超支化聚赖氨酸作为页岩抑制剂的用途
【专利摘要】本发明提出了超支化聚赖氨酸在地下矿物油和天然气矿床的开发、开采和完井中以及在深井中的用途，尤其是在水基钻井岩浆、完井液或增产液中作为页岩抑制剂的用途。
【专利说明】超支化聚赖氨酸作为页岩抑制剂的用途
[0001]本发明涉及超支化聚赖氨酸在地下矿物油和天然气矿床的开发、开采和完井中以及在深井中作为页岩抑制剂的用途。
[0002]页岩是由粘土和其他矿物组成的精细防渗沉积岩。其为在油田中需将其钻透以获得油层的最常见岩石中的一种。由于其高比例的离子带电粘土，页岩在水存在下极易溶胀。这使其在含有水基钻井岩浆的深井中成为带来极大困难的岩石。“页岩抑制剂”具有防止页岩在水存在下溶胀的作用。
[0003]EP0634468A1描述了钻井泥浆的添加剂及防止粘土在地下井中溶胀的方法。在一个实施方案中，三羟基烷基胺与烷基卤或水溶性季胺反应以得到季铵化三羟基烷基胺。反应产物还可以包括季铵化三羟基烷基胺的缩合反应产物。在另一个实施方案中，使用胆碱衍生物。所述季铵化反应产物和胆碱衍生物因低毒性以及与阴离子钻井泥浆组分良好的相容性而著称。存在关于改善钻井泥浆的流变性能以及改善环境相容性和与钻井泥浆的相容性的报道。
[0004]US 6，484，821 BI描述了用于钻透含有水溶胀页岩的岩层(formations)的水基钻井泥浆。其优选包含水基连续相、加重料和式H2N-R-10R’ }X-Y的页岩水合抑制剂，其中R和R’各自为具有1-6个碳原子的亚烷基，且X对应于约I至约25的值。Y基团应为胺或烷氧基，优选伯胺或甲氧基。页岩水合抑制剂应以足以降低页岩溶胀的浓度存在。
[0005]ΕΡ1257610Β1——与 US6, 484, 821Β1 相似——更精确地说明了一种式 H2N-CH(CH3)CH2-1OCH2CH(CH3Mx-NH2的化合物作为页岩抑制剂，其中χ具有低于15的值。
[0006]W02008/031806A1描述了 C4_1(l 二羧酸与烷醇胺、二胺或聚亚烷基胺的中性或盐类缩合产物作为页岩抑制剂。
[0007]US5, 149，690描述了呈聚酰胺和聚氨基酸的形式的抑制页岩溶胀的钻井岩浆添加剂，该聚酰胺和聚氨基酸为脂族酸与脂族多胺的反应产物。其中提及的“聚氨基酸”与聚赖氨酸在结构上不相容，尤其是因为聚氨基酸具有游离酸官能，而聚赖氨酸具有游离胺官能。
[0008]用于离岸应用的化学品必须符合严格的环境规定。其必须为无毒且可生物降解的，并且不得为可生物体内积累的；参见
[0009]http://www.cefas.defra.gov.uk,特别为
[0010]http://www.cefas.defra.gov.uk/industry-1nformation/offshore-chemical-notification-scheme.aspx、
[0011]http://www.cefas.defra.gov.uk/industry-1nformation/ofTshore-chemical-notification-scheme/ocns-ecotoxicology-testing.aspx 和
[0012]http://www.cefas.defra.gov.uk/industry-1nformation/offshore-chemical-notification-scheme/hazard-assessment.aspx (检索于 2011 年 I 月 6 日)。
[0013]本发明涉及的问题为提供一种无毒、可生物降解且非生物体内积累的有利的页岩抑制剂。
[0014]该目的通过独立权利要求的特征实现。从属权利要求涉及优选的实施方案。
[0015]现已发现，出乎意料地是，超支化聚赖氨酸、尤其是季铵化超支化聚赖氨酸为极其良好的页岩抑制剂且也可生物降解。
[0016]本发明提供超支化聚赖氨酸在地下矿物油和天然气矿床的开发、开采和完井中以及在深井中的用途，尤其是在水基钻井岩浆、完井液或用于地下矿物油和天然气矿床增产的增产液中作为页岩抑制剂的用途。
[0017]在本发明的上下文中，通用术语“聚赖氨酸”包括直链、支化、超支化和树枝状(dendrimeric)聚赖氨酸。聚赖氨酸是氨基酸赖氨酸的缩聚产物。聚赖氨酸可以为以下通式(I)，由于分子的末端ε-氨基官能比α-氨基更易于发生进一步的缩合。
[0018]
【权利要求】
1.超支化聚赖氨酸在地下矿物油和天然气矿床的开发、开采和完井中以及在深井中的用途，尤其是在水基钻井岩浆、完井液或增产液中作为页岩抑制剂的用途， 其中支化度(DB)定义为
DB[%]=100*(T+Z)/(T+Z+L) 其中，T是末端单体单元的平均数目，Z是支化单体单元的平均数目，L是线性单体单元的平均数目，支化度为10至99.9%，优选20至99%，更优选20至95%， 并且聚赖氨酸的分子量(Mw)为500至10000g/mol，优选750至7500g/mol，更优选750至 5000g/mol 以及特别为 750 至 1500g/mol。
2.权利要求1的用途，其特征在于，聚赖氨酸的氮原子用Cy烷基季铵化。
3.权利要求1或2的用途，其特征在于，聚赖氨酸的使用浓度为I至30g/l，优选3至25g/l以及尤其5至10g/l的水。
4.权利要求1至3中任一项的用途,其特征在于,通过“0E⑶Guidelinesfor Testingof ChemicalS-19920ECD306:Biodegradability in Seawater, Closed Bottle Method”中记载的方法测量的聚赖氨酸的生物降解性为在28天后为至少15%，且在60天后为至少50%。
5.权利要求1至4中任一项的用途，其特征在于，聚赖氨酸与保水剂、流变改性剂、分散剂、稀释剂、润滑剂和 /或通常用于钻井泥浆、完井液或增产液中的其他组合物一起使用。
【文档编号】C09K8/60GK103917623SQ201280036622
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年6月15日 优先权日:2011年7月28日
【发明者】O·拉富恩特塞尔达, B·布鲁赫曼, S·迈特罗-沃格尔, M·莱诺索加西亚 申请人:巴斯夫欧洲公司