis Inc. (например, Empol 1061), и димерные кислоты Pripol, коммерчески доступные на фирме Uniqema (например, Pripol 1013).

Многие коммерчески доступные димерные жирные кислоты содержат смесь мономерных, димерных и тримерных кислот. В некоторых вариантах осуществления димерная жирная кислота имеет определенное содержание димера, поскольку повышенные концентрации мономера и тримера могут мешать эксплуатационным качествам добавки. В некоторых вариантах осуществления коммерческие продукты перегоняют или обрабатывают иным образом для того, чтобы гарантировать определенное содержание димера. В некоторых вариантах осуществления подходящие димерные кислоты имеют содержание димера, по меньшей мере, примерно 80%. В некоторых вариантах осуществления подходящие димерные кислоты имеют содержание димера, по меньшей мере, примерно 90%. Пример подходящей димерной кислоты включает Empol 1061, который имеет содержание димерной кислоты 92,5-95,5%, тримерной кислоты 1,5-3,5% и монокислоты 2,5-5,0%.
Полиамины
Согласно некоторым вариантам осуществления полиамины, имеющие две или несколько функциональных аминогрупп, используют для получения продукта реакции, который можно ввести в добавку к буровому раствору. В некоторых вариантах осуществления используют полиамины семейства полиэтиленполиаминов, имеющих две или несколько функциональные аминогруппы.
Ди-, три- и полиамины и их комбинации могут быть пригодными для применения в добавке к буровому раствору. Примеры таких аминов могут включать этилендиамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин и другие члены этой серии. В некоторых вариантах осуществления используют разветвленные полиамины и полиамины с отличающимися алкильными группами.
В некоторых вариантах осуществления подходящий триамин представляет собой диэтилентриамин (DETA). DETA присвоен CAS № 111-40-0 и он является коммерчески доступным от фирмы Huntsman International.
Дополнительные компоненты
В некоторых вариантах осуществления компоненты продукта реакции также включают, по меньшей мере, одно из (i) алкоксилированных алкиламинов, (ii) амидов жирных кислот и (iii) их смесей. Подходящие алкоксилированные алкиламины и амиды жирных кислот подробно описаны ниже.
Получение продукта реакции
Специфика процесса переработки полиаминов и карбоновых кислот хорошо известна и может быть использована для получения продукта реакции для введения в добавку к буровому раствору. В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение между функциональной аминогруппой и карбоксильной функциональной группой составляет от примерно 4:1 до примерно 1:1. В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение между функциональной аминогруппой и карбоксильной функциональной группой составляет от примерно 1,5:1 до примерно 3:1. В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение между функциональной аминогруппой и карбоксильной функциональной группой составляет примерно 2:1. Например, можно использовать смеси более чем одной димерной кислоты и более чем одного полиамина. В некоторых вариантах осуществления эти реакции могут синтезировать имидазолины и другие побочные продукты.
Компонент C
Алкоксилированные алкиламины
В некоторых вариантах осуществления подходящий алкоксилированный алкиламин смешивают или блендируют с продуктом реакции, полученным по реакции карбоновой кислоты с полиамином, как описано выше, и/или с продуктом реакции, полученным по реакции амина и полифункционального изоцианата, как описано выше. В некоторых вариантах осуществления подходящий алкоксилированный алкиламин добавляют непосредственно в буровой раствор. В других вариантах осуществления, для того чтобы образовать продукт реакции, подходящий алкоксилированный алкиламин реагирует с карбоновой кислотой и полиамином. В других вариантах осуществления, для того чтобы образовать продукт реакции, подходящий алкоксилированный алкиламин реагирует с карбоновой кислотой, полиамином и амидом жирной кислоты.

Многие из алкоксилированных алкиламинов пригодны для добавки к буровому раствору. Можно использовать любой алкоксилированный амин или полученные аналогичным образом амины. Подходящие алкоксилированные амины могут включать амины с различной степенью алкоксилирования. Примеры полезных химических веществ включают, но не ограничиваются этим, целиком серии продуктов Ethomeen, Propomeen и Ethoduomeen фирмы Akzo Nobel.

