Композиция загущающего агента и её применение
Номер патента: 5113
Опубликовано: 28.10.2004
Авторы: Премачандран Раманаир С., Гэдберри Джеймс Ф., Хои Майкл Д., Дери Морис, Лукас Дуглас М., Инджел Майкл, Добсон Рэнди Е., Вейл Гленда Дел Кармен, Франклин Ральф
Формула / Реферат
1. Композиция загущающего агента, содержащая по меньшей мере один гликоль в качестве растворителя и в качестве загущающего агента по меньшей мере один оксид амидоамина общей формулы (I)
где R1 означает насыщенную или ненасыщенную, алифатическую группу с линейной или с разветвленной цепью, содержащую от 7 до 30 атомов углерода, R2 означает насыщенную или ненасыщенную двухвалентную алкиленовую группу с линейной или разветвленной цепью, содержащую от 2 до 6 атомов углерода, R3 и R4 одинаковые или различные и означают алкильную или гидроксиалкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, или R3 и R4 вместе с атомом азота, с которым они связаны, образуют гетероциклическое кольцо, содержащее до 6 членов, и R5 означает водород или алкильную или гидроксиалкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, причем указанная композиция загущающего агента содержит менее примерно 10% свободной жирной кислоты.
2. Композиция по п.1, которая содержит примерно 2-10% свободного амина.
3. Композиция по п.1, где R1 означает алифатическую группу с 15-21 атомами углерода и R2 означает алкиленовую группу с 2-4 атомами углерода.
4. Композиция по п.1, где R1 означает алифатическую группу, производную от природных жиров и масел, имеющих йодное число от примерно 1 до примерно 140, и R2 означает алкиленовую группу, содержащую 3 атома углерода.
5. Композиция по п.1, где R1 выбран из группы, состоящей из алкила таллового жира, алкила отвержденного таллового жира, алкила рапсового масла, алкила отвержденного рапсового масла, алкила таллового масла, алкила отвержденного таллового масла, алкила масла какао, стеарила, олеила и алкила соевого масла, R2 означает алкиленовую группу, содержащую три атома углерода, и каждый из R3 и R4 означает метил.
6. Композиция по п.1, где R3 и R4 вместе с азотом амина, с которым они связаны, образуют гетероциклическую группу, содержащую 5-членное кольцо, производное от пирролидина.
7. Композиция по п.1, где R3 и R4 вместе с азотом амина, с которым они связаны, образуют гетероциклическую группу, содержащую 6-членное кольцо, производное от пиперидина.
8. Композиция по п.1, где R3 и R4 вместе с азотом амина, с которым они связаны, образуют гетероциклическую группу, содержащую 6-членное кольцо, производное от морфолина.
9. Композиция по п.1, где по меньшей мере один гликольный растворитель выбран из группы, состоящей из этиленгликоля, бутиленгликолей, диэтиленгликоля, пропиленгликолей, полиэтиленгликоля, полипропиленгликоля, глицерина, тетраметиленгликоля, тетраметилэтиленгликоля, триметиленгликоля и их смесей.
10. Композиция по п.1, где указанный оксид амидоамина выбран из группы, состоящей из оксида амидоалкиламина таллового жира, оксида амидоалкиламина отвержденного таллового жира, оксида амидоалкиламина рапсового масла, оксида амидоалкиламина отвержденного рапсового масла, оксида амидоалкиламина таллового масла, оксида амидоалкиламина отвержденного таллового масла, оксида амидоалкиламида масла какао, оксида стеариламидоалкиламина, оксида олеиламидоалкиламина, оксида амидоалкиламина соевого масла и их смесей.
11. Композиция по п.1, где указанный оксид амидоамина выбран из группы, состоящей из оксида амидопропилдиметиламина таллового жира, оксида амидопропилдиметиламина гидрированного таллового жира, оксида амидопропилдиметиламина соевого масла, оксида олеиламидопропилдиметиламина, оксида эруциламидопропилдиметиламина, оксида амидопропилдиметиламина рапсового масла, оксида амидопропилдиметиламина гидрированного рапсового масла, оксида амидопропилдиметиламина таллового масла, оксида амидопропилдиметиламина гидрированного таллового масла, оксидов амидопропилдиметиламинов C14-C22-насыщенных или ненасыщенных жирных кислот и их смесей.
12. Композиция по п.1, где указанный оксид амидоамина выбран из группы, состоящей из оксида амидопропилдиметиламина таллового жира, оксида амидопропилдиметиламина гидрированного таллового жира, оксида амидопропилдиметиламина соевого масла, оксида олеиламидопропилдиметиламина, оксида эруциламидопропилдиметиламина, оксида амидопропилдиметиламина рапсового масла, оксида амидопропилдиметиламина гидрированного рапсового масла, оксида амидопропилдиметиламина таллового масла, оксида амидопропилдиметиламина гидрированного таллового масла, оксидов амидопропилдиметиламинов C14-C22-насыщенных или ненасыщенных жирных кислот и их смесей, и указанные гликоли выбраны из группы, состоящей из этиленгликоля, бутиленгликолей, диэтиленгликоля, пропиленгликолей, полиэтиленгликоля, полипропиленгликоля, глицерина, тетраметиленгликоля, тетраметилэтиленгликоля, триметиленгликоля и их смесей.
13. Водная вязкоэластичная композиция, содержащая композицию загущающего агента по п.1.
14. Композиция по п.13, содержащая от примерно 0,5 до примерно 10 мас.% композиции загущающего агента.
15. Композиция по п.14, содержащая от примерно 2 до примерно 8 мас.% композиции загущающего агента.
