專利名稱：二氧化碳發(fā)泡流體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用二氧化碳發(fā)泡或賦能的(energized)粘性流體及其使用方法。
背景技術(shù)：
發(fā)泡流體(foamed fluid)在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，例如在油田作為壓裂液。盡管通常將這種流體叫做泡沫，但當(dāng)?shù)诙酁镃O2時(shí)，在大多數(shù)應(yīng)用條件下，流體更像是水和超臨界CO2的乳狀液。而且，當(dāng)非水相的比例(稱為“泡沫特征值(foam quality)”，有時(shí)簡(jiǎn)寫(xiě)作FQ)低于約54％時(shí)，通常將這種流體稱作“賦能”。當(dāng)我們說(shuō)“泡沫”時(shí)，就包含了任何特征值(quality)，包括了乳狀液；當(dāng)我們說(shuō)“賦能”時(shí)，意味著特征值低于約54％。在某些條件下，相對(duì)于N2(或其它氣體)發(fā)泡壓裂液，CO2“發(fā)泡”壓裂液通常是優(yōu)選的。例如，在完成處理作業(yè)后，CO2隨著壓力的下降而氣化，此時(shí)CO2能提供額外的清洗能量(相對(duì)于N2)。此外，對(duì)于更深和更熱的井，CO2發(fā)泡流體需要的馬力較少，因?yàn)槠涿芏雀哂谙嗟扰菽卣髦档腘2發(fā)泡流體。因此在高于約180(約82℃)時(shí)，很少泵送N2流體，在高達(dá)約240(約116℃)及更高的溫度下，還照常使用CO2流體。
具有與CO2相容的壓裂液是所需的特征。在用于壓裂(以及其它用途)時(shí)，與傳統(tǒng)聚合物流體相比，表面活性劑基流體(“VES”或“粘彈性表面活性劑”流體)具有許多優(yōu)勢(shì)，但多數(shù)VES流體與CO2的相容性不是很好。不拘泥于理論，但認(rèn)為這是由于超臨界CO2的溶解能力破壞了膠束結(jié)構(gòu)(例如但不局限于蠕蟲(chóng)狀膠束結(jié)構(gòu)(worm-like micelle structure))，而該膠束結(jié)構(gòu)對(duì)于流體粘度是必需的。制備更長(zhǎng)時(shí)間和高溫穩(wěn)定的VES/CO2發(fā)泡流體將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施方案之一是一種流體組合物，其包含粘彈性表面活性劑和增效輔助表面活性劑。另一個(gè)實(shí)施方案中，組合物還包含水；粘彈性表面活性的濃度為約0.3-10％；增效輔助表面活性劑的濃度為約0.008-4％；且表面活性劑與增效輔助表面活性劑的比為約5∶1至約15∶1。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述流體組合物是分離相(separate phase)中用二氧化碳發(fā)泡或賦能的，例如具有約30-80％的泡沫特征值。粘彈性表面活性劑和增效輔助表面活性劑協(xié)同使二氧化碳-水的界面穩(wěn)定，并且增效輔助表面活性劑提高了粘彈性表面活性劑與二氧化碳的相容性。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，粘彈性表面活性劑是兩性離子表面活性劑，其通式如下RCONH-(CH2)a(CH2CH2O)m(CH2)b-N+(CH3)2-(CH2)a’(CH2CH2O)m’(CH2)b’COO-式中，R是含約17至約23個(gè)碳原子的烷基，其可以是支鏈或直鏈的，以及可以是飽和或不飽和的；a、b、a’和b’各為0-10，m和m’各為0-13，條件是m和m’不能同時(shí)為0；當(dāng)m不為0時(shí)，a和b各為1或2，當(dāng)m為0時(shí)，(a+b)為2-10；當(dāng)m’不為0時(shí)，a’和b’各為1或2，當(dāng)m’為0時(shí)，(a’+b’)為1-5；(m+m’)為1-14；且CH2CH2O也可以是OCH2CH2。