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CN101068903A - 页岩水化抑制剂和使用方法 - Google Patents

页岩水化抑制剂和使用方法 Download PDF

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CN101068903A CNA2005800413588A CN200580041358A CN101068903A CN 101068903 A CN101068903 A CN 101068903A CN A2005800413588 A CNA2005800413588 A CN A2005800413588A CN 200580041358 A CN200580041358 A CN 200580041358A CN 101068903 A CN101068903 A CN 101068903A
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hydration inhibition
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A·D·帕特尔
E·斯塔马基斯
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MI LLC
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Abstract

一种用于穿过含有在水存在下溶胀的页岩的地层的地下井中的水基钻井流体。所述钻井流体包括水基连续相和页岩水化抑制剂。优选一种例证性的页岩水化抑制剂是芳香胺与醛的反应产物的氢化反应的反应产物，优选所述醛为甲醛。另一种页岩水化抑制剂可以是苯胺和甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物。在一种例证性实施方案中，所述页岩水化抑制剂选自通称为聚环脂族胺的一类化合物。所述页岩水化抑制剂以充分的浓度存在，从而通过与流体接触显著降低页岩钻屑的溶胀。

Description

页岩水化抑制剂和使用方法
本申请是提交于2004年10月5日的共同未决美国专利申请号10/958,635的部分继续申请，本申请要求其优先权。本申请还要求提交于2005年5月6日的共同未决美国专利申请号11/123,394；11/123,395；和11/123,396的优先权。
背景技术
在地下井的旋转钻探中，希望钻井流体具有许多功能和特性。钻井流体应当在井中各处循环并且从钻头下面携带钻屑、将钻屑输送到环面上和允许它们在地面上得到分离。同时，还希望钻井流体冷却和净化钻头、降低钻柱和孔侧之间的摩擦并且保持钻孔的无套管部分的稳定性。钻井流体还应当形成密封通过钻头穿透形成的开口的薄的、低渗透性滤饼，并且起降低不期望的地层流体从透水岩石中流入的作用。
钻井流体一般根据它们的基础材料进行分类。在油基流体中，固体颗粒悬浮在油中，并且水或者盐水可以被油乳化。所述油一般为连续相。在水基流体中，固体颗粒悬浮在水或者盐水中，并且油可以在水中得到乳化。水一般为连续相。气动流体是第三类钻井流体，其中空气或者天然气的高速流出除去了钻屑。
在水基钻井流体中通常存在三种类型的固体：1)加入以提供必要的粘度和过滤性能的粘土和有机胶体；2)功能是升高钻井流体的密度的重矿物；和3)在钻探作业期间变得分散在钻井流体中的地层固体。
变得分散在钻井流体中的地层固体一般是由钻头作用产生的钻屑和由于钻孔不稳定性而产生的固体。当地层固体是溶胀的粘土矿物时，任何一种地层固体在钻井流体中的存在都会极大地增加钻井时间和成本。
粘土矿物在本质上通常为晶体。粘土晶体的结构决定了它的性能。一般，粘土具有薄片状的云母型结构。粘土薄片由许多面对面堆积的晶体片状物构成。每个片状体都被称为单元层，并且所述单元层的表面被称为基础表面。
单元层由多重片组成。将一个片称为八面体片，其由与羟基的氧原子八面体配位的铝或者镁原子组成。另一种片被称为四面体片。四面体片由与氧原子四面体配位的硅原子构成。
单元层中的片通过共用氧原子连接在一起。当该连接存在于一个八面体和一个四面体片之间时，一个基础表面由暴露的氧原子组成，而另一个基础表面具有暴露的羟基。两个四面体片通过共用氧原子与一个八面体片结合也是十分普遍的。称为Hoffman结构的由此得到的结构，具有夹在两个四面体片之间的八面体片。因此，Hoffman结构中的两个基础表面都由暴露的氧原子组成。
单元层面对面层叠在一起并且通过弱吸引力固定就位。在相邻的单元层中，相应平面之间的距离被称为c-间距。具有由三个片组成的单元层的粘土晶体结构的c-间距通常为约9.5×10-7mm。
在粘土矿物晶体中，具有不同化合价的原子通常定位在所述结构的片内，从而在晶体表面上产生负电势。在这种情况下，阳离子被吸附在表面上。这些吸附的阳离子被称为可交换的阳离子，因为当将粘土晶体悬浮在水中时，它们可以以化学方式与其它阳离子换位。此外，离子还可以被吸附在粘土晶体的棱边上并且与水中的其它离子进行交换。
粘土晶体结构中发生的取代的类型和晶体表面上吸附的可交换的阳离子会极大地影响粘土溶胀，粘土溶胀是钻井流体工业中最重要的一种性能。粘土溶胀是其中水分子围绕粘土晶体结构并且自身定位从而增加结构的c-间距，由此导致体积增加的现象。可能发生两种类型的溶胀。
表面水化是一种溶胀类型，其中水分子被吸附在晶体表面上。氢键连接将一层水分子固定在暴露在晶体表面上的氧原子上。随后水分子层排列，从而在单元层之间形成导致c-间距增加的准晶结构。事实上，所有类型的粘土都以这种方式溶胀。
渗透溶胀是第二种溶胀类型。当粘土矿物中的单元层之间的阳离子浓度高于周围水中的阳离子浓度时，水就会在单元层之间渗透移动并且使得c-间距得到增大。与表面水化相比，渗透溶胀产生更大的总体积。然而，仅仅某些粘土(比如钠蒙脱石)以这种方式溶胀。
据报道，粘土矿物中的可交换性阳离子对产生的溶胀量具有显著的影响。可交换性阳离子与水分子竞争粘土结构中可利用的活性位置。通常，高化合价的阳离子与低化合价的阳离子相比吸附更为强烈。由此，与具有高化合价的可交换性阳离子的粘土相比，具有低化合价的可交换的阳离子的粘土溶胀更多。
在北海和美国墨西哥湾岸区，钻孔机通常遇到泥质沉积物，其中主要的粘土矿物质是钠蒙脱石(通常称为“粘性页岩”)。钠阳离子是粘性页岩中占优势的可交换性阳离子。因为钠离子具有低正价(即，形式上为+1化合价)，因此其易于分散入水中。从而，粘性页岩以其溶胀性而出名。
在地下井的钻井期间，粘土溶胀会对钻探作业产生巨大的不利影响。
伴随着粘土溶胀而产生的总体积的总体增加妨碍了从钻头下面清除钻屑、增大了钻柱和钻孔侧面之间的摩擦并且抑制了能够密封地层的薄滤饼的形成。粘土溶胀还可以造成其它钻井问题，比如循环漏失或者钻杆被卡住，这将降低钻井速度和提高钻井成本。由于在钻探地下井的过程中遇到粘性页岩的频率较高，因此，在油气勘探工业中始终需要开发用于降低粘土溶胀的物质和方法。
一种降低粘土溶胀的方法是在钻井流体中使用盐。盐通常降低粘土的溶胀。然而，盐使粘土絮凝，导致高流体损失和几乎完全丧失触变性。此外，增加盐度通常会降低钻井流体添加剂的功能特性。