16. Способ регулирования реологии водной системы, предусматривающий:
a) приготовление композиции загущающего агента, содержащей один или более амидоаминооксидных загущающих агентов общей формулы (I)
где R1 означает насыщенную или ненасыщенную, алифатическую группу с линейной или с разветвленной цепью, с от 7 до 30 атомами углерода, R2 означает насыщенную или ненасыщенную, замещенную или незамещенную двухвалентную алкиленовую группу с от 2 до 6 атомами углерода, R3 и R4 одинаковые или различные и означают алкильную или гидроксиалкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, или R3 и R4 вместе с атомом азота, с которым они связаны, означают гетероциклическое кольцо, содержащее до 6 членов, и R5 означает водород или алкильную или гидроксиалкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, причем указанный оксид амидоамина находится в гликольном растворителе и содержит менее примерно 10% свободной жирной кислоты, и
b) добавление указанной композиции загущающего агента к водной жидкости в количестве, достаточном для образования вязкоэластичной композиции.
17. Способ по п.16, где указанная композиция загущающего агента содержит от примерно 2 до примерно 10% свободного амина.
18. Способ по п.16, где R1 означает алифатическую группу с 15-21 атомом углерода и R2 означает алкиленовую группу с 2 - 4 атомами углерода.
19. Способ по п.16, где R1 означает алифатическую группу, производную природных жиров и масел, имеющих йодное число от примерно 10 до примерно 100, и R2 означает алкиленовую группу, содержащую 3 атома углерода.
20. Способ по п.16, где R1 выбран из группы, состоящей из алкила таллового жира, алкила отвержденного таллового жира, алкила рапсового масла, алкила отвержденного рапсового масла, алкила таллового масла, алкила отвержденного таллового масла, алкила масла какао, стеарила, олеила и алкила соевого масла, R2 означает алкиленовую группу, содержащую три атома углерода, и каждый из R3 и R4 означает метил.
21. Способ по п.16, где R3 и R4 вместе с азотом амина, с которым они связаны, образуют гетероциклическую группу, имеющую 5-членное кольцо, производное пирролидина.
22. Способ по п.16, где R3 и R4 вместе с азотом амина, с которым они связаны, образуют гетероциклическую группу, имеющую 6-членное кольцо, производное пиперидина.
23. Способ по п.16, где R3 и R4 вместе с азотом амина, с которым они связаны, образуют гетероциклическую группу, имеющую 6-членное кольцо, производное морфолина.
24. Споёюс по п.16, где загущающий агент присутствует в водной жидкости в концентрации от примерно 0,5 до примерно 10% по массе.
25. Способ по п.24, где загущающий агент присутствует в водной жидкости в концентрации от примерно 2 до примерно 8% по массе.
26. Способ приготовления композиции загущающего агента оксида амидоамина по п.1, который предусматривает растворение в гликольном растворителе третичного амидоамина общей формулы (II)
где R1 означает насыщенную или ненасыщенную, алифатическую группу с линейной или с разветвленной цепью, содержащую от 7 до 30 атомов углерода, R2 означает двухвалентную алкиленовую группу, содержащую от 2 до 6 атомов углерода, R3 и R4 одинаковые или различные и означают алкильную или гидроксиалкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода или R3 и R4 вместе с атомом азота, с которым они связаны, образуют гетероциклическое кольцо, содержащее до 6 членов, с последующей реакцией с пероксидом водорода в присутствии катализатора окисления, причем температуру реакции поддерживают ниже примерно 70шC.
27. Способ по п.26, где указанный катализатор окисления выбран из группы, состоящей из диоксида углерода, карбонатной соли, бикарбонатной соли и их смесей.
28. Способ размельчения подземной породы, предусматривающий стадию закачивания водной вязкоэластичной композиции через буровую скважину в подземную породу под давлением, достаточным для размельчения породы, где вязкоэластичная композиция является композицией по п.13.
29. Буровая жидкость, завершающая жидкость или рабочая жидкость, содержащая композицию загущающего агента по п.1.
30. Композиция по п.1, содержащая по меньшей мере один пассиватор.
31. Композиция по п.30, где указанным пассиватором является фосфонатная соль.
32. Способ по п.16, дополнительно предусматривающий по меньшей мере один пассиватор.
33. Способ по п.32, где указанным пассиватором является фосфонатная соль.
34. Способ по п.26, где указанная композиция дополнительно содержит пассиватор.
35. Водная кислая загущающая композиция, включающая по меньшей мере одну кислоту и композицию загущающего агента по п.1.
36. Стимулирующая жидкость, содержащая композицию по п.13.
37. Раздробляющая жидкость, содержащая композицию по п.13.
38. Раздробляющая жидкость, содержащая композицию по п.35.