В некоторых вариантах осуществления подходящие амины включают амины, содержащие до примерно 50 алкоксилированных звеньев на молекулу (например, Ethomeen 18/60). В некоторых вариантах осуществления подходящие амины включают амины, содержащие примерно до 15-25 алкоксилированных звеньев (например, Ethomeen C/25, T/25, S/25, 18/25; Ethoduomeen T/25). В других вариантах осуществления подходящие амины включают амины, содержащие до примерно 10 алкоксилированных звеньев (например, Propomeen C/12, 0/12, T/12; Ethoduomeen T/13, T/20; Ethomeen C/12, C/15, C/20, 0/12, 0/15, T/12, T/15, S/12, S/15, S/20, 18/12, 18/15 и 18/20).

2
2
m
2
2
n
В некоторых вариантах осуществления подходящие амины включают полиоксиэтилен (5) кокоалкиламины, доступные, например, под фирменным названием Ethomeen C/15 фирмы Akzo Nobel (New Brunswick, N.J.). Ethomeen C/15 имеет общую формулу RN[(CHCHO)(CHCHO)H], в которой R представляет собой кокоалкил, а m+n=5.
Необязательно, алкоксилированный амин можно добавить до проведения реакции между карбоновой кислотой и полиаминами или смешать после стадии реакции. Если его добавить до реакции или при температуре реакции, то между карбоксильными группами димерной кислоты и гидроксилами алкоксилированного амина могут образоваться некоторые сложные эфиры.
В некоторых вариантах осуществления продукт реакции и алкоксилированный алкиламин смешивают или блендируют в диапазоне весовых соотношений продукта реакции к алкоксилированному амину от примерно 95:5 до примерно 5:95. В некоторых вариантах осуществления продукт реакции и алкоксилированный алкиламин смешивают или блендируют в диапазоне весовых соотношений продукта реакции к алкоксилированному амину от примерно 80:20 до примерно 30:70. В других вариантах осуществления продукт реакции и алкоксилированный алкиламин смешивают или блендируют в диапазоне весовых соотношений продукта реакции к алкоксилированному амину примерно 55:45.
Амиды жирных кислот
Необязательно с описанным выше продуктом реакции могут быть смешаны или могут реагировать дополнительные ингредиенты, такие как жирные амиды и относящиеся к ним алкоксилированные производные. В некоторых вариантах осуществления подходящий жирный амид смешивают или блендируют с продуктом реакции, получаемым по реакции карбоновой кислоты с полиамином, как описано выше, и/или с продуктом реакции, получаемым по реакции амина с полифункциональным изоцианатом, как описано выше. В некоторых вариантах осуществления подходящий жирный амид добавляют непосредственно в буровой раствор. В других вариантах осуществления подходящий жирный амид реагирует с карбоновой кислотой и полиамином до образования продукта реакции. В других вариантах осуществления подходящий жирный амид реагирует с карбоновой кислотой, полиамином и амидом жирной кислоты до образования продукта реакции.

