Есть еще 4 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Порошковый состав для получения в водном растворе вязкоупругой жидкости для обслуживания скважин, причем названный состав содержит олигомерное вязкоупругое поверхностно-активное вещество.

2. Порошковый состав по п.1, где по меньшей мере 50% (по объему) порошка имеет размер частиц 500 мкм или менее.

3. Порошковый состав по п.1 или 2, где растворимость порошка такова, что 42 г порошка практически полностью растворяются в 700 мл чистой воды за 200 с или менее при 25шС при перемешивании.

4. Состав по любому из пп.1-3, содержащий по меньшей мере 5 мас.% вязкоупругого поверхностно-активного вещества.

5. Состав по любому из пп.1-4, содержащий, по существу, только вязкоупругое поверхностно-активное вещество.

6. Состав по любому из пп.1-4, дополнительно содержащий эффективное количество, по отношению к количеству вязкоупругого поверхностно-активного вещества, активатора загущения для активации вязкоупругого загущения рабочей жидкости.

7. Состав по п.6, содержащий по меньшей мере 60 мас.% активатора загущения.

8. Состав по п.6 или 7, где активатором загущения является соль щелочного металла.

9. Состав по любому из пп.1-8, где вязкоупругое поверхностно-активное вещество включает по меньшей мере одно олигомерное поверхностно-активное вещество на основе связанных мономерных субъединиц поверхностно-активного вещества, причем каждая мономерная субъединица имеет формулу (R1-X)pZm, где X означает заряженную головную группу, R1 означает С1050-органическую хвостовую группу, содержащую прямую цепь С10-C25, связанную при концевом атоме углерода с X, Z означает противоион, и р и m означают целые числа, которые гарантируют, что мономер поверхностно-активного вещества имеет нейтральный заряд.

10. Состав по п.9, где X означает заряженную группу карбоксилат (-СОO-), сульфат (-ОSО3-), сульфонат (-SO3-), фосфат (-ОРО32-) или фосфонат (-РО32-).

11. Состав по п.9 или 10, где Z означает противоион щелочного металла.

12. Состав по любому из пп.9-11, где мономером поверхностно-активного вещества является соль олеиновой кислоты.

13. Состав по любому из пп.1-8, где вязкоупругое поверхностно-активное вещество включает по меньшей мере одно олигомерное поверхностно-активное вещество на основе связанных мономерных субъединиц поверхностно-активного вещества, причем каждая мономерная субъединица имеет формулу R1-Y, где Y означает цвиттерионную полярную головную группу и R1 означает С1050-органическую хвостовую группу, содержащую прямую цепь C10-C25, связанную при ее концевом атоме углерода с Y.

14. Состав по любому из пп.9-13, где прямая цепь является цепью С1524.

15. Состав по любому из пп.9-14, где группа R1 содержит только прямую цепь.

16. Состав по любому из пп.9-15, где прямая цепь является ненасыщенной.

17. Состав по любому из пп.9-16, где олигомер является димером или тримером.

 

