Водная вязкоупругая жидкость
Номер патента: 6867
Опубликовано: 28.04.2006
Авторы: Жоу Джиан, Джоунз Тимоти Гэрет Джон, Хьюз Тревор, Тастин Гэри Джон
Формула / Реферат
1. Водная вязкоупругая жидкость, предназначенная для использования при извлечении углеводородов, содержащая мономер, димер или олигомер вязкоупругого поверхностно-активного вещества, способного образовывать вязкоупругий гель в условиях забоя скважины, указанное поверхностно-активное вещество содержит гидрофобную хвостовую часть и гидрофильную головную часть и имеет следующую формулу:
R-X-Y-Z,
где R означает гидрофобную хвостовую часть поверхностно-активного вещества, Z означает гидрофильную головную часть поверхностно-активного вещества, причем указанная гидрофильная головная группа заряжена, Х означает стабилизирующую группу и Y означает линейную, насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь из 1, 2 или 3 атомов углерода или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь, где главная цепь имеет 1, 2 или 3 атома углерода, возможно включающую ароматическое кольцо.
2. Жидкость по п.1, где R означает полностью или частично насыщенную, линейную или разветвленную углеводородную цепь по меньшей мере из 18 атомов углерода.
3. Жидкость по п.1, где R означает
СН3(СН2)7=СН(СН2)8,
СН3(СН2)7СН=СН(СН2)12,
СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7 или
СН3(СН2)7СН=СН(СН2)11.
4. Жидкость по любому из пп.1-3, где Х означает электроноакцепторную группу.
5. Жидкость по любому из пп.1-4, где Х содержит карбонильную группу.
6. Жидкость по любому из пп.1-5, где Х означает группу сложного эфира, амида, обратного сложного эфира или обратного амида.
7. Жидкость по любому из пп.1-6, где Y означает -СН2-, -СН2-СН2-, -СН2-СН2-СН2-, -СН=СН-, -СН2-СН(СН3)-, -СН2-С(СН3)2-, -СН=С(СН3)- или -СН2-ССН2-.
8. Жидкость по любому из пп.1-6, где Y содержит кольцо бензола.
9. Жидкость по любому из пп.1-8, где Z отрицательно заряжен.
10. Жидкость по п.9, где Z означает СОО-.
11. Жидкость по любому из пп.1-10, применимая в качестве жидкости для гидроразрыва.
12. Жидкость по любому из пп.1-11, применимая в месте около забоя скважины, где средняя температура превышает 93шС.
13. Жидкость по п.12, где средняя температура превышает 121шС.
14. Применение водной вязкоупругой поверхностно-активной жидкости по п.1 в качестве жидкости для гидравлического разрыва при извлечении углеводородов.
15. Применение по п.14, где вязкоупругое поверхностно-активное вещество способно образовывать вязкоупругий гель при температуре 93шС.
16. Применение по п.14, где вязкоупругое поверхностно-активное вещество способно образовывать вязкоупругий гель при температуре 121шС.
17. Применение по п.14, где вязкоупругое поверхностно-активное вещество способно образовывать вязкоупругий гель при температуре 149шС.
Текст
006867 Данное изобретение относится к водной вязкоупругой жидкости, предназначенной для применения при извлечении углеводородов и, особенно, для применения в качестве жидкости для гидравлического разрыва. Предпосылки к созданию изобретения Углеводороды, такие как нефть или природный газ, добывают из несущих углеводород подземных геологических формаций через пути оттока, соединяющие несущие углеводород пласты указанных формаций и скважину. Затрудненные пути оттока могут приводить к неадекватной производительности по углеводороду. В таком случае используют различные технологии для стимуляции этой производительности. Среди этих технологий общепринятой является нагнетание специализированных жидкостей через скважину в формацию при достаточных давлениях, чтобы создать разрывы в породах формации, через которые углеводороды могут более легко течь в скважину. Последняя технология упоминается как разрыв или гидравлический разрыв, и специализированные жидкости, используемые в этой технологии, называются жидкости для гидравлического разрыва. В идеале, жидкости для разрыва должны создавать минимальный перепад давления в трубе внутри скважины во время доставки (размещения) и должны иметь адекватную вязкость, чтобы нести расклинивающий агент, который препятствует закрыванию разрыва. Они также должны иметь минимальную скорость утечки и должны разлагаться так, чтобы не оставлять остаточного материала, который может мешать оттоку углеводородов в скважину. Предшествующий уровень техники Водные жидкости для разрыва, где желирующим агентом является вязкоупругое поверхностноактивное вещество, разработаны и выпускаются на коммерческой основе. Они раскрыты в особенности в патентах США, опубликованных под номерами 4695389, 4725372 и 5551516. Например, такая жидкость коммерчески производится группой компаний Schlumberger под товарным знаком ClearFRAC. Она представляет собой смесь соли четвертичного аммония, а именно хлорида эруцил-N,N-бис(2 