В некоторых вариантах осуществления подходящие жирные амиды представляют собой амиды жирных кислот, которые труднорастворимы в буровых растворах. В некоторых вариантах осуществления подходящие жирные амиды включают плавящиеся при высоких температурах амиды жирных кислот, которые труднорастворимы в буровых растворах, такие как серия продуктов Armid фирмы Akzo Nobel. В некоторых вариантах осуществления можно использовать алкоксилированные жирные амиды, такие как серия продуктов Ethomid фирмы Akzo Nobel. Например, подходящие алкоксилированные жирные амиды могут включать Ethomid О/17, который содержит 7 молей этиленоксида на олеамид.
Изготовление буровых растворов
В некоторых вариантах осуществления композиции по настоящему изобретению можно использовать в качестве добавок к буровым растворам на нефтяной основе. В некоторых вариантах осуществления композиции по настоящему изобретению можно использовать в качестве добавки к буровым растворам на основе нефтяной обращенной эмульсии, используемым в разнообразных областях применения для бурения.
Термин “буровой раствор на нефтяной основе” определяется как буровой раствор, в котором сплошная фаза имеет углеводородную основу. Буровые растворы на нефтяной основе, созданные с содержанием воды или рассола до 5%, можно классифицировать как буровые растворы на основе нефтяной обращенной эмульсии. В некоторых вариантах осуществления буровые растворы на основе нефтяной обращенной эмульсии могут содержать воду или рассол в качестве дисперсной фазы в любой пропорции до примерно 50%.
Согласно некоторым вариантам осуществления способ получения буровых растворов на основе обращенной эмульсии (буровых растворов на нефтяной основе) включает применение смесительной установки для введения индивидуальных компонентов, составляющих этот раствор. В некоторых вариантах осуществления первичные и вторичные эмульгаторы и/или смачивающие агенты (смесь поверхностно-активных веществ) добавляют к нефтяной основе (сплошная фаза) при умеренном перемешивании. Водную фазу, обычно рассол, можно добавить к смеси нефтяная основа/смесь поверхностно-активных веществ вместе с агентами, контролирующими щелочность, и реагентами, способствующими удалению нефтяных газов, содержащих сероводород. В некоторые варианты осуществления можно также включить реологические добавки, а также агенты, предотвращающие водоотдачу, утяжелители и вещества, ингибирующие коррозию. Затем можно продолжить перемешивание для обеспечения диспергирования каждого ингредиента и гомогенизации получающейся в результате текучей смеси.
Нефтяная основа
Согласно некоторым вариантам осуществления дизельное масло, минеральное масло, синтетическое масло, растительное масло, рыбий жир, парафиновые масла и/или сложноэфирные масла могут все использоваться в качестве отдельных компонентов или в качестве смесей.
Содержание рассола
В некоторых вариантах осуществления для образования внутренней фазы буровых растворов часто используют воду в виде рассола. Согласно некоторым вариантам осуществления воду можно охарактеризовать как водный раствор, который может содержать от примерно 10 до 350000 частей на миллион соли металла, такого как соли лития, натрия, калия, магния, цезия или кальция. В некоторых вариантах осуществления рассол, используемый для образования внутренней фазы бурового раствора по настоящему изобретению, может также содержать от примерно 5% до примерно 35% по массе хлорида кальция и может содержать различные количества других растворенных солей, таких как бикарбонат натрия, сульфат натрия, ацетат натрия, борат натрия, хлорид калия, хлорид натрия или формиаты (такие как формиат натрия, кальция или цезия). В некоторых вариантах осуществления вместо рассола или в дополнение к рассолу можно использовать гликоли или глицерин.
В некоторых вариантах осуществления отношение воды (рассола) к нефти в эмульсиях по настоящему изобретению может обеспечить настолько высокое содержание рассола насколько это возможно, пока еще сохраняется стабильная эмульсия. В некоторых вариантах осуществления подходящие соотношения нефть/рассол могут находиться в диапазоне от примерно 97:3 до примерно 50:50. В некоторых вариантах осуществления предпочтительно соотношение нефть/рассол может зависеть от специфических особенностей нефти и массы бурового раствора. Согласно некоторым вариантам осуществления водосодержание в буровом растворе, полученном согласно идее изобретения, может иметь содержание воды от примерно 0 до 50 объемных процентов.
Органоглины

