多阳离子粘弹性组合物制造技术

本申请披露了粘弹性组合物，其含有效量的一种或多种无规或结构定向的多阳离子季铵化合物，用以控制所述组合物的粘弹性。一方面，该技术提供包包括双季铵化合物的多阳离子季铵化合物。该技术的双季铵化合物可以是对称的，也可以是不对称的。另一方面，该技术提供粘弹性钻井处理液，其含水和至少一种包括双季铵化合物的多阳离子季铵化合物。另一方面，该技术提供多阳离子羧酸盐。该技术的优选粘弹性组合物，在单或多阳离子季铵化合物的量基于所述组合物的总重量低于约１０％时，在高于８０℃的温度，优选高于约１００℃或１１０℃的温度可以保持粘弹性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请所述技术一般性地涉及多阳离子季铵化合物(polycationicquaternary ammonium compound)及由其制备的多阳离子粘弹性组合物。该技术的粘弹性组合物适用于粘弹性为理想性能的各种应用。这些应用的实例包括例如，液压液(hydraulic fluids)、破乳剂、发泡剂、有机粘土、增稠剂、抗微生物剂和油田助剂(oil field fluids)。 该技术的一种或多种优选的多阳离子粘弹性组合物在相对较低的活性组分(如双季铵化合物)浓度下，对含水溶液赋予了有用的流变性能。由该技术的一种或多种优选组合物提供的可用流变性能包括例如，粘弹性、增加的粘度、剪切稀化和流动液体的减阻。
技术介绍
已对双季铵化合物或多阳离子季铵化合物的一些实例进行过研究和报道。例如，1988年3月29日颁布给Login的美国专利No.4,734,277描述了，使叔胺与适当的环氧化物(如表氯醇)反应，制备某种双季铵化合物，并且还披露了生成的双季铵化合物具有作为化妆品应用，如毛发调理剂、润肤液等添加剂的效用。 作为另一实例，2004年4月8日公开的Hughes等人的美国专利申请No.2004/0067855披露了，某些双季铵化合物或低聚阳离子季铵化合物可用于粘弹性钻井处理液中，以控制该处理液的粘弹性。 诸如油、天然气等油气(hydrocarbons)是通过钻井，穿透含油气地层，由地下地质地层得到的。这种钻探结果为油气，典型地为油，提供了到达地面的部分流动通道。为了使油从地层流向井筒(最终流向地面)，必须穿过地层(如，砂岩、碳酸盐岩)的足够通畅的流动通道，这通常是在岩石孔隙尺寸和数目都足够的情况下发生的。 石油开采的常见阻碍是地层“损害”，这阻塞了岩石孔隙并阻碍石油的流动。另外，井筒最近区域油的枯竭也会导致产量逐渐下降。通常，用于提高地层渗透性、扩展井筒通道的技术称作“增产”。水凝胶经常用于各种油井增产工艺中。 例如，压裂工艺是一种油井增产技术，在压裂工艺中，在地下地层会形成裂纹和裂缝(裂痕)。压裂工艺中使用凝胶作为介质，该介质将能量从地下地层外部传递至地下地层内的某一特定位置，以产生所需的裂纹。产生裂纹的能量主要通过将压裂液泵送到指向地下地层理的所需部位中，以压力形式作用到地层上。凝胶是相对不可压缩的流体，压力作用于地下地层，直到该力足够压裂地层。一旦生成裂纹，当凝胶流进新形成的裂纹和裂缝中时，其具有高粘度是很重要的。压裂液流入裂缝时，其携带支撑物(如，小沙粒、陶瓷粒或其它硬质材料)进入裂缝。一旦泵送压裂液的力被去掉，支撑物留在裂缝中，这些支撑物防止裂缝闭合。然后，压裂液从井筒中排出，井筒为采收更多量的油气做准备。 较老的技术利用多糖聚合物，形成用作压裂液的水凝胶。通常，多糖凝胶是利用添加剂，如钛酸盐、锆酸盐或硼酸盐进行交联的。一旦完成压裂工艺，这些凝胶通常需要一个分离工艺，从井筒中除去这些凝胶，此工艺通常需要大量的时间和额外的油井处理化学试剂。此外，很少能完全除去这些聚合物凝胶，残余在井筒中的聚合物会堵塞地层的孔隙，因而阻碍了油气在孔隙中流过和流出。 非聚合物胶凝剂(NPGs)是最近开发的技术，其提供了多糖凝胶的替代物。NPGs是表面活性剂，通常是季铵化合物(阳离子)或两性化合物。因为粘弹性溶液(VES)的某些性能证明对油井增产工艺是有用的，所以特别理想的NPGs形成粘弹性溶液(VESs)。此类性能之一是VES在比聚合物溶液粘度低时，还具有支持支撑物的能力。另一个有用性能是减小了运动流体与与其接触的表面之间的摩擦。VES特别有用的特征是，与油气接触时，凝胶断裂，随之粘度迅速降低。在较低粘度下，与聚合物凝胶相比，从井筒中除去压裂液无需额外的油井处理化学试剂，需用的时间和设备也较少。NPG表面活性剂凝胶也可以采用其它方法断裂。此外，和多糖胶凝剂不同，NPGs造成地下地层中产油气孔隙堵塞的可能性更小。 NPGs在其它油井处理方面也是有用的。例如，NPGs可以降低压裂液向地层的漏失；降低井的产水量；形成井筒清洁的凝胶；降低流动溶液与固体物质之间的摩擦等。 