Текст

Смотреть все

006721 Область изобретения Данное изобретение относится к порошковым составам, предназначенным для образования вязкоупругих жидкостей для обслуживания скважин. Предпосылки к созданию изобретения При извлечении углеводородов, таких как нефть и газ, из естественных углеводородных резервуаров широко применяются жидкости для обслуживания скважин, такие как буровые растворы, жидкости для заканчивания скважины, жидкости для ремонта, надпакерные жидкости, жидкости для гидроразрыва,жидкости для контроля соответствия или проницаемости и тому подобное. Во многих случаях значимыми компонентами жидкостей для скважин являются загустители, обычно на основе полимеров или вязкоупругих поверхностно-активных веществ, которые служат для регулирования вязкости жидкостей. Типичными вязкоупругими поверхностно-активными веществами являются хлорид N-эруцил-N,N-бис(2-гидроксиэтил)-N-метиламмония и олеат калия, растворы которых образуют гели при смешивании с соответствующими активаторами, такими как салицилат натрия и хлорид калия. Обычные молекулы поверхностно-активного вещества характеризуются тем, что имеют одну длинную углеводородную цепь на головную группу поверхностно-активного вещества. В вязкоупругом желированном состоянии эти молекулы собираются в червеобразные мицеллы. Разрушение геля происходит быстро, когда жидкость контактирует с углеводородами, которые заставляют мицеллы изменять структуру или рассеиваться. В практическом смысле, поверхностно-активные вещества действуют как обратимые загустители,так что при размещении в подземных несущих углеводороды пластах (формациях) вязкость жидкости скважины, содержащей такое поверхностно-активное вещество, значительно изменяется между зонами формации, несущими воду или углеводород. Таким образом жидкость способна преимущественно проникать через несущие углеводород зоны. Хлорид N-эруцил-N,N-бис(2-гидроксиэтил)-N-метиламмония представляет собой восковидное твердое вещество при комнатной температуре, которое трудно растворимо в воде. Обычно его доставляют к устью скважины в виде концентрированного раствора в изопропиловом спирте. Затем это смешивают с водой (и другими добавками), чтобы получить рабочую жидкость. Олеат калия, напротив, обычно получают на месте смешиванием на потоке растворов олеиновой кислоты и гидроксида калия. Однако транспортировка и последующее перекачивание (с помощью бурового насоса) в контакте с оборудованием концентрированного раствора гидроксида калия или натрия потенциально опасно, и экзотермическая реакция кислоты с основанием может иметь результатом избыточный перегрев. Применение вязкоупругих поверхностно-активных веществ как в не образующих пены, так и в пенообразующих жидкостях, используемых для гидроразрыва подземных формаций, описано в нескольких патентных заявках и патентах, например, ЕР-А-0835983, US-5258137, US-5551516, US-5964295 и US5979557. Применение вязкоупругих поверхностно-активных веществ для водных разъединяющих обработок и для селективного подкисления обсуждается в GB-A-2332224 и Chang F.F., Love Т., Affeld C.J., BlevinsUS-5981446 раскрывает способ получения жидкости гидроразрыва добавлением сухой смеси к перемешиваемой воде, закачиваемой в скважину. Однако вязкоупругость жидкости гидроразрыва создается растворением и последующим поперечным сшиванием растворимого в воде сахарида, а не молекулами поверхностно-активного вещества. Кроме того, гарантия адекватной гидратации полимера и обеспечения достаточной энергии для примешивания смеси к перемешиваемой воде является проблематичной для образующих полимер смесей. Определения Используемые здесь термины "карбо", "карбил", "гидрокарбо" и "гидрокарбил" относятся к соединениям и/или группам, которые содержат только атомы углерода и водорода. Используемый здесь термин "насыщенный" относится к соединениям и/или группам, которые не имеют никаких двойных связей углерод-углерод или тройных связей углерод-углерод. Используемый здесь термин "ненасыщенный" относится к соединениям и/или группам, которые имеют по меньшей мере одну двойную связь углерод-углерод или тройную связь углерод-углерод. Используемый здесь термин "алифатический" относится к соединениям и/или группам, которые являются линейными или разветвленными, но не циклическими (они также известны как "ациклические" группы или группы "с открытой цепью"). Используемый здесь термин "циклический" относится к соединениям и/или группам, которые имеют одно кольцо или два либо большее число колец (например, спиро, конденсированных, связанных мостиком). Соединения с одним кольцом могут называться "моноциклические" или "одноядерные", тогда как соединения с двумя кольцами или более могут называться "полициклические" или "многоядерные".