EA 009806B1 20080428 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2008\TIT_PDF/009806 Титульный лист описания [PDF] EAPO2008/PDF/009806 Полный текст описания EA200601347 20050120 Регистрационный номер и дата заявки US60/538,025 20040121 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок IB2005/050243 Номер международной заявки (PCT) WO2005/071038 20050804 Номер публикации международной заявки (PCT) EAB1 Код вида документа [eab] EAB20802 Номер бюллетеня [RU] ДОБАВКА ДЛЯ ВЯЗКОУПРУГОЙ ЖИДКОСТИ Название документа C09K 8/04, C09K 8/57 Индексы МПК [US] Чен Иянь, Ли Джесс К. Сведения об авторах [NL] ШЛЮМБЕРГЕР ТЕКНОЛОДЖИ Б.В. Сведения о патентообладателях [NL] ШЛЮМБЕРГЕР ТЕКНОЛОДЖИ Б.В. Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000009806b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

1. Водный состав для нефтепромысловой обработки, включающий цвиттерионогенные поверхностно-активные вещества, имеющие формулу

или

где R представляет собой алкилгруппу, содержащую приблизительно от 17 до 23 атомов углерода, которые могут иметь разветвленную или прямолинейную цепь и которые могут быть насыщенными или ненасыщенными; каждый из a, b, a' и b' равен величине от 0 до 10, а каждый из m и m' равен величине от 0 до 13, каждый из a и b равен 1 или 2 в том случае, если m не равно 0, и (a+b) равно величине от 2 до 10 в том случае, если m равно 0; каждый из a' и b' равен 1 или 2 в том случае, если m' не равно 0, и (a'+b') равно величине от 1 до 5 в том случае, если m' равно 0; (m+m') равно величине от 0 до 14 и дополнительно включающий трехблочный агент для совместного загустевания выбран из

 или

где y равно величине от 10 до 50, предпочтительно от 24 до 36; y' равно величине от 4 до 50, предпочтительно от 6 до 24; x и z равны величине от 6 до 22, предпочтительно от 8 до 16; а x' и z' равны величине от 1 до 50, предпочтительно от 3 до 40, при этом величины x и z и x' и z' могут быть одинаковыми.

2. Состав по п.1, в котором упомянутое цвиттерионогенное поверхностно-активное вещество имеет бетаиновую структуру

в которой R представляет собой гидрокарбильную группу, которая может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматической, алифатической или олефиновой и содержать от 17 до 23 атомов углерода, а также может содержать амин; n=от 2 до 4; а р=от 1 до 5, и смеси данных соединений.

3. Водный состав для нефтепромысловой обработки, включающий катионогенное поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, имеющих структуру

где R 1 содержит от 14 до 26 атомов углерода, может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматическим, насыщенным или ненасыщенным и включать карбонил, амид, ретроамид, имид, мочевину или амин; каждый из R 2 , R 3 и R 4 независимо представляет собой водород или C 1 6 алифатические группы, которые могут быть одинаковыми или различными, иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть насыщенными или ненасыщенными, при этом одна или более из них могут быть замещены группой, придающей группам R 2 , R 3 и R 4 большую гидрофильность; группы R 2 , R 3 и R 4 могут быть внедрены в гетероциклическую структуру с 5- или 6-членным кольцом, включающим атом азота; группы R 2 , R 3 и R 4 могут быть одинаковыми или различными; R 1 , R 2 , R 3 и/или R 4 могут содержать одно или более звеньев этиленоксида и/или пропиленоксида; а Х - представляет собой анион; а также смеси упомянутых соединений и дополнительно включающий трехблочный агент для совместного загустевания выбран из

 или

где y равно величине от 10 до 50, предпочтительно от 24 до 36; y' равно величине от 4 до 50, предпочтительно от 6 до 24; x и z равны величине от 6 до 22, предпочтительно от 8 до 16; а x' и z' равны величине от 1 до 50, предпочтительно от 3 до 40, при этом величины x и z и x' и z' могут быть одинаковыми.

4. Состав по п.3, в котором упомянутое поверхностно-активное вещество дополнительно включает амин, например, имеющий структуру

где R 1 , R 2 и R 3 имеют значения, указанные в п.3.

5. Состав по п.1 или 3, дополнительно включающий кислоту, выбранную из группы, содержащей хлористо-водородную кислоту, фтористо-водородную кислоту, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту, гликолевую кислоту, сульфаминовую кислоту, яблочную кислоту, лимонную кислоту, винную кислоту, малеиновую кислоту, метилсульфаминовую кислоту, хлоруксусную кислоту, а также их смеси.

6. Концентрат, добавляемый к водной жидкости для получения вязкоупругой жидкости, при этом упомянутый концентрат содержит вещество, понижающее точку замерзания, выбранное из метанола, этанола, изопропанола, этиленгликоля и пропиленгликоля, менее 60% воды, агент для совместного загустения, описанный в п.1, и вязкоупругое поверхностно-активное вещество.

7. Состав по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий полинафталинсульфонат.

8. Способ сокращения времени восстановления после сдвига жидкости на основе вязкоупругого поверхностно-активного вещества, включающий:

а) получение жидкости, содержащей вязкоупругое поверхностно-активное вещество, выбранное из цвиттерионогенного поверхностно-активного вещества, имеющего формулу

или

где R представляет собой алкилгруппу, содержащую приблизительно от 17 до 23 атомов углерода, которые могут иметь разветвленную или прямолинейную цепь и которые могут быть насыщенными или ненасыщенными; каждый из а, b, а' и b' равен величине от 0 до 10, а каждый из m и m' равен величине от 0 до 13, каждый из а и b равен 1 или 2 в том случае, если m не равно 0, и (а+b) равно величине от 2 до 10 в том случае, если m равно 0; каждый из а' и b' равен 1 или 2 в том случае, если m' не равно 0, и (а'+b') равно величине от 1 до 5 в том случае, если m' равно 0; (m+m') равно величине от 0 до 14 и

катионогенное поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, имеющих структуру

где R 1 содержит от 14 до 26 атомов углерода, может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматическим, насыщенным или ненасыщенным и включать карбонил, амид, ретроамид, имид, мочевину или амин; каждый из R 2 , R 3 и R 4 независимо представляет собой водород или C 1 -C 6 алифатические группы, которые могут быть одинаковыми или различными, иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть насыщенными или ненасыщенными, при этом одна или более из них могут быть замещены группой, придающей группам R 2 , R 3 и R 4 большую гидрофильность; группы R 2 , R 3 и R 4 могут быть внедрены в гетероциклическую структуру с 5- или 6-членным кольцом, включающим атом азота; группы R 2 , R 3 и R 4 могут быть одинаковыми или различными; R 1 , R 2 , R 3 и/или R 4 могут содержать одно или более звеньев этиленоксида и/или пропиленоксида; а X - представляет собой анион; а также смеси упомянутых соединений;

b) смешивание с упомянутой жидкостью агента для совместного загустения из трехблочного олигомера в количестве, достаточном для сокращения периода восстановления после сдвига упомянутой жидкости, при этом упомянутый агент для совместного загустения выбран из

 или

где y равно величине от 10 до 50, предпочтительно от 24 до 36; у' равно величине от 4 до 50, предпочтительно от 6 до 24; x и z равны величине от 6 до 22, предпочтительно от 8 до 16; а х' и z' равны величине от 1 до 50, предпочтительно от 3 до 40, при этом величины x и z и х' и z' могут быть одинаковыми.

9. Способ нефтепромысловой обработки, включающий:

а) получение жидкости, содержащей вязкоупругое поверхностно-активное вещество, выбранное из цвиттерионогенного поверхностно-активного вещества, имеющее формулу

или

где R представляет собой алкилгруппу, содержащую приблизительно от 17 до 23 атомов углерода, которые могут иметь разветвленную или прямолинейную цепь и которые могут быть насыщенными или ненасыщенными; каждый из а, b, а' и b' равен величине от 0 до 10, а каждый из m и m' равен величине от 0 до 13, каждый из а и b равен 1 или 2 в том случае, если m не равно 0, и (а+b) равно величине от 2 до 10 в том случае, если m равно 0; каждый из а' и b' равен 1 или 2 в том случае, если m' не равно 0, и (а'+b') равно величине от 1 до 5 в том случае, если m' равно 0; (m+m') равно величине от 0 до 14 и

катионогенное поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, имеющих структуру

где R 1 содержит от 14 до 26 атомов углерода, может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматическим, насыщенным или ненасыщенным и включать карбонил, амид, ретроамид, имид, мочевину или амин; каждый из R 2 , R 3 и R 4 независимо представляет собой водород или C 1 6 алифатические группы, которые могут быть одинаковыми или различными, иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть насыщенными или ненасыщенными, при этом одна или более из них могут быть замещены группой, придающей группам R 2 , R 3 и R 4 большую гидрофильность; группы R 2 , R 3 и R 4 могут быть внедрены в гетероциклическую структуру с 5- или 6-членным кольцом, включающим атом азота; группы R 2 , R 3 и R 4 могут быть одинаковыми или различными; R 1 , R 2 , R 3 и/или R 4 могут содержать одно или более звеньев этиленоксида и/или пропиленоксида; а X - представляет собой анион; а также смеси упомянутых соединений и

агент для совместного загустевания, выбранный из

 или

где y равно величине от 10 до 50, предпочтительно от 24 до 36; у' равно величине от 4 до 50, предпочтительно от 6 до 24; x и z равны величине от 6 до 22, предпочтительно от 8 до 16; а х' и z' равны величине от 1 до 50, предпочтительно от 3 до 40, при этом величины x и z и х' и z' могут быть одинаковыми;

b) инжектирование жидкости в скважину.