гидроксиэтил)-N-метиламмония, с изопропанолом и раствором соли, причем указанный раствор соли обычно содержит воду и либо 3% по массе хлорида аммония, либо 4% по массе хлорида калия. В жидкостях на основе вязкоупругого поверхностно-активного вещества молекулы поверхностно-активного вещества присутствуют в достаточной концентрации, собираются в перекрывающие друг друга червеобразные или стержнеобразные мицеллы. Это придает жидкостям достаточную вязкоупругость, чтобы нести расклинивающий агент. Однако при очень высокой скорости сдвига, в частности выше 170 с-1, вязкость резко падает. Это позволяет закачивать жидкость вниз в скважину. Кроме того, черве- или стержнеобразные мицеллярные агрегаты имеют тенденцию разрушаться в контакте с углеводородом, и, если не происходит эффективного образования эмульсии поверхностно-активного вещества, молекулы поверхностно-активного вещества обычно переносятся вдоль разрыва к скважине во время оттока углеводорода. Хлорид эруцил-N,N-бис(2-гидроксиэтил)-N-метиламмония обычно способен образовывать стабильные гели при температурах вплоть до около 180F (82C). Выше этой температуры гель разрушается, и невозможно использовать эту соль четвертичного аммония для целей разрыва без добавления стабилизаторов геля, таких как салицилат. Тем не менее, даже в присутствии салицилата гель разрушается при температурах около 240F (116C). Разработаны более стабильные вязкоупругие гели. Например, они основаны на поверхностноактивном эруцил-бетаине. Такие гели разрушаются при температурах выше 200F (93,33C). Однако для таких жидкостей для разрыва требуется температурный диапазон от 80 до 400F (27204C). Поэтому существует потребность в водных вязкоупругих поверхностно-активных жидкостях,способных образовывать гели, стойкие к температурам в пределах от 270 (132) до около 400F (204 С). Было бы особенно выгодно иметь набор вязкоупругих поверхностно-активных жидкостей, чтобы каждая из указанных вязкоупругих поверхностно-активных жидкостей была стабильна в заданном температурном диапазоне выше 200F (93,33C), а все температурные диапазоны дополняли бы друг друга, чтобы перекрыть все температуры между 200 (93) и 400F (204 С). Краткое описание изобретения Принимая во внимание предшествующий уровень техники, одной проблемой, которую предполагает решить данное изобретение, является составление рецептуры водной вязкоупругой жидкости для применения с целью извлечения углеводородов и, в частности, для применения в качестве жидкости для разрыва, причем указанная жидкость способна образовывать гель, стойкий к высоким температурам. Как решение указанной проблемы, изобретение предлагает, в своем первом аспекте, водную вязкоупругую жидкость для применения для извлечения углеводородов, содержащую мономер, димер или олигомер вязкоупругого поверхностно-активного вещества, способного образовывать вязкоупругий гель в условиях нижнего конца скважины, причем указанное поверхностно-активное вещество содержит гидрофобную хвостовую часть и гидрофильную головную часть и имеет следующую формулу:R-X-Y-Z,где R означает гидрофобную хвостовую часть поверхностно-активного вещества, Z означает гидрофильную головную часть поверхностно-активного вещества, указанная гидрофильная головная часть заряже-1 006867 на, Х означает стабилизирующую группу и Y означает линейную насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь из 1, 2 или 3 атомов углерода или разветвленную насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь, где главная цепь имеет 1, 2 или 3 атома углерода, возможно включающую ароматическое кольцо. В своем втором аспекте изобретение относится к способу применения при извлечении углеводородов, содержащему следующие стадии: - обеспечение (т.е. получение или приобретение) водной вязкоупругой поверхностно-активной жидкости, содержащей мономер, димер или олигомер вязкоупругого поверхностно-активного вещества, способного образовывать вязкоупругий гель в условиях забоя скважины, указанное поверхностно-активное вещество содержит гидрофобную хвостовую часть и гидрофильную головную часть и имеет следующую формулу:R-X-Y-Z,где R означает гидрофобную хвостовую часть поверхностно-активного вещества, Z означает гидрофильную головную часть поверхностно-активного вещества, указанная гидрофильная головная часть заряжена, Х означает стабилизирующую группу и Y означает линейную насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь из 1, 2 или 3 атомов углерода или разветвленную насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь, где главная цепь имеет 1, 2 или 3 атома углерода, возможно включающую ароматическое кольцо. Как определено указанной формулой, жидкость способна образовывать гель при высоких температурах, практически выше около 200F (93C). Тогда такая жидкость может быть