-1 006721 Используемый здесь термин "кольцо" относится к замкнутому циклу из 3-10 ковалентно связанных атомов, более предпочтительно из 3-8 ковалентно связанных атомов. Используемый здесь термин "ароматическое кольцо" относится к замкнутому циклу из 3-10 ковалентно связанных атомов, более предпочтительно из 5-8 ковалентно связанных атомов, причем этот цикл является ароматическим. Используемый здесь термин "гетероциклическое кольцо" относится к замкнутому циклу из 3-10 ковалентно связанных атомов, более предпочтительно из 3-8 ковалентно связанных атомов, где по меньшей мере одним из атомов цикла является многовалентный кольцевой гетероатом, например атом азота, фосфора, кремния, кислорода и серы, чаще это атом азота, кислорода и серы. Используемый здесь термин "алициклическое кольцо" относится к соединениям и/или группам, которые имеют одно кольцо или два или более колец (например, спиро, конденсированных, связанных мостиком), где указанное кольцо (кольца) неароматическое (-ие). Используемый здесь термин "ароматический" относится к соединениям и/или группам, которые имеют одно кольцо или два либо большее число колец (например, конденсированных), где указанное кольцо (кольца) являются ароматическими. Под "порошком" подразумевается форма твердого вещества, состоящая из дискретных твердых единиц, которыми могут быть частицы, пеллеты, или таблетки. Термин "вязкоупругий" подразумевает, что модуль упругости (или накопления) G' жидкости больше, чем модуль потери G", которые измеряют с помощью реометра колебательного сдвига (такого какBochlin CVO 50) при частоте 1 Гц и при 20 С. Измерение таких модулей описано Н.А. Barnes, J.F. Huttonand K. Walters в An Introduction to Rheology, Elsevier, Amsterdam (1997). Под "вязкоупругим поверхностно-активным веществом" подразумевается поверхностно-активное вещество, которое, находясь в растворе, способно к формированию вязкоупругой жидкости. Под "прямой цепью" подразумевается цепь из последовательно связанных атомов, большинство из которых или все они являются атомами углерода. Боковые цепи могут ответвляться от прямой цепи, но число атомов в прямой цепи не включает число атомов в какой-либо из таких боковых цепей. Под "олигомерным" поверхностно-активным веществом или "олигомером" подразумевается, что структура поверхностно-активного вещества основана на двух-восьми (предпочтительно двух-пяти) связанных мономерных субъединицах поверхностно-активного вещества, причем каждая мономерная субъединица имеет полярную головную группу (которая может быть катионной, анионной или цвиттерионной группой) и С 10-С 50-органическую (например, алифатическую, алициклическую или ароматическую) хвостовую группу, связанную при своем концевом атоме углерода с головной группой. Предпочтительно С 10-С 50-органической хвостовой группой является хвостовая гидрокарбилгруппа. Мономерные субъединицы связаны в олигомер или головной группой к головной группе, или хвостовой группой к хвостовой группе. Когда они связаны головной группой к головной группе, олигомер имеет разные хвостовые группы, соответствующие хвостовым группам мономерных субъединиц, и суперголовную группу, сформированную из множества головных групп мономерных субъединиц. Когда они связаны хвостовой группой к хвостовой группе, олигомер имеет разные головные группы, соответствующие головным группам мономерных субъединиц, и суперхвостовую группу, сформированную из множества хвостовых групп мономерных субъединиц. Хотя олигомер определен выше по отношению к химически соответствующей мономерной субъединице, на практике олигомерное поверхностно-активное вещество может не обязательно быть синтезировано из такого мономера. Например, может быть принят путь синтеза, где мономерные субъединицы вначале олигомеризуют и затем головные группы заменяют на те, которые желательны для олигомерного поверхностно-активного вещества. То есть, головные группы мономерных субъединиц, используемых на практике для формирования олигомера, могут отличаться от головных групп мономерных субъединиц,которым олигомер химически соответствует. В другом примере, если хвостовые группы мономеров, реально используемых для формирования олигомера, являются ненасыщенными, процесс олигомеризации предусматривает частичное или полное гидрирование этих групп, особенно если хвостовые группы связаны в олигомере. Кроме того, хвостовые группы мономерных единиц, реально используемых для формирования олигомера, могут быть