Текст
1 Данное изобретение относится к композициям загущающих агентов, к содержащим их вязкоэластичным композициям и к способам и агентам для модифицирования реологического поведения водных жидкостей, таких как используемые при бурении скважин и подобных подземных работах. Жидкости используют при бурении скважин, например, для охлаждения и смазки буровой коронки, для удаления пробуренных твердых веществ и другого шлама, для суспендирования пробуренных кусочков породы и другого шлама, если колонка с жидкостью статична, для регулирования давления под поверхностью, для предотвращения сжатия или обрушения породы,для суспендирования подходящих агентов и для минимизации повреждений любой потенциально продуктивной зоны. В стимулировании (гидравлическом) работ жидкости применяют для передачи давления от одного места к другому. Буровые жидкости и стимулирующие жидкости могут быть на водной или масляной основе. Обычно буровые и стимулирующие жидкости на основе воды могут содержать один или более водных жидких загустителей, смазок и ингибиторов коррозии. Водная жидкость может быть пресной водой или рассолом и может содержать водные растворы кислот, щелочи,низшие спирты (метанол, этанол и пропанол),гликоли и подобные, при условии, что смешивающаяся с водой жидкость не оказывает неблагоприятного влияния на вязкоэластичные свойства водной жидкости. В воду и водные суспензии твердых частиц, таких как глина, могут также быть включены эмульсии несмешивающихся жидкостей. Вязкоэластичность является желательным реологическим свойством буровых жидкостей,рабочих или завершающих жидкостей и стимулирующих жидкостей, которая может быть обеспечена агентами, модифицирующими жидкость, такими как полимерные агенты и поверхностно-активные загущающие агенты. Вязкоэластичными жидкостями являются такие, в которых приложение давления приводит к возникновению деформации, которая относительно медленно достигает равновесного значения. Поэтому вязкоэластичные жидкости могут вести себя как вязкая жидкость или эластичное твердое тело в зависимости от давления в системе. Вязкоэластичность в жидкостях, которая вызвана поверхностно-активными веществами,может проявлять себя в поведении, снижающем скорость сдвига. Например, если указанную жидкость пропускают через насос или вблизи вращающейся коронки бура, жидкость проявляет низкую вязкость. Если сила сдвига ослаблена,жидкость возвращается в свое более вязкое состояние. Это потому, что вязкоэластичное поведение вызывается поверхностной агрегацией в жидкости. Такая агрегация приспособлена к условиям в жидкости и дает различные формы 2 агрегации при различных напряжениях сдвига. Так можно иметь жидкость, которая ведет себя как вязкая жидкость при низком сдвиге, и как слабовязкая жидкость при более высоком сдвиге. Вязкоэластичная жидкость имеет также эластичный компонент, который проявляет себя в величине производительности. Это позволяет вязкоэластичной жидкости суспендировать нерастворимые вещества, например песок, в течение более длительного времени, чем вязкой жидкости с такой же кажущейся вязкостью. Другой функцией агентов, модифицирующих жидкость в приложении к нефтяному бурению, является модифицирование проницаемости. Второе извлечение нефти из пластов влечет за собой дополнение искусственными средствами природной энергии, свойственной пластам,для извлечения нефти. Например, если нефть заполняет пористую породу, часто ее извлекают подачей сжатой жидкости, такой как рассол,через одно или более буровых отверстий (инъекционных буровых скважин), образованных в пластах, для нагнетания нефти к буровой скважине, из которой она может быть извлечена. Однако порода часто имеет участки высокой и низкой проницаемости. Впрыснутый рассол может находить путь через участки высокой проницаемости, оставляя неизвлеченную нефть в участках с низкой проницаемостью. Для решения указанной проблемы использовали различные способы. Например, в патентеUS5101903 описан способ уменьшения проницаемости более проницаемых зон подземной породы, имеющей неоднородную проницаемость. Способ предусматривает впрыскивание в породу смеси поверхностно-активного вещества и спирта; смесь вводят в количестве, эффективном для уменьшения проницаемости более проницаемой зоны породы. Предпочтительным поверхностно-активным веществом является оксид амина, такой как оксид диметиламина жира,доставленный в воде. Описанным спиртом является изопропанол. Способ может предусматривать дополнительную стадию впрыскивания слага спирта с последующим впрыскиванием смеси поверхностно-активного вещества и спирта. В патенте US4745976 предложен способ частичного или полного блокирования высокопроницаемых участков пластов. Технология основана на способности индуцировать фазовые переходы в растворах поверхностно-активных веществ путем изменения противоионов или путем прибавления небольших количеств различных поверхностно-активных веществ. Водный раствор ионного поверхностно-активного вещества может иметь вязкость раствора, только слегка отличающуюся от рассола, но повышение концентрации соли или добавление многовалентных противоионов может заставить поверхностно-активное вещество образовать твердый осадок или гелеобразную структуру 3 высокой вязкости. В способе патента US4745976 первый раствор поверхностноактивного вещества впрыскивают в породу с последующей водорастворимой промежуточной жидкостью с последующим вторым раствором поверхностно-активного вещества. In situ смешивание двух растворов поверхностноактивных веществ вызвано тенденцией различных типов поверхностно-активных веществ проходить с различными скоростями через пласт. Композиции первого и второго растворов поверхностно-активных веществ выбраны таким образом, чтобы после смешивания выпавшая гелеобразная структура вызвала блокирование высокопроницаемой зоны пласта. В соответствии с данным изобретением реологию водной жидкости модифицируют способом, который предусматривает добавление к водной жидкости количества загущающего агента, достаточного для образования вязкоэластичной жидкости, загущающий агент и/или вязкоэластичное поверхностно-активное вещество являются оксидом амидоамина общей формулы I где R1 означает насыщенную или ненасыщенную алифатическую