 


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:
Водный состав для нефтепромысловой обработки, включающий цвиттерионогенные поверхностно-активные вещества, имеющие формулу

или

где R представляет собой алкилгруппу, содержащую приблизительно от 17 до 23 атомов углерода, которые могут иметь разветвленную или прямолинейную цепь и которые могут быть насыщенными или ненасыщенными; каждый из a, b, a' и b' равен величине от 0 до 10, а каждый из m и m' равен величине от 0 до 13, каждый из a и b равен 1 или 2 в том случае, если m не равно 0, и (a+b) равно величине от 2 до 10 в том случае, если m равно 0; каждый из a' и b' равен 1 или 2 в том случае, если m' не равно 0, и (a'+b') равно величине от 1 до 5 в том случае, если m' равно 0; (m+m') равно величине от 0 до 14 и дополнительно включающий трехблочный агент для совместного загустевания выбран из

 или

где y равно величине от 10 до 50, предпочтительно от 24 до 36; y' равно величине от 4 до 50, предпочтительно от 6 до 24; x и z равны величине от 6 до 22, предпочтительно от 8 до 16; а x' и z' равны величине от 1 до 50, предпочтительно от 3 до 40, при этом величины x и z и x' и z' могут быть одинаковыми.

2. Состав по п.1, в котором упомянутое цвиттерионогенное поверхностно-активное вещество имеет бетаиновую структуру

в которой R представляет собой гидрокарбильную группу, которая может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматической, алифатической или олефиновой и содержать от 17 до 23 атомов углерода, а также может содержать амин; n=от 2 до 4; а р=от 1 до 5, и смеси данных соединений.

3. Водный состав для нефтепромысловой обработки, включающий катионогенное поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, имеющих структуру

где R 1 содержит от 14 до 26 атомов углерода, может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматическим, насыщенным или ненасыщенным и включать карбонил, амид, ретроамид, имид, мочевину или амин; каждый из R 2 , R 3 и R 4 независимо представляет собой водород или C 1 6 алифатические группы, которые могут быть одинаковыми или различными, иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть насыщенными или ненасыщенными, при этом одна или более из них могут быть замещены группой, придающей группам R 2 , R 3 и R 4 большую гидрофильность; группы R 2 , R 3 и R 4 могут быть внедрены в гетероциклическую структуру с 5- или 6-членным кольцом, включающим атом азота; группы R 2 , R 3 и R 4 могут быть одинаковыми или различными; R 1 , R 2 , R 3 и/или R 4 могут содержать одно или более звеньев этиленоксида и/или пропиленоксида; а Х - представляет собой анион; а также смеси упомянутых соединений и дополнительно включающий трехблочный агент для совместного загустевания выбран из

 или

где y равно величине от 10 до 50, предпочтительно от 24 до 36; y' равно величине от 4 до 50, предпочтительно от 6 до 24; x и z равны величине от 6 до 22, предпочтительно от 8 до 16; а x' и z' равны величине от 1 до 50, предпочтительно от 3 до 40, при этом величины x и z и x' и z' могут быть одинаковыми.

4. Состав по п.3, в котором упомянутое поверхностно-активное вещество дополнительно включает амин, например, имеющий структуру

где R 1 , R 2 и R 3 имеют значения, указанные в п.3.

5. Состав по п.1 или 3, дополнительно включающий кислоту, выбранную из группы, содержащей хлористо-водородную кислоту, фтористо-водородную кислоту, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту, гликолевую кислоту, сульфаминовую кислоту, яблочную кислоту, лимонную кислоту, винную кислоту, малеиновую кислоту, метилсульфаминовую кислоту, хлоруксусную кислоту, а также их смеси.

6. Концентрат, добавляемый к водной жидкости для получения вязкоупругой жидкости, при этом упомянутый концентрат содержит вещество, понижающее точку замерзания, выбранное из метанола, этанола, изопропанола, этиленгликоля и пропиленгликоля, менее 60% воды, агент для совместного загустения, описанный в п.1, и вязкоупругое поверхностно-активное вещество.

7. Состав по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий полинафталинсульфонат.

8. Способ сокращения времени восстановления после сдвига жидкости на основе вязкоупругого поверхностно-активного вещества, включающий:

а) получение жидкости, содержащей вязкоупругое поверхностно-активное вещество, выбранное из цвиттерионогенного поверхностно-активного вещества, имеющего формулу

или

где R представляет собой алкилгруппу, содержащую приблизительно от 17 до 23 атомов углерода, которые могут иметь разветвленную или прямолинейную цепь и которые могут быть насыщенными или ненасыщенными; каждый из а, b, а' и b' равен величине от 0 до 10, а каждый из m и m' равен величине от 0 до 13, каждый из а и b равен 1 или 2 в том случае, если m не равно 0, и (а+b) равно величине от 2 до 10 в том случае, если m равно 0; каждый из а' и b' равен 1 или 2 в том случае, если m' не равно 0, и (а'+b') равно величине от 1 до 5 в том случае, если m' равно 0; (m+m') равно величине от 0 до 14 и

катионогенное поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, имеющих структуру

где R 1 содержит от 14 до 26 атомов углерода, может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматическим, насыщенным или ненасыщенным и включать карбонил, амид, ретроамид, имид, мочевину или амин; каждый из R 2 , R 3 и R 4 независимо представляет собой водород или C 1 -C 6 алифатические группы, которые могут быть одинаковыми или различными, иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть насыщенными или ненасыщенными, при этом одна или более из них могут быть замещены группой, придающей группам R 2 , R 3 и R 4 большую гидрофильность; группы R 2 , R 3 и R 4 могут быть внедрены в гетероциклическую структуру с 5- или 6-членным кольцом, включающим атом азота; группы R 2 , R 3 и R 4 могут быть одинаковыми или различными; R 1 , R 2 , R 3 и/или R 4 могут содержать одно или более звеньев этиленоксида и/или пропиленоксида; а X - представляет собой анион; а также смеси упомянутых соединений;

b) смешивание с упомянутой жидкостью агента для совместного загустения из трехблочного олигомера в количестве, достаточном для сокращения периода восстановления после сдвига упомянутой жидкости, при этом упомянутый агент для совместного загустения выбран из

 или

где y равно величине от 10 до 50, предпочтительно от 24 до 36; у' равно величине от 4 до 50, предпочтительно от 6 до 24; x и z равны величине от 6 до 22, предпочтительно от 8 до 16; а х' и z' равны величине от 1 до 50, предпочтительно от 3 до 40, при этом величины x и z и х' и z' могут быть одинаковыми.

9. Способ нефтепромысловой обработки, включающий:

а) получение жидкости, содержащей вязкоупругое поверхностно-активное вещество, выбранное из цвиттерионогенного поверхностно-активного вещества, имеющее формулу

или

где R представляет собой алкилгруппу, содержащую приблизительно от 17 до 23 атомов углерода, которые могут иметь разветвленную или прямолинейную цепь и которые могут быть насыщенными или ненасыщенными; каждый из а, b, а' и b' равен величине от 0 до 10, а каждый из m и m' равен величине от 0 до 13, каждый из а и b равен 1 или 2 в том случае, если m не равно 0, и (а+b) равно величине от 2 до 10 в том случае, если m равно 0; каждый из а' и b' равен 1 или 2 в том случае, если m' не равно 0, и (а'+b') равно величине от 1 до 5 в том случае, если m' равно 0; (m+m') равно величине от 0 до 14 и

катионогенное поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, имеющих структуру

где R 1 содержит от 14 до 26 атомов углерода, может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматическим, насыщенным или ненасыщенным и включать карбонил, амид, ретроамид, имид, мочевину или амин; каждый из R 2 , R 3 и R 4 независимо представляет собой водород или C 1 6 алифатические группы, которые могут быть одинаковыми или различными, иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть насыщенными или ненасыщенными, при этом одна или более из них могут быть замещены группой, придающей группам R 2 , R 3 и R 4 большую гидрофильность; группы R 2 , R 3 и R 4 могут быть внедрены в гетероциклическую структуру с 5- или 6-членным кольцом, включающим атом азота; группы R 2 , R 3 и R 4 могут быть одинаковыми или различными; R 1 , R 2 , R 3 и/или R 4 могут содержать одно или более звеньев этиленоксида и/или пропиленоксида; а X - представляет собой анион; а также смеси упомянутых соединений и

агент для совместного загустевания, выбранный из

 или

где y равно величине от 10 до 50, предпочтительно от 24 до 36; у' равно величине от 4 до 50, предпочтительно от 6 до 24; x и z равны величине от 6 до 22, предпочтительно от 8 до 16; а х' и z' равны величине от 1 до 50, предпочтительно от 3 до 40, при этом величины x и z и х' и z' могут быть одинаковыми;

b) инжектирование жидкости в скважину.