алифатическими, но если мономерные единицы связаны в олигомер хвостовой группой к хвостовой группе, связи, сформированные между группами в суперхвостовой группе, могут быть алифатическими, алициклическими или ароматическими. Краткое описание изобретения В первом аспекте данное изобретение относится к порошковому составу для получения в водном растворе вязкоупругой жидкости для обслуживания скважин, причем состав содержит вязкоупругое поверхностно-активное вещество. За счет обеспечения порошкового состава для получения рабочей жидкости хранение поверхностно-активного вещества в условиях устья скважины, может быть упрощено и сделано менее дорогостоящим. Например, большие затраты связаны с безопасным хранением в некогда удаленных регионах мира больших количеств обычных жидкостей для получения рабочих жидкостей. Затраты особенно велики-2 006721 для потенциально опасных жидкостей, таких как раствор гидроксида натрия. Кроме того, последствия для окружающей среды являются, как правило, более серьезными от случайного разлива жидкости, чем от порошка, из-за относительной трудности сбора разлитой жидкости. По сравнению с составом на основе жидкости порошковый состав, особенно когда он является свобднотекущим, все-таки относительно легче в обращении, например, когда его добавляют к водной смеси для рабочей жидкости. Кроме того, по сравнению с сухой смесью из US-5981446, порошковый состав на основе вязкоупругого поверхностно-активного вещества легко растворяется в растворе, т.е. проблемы, связанные с перемешиванием полимера, гидратацией и поперечным сшиванием, могут быть исключены. В одном варианте по меньшей мере 50% (по объему) порошка имеет размеры частиц 500 мкм или менее (предпочтительно 300 мкм или менее). Предпочтительно, растворимость порошка такова, что 42 г порошка по существу полностью растворяется в 700 мл чистой воды за 200 с или менее (предпочтительно 100 с или менее) при 25 С с перемешиванием (например, при 500 об/мин с помощью, например, мешалки EURO-ST 82, доступной от IKALaboratory Technik). Состав может содержать по меньшей мере 5 мас.% вязкоупругого поверхностно-активного вещества и предпочтительно по меньшей мере 15 мас.%. В одном варианте состав содержит по существу только вязкоупругое поверхностно-активное вещество. Предпочтительно, состав содержит эффективное количество, по отношению к количеству вязкоупругого поверхностно-активного вещества, активатора загущения (например, соли щелочного металла) для активации вязкоупругого загущения рабочей жидкости. Таким образом подходящее количество активатора загущения может быть предварительно дозировано в состав, что позволяет избежать неудобства определения, отмеривания и добавления соответствующего количества активатора у устья скважины. Предварительное дозирование помогает также усовершенствовать контроль качества. Состав может содержать, по меньшей мере, 60 массовых процентов активатора загущения. Например, вязкоупругое поверхностно-активное вещество включает по меньшей мере одно олигомерное поверхностно-активное вещество на основе связанных мономерных субъединиц поверхностноактивного вещества, причем каждая мономерная субъединица имеет формулу (R1-X)pZm или R1-Y, где X означает заряженную головную группу, Y означает цвиттерионную полярную головную группу (такую как -N+(СН 3)2-СН 3-СОО- или -N+(CH3)2-СН 3-OSO3-), R1 означает С 10-С 50-органическую (предпочтительно углеводородную и/или алифатическую) хвостовую группу, содержащую С 10-С 25 (предпочтительно C15C24) прямую цепь, связанную при ее концевом атоме углерода с X или Y, соответственно, Z означает противоион, такой как катион щелочного металла, и р и m означают целые числа, которые гарантируют,что мономер поверхностно-активного вещества имеет нейтральный заряд. Органическая хвостовая группа может содержать только прямую цепь. Прямая цепь может быть углеводородной цепью. В одном варианте реализации мономерная прямая цепь является ненасыщенной. Предпочтительно, олигомер является димером или тримером.X может означать заряженную группу карбоксилат (-СОO-), сульфат (-OSO3-), сульфонат (-SO3-),фосфат (-ОРО 32-) или фосфонат (-РО 32-). Чтобы избежать сомнений, настоящим устанавливается, что когда X означает карбоксилат-группу, атом углерода карбоксилат-группы не учитывается с атомами углерода органической группы. Мономером поверхностно-активного вещества может быть соль олеиновой кислоты. Во втором аспекте данное изобретение относится к применению состава по первому аспекту изобретения для получения вязкоупругой жидкости для обслуживания скважин. Краткое описание чертежей Конкретные варианты данного изобретения теперь будут описаны со ссылкой на следующие рисунки, где фиг. 1a-е показывают типичные химические структуры димерных компонентов смесей олигомеров олеиновой кислоты; фиг. 2 показывает бутыль, содержащую желированный вязкоупругий раствор, содержащий 3 U1009 и 8 мас.