另一种用于控制粘土溶胀的方法是在钻井流体中使用有机页岩抑制剂分子。可以确信，有机页岩抑制剂分子可以被吸附在粘土表面上，同时加入的有机页岩抑制剂与粘土活性位置竞争水分子并且由此可以降低粘土溶胀。一种报道的页岩抑制剂是使用水溶性的二胺化合物，比如链长为8或者更低的伯二胺和链长为4或者更低的伯烷基胺。然而，这些胺化合物在高温和高压下并不适宜。此外，本领域熟练技术人员可以理解，公开的这些胺化合物具有低分子量，并且由此分子中的亲水性和亲脂性部分的比例将偏向于亲水性的胺部分。由此，具有更多碳原子的化合物由于分子的亲脂性，将是不适宜的。
基于上述，本领域熟练技术人员应当理解，在本领域中仍然需要新的页岩水化抑制剂。
发明概述
基于本发明的公开内容，本领域熟练技术人员应当理解，权利要求的主题内容的一种例证性实施方案包括用于地下井中的水基钻井流体，所述地下井穿过含有在水存在下溶胀的页岩的地层。在所述例证性实施方案中，所述钻井流体包括水基连续相和页岩水化抑制剂。优选一种例证性的页岩水化抑制剂是芳香胺与醛的反应产物的氢化反应的反应产物，优选所述醛为甲醛。另一种页岩水化抑制剂可以是苯胺和甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物。在一种例证性实施方案中，所述页岩水化抑制剂选自通称为聚环脂族胺的一类化合物。此外，所述页岩水化抑制剂可以以在此公开的胺化合物的游离碱形式或者酸盐形式存在。所述页岩水化抑制剂以充分浓度存在，从而通过与流体接触显著地降低页岩钻屑的溶胀。
对例证性的流体进行配制，从而使得其任选地含有配制钻井流体领域的熟练技术人员应当熟知的增粘剂和/或增重剂。此外，所述水基连续相可以选自：淡水、海水、盐水、水和水溶性有机化合物的混合物以及这些物质和本领域熟练技术人员应当已知的类似水基流体的混合物和组合。在一种例证性的实施方案中，将任选的增粘剂加入到流体中，优选所述增粘剂选自本领域熟练技术人员应当已知的化合物的混合物和组合，所述化合物比如是黄原胶树胶、淀粉、改性淀粉和合成增粘剂(比如聚丙烯酰胺)等等。可以任选地将增重物，比如重晶石、方解石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、有机盐和无机盐以及这些化合物和本领域熟练技术人员应当已知的类似化合物的混合物和组合加入到例证性流体的制剂中。所述例证性的流体还可以包含多种常规的水基钻井流体组分，比如滤失控制剂、助悬剂、增粘剂、流变学控制剂以及其它本领域熟练技术人员已知的其它化合物和物质。
权利要求的主题内容的范围还包括用于地下井中的压裂液，其中地下井穿过一层或者多层由在水存在下溶胀的页岩组成的地层。对一种例证性的流体进行配制，使得其中包含水基连续相、增粘剂和本文中公开的并且以足以显著地降低页岩溶胀的浓度存在的页岩水化抑制剂。
本发明主题内容的范围还包括将在页岩地层上形成半透膜从而增加井孔的稳定性的水基流体。该结构可以通过以下方式得到实现：谨慎选择胺，然后调节其pH值或者用其它组分对其进行交联，从而形成胺的沉积物，随后在页岩的表面上成膜，由此稳定井孔。
还应当理解，权利要求的主题内容内在地包括以下组分，比如：水基连续相；可膨胀的页岩物质；和基本上如本文所述并且以足以显著地降低可溶胀页岩物质的溶胀作用的浓度存在的页岩水化抑制剂。所述组合物可以在钻探地下井期间得到形成，也可以有意地进行，如果钻屑将要被再喷入的话。
本领域熟练技术人员应当理解，权利要求的主题内容的流体可以在钻探、完成、巩固、破裂、保持和生产、修理、废弃井和其它与地下井有关的操作期间使用。权利要求的主题内容还包括如钻屑再喷射工业熟知的部分工艺的将钻屑处理到地层中的方法。本领域熟练技术人员还应当理解，权利要求的主题内容内在地包括降低井中页岩粘土溶胀的方法，该方法包括在井中循环基本上如本文所公开进行配制的水基钻井流体。权利要求的主题内容的这些和其它特征将在以下权利要求的主题内容的例证性实施方案的说明中被更全面的阐述。
详细说明
权利要求的主题内容涉及用于地下井中的水基钻井流体，所述地下井穿过含有在水存在下溶胀的页岩的地层。通常，权利要求的主题内容的钻井流体可以被配制成包含含水连续相和页岩水化抑制剂，优选有机胺化合物。如同以下所公开，权利要求的主题内容的钻井流体可以任选地含有其它组分，比如增重剂、粘性剂、滤失控制剂、桥接剂、润滑剂、抗钻头包泥剂、中和剂、腐蚀抑制剂、碱性保留物质和pH值缓冲剂、表面活性剂和助悬剂、钻进速度增强剂、支撑剂、用于砾石填塞的沙和其它类似固体，以及本领域熟练技术人员可以理解的可以加入到水基钻井流体中的组分。
所述水基连续相通常可以是任何与钻井流体相容并且与本文公开的页岩水化抑制剂相容的水基流体相。为了增溶本文中公开的页岩水化抑制剂，在钻探作业之前或者期间，为了使其成为功能上活性的，可以需要对胺官能团进行质子化。另外，可以通过加入极性有机官能团对所述页岩水化抑制剂进行衍生化，所述极性有机官能团比如是烷氧基、羟基、羧基或者其它已知增强有机化合物在水中溶解性的官能团。在一种优选的实施方案中，所述水基连续相选自：淡水、海水、盐水、水和水溶性有机化合物的混合物及其混合物。所述水基连续相的量应当足以形成水基钻井流体。按体积计，该量可以为接近钻井流体的100％至少于钻井流体的1％。优选地，基于钻井流体的体积，水基连续相为按体积计约99％～约20％，优选约90～约40％。钻探流体制剂领域的熟练技术人员应当相信和理解，将页岩水化抑制剂加入到权利要求的主题内容的钻井流体制剂中，可以使得页岩、类页岩和含岩层粘土的水化作用得到抑制。在此使用的术语“页岩”是指所有在暴露于水基流体时表现出不期望的反应(比如，溶胀、解离、分散等等)的页岩、类页岩和含有地层的粘土。由此，所述页岩水化抑制剂应当以足以降低页岩/粘土的基于表面水化的溶胀和/或渗透基溶胀的浓度存在。存在于具体钻井流体制剂中的页岩水化抑制剂的准确量可以通过测试钻井流体和所产生的地层的代表性样品的逐次逼近法进行确定。然而，通常，权利要求的主题内容的页岩水化抑制剂可以以约0.5～约20磅/桶钻井流体(lbs/bbl或者ppb)的浓度用于钻井流体中，更优选地以约2～约12磅/桶的浓度用于钻井流体中。
如先前所指出，权利要求的主题内容的页岩水化抑制剂优选为亲脂性胺化合物。这与多种作为亲水性化合物(即，至少部分可溶于水中)的现有技术化合物形成对比。本领域熟练技术人员应当注意，一些在此公开的强亲脂性胺可以通过官能化一个或者多个胺基而得到增溶。其实例是胺官能团的部分质子化。所述质子化可以通过加入酸或者将钻井流体的pH值调节至预定值而得以进行。另外地，在将它们应用于钻探作业中之前，可以对在此公开的页岩水化抑制剂进行部分或者完全的质子化或者中和。代替质子化，可以通过含1～3个碳原子的小有机基团对所述胺基进行官能化。作为另一种替代方案，可以通过使用易于在井下环境中得到水解的有机基团对所述胺基进行官能化。例如，可以将酰胺、羟基酰胺、亚胺或者其它这类官能团引入，从而影响在此公开的抑制页岩水化的化合物的溶解性。
在一种例证性的实施方案中，权利要求的主题内容的页岩水化抑制剂应当具有以下通式结构：
Figure A20058004135800131
其中R和R’独立地选自氢、甲基、乙基或者丙基，并且X是C5～C12桥接基团，以及n是1～8的整数。其中充当页岩水化抑制剂的例证性的胺是其中X为环己基或者其它类似长链或者环烷基或者芳环基的胺。在这种情形中，所述胺可以为伯胺、仲胺或者叔胺。例如，发现环己基胺、N-甲基环己基胺和N，N-二甲基环己基胺都是有效的页岩水化抑制剂。在该例证性实施方案中，所述页岩水化抑制剂可以为游离碱或者酸盐形式或者这两种形式的一些组合。