例如，表面活性劑為甜菜堿，進(jìn)一步實(shí)例是油酰氨基丙基甜菜堿(oleylamidopropyl betaine)或瓢兒菜基酰氨基丙基甜菜堿(erucylamidopropyl betaine)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，增效輔助表面活性劑是季銨表面活性劑，其中陽(yáng)離子為 或 式中，R1、R2、R3和R4各為烷基、烯基、芳基烯基(arylalkenyl)或羥烷基，其各自具有1至約22個(gè)碳原子，為飽和或不飽和的支鏈或直鏈，R1也可以為烷基氨基烷基和烷基酰氨基烷基。增效輔助表面活性劑也可以是乙氧基化陰離子表面活性劑，其通式如下R-(CH2CH2-O)n-COO-M+，式中R為具有約6-22個(gè)碳原子的烷基，其可以是飽和或不飽和的和直鏈或支鏈的，n為約0-30。增效輔助表面活性劑也可以包含所示銨陽(yáng)離子型的一種或二者的混合物，或所述乙氧基化陰離子的混合物，或所述胺和所述陰離子的混合物。增效輔助表面活性劑也可以為上述單體實(shí)例或其它物質(zhì)的低聚物或聚合物，其它物質(zhì)的低聚物或聚合物的實(shí)例為具有一個(gè)或多個(gè)親二氧化碳(carbon dioxide-philic region or regions)和一個(gè)或多個(gè)親水段的聚合物，例如聚環(huán)氧丙烷和乙烯醇-乙烯乙酸酯共聚物。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，表面活性劑為BET-E-40，增效輔助表面活性劑為C12烷基二甲基芐基氯化銨、月桂基(聚氧乙烯)-13醚羧酸鈉(sodiumlaureth-13carboxylate)或二者的混合物。
本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方案是，提高含有上述表面活性劑的含水相流體與二氧化碳相容性的方法，該方法包括添加足量的增效輔助表面活性劑。
這些流體的用途之一是，處理井筒(wellbore)穿透的地層的方法，或者處理井孔自身的方法，即通過(guò)向地層或井孔中注入二氧化碳發(fā)泡流體。在這些用途中，也可以將二氯氧化鋯作為粘土穩(wěn)定劑使用。


圖1顯示了合適增效輔助表面活性劑的代表性實(shí)例。
圖2顯示了未采用增效輔助表面活性劑制成的未發(fā)泡的流體和CO2發(fā)泡流體的溫度分布。
圖3顯示了具有不同增效輔助表面活性劑與表面活性劑比例的未發(fā)泡流體的粘度溫度分布。
圖4顯示了未發(fā)泡流體的粘度溫度分布，該流體由比例固定而濃度不同的增效輔助表面活性劑和表面活性劑制備。
圖5顯示了由增效輔助表面活性劑和表面活性劑制備的未發(fā)泡流體和CO2發(fā)泡流體的粘度溫度分布。
圖6顯示了在不同的泡沫特征值和溫度下，由增效輔助表面活性劑和表面活性劑制備的CO2發(fā)泡流體的粘度。
圖7顯示了泡沫特征值和溫度對(duì)CO2發(fā)泡流體的影響，該發(fā)泡流體由增效輔助表面活性劑和表面活性劑制備。
圖8顯示了含有兩種增效輔助表面活性劑的CO2發(fā)泡流體的泡沫流變性(foam rheology)。
圖9比較了CO2發(fā)泡流體的泡沫流變性與聚合物基流體的泡沫流變性，該CO2發(fā)泡流體由增效輔助表面活性劑和表面活性劑制備。
具體實(shí)施例方式
以下主要描述VES/CO2發(fā)泡流體在作為壓裂液方面的用途，盡管本發(fā)明并不局限于壓裂液和壓裂。CO2壓裂液的主要目標(biāo)是低壓井和貧井(depleted well)。對(duì)于這些井，在完成作業(yè)后，沒(méi)有足夠的儲(chǔ)存壓力(reservoirpressure)來(lái)將壓裂液排回到表面。改進(jìn)任意井的清洗可對(duì)壓裂液賦能或發(fā)泡來(lái)補(bǔ)償?shù)蛪?；?dāng)釋放壓力時(shí)，包含在流體體系中的氣體回流到井中。