% KСl; фиг. 3 - зависимость вязкости раствора согласно фиг. 2 от скорости сдвига при пяти температурах в пределах 25-80 С; фиг. 4 - сухую порошковую смесь K1009 и KСl в соотношении 3:8 по массовым процентам; фиг. 5 - зависимость при пяти температурах в пределах 25-80 С вязкости от скорости сдвига раствора, полученного из смеси фиг. 4, раствора, содержащего 3 мас.% K1009 и 8 мас.% КСl; фиг. 6 - зависимость при пяти температурах в пределах 25-80 С вязкости от скорости сдвига раствора из сухой порошковой смеси К 1009 и формиата калия, причем раствор, содержит 3 мас.% K1009 и 8 мас.% формиата калия; фиг. 7 - зависимость при пяти температурах в пределах 25-80 С вязкости от скорости сдвига раствора, полученного из сухой порошковой смеси хлорида цетилпиридиния и салицилата натрия, причем раствор, содержит 5 мас.% хлорида цетилпиридиния и 1,6 мас.% салицилата натрия,-3 006721 фиг. 8 показывает экспериментальную установку, используемую для измерения скорости растворения порошкообразного поверхностно-активного вещества; фиг. 9 - постепенное изменение инфракрасного спектра раствора K1009, полученного с использованием установки фиг. 8; фиг. 10 - зависимость от времени показателя поглощения при 1554 и 1409 см-1 инфракрасного спектра раствора K1009, полученного с использованием установки фиг. 8; фиг. 11 - постепенное изменение инфракрасного спектра раствора K1009 и сульфата калия, полученного с использованием установки фиг. 8; фиг. 12 - зависимость от времени оптической плотности при 1554 и 1101 см-1 инфракрасного спектра раствора К 1009 и сульфата калия, полученного с использованием установки фиг. 8; фиг. 13 - микрофотографии порошкообразных форм (а) натриевой соли U1009 (Na1009) и (b)K1009, и фиг. 14 сравнивает распределения размеров частиц порошкообразных K1009 и Na1009 согласно фиг. 13. Подробное описание Реометр контролируемого усилия (модель Bochlin типа CVO 50) используют для измерения реологических свойств растворов, полученных из порошковых составов, описанных ниже. Используя геометрию концентрических цилиндров (концевые части) (внутренний радиус внешнего цилиндра, R1 = 1,325 см, внешний радиус внутреннего цилиндра, Ro = 1,25 см и внутренний цилиндр длиной = 3,78 см), соответствующую геометрии стандарта DIN Германии 53019, вязкость каждого раствора измеряют при различных прилагаемых усилиях сдвига в конкретных пределах. Типичный диапазон усилия сдвига 0,5-40 Па, соответствующий диапазону скорости сдвига от 0,005 до 1000 с-1. Измерения проводят при увеличении и затем при снижении скорости сдвига. Обычно полный набор измерений состоит из 40 измерений вязкости, каждое из которых взято после времени задержки 10 с при постоянном усилии сдвига и скорости сдвига. Для конкретной геометрии реометра скорость сдвига рассчитывают как где RPM означает относительную скорость вращения (в оборотах в минуту) цилиндров. Вязкость для каждого измерения получают делением измеренного усилия на рассчитанную скорость сдвига. Олигомеризация олеиновой кислоты, как правило, ведет к образованию комплексных смесей димерных и тримерных продуктов. Коммерчески доступными олигомерами, подходящими для осуществления данного изобретения, являются серии Empol смесей димеров и тримеров от Henkel Corporation'sChemical Group (4900 Este Avenue-Bldg 53, Cincinnati, Ohio 45232, USA). Альтернативными поставщиками подходящих смесей являются, например, Unigema (PO Box 90, Wilton Center, Middleborough, Cleveland TS90 8JE, UK), Union Camp (Vigo Lane, Chester-le-Street. Co. Durham DH3 2RB, UK) и Expo ChemicalCompany Inc. (12602 Manorwood, Cypress (Houston), Texas 77429, USA). Фиг. 1a-e показывают типичные химические структуры димерных компонентов этих смесей. Ясно,что компоненты могут иметь различные степени гидрирования. Хотя указанные коммерческие продукты фактически основаны на смесях олигомеров, для удобства они упоминаются ниже, как если бы они были на основе одного конкретного димера или тримера. Сравнительный пример Для получения вязкоупругого раствора поверхностно-активного вещества используют гидрированный димер олеиновой кислоты (продукт номер 1009), поставляемый Uniqema и называемый далее U1009. Водный раствор димера олеата калия получают добавлением жидкого U1009 к раствору гидроксида калия. Продолжительность реакции отслеживают измерением рН, раствор по существу полностью превращенного олигомера олеата калия имеет рН в пределах 8-9. Затем добавляют хлорид калия (загуститель), чтобы получить раствор, содержащий 3 массовых процента димера олеата калия и 8 массовых процентов KСl. Результатом этого является образование прозрачного вязкоупругого раствора поверхностно-активного вещества, показанного на фиг. 2. Реология раствора, иллюстрируемая графиком фиг. 3,демонстрирует его пригодность для применения в качестве жидкости для обслуживания скважин. Примеры Далее, концентрированный (25 мас.