在另一种例证性的实施方案中，优选所述页岩水化抑制剂是芳香胺与醛的反应产物的氢化反应的反应产物，优选所述醛为甲醛。另一种页岩水化抑制剂可以是苯胺和甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物。在一种例证性的实施方案中，所述页岩水化抑制剂选自具有以下通式结构的化合物：
其中R和R’独立地选自氢、甲基、乙基或者丙基，R”是具有1～20个碳原子的桥接基团，n为1～4的值，以及X是胺、羟基、烷氧基、羧基。所述页岩水化抑制剂可以以游离碱或者该碱的酸盐或者这两种形式的一些组合的形式存在。在一种优选的实施方案中，所述桥接基团选自具有或者不具有其它官能团的脂族基团和芳基。此外，应当指出，相对于桥接基团，所述氨基可以位于邻位、间位或者对位，然而，优选位于对位。由此，在优选的例证性实施方案中，所述页岩水化抑制剂具有以下通式结构：
其中R和R’独立地选自氢、甲基、乙基或者丙基，和X是1～6的值。所述页岩水化抑制剂可以以游离碱或者该碱的酸盐或者这两种形式的一些组合的形式存在。
权利要求的主题内容的页岩水化抑制剂的其它例证性实施方案包括通称为混合的聚环脂族胺(MPCA)的化合物。MPCA是包括氨基烷基环己基胺、氨基芳烷基环己基胺和其它这类化合物的市售化合物的混合物。已知它们可以用于包衣、润滑油添加剂和防腐剂中。在此混合物中存在的例证性化合物包括具有下式的化合物：
Figure A20058004135800151
取决于物质来源的不同，上述MPCA的例证性组分的百分比组成范围可以显著不同。在一种例证性的实施方案中，MPCA混合物含有以下组分：
  化合物   组成范围(％)
  A   2-10
  B   5-17
  C   0.5-2
  D   15-22
  E   33-50
  F   8-20
  G   3-8
由此混合物可以预期，存在特别优良能力的一种或者多种化合物可以起页岩抑制剂的作用。本领域熟练技术人员可以仅仅通过纯化/分离各种化合物和然后测试得到分离的化合物的页岩抑制性能而作出该决定。这种常规试验在化学领域熟练技术人员的能力范围之内，由此认为其包括在本发明范围之内。
如上式所示，例证性的页岩水化抑制剂是胺的游离碱(即，未质子化的胺)。本领域熟练技术人员应当理解，取决于使用期间或者使用之前钻井流体的pH值，权利要求的主题内容的页岩水化抑制剂可以被部分或者完全质子化。此外，还应当理解，所述胺的质子化状态可以在使用期间或者使用之前通过仅仅调节钻井流体的pH值而得到轻易调节。可以使用的质子酸的例证性实例包括无机酸(即，氢氯酸、氢溴酸、硫酸、硝酸和其它这类酸)和有机酸(即，羧酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、柠檬酸、卤代羧酸、磺酸和膦酸有机化合物和其它类似的酸)。在一种优选的实施方案中，简单羧酸与页岩抑制剂反应，从而增加所述物质在水溶液中的溶解性。也可以使用其它起螯合剂作用的有机酸。例如，乙二胺四乙酸盐(EDTA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、亚环己基二次氮基四乙酸(CDTA)、[亚乙基二(氧基亚乙基次氮基)]四乙酸(EGTA)和[[(羧甲基)亚氨基]-二(亚乙基次氮基)]-四乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)和羟乙基亚氨基二乙酸(HEIDA)以及这些化合物的单阳离子或者双阳离子盐。本领域的熟练技术人员应当理解，通过常规反复试验，熟练技术人员可以选择用于中和胺官能团的酸性物质并且由此显著地影响在此公开的页岩抑制剂的溶解性。这些构思都包括在本发明公开内容的范围之内。由此，在一般的例证性实施方案中，本发明的页岩水化抑制剂可以具有以下结构：
            (H+A)x(A)yxB-
其中A表示在此公开的化合物上的胺官能团，H+A表示在此公开的页岩水化抑制剂上的质子化的胺官能团，x表示酸的摩尔当量，和x+y等于存在的胺官能团的数目。一种所述化合物的例证性实施方案包括预定量的羧酸(优选甲酸、乙酸或者丙酸)和MPCA的反应产物。可以将该反应产物分离成胺盐，或者可以将所得溶液直接用在配制在此公开的钻井流体中。另一种页岩水化抑制剂的例证性实施方案具有下式：
Figure A20058004135800171
其中R和R’独立地选自氢、甲基、乙基或者丙基，R”是具有1～20个碳原子的桥接基团，n是1～4的值，和X是胺、羟基、烷氧基、羧基，其中至少一个胺官能团已经与预定量的C1～C25羧酸进行了反应。在一种优选的实施方案中，所述桥接基团选自具有或者不具有其它官能团的脂族基团和芳基。正如游离碱性物质一样，所述氨基可以相对于桥接基团位于邻位、间位或者对位，然而，优选位于对位。
为了增加流体的密度，权利要求的主题内容的钻井流体可以含有增重物质。所述增重物质的主要目的是增加钻井流体的密度，从而防止反冲和井喷。本领域熟练技术人员应当知道和理解，防止反冲和井喷对于钻机每天的安全运转是非常重要的。由此，以功能有效量加入到钻井流体中的增重物质很大程度上取决于进行钻探的地层的性质。适用于配制权利要求的主题内容的钻井流体的增重物质通常可以选自任何类型的作为制备工艺的一部分悬浮在溶液、溶解于水相中或者钻探期间后来加入的固体、颗粒形式的增重物质。优选所述增重物质选自重晶石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、碳酸镁、有机盐和无机盐和这些化合物的混合物和组合物，以及可以用于钻井流体制剂中的类似增重物质。
为了改变或者保持流体的流变性质，权利要求的主题内容的钻井流体可以含有增粘剂。所述增粘剂的主要目的是控制钻井流体的粘度和粘度的潜在变化。粘度控制是非常重要的，这是因为地层通常可能具有比表面温度显著更高的温度。由此，钻井流体在其从表面传送到钻头和背部的过程期间可能会经受接近冷冻温度至接近水的沸点或者更高温度的温度极限。本领域熟练技术人员应当知道和理解，所述温度的变化可以导致流体流变性质的显著变化。由此，为了控制和/或缓和流变学变化，可以将粘度剂和流变学控制剂包含入钻井流体制剂中。适用于配制权利要求的主题内容的钻井流体的增粘剂通常可以选自任何类型的适用于水基钻井流体的增粘剂。在一种例证性的实施方案中，增粘剂被加入到钻井流体中，优选所述增粘剂选自本领域熟练技术人员应当已知的化合物的混合物和组合，所述化合物比如是黄原胶树胶、淀粉、改性淀粉和合成增粘剂(比如聚丙烯酰胺)等等以及有机膨润土、海泡石、粘土和山软木土。
除了上述指出的组分之外，权利要求的钻井流体还可以被配制以包括通称为碱性保留和碱性缓冲剂、pH值缓冲剂、稀释剂和滤失控制剂的物质以及其它任选地被加入到水基钻井流体制剂中的化合物和物质。这些其它物质各自可以以钻井条件所需的流变学和功能浓度加入到所述制剂中。