 


009806
Уровень техники
Данное изобретение относится к агентам для совместного загустевания текучих систем вязкоупру-гих поверхностно-активных веществ. Более конкретно, оно относится к выбору и оптимизации агентов совместного загустевания текучих систем, используемых в широком интервале солености и температуры. Наиболее конкретно, оно касается агентов совместного загустевания для сокращения периода восстановления после сдвига и повышения вязкости вязкоупругих поверхностно-активных веществ, используемых в жидкостях для нефтепромысловой обработки.
Некоторые поверхностно-активные вещества, присутствуя в водном растворе, образуют вязкоупру-гие жидкости. Такие поверхностно-активные вещества называют "вязкоупругими поверхностно-активными веществами" или VES. Другие компоненты, такие как дополнительные VES, совместные поверхностно-активные вещества, буферы, кислоты, растворители и соли, являются необязательными или необходимыми и, среди других функций, могут повышать стабильность (особенно термостабильность) или повышать вязкость систем модификацией и/или стабилизацией мицелл; все компоненты вместе называют "текучей системой вязкоупругих поверхностно-активных веществ". Не ограничиваясь теорией, многие системы вязкоупругих поверхностно-активных веществ образуют длинные стержнеобразные или червеобразные мицеллы в водном растворе. Переплетение таких мицеллярных структур придает жидкости вязкость и эластичность. Для того чтобы жидкость имела хорошую вязкость при заданных условиях, должны образовываться нужные мицеллы и получаться нужное переплетение. Для этого необходимо, чтобы структура поверхностно-активного вещества удовлетворяла определенным геометрическим требованиям и чтобы мицеллы имели достаточную длину или взаимные связи для соответствующего переплетения.
Известно, что многие химические добавки улучшают реологическое поведение (повышенная вязкость, и/или повышенная стабильность, и/или повышенная устойчивость к солевому раствору, и/или пониженная чувствительность к сдвигу, и/или ускоренное восстановление при разрушении мицелл, например, в результате сдвига). Такие материалы, обычно называемые совместными поверхностно-активными веществами, агентами совместного загустевания, модификаторами реологии или усилителями реологии и т. д., как правило, представляют собой спирты, органические кислоты, такие как карбоновые кислоты и сульфоновые кислоты, сульфонаты и пр. В данном описании используется термин "агенты совместного загустевания". Такие материалы часто оказывают различное действие в зависимости от их конкретного состава и концентрации (например, длины углеводородных цепей групп в поверхностно-активном веществе и совместном поверхностно-активном веществе). Например, такие материалы могут оказаться полезными при одном содержании и вредными (пониженная вязкость, пониженная стабильность, повышенная чувствительность к сдвигу, более длительный период восстановления) при другом.
В частности, существует потребность в химических добавках, эффективных для повышения вязкости систем VES при заданной температуре и/или для повышения температуры, при которой такие системы VES сохраняют вязкость, обеспечивающую полезность жидкостей. Более того, многим текучим системам VES требуется длительный период восстановления вязкости после продолжительного сильного сдвига. Медленное восстановление после сдвига отрицательно влияет на снижение гидравлического сопротивления и способность к транспортировке расклинивающего наполнителя, что впоследствии приводит к нежелательно высокому давлению обработки и возможным сложностям от расположенных поблизости от буровых скважин отвалов. Для преодоления негативных последствий медленного восстановления после сдвига иногда может быть использовано более высокое содержание VES. Существует потребность в добавках, расширяющих диапазон использования системы VES и снижающих требуемое количество поверхностно-активного вещества, что, в свою очередь, снижает затраты и улучшает очистку при многих видах использования, таких как, но не ограничиваясь ими, жидкости для нефтепромысловой обработки, особенно жидкости для воздействия на пласт, и, наиболее особенно, жидкости для гидравлического разрыва. Несмотря на известные добавки, способные сокращать период восстановления VES после сдвига и повышать вязкость (см., например, заявки на патент США серийные №№ 10/994664 и 11/012446, права на которые принадлежат тому же правопреемнику, что и настоящее изобретение), все еще сохраняется потребность в дополнительных простых и недорогих усилителях реологии.
Сущность изобретения
Один из вариантов данного изобретения касается водного состава для нефтепромысловой обработки, содержащего вязкоупругое поверхностно-активное вещество и агент совместного загустевания. Агент для совместного загустевания имеет структуру, выбранную из ABC и BAD, в которой А и В связаны простой эфирной связью или сложной эфирной связью, B и C связаны простой эфирной связью или сложной эфирной связью, A и D связаны простой эфирной связью или сложной эфирной связью, при этом две связи в агенте для совместного загустения могут быть одинаковыми или различными, A и C являются гидрофобными и могут быть одинаковыми или различными и могут содержать амин, амид и сложноэфирные группы, а B и D являются гидрофильными и могут быть одинаковыми или различными. A и C представляют собой насыщенный или ненасыщенный, линейный или разветвленный алкил и могут содержать одно или более ароматических колец; A и C являются одинаковыми или различными, а B и D являются ионными или неионными и могут быть одинаковыми или различными.
- 1 -
009806
Примеры состава агента совместного загустевания включают Н(СН2)х{ОСН2СН2)уО(СН2) гН, Н (СН2) кСО (ОСН2СН2) уОСО (СН2) гН, НО(СН2СН2О)К'С0(СН2}у'СО(0СН2СН2) г-он и
НО(СН2СН20)х. {СН2)у <ОСН2СН2)г-ОН,
где y равно приблизительно от 10 до 50, предпочтительно приблизительно от 24 до 36; y' равно приблизительно от 4 до 50, предпочтительно приблизительно от 6 до 24; x и z равны приблизительно от 6 до 22, предпочтительно приблизительно от 8 до 16; а x' и z' равны приблизительно от 1 до 50, предпочтительно приблизительно от 3 до 40. Величины x и z и x' и z' могут быть одинаковыми.
Содержание агента совместного загустевания составляет приблизительно от 0,005 до 3%, предпочтительно приблизительно от 0,01 до 0,5%, наиболее предпочтительно приблизительно от 0,01 до 0,1%. Состав может содержать полинафталинсульфонат.
Согласно следующему варианту вязкоупругое поверхностно-активное вещество содержит цвитте-рионное поверхностно-активное вещество, которое может иметь формулу
RCONH- (CH2)a(CH2CH20)m(CH2)b-N+{CH3}2- (СН2)а- (СН2СНгО)го- (СН2) ,'СОО" где R представляет собой алкилгруппу, содержащую приблизительно от 17 до 23 атомов углерода, которые могут иметь разветвленную или прямолинейную цепь и которые могут быть насыщенными или ненасыщенными; каждый из a, b, a' и b' равен величине от 0 до 10, а каждый из m и m' равен величине от 0 до 13, каждый из a и b равен 1 или 2 в том случае, если m не равно 0, и (a+b) равно величине от 2 до 10 в том случае, если m равно 0; каждый из a' и b' равен 1 или 2 в том случае, если m' не равно 0, и (a'+b') равно величине от 1 до 5 в том случае, если m' равно 0; (m+m') равно числу от 0 до 14; а CH2CH2O может также представлять собой OCH2CH2.
В качестве примера цвиттерионогенное поверхностно-активное вещество имеет бетаиновую структуру
Н Н3С СН3 о R N Nt Y {СНг> " "(СНг)р О
в которой R представляет собой гидрокарбилгруппу, которая может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматической, алифатической или олефиновой и содержать приблизительно от 14 до 26 атомов углерода, а также может содержать амин; ^приблизительно от 2 до 4; а p=от 1 до приблизительно 5, и смеси данных соединений.
Примеры бетаиновой структуры включают олеиламидопропилбетаин и эруциламидопропилбетаин. Жидкость может также содержать совместное поверхностно-активное вещество. Примером водного состава для нефтепромысловой обработки является состав, в котором вязкоупругое поверхностно-активное вещество содержит эруциламидопропилбетаин, а агент для совместного загустевания содержит
Н (СН2} х (ОСН2СН2) уО (СН2) гн,
в котором x=z=12, а y=32.
Согласно очередному варианту вязкоупругое поверхностно-активное вещество содержит катионное поверхностно-активное вещество, например, поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, имеющих структуру