группу с линейной или разветвленной цепью, с от 7 до 30 атомами углерода, R2 означает двухвалентную алкиленовую группу с 2-6 атомами углерода, которая может быть линейной или разветвленной, замещенной или незамещенной, и R3 и R4 означают независимо друг от друга С 1-С 4-алкильную или гидроксиалкильную группы или вместе они образуют гетероциклическое кольцо, содержащее до шести членов, и R5 означает водород или С 1-С 4 алкильную или гидроксиалкильную группу. Вышеупомянутые загущающие агенты преимущественно образуют прозрачные гели,которые не подвергаются фазовому разделению в течение длительного периода времени и проявляют высокую теплостойкость. Данное изобретение в целом относится к композиции загущающего агента, к водной вязкоэластичной композиции, содержащей указанный загущающий агент, к способу изготовления указанной композиции загущающего агента, к способу стимулирования и/или модифицирования проницаемости подземной породы загущающим агентом и/или водной вязкоэластичной композицией данного изобретения, и к буровым жидкостям, завершающим жидкостям,рабочим жидкостям и подобным, содержащим композицию загущающего агента данного изобретения. Композиции загущающего агента данного изобретения также могут быть использованы для загущения других водных систем,таких как применяемые в чистящих композициях, покрытиях на водной основе, моющих сред 005113 4 ствах, индивидуальных составах для ухода, асфальтовых составов на водной основе и подобных. Водная вязкоэластичная композиция, особенно применимая в подземных работах, может быть получена добавлением одного или более загущающих агентов, таких как описано ниже. Концентрация загущающего агента в водной композиции обычно находится в интервале от примерно 0,5% до примерно 10% по массе,предпочтительно от примерно 2% до примерно 8% по массе, и более предпочтительно от примерно 4% до примерно 6% по массе на основе общей массы композиции. Водная композиция изобретения может содержать неорганические соли и различные добавки, как описано здесь ниже. Такую композицию преимущественно впрыскивают в, например, подземную систему для использования в бурении, стимулировании(таком как гидравлическое раздробление), для модифицирования подземных пластов и для применений, таких как уплотнение гравием и цементирование. Предложенные и описанные здесь загущающие агенты являются поверхностноактивными веществами, которые могут быть добавлены отдельно или могут быть использованы как первичные компоненты водной вязкоэластичной композиции данного изобретения. Композиция загущающего агента данного изобретения содержит по меньшей мере один гликоль и по меньшей мере один оксид амидоамина, имеющий структуру где R1 означает насыщенную или ненасыщенную алифатическую группу с линейной или разветвленной цепью, с от 7 до 30 атомами углерода, предпочтительно от 14 до 21 атома углерода. Более предпочтительно R1 означает жирную алифатическую (группу), производную от природных жиров или масел, имеющих йодное число от примерно 1 до примерно 140, предпочтительно от примерно 30 до примерно 90, более предпочтительно от 40 до примерно 70. R1 может быть ограничена единственной длиной цепи или может иметь смешанную длину цепи, такую как группы, производные от природных жиров и масел или нефтяного сырья. Предпочтительны алкил таллового жира, алкил отвержденного таллового жира, алкил рапсового масла, алкил отвержденного рапсового масла, алкил таллового масла, алкил отвержденного таллового масла,алкил масла какао, олеил или алкил соевого масла. R2 означает линейную или разветвленную, замещенную или незамещенную двухвалентную алкиленовую группу с от 2 до 6 атомами углерода, предпочтительно с от 2 до 4 атомами углерода и более предпочтительно с 3 атомами углерода. R3 и R4 являются одинако 5 выми или различными и выбраны из алкильных или гидроксиалкильных групп с от 1 до примерно 4 атомами углерода и предпочтительно означают гидроксиэтил или метил. В качестве альтернативы R3 и R4 в оксиде амидоамина формулы I вместе с атомом азота, с которым указанные группы связаны, образуют гетероциклическое кольцо, содержащее до 6 членов. Наконец, R5 означает водород или С 1-С 4 алкильную или гидроксиалкильную группу. Иллюстрацией указанных оксидов амидоаминов являются производные: Другие примеры оксидов амидоаминов,предусмотренные данным изобретением, включают, но не ограничиваются ими, выбранные из группы, состоящей из оксида амидоалкиламина таллового жира, оксида амидоалкиламина отвержденного таллового жира, оксида амидоалкиламина рапсового масла, оксида амидоалкиламина отвержденного рапсового масла, оксида амидоалкиламина таллового масла, оксида амидоалкиламина отвержденного таллового масла,оксида амидоалкиламина масла какао, оксида стеариламидоалкиламина, оксида олеиламидоалкиламина, оксида амидоалкиламина соевого масла и их смесей. Предпочтительными специфическими примерами оксидов амидоаминов данного изобретения являются, но ими не ограничиваются, следующие: оксид амидопропилдиметиламина таллового жира, оксид амидопропилдиметиламина гидрированного таллового жира, оксид амидопропилдиметиламина соевого масла, оксид олеиламидопропилдиметиламина, оксид эруциламидопропилдиметиламина, оксид амидопропилдиметиламина рапсового масла, оксид амидопропилдиметиламина гидрированного рапсового масла, оксид амидопропилдиметиламина таллового масла, оксид амидопропилдиметиламина гидрированного таллового масла, оксиды амидопропилдиметиламинов С 14-С 22-насыщенных или ненасыщенных жирных кислот или их смеси. В предпочтительном выполнении текучую концентрированную аминоксидную композицию загущающего агента в соответствии с данным изобретением получают реакцией третичного амина с концентрированным пероксидом водорода в смешиваемом гликоле в качестве растворителя. Количество гликоля, которое должно быть добавлено, определяется требуемой концентрацией раствора оксида амина. 