本领域熟练技术人员应当理解，石灰是用于配制水基钻井流体中的常规碱性保留试剂。还可以将碱性缓冲剂，比如环状有机胺、空间位阻胺、脂肪酸的酰胺等等，包含在其中，充当防止碱性保留试剂损失的缓冲液。所述钻井流体可以含有胺质子化或者pH值缓冲剂，从而对页岩抑制剂进行增溶和由此增强它们的活性。所述钻井流体还可以含有防腐剂，从而防止钻探作业设备的金属部分发生腐蚀。通常还将稀释剂(比如木素磺酸盐)加入到水基钻井流体中。一般加入木素磺酸盐、改性的木素磺酸盐、多磷酸盐和丹宁酸。在其它实施方案中，还可以将低分子量聚丙烯酸盐作为稀释剂加入其中。将稀释剂加入到钻井流体中以降低流动阻力和控制凝胶化趋势。稀释剂实现的其它功能包括降低过滤和泥饼厚度、平衡盐的作用、最小化水对钻探地层的作用、将油乳化在水中和在高温下稳定泥的性能。
可以将多种滤失控制剂加入到权利要求主题内容的钻井流体中，它们通常选自合成的有机聚合物、生物聚合物及其混合物。还可以将比如改性褐煤、聚合物、改性淀粉和改性纤维素的滤失控制剂加入到本发明的水基钻井流体系统中。在一种实施方案中，优选本发明的添加剂选自具有低毒性并且与常规阴离子钻井流体添加剂相容的添加剂，比如聚阴离子羧甲基纤维素(PAC或者CMC)、聚丙烯酸盐、部分水解的聚丙烯酰胺(PHPA)、木素磺酸盐、黄原胶和这些物质的混合物等等。
权利要求主题内容的钻井流体可以进一步含有通常选自合成有机、无机和生物聚合物及其混合物的包被剂。包被剂的作用是在沿链的多个点上吸附粘土颗粒，由此将颗粒结合在一起和包被钻屑。这些包被剂有助于改良钻屑清除，同时将更少的钻屑分散入钻井流体中。所述包被剂可以为阴离子、阳离子、两性或者本质为非离子的包被剂。在一种例证性的实施方案中，将具有阳离子性质的部分水解的聚丙烯酰胺用作包被剂。
其它可以存在于权利要求主题内容的钻井流体中的添加剂包括比如润滑剂、渗入速度增强剂、消泡剂、流体损耗循环物质、支撑剂、筛分的沙子以及其它对在此公开的流体的页岩水化抑制性能不具有显著影响的物质。所述化合物对于配制水基钻井流体领域的普通技术人员应当是已知的。
以下包含的实施例用于表明权利要求主题内容的优选实施方案。本领域熟练技术人员应当理解，在随后的实施例中公开的工艺表示本发明发明人发现的在权利要求主题内容实践中效力良好的工艺，由此可以认为它们构成了实践本发明的优选方式。然而，本领域熟练技术人员根据本发明的公开内容应当理解，可以对公开的具体实施方案进行多种不背离本发明主题内容的范围的改变并且仍然可以获得相同或者类似的结果。
除非另有说明，所有原料都可以市场购买到，并且使用标准实验室技术和设备。所述测试根据API Bulletin RP 13B-2，1990中的方法进行。以下缩略语有时用于描述在实施例中讨论的结果：
“PV”是塑性粘度(CPS)，它是用于计算钻井流体的粘度特性的一个变量。
“YP”是屈服点(磅/100平方英尺)，它是用于计算钻井流体的粘度特性的另一个变量。
“GELS”(磅/100平方英尺)是钻井流体的悬浮特性和触变性能的尺度。
“F/L”是API流体损失和在100psi下钻井流体的流体损失(单位为毫升)的尺度。
实施例1：配制了以下泥浆用于说明权利要求的主题内容：
  基础泥浆   1   2
  淡水   276   276   276
  Duovis   1.0   1.0   1.0
  Unitrol   3.0   3.0   3.0
  UltraCap   2.0   2.0   2.0
  4，4’-二氨基二环己基甲烷   -   10.5   -
  -   -   10.5
  环己胺   201   201   201
  重晶石   9.4   9.4   9.4
  调节后的pH(乙酸)
在上述泥浆制剂中，将以下市售化合物用于钻井流体的配制中，但是本领域熟练技术人员应当理解，可以替代使用其它类似化合物。
 UltraCap   M-I SWACO，Houston TX
 UltraFree   M-I SWACO，Houston TX
 Unitrol   M-I SWACO，Houston TX
 DuoVis   Kelco Oil Field Group
对上述泥浆以及基础泥浆(即，其中不存在页岩水化抑制剂的泥浆)的性能进行测量并且得到以下示例性数据：
 性能   基础泥浆   1   2
 在环境温度下的粘度(cps)
 600rpm   136   115   109
 300rpm   101   84   76
 200rpm   85   74   63
  100rpm   58   48   43
  6rpm   16   13   12
  3rpm   11   10   10
  凝胶10sec.   12   12   12
  10min.   16   14   13
  PV   35   31   33
  YP   66   53   43
  AP1 F/L   3.8   3.0   3.2
通过在150℉下，在一桶当量的浆中将10g钻屑热轧16小时，用牛津粘土钻屑进行分散试验。在热轧之后，利用20筛目网筛对剩余的钻屑进行过筛，并且用10％氯化钾水溶液对其进行洗涤、进行干燥和称重，从而获得回收百分比。该评价的结果示于下表中，表明了本发明页岩水化抑制剂的改良的页岩抑制性能。
  (回收的钻屑％)   基础泥浆   1   2
  牛津粘土   88   98   94
为了进一步表明根据本发明教导配制的钻井流体的性能，利用本体硬度试验机进行了测试。BP本体硬度试验机用于评价暴露于钻井流体的页岩钻屑的硬度，该硬度反过来可能与进行评价的钻井流体的抑制性能相关。在此测试中，在150℉下，在测试钻井流体中将页岩钻屑热轧16小时。
将页岩钻屑进行过筛并且然后将其投BP本体硬度试验机中。将该设备密闭和使用转矩扳手，对用于将钻屑挤出通过具有孔的板的作用力进行记录。取决于水化状态和钻屑硬度以及使用的钻井流体，当开始进行钻屑挤压时，达到了扭矩平台区。另外，扭矩可以持续上升，这在较硬的钻屑样品时倾向于发生。因此，获得的扭矩数越大，就认为钻井流体系统的抑制性越强。以下给出了用牛津粘土钻屑获得的三种不同钻浆制剂的例证性数据。
  牛津粘土   本体硬度(值的单位是英寸/磅)泥浆制剂
  轮次号   基础泥浆   1   2
  3   -   5   -
  4   -   10   5
  5   5   15   5
  6   5   30   10
  7   10   50   15
  8   10   95   40
  9   10   190   100
  10   10   225   120
  11   10   D   135
  12   15   150
  13   15   165
  14   15   170
  15   15   190
  16   15   200
  17   20   225
  18   25   R，D
  19   225
  R
在上表中，D表示形成圆盘；R表示形成带状物的细条。
通过对上述数据进行观察，本领域熟练技术人员应当注意，根据本发明教导配制的钻井流体预防了各种类型的页岩粘土的水化，并且由此在钻探遇到这类页岩粘土的地下井中可以提供良好的性能。
实施例2：实施以下测试以表明可以通过权利要求主题内容的页岩水化抑制剂的单一10.5ppb处理而在数天期间得到抑制的API皂土的最大量。