作為發(fā)泡流體，N2和CO2是最常用的。與N2發(fā)泡流體相比，CO2發(fā)泡流體具有一些優(yōu)勢(shì)。其需要較低的水馬力。CO2的分子量大于N2，且其沸點(diǎn)較高，因此其更容易液化。在通常的壓裂條件下，CO2為液態(tài)或超臨界態(tài)；該相態(tài)要比氣態(tài)稠密。因此與用N2發(fā)泡相比，CO2發(fā)泡的壓裂液能產(chǎn)生更大的靜水壓。事實(shí)上，N2發(fā)泡流體是如此之輕，以至于當(dāng)溫度高于約180(約82℃)時(shí)，泵送它們所需的馬力變得經(jīng)濟(jì)上不利，同時(shí)處理設(shè)備壓力要求變得難以實(shí)施。而且，CO2在含水介質(zhì)中的溶解度更高，這使得可更容易泵送泡沫特征值更高的流體。
CO2還能沿井眼(down hole)產(chǎn)生更多能量。因?yàn)檠鼐郾盟蜁r(shí)，CO2是液相或超臨界相，當(dāng)釋放壓力或升高溫度時(shí)，CO2就被氣化。當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w時(shí)，少量的液相或超臨界CO2就能占據(jù)較大的體積。對(duì)于回流，每單位CO2的裝填量能產(chǎn)生更高的壓力梯度。
CO2也提供更好的清洗，即引起的地層破壞較輕。因?yàn)镃O2在含水流體中溶解度較大并容易液化，所以能容易的獲得高泡沫特征值的流體。這降低了每次壓裂作業(yè)的總液體裝填量。隨著裝填量變少，地層破壞的可能性就降低。而且，因?yàn)镃O2在含水流體中的溶解度較高，滲漏進(jìn)地層的流體往往含有一些溶解的CO2。當(dāng)這部分CO2氣化時(shí)，其有助于將地層中的流體清除到遠(yuǎn)離井眼。最后，許多未發(fā)泡或用N2發(fā)泡的聚合物基流體呈堿性，而由于溶解的CO2濃度較高，CO2流體的pH值通常為約4。該酸性環(huán)境就制約了一些地層粘土(formation clay)的膨脹。
傳統(tǒng)上，線性或交聯(lián)聚合物主導(dǎo)了CO2泡沫增黏劑市場(chǎng)。然而，基于粘彈性表面活性劑(VES’s)的泡沫具有良好的支撐劑輸運(yùn)性，出色的持續(xù)滲透性，其制備和使用簡(jiǎn)單并有效(robust)，而且除水(以及任何加入水中制備鹽水的鹽)和CO2之外的所有組分能夠以單獨(dú)的流體濃縮物形式任意預(yù)混合。
當(dāng)將壓裂液和CO2混合并沿井眼泵送時(shí)，表面處理壓力通常為幾千psi(幾十MPa)(管內(nèi)部流體的靜水壓導(dǎo)致井眼底部的壓力較高)。在這些條件下，CO2在低于88(31℃)時(shí)為液態(tài)。當(dāng)溫度高于88(31℃)且壓力低于約90000psi(約600MPa)時(shí)，CO2為超臨界態(tài)。因此CO2壓裂液通常為超臨界態(tài)。超臨界CO2具有獨(dú)特的化學(xué)和物理性質(zhì)，這在本發(fā)明的實(shí)施方案中具有優(yōu)勢(shì)。在該相態(tài)下，其具有液體的溶劑化能力和氣體的擴(kuò)散系數(shù)。
目前發(fā)現(xiàn)，將某些化合物添加到VES流體中，可以利用協(xié)同效應(yīng)來(lái)使它們與CO2更好的相容。也就是說(shuō)，通過(guò)添加這些本發(fā)明中稱為“增效輔助表面活性劑”的物質(zhì)，使與CO2不相容或不能很好的相容的某些VES流體變得能相容或更相容。對(duì)于給定濃度的表面活性劑可以如下顯示出相容性通過(guò)在不能形成并保持泡沫的條件下，形成并保持泡沫(在VES/CO2體系不相容的情況下，使VES/CO2體系相容)；或者通過(guò)給定溫度下發(fā)泡流體的更高粘度、給定溫度下更長(zhǎng)的泡沫壽命，或通過(guò)在一段合適時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生并維持合適流體粘度的更高溫度(與沒(méi)有增效輔助表面活性劑物質(zhì)相比，使VES/CO2體系更相容)。