использована для извлечения углеводорода и, в частности, для целей разрыва в местах у забоя скважины, где средняя температура превышает 200F (93C). Краткое описание чертежей Изобретение будет более понятным в свете следующего описания неограничительных и пояснительных вариантов, приведенного со ссылкой на сопровождающие чертежи, где фиг. 1 показывает структуру аниона олеиламид-2-метилсукцината; фиг. 2 показывает структуру аниона олеиламид-2,2-диметилглутарата; фиг. 3 - структуру аниона олеиламид-бензоата; фиг. 4 - структуру аниона олеиламид-фенилацетата; фиг. 5 - путь синтеза моноолеилового сложного эфира янтарной кислоты; фиг. 6 - путь синтеза олеил-амид-янтарной кислоты; фиг. 7 показывает путь синтеза олеил-амид-янтарной кислоты; фиг. 8 сравнивает вязкость (при скорости сдвига 100 с-1) вязкоупругих гелей хлорида эруцил-бис(2 гидроксиэтил)метиламмония (ЕНАС), сложного олеилового эфира сукцината (OES), олеил-амидсукцината (OAS) и эруцил-амид-сукцината (EAS) как функцию температуры; фиг. 9 показывает вязкость в зависимости от времени (при скорости сдвига 100 с-1) геля эруциламид-сукцината для различных температур; фиг. 10 сравнивает стабильность гелей сложного олеилового эфира сукцината, сложного олеилового эфира глутарата, эруцил-амид-сукцината, эруцил-амид-глутарата и эруцил-амид-малеата, когда их выдерживают при различных изотермических высокотемпературных условиях; фиг. 11 иллюстрирует зависимость вязкости 4 массовых процентов олеил-амид-2-метилсукцината калия в 6% растворе хлорида калия как функцию скорости сдвига при различных температурах; фиг. 12 - зависимость вязкости 4 массовых процентов неочищенного олеил-амид-2,2 диметилглутарата калия в 6% растворе хлорида калия как функцию скорости сдвига при различных температурах; фиг. 13 - зависимость вязкости раствора 3 массовых процентов олеил-амид-бензоата калия и 7 массовых процентов хлорида калия от скорости сдвига при различных температурах, и фиг. 14 - зависимость вязкости раствора 4 массовых процентов олеил-амид-фенилацетата калия и 4 массовых процентов хлорида калия от скорости сдвига при различных температурах. Подробное описание Данное изобретение относится к водной жидкости для применения с целью извлечения углеводородов, таких как нефть и газ. Эта водная жидкость представляет собой жидкость для обслуживания скважин, такую как буровой раствор, жидкость для заканчивания скважины, жидкость для ремонта, надпакерная жидкость или жидкость для контроля соответствия или проницаемости и, более конкретно, жидкость для гидроразрыва. Жидкость по изобретению является вязкоупругим гелем. Ее вязкоупругость может быть измерена проведением динамических колебательных реологических измерений, как в целом описано в Barnes H.A.et al., An Introduction to Rheology, Elsevier, Amsterdam (1997). В типичном динамическом колебательном эксперименте жидкость подвергают сдвигу синусоидально, согласно следующему уравнению (1):-2 006867 Зависимое от времени напряжение сдвига, (t), задано уравнением гдеозначает фазовый угол. Относительные вклады, заданные упругой составляющей (G') и вязкой составляющей (G"), разрешаются следующим образом. Разложение синусоидальной функции в уравнении (2) дает уравнения (3) и где Уравнение (4), следовательно, определяет два динамических модуля: G' - модуль накопления, или упругую составляющую, и G" - модуль потери, или вязкую составляющую жидкости, имеющей вязкоупругие свойства. Наконец, используемый здесь термин "вязкоупругий гель" означает состав, в котором упругая составляющая (G') является, по меньшей мере, такой же большой, как вязкая составляющая (G"). В процессе эволюции от преимущественно вязкой жидкости до вязкоупругого геля точка геля может быть определена по времени, когда вклады от упругой и вязкой составляющих становятся равными, т.е. G'=G", в этот момент времени и после него G'G" и фазовый угол 45. Жидкость по изобретению содержит поверхностно-активное вещество. Это поверхностно-активное вещество называют вязкоупругим, потому что в отличие от многочисленных поверхностно-активных веществ, которые обычно образуют ньютоновские растворы с вязкостью чуть выше, чем у воды, даже при высоких концентрациях, оно способно образовывать вязкоупругие гели даже при низких концентрациях. Это специфическое реологическое поведение проявляется, главным образом, благодаря типам агрегатов поверхностно-активных веществ, которые присутствуют в жидкостях. В жидкостях с низкой вязкостью молекулы поверхностно-активного вещества, присутствующие в достаточной концентрации,собираются в сферические мицеллы, тогда как в вязкоупругих жидкостях присутствуют и при этом перепутываются длинные мицеллы, которые могут быть описаны как черве- или стержнеобразные мицеллы. Вязкоупругое поверхностно-активное вещество