该试验方法使用填充有一桶当量自来水和10.5ppb页岩水化抑制剂的品脱罐。自来水被用作对照样品。用氢氯酸将所有样品的pH值调节为至少9.5，并且在中等剪切速率下用10ppb份的M-I GEL(API皂土)对其进行处理。搅拌30分钟之后，在150℉下将样品加热老化过夜。在样品得到冷却之后，在环境温度下对它们的流变进行记录。对各个样品都进行该处理，直至它们太厚而难以测量为止。下表列出了代表性数据，这些数据表明通过每日将皂土加入到用在各栏顶部指示的页岩水化抑制剂处理的自来水中，对权利要求主题内容的页岩水化抑制作用的影响。对于以下实施例，使用了下页岩水化抑制剂：
  添加剂代码   化学品
  A   4，4’-二氨基二环己基甲烷
  B   环己胺(CHA)
  C   N-甲基环己胺
  D   N，N-二甲基环己胺
600rpm流变学数据(厘泊)
  皂土(llb/bbl)   碱   KCl   氯化胆碱   A   B   C   D
  50   TTTM   20   3   6   7   6   8
  70   170   24   9   12   8   10
  90   TTTM   85   12   14   13   14
  110   TTTM   17   18   21   25
  130   27   29   29   35
  150   47   47   36   48
  170   67   54   71   113
  190   139   102   97   143
  200   165   123   103   250
  210   254   160   109   TTTM
  220   TTTM   201   157
  230   TTTM   277
  240   TTTM
在上表中，缩略语TTTM意指太厚，难以测量。
6rpm流变学数据(厘泊)
  皂土(llb/bbl)   碱   KCl   氯化胆碱   A   B   C   D
  50   TTTM   12   3   1   1   1   2
  70   140   13   2   2   2   2
  90   TTTM   32   2   2   2   3
  110   TTTM   3   5   4   6
  130   7   8   8   9
  150   19   13   12   17
  170   21   18   17   34
  190   46   32   24   36
  200   53   36   25   41
  210   77   47   26   131
  220   TTTM   60   47   TTTM
  230   161   98
  240   TTTM   TTTM
在上表中，缩略语TTTM意指太厚，难以测量。
                            10Min凝胶
 皂土(llb/bbl)   碱   KCl   氯化胆碱   A   B   C   D
  50   TTTM   24   2   2   2   2   2
  70   297   9   2   2   3   3
  90   TTTM   31   2   3   3   3
  110   TTTM   6   5   4   5
  130   7   6   8   9
  150   13   10   8   14
  170   18   14   12   23
  190   39   25   18   34
  200   52   31   25   83
  210   86   37   28   129
  220   TTTM   62   47   TTTM
  230   168   119
  240   TTTM   TTTM
在上表中，缩略语TTTM意指太厚，难以测量。
                             塑性粘度
 皂土(llb/bbl)   碱   KCl   氯化胆碱   A   B C   D
  50   TTTM   7   3   3   4 3   4
  70   20   5   4   6 3   4
  90   TTTM   20   5   5 5   6
  110   TTTM   6   6 8   8
  130   10   10 9   8
  150   12   17 8   9
  170   12   14 16   17
  190   21   25 20   45
  200   30   32 27   50
  210   56   44 33   TTTM
  220   TTTM   53 53
  230   TTTM 55
  240 TTTM
在上表中，缩略语TTTM意指太厚，难以测量。
                                屈服点
 皂土(llb/bbl)   碱   KCl   氯化胆碱   A   B   C   D
  50   TTTM   8   4   0   0   0   0
  70   132   12   1   0   2   2
  90   TTTM   65   2   4   3   2
  110   TTTM   5   6   5   9
  130   7   7   11   19
  150   23   17   20   30
  170   43   26   39   79
  190   97   52   57   53
  200   105   59   51   59
  210   142   72   40   TTTM
  220   TTTM   95   51
  230   TTTM   167
  240   TTTM
在上表中，缩略语TTTM意指太厚，难以测量。
通过对上述代表性数据进行观察，本领域熟练技术人员应当注意，根据本发明教导配制的钻井流体显著地抑制了多种页岩粘土的水化，并且由此在钻探遇到这类页岩粘土的地下井中可以提供良好的性能。
实施例3：在该实施例中，将按重量计3％的4，4’-二甲基二环己基甲烷溶于1.5％冰醋酸的蒸馏水溶液中。通过搅拌该混合物，形成透明溶液。向上述所得溶液中加入充分量的1.0N氢氧化钠，从而使得其pH值为约10.5。在此pH值下，形成了白色沉淀。通过将pH值调节为约9.5，该沉淀可以得到再溶解。
上述实施例说明，本发明公开的优选页岩水化抑制剂可以通过调节pH值从溶液中沉淀析出和沉淀在页岩表面。本领域熟练技术人员应当理解，形成该沉淀的能力将促进可以增强井稳定性的膜的形成。
实施例4：实施以下测试以表明可以通过权利要求主题内容的页岩水化抑制剂的单一10.5ppb处理而在数天期间得到抑制的API皂土的最大量。该试验方法使用填充有一桶当量自来水和10.5ppb页岩水化抑制剂的品脱罐。自来水用作对照样品。用氢氯酸将所有样品的pH值调节为至少9.5，并且在中等剪切速率下用10ppb份的M-I GEL(API皂土)对其进行处理。搅拌30分钟之后，在150℉下将样品加热老化过夜。在样品得到冷却之后，在环境温度下对它们的流变进行记录。对各个样品都进行该处理，直至它们太厚而难以测量为止。下表列出了代表性的数据，这些数据表明通过每日将皂土加入到用在各栏顶部指示的页岩水化抑制剂处理的自来水中，对权利要求主题内容的页岩水化抑制作用的影响。在该实施例中，使用10.5ppb的MPCA抑制全部量的皂土。根据本发明实施例2中所述的方法，用HCl对MPCA进行中和。下表列出了比较MPCA与氯化钾和氯化胆碱的页岩水化抑制性能的示例性结果：