另外應(yīng)該重復(fù)說(shuō)明的是，當(dāng)用CO2賦能時(shí)，本發(fā)明含有增效輔助表面活性劑的VES/CO2體系，顯示了性能增強(qiáng)(與N2發(fā)泡流體相比)?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整體系內(nèi)CO2的比例來(lái)調(diào)整流體性能。與未發(fā)泡或N2發(fā)泡流體相比，至多約80％，當(dāng)存在增效輔助表面活性劑時(shí)，CO2比例的增加導(dǎo)致粘度更高和泡沫穩(wěn)定性更好，條件是CO2是超臨界態(tài)的。
合適的表面活性劑具有形成粘彈性水凝膠的相對(duì)良好能力，和相對(duì)良好的CO2親合力。與表面活性劑相比，合適的增效輔助表面活性劑具有較短的疏水鏈和對(duì)CO2更大的親和力。對(duì)CO2具有合適親和力的增效輔助表面活性劑的頭基(head group)包括羧基或羧酸酯，含氟基團(tuán)，含硅基團(tuán)和季銨基。增效輔助表面活性劑也可以是低聚物和聚合物，例如聚環(huán)氧丙烷的低聚物或聚合物，以及聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯的共聚低聚物(co-oligomer)或共聚物。這些低聚物和聚合物具有一個(gè)或多個(gè)相對(duì)于水優(yōu)選更吸引二氧化碳的段，和一個(gè)或多個(gè)相對(duì)于二氧化碳優(yōu)選更吸引水的段。也可以使用短鏈的兩親物。表面活性劑和增效輔助表面活性劑的組合穩(wěn)定了CO2/H2O界面。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用如前所述增效輔助表面活性劑時(shí)，在形成穩(wěn)定的VES/CO2發(fā)泡體系時(shí)，幾種類型的兩性離子表面活性劑特別有用。通常，適宜的兩性離子表面活性劑具有如下通式RCONH-(CH2)a(CH2CH2O)m(CH2)b-N+(CH3)2-(CH2)a’(CH2CH2O)m’(CH2)b’COO-式中，R是含有約17-23個(gè)碳原子的烷基，其可以為支鏈或直鏈，可以為飽和或不飽和；a、b、a’和b’各為0至約10，m和m’各為0至約13；當(dāng)m不為0時(shí)，a和b各為1或2，當(dāng)m為0時(shí)，(a+b)為2至約10；當(dāng)m’不為0時(shí)，a’和b’各為1或2，當(dāng)m為0時(shí)，(a’+b’)為1至約5；(m+m’)為0至約14；且CH2CH2O也可以為OCH2CH2。優(yōu)選的表面活性劑是甜菜堿。
甜菜堿的兩個(gè)實(shí)例分別為，BET-O-30和BET-E-40。BET-O-30中的VES表面活性劑如下所示；其化學(xué)名稱為油酰氨基丙基甜菜堿。其之所以被命名為BET-O-30，是因?yàn)閺墓?yīng)商(Rhodia，Inc.Cranbury，New Jersey，U.S.A)處獲得該產(chǎn)品時(shí)，其被稱做Mirataine BET-O-30；其包含有油酸酰氨基(包括C17H33烯基尾基)且被提供為約30％的活性表面活性劑；其余部分主要是水、氯化納、甘油和1，2-丙二醇。類似的物質(zhì)，BET-E-40，也從Rhodia處獲得，其包含有芥酸酰氨基(包括C21H41烯基尾基)，且為約40％的活性組分，其余部分主要是水、氯化納和異丙醇。(在下面的實(shí)驗(yàn)中，這些物質(zhì)被命名為“組合物1”)。BET-E-40中的表面活性劑也如下所示；其化學(xué)名稱為芥酰胺異丁基甜菜堿。美國(guó)專利US6258859記載了BET表面活性劑和其它合適的表面活性劑，在此整體引入作為參考。