является амфифильным. Оно содержит гидрофобную хвостовую группу и гидрофильную головную группу. Гидрофильная головная группа поверхностноактивного вещества заряжена. Она может быть заряжена положительно и/или отрицательно. Если она заряжена положительно, поверхностно-активное вещество называют катионогенным. Если она заряжена отрицательно, его называют анионогенным. Если она заряжена и положительно, и отрицательно, поверхностно-активное вещество является цвиттерионным. Когда поверхностно-активное вещество катионогенное, оно ассоциируется с отрицательным противоионом, которым обычно является Сl- или анионные органические частицы, такие как салицилат-анион. Когда поверхностно-активное вещество анионогенное, оно ассоциируется с положительным противоионом, обычно К+ или Na+, и, когда оно цвиттерионное, оно ассоциируется и с отрицательными, и с положительными противоионами, обычно Сl- и К+ илиNa+. Формула вязкоупругого поверхностно-активного вещества по данному изобретению представлена следующим образом:R-X-Y-Z,где R означает гидрофобную хвостовую часть поверхностно-активного вещества, Z означает гидрофильную головную часть поверхностно-активного вещества, Х означает стабилизирующую группу и Y означает линейную насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь из 1, 2 или 3 атомов углерода или разветвленную насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь, где главная цепь имеет 1, 2 или 3 атома углерода, возможно включающую ароматическое кольцо. Возможно, поверхностно-активное вещество по изобретению является димерным или олигомерным. В таком случае, формула поверхностно-активного вещества [R-X-Y-Z]n, где 2, , n. N предпочтительно 2 или 3. Практически, димерное или олигомерное поверхностно-активное вещество содержит химическую связь, соединяющую их гидрофобные хвостовые группы R вместе. Предпочтительно, R означает полностью или частично насыщенную линейную или разветвленную углеводородную цепь по меньшей мере из 18 атомов углерода. Следовательно, поверхностно-активное вещество способно образовывать вязкоупругие жидкости, содержащие стержне- или червеобразные мицеллы, когда концентрация поверхностно-активного вещества в жидкости больше чем концентрация, при которой они перекрываются друг с другом. Более предпочтительно, R означает СН 3(СН 2)7 СН=СН(СН 2)8,СН 3(СН 2)7 СН=СН(СН 2)12, СН 3(СН 2)7 СН=СН(СН 2)7 или СН 3(СН 2)7 СН=СН(СН 2)11. Х предпочтительно означает расщепляемую связь, которая может быть разрушена в условиях забоя скважины по температуре и/или рН. Предпочтительно Х означает группу сложного эфира, амида, обратного сложного эфира или обратного амида. Каждая из указанных групп содержит химическую функцио-3 006867 нальность - карбонил. Указанная функциональная группа является сильно электроноакцепторной. Возможно, что, когда гидрофильная головная часть поверхностно-активного вещества заряжена отрицательно, карбонильная группа оттягивает заряды в гидрофильную головную часть поверхностно-активного вещества. Отталкивающие взаимодействия между гидрофильными головными группами молекул поверхностно-активного вещества, упорядоченными в мицеллярную структуру, затем уменьшаются, так что гель стабилизируется. Когда гидрофильная головная группа поверхностно-активного вещества заряжена отрицательно и карбонил является частью амидогруппы, тогда связывающие водород взаимодействия также могут стабилизировать мицеллярную структуру.Y означает промежуточную группу, которая отделяет расщепляемую группу Х от гидрофильной головной части поверхностно-активного вещества. Она предпочтительно представляет собой насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь из 1, 2 или 3 атомов углерода, такую как -СН 2-, -СН 2-СН 2-, -СН 2-СН 2 СН 2-, -СН=СН-, или насыщенную или ненасыщенную разветвленную углеводородную цепь, где главная цепь содержит 1, 2 или 3 атома углерода, такую как -СН 2-СН(СН 3)-, -СН 2-С(СН 3)2-, -СН=С(СН 3)- или -СН 2 ССН 2-. Она также может содержать ароматическое кольцо. Это ароматическое кольцо является, например, кольцом бензола.Z может быть карбоксилатной группой СOO- или сульфонатной группой -SO3-. Это также может быть группа -N+R1R2R3 или -N+R1R2R3-СОO-, где R1, R2 и R3, каждый независимо, означают водород или полностью или частично насыщенную, линейную или разветвленную алифатическую цепь, по меньшей мере, из одного атома углерода, возможно содержащую гидроксильную концевую группу. Промежуточная группа Y вязкоупругого поверхностно-активного вещества является короткой. Поэтому стабилизирующая группа сложного эфира, амида, обратного амида или обратного сложного эфира может влиять на распределение заряда в отрицательно заряженной гидрофильной головной группе. Поэтому, вязкоупругость сохраняется при температурах выше обычных температур