              600rpm流变学数据(厘泊)
  皂土(lbs/bbl)   碱   KCl   氯化胆碱   中和的MPCA(pH9.5)
  50   TTTM   20   3   7
  70   170   24   10
  90   TTTM   85   17
  110   TTTM   40
  130   64
  150   161
  160   173
  170   197
  180   TTTM
在上表中，缩略语TTTM意指太厚，难以测量。
                    10min凝胶
  皂土(lbs/bbl)   碱   KCl   氯化胆碱   中和的MPCA(pH9.5)
  50   TTTM   24   2   2
  70   297   9   4
  90   TTTM   31   6
  110   TTTM   13
  130   25
  150   55
  160   89
  170   157
  180   TTTM
在上表中，缩略语TTTM意指太厚，难以测量。
                塑性粘度
  皂土(lbs/bbl)   碱  KCl   氯化胆碱   中和的MPCA(pH 9.5)
  50   TTTM   7   3   3
  70   20   5   4
  90   TTTM   20   5
  110   TTTM   8
  130   12
  150   19
  160   16
  170   43
  180   TTTM
在上表中，缩略语TTTM意指太厚，难以测量。
                    屈服点
 皂土(lbs/bbl)   碱   KCl   氯化胆碱   中和的MPCA(pH9.5)
  50   TTTM   8   4   1
  70   132   12   2
  90   TTTM   65   7
  110   TTTM   24
  130   40
  150   123
  160   141
  170   111
  180   TTTM
在上表中，缩略语TTTM意指太厚，难以测量。
通过对上述代表性数据进行观察，本领域熟练技术人员应当注意，根据本发明教导配制的钻井流体显著地抑制了多种页岩粘土的水化，并且由此在钻探遇到这类页岩粘土的地下井中可以提供良好的性能。
基于本发明的公开内容，本领域熟练技术人员应当理解，权利要求的主题内容的一种例证性实施方案包括用于地下井的水基钻井流体，所述地下井穿过含有在水存在下溶胀的页岩的一层或者多层地层。将流体配制成包含水基连续相和作为混合的聚环脂族胺的页岩水化抑制剂的流体。所述页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在。在一种优选的例证性实施方案中，所述页岩水化抑制剂是芳香胺与甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物。另外，所述页岩水化抑制剂是氨基烷基环己基胺和氨基芳基环己基胺的混合物。在一种例证性的实施方案中，至少一个胺官能基团被官能化，优选被质子化。优选用于例证性实施方案中的水基连续相选自淡水、海水、盐水和水溶性有机化合物及其混合物以及本领域技术人员已知的类似流体。还可以加入到例证性实施方案中的常规钻井流体添加剂包括增粘剂、流变学控制剂、腐蚀控制剂、增重剂以及这些物质与本领域熟练技术人员应当熟知的类似化合物的组合。在大多数情况下，期望增重物质增加流体的密度。所述例证性的增重剂可以溶于或者不溶于水。在一种例证性的实施方案中，所述增重剂选自重晶石、方解石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、有机盐和无机盐及其混合物以及本领域熟练技术人员应当熟知的类似化合物。
本发明的另一例证性实施方案包括用于钻探或者完成穿过一层或者多层含有页岩的地层的地下井的水基流体，所述的页岩在水存在下溶胀，其中所述钻井流体包括：水基连续相、增重剂和页岩水化抑制剂(包括混合的聚环脂族胺)。所述例证性的制剂是使得所述页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在的制剂。在一种优选的例证性实施方案中，所述页岩水化抑制剂是芳香胺与甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物。另外，所述页岩水化抑制剂是氨基烷基环己基胺和氨基芳基环己基胺的混合物。在一种例证性的实施方案中，至少一个胺官能基团被官能化，优选被质子化。优选用于例证性实施方案中的水基连续相选自淡水、海水、盐水和水溶性有机化合物及其混合物以及本领域技术人员已知的类似流体。还可以加入到例证性实施方案中的常规钻井流体添加剂包括增粘剂、流变学控制剂、腐蚀控制剂、增重剂以及这些物质与本领域熟练技术人员应当熟知的类似化合物的组合。在大多数情况下，期望增重物质增加流体的密度。所述例证性的增重剂可以溶于或者不溶于水。在一种例证性的实施方案中，所述增重剂选自重晶石、方解石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、有机盐和无机盐及其混合物以及本领域熟练技术人员应当熟知的类似化合物。
权利要求主题内容的另一种例证性实施方案包括下述水基钻井流体，该水基钻井流体配制包含水基连续相；增重剂；和具有下式的页岩水化抑制剂：
Figure A20058004135800301
其中R和R’独立地选自氢、甲基、乙基或者丙基，R”是具有1～20个碳原子的桥接基团，n为1～4的值，和X是胺、羟基、烷氧基、羧基。该例证性的页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在。在一种优选的例证性实施方案中，所述页岩水化抑制剂是芳香胺与甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物。另外，所述页岩水化抑制剂是氨基烷基环己基胺和氨基芳基环己基胺的混合物。在一种例证性的实施方案中，至少一个胺官能基团被官能化，优选被质子化。优选用于例证性实施方案中的水基连续相选自淡水、海水、盐水和水溶性有机化合物及其混合物以及本领域技术人员已知的类似流体。还可以加入到例证性实施方案中的常规钻井流体添加剂包括增粘剂、流变学控制剂、腐蚀控制剂、增重剂以及这些物质与本领域熟练技术人员应当熟知的类似化合物的组合。在大多数情况下，期望增重物质增加流体的密度。所述例证性的增重剂可以溶于或者不溶于水。在一种例证性的实施方案中，所述增重剂选自重晶石、方解石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、有机盐和无机盐及其混合物以及本领域熟练技术人员应当熟知的类似化合物。