%) водный раствор калийной формы U1009 получают нейтрализацией кислоты 2 молярными эквивалентами гидроксида калия. Этот раствор дегидратируют в печи при 110 С и получают калийную соль U1009 (называемую далее К 1009) в виде белого кристаллического твердого вещества, которое затем измельчают для получения свободнотекучего белого порошка. Добавление хлорида калия к указанному порошку имеет результатом образование порошкового состава, который, когда его гидратируют, сразу же образует вязкоупругий раствор поверхностно-активного вещества,подходящий для таких применений как гидроразрыв. Например, порошкообразный K1009 и хлорид калия смешивают в соотношении 3:8 по массе. Это-4 006721 приводит к образованию белого порошка (фиг. 4). Когда 11 г этого порошка смешивают с водой (100 г) в течение нескольких секунд образуется прозрачный гомогенный вязкоупругий раствор поверхностноактивного вещества, который визуально идентичен гелю, показанному на фиг. 2. Реологию геля можно регулировать путем изменения отношения поверхностно-активное вещество : соль и/или концентрации смесей поверхностно-активного вещества и соли, добавляемых к воде. Реология (см. фиг. 5) геля, полученного с использованием этой процедуры, может быть сравнена с соответствующим гелем, полученным in situ нейтрализацией 3 мас.% U1009 и последующим добавлением соли (фиг. 3). Хотя гель фиг. 5 выглядит в небольшой степени слабее чем гель фиг. 3, это объясняется тем фактом, что в молярном выражении 3 мас.% U1009 больше чем 3 мас.% K1009. Поскольку раствор на основе U1009 является более концентрированным по поверхностно-активному веществу, чем системаK1009, и ожидается проявление несколько более высоких вязкостей. Гели поверхностно-активных веществ, полученные этими двумя различными способами, ведут себя сходным образом во всех отношениях, включая их поведение в отношении углеводородов. Оба геля легко разрушаются, когда контактируют с маслом, и полученные в результате двухфазные системы не образуют стабильных эмульсий. Гидратация K1009 происходит быстро и сравнима со скоростью гидратации хлорида калия. Это позволяет быстро приготовить вязкоупругий раствор поверхностно-активного вещества из одного состава без риска для прочности геля, чувствительности к маслу или для каких-либо других свойств, связанных с рабочими жидкостями. Хотя в приведенном выше примере используют хлорид калия в качестве загустителя, эффективны и другие соли, такие как формиат калия, тартрат калия, сульфат калия, гидроксид калия и хлорид цезия. Смеси солей могут быть использованы для изменения реологических свойств геля и для придания желательных эксплуатационных характеристик. Реология геля раствора поверхностно-активного вещества,полученного из сухой порошковой смеси формиата калия и K1009 и содержащего в растворе 6,78 мас.% формиата калия и 3 мас.% K1009, показана на фиг. 6. Системы (поверхностно-активное вещество)(формиат) находят применение в ситуациях, когда хлориды могли бы вызвать коррозионные проблемы или воспринимаются как экологическая проблема. Калийные соли других олигомерных олеиновых кислот, такие как димерные кислоты Empol 1016 и Empol 1018 и тримерная кислота Empol 1040, которые производятся Henkel Corporation, используют для получения порошкообразных поверхностно-активных веществ таким же образом как K1009. Порошки также образуют вязкоупругие растворы поверхностно-активных веществ, имеющие свойства, необходимые для жидкостей для обслуживания скважин. Особым преимуществом применения порошков на основе указанных солей является то, что исключается (потенциально опасная) экзотермическая нейтрализация олеиновой кислоты в устьи скважины. Описанный выше подход не ограничивается анионогенными олигомерными поверхностноактивными веществами. Авторы изобретения приготовили порошковый состав смешиванием порошкообразного хлорида цетилпиридиния (5 г) и порошкообразного салицилата натрия (1,6 г), причем хлорид цетилпиридиния является катионогенным мономерным поверхностно-активным