6 Использованные гликоли являются растворителями с высокой температурой воспламенения, которые растворяют третичные амины,оксиды аминов и воду из реагента пероксида водорода. Если в качестве растворителя используют воду, получают гель/пасту с максимальной концентрацией оксида амина 20-30%. Если в качестве растворителя использовать спирт, такой как изопропанол, продукт будет иметь низкую температуру воспламенения и может рассматриваться как воспламеняемый. Таким образом, спирты, такие как изопропанол, способны модифицировать структуру образовавшихся при этом поверхностно-активных агрегатов, негативно влияя на способность раствора оксида амина загущаться. Использование гликолей в соответствии с данным изобретением преодолевает недостатки современного уровня техники и позволяет получать концентрированные вязкоэластичные композиции оксидов аминов,имеющие лучшую загущающую способность. В качестве альтернативы, аминоксидная композиция загущающего агента в соответствии с данным изобретением может быть получена реакцией третичного амина с концентрированным пероксидом водорода в спиртовом растворителе, таком как изопропанол, но, как указано выше, поскольку спиртовые растворители, такие как изопропанол, оказывают вредное влияние на характеристики загущающего агента, предпочтительно, чтобы спирт был удален из конечного продукта и заменен гликольным растворителем. Хотя в соответствии с данным изобретением может быть использован любой гликольный растворитель, наиболее предпочтительными гликолями являются, но не ограничивают их,этиленгликоль, бутиленгликоли, диэтиленгликоль, полипропиленгликоль, полиэтиленгликоль, глицерин, пропиленгликоли, тетраметиленгликоль, тетраметилэтиленгликоль, триметиленгликоль и подобные. Пропиленгликоли,например, 1,2-пропандиол, являются наиболее предпочтительными гликолями. В данном способе также важно минимизировать количество образующейся свободной жирной кислоты, так как свободная жирная кислота вредна для загущающих агентов данного изобретения. В частности, загущающие агенты в соответствии с данным изобретением придают более высокую вязкость водному раствору, если оксид амина содержит менее 5% свободной жирной кислоты, предпочтительно менее 3% свободной жирной кислоты и наиболее предпочтительно менее 1% свободной жирной кислоты. Чтобы достичь такого низкого уровня свободной жирной кислоты, важно использовать катализатор окисления в вышеупомянутом способе для получения загущающих агентов данного изобретения. Предпочтительными катализаторами окисления, но не ограничивающими их, являются растворенный диоксид углерода, карбонатная соль, бикарбонатная соль и 7 подобные. Подобная каталитическая система описана в патенте US4960934, который приведен здесь в качестве ссылки. Возможно также использование пассиватора. Это помогает стабилизировать продукт при более высокой температуре во время хранения. Предпочтительным пассиватором является фосфонатная соль, такая как фосфонатные соли,продающиесяDequest. Предпочтительным продуктом является Dequest 2010. Пассиватор может быть добавлен либо во время процесса изготовления композиции загущающего агента данного изобретения, либо в любой момент после этого. Композиция загущающего агента данного изобретения также дает более высокую вязкость водного раствора, если содержание оксида амина составляет менее 10%, но более 0,5% свободного амина, предпочтительно между 8 и 2% свободного амина, и наиболее предпочтительно между примерно 6 и 3% свободного амина. Концентрация композиции загущающего агента предпочтительно находится в интервале от примерно 1% до примерно 10% в зависимости от желаемой вязкости, более предпочтительно от примерно 3 до 8% и наиболее предпочтительно от примерно 4 до примерно 6%. Водная вязкоэластичная композиция данного изобретения, содержащая композицию загущающего агента данного изобретения, может также содержать неорганические соли (например, рассол, который содержит щелочнометаллические соли, щелочноземельнометаллические соли и/или аммонийные соли) и другие добавки,модифицирующие вязкость (например, такие как целлюлоза). Рассолы, загущенные указанными агентами, преимущественно использованы как агенты, отводящие воду, выталкивающие жидкости, раздробляющие жидкости, буровой шлам, уплотняющие гравием жидкости, буровые жидкости, рабочие жидкости, завершающие жидкости и подобные. Композиции загущающего агента данного изобретения могут также быть использованы для большинства других водных гелевых систем, включая, но не ограничивая, применение в чистящих и дезинфицирующих композициях,покрытиях на водной основе (например, красках), моющих составах, индивидуальных средствах для ухода, асфальтовых системах на водной основе, бетоне, строительных материалах(например, строительных растворах, штукатурке, связующих и подобных), сельскохозяйственных агентах, регулирующих ползучесть, и подобных. Будучи использованной в стимулирующих целях, вязкоэластичная жидкость может, но не обязательно, содержать смазки, ингибиторы коррозии и различные другие добавки. Смазками могут быть соли металлов или аминов серо-, фосфор-, боросодержащих органических или карбоновых кислот. Типичными 8 для таких солей являются карбоновые кислоты с от 1 до 22 атомами углерода, включая как ароматические, так и алифатические кислоты; серные кислоты, такие как алкил- и ароматические сульфоновые кислоты и подобные; фосфорные кислоты, такие как фосфорная кислота, фосфористая кислота, фосфиновая кислота, эфиры кислых фосфатов и аналогичные серные гомологи, такие как тиофосфорная и дитиофосфорная кислоты и родственные эфиры кислот; меркаптобензотиазол; боросодержащие кислоты,включая борную кислоту, кислые бораты и подобные; и соли аминов лауриновой кислоты. Ингибиторами коррозии могут быть нитриты, нитраты, фосфаты, силикаты и бензоаты щелочных металлов. Типичными подходящими органическими ингибиторами являются кислотные соединения, нейтрализованные гидрокарбиламинами и гидроксизамещенными гидрокарбиламинами, такие как нейтрализованные фосфаты и эфиры гидрокарбилфосфатов, нейтрализованные жирные кислоты (например, содержащие от 8 до 22 атомов углерода), нейтрализованные ароматические карбоновые кислоты(например, 4-(трет-бутил)бензойная кислота),нейтрализованные нафтеновые кислоты и нейтрализованные гидрокарбилсульфонаты. Применимы также смешанные соли эфиров алкилированных сукцинимидов. Ингибиторами коррозии также могут быть алканоламины, такие как этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин и соответствующие пропаноламины, также