粘弹性表面活性剂在压裂地下地层的非发泡和发泡液中的应用已在几个专利中有描述，如2003年12月17日颁布给Brown等人的欧洲专利EP 0835983 B1；1993年11月2日颁布给Bonekamp等人的美国专利No.5,258,137；1996年9月3日颁布给Norman等人的美国专利No.5,551,516；1999年10月12日颁布给Brown等人的美国专利No.5,964,295；1999年6月16日颁布给Card等人的美国专利No.5,979,557。 粘弹性表面活性剂在水截止处理(water shut off treatment)和选择性酸化中的应用在1999年6月16日公开的，Jones等人的英国专利申请GB2,332,224A；以及1999年石油工程师协会，56529，Chang F.F.、Love T.、Affeld C.J.、Blevins J.B..、Thomas R.L.和Fu D.K.的“Case study of a novelacid diversion technique in carbonate reservoirs”中有描述。 本领域最新的发展可以参见2004年5月27日公开的，Zhou等人的美国专利申请No.2004/0102330A1，其描述了可解离单体VES表面活性剂；以及2004年4月8日公开的，Hughes等人的美国专利申请No.2004/0067855A1，其描述了低聚阴离子或阳离子VES表面活性剂(包括二聚体和三聚体形式)。 油气采收(hydrocarbon recovery)领域使用的常规阳离子NPGs使用具有憎水碳链的烷基胺。为了可用于压裂，常规阳离子NPGs的憎水碳链长度优选并主要为18个碳原子，更优选大于18个碳原子。市场上可以买到的这种物质的实例是ClearFRACTM，可从Schlumberger-Doll Research(＂Schlumberger，＂Ridgefield，Connecticut)，即瓢儿菜基-N，N-二-(2-羟乙基)-N-甲基氯化铵(erucyl-N，N-di-(2-hydroxyethyl)-N-methylammonium chloride，EHMAC)，据称其在目前市场上可购买的任何商业粘弹性压裂液的最高应用温度(约达到250℉(约为121℃))时可以提供预期性能。据报道，该产品含低于3％的含18个或更少碳原子的憎水碳链。因为用于制备EHMAC的中间体必须提纯，以除去含18个或更少碳原子的烷基链组分，所以与其它烷基胺阳离子物质相比，EHMAC成本的大部分基本在生产方面。EHMAC的巨大成本限制了增产工艺的次数，其是重复进行增产的基础。 市场上ClearFRACTM的替代品是AquaClearTM表面活性剂压裂液，可从BJ Services Company(＂BJ Services＂，Huston，Texas)获得。它还使用季化烷基胺，但成本较低，这是因为其不需要极纯的中间体。然而，AquaClearTM的最高应用温度为约170℉(约为76.7℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粘弹性钻井处理液，其包含水和至少一种多阳离子季铵化合物以控制所述组合物的粘弹性，其中所述至少一种多阳离子季铵化合物包括下面通式表示的双季铵化合物：　＊＊＊　其中Ｒ↓［２］、Ｒ↓［３］、Ｒ↓［４］和Ｒ↓［５］独立地选自：　（ａ）具有约１至约４个碳原子的烃基；和　（ｂ）具有约１至约４个碳原子的取代的烃基；或可替换地，　其中Ｒ↓［２］和Ｒ↓［３］是杂环，以及Ｒ↓［４］和Ｒ↓［５］是不同的杂环或独立地选自以上定义的（ａ）或以上定义的（ｂ）；　其中Ｒ↓［７］选自具有约２至约３０个碳原子的烃基和具有约２至约３０个碳原子的取代的烃基；　其中Ｒ↓［１］和Ｒ↓［６］独立地选自：　以上定义的（ａ）；　以上定义的（ｂ），和　（ｃ）具有约１３至约４０个碳原子的烃基，或具有约１３至约４０个碳原子的取代的烃基；　其中Ｒ↓［１］或Ｒ↓［６］中的至少一个是以上定义的（ｃ）；和　其中Ａ↓［１］↑［－］和Ａ↓［２］↑［－］独立地选自：　ｉ）带负电的无机离子；　ｉｉ）具有一个或多个带负电官能团的有机分子；和　ｉｉｉ）带负电的官能团，其是Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］、Ｒ↓［３］、Ｒ↓［４］、Ｒ↓［５］、Ｒ↓［６］或Ｒ↓［７］的一部分。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗W诺克斯，
申请(专利权)人：斯蒂潘公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]