применения вязкоупругих поверхностно-активных веществ. Примеры анионогенных вязкоупругих поверхностно-активных веществ для осуществления изобретения имеют следующие формулы: где R означает гидрофобную хвостовую группу поверхностно-активного вещества, которая определена выше, m равно 1, 2 или 3. Вязкоупругие поверхностно-активные вещества формул (а), (b), (е) и (f) являются карбоксилатами и вещества формул (b), (g) и (h) являются сульфонатами. Вязкоупругие поверхностно-активные вещества формул (а) и (с) являются (обратными) сложными эфирами, вещества формул (b) и (d) являются (обратными) амидами, вещества формул (е) и (g) являются сложными эфирами, и вещества формул (f) и (h) являются амидами. Другими примерами анионных вязкоупругих поверхностно-активных веществ для осуществления изобретения являются олеиламид-2-метилсукцинат-анион, олеиламид-2,2-диметилглутарат-анион, олеиламидобензоат или олеиламидофенил-замещенный ацетат. Формулы этих поверхностно-активных веществ показаны, соответственно, на фиг. 1, 2, 3 и 4. Когда в формуле вязкоупругих поверхностно-активных веществ R-X-Y-Z, которая определена выше, Х означает сложный эфир или амид, тогда указанные вязкоупругие поверхностно-активные вещества являются расщепляемыми. Как таковые, они расщепляются или разлагаются в условиях забоя скважины,с высвобождением продуктов расщепления. Факторами, вмешивающимися в разложение у забоя скважины, являются, по существу, температура и рН. Разложение молекул поверхностно-активного вещества ведет к разрушению вязкоупругого геля. Однако, по причине указанного разложения, продукты расщеп-4 006867 ления не способны формировать сферические мицеллы. Поэтому эмульсия не образуется, и очистка от вязкоупругой жидкости во время оттока углеводородов улучшается. Когда молекулы поверхностноактивного вещества являются обратными сложными эфирами, высвобождаемыми продуктами расщепления являются спирты с длинной цепью. Когда молекулы поверхностно-активного вещества являются обратными амидами, высвобождаемыми продуктами расщепления являются амины с длинной цепью. Когда молекулы поверхностно-активного вещества являются прямыми сложными эфирами или амидами,тогда гидрофобным продуктом разложения является карбоновая кислота с длинной цепью. Спирты с длинной цепью, амины с длинной цепью и карбоновые кислоты с длинной цепью являются разрушителями вязкоупругих гелей. Это является причиной того, почему реакция разложения вязкоупругих гелей,содержащих расщепляемые поверхностно-активные вещества по изобретению, может усиливаться их разложением у забоя скважины. Концентрация вязкоупругого поверхностно-активного вещества в водной вязкоупругой жидкости составляет от около 1 до около 10 мас.% и предпочтительно от около 1,5 до около 5 мас.%. В дополнение к вязкоупругому поверхностно-активному веществу водная жидкость по изобретению может содержать соли, включая, например, неорганические соли, такие как хлориды аммония, натрия или калия, присутствующие в концентрации от 1 до 10 мас.% и обычно от 3 до 4 мас.%, или органические соли, такие как салицилат натрия. Жидкость также может содержать органический растворитель, такой как изопропанол,который усиливает разжижение молекул поверхностно-активного вещества. Практически, все соединения жидкости по изобретению смешивают на поверхности вместе с расклинивающим агентом, которым может быть, например, песок, проходящий сквозь сито 20-40 меш, боксит или стеклянные шарики. При воздействии очень высокой скорости сдвига вязкость жидкости достаточно низка, чтобы ее можно было закачивать в скважину. Там перекачиваемую жидкость нагнетают в породы формации, которая должна быть раздроблена, под высоким давлением. В это время жидкость по изобретению достаточно вязкая, чтобы нести расклинивающий агент через разрыв. За заданное время после самого гидроразрыва, практически через 4 или 5 ч после нагнетания под давлением жидкости, гель разрушается. Если вязкоупругое поверхностно-активное вещество расщепляемое, это разрушение усиливается высвобождением продуктов разложения, которые действуют как разрушители геля. Очистка разрыва, таким образом, облегчается. Пример 1. Синтез сложных эфиров карбоксилатов Сложный моноолеиловый эфир янтарной кислоты синтезируют, используя следующую методику. К раствору, содержащему 50 г олеилового спирта в 50 мл тетрагидрофурана (ТГФ), добавляют 22 г, то есть,иначе говоря, 1,2 молярного эквивалента янтарного ангидрида. Раствор затем кипятят с обратным холодильником при температуре 68 С в течение 48 ч, чтобы гарантировать завершение реакции, показанной на фиг. 5. ТГФ затем удаляют в вакууме и добавляют 50 мл петролейного эфира. Избыток янтарного ангидрида, нерастворимого в петролейном эфире, удаляют фильтрованием на бумаге Ватман 43. Раствор петролейного