как и морфолин, этилендиамин, N,N-диэтилэтаноламин, альфа- и гамма-пиколины, пиперазин и изопропиламиноэтанол. Стимулирующие жидкости могут также содержать добавки для специального применения для оптимизации характеристик жидкости. Примерами являются пигменты; красители; отдушки, такие как цитронелловое масло; бактерициды и другие противомикробные вещества; хелатирующие агенты, такие как натриевая соль тетраацетата этилендиамина или нитрилотриуксусная кислота; антифризы, такие как этиленгликоль и аналогичные полиоксиалкиленполиолы; антивспениватели, такие как кремнийсодержащие агенты, и агенты, стабилизирующие сдвиг, такие как коммерчески доступные полиоксиалкиленполиолы. Также могут быть добавлены противоизносные агенты, модификаторы трения, агенты против сдвига и смазки. Включают также противозадирные присадки, такие как эфиры фосфатов и диалкилдитиофосфат цинка. Предложенные и описанные здесь поверхностно-активные вещества преимущественно используют в качестве загущающих агентов для раздробляющих жидкостей. Такие жидкости создают каналы или трещины в зонах пласта,продуцирующего нефть, чтобы улучшить образование нефти при условии высокой проницаемости пути от пласта породы к буровой скважи 9 не. Обычно раздробляющие жидкости закачивают в зоны с низкой проницаемостью под давлением, превышающим вес покрывающих пластов породы, вызывая этим щели и трещины в пластах породы. Поддерживающие агенты (например, в виде частиц) прибавляют к жидкости для предотвращения закрытия индуцированных трещин после введения жидкости путем поддерживания открытыми индуцированных щелей и трещин. Загущающие агенты добавляют к жидкости, чтобы переносить указанные закрепляющие агенты и уменьшить утечку жидкости. В зонах с высокой проницаемостью могут быть использованы различные способы, но часто применяют жидкие загустители. Описанные здесь загущающие агенты обеспечивают некоторые преимущества перед полимерами(например,полисахаридами),обычно используемыми в качестве загущающих агентов для жидкостей нисходящих скважин. Например, соединения, предложенные здесь (в частности, оксиды амидоаминов и, более конкретно, оксиды алкиламидопропиламинов), будучи использованы в качестве загущающих агентов для жидкостей нисходящих скважин,образуют меньше остатков в породе, которые могут быть результатом повреждения пласта во время или после процесса в нисходящей скважине. Таким образом, легче получить загущенную жидкость по сравнению с полимерами, которые обычно должны быть гидратированы, и загущенная жидкость может быть предназначена для "расщепления" при температурах породы или других факторах, таких как окислители или кислоты. Можно также "расщепить" загущенную жидкость путем использования растворителей, таких как углеводороды, спирты или даже нефть из породы. Загущающие агенты, предложенные ниже, применимы в широком диапазоне температур в зависимости от длины цепи и могут участвовать в извлечении нефти из породы. Подходящая жидкость для наклонной скважины может содержать пресную воду или морскую воду или рассол, содержащий хлорид натрия (обычно 1-5% по массе) и/или хлорид кальция (обычно 0,5-3% по массе), к которым(может быть добавлено) от примерно 3 до примерно 10%, и предпочтительно от примерно 4 до примерно 6% одного или более загущающих агентов в соответствии с данным изобретением. Для целей селективного модифицирования проницаемости подземной породы один или более загущающих агентов могут быть сначала смешаны с водой, предпочтительно содержащей гликоль, с образованием вязкоэластичной жидкости, которую затем впрыскивают в пласты породы в количестве, эффективном для уменьшения проницаемости более проницаемой(ых) зоны(зон) породы. Концентрация загущающего агента в жидкости может быть от примерно 0,5 10 до примерно 10%, предпочтительно от примерно 2 до примерно 8% и более предпочтительно от примерно 4 до примерно 6% по массе. Важно также, чтобы загущающий агент содержал менее примерно 1% свободной жирной кислоты и между примерно 2 и 8% свободного амина для оптимизации характеристик. Применения спирта, такого как изопропанол, следует избегать,так как он разрушает вязкоэластичный характер загущающих агентов данного изобретения. Следующие неограничивающие примеры иллюстрируют способ модифицирования реологического поведения водных жидкостей в соответствии с данным изобретением. Пример 1. Получение загущающего агента в соответствии с данным изобретением. Методика Загружают (8,4 фунта) амидопропилдиметиламин таллового жира (ТАРА), (7,0 фунта) растворитель (пропиленгликоль или изопропанол) и (1,8 г) Dequest 2010 в реактор емкостью 3 галлона. Определяют эквивалентный вес нетто(NE) амидопропиламина таллового жира. Затем загружают (70 г) бикарбоната аммония. Нагревают реактор до 50 С и продувают сверху азотом. Затем медленно добавляют 3% молярный избыток 70% Н 2 О 2, поддерживая температуру реакции при 55-60 С. Реакция сильно экзотермична. Далее добавляют Н 2 О 2 со скоростью 8,5 г/мин (минимум в течение 60 мин). Необходим строгий контроль за температурой, чтобы минимизировать (образование) нежелательных побочных продуктов. После окончания добавления Н 2 О 2 реакционную смесь выдерживают при 55 С до (остатков) свободного амина в соответствии с техническими требованиями. Пример 2. Сравнительное испытание вязкости. Все образцы вязкости были изучены на ротационном вискозиметре Brookfield DV II+ с коническим или плоским датчиком. Для всех проб использовали датчик СР 52. Способ, использованный для калибрования зазора, описан в ручных операциях. Зазор калибровали отдельно для каждого изученного температурного интервала. Все измерения вязкости производили при постоянной скорости вращения 0,5 об./мин. Инструмент был откалиброван при 0,5 об./мин с применением стандартов вязкости 1000, 5000,10000, 15000 и 20000 СР. Использованные образцы были активностью 6% (композиция оксида амина) в 3% водном растворе КСl (вес/вес). Образцы получали согласно следующей процедуре: 6 г вещества помещали в колбу, при постоянном перемешивании, с 94 г водного КСl(4%), и смесь перемешивали при 60 С один час. Затем образец выдерживали в течение ночи в печи при 60 С. Полученный гель использовали для проведения пробы вязкости с