RXN+(R2) (R3) где R1 содержит приблизительно от 14 до 26 атомов углерода, может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматическим, насыщенным или ненасыщенным и включать карбонил, амид, рет-роамид, имид, мочевину или амин; каждый из R2, R3 и R4 независимо представляет собой водород или C1 до приблизительно С6 алифатические группы, которые могут быть одинаковыми или различными, иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть насыщенными или ненасыщенными, при этом одна или более из них могут быть замещены группой, придающей группам R2, R3 и R4 большую гидрофильность; группы R2, R3 и R4 могут быть внедрены в гетероциклическую структуру с 5- или 6-членным кольцом, включающим атом азота; группы R2, R3 и R4 могут быть одинаковыми или различными; R1, R2, R3 и/или R4 могут содержать одно или более звеньев этиленоксида и/или пропиленоксида; а X- представляет собой анион; а также смеси указанных соединений. В качестве дальнейшего примера R1 включает приблизительно от 18 до 22 атомов углерода и может включать карбонил, амид или амин; R2, R3 и R4 включают от 1 до приблизительно 3 атомов углерода, а X- представляет собой галоид. В качестве дальнейшего примера R1 включает приблизительно от 18 до 22 атомов углерода и может включать карбонил, амид или амин, a R2, R3 и R4 являются одинаковыми и включают от 1 до приблизительно 3 атомов углерода.
- 2 -
009806
Согласно дальнейшему варианту катионное вязкоупругое поверхностно-активное вещество может также содержать амин, например, имеющий структуру
RiN (R2} (R3)
где R1, R2 и R3 имеют вышеуказанные значения. Содержание амина может составлять, например, приблизительно от 0,01 до 1%.
Согласно очередному варианту вязкоупругое поверхностно-активное вещество содержит оксид амина.
Согласно другому варианту в состав водной жидкости для нефтепромысловой обработки может необязательно входить кислота, выбранная из соляной кислоты, фтористо-водородной кислоты, муравьиной кислоты, уксусной кислоты, молочной кислоты, гликолевой кислоты, сульфаминовой кислоты, яблочной кислоты, лимонной кислоты, винной кислоты, малеиновой кислоты, метилсульфаминовой кислоты, хлоруксусной кислоты, а также смеси перечисленных кислот.
Следующий вариант касается концентрата, добавляемого к водной жидкости для получения вязко-упругой жидкости, при этом упомянутый концентрат содержит вещество, понижающее температуру замерзания, менее приблизительно 60% воды, вышеописанный агент для совместного загустевания и вяз-коупругое поверхностно-активное вещество.
Очередной вариант касается способа сокращения времени восстановления после сдвига жидкости на основе вязкоупругого поверхностно-активного вещества, включающего а) получение жидкости, содержащей вязкоупругое поверхностно-активное вещество, и b) смешивание с полученной жидкостью агента для совместного загустевания в количестве, достаточном для сокращения периода восстановления жидкости после сдвига. Агент для совместного загустевания имеет структуру, выбранную из ABC и BAD, в которой A и B связаны простой эфирной связью или сложной эфирной связью, B и C связаны простой эфирной связью или сложной эфирной связью, A и D связаны простой эфирной связью или сложной эфирной связью, при этом две связи в агенте для совместного затвердевания могут быть одинаковыми или различными, A и C являются гидрофобными и могут быть одинаковыми или различными и могут содержать амин, амид и сложноэфирные группы, а B и D являются гидрофильными и могут быть одинаковыми или различными.
Другой вариант касается способа нефтепромысловой обработки, включающего а) получение жидкости, содержащей вязкоупругое поверхностно-активное вещество и агент для совместного загустевания, имеющий структуру, выбранную из ABC и BAD, в которой A и B связаны простой эфирной связью или сложной эфирной связью, B и C связаны простой эфирной связью или сложной эфирной связью, A и D связаны простой эфирной связью или сложной эфирной связью, при этом две связи в агенте для совместного загустевания могут быть одинаковыми или различными, A и C являются гидрофобными и могут быть одинаковыми или различными и могут содержать амин, амид и сложноэфирные группы, а B и D являются гидрофильными и могут быть одинаковыми или различными, и инжектирование жидкости в скважину.
Краткое описание чертежей
На чертеже показана вязкость текучих систем VES с агентами для совместного загустевания согласно данному изобретению и без них в зависимости от температуры.
Подробное описание изобретения
При загустевании жидкостей добавлением систем вязкоупругих поверхностно-активных веществ предполагается, что вязкость повышается благодаря образованию мицелл, например, червеобразных мицелл, которые переплетаются, образуя структуру жидкости, обеспечивающую вязкость. Помимо самой вязкости, важными аспектами свойств жидкости являются степень и скорость восстановления вязкости или восстановление при воздействии на жидкость сильного сдвига, а затем его ослаблении. В случае с жидкими VES сдвиг может разрушить структуру мицелл, после чего структура перестраивается. Для осуществления контроля степени и скорости восстановления структуры мицелл (восстановление) необходимо обеспечить максимальные характеристики системы поверхностно-активных веществ при различных видах ее использования. Например, при гидравлическом разрыве важно, чтобы жидкость как можно быстрее вновь приобрела вязкость после прохождения участка с высоким сдвигом в трубах и поступления в среду с низким сдвигом в гидравлическом разломе. С другой стороны, в змеевиковых трубах для очистки целесообразно обеспечить небольшую задержку при восстановлении полной вязкости с целью более эффективной подачи твердых веществ со дна буровой скважины в кольцевой канал. Восстановление вязкости в таком канале обеспечивает эффективный транспорт твердых веществ на поверхность. Таким образом, как вязкость, так и скорость восстановления после сдвига являются важными реологическими свойствами жидкости.
Несмотря на то что текучие системы вязкоупругих поверхностно-активных веществ проявляют хорошие вязкоупругие свойства при использовании их для гидравлического разрыва, именно время восстановления после сдвига, а не вязкость жидкости часто определяет минимальное содержание требуемого поверхностно-активного вещества. Например, жидкость с определенным содержанием поверхностно-активного вещества может иметь соответствующую вязкость при разломе при данной температуре, од
- 3 -
009806
нако требуемое минимальное используемое содержание может быть выше по причине медленного восстановления после сдвига с более низким содержанием. Считается, что приемлемое время восстановления после сдвига составляет около 15 с. Время, превышающее приблизительно 15 с, оказывает отрицательное влияние на гидравлическое сопротивление и транспортировку расклинивающего наполнителя. Сокращение времени восстановления вязкости обеспечивает возможность использования текучих систем VES и/или их содержания, которые иначе во многих случаях не могли бы быть использованы. Кроме того, при дополнительном повышении вязкости жидкости при помощи модификатора реологии, требуется меньшее количество поверхностно-активного вещества для получения заданной вязкости. Примеры усилителей реологии приведены в заявке на патент США серийный № 10/994664.
Было обнаружено, что некоторые простые химические добавки, будучи включенными в определенные текучие системы вязкоупругих поверхностно-активных веществ (таких как катионные, амфотерные и цвиттерионные текучие системы вязкоупругих поверхностно-активных веществ, особенно бетаиновые цвиттерионные текучие системы вязкоупругих поверхностно-активных веществ), в соответствующем количестве относительно активных ингредиентов поверхностно-активных веществ a) существенно сокращают время восстановления после сдвига систем, b) повышают вязкость систем VES при данной температуре, и c) повышают температуры, при которых системы VES сохраняют вязкость, обеспечивающую возможность использования жидкостей в таких качествах, как (но не ограничиваясь ими) использование в качестве жидкостей для нефтепромысловой обработки, особенно воздействующих на пласт жидкостей, а еще более особенно - жидкостей для гидравлического разрыва. Во многих случаях восстановление после сдвига происходит почти мгновенно. Такие материалы в данном описании носят название "агенты для совместного загустевания". Агенты для совместного загустевания расширяют диапазон условий, при которых могут быть использованы системы VES, и снижают необходимое количество поверхностно-активного вещества, что, в свою очередь, снижает затраты и улучшает очистку.