В некоторых вариантах осуществления добавка к буровому раствору включает органоглину. Согласно некоторым вариантам осуществления органоглины, полученные, по меньшей мере, одна из них, из бентонитовой, гекторитовой или аттапульгитовой глин, добавляют в добавку к буровому раствору. Существует большое число поставщиков таких глин в дополнение к серии продуктов Elementis Specialties' BENTONE, включая Rockwood Specialties, Inc. и Sud Chemie GmbH.
Эмульгаторы
Согласно некоторым вариантам осуществления к буровому раствору также можно добавить эмульгаторы, для того чтобы образовать более стабильную эмульсию. Эмульгаторы могут включать в себя органические кислоты, включая, но не ограничиваясь, монокарбоксилалкановые, алкеновые или алкиновые жирные кислоты, содержащие от 3 до 20 атомов углерода и их смеси. Примеры этой группы кислот включают стеариновую, олеиновую, капроновую, каприновую и масляную кислоты. В некоторых вариантах осуществления также можно использовать адипиновую кислоту, представительницу алифатических дикарбоновых кислот. Согласно некоторым вариантам осуществления подходящие поверхностно-активные вещества или эмульгаторы включают кальциевые соли жирных кислот и лецитин. В других вариантах осуществления подходящие поверхностно-активные вещества или эмульгаторы включают окисленное талловое масло, полиаминированные жирные кислоты и частично амидированные жирные кислоты.
В некоторых вариантах осуществления для регуляции реологических свойств буровых растворов можно использовать гетероциклические добавки, такие как соединения имидазолина. В других вариантах осуществления для регуляции реологических свойств буровых растворов можно использовать алкилпиридины.
Получаемые в промышленных масштабах соединения аминов для применения в качестве эмульгаторов могут образовываться при эпоксилировании олефинно ненасыщенных углеводородов с последующим введением функционального N путем присоединения к эпоксидной группы. В этом отношении может иметь значение реакция эпоксилированных промежуточных компонентов с первичными или вторичными аминами до образования соответствующих алканоламинов. В некоторых вариантах осуществления полиамины, в особенности низшие полиамины соответствующего алкилендиаминового типа, также пригодны для раскрытия эпоксидного кольца.
Другим классом олеофильных аминных соединений, которые могут быть пригодными в качестве эмульгаторов, являются аминоамиды, полученные из предпочтительно длинноцепочечных карбоновых кислот и полифункциональных, в особенности низших, аминов вышеупомянутого типа. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одна из функциональных аминогрупп не связана в амидную форму, но остается незатронутой и потенциально солеобразующей основной аминогруппой. Основные аминогруппы, когда они образуются из вторичных или третичных аминогрупп, могут содержать гидроксиалкильные заместители и, в частности, низшие гидроксиалкильные заместители, содержащие до 5 и в некоторых вариантах осуществления до 3 атомов C в дополнение к олеофильной части молекулы.
Согласно некоторым вариантам осуществления подходящие N-основные исходные компоненты для получения таких аддуктов, содержащих длинноцепочечные олеофильные заместители в молекуле, могут включать, но не ограничиваться этим, моноэтаноламин или диэтаноламин.
В некоторых вариантах осуществления также используют утяжеляющие вещества для утяжеления добавки к буровому раствору до требуемой плотности. В некоторых вариантах осуществления буровой раствор утяжеляют до плотности от примерно 8 до примерно 18 фунтов на галлон или больше. Подходящие утяжеляющие вещества могут включать барит, ильменит, карбонат кальция, оксид железа и сульфид свинца. В некоторых вариантах осуществления в качестве утяжеляющего вещества используют коммерчески доступный барит.
Способ смешивания
В некоторых вариантах осуществления буровые растворы могут содержать от примерно 1/4 фунта до примерно 15 фунтов добавки к буровому раствору на баррель жидкостей. В других вариантах осуществления, буровые растворы могут содержать от примерно 1/4 фунта до примерно 10 фунтов добавки к буровому раствору на баррель жидкостей, и в еще других вариантах осуществления буровые растворы могут содержать от примерно 1/4 фунта до примерно 5 фунтов добавки к буровому раствору на баррель жидкостей.
Как показано выше, специалист в данной области легко поймет, что с композицией по настоящему изобретению можно использовать дополнительные добавки, такие как утяжелители, эмульгаторы, смачивающие агенты, загустители, агенты, предотвращающие водоотдачу, и другие агенты. В буровом растворе можно также использовать ряд других добавок, кроме реологических добавок, регулирующих вязкость, и противоосаждающие свойства в буровом растворе, с тем чтобы достичь требуемых потребительских свойств, таких как, например, противоосаждающие агенты и добавки, предотвращающие водоотдачу.
Способ применения