веществом. Этот состав,когда его растворяют в воде (93,4 г), образует вязкоупругий раствор поверхностно-активного вещества,реология которого показана на фиг. 7. Хотя высокотемпературные реологические характеристики раствора несколько ниже чем характеристики растворов на основе карбоксилатных олигомеров, такой раствор может найти применение в жидкостях для обслуживания скважин, предназначенных для низкотемпературных скважин. Важной практической характеристикой порошкообразного поверхностно-активного вещества является скорость его растворения. Она может быть измерена при стандартных условиях, чтобы получить показание скорости растворения, но на практике скорость растворения также зависит от таких факторов,как скорость сдвига воды, в которую его примешивают, и скорости сдвига процесса перемешивания, которая сама может быть функцией развивающейся вязкости раствора. Скорость растворения порошкообразного K1009 в воде при стандартных условиях измеряют с помощью инфракрасной спектроскопии. Фиг. 8 показывает экспериментальную установку. Порошок поверхностно-активного вещества (42,0 г) помещают в стакан 1, содержащий 700 мл чистой воды при 25 С,и перемешивают мешалкой EURO-ST D S2 (IKA Laboratory Technik), работающей со скоростью перемешивания 500 об./мин. Инфракрасный спектр перемешиваемого раствора получают с помощью световода 3 (Axiom, California), соединенной с инфракрасным спектрометром с преобразованием Фурье (FTIR)(Nicolet 800 FTIR спектрометр - не показан). Инфракрасное излучение подают к и от грани 45 кристалла 4 селенида цинка с ослабленной общей отражательной способностью (ATR) посредством трубок с золотым покрытием. Спектр снимают автоматически через фиксированный интервал времени и создают возможность для определения скорости растворения по появлению характерных спектральных полос в инфракрасном спектре раствора. Фиг. 9 показывает изменение инфракрасного спектра K1009, снимаемого таким образом каждые 24 с. Растворение поверхностно-активного вещества устанавливают по росту расширяющихся полос С-O карбоксилат-аниона (-СО 2-) при 1554 и 1409 см-1. Фиг. 10 показывает зависимость от времени показателя-5 006721 поглощения при 1554 и 1409 см-1 (по отношению к локальной линии фона при 1275 см-1) для реакции растворения. Очевидно, что порошок по существу полностью растворяется через 100 с (и это подтверждается визуальным наблюдением). Такая скорость растворения показывает, что порошок K1009 может быть применим на практике в широком диапазоне условий. Например, эксперимент по определению скорости растворения повторяют, но с 65,8 г сульфата калия, добавляемого к воде. Фиг. 11 показывает изменение инфракрасного спектра раствора. Полоса при 1101 см-1 появляется из-за S-O расширения сульфат-иона в растворе. Фиг. 12 сравнивает скорости роста полосы карбоксилата при 1554 см-1 от K1009 и полосы сульфата при 1101 см-1 от сульфата калия. Сульфат калия растворяется в воде на протяжении масштаба времени 100 с, что сравнимо с предварительно измеренной скоростью растворения K1009 (фиг. 9). Скорость растворения K1009 медленнее в растворе сульфата калия, чем в чистой воде из-за более раннего развития вязкости. Однако даже при умеренной скорости перемешивания 500 об./мин поверхностно-активное вещество растворяется с образованием высоко вязкого раствора на протяжении масштаба времени всего около 6 мин. Полезной характеристикой описанных выше, твердых форм поверхностно-активных веществ является то, что они легко измельчаются с образованием тонких порошков. Например, литиевая, натриевая и калийная формы U1009 образуют сухие твердые вещества, которые могут быть переработаны в тонкий порошок. Как правило, чем меньше размер частиц порошка, тем быстрее он будет растворяться в воде. Фиг. 13 а показывает микрофотографию порошкообразной формы натриевой соли U1009 (называемой далее Na1009), а фиг. 13b показывает микрофотографию порошкообразного K1009. На обеих микрофотографиях мера длины шкалы составляет 200 мкм. Na1009 получают, подобно K1009, нейтрализацией раствора U1009 гидроксидом натрия. Типичный размер частиц натриевого поверхностно-активного вещества находится в пределах 10-200 мкм, в то время как соответствующие пределы размеров для калийного поверхностно-активного вещества 10-400 мкм. Отмечено появление кристалличности многих зерен. Распределения размеров частиц порошкообразных форм K1009 и Na1009 измеряют с помощью прибора Malvern Mastersizer Microplus (Malvern Instruments, Malvern, Worcs., UK). Гептан (приблизительно 500 мл) прокачивают через Malvern Mastersizer при скорости 2000 об/мин и