В целом, формулы характерных категорий химических веществ, служащих в качестве агентов для совместного загустевания, представляют собой трехблочные олигомеры, структура которых может быть представлена как ABC и BAD, в которых A и C являются гидрофобными и могут быть одинаковыми или различными и могут содержать амин, амид и сложноэфирные группы, а также могут представлять собой алкилгруппу (насыщенную или ненасыщенную, линейную или разветвленную либо содержащую одно или более ароматических колец), а B и D являются гидрофильными и могут быть одинаковыми или различными, и могут быть ионными, например, полиакрилатными, или неионогенными, при этом неионо-генные лучше подходят для бетаиновых систем, а предпочтительными являются полиэфирные. Ниже приведены четыре примера.
1. Н <СН2ЫОСН2СН2)уО(СН2) гН,
2. Н (СН2) хСО (ОСН2СН2) уОСО (СН2) гН,
3. НО(СН2СН20)к-СО(СН2)У'СО(ОСН2СН2) г-он,
4. НО{СНгСНгО}х. (СН2)у (ОСН2СН2) *-ОН
В вышеприведенных формулах y равно приблизительно от 10 до 50, предпочтительно приблизительно от 24 до 36; y' равно приблизительно от 4 до 50, предпочтительно приблизительно от 6 до 24; x и z равны приблизительно от 6 до 22, предпочтительно приблизительно от 8 до 16; а x' и z' равны приблизительно от 1 до 50, предпочтительно приблизительно от 3 до 40. Системы ABA, в которых x=z, a x'=z' являются предпочтительными, поскольку такие материалы в целом легче синтезировать и, следовательно, они в целом являются менее дорогостоящими. Системы ABA описаны в приводимых ниже примерах, однако могут быть использованы системы ABC, BAB и BAD. Более того, блоки A, B, C и D могут быть дополнительно замещены при условии, что такое замещение не меняет гидрофобность или гидрофиль-ность блоков настолько, что агент для совместного загустевания становится неэффективным. Такое замещение может повлиять на соответствующие величины x, y и z. Успешные отклонения от основных формул (например, основная формула, в которой A и C являются гидрофобными и могут представлять собой алкильную цепь (насыщенную или ненасыщенную, линейную или разветвленную и содержать одно или более ароматических колец); В является гидрофильным и может быть ионным, например, по-лиакрилатным, или неионогенным, при этом неионогенный подходит лучше для бетаиновых систем; величина Y предпочтительно превышает 10, а величина x и z предпочтительно составляет менее 22) зависят, по существу, от содержания поверхностно-активного вещества и агента для совместного загустева-ния, а также присутствия и содержания других веществ (особенно солей и совместных поверхностно-активных веществ).
Подходящее содержание (в готовой текучей системе) составляет приблизительно от 0,005 до 3%, например приблизительно от 0,01 до 0,5%, например приблизительно от 0,01 до 0,1%. Это очень низкое содержание для усилителей реологии или агентов для совместного загустевания.
Агенты для совместного загустевания согласно настоящему изобретению обеспечивают получение требуемых результатов при использовании любой системы VES, например, агентов на основе систем катионных, амфотерных и цвиттерионных вязкоупругих поверхностно-активных веществ. Было установлено, что они являются особенно эффективными с определенными цвиттерионными поверхностно
- 4 -
009806
активными веществами. В целом, особенно подходящие цвиттерионные поверхностно-активные вещества имеют формулу
RCONH- (СН2) а (CH2CH20) m (СН2) t> "N+ (СН3) г~ (СН2) a' (CH2CH20) т- (СН2) Й-С00"
в которой R представляет собой алкилгруппу, содержащую приблизительно от 17 до 23 атомов углерода, которые могут иметь разветвленную или прямолинейную цепь и которые могут быть насыщенными или ненасыщенными; каждый из а, b, а' и b' равен величине от 0 до 10, а каждый из m и m' равен величине от 0 до 13; каждый из а и b равен 1 или 2 в том случае, если m не равно 0, и (а+b) равно величине от 2 до 10 в том случае, если m равно 0; каждый из а' и b' равен 1 или 2 в том случае, если m' не равно 0, и (а'+b') равно величине от 1 до 5 в том случае, если m' равно 0; (m+m') равно величине от 0 до 14; а CH2CH2O может также представлять собой OCH2CH2.
Предпочтительные цвиттерионные поверхностно-активные вещества включают бетаины. Двумя подходящими примерами бетаинов являются BET-O и BET-E. Поверхностно-активное вещество в ВЕТ-О-30 описано ниже; одним из его химических названий является олеиламидопропилбетаин. Он обозначен как ВЕТ-О-30, поскольку при получении от поставщика (Rhodia, Inc. Cranbury, New Jersey, U.S.A.) он носит название Mirataine ВЕТ-О-30, потому что он содержит амидную группу олеиловой кислоты (включая С17Н33 алкеновую хвостовую группу), а также около 30% активного поверхностно-активного вещества; остальное, по существу, составляют вода, хлорид натрия и пропиленгликоль. Аналогичный материал, ВЕТ-Е-40, который также может быть получен от Rhodia, содержит амидную группу эруковой кислоты (включая C21H41 алкеновую хвостовую группу) и приблизительно 40% активного ингредиента, при этом остальное, по существу, составляют вода, хлорид натрия и изопропанол. Как описано в публикации патентной заявки США, системы VES, в частности, ВЕТ-Е-40, необязательно содержат около 1% (свежепо-лученный концентрат) продукта конденсации нафталинсульфоновой кислоты, например, полинафталин-сульфоната натрия, в качестве модификатора реологии. Поверхностно-активное вещество в ВЕТ-Е-40 также описано ниже; одним из его химических названий является эруциламидопропилбетаин. Свежепо-лученные концентраты ВЕТ-Е-40 были использованы в описанных экспериментах. Поверхностно-активные вещества BET и другие VES, подходящие для настоящего изобретения, описаны в патенте США № 6258859. Согласно указанному патенту поверхностно-активные вещества BET образуют вязко-упругие гели в присутствии определенных органических кислот, солей органических кислот или неорганических солей; в соответствии с указанным патентом процентное содержание неорганических солей составляет приблизительно до 30%. Совместные поверхностно-активные вещества могут быть использованы для повышения стойкости к солевому раствору и концентрации геля, а также для снижения чувствительности к сдвигу текучих VES, в частности, поверхностно-активных веществ типа ВЕТ-O. Пример, приведенный в патенте США № 6258859 и включающий додецилбензолсульфонат натрия (SDBS), также представлен ниже. Другие подходящие поверхностно-активные вещества включают, например, ПАВ, имеющие структуру, подобную SDBS, в которой x=5-15; предпочтительными поверхностно-активными веществами являются ПАВ, в которых x=7-15. Также подходящими совместными поверхностно-активными веществами для ВЕТ-О-30 являются некоторые хелатирующие агенты, такие как гидрокси-этилэтилендиаминтриацетат тринатрия. Агенты для совместного загустевания согласно настоящему изобретению могут быть использованы с текучими системами вязкоупругих поверхностно-активных веществ, содержащих такие добавки, как совместные поверхностно-активные вещества, органические кислоты, соли органических кислот и/или неорганические соли.
Поверхностно-активное вещество в ВЕТ-О-30 (где п=3, а р=1)
н н3с
Поверхностно-активное вещество в ВЕТ-Е-40 (где n=3, а р=1)
009806
(СН2),СН3
SDBS (в котором x=11, а противоионом является Na+).
В предпочтительных вариантах настоящего изобретения используют бетаины; в наиболее предпочтительных вариантах используют ВЕТ-Е-40. Хотя эксперименты и не проводились, предполагается, что смеси бетаинов, особенно ВЕТ-Е-40, с другими поверхностно-активными веществами также являются подходящими. Такие смеси входят в объем данного изобретения.
Другие подходящие бетаины включают такие бетаины, в которых алкеновая боковая цепь (хвостовая группа) содержит 17-23 атомов углерода (не считая карбонил-углеродного атома), которые могут иметь разветвленную или прямолинейную цепь и которые могут быть насыщенными или ненасыщенными, n=2-10, а р=1-5, а также смеси таких соединений. Более предпочтительны бетаины, в которых алке-новая боковая цепь (концевая группа) содержит 17-21 атомов углерода (не считая карбонил-углеродного атома), которые могут иметь разветвленную или прямолинейную цепь и которые могут быть насыщенными или ненасыщенными, n=3-5, а р=1-3, а также смеси таких соединений. Поверхностно-активные вещества используют в количестве приблизительно от 0,5 до 10%, предпочтительно приблизительно от 1 до 5%, наиболее предпочтительно приблизительно от 1,5 до 4,5%.
Иллюстративные катионные вязкоупругие поверхностно-активные вещества включают соли амина и соли четвертичного амина, описанные в патентах США № 5979557 и 6435277, права на которые принадлежат тому же правопреемнику, что и настоящее изобретение.
Примеры подходящих катионных вязкоупругих поверхностно-активных веществ включают кати-онные поверхностно-активные вещества, имеющие структуру
RiN+(R2) (R3) (R4)X-