применениемBrookfield. Обычно для измерений использовали аликвотный объем 1,5 мл. Все значения вязкости приведены в сантипуазах (сПз). Использование пропиленгликоля в качестве растворителя неожиданно дает преимущества в вязкости. На современном уровне техники оксиды аминов готовят в водном или спиртовом растворителе, таком как изопропанол. Трудно,если не невозможно, приготовить высокоактивную композицию оксида амидоамина в воде, так как 10% активный раствор генерирует густой гель и при менее 20% активности в воде образуется паста. Если используют изопропанол, могут быть приготовлены концентрированные растворы, но присутствие изопропанола оказывает вредное действие на применение продукта для генерирования гелей в воде. Чтобы продемонстрировать вредное влияние спирта на данную систему и продемонстрировать неожиданно превосходные результаты данного изобретения в соответствии с общей процедурой примера 1 были приготовлены два образца: один с гликолем согласно данному изобретению и один в изопропаноле согласно современному уровню техники. Затем сравнивали вязкость указанных тестовых образцов. Данные приведены в таблице I ниже. Таблица III. Изменение (количества) жирной кислоты (все результаты вязкости даны в сПз) Как ясно видно из приведенных данных,высокоактивная композиция оксида амидоамина, приготовленная в гликоле в соответствии с данным изобретением, демонстрирует неожиданно превосходящий уровень вязкости по сравнению с высокоактивными композициями оксида амидоамина, приготовленными в изопропаноле. Обнаружено также, что количество свободного амина и жирной кислоты в оксиде амидоамина оказывает очень сильный эффект на вязкость геля, генерированного при помощи водной вязкоэластичной композиции данного изобретения. Это показано в таблице II ниже. Предпочтительная композиция содержит свободный амин (в количестве) более 1%, но менее 10%, и содержание жирной кислоты составляет менее 5%. Образцы А-К приготовлены с применением общего способа примера 1 с пропиленгликолем в качестве растворителя. Таблица II. Изменение (количества) свободного амина (все данные вязкости даны в сПз) 1. Композиция загущающего агента, содержащая по меньшей мере один гликоль в качестве растворителя и в качестве загущающего агента по меньшей мере один оксид амидоамина общей формулы (I) где R1 означает насыщенную или ненасыщенную, алифатическую группу с линейной или с разветвленной цепью, содержащую от 7 до 30 атомов углерода, R2 означает насыщенную или ненасыщенную двухвалентную алкиленовую группу с линейной или разветвленной цепью,содержащую от 2 до 6 атомов углерода, R3 и R4 одинаковые или различные и означают алкильную или гидроксиалкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, или R3 и R4 вместе с атомом азота, с которым они связаны, образуют гетероциклическое кольцо, содержащее до 6 членов, и R5 означает водород или алкильную или гидроксиалкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, причем указанная композиция загущающего агента содержит менее примерно 10% свободной жирной кислоты. 2. Композиция по п.1, которая содержит примерно 2-10% свободного амина. 3. Композиция по п.1, где R1 означает алифатическую группу с 15-21 атомами углерода иR2 означает алкиленовую группу с 2-4 атомами углерода. 4. Композиция по п.1, где R1 означает алифатическую группу, производную от природных жиров и масел, имеющих йодное число от примерно 1 до примерно 140, и R2 означает алкиленовую группу, содержащую 3 атома углерода. 5. Композиция по п.1, где R1 выбран из группы, состоящей из алкила таллового жира,алкила отвержденного таллового жира, алкила рапсового масла, алкила отвержденного рапсового масла, алкила таллового масла, алкила отвержденного таллового масла, алкила масла какао, стеарила, олеила и алкила соевого масла,R2 означает алкиленовую группу, содержащую три атома углерода, и каждый из R3 и R4 означает метил. 6. Композиция по п.1, где R3 и R4 вместе с азотом амина, с которым они связаны, образуют гетероциклическую группу, содержащую 5 членное кольцо, производное от пирролидина. 7. Композиция по п.1, где R3 и R4 вместе с азотом амина, с которым они связаны, образуют гетероциклическую группу, содержащую 6 членное кольцо, производное от пиперидина. 8. Композиция по п.1, где R3 и R4 вместе с азотом амина, с которым они связаны, образуют гетероциклическую группу, содержащую 6 членное кольцо, производное от морфолина. 9. Композиция по п.1, где по меньшей мере один гликольный растворитель выбран из группы, состоящей из этиленгликоля, бутиленгликолей, диэтиленгликоля, пропиленгликолей, полиэтиленгликоля, полипропиленгликоля, глицерина, тетраметиленгликоля, тетраметилэтиленгликоля, триметиленгликоля и их смесей. 10. Композиция по п.1, где указанный оксид амидоамина выбран из группы, состоящей из оксида амидоалкиламина таллового жира,оксида амидоалкиламина отвержденного таллового жира, оксида амидоалкиламина рапсового масла, оксида амидоалкиламина отвержденного рапсового масла, оксида амидоалкиламина таллового масла, оксида амидоалкиламина отвержденного таллового масла, оксида амидоалкиламида масла какао, оксида стеариламидоалкиламина, оксида олеиламидоалкиламина, оксида амидоалкиламина соевого масла и их смесей. 11. Композиция по п.1, где указанный оксид амидоамина выбран из группы, состоящей из оксида амидопропилдиметиламина таллового жира, оксида амидопропилдиметиламина гидрированного таллового жира, оксида амидопропилдиметиламина соевого масла, оксида олеиламидопропилдиметиламина, оксида эруциламидопропилдиметиламина, оксида амидопропилдиметиламина рапсового масла, оксида амидопропилдиметиламина гидрированного рапсового масла, оксида амидопропилдиметиламина таллового масла, оксида амидопропилдиметиламина гидрированного таллового масла, оксидов амидопропилдиметиламинов С 14-С 22-насы 005113 14 щенных или ненасыщенных жирных кислот и их смесей. 