В некоторых вариантах осуществления в буровой раствор можно добавить добавки к буровому раствору. В некоторых вариантах осуществления добавку к буровому раствору можно добавить в буровой раствор в комбинации с другими добавками, такими как Thixatrol DW и Bentone 155, обе производства фирмы Elementis Specialties.
В некоторых вариантах осуществления добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор в количестве от примерно 0,25 частей на миллиард до примерно 30 частей на миллиард. В других вариантах осуществления, добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор в количестве от примерно 5,0 частей на миллиард до примерно 15,0 частей на миллиард. В других вариантах осуществления, добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор в количестве от примерно 0,25 частей на миллиард до примерно 5 частей на миллиард.
В некоторых вариантах осуществления добавление добавки к буровому раствору в буровой раствор приводит к практически постоянному реологическому профилю во всем температурном диапазоне. Практически постоянный реологический профиль бурового раствора может быть связан со слабым изменением вязкости бурового раствора, по мере того как температура бурового раствора понижается до температур, обычно встречающихся в трубопроводе при глубоководном бурении. В некоторых вариантах осуществления изменение вязкости бурового раствора при высоких скоростях сдвига составляет менее чем приблизительно 90% в температурном диапазоне от примерно 120°F до примерно 40°F. В других вариантах осуществления изменение вязкости бурового раствора при высоких скоростях сдвига составляет менее чем приблизительно 85% в температурном диапазоне от примерно 120°F до примерно 40°F. В некоторых вариантах осуществления изменение вязкости при высоких скоростях сдвига составляет менее чем приблизительно 80% в температурном диапазоне от примерно 120°F до примерно 40°F. В некоторых вариантах осуществления изменение вязкости при высоких скоростях сдвига составляет менее чем приблизительно 75% в температурном диапазоне от примерно 120°F до примерно 40°F. Вязкость бурового раствора можно измерить в соответствии с API RP 13B.
В некоторых вариантах осуществления добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор для обеспечения постоянного реологического профиля во всем температурном диапазоне от примерно 300°F до примерно 200°F. В некоторых вариантах осуществления добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор для обеспечения постоянного реологического профиля во всем температурном диапазоне от примерно 300°F до примерно 150°F. В некоторых вариантах осуществления добавку к буровому раствору комбинируют с другими добавками к буровому раствору в буровом растворе для обеспечения практически постоянного реологического профиля во всем температурном диапазоне от примерно 300°F до примерно 40°F. В некоторых вариантах осуществления добавку к буровому раствору комбинируют с другими добавками к буровому раствору в буровом растворе для обеспечения практически постоянного реологического профиля во всем температурном диапазоне от примерно 120°F до примерно 40°F.
Буровой раствор проявляет реологическую активность, когда буровой раствор обладает вязкостью при низких скоростях сдвига, по меньшей мере, примерно 3. В некоторых вариантах осуществления добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор для поддержания реологической активности бурового раствора, когда буровой раствор нагревают до температур до или выше примерно 300°F и затем охлаждают. В некоторых вариантах осуществления, добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор для поддержания реологической активности бурового раствора при низких скоростях сдвига, таких как примерно 6 об/мин, если буровой раствор нагревают до температур до или выше примерно 300°F и затем охлаждают. В некоторых вариантах осуществления, добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор для поддержания реологической активности бурового раствора в диапазоне температур от примерно 120°F до примерно 40°F, если буровой раствор нагревают до температур до или выше примерно 300°F и затем охлаждают.
В некоторых вариантах осуществления добавление добавки к буровому раствору по изобретению в буровой раствор обеспечивает более высокую температурную стабильность, чем добавление известной добавки к буровым растворам. В некоторых вариантах осуществления добавка к буровому раствору по изобретению обеспечивает температурную стабильность в температурном диапазоне от примерно 300°F до примерно 40°F. В некоторых вариантах осуществления добавление добавки к буровому раствору по изобретению в буровой раствор обеспечивает температурную стабильность при температуре, по меньшей мере, на 50°F выше, чем добавление известной добавки к буровому раствору. В некоторых вариантах осуществления буровой раствор, содержащий добавку к буровому раствору по изобретению, поддерживает реологическую активность при высоких температурах. В некоторых вариантах осуществления буровой раствор, содержащий добавку к буровому раствору по изобретению, поддерживает реологическую активность при температурах до или выше примерно 300°F.
В некоторых вариантах осуществления буровой раствор по настоящему изобретению может иметь более низкую вязкость при 40°F, чем обычные буровые растворы, составленные с достаточным количеством органоглины для обеспечения суспензии при температурах на забое скважины. Если его используют в буровых работах, то буровой раствор по настоящему изобретению может предусматривать использование более низкой мощности накачивания для перекачивания буровых растворов на большие расстояния, понижая, тем самым, давления в скважинах. В результате этого в некоторых вариантах осуществления сведены к минимуму поглощение промывочной жидкости, гидравлический разрыв пласта и повреждение пласта. В некоторых вариантах осуществления буровые растворы по настоящему изобретению могут сохранять такие характеристики суспензии, которые типичны для более высоких уровней органоглин при более высоких температурах. Настоящее изобретение может стать особенно полезным при глубоководном бурении, когда буровой раствор охлаждают в водоотделительной колонне. Буровой раствор, использующий добавку к буровому раствору по настоящему изобретению, будет поддерживать сниженное увеличение вязкости в водоотделительной колонне по сравнению с буровыми растворами, содержащими обычные реологические добавки.
ПРИМЕРЫ
Буровой раствор готовили на основе рецептур из таблицы 1 для использования в нижеупомянутых примерах.
<b>Таблица 1</b>Рецептура бурового раствора
<b>Рецептура раствора</b>
<b>фунты/баррель</b>
Синтетическая нефть
186
Первичный эмульгатор
4
Вторичный эмульгатор
2
30% солевой раствор хлорида кальция
75
Известь
4
Реологическая добавка
См. таблицу концентраций
Барит
215
Все растворы готовили и тестировали в соответствии со стандартным руководством изготовления буровых растворов API RP 13B, используя стандартные чашки для солода и 5-шпиндельный универсальный смеситель фирмы Hamilton Beach. Готовые растворы помещали в 316 камер из нержавеющей стали для испытания теплового старения. Растворы прокатывали в горячем состоянии в соответствии с API RP 13B методиками. Камеры помещали во вращающуюся печь, выставленную на 150°F или 300°F на 16 часов. Камеры доставали и резко охлаждали в ванне, заполненной холодной водой, до комнатной температуры (от примерно 64°F до примерно 73°F). Реологические измерения проводили до и после каждого горячепрокатного цикла при 120°F и при 40°F, используя реометр Фанна, модель 35. Измерения делали согласно API RP 13B методикам.
Пример 1 - Предыдущий уровень техники