где R1 содержит приблизительно от 14 до 26 атомов углерода, может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматическим, насыщенным или ненасыщенным и включать карбонил, амид, рет-роамид, имид, мочевину или амин; каждый из R2, R3 и R4 независимо представляет собой водород или C1 до приблизительно С6 алифатические группы, которые могут быть одинаковыми или различными, иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть насыщенными или ненасыщенными, при этом одна или более из них могут быть замещены группой, придающей группам R2, R3 и R4 большую гидрофильность; группы R2, R3 и R4 могут быть внедрены в гетероциклическую структуру с 5- или 6-членным кольцом, включающую атом азота; группы R2, R3 и R4 могут быть одинаковыми или различными; R1, R2, R3 и/или R4 могут содержать одно или более звеньев этиленоксида и/или пропиленоксида; а Х- представляет собой анион. Подходящими также являются смеси таких соединений. В качестве дальнейшего примера R1 содержит приблизительно от 18 до 22 атомов углерода и может содержать карбонил, амид или амин; a R2, R3 и R4 являются одинаковыми и включают от 1 до приблизительно 3 атомов углерода.
Катионные поверхностно-активные вещества, имеющие структуру R1N+(R2)(R3)(R4)X-, могут необязательно содержать амины, имеющие структуру R1N(R2)(R3). Хорошо известно, что коммерчески доступные катионные поверхностно-активные вещества из четвертичного амина часто содержат соответствующие амины (в которых R1, R2 и R3 в катионном поверхностно-активном веществе и в амине имеют одинаковую структуру). Свежеприготовленные коммерчески доступные составы концентратов вязкоуп-ругих поверхностно-активных веществ, например, составы катионных поверхностно-активных веществ, могут также необязательно содержать одно или более соединений из группы, включающей растворители, взаимные растворители, органические кислоты, соли органических кислот, неорганические соли и оли-гомеры, полимеры, сополимеры, а также смеси таких соединений. Они могут также содержать усилители свойств, такие как усилители вязкости, например, полисульфонаты, например, полисульфоновые кислоты, описанные в одновременно рассматриваемой публикации заявки на патент США № 2003-0134751, права на которую принадлежат тому же правопреемнику, что и права на настоящее изобретение.
Другим подходящим катионным VES является хлорид эруцил бис(2-гидроксиэтил)метиламмония, также известный как хлорид (Z)-13 докозенил^^-бис(2-гидроксиэтил)метиламмония. Его обычно получают от изготовителей в виде смеси, содержащей около 60 мас.% поверхностно-активного вещества в смеси изопропанола, этиленгликоля и воды. Другие подходящие соли амина и четвертичного амина включают (по отдельности либо в сочетании согласно данному изобретению) хлорид эруцилтримети-ламмония; хлорид №метил^^-бис(2-гидроксиэтил)рапсового аммония; хлорид олеилметил бис(гидроксиэтил)аммония; хлорид эруциламидопропилтриметиламина, бромид октадецилметил бис(гидроксиэтил)аммония; бромид октадецил трис(гидроксиэтил)аммония; бромид октадецил диметил-гидроксиэтил аммония; бромид цетил диметилгидроксиэтил аммония; салицилат цетилметил бис(гидроксиэтил)аммония; 3,4-дихлорбензоат цетилметил бис(гидроксиэтил)аммония; иодид цетил трис(гидроксиэтил)аммония; бромид козилдиметилгидроксиэтил аммония; хлорид козилметил
- 6 -
009806
бис(гидроксиэтил)аммония; бромид козил трис(гидроксиэтил)аммония; бромид дикозилдиметилгидрок-сиэтил аммония; хлорид дикозилметил бис(гидроксиэтил)аммония; бромид дикозил трис(гидроксиэтил)аммония; хлорид гексадецилэтил бис(гидроксиэтил)аммония; иодид гексадецилизо-пропил бис(гидроксиэтил)аммония; и хлорид цетиламино, N-октадецилпиридиния.
Подходящими также являются амфотерные вязкоупругие поверхностно-активные вещества. Иллюстративные системы амфотерных вязкоупругих поверхностно-активных веществ включают системы, описанные в патенте США № 603352, например оксиды аминов. Подходящими являются смеси цвитте-рионных поверхностно-активных веществ и амфотерных поверхностно-активных веществ. Примером может служить смесь, включающая около 13% изопропанола, около 5% 1-бутанола, около 15% простого монобутилового эфира этиленгликоля, около 4% хлорида натрия, около 30% воды, около 30% кокоами-допропилбетаина и около 2% оксида кокоамидопропиламина.
Текучие вязкоупругие поверхностно-активные вещества, которые могут быть, например, использованы в нефтяном месторождении, могут также содержать агенты, растворяющие минералы и соединения, например, в образованиях, окалине и фильтровальных осадках. Такие агенты могут, например, представлять собой кислоты и хелатирующие агенты, например, соляную кислоту, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту, гликолевую кислоту, сульфаминовую кислоту, яблочную кислоту, лимонную кислоту, винную кислоту, малеиновую кислоту, метилсульфаминовую кислоту, хлоруксусную кислоту, аминополикарбоновые кислоты, 3-гидроксипропионовую кислоту, полиаминополикарбоновые кислоты, например, гидроксиэтилендиаминтриацетат тринатрия, а также соли данных кислот и смеси данных кислот и/или солей. Жидкость для обработки песчаника также обычно содержит источник фтористого водорода. Источником фтористого водорода может служить HF либо он может быть выбран из фторида аммония и/или бифторида аммония или их смесей; при наличии сильной кислоты источником HF может также служить одно или несколько таких соединений, как фторид поливиниламмония, фторид поливинилпиридиния, фторид пиридиния, фторид имидазолия, тетрафторборат натрия, тетрафторборат аммония, соли гексафторсурьмы, синтетический смолистый фторсодержащий полимер TEFLON(tm), а также их смеси. В том случае, когда растворяющий образования агент представляет собой сильную кислоту, жидкость предпочтительно содержит ингибитор коррозии. Жидкость необязательно содержит хе-латирующие агенты для поливалентных катионов, например, особенно алюминий, кальций и железо (в таком случае агенты часто называют "связывающие железо агенты"), с целью предотвращения их осаждения. Некоторые из вышеописанных растворяющих образование агентов также представляют собой такие хелатирующие агенты. Хелатирующие агенты добавляют, например, в количестве, составляющем около 0,5% (от активного ингредиента). Если текучие VES содержат сильные кислоты, они обычно не загустевают и имеют низкую вязкость; когда рН повышается по мере взаимодействия кислоты с минералом, система загустевает и вязкость повышается. Такие жидкости могут быть названы "вязкоупругие направляющие кислоты" или VDA. Агенты для совместного загустевания согласно настоящему изобретению могут быть использованы в текучих системах вязкоупругих поверхностно-активных веществ, содержащих кислоты и хелатирующие агенты.
Получение и использование (смешивание, хранение, перекачивание и т.д.) улучшенных текучих систем VES, содержащих агенты для совместного загустевания согласно данному изобретению, такие же, как и подобных жидкостей, не содержащих агентов для совместного загустевания. Например, порядок смешивания не нарушается при включении таких агентов для совместного загустевания. Агенты для совместного загустевания могут быть необязательно введены в концентраты поверхностно-активных веществ (при условии, что они не влияют на стойкость компонентов и температуры замерзания концентратов) таким образом, чтобы концентраты могли быть разбавлены водной жидкостью для получения систем VES. Это сохраняет простоту регулирования систем VES. Такие концентраты могут содержать другие компоненты, такие как вещества, понижающие температуру замерзания, примерами которых служат метанол, этанол, изопропанол, этиленгликоль и пропиленгликоль. Как это обычно делается в случае с жидким образованием, должны быть проведены лабораторные исследования, чтобы убедиться в том, что добавки не влияют и не подвержены влиянию других компонентов в жидкости (например, таких как соль). В частности, агенты для совместного загустевания согласно настоящему изобретению могут быть использованы вместе с другими модификаторами реологии.
Регулирование содержания поверхностно-активного вещества, агента для совместного загустевания и других компонентов жидкости, отвечающих за действие других компонентов, входит в объем данного изобретения.
Жидкость может быть использована, например, для обработки нефтяных месторождений. В качестве примеров, жидкость может быть использована как подушечная жидкость, и/или жидкость-носитель, и/или как дивертор при гидравлическом разрыве, в качестве жидкости-носителя для потерянных агентов, контролирующих циркуляцию, в качестве жидкости-носителя при заполнении скважинного фильтра гравием и в качестве дивертора или основной жидкости при кислотной обработке и кислотном разрыве. Жидкости могут быть также использованы в других отраслях промышленности, таких как фармацевтика, косметика, печатное дело и сельское хозяйство.
Оптимальное содержание конкретной, усиливающей реологию добавки согласно данному изобре
- 7 -
009806