эфира затем охлаждают и сохраняют при -10 С в течение ночи, используя охлаждаемую центрифугу. Потом собирают белое твердое вещество центрифугированием в течение 30 мин при 9000 обор. в мин. Это твердое вещество промывают холодным петролейным эфиром и сушат в вакууме. Полученный, в конце концов, сырой продукт подвергают перекристаллизации, чтобы удалить примеси с получением белого твердого вещества. Аналогичную методику используют, чтобы синтезировать сложный моноолеиловый эфир малеиновой кислоты из малеинового ангидрида и сложный моноолеиловый эфир глутаровой кислоты из глутарового ангидрида. Также, аналогичную методику используют, чтобы синтезировать сложные эруциловые эфиры янтарной, малеиновой и глутаровой кислот из эруцилового спирта. Пример 2. Синтез амид-карбоксилатов Олеил-амид-янтарную кислоту синтезируют, используя следующую методику. К раствору, содержащему 50 г олеиламина в 100 мл ТГФ, добавляют 22 г, то есть, иначе говоря, 1,2 молярного эквивалента янтарного ангидрида. Раствор затем кипятят с обратным холодильником при температуре 68 С в течение 48 ч, чтобы гарантировать завершение реакции, показанной на фиг. 6. ТГФ затем удаляют в вакууме и добавляют 50 мл петролейного эфира. Избыток янтарного ангидрида, нерастворимого в петролейном эфире, удаляют фильтрованием на бумаге Ватман 43. Раствор петролейного эфира затем охлаждают и сохраняют при -10 С в течение ночи, используя охлаждаемую центрифугу. Потом собирают белое твердое вещество центрифугированием в течение 30 мин при 9000 об/мин. Продукт промывают холодным петролейным эфиром и сушат в вакууме. Аналогичную методику используют, чтобы получить олеиламид-малеиновую кислоту из малеиновой кислоты и олеил-амид-глутаровую кислоту из глутарового ангидрида. Пример 3. Синтез амид-карбоксилатов Реагент хлорангидрид эруковой кислоты получают из эруковой кислоты следующим образом. К 50 г эруковой кислоты в 20 мл ТГФ добавляют 50 мл тионилхлорида. Реакцию продолжают при кипячении с обратным холодильником в течение 30 мин и растворитель удаляют в вакууме. Светло-коричневую жидкость - полученный хлорангидрид эруковой кислоты - собирают. К этой жидкости добавляют рас-5 006867 твор/суспензию натриевой соли бета-аланина в ТГФ. Затем имеет место реакция, показанная на фиг. 7,при кипячении с обратным холодильником в течение 24 ч. Растворитель удаляют в вакууме и добавляют петролейный эфир. Раствор фильтруют через бумагу Ватман 43 и отфильтрованный раствор затем охлаждают до -10 С. Собирают светло-желтый твердый продукт. Пример 4. Стойкость эруцил-амид-сукцината и эруцил-амид-глутарата к высоким температурам На фиг. 9 представлен график вязкости при скорости сдвига 100 с-1 водной вязкоупругой жидкости по данному изобретению, содержащей 4 мас.% эруцил-амид-сукцината и 4 мас.% КСl, при рН равном 12,как функции времени, для следующих температур: 130, 150, 170 и 180 С. Горизонтальная пунктирная линия на фиг. 9 находится на уровне значения 50 сП. Она устанавливает предел, при котором гель считается неудовлетворительным для целей гидроразрыва. При 180 С гель разрушается менее чем через 1 ч. При 170 С гель разрушается приблизительно за 2 ч. При 150 С, однако, вязкость геля разрушается приблизительно за 4-6 ч, достигая вязкости около 2 сП приблизительно за 15 ч. И наконец, при 130 С вязкость уменьшается очень медленно, оставаясь все еще превышающей 50 сП спустя 5 ч. Через 25 ч вязкость все еще больше чем около 20 сП. Как следствие, жидкость, содержащая эруцил-амид-сукцинат, может быть использована для целей гидроразрыва исключительно между температурами около 260F (126,7 С) и около 360F (182,2 С). При 260F (126,7 С) она не будет значительно разлагаться, а выше 360F (182,2 С) будет разлагаться слишком быстро, чтобы стал возможным перенос расклинивающего агента и чтобы предотвратить закрывание разрыва. Однако, следует отметить, что при применении в несущем (нефте-/газоносном) пласте, где температура равна 360F (182,2 С), требуется время для изменения температуры жидкости от температуры на поверхности до температуры пласта, так что время ее разложения может быть достаточно продолжительным для применения. Другие эксперименты были проведены в таких же условиях, как выше, с гелем, содержащим эруцил-амид-глутарат. Эти эксперименты показали, что вязкоупругий гель, содержащий эруцил-амидглутарат, может быть использован для целей гидроразрыва выше 148,9 С. Пример 5. Сравнение реологии водных вязкоупругих жидкостей, содержащих хлорид эруцил-N,N-бис(2 гидроксиэтил)-N-метиламмония, (сложный олеиловый эфир)-сукцинат, олеил-амид-сукцинат или эруцил-амид-сукцинат, при изменении температуры. На фиг. 8 представлен график вязкости при высокой скорости сдвига 100 с-1 вязкоупругих жидкостей, содержащих хлорид