一些輔助表面活性劑可用于增加鹽容限(brine tolerance)，提高膠凝強(qiáng)度，降低VES流體剪切敏感性，特別是BET-O型表面活性劑。美國(guó)專利US6258859給出的實(shí)例是十二烷基苯磺酸鈉(SDBS，如下所示)。可以在有或沒(méi)有這類輔助表面活性劑的情況下，使用VES’s，例如這些含有SDBS類結(jié)構(gòu)(具有飽和或不飽和的和支鏈或直鏈的C6-C16)那些。這類輔助表面活性劑進(jìn)一步的實(shí)例為，具有飽和或不飽和的和支鏈或直鏈的C8-C16的輔助表面活性劑。這類輔助表面活性劑其它合適實(shí)例，特別是對(duì)于BET-O-30，是一些螯合劑，例如羥乙基乙二胺三乙酸三鈉。需要注意的是，這類輔助表面活性劑與本申請(qǐng)實(shí)施方案的“增效輔助表面活性劑”不是同一類型。
以下實(shí)驗(yàn)采用BET-E-40，盡管也可以采用其它VES’s。盡管沒(méi)有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但認(rèn)為BET-E-40和其它表面活性劑的混合物(包含兩種甜菜堿的全部，例如BET-O-30以及其它類型)形成的VES/CO2發(fā)泡體系，其穩(wěn)定性要好于由其它表面活性劑但不添加BET-E-40制備的VES/CO2發(fā)泡體系。這類混合物也在本發(fā)明實(shí)施方案的范圍之內(nèi)。
BET-O-30中的表面活性劑(n＝3且p＝1) BET-E-40中的表面活性劑(n＝3且p＝1) SDBS(x＝11且反離子為Na+)合適的甜菜堿包括其中烯基側(cè)鏈(尾基(tail group))含有可為直鏈或支鏈且可為飽和或不飽和的17-23個(gè)碳原子(羰基碳原子未計(jì)算在內(nèi))的那些，n＝2-10且p＝1-5，以及這些化合物的混合物。還例如，合適的甜菜堿包括其中烯基側(cè)鏈含有可為直鏈或支鏈的且可為飽和或不飽和的17-21個(gè)碳原子(羰基碳原子未計(jì)算在內(nèi))的那些，n＝3-5且p＝1-3，以及這些化合物的混合物。
以下介紹用于產(chǎn)生或改進(jìn)VES/CO體系的相容性并因此改進(jìn)性能的合適增效輔助表面活性劑的兩類化合物的實(shí)例。第一類是一些季銨表面活性劑，對(duì)其陽(yáng)離子而言具有下述通式 或 式中，R1、R2、R3和R4可以是烷基、烯基、芳基烯基和羥烷基，其各自具有1至約22個(gè)碳原子，可以為飽和或不飽和，且可以為支鏈或直鏈的。R1也可以是烷基氨基烷基和烷基酰氨基烷基。陰離子可以是無(wú)機(jī)陰離子(例如Cl-和Br-)或有機(jī)陰離子(例如乙酸根或其它有機(jī)酸根)。這種增效輔助表面活性劑的實(shí)例有，烷基二甲基芐基氯化銨，其具有約8-16個(gè)碳原子的飽和直鏈烷基，或者具有約8-16個(gè)碳原子的飽和直鏈的混合烷基。這類化合物的實(shí)例之一是C12烷基二甲基芐基氯化銨，從Rhodia Inc.(Cranbury，NewJersey，U.S.A)購(gòu)得，其商品名為Alkaquat DMB 80，在本發(fā)明中稱做“DMB”。
第二類是乙氧基化的陰離子表面活性劑，其通式如下R-(CH2CH2-O)n-CH2CH2COO-M+其具有烷基鏈R，具有約6至約30個(gè)碳原子，其可以是支鏈或直鏈，飽和或不飽和，n值為0至約20。陽(yáng)離子可以為無(wú)機(jī)陽(yáng)離子(例如K+、Na+和Cs+)和有機(jī)陽(yáng)離子(例如季銨)。實(shí)例包括月桂基(聚氧乙烯)-13醚羧酸鈉，Rhodia Inc.(Cranbury，New Jersey，U.S.A)出售，其商品名為Miranate LEC-80，以下稱作“LEC”。LEC具有C12直鏈烷基、13個(gè)乙氧基和鈉離子。按原樣獲得的Miranate LEC-80含有約79％的活性組分，以及含有乙醇和水的混合物。