тению для конкретного выбора системы жидких вязкоупругих поверхностно-активных веществ при заданном содержании и температуре и при наличии конкретных других материалов может быть определено простыми экспериментами. Общее содержание вязкоупругих поверхностно-активных веществ должно быть достаточным для образования вязкоупругого геля в условиях, при которых поверхностно-активные вещества проявляют достаточную тенденцию к агрегации. Соответствующим количеством поверхностно-активного вещества и агента для совместного загустевания является количество, необходимое для достижения требуемой вязкости и времени восстановления после сдвига, определяемое экспериментом. Способность выдерживать оптимальное количество других добавок также может быть определена простым экспериментом. В целом, количество поверхностно-активного вещества (в качестве активного ингредиента) составляет приблизительно от 1 до 10%. Коммерчески доступные концентраты поверхностно-активных веществ могут содержать некоторые материалы, которые сами по себе являются усилителями реологии, несмотря на то, что они могут присутствовать, например, для понижения температуры замерзания концентрата, поэтому количество используемого поверхностно-активного вещества и агента для совместного загустевания определяют для конкретного используемого концентрата. Могут быть использованы смеси поверхностно-активных веществ и/или смеси агентов для совместного загустевания (включая смеси нескольких агентов для совместного загустевания согласно данному изобретению и смеси одного или более агентов для совместного загустевания согласно данному изобретению с одним или более других агентов для совместного загустевания). Смеси поверхностно-активных веществ могут включать поверхностно-активные вещества, которые не представляют собой вязкоупругие поверхностно-активные вещества, если они не являются частью системы вязкоупругих поверхностно-активных веществ. Все смеси подвергают исследованию и оптимизации; например, слишком высокое общее содержание агента совместного загустевания может снизить уровень полезного действия. Пример 1.
После добавления агента совместного загустевания к системе VES ВЕТ-Е-40 получают новую текучую систему, демонстрирующую хорошие профили вязкости даже при содержании 2-3% VES. (Результаты использования 3% VES ВЕТ-Е-40 представлены на чертеже; эксперименты не проводились, но предполагается, что может быть использовано более низкое содержание). Свежеполученный ВЕТ-Е-40, используемый в экспериментах, содержит около 1% полинафталинсульфоната натрия (см. ниже). Используемый агент совместного загустевания представляет собой материал типа ABA вышеприведенной формулы 2, в которой x=z=12, а y=32, в качестве примера для демонстрации действия. Как показано на чертеже, такая система ВЕТ-Е-40 обеспечивает образование хорошей жидкости при содержании 6%. Снижение содержания поверхностно-активного вещества до 3% без агента для совместного загустевания вызывает понижение вязкости жидкости при некоторых температурах до слишком низкого уровня. Снижение содержания поверхностно-активного вещества без агента совместного загустевания также приводит к неприемлемо длительному периоду восстановления после сильного сдвига (не показано). При добавлении очень малого количества агента для совместного загустевания для получения нового текучего состава новые жидкости имеют хорошие профили вязкости при содержании VES, составляющем 3%. Вязкость также является подходящей при содержании 2% (не показано). Время их восстановления после сдвига является таким же, как и время в других отношениях идентичной жидкости, полученной с использованием 6% VES и без агента для совместного загустевания.
Чертеж иллюстрирует профили вязкости-температуры ряда жидкостей с использованием различного содержания такого агента для совместного загустевания ABA. Жидкости с агентом для совместного загустевания также содержат около 0,12% DAXAD 19, высокомолекулярного сульфоната полинафталина натрия, выпускаемого Hampshire Chemical Corporation, Nashua, NH, USA, a жидкости без агента для совместного загустевания содержат около 0,03% (для 3% VES) и около 0,06% (для 6% VES) DAXAD 17, низкомолекулярного сульфоната полинафталина натрия, выпускаемого Hampshire Chemical Corporation, Nashua, NH, USA. Действие системы 3% VES без агента для совместного загустевания является неприемлемым для обычных жидкостей для нефтепромысловой обработки при подъеме температуры выше 66°С, в то время как при добавлении 0,025, 0,05 и 0,075% агента для совместного загустевания ABA действие жидкости с 3% VES намного улучшается. Кроме того, при сдвиге системы 3% VES без агента для совместного загустевания в тяжелых условиях, жидкости требуется много времени (около 1 мин) для восстановления вязкоупругости. Время восстановления сульфоната полинафталина натрия повышается, в некоторых случаях более чем до 10 мин (не показано). При добавлении 0,025% химического вещества ABA время восстановления после сдвига сокращается всего лишь до нескольких секунд.
Пример 2.
В представленной ниже таблице указано время восстановления после сдвига при добавлении различных количеств агента для совместного загустевания ABA из примера 1 к системе вязкоупругих поверхностно-активных веществ из примера 1. В данных экспериментах приблизительно 200 мл уже смешанных жидких VES подвергают сдвигу со скоростью не менее 10000 об/мин в течение не менее 30 с и не более 1 мин в 1-л смесителе Waring. Сдвиг прекращают и начинают отсчет времени. Жидкость переливают туда и обратно из мензурки в чашку смесителя, при этом восстановление жидкости оценивают по времени восстановления, определяемого путем визуального наблюдения. Период восстановления жидко
- 8 -
009806
сти представляет собой время до момента, когда происходит "плескание" жидкости. При наклоне верхней мензурки или содержащей жидкость чашки плескание жидкости приводит не к ее стеканию в нижний контейнер, а к возникновению плескания, при этом возвращение контейнера назад в вертикальное положение перемещает плескание назад. При осуществлении разрыва при помощи жидкости плескание используют, чтобы определить момент, когда жидкость достигнет близкой к равновесию упругости. Таблица также содержит примеры контролирующих глину агентов, используемых в жидкостях для нефтепромысловой обработки (ТМАС означает хлорид тетраметиламмония).
VES
Daxad 19
Daxad 17
ABA
ТМАС
КС1
Время восстановления после сдвига (сек.)
0,06%
0,20%
или 2%
0, 03%
> 120
> 300
0,12%
0,20%
> 300
0,12%
> 300
0,12%
0,025%
0,20%
0,12%
0,050%
0,20%
0,12%
0,075%
0,20%
0,12%
0,025%
0,12%
0,050%
0,12%
0,075%
Таблица показывает, что при добавлении очень малого количества триблочного олигомера ABA восстановление после сдвига текучей системы с 3% VES происходит так же быстро или быстрее, чем восстановление после сдвига 6% раствора с таким же содержанием VES. Без триблочного олигомера ABA восстановление после сдвига 3% раствора происходит по меньшей мере в 25 раз медленнее, чем восстановление после сдвига 6% VES.
Агент для совместного загустевания ABA в данных примерах является достаточно гидрофильным для того, чтобы концентрат мог быть легко получен путем добавления достаточного количества агента для совместного загустевания к вышеописанному свежеполученному концентрату ВЕТ-Е-40, содержащему сульфонат полинафталина натрия, таким образом, чтобы концентрат мог быть разбавлен водной жидкостью для получения систем VES, подобных описанным в примере системам. Это обеспечивает простоту использования систем VES.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Водный состав для нефтепромысловой обработки, включающий цвиттерионогенные поверхностно-активные вещества, имеющие формулу
RCONH- (CH2)a(CH2CH20)ra (CH2)b-N+ (СН3) 2~ <СН2)а < <СН2СН20)т- (СН2)Ь'СОО~
или
RCONH- (CH2)a(OCH2CH2)ra(CH2)b-N+{CH3)2- (СН2)а- (ОСН2СН2)т. (СНг> ь'СОО_
где R представляет собой алкилгруппу, содержащую приблизительно от 17 до 23 атомов углерода, которые могут иметь разветвленную или прямолинейную цепь и которые могут быть насыщенными или ненасыщенными; каждый из a, b, a' и b' равен величине от 0 до 10, а каждый из m и m' равен величине от 0 до 13, каждый из a и b равен 1 или 2 в том случае, если m не равно 0, и (a+b) равно величине от 2 до 10 в том случае, если m равно 0; каждый из a' и b' равен 1 или 2 в том случае, если m' не равно 0, и (a'+b') равно величине от 1 до 5 в том случае, если m' равно 0; (m+m') равно величине от 0 до 14 и дополнительно включающий трехблочный агент для совместного загустевания выбран из Н (СН2) х (ОСН2СН2) уО <СН2> гН,
Н (СН2) хСО (ОСН2СН2) уОСО (СНг) гН,
НО (СН2СН20) х'СО (СН2) У'СО <ОСН2СН2) г-ОН
или
НО(СН2СН20)х- (СН2) у (ОСН2СН2) г-ОН
- 9 -
009806