本领域熟练技术人员还应当理解，本发明披露的胺游离碱形式的页岩水化抑制剂还可以以胺的酸盐形式使用。由此，在一种例证性的实施方案中，存在用于穿透含有一层或者多层在水存在下溶胀的页岩的地层的地下井中的水基钻井流体，其中所述流体配制包含：水基连续相；增粘剂；和作为聚环脂族胺的酸盐的页岩水化抑制剂。正如游离碱系统一样，该页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在。在一种优选的例证性实施方案中，所述页岩水化抑制剂是芳香胺与甲醛的反应产物的氢化反应反应产物的酸盐。另外，所述页岩水化抑制剂可以是选自以下的化合物的混合物：游离碱形式的氨基烷基环己基胺；游离碱形式的氨基芳基环己基胺；酸盐形式的氨基烷基环己基胺；酸盐形式的氨基芳基环己基胺及其组合以及本领域熟练技术人员应当已知的类似化合物。在形成酸盐中，在一种例证性实施方案中使用的酸选自无机酸、有机酸及其组合物。优选用于形成酸盐的酸是C1～C25羧酸。如上所指出，本领域熟练技术人员应当理解，通过形成胺官能团的酸盐，页岩水化抑制剂在水溶液中的溶解性将得到显著提高。
优选用于例证性实施方案中的水基连续相选自淡水、海水、盐水和水溶性有机化合物及其混合物以及本领域技术人员已知的类似流体。还可以加入到例证性实施方案中的常规钻井流体添加剂包括增粘剂、流变学控制剂、腐蚀控制剂、增重剂以及这些物质与本领域熟练技术人员应当熟知的类似化合物的组合。在大多数情况下，期望增重物质增加流体的密度。所述例证性的增重剂可以溶于或者不溶于水。在一种例证性的实施方案中，所述增重剂选自重晶石、方解石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、有机盐和无机盐及其混合物以及本领域熟练技术人员应当熟知的类似化合物。当将增粘剂用于例证性流体的配制中时，它可以优选选自天然和合成的聚合物和有机粘土及其组合以及钻井流体领域熟练技术人员应当熟知的其它增粘剂。
另外，在此公开的水基流体的一种例证性实施方案包括：水基连续相；增重剂；和包括混合的聚环脂族胺的酸盐的页岩水化抑制剂。正如游离碱系统一样，该页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在。在一种优选的例证性实施方案中，所述页岩水化抑制剂是芳香胺与甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物的酸盐。另外，所述页岩水化抑制剂可以是选自以下的化合物的混合物：游离碱形式的氨基烷基环己基胺；游离碱形式的氨基芳基环己基胺；酸盐形式的氨基烷基环己基胺；酸盐形式的氨基芳基环己基胺及其组合以及本领域熟练技术人员应当已知的类似化合物。在形成酸盐中，在一种例证性实施方案中使用的酸选自无机酸、有机酸及其组合。优选用于形成酸盐的酸是C1～C25羧酸。如上所指出，本领域熟练技术人员应当理解，通过形成胺官能团的酸盐，页岩水化抑制剂在水溶液中的溶解性将得到显著提高。
优选用于例证性实施方案中的水基连续相选自淡水、海水、盐水和水溶性有机化合物及其混合物以及本领域技术人员已知的类似流体。还可以加入到例证性实施方案中的常规钻井流体添加剂包括增粘剂、流变学控制剂、腐蚀控制剂、增重剂以及这些物质与本领域熟练技术人员应当熟知的类似化合物的组合。在大多数情况下，期望增重物质增加流体的密度。
所述例证性的增重剂可以溶于或者不溶于水。在一种例证性的实施方案中，所述增重剂选自重晶石、方解石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、有机盐和无机盐及其混合物以及本领域熟练技术人员应当熟知的类似化合物。当将增粘剂用于例证性流体的配制中时，它可以优选选自天然和合成聚合物和有机粘土及其组合以及钻井流体领域熟练技术人员应当熟知的其它增粘剂。在本文中公开的水基钻井流体的另一种例证性实施方案中，该水基钻井流体配制包含：水基连续相；增重剂；和具有下式的页岩水化抑制剂：
其中R和R’独立地选自氢、甲基、乙基或者丙基，R”是具有1～20个碳原子的桥接基团，n是1～4的值，和X是胺、羟基、烷氧基、羧基，其中至少一个胺官能团已经与预定量的C1～C25羧酸进行了反应。正如游离碱系统一样，该页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在。
优选用于例证性实施方案中的水基连续相选自淡水、海水、盐水和水溶性有机化合物及其混合物以及本领域技术人员已知的类似流体。还可以加入到例证性实施方案中的常规钻井流体添加剂包括增粘剂、流变学控制剂、腐蚀控制剂、增重剂以及这些添加剂和本领域熟练技术人员应当熟知的类似化合物的组合。在大多数情况下，期望增重物质增加流体的密度。所述例证性的增重剂可以溶于或者不溶于水。在一种例证性的实施方案中，所述增重剂选自重晶石、方解石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、有机盐和无机盐及其混合物以及本领域熟练技术人员应当熟知的类似化合物。当将增粘剂用于例证性流体的配制中时，它可以优选选自天然和合成聚合物和有机粘土及其组合以及钻井流体领域熟练技术人员应当熟知的其它增粘剂。
应当理解，在此公开的流体的用途同样在预期的发明范围内。由此，一种例证性实施方案包括利用在此公开的流体将钻屑处理到地层中的方法。在一种所述方法中，该方法包括：将钻屑研磨到水基流体内，从而形成浆液，其中所述水基流体包括：水基连续相和包括混合的聚环脂族胺酸盐或者游离碱形式的页岩水化抑制剂。所述页岩水化抑制剂应当以足以降低页岩溶胀的浓度存在。为了处置目的，将由此形成的浆液注入到地层中。
此外，还应当理解，在此公开的主题内容包括在钻探和完成地下井中使用在此公开的流体的方法。由此，权利要求主题内容的一种例证性实施方案包括：在穿过一层或者多层含有在水存在下溶胀的页岩的地层的地下井中进行钻探或者完成操作，其中所述操作在钻井流体存在下进行，其中所述钻井流体包括：水基流动相；和包括混合的聚脂族胺的酸盐或者游离碱形式的页岩水化抑制剂。所述页岩水化抑制剂以足以降低在作业中遇到的页岩溶胀的浓度存在。
虽然已经根据优选实施方案对权利要求主题内容的组合物和方法进行了描述，但是对于本领域技术人员很显然可以对在此所述的方法进行变化，这并不背离权利要求主题内容的构思和范围。所有对于本领域熟练技术人员而言显而易见的替换和变型都认为在以下权利要求所陈述的权利要求主题内容的范围和构思之内。

Claims (40)

1.一种水基钻井流体，其用于穿过一层或者多层含有页岩的地层的地下井中，所述的页岩在水存在下溶胀，其中所述流体包括：
水基连续相；和
作为混合的聚环脂族胺的页岩水化抑制剂；并且
其中所述的页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在。
2.权利要求1的水基钻井流体，其中所述页岩水化抑制剂是芳香胺与甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物。
3.权利要求1的水基钻井流体，其中所述页岩水化抑制剂是氨基烷基环己基胺和氨基芳基环己基胺的混合物。
4.权利要求3的水基钻井流体，进一步包括选自重晶石、方解石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、有机盐和无机盐及其混合物的增重物质。
5.权利要求1的水基钻井流体，其中所述胺官能团中的至少一个被质子化了。
6.一种水基流体，其用于钻探和完成穿过一层或者多层含有页岩的地层的地下井，所述的页岩在水存在下溶胀，其中所述钻井流体包括：
水基连续相；
增重剂；和
包含混合的聚环脂族胺的页岩水化抑制剂；并且