也可以使用這兩類增效輔助表面活性劑任一類中不止一種的混合物或每一類中的一種或更多種的混合物。發(fā)泡的VES流體通常含有約0.3至約10重量％的VES(表示為發(fā)泡流體含水相中的活性表面活性劑，而不是按原樣獲得的表面活性劑)，以及約0.008至約4重量％的增效輔助表面活性劑(表示為發(fā)泡流體含水相中的增效輔助表面活性劑)。在另一個(gè)實(shí)例中，VES的濃度為約0.6至約1.6重量％，增效輔助表面活性劑濃度為約0.08至約0.4重量％。表面活性劑與增效輔助表面活性劑的比一般為約5∶1至約15∶1，例如為約7.5∶1至約10∶1。CO2的體積百分比(“泡沫特征值”)為約30至約85％，例如為約60至約75％。
圖1給出了合適增效輔助表面活性劑的代表性實(shí)例，其中DMB是C12烷基二甲基芐基氯化銨，LEC是月桂基(聚氧乙烯)-13醚羧酸鈉。也可以使用這些物質(zhì)的低聚物或聚合物。
可以使用的水可以是任意的水，例如市政水、湖水或溪水、海水或鹽水。為獲得最佳性能，由BET-E-40制備的VES/CO2發(fā)泡流體應(yīng)當(dāng)含有約2％的KCl。對(duì)于添加的任意物質(zhì)(例如鹽、酸、互溶劑、醇和其它物質(zhì))的合適濃度可通過(guò)下述的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。
新型VES/CO2體系與其它賦能或泡沫體系以相同的方式使用，例如用于如壓裂的油田作業(yè)中，以及其它工業(yè)應(yīng)用。該應(yīng)用不需要特殊的裝備或步驟。主要的不同在于包含增效輔助表面活性劑，以及調(diào)整組合物的濃度或要求更好作業(yè)結(jié)果的作業(yè)設(shè)計(jì)(job designs)。通常，在常用于這些組合物的其它組分(例如鐵控制劑、殺生物劑、起泡劑、緩蝕劑、支撐劑、粘土控制劑及其它物質(zhì))之前或之后，增效輔助表面活性劑與VES表面活性劑預(yù)濃縮物進(jìn)行預(yù)混合，隨后加入到水中。濃縮物中也可以任選包含這些“其它組分”中的一些。然而，也可以添加增效輔助表面活性劑并與其它任意一種或多種組分進(jìn)行預(yù)混合，例如作為濃縮物，或者可以分別添加到流體中。
除用于壓裂之外，這些流體也可以用于油田的其它領(lǐng)域，例如但并不局限于酸化、酸壓裂、砂礫充填、導(dǎo)向(diversion)以及油井清洗。當(dāng)然，其也可以用于其它類型的井處理，例如但不局限于油氣生產(chǎn)、餾出液、氦、二氧化碳、水和其它物質(zhì)的井，以及用于強(qiáng)化采油、儲(chǔ)存或處理的注射井。
其另一用途是采用平衡控制的手段進(jìn)行酸的控制釋放，以進(jìn)行酸化。例如，在HCl和CaCO3的反應(yīng)中，產(chǎn)生CO2；體系中的高CO2濃度驅(qū)使平衡反應(yīng)往回進(jìn)行，因此抑制了反應(yīng)速率(使反應(yīng)減速)。當(dāng)控制良好時(shí)，通過(guò)改變CO2的分壓，可以調(diào)節(jié)反應(yīng)速率。該特性可以用于如提高效率、控制流體填充(fluid placement)以及控制孔洞形成(wormholing)?？梢杂肅O2泡沫增強(qiáng)的其它工業(yè)用途包括，但不局限于下例，作為難溶物質(zhì)的超溶劑(supersolvent)，作為可去除的溶劑模板來(lái)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)均勻的多孔材料，用于混合兩種不互溶聚合物，以及生成藥物控釋包衣。