где y равно величине от 10 до 50, предпочтительно от 24 до 36; у' равно величине от 4 до 50, предпочтительно от 6 до 24; x и z равны величине от 6 до 22, предпочтительно от 8 до 16; а x' и z' равны величине от 1 до 50, предпочтительно от 3 до 40, при этом величины x и z и x' и z' могут быть одинаковыми.
2. Состав по п.1, в котором упомянутое цвиттерионогенное поверхностно-активное вещество имеет бетаиновую структуру
Р Н3С СНз О
1~^''^(CH2)ri^ScH2)p/^C
в которой R представляет собой гидрокарбильную группу, которая может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматической, алифатической или олефиновой и содержать от 17 до 23 атомов углерода, а также может содержать амин; п=от 2 до 4; а р=от 1 до 5, и смеси данных соединений.
3. Водный состав для нефтепромысловой обработки, включающий катионогенное поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, имеющих структуру
RiN+(R2) (R4)X"
где R1 содержит от 14 до 26 атомов углерода, может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматическим, насыщенным или ненасыщенным и включать карбонил, амид, ретроамид, имид, мочевину или амин; каждый из R2, R3 и R4 независимо представляет собой водород или С1-С6 алифатические группы, которые могут быть одинаковыми или различными, иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть насыщенными или ненасыщенными, при этом одна или более из них могут быть замещены группой, придающей группам R2, R3 и R4 большую гидрофильность; группы R2, R3 и R4 могут быть внедрены в гетероциклическую структуру с 5- или 6-членным кольцом, включающим атом азота; группы R2, R3 и R4 могут быть одинаковыми или различными; R1, R2, R3 и/или R4 могут содержать одно или более звеньев этиленоксида и/или пропиленоксида; а Х- представляет собой анион; а также смеси упомянутых соединений и дополнительно включающий трехблочный агент для совместного загустевания выбран из
Н (СН2) х (ОСН2СН2) уО <СН2) гН,
Н (СН2) хСО (ОСН2СН2) уОСО(СН2) гН,
HO{CH2CH20)X'CO(CH2)y'CO(OCH2CH2) г-он
или
НО (СН2СН20) х, (СН2) у- (ОСН2СН2) г-он
где y равно величине от 10 до 50, предпочтительно от 24 до 36; y' равно величине от 4 до 50, предпочтительно от 6 до 24; x и z равны величине от 6 до 22, предпочтительно от 8 до 16; а x' и z' равны величине от 1 до 50, предпочтительно от 3 до 40, при этом величины x и z и x' и z' могут быть одинаковыми.
4. Состав по п.3, в котором упомянутое поверхностно-активное вещество дополнительно включает амин, например, имеющий структуру
RiN(R2) где R1, R2 и R3 имеют значения, указанные в п.3.
5. Состав по п.1 или 3, дополнительно включающий кислоту, выбранную из группы, содержащей хлористо-водородную кислоту, фтористо-водородную кислоту, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту, гликолевую кислоту, сульфаминовую кислоту, яблочную кислоту, лимонную кислоту, винную кислоту, малеиновую кислоту, метилсульфаминовую кислоту, хлоруксусную кислоту, а также их смеси.
6. Концентрат, добавляемый к водной жидкости для получения вязкоупругой жидкости, при этом упомянутый концентрат содержит вещество, понижающее точку замерзания, выбранное из метанола, этанола, изопропанола, этиленгликоля и пропиленгликоля, менее 60% воды, агент для совместного загустения, описанный в п.1, и вязкоупругое поверхностно-активное вещество.
7. Состав по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий полинафталинсульфо-
нат.
8. Способ сокращения времени восстановления после сдвига жидкости на основе вязкоупругого поверхностно-активного вещества, включающий:
а) получение жидкости, содержащей вязкоупругое поверхностно-активное вещество, выбранное из цвиттерионогенного поверхностно-активного вещества, имеющего формулу
RCONH- (СН2)а (CH2CH20)m(CH2)b-N+(CH3)2- (СН2)а- (CH2CH20)m- (CH2)b'COO~
или
RCONH- (СН2) а (ОСН2СН2) m (СН2) b-N+ (СН3) 2- (СН2) а- (ОСН2СН2) т. (СН2) ". СОО" где R представляет собой алкилгруппу, содержащую приблизительно от 17 до 23 атомов углерода, кото
- 10 -
009806
рые могут иметь разветвленную или прямолинейную цепь и которые могут быть насыщенными или ненасыщенными; каждый из а, b, а' и b' равен величине от 0 до 10, а каждый из m и m' равен величине от 0 до 13, каждый из а и b равен 1 или 2 в том случае, если m не равно 0, и (а+b) равно величине от 2 до 10 в том случае, если m равно 0; каждый из а' и b' равен 1 или 2 в том случае, если m' не равно 0, и (а'+b') равно величине от 1 до 5 в том случае, если m' равно 0; (m+m') равно величине от 0 до 14 и
катионогенное поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, имеющих структуру
R:N+(R2) (R3) (R4)X~
где R1 содержит от 14 до 26 атомов углерода, может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматическим, насыщенным или ненасыщенным и включать карбонил, амид, ретроамид, имид, мочевину или амин; каждый из R2, R3 и R4 независимо представляет собой водород или С1-С6 алифатические группы, которые могут быть одинаковыми или различными, иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть насыщенными или ненасыщенными, при этом одна или более из них могут быть замещены группой, придающей группам R2, R3 и R4 большую гидрофильность; группы R2, R3 и R4 могут быть внедрены в гетероциклическую структуру с 5- или 6-членным кольцом, включающим атом азота; группы R2, R3 и R4 могут быть одинаковыми или различными; R1, R2, R3 и/или R4 могут содержать одно или более звеньев этиленоксида и/или пропиленоксида; а X- представляет собой анион; а также смеси упомянутых соединений;
b) смешивание с упомянутой жидкостью агента для совместного загустения из трехблочного оли-гомера в количестве, достаточном для сокращения периода восстановления после сдвига упомянутой жидкости, при этом упомянутый агент для совместного загустения выбран из
Н (СН2) х (ОСН2СН2) у0 (СН2) гН, Н (СН2) хСО (ОСН2СН2> уОСО (СН2) zHf
НО (СН2СН20) х'СО (СН2) у'СО (ОСН2СН2) г.он
' или
Н0(СН2СН20)х- (СН2)У < (OCH2CH2) z'OH
где y равно величине от 10 до 50, предпочтительно от 24 до 36; у' равно величине от 4 до 50, предпочтительно от 6 до 24; x и z равны величине от 6 до 22, предпочтительно от 8 до 16; а х' и z' равны величине от 1 до 50, предпочтительно от 3 до 40, при этом величины x и z и х' и z' могут быть одинаковыми. 9. Способ нефтепромысловой обработки, включающий:
а) получение жидкости, содержащей вязкоупругое поверхностно-активное вещество, выбранное из цвиттерионогенного поверхностно-активного вещества, имеющее формулу
RCONH- 2- (СН2)а- (CH2CH20)m. (CH2)b-COO"
или
RCONH- (СН2) а (OCH2CH2) m (СН2) b"N+ (СН3) 2" (СН2) ^ (0СН2СН2) ю- (СН2) b'COO"
где R представляет собой алкилгруппу, содержащую приблизительно от 17 до 23 атомов углерода, которые могут иметь разветвленную или прямолинейную цепь и которые могут быть насыщенными или ненасыщенными; каждый из а, b, а' и b' равен величине от 0 до 10, а каждый из m и m' равен величине от 0 до 13, каждый из а и b равен 1 или 2 в том случае, если m не равно 0, и (а+b) равно величине от 2 до 10 в том случае, если m равно 0; каждый из а' и b' равен 1 или 2 в том случае, если m' не равно 0, и (а'+b') равно величине от 1 до 5 в том случае, если m' равно 0; (m+m') равно величине от 0 до 14 и
катионогенное поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ, имеющих структуру
RiN*(R2) (R3> (R <)X"
где R1 содержит от 14 до 26 атомов углерода, может иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть ароматическим, насыщенным или ненасыщенным и включать карбонил, амид, ретроамид, имид, мочевину или амин; каждый из R2, R3 и R4 независимо представляет собой водород или С1-С6 алифатические группы, которые могут быть одинаковыми или различными, иметь разветвленную или прямолинейную цепь, быть насыщенными или ненасыщенными, при этом одна или более из них могут быть замещены группой, придающей группам R2, R3 и R4 большую гидрофильность; группы R2, R3 и R4 могут быть внедрены в гетероциклическую структуру с 5- или 6-членным кольцом, включающим атом азота; группы R2, R3 и R4 могут быть одинаковыми или различными; R1, R2, R3 и/или R4 могут содержать одно или более звеньев этиленоксида и/или пропиленоксида; а X- представляет собой анион; а также смеси упомянутых соединений и
агент для совместного загустевания, выбранный из Н (СН2) х (0СН2СН2) уО < СН2) ,Н,
Н (СН2) хСО (ОСН2СНг) уОСО (СН2) гн,
- 11 -
009806
НО (СН2СН20) Х'С0 (СНг) у СО (OCH2CH2) z'OH
или
НО (СН2СН20) х. (СН2) у. (0СН2СН2) г-0Н
где y равно величине от 10 до 50, предпочтительно от 24 до 36; у' равно величине от 4 до 50, предпочтительно от 6 до 24; x и z равны величине от 6 до 22, предпочтительно от 8 до 16; а х' и z' равны величине от 1 до 50, предпочтительно от 3 до 40, при этом величины x и z и х' и z' могут быть одинаковыми; b) инжектирование жидкости в скважину.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 12 -