其中所述的页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在。
7.权利要求8的水基钻井流体，其中所述页岩水化抑制剂是芳香胺与甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物。
8.权利要求8的水基钻井流体，其中所述页岩水化抑制剂是氨基烷基环己基胺和氨基芳基环己基胺的混合物。
9.权利要求8的水基钻井流体，其中所述增重物质选自重晶石、方解石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、有机盐和无机盐及其混合物。
10.权利要求8的水基钻井流体，其中所述胺官能团中的至少一个被质子化了。
11.一种水基钻井流体，其用于穿过一层或者多层含有页岩的地层的地下井中，所述的页岩在水存在下溶胀，其中所述流体包括：
水基连续相；
增重剂；和
具有下式的页岩水化抑制剂：
其中R和R’独立地选自氢、甲基、乙基或者丙基，R”是具有1～20个碳原子的桥接基团，n是1～4的值，和X是胺、羟基、烷氧基、羧基；并且
其中所述的页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在。
12.权利要求15的水基钻井流体，其中所述增重物质选自重晶石、方解石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、有机盐和无机盐及其混合物。
13.权利要求15的水基钻井流体，其中所述页岩水化抑制剂是芳香胺与甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物。
14.权利要求15的水基钻井流体，其中所述页岩水化抑制剂是氨基烷基环己基胺和氨基芳基环己基胺的混合物。
15.一种水基钻井流体，其用于穿过一层或者多层含有页岩的地层的地下井中，所述的页岩在水存在下溶胀，其中所述流体包括：
水基连续相；
增粘剂；和
作为聚环脂族胺的酸盐的页岩水化抑制剂；并且
其中所述的页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在。
16.权利要求15的水基钻井流体，其中所述页岩水化抑制剂是芳香胺与甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物的酸盐。
17.权利要求15的水基钻井流体，其中所述页岩水化抑制剂是选自以下的化合物的混合物：游离碱形式的氨基烷基环己基胺；游离碱形式的氨基芳基环己基胺；酸盐形式的氨基烷基环己基胺；酸盐形式的氨基芳基环己基胺及其组合。
18.权利要求15的水基钻井流体，进一步包括选自重晶石、方解石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、有机盐和无机盐及其混合物的增重物质。
19.权利要求15的水基钻井流体，其中用来形成酸盐的酸选自无机酸、有机酸及其组合。
20.权利要求15的水基钻井流体，其中用来形成酸盐的酸为C1～C25羧酸。
21.一种水基流体，其用于钻探和完成穿过一层或者多层含有页岩的地层的地下井中，所述的页岩在水存在下溶胀，其中所述钻井流体包括：
水基连续相；
增重剂；和
包含混合的聚环脂族胺的酸盐的页岩水化抑制剂；并且
其中所述的页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在。
22.权利要求21的水基钻井流体，其中所述页岩水化抑制剂是芳香胺与甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物的酸盐。
23.权利要求21的水基钻井流体，其中所述页岩水化抑制剂是游离碱形式的氨基烷基环己基胺、游离碱形式的氨基芳基环己基胺、酸盐形式的氨基烷基环己基胺、酸盐形式的氨基芳基环己基胺及其组合的混合物。
24.权利要求21的水基钻井流体，其中所述增重物质选自重晶石、方解石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、有机盐和无机盐及其混合物。
25.权利要求21的水基钻井流体，其中用来形成酸盐的酸选自无机酸、有机酸及其组合。
26.权利要求21的水基钻井流体，其中用来形成酸盐的酸为C1～C25羧酸。
27.一种水基钻井流体，其用于穿过一层或者多层含有页岩的地层的地下井中，所述的页岩在水存在下溶胀，其中所述流体包括：
水基连续相；
增重剂；和
具有下式的页岩水化抑制剂：
Figure A2005800413580005C1
其中R和R’独立地选自氢、甲基、乙基或者丙基，R”是具有1～20个碳原子的桥接基团，n是1～4的值，和X是胺、羟基、烷氧基、羧基，其中所述胺官能团中的至少一个已经与预定量的C1～C25羧酸进行了反应；并且
其中所述的页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在。
28.权利要求27的水基钻井流体，其中所述增重物质选自重晶石、方解石、赤铁矿、氧化铁、碳酸钙、有机盐和无机盐及其混合物。
29.权利要求27的水基钻井流体，其中用来形成酸盐的酸选自无机酸、有机酸及其组合。
30.权利要求27的水基钻井流体，其中用来形成酸盐的酸为C1～C25羧酸。
31.一种将钻屑处理入地层中的方法，该方法包括：
在水基流体中研磨钻屑，从而形成浆液，
其中所述水基流体包括：
水基连续相和
包括混合的聚环脂族胺的酸盐或者游离碱形式的页岩水化抑制剂；和
其中所述的页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在，和
将浆液注射到地层中。
32.权利要求31的方法，其中所述页岩水化抑制剂是芳香胺与甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物的酸盐。
33.权利要求31的方法，其中所述页岩水化抑制剂是选自以下的化合物的混合物：游离碱形式的氨基烷基环己基胺；游离碱形式的氨基芳基环己基胺；酸盐形式的氨基烷基环己基胺；酸盐形式的氨基芳基环己基胺及其组合。
34.权利要求31的方法，其中用来形成酸盐的酸选自无机酸、有机酸及其组合。
35.权利要求31的方法，其中用来形成酸盐的酸为C1～C25羧酸。
36.一种方法，包括在穿过一层或者多层含有在水存在下溶胀的页岩的地层的地下井中进行钻探或者完成作业，其中所述操作在钻井流体存在下进行，其中所述钻井流体包括：
水基流动相；和
包括混合的聚脂族胺的酸盐或者游离碱形式的页岩水化抑制剂；和
其中所述页岩水化抑制剂以足以降低页岩溶胀的浓度存在。
37.权利要求36的方法，其中所述页岩水化抑制剂是芳香胺与甲醛的反应产物的氢化反应的反应产物的酸盐。
38.权利要求36的方法，其中所述页岩水化抑制剂是选自以下的化合物的混合物：游离碱形式的氨基烷基环己基胺；游离碱形式的氨基芳基环己基胺；酸盐形式的氨基烷基环己基胺；酸盐形式的氨基芳基环己基胺及其组合。
39.权利要求36的方法，其中用来形成酸盐的酸选自无机酸、有机酸及其组合。
40.权利要求36的方法，其中用来形成酸盐的酸为C1～C25羧酸。
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