эруцил-N,N-бис(2-гидроксиэтил)-N-метиламмония, (сложный олеиловый эфир)-сукцинат, олеил-амид-сукцинат и эруцил-амид-сукцинат, как функции температуры. Горизонтальная линия показывает уровень, при котором гель считается неудовлетворительным для целей гидроразрыва. Вязкость геля хлорида эруцил-N,N-бис(2-гидроксиэтил)-N-метиламмония падает с температурой ниже необходимых 50 сП при температуре около 180F (82C). Гели (сложного олеилового эфира)сукцината, олеил-амид-сукцината и эруцил-амид-сукцината остаются стабильными, по меньшей мере, до 250F (121 С). Среди этих гелей эруцил-амид-сукцинат остается стабильным при более высоких температурах, чем гели (сложного олеилового эфира)-сукцината и олеил-амид-сукцината. Практически, вязкость геля (сложного олеилового эфира)-сукцината падает ниже 50 сП при температуре около 260F(126C), гели олеил-амид-сукцината и эруцил-амид-сукцината могут быть использованы вплоть до температур 290F (143 С) и 350F (176C), соответственно. Пример 6. Сравнение скорости разложения вязкоупругих гелей, содержащих (сложный олеиловый эфир)сукцинат, (сложный олеиловый эфир)-глутарат, эруцил-амид-сукцинат, эруцил-амид-глутарат и эруциламид-малеат. Готовят водные вязкоупругие поверхностно-активные жидкости, содержащие то или иное из следующих веществ: (сложного олеилового эфира)-сукцината, (сложного олеилового эфира)-глутарата, эруцил-амид-сукцината, эруцил-амид-глутарата или эруцил-амид-малеата. Начальный рН указанных жидкостей регулируют гидроксидом калия. Для указанных жидкостей он равен, соответственно, 9,5, 12, 12, 12 и 12. На фиг.10 графически представлен период времени, в течение которого гель стабилен, в зависимости от температуры. Горизонтальная линия изображает 5-часовой период времени, в течение которого выгодно иметь гель стабильным для целей гидроразрыва. Это показывает, что вязкоупругий гель (сложного олеилового эфира)-сукцината остается стабильным приблизительно 3-7 ч при температурах от около 175 (79,44 С) до около 250F (121,1 С). Увеличение начального рН жидкости слегка смещает кривую, полученную для вязкоупругого геля (сложного олеилового эфира)-сукцината, влево, то есть, иначе говоря, скорость разложения увеличивается. Поэтому считается, что вязкоупругие гели (сложного олеилового эфира)-сукцината при изменяющемся щелочном значении рН остаются стабильными в течение подходящего периода времени (3-7 ч, когда их состаривают в изотермических условиях в пределах температур от 120 (48,89 С) до около 250F (121,1 С. Вязкоупругий гель (сложного олеилового эфира)-глутарата является более стабильным, чем гель(сложного олеилового эфира)-сукцината. При рН 12 он остается стабильным более чем 5 ч при темпера-6 006867 турах от около 175F (79C) до около 200F (93C). Уменьшение начального рН жидкости слегка смещает кривую вправо, то есть, иначе говоря, в сторону более медленного разложения и применимости при более высоких температурах. Поэтому считается, что вязкоупругие гели (сложного олеилового эфира)глутарата, контролируемые, опять-таки, с помощью их начального рН, остаются подходяще стабильными более чем 5 ч при температурах от около 175 (79) до 250F (121C). Вязкоупругий гель эруцил-амид-сукцината остается стабильным более 4-5 ч при температурах от около 250F (121 С) до около 300F (149C). Этот гель может использоваться для проведения гидроразрыва в данном интервале температур. Однако, возможно его применение даже при температурах свыше 350F, так как на время стабильности геля влияет также время, которое требуется для того, чтобы нагреть жидкость, по мере того как она движется от поверхности в несущий пласт. Вязкоупругий гель эруцил-амид-глутарата остается стабильным более 5 ч при температурах от около 300F (149C) до около 350F (177C). Этот гель может быть использован для целей гидроразрыва в указанном температурном диапазоне или даже при температурах в пределах 350-400F (177-204C). Неожиданным является то, что гель эруцил-амид-малеата, где Y в формуле R-X-Y-Z означает -С=С-, нестабилен при высокой температуре. И, наконец, водные вязкоупругие гели поверхностно-активных веществ, содержащие (сложный олеиловый эфир)-сукцинат, (сложный олеиловый эфир)-глутарат, эруцил-амид-сукцинат и эруцил-амидглутарат, все стабильны более чем 4-5 ч при высоких температурах. Даже если температура в формации,которая должна быть обработана, находится в диапазоне от 120F (49C) до 350F (177C), возможно использование одного из указанных гелей. Они образуют семейство жидкостей, которые могут быть использованы. Пример 7. Зависимость вязкости вязкоупругих гелей олеиламид-2-метилсукцинат-аниона, олеиламид-2,2 диметилглутарат-аниона, олеил-амид-бензоата или олеиламидофенил-замещенного ацетата от скорости сдвига при различных температурах. Фиг. 11 показывает график вязкости сдвига раствора 4 мас.