BENTONE 155, органоглину, добавляли к буровому раствору на основе обращенной эмульсии синтетического масла в количествах 2,0 частей на миллиард и 6,0 частей на миллиард. Измерения вязкости бурового раствора с органоглиной при различных скоростях сдвига и температурах включены в таблицу 2. Таблица 2 показывает, что буровой раствор на нефтяной основе с введенной в него одной органоглиной (BENTONE 155) в качестве реологического модификатора демонстрировал увеличение вязкости при высоких скоростях сдвига (600 об/мин) на 164,7% (с 34 до 90) при содержании реологического агента 2 части на миллиард, когда температуру понижали со 120°F до 40°F, и увеличение вязкости при высоких скоростях сдвига на 203,3% (с 60 до 182) при содержании реологического агента 6 частей на миллиард, когда температуру понижали со 120°F до 40°F. Буровой раствор демонстрировал увеличение вязкости при низких скоростях сдвига (6 об/мин) на 450% (с 2 до 11) при содержании реологического агента 2 части на миллиард, когда температуру понижали со 120°F до 40°F, и увеличение вязкости при низких скоростях сдвига на 233,3% (с 12 до 40) при содержании реологического агента 6 частей на миллиард, когда температуру понижали со 120°F до 40°F.
<b>Таблица 2</b>АНАЛИЗ КОНЦЕНТРАЦИИ BENTONE<sup></sup> 155
Добавка
BENTONE<sup></sup> 155
BENTONE<sup></sup> 155
Концентрация добавки(ок)
2 части на миллиард
2 части на миллиард
2 части на миллиард
6 частей на миллиард
6 частей на миллиард
6 частей на миллиард
HR 150°F тест
HR 150°F тест
HR 150°F тест
HR 150°F тест
OFI 800 вязкость @ 120°F
Исходный уровень
120°F тест
40°F тест
Исходный уровень
120°F тест
40°F тест
Показание при 600 об/мин
34
34
90
67
60
182
Показание при 300 об/мин
20
19
58
44
42
126
Показание при 200 об/мин
14
13
45
34
34
105
Показание при 100 об/мин
8
8
31
24
26
81
Показание при 6 об/мин
2
2
11
8
12
40
Показание при 3 об/мин
1
1
10
7
11
35
Средняя вязкость, сП
17
17
45
34
30
91
Пластическая вязкость, сП
14
15
32
23
18
56
Предельное напряжение сдвига, фунтов/100 кв.футов
6
4
26
21
24
70
Пример 2 - Предыдущий уровень техники