12. Композиция по п.1, где указанный оксид амидоамина выбран из группы, состоящей из оксида амидопропилдиметиламина таллового жира, оксида амидопропилдиметиламина гидрированного таллового жира, оксида амидопропилдиметиламина соевого масла, оксида олеиламидопропилдиметиламина, оксида эруциламидопропилдиметиламина, оксида амидопропилдиметиламина рапсового масла, оксида амидопропилдиметиламина гидрированного рапсового масла, оксида амидопропилдиметиламина таллового масла, оксида амидопропилдиметиламина гидрированного таллового масла, оксидов амидопропилдиметиламинов С 14-С 22-насыщенных или ненасыщенных жирных кислот и их смесей, и указанные гликоли выбраны из группы, состоящей из этиленгликоля, бутиленгликолей, диэтиленгликоля, пропиленгликолей,полиэтиленгликоля, полипропиленгликоля, глицерина, тетраметиленгликоля, тетраметилэтиленгликоля, триметиленгликоля и их смесей. 13. Водная вязкоэластичная композиция,содержащая композицию загущающего агента по п.1. 14. Композиция по п.13, содержащая от примерно 0,5 до примерно 10 мас.% композиции загущающего агента. 15. Композиция по п.14, содержащая от примерно 2 до примерно 8 мас.% композиции загущающего агента. 16. Способ регулирования реологии водной системы, предусматривающий: а) приготовление композиции загущающего агента, содержащей один или более амидоаминооксидных загущающих агентов общей формулы (I) где R1 означает насыщенную или ненасыщенную, алифатическую группу с линейной или с разветвленной цепью, с от 7 до 30 атомами углерода, R2 означает насыщенную или ненасыщенную, замещенную или незамещенную двухвалентную алкиленовую группу с от 2 до 6 атомами углерода, R3 и R4 одинаковые или различные и означают алкильную или гидроксиалкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, или R3 и R4 вместе с атомом азота, с которым они связаны, означают гетероциклическое кольцо, содержащее до 6 членов, и R5 означает водород или алкильную или гидроксиалкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, причем указанный оксид амидоамина находится в гликольном растворителе и содержит менее примерно 10% свободной жирной кислоты, иb) добавление указанной композиции загущающего агента к водной жидкости в количе 15 стве, достаточном для образования вязкоэластичной композиции. 17. Способ по п.16, где указанная композиция загущающего агента содержит от примерно 2 до примерно 10% свободного амина. 18. Способ по п.16, где R1 означает алифатическую группу с 15-21 атомами углерода и R2 означает алкиленовую группу с 2 - 4 атомами углерода. 19. Способ по п.16, где R1 означает алифатическую группу, производную природных жиров и масел, имеющих йодное число от примерно 10 до примерно 100, и R2 означает алкиленовую группу, содержащую 3 атома углерода. 20. Способ по п.16, где R1 выбран из группы, состоящей из алкила таллового жира, алкила отвержденного таллового жира, алкила рапсового масла, алкила отвержденного рапсового масла, алкила таллового масла, алкила отвержденного таллового масла, алкила масла какао,стеарила, олеила и алкила соевого масла, R2 означает алкиленовую группу, содержащую три атома углерода, и каждый из R3 и R4 означает метил. 21. Способ по п.16, где R3 и R4 вместе с азотом амина, с которым они связаны, образуют гетероциклическую группу, имеющую 5 членное кольцо, производное пирролидина. 22. Способ по п.16, где R3 и R4 вместе с азотом амина, с которым они связаны, образуют гетероциклическую группу, имеющую 6 членное кольцо, производное пиперидина. 23. Способ по п.16, где R3 и R4 вместе с азотом амина, с которым они связаны, образуют гетероциклическую группу, имеющую 6 членное кольцо, производное морфолина. 24. Способ по п.16, где загущающий агент присутствует в водной жидкости в концентрации от примерно 0,5 до примерно 10% по массе. 25. Способ по п.24, где загущающий агент присутствует в водной жидкости в концентрации от примерно 2 до примерно 8% по массе. 26. Способ приготовления композиции загущающего агента оксида амидоамина по п.1,который предусматривает растворение в гликольном растворителе третичного амидоамина общей формулы (II) 16 где R1 означает насыщенную или ненасыщенную, алифатическую группу с линейной или с разветвленной цепью, содержащую от 7 до 30 атомов углерода, R2 означает двухвалентную алкиленовую группу, содержащую от 2 до 6 атомов углерода, R3 и R4 одинаковые или различные и означают алкильную или гидроксиалкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода или R3 и R4 вместе с атомом азота, с которым они связаны, образуют гетероциклическое кольцо, содержащее до 6 членов, с последующей реакцией с пероксидом водорода в присутствии катализатора окисления, причем температуру реакции поддерживают ниже примерно 70 С. 27. Способ по п.26, где указанный катализатор окисления выбран из группы, состоящей из диоксида углерода, карбонатной соли, бикарбонатной соли и их смесей. 28. Способ размельчения подземной породы, предусматривающий стадию закачивания водной вязкоэластичной композиции через буровую скважину в подземную породу под давлением, достаточным для размельчения породы,где вязкоэластичная композиция является композицией по п.13. 29. Буровая жидкость, завершающая жидкость или рабочая жидкость, содержащая композицию загущающего агента по п.1. 30. Композиция по п.1, содержащая по меньшей мере один пассиватор. 31. Композиция по п.30, где указанным пассиватором является фосфонатная соль. 32. Способ по п.16, дополнительно предусматривающий по меньшей мере один пассиватор. 33. Способ по п.32, где указанным пассиватором является фосфонатная соль. 34. Способ по п.26, где указанная композиция дополнительно содержит пассиватор. 35. Водная кислая загущающая композиция, включающая по меньшей мере одну кислоту и композицию загущающего агента по п.1. 36. Стимулирующая жидкость, содержащая композицию по п.13. 37. Раздробляющая жидкость, содержащая композицию по п.13. 38. Раздробляющая жидкость, содержащая композицию по п.35.
МПК / Метки
МПК: C09K 7/02, E21B 43/26
Метки: применение, композиция, агента, загущающего
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/9-5113-kompoziciya-zagushhayushhego-agenta-i-eyo-primenenie.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Композиция загущающего агента и её применение</a>
Предыдущий патент: Сополимеры этилена и пленки из них
Следующий патент: Полисилоксаны для изготовления внутриглазной линзы и способы изготовления внутриглазной линзы
Случайный патент: Кристаллическая модификация ii 2-[2-(1-хлор-циклопропил)- 3 -(2-хлорфенил)-2-гидроксипропил]-2, 4-дигидро-3н-1, 2, 4-триазол-3-тиона