% калийной формы поверхностноактивного вещества и 6 мас.% хлорида калия в зависимости от скорости сдвига при различных температурах. Низкотемпературная вязкость начинает увеличиваться с увеличением температуры выше около 176F (80 С). Фиг. 12 показывает зависимость вязкости сдвига от скорости сдвига при различных температурах для раствора 4 мас.% процентов олеиламид-2,2-диметилглутарата калия и 6 мас.% хлорида калия. Раствор поверхностно-активного вещества показывает заметное увеличение вязкости выше 104F (40C). Усовершенствование поверхностно-активного вещества имеет результатом уменьшение температурной зависимости вязкости при низкой скорости сдвига. Фиг. 13 показывает зависимость вязкости раствора 3 мас.% олеил-амид-бензоата калия и 7 мас.% хлорида калия от скорости сдвига при различных температурах. Вязкость раствора поверхностноактивного вещества при любой скорости сдвига почти не зависит от температур свыше 77F (25C). Фиг. 14 показывает изменение вязкости со скоростью сдвига для раствора 4 мас.% олеил-амидфенилацетата калия и 4 мас.% хлорида калия при различных температурах. Вязкость при низкой скорости сдвига раствора поверхностно-активного вещества не зависит от температуры ниже 212F (100C). При более высоких температурах вязкость показывает систематическое снижение при всех скоростях сдвига. Этот гель поверхностно-активного вещества может быть использован в качестве применимой на практике жидкости для гидроразрыва при температурах ниже 266F (130 С). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Водная вязкоупругая жидкость, предназначенная для использования при извлечении углеводородов, содержащая мономер, димер или олигомер вязкоупругого поверхностно-активного вещества, способного образовывать вязкоупругий гель в условиях забоя скважины, указанное поверхностно-активное вещество содержит гидрофобную хвостовую часть и гидрофильную головную часть и имеет следующую формулу:R-X-Y-Z,где R означает гидрофобную хвостовую часть поверхностно-активного вещества, Z означает гидрофильную головную часть поверхностно-активного вещества, причем указанная гидрофильная головная группа заряжена, Х означает стабилизирующую группу и Y означает линейную, насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь из 1, 2 или 3 атомов углерода или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь, где главная цепь имеет 1, 2 или 3 атома углерода, возможно включающую ароматическое кольцо. 2. Жидкость по п.1, где R означает полностью или частично насыщенную, линейную или разветвленную углеводородную цепь по меньшей мере из 18 атомов углерода. 3. Жидкость по п.1, где R означает СН 3(СН 2)7=СН(СН 2)8,-7 006867 СН 3(СН 2)7 СН=СН(СН 2)12,СН 3(СН 2)7 СН=СН(СН 2)7 или СН 3(СН 2)7 СН=СН(СН 2)11. 4. Жидкость по любому из пп.1-3, где Х означает электроноакцепторную группу. 5. Жидкость по любому из пп.1-4, где Х содержит карбонильную группу. 6. Жидкость по любому из пп.1-5, где Х означает группу сложного эфира, амида, обратного сложного эфира или обратного амида. 7. Жидкость по любому из пп.1-6, где Y означает -СН 2-, -СН 2-СН 2-, -СН 2-СН 2-СН 2-, -СН=СН-, -СН 2 СН(СН 3)-, -СН 2-С(СН 3)2-, -СН=С(СН 3)- или -СН 2-ССН 2-. 8. Жидкость по любому из пп.1-6, где Y содержит кольцо бензола. 9. Жидкость по любому из пп.1-8, где Z отрицательно заряжен. 10. Жидкость по п.9, где Z означает СОО-. 11. Жидкость по любому из пп.1-10, применимая в качестве жидкости для гидроразрыва. 12. Жидкость по любому из пп.1-11, применимая в месте около забоя скважины, где средняя температура превышает 93 С. 13. Жидкость по п.12, где средняя температура превышает 121 С. 14. Применение водной вязкоупругой поверхностно-активной жидкости по п.1 в качестве жидкости для гидравлического разрыва при извлечении углеводородов. 15. Применение по п.14, где вязкоупругое поверхностно-активное вещество способно образовывать вязкоупругий гель при температуре 93 С. 16. Применение по п.14, где вязкоупругое поверхностно-активное вещество способно образовывать вязкоупругий гель при температуре 121 С. 17. Применение по п.14, где вязкоупругое поверхностно-активное вещество способно образовывать вязкоупругий гель при температуре 149 С.
МПК / Метки
МПК: B01F 17/00, E21B 43/26
Метки: вязкоупругая, водная, жидкость
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/11-6867-vodnaya-vyazkouprugaya-zhidkost.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Водная вязкоупругая жидкость</a>
Предыдущий патент: Система и способ установки и поддерживания в заданном положении системы морской разведки и добычи, содержащей камеру с регулируемой плавучестью
Следующий патент: Информационная абонентская система контроля и учета за обеспечением адресными материальными благами
Случайный патент: Способ получения 4-оксохинолинового соединения