1,0 часть на миллиард THIXATROL DW, который представляет собой продукт реакции B, соединенный с алкоксилированным алкиламином, соединяли с 2,0 частями на миллиард BENTONE 155 в буровом растворе на нефтяной основе. Таблица 3 демонстрирует результаты измерений вязкости бурового раствора с добавками. Буровой раствор прокатывали в горячем состоянии при 150°F или при 300°F и затем охлаждали, в соответствии с API RP 13B методиками. Измерения вязкости проводили при различных скоростях сдвига и температурах. Таблица 3 показывает, что при высоких скоростях сдвига (600 об/мин) вязкость бурового раствора увеличивается на 85,2% (с 54 до 100), когда температуру, при которой измеряли вязкость, понижали со 120°F до 40°F. Как показано в таблице 2, вязкость при высоких скоростях сдвига (600 об/мин) бурового раствора, содержащего только 2 части на миллиард BENTONE 155, увеличивалась на 164,7% (с 34 до 90), когда температуру, при которой измеряли вязкость, понижали со 120°F до 40°F.

Таблица 3 показывает, что вязкость при низких скоростях сдвига (6 об/мин) бурового раствора, содержащего как THIXATROL DW, так и BENTONE 155, увеличивалась на 12,5% (с 8 до 9), по мере того как температуру понижали со 120°F до 40°F. Как показано в таблице 2, вязкость бурового раствора, содержащего только 2 части на миллиард BENTONE 155, при низких скоростях сдвига (6 об/мин) увеличивалась на 450% (с 2 до 11), когда температуру понижали со 120°F до 40°F.

Таблица 3 показывает, что когда температуру горячего проката (HR) повышали со 150°F до 300°F, вязкость бурового раствора, содержащего как THIXATROL DW, так и BENTONE 155, при низких скоростях сдвига при 120°F понижалась на 87,5% (с 8 до 1).
<b>Таблица 3</b>Влияние THIXATROL<sup></sup> DW на вязкость: температурный профиль
Добавка
BENTONE<sup></sup> 155/THIXATROL<sup></sup> DW
Концентрация добавки(ок)
2 части на миллиард/1 часть на миллиард
HR 150°F тест
HR 150°F тест
HR 300°F тест
HR 300°F тест
OFI 800 вязкость @ 120°F
Исходный уровень
120°F тест
40°F тест
120°F тест
40°F тест
Показание при 600 об/мин
44
54
100
37
48
Показание при 300 об/мин
24
34
60
19
26
Показание при 200 об/мин
18
25
45
12
18
Показание при 100 об/мин
12
17
27
6
10
Показание при 6 об/мин
5
8
9
1
1
Показание при 3 об/мин
4
7
8
1
1
Средняя вязкость, сП
22
27
50
19
24
Пластическая вязкость, сП
20
20
40
18
22
Предельное напряжение сдвига, фунтов/100 кв.футов
4
14
20
1
4
Пример 3
12-15