медленно добавляют приблизительно 1 г соответствующего поверхностно-активного вещества. Порошок поверхностноактивного вещества диспергируют в гептане с помощью коротких импульсов ультразвука высокой мощности, выдаваемых небольшим ультразвуковым преобразователем, погруженным в растворитель. Распределения размеров частиц получают в среднем из двух отдельных измерений. Прибор Mastersizer тщательно очищают несколькими промываниями гептаном перед каждым измерением и после. Фиг. 14 сравнивает распределения размеров частиц порошкообразных K1009 и Na1009. Размер частиц находится в пределах 0,5-500 мкм, причем 50% по объему калийной и натриевой форм приходится на долю частиц, соответственно, ниже 260 и 150 мкм. Распределения размеров частиц показывают, что средний размер частиц натриевой формы ниже, чем у калийной формы, что согласуется с размерами частиц, наблюдаемыми на микрофотографиях фиг. 13. Распределения размеров частиц порошкообразного поверхностно-активного вещества можно контролировать во время процесса измельчения. Хотя изобретение описано в связи с примерными вариантами, описанными выше, многие эквивалентные модификации будут очевидны специалистам в этой области при наличии данного описания. Соответственно, примерные варианты изобретения, данные выше, рассматриваются как иллюстративные и не ограничительные. Различные изменения описанных вариантов могут быть сделаны, не выходя за рамки сути и объема данного изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Порошковый состав для получения в водном растворе вязкоупругой жидкости для обслуживания скважин, причем названный состав содержит олигомерное вязкоупругое поверхностно-активное вещество. 2. Порошковый состав по п.1, где по меньшей мере 50% (по объему) порошка имеет размер частиц 500 мкм или менее. 3. Порошковый состав по п.1 или 2, где растворимость порошка такова, что 42 г порошка практически полностью растворяются в 700 мл чистой воды за 200 с или менее при 25 С при перемешивании. 4. Состав по любому из пп.1-3, содержащий по меньшей мере 5 мас.% вязкоупругого поверхностноактивного вещества. 5. Состав по любому из пп.1-4, содержащий, по существу, только вязкоупругое поверхностноактивное вещество. 6. Состав по любому из пп.1-4, дополнительно содержащий эффективное количество, по отношению к количеству вязкоупругого поверхностно-активного вещества, активатора загущения для активации вязкоупругого загущения рабочей жидкости. 7. Состав по п.6, содержащий по меньшей мере 60 мас.% активатора загущения.-6 006721 8. Состав по п.6 или 7, где активатором загущения является соль щелочного металла. 9. Состав по любому из пп.1-8, где вязкоупругое поверхностно-активное вещество включает по меньшей мере одно олигомерное поверхностно-активное вещество на основе связанных мономерных субъединиц поверхностно-активного вещества, причем каждая мономерная субъединица имеет формулу(R1-X)pZm, где X означает заряженную головную группу, R1 означает С 10-С 50-органическую хвостовую группу, содержащую прямую цепь С 10-C25, связанную при концевом атоме углерода с X, Z означает противоион, и р и m означают целые числа, которые гарантируют, что мономер поверхностно-активного вещества имеет нейтральный заряд. 10. Состав по п.9, где X означает заряженную группу карбоксилат (-СОO-), сульфат (-ОSО 3-), сульфонат (-SO3-), фосфат (-ОРО 32-) или фосфонат (-РО 32-). 11. Состав по п.9 или 10, где Z означает противоион щелочного металла. 12. Состав по любому из пп.9-11, где мономером поверхностно-активного вещества является соль олеиновой кислоты. 13. Состав по любому из пп.1-8, где вязкоупругое поверхностно-активное вещество включает по меньшей мере одно олигомерное поверхностно-активное вещество на основе связанных мономерных субъединиц поверхностно-активного вещества, причем каждая мономерная субъединица имеет формулуR1-Y, где Y означает цвиттерионную полярную головную группу и R1 означает С 10-С 50-органическую хвостовую группу, содержащую прямую цепь C10-C25, связанную при ее концевом атоме углерода с Y. 14. Состав по любому из пп.9-13, где прямая цепь является цепью С 15-С 24. 15. Состав по любому из пп.9-14, где группа R1 содержит только прямую цепь. 16. Состав по любому из пп.9-15, где прямая цепь является ненасыщенной. 17. Состав по любому из пп.9-16, где олигомер является димером или тримером.

МПК / Метки

МПК: E21B 43/22, E21B 43/26, E21B 43/25

Метки: порошковый, состав

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/12-6721-poroshkovyjj-sostav.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Порошковый состав</a>

Похожие патенты