Образец продукта реакции A получали по реакции 293 ммоль C алкоксипропиламина со 145 ммоль 1,6-диизоцианатогексана до образования образца добавки к буровому раствору. 10,0 частей на миллиард образца добавки к буровому раствору соединяли с 1,0 частью на миллиард THIXATROL DW (образцом продукта реакции B, соединенного с алкоксилированным алкиламином) и 1,0 частью на миллиард BENTONE 155 в буровом растворе на нефтяной основе. Буровой раствор прокатывали в горячем состоянии при 150°F или при 300°F и затем охлаждали, в соответствии с API RP 13B методиками. Измерения вязкости проводили при различных скоростях сдвига и температурах. Таблица 4 показывает, что при высоких скоростях сдвига (600 об/мин) вязкость бурового раствора, содержащего образец добавки к буровому раствору, THIXATROL DW и BENTONE 155, увеличивалась на 83,6% (с 55 до 101), когда температуру понижали со 120°F до 40°F. Как показано в таблице 2, вязкость при высоких скоростях сдвига (600 об/мин) бурового раствора, содержащего только 2 части на миллиард BENTONE 155, увеличивалась на 164,7% (с 34 до 90), когда температуру понижали со 120°F до 40°F.

Таблица 4 показывает, что при низких скоростях сдвига (6 об/мин) вязкость бурового раствора, содержащего образец добавки к буровому раствору, THIXATROL DW и BENTONE 155, увеличивалась на 28,6% (с 7 до 9), когда температуру понижали со 120°F до 40°F. Как показано в таблице 2, вязкость при низких скоростях сдвига бурового раствора, содержащего только 2 части на миллиард BENTONE 155, увеличивалась на 450% (с 2 до 11), когда температуру понижали со 120°F до 40°F.

Когда температуру горячего проката повышали со 150°F до 300°F, буровой раствор показывал увеличение вязкости при низких скоростях сдвига на 71,4% (с 7 до 12) при 120°F по сравнению с понижением вязкости при низких скоростях сдвига на 87,5%, когда использовали 2 части на миллиард BENTONE 155 и 1 часть на миллиард THIXATROL DW, как показано в таблице 3.

Дополнительно таблица 4 показывает, что, когда температуру горячего проката повышали со 150°F до 300°F, буровой раствор сохранял реологическую активность при низких скоростях сдвига (6 об/мин). Как показано в таблице 3, буровой раствор, содержащий 2 части на миллиард BENTONE 155 и 1 часть на миллиард THIXATROL DW, не обладал реологической активностью при низких скоростях сдвига, когда температуру горячего проката повышали со 150°F до 300°F.
<b>Таблица 4</b>Влияние THIXATROL<sup></sup> DW и образца добавки к буровому раствору на вязкость: температурный профиль
Добавка
BENTONE<sup></sup> 155/Образец добавки к буровому раствору/THIXATROL<sup></sup> DW
Концентрация добавки(ок)
1,0 части на миллиард/10 частей на миллиард/1 часть на миллиард
HR 150°F тест
HR 150°F тест
HR 300°F тест
HR 300°F тест
OFI 800 вязкость @ 120°F
Исходный уровень
120°F тест
40°F тест
120°F тест
40°F тест
Показание при 600 об/мин
46
55
101
78
119
Показание при 300 об/мин
28
33
60
50
74
Показание при 200 об/мин
30
24
45
38
55
Показание при 100 об/мин
13
16
28
26
35
Показание при 6 об/мин
5
7
9
12
12
Показание при 3 об/мин
4
6
8
10
11
Электрическая стабильность
Средняя вязкость, сантиПуаз
23
28
51
39
60
Пластическая вязкость, сантиПуаз
18
22
41
28
45
Предельное напряжение сдвига, фунтов/100 кв.футов
10
11
19
22
29
Вышеприведенное описание и примеры были изложены всего лишь для иллюстрации изобретения и не предназначены для того, чтобы быть ограничивающими. Поскольку для специалистов в данной области могут существовать модификации раскрытых вариантов осуществления, включающие в себя смысл и сущность изобретения, изобретение следует истолковывать широко, чтобы включить в него все варианты, подпадающие под объем прилагаемой формулы изобретения и их эквивалентов.