在油田作業(yè)中，經(jīng)常使用粘土控制劑，例如氯化鉀或氯化四甲銨。二氯氧化鋯是已知的優(yōu)異粘土穩(wěn)定劑，由于可以在非常低的濃度下使用，因此其使用非常廉價(jià)。然而，其很少與聚合物基粘性流體一起使用，因?yàn)殇喪沁@類聚合物生成多糖的交聯(lián)劑。在本發(fā)明實(shí)施方案的流體和方法中，二氯氧化鋯可以用作粘土控制劑，前提是其對(duì)確定的增效輔助表面活性劑/VES體系形成粘彈性發(fā)泡流體的性能沒(méi)有干擾。
實(shí)施例用配備有Variac(自耦變壓器)的Waring共混器來(lái)制備未發(fā)泡的流體。按照API標(biāo)準(zhǔn)，用Fann 50粘度計(jì)來(lái)測(cè)量未發(fā)泡流體的粘度。由使用浮標(biāo)(bob)和杯狀(cup)幾何結(jié)構(gòu)的Bohlin流變儀來(lái)測(cè)量未發(fā)泡流體的動(dòng)態(tài)流變性和低剪切流變性。用Chandler泡沫流變儀來(lái)測(cè)量CO2發(fā)泡流體的粘度。
為了制備典型的未發(fā)泡流體，將200ml自來(lái)水加入到1LWaring共混器杯中。向該流體中加入4g(2％)KCl鹽并使其溶解，隨后在溫和的攪拌下，加入7ml(3.5％)VES濃縮物。用自耦調(diào)變?cè)O(shè)備，以全速的30％到40％攪拌該流體5分鐘，接著用自耦調(diào)變?cè)O(shè)備，以全速的60％攪拌40秒。
由VES流體制備的表面活性劑濃縮物稱作組合物。組合物1僅包含按原樣獲得的甜菜堿表面活性劑BET-E-40。當(dāng)用CO2來(lái)發(fā)泡由3％的組合物1制備的流體時(shí)，流體的粘度隨著溫度升高而保持較低(～50cP)，直到超過(guò)約200(約93℃)。需要注意的是，在試驗(yàn)中溫度升高時(shí)，泡沫特征值增加；實(shí)驗(yàn)中觀察到，泡沫特征值的增加有助于流體粘度的增加。在溫度升高至約270(約132℃)之前，流體粘度保持在大于100cP。在約200(約93℃)時(shí)，為了使流體能作為壓裂液使用，其在低于該溫度的條件下應(yīng)具有良好的粘度，因此在溫度升到高溫之前，其能夠攜帶支撐劑。因此，為制備用于壓裂的良好VES/CO2流體，單獨(dú)的組合物1不能令人滿意。
組合物2是含有約1％DAXAD 17的按原樣獲得的甜菜堿表面活性劑BET-E-40，DAXAD 17為低分子量的聚萘磺酸鈉，Hampshire化學(xué)公司(Nashua，NH，USA)出售。如圖2所示，在所研究的全部溫度測(cè)試范圍內(nèi)，由6％組合物2制備的CO2流體并不具備良好的粘度。粘度隨溫度升高而增大，直至溫度為約130(約54℃)；但隨溫度進(jìn)一步升高，粘度降低；當(dāng)溫度升高至不超過(guò)約240(約116℃)時(shí)，粘度降低至小于約50cP。然而，當(dāng)在高溫室觀察泡沫時(shí)，泡沫看上去并不穩(wěn)定，在實(shí)驗(yàn)中能夠觀察到排水消泡(drainage defoaming)；在該室中分離流體幾分鐘后，排水消泡清楚可見(jiàn)。因此認(rèn)為組合物2不能充分的與CO2相容。
將DAXAD添加到組合物1中，以減少流體的剪切回復(fù)時(shí)間(shearrecovery time)(未圖示)，但也降低了CO2發(fā)泡流體的粘度。我們業(yè)已發(fā)現(xiàn)，VES體系中少量的適宜增效輔助表面活性劑起到剪切-回復(fù)添加劑的作用，同時(shí)起到維持甚至提高粘度和泡沫穩(wěn)定性的試劑作用。這些增效輔助表面活性劑的實(shí)例是陽(yáng)離子表面活性劑Alkaquat DMB 80。不拘泥于理論，但認(rèn)為DMB的添加改變了表面活性劑在CO2/水界面上的分布。生成的VES流體與CO2相容，并且當(dāng)泡沫特征值為約60％-80％時(shí)，其特別適于用作壓裂液。在室溫高至至少約250(約121℃)的范圍內(nèi)，流體的粘度能保持大于100cP。據(jù)估計(jì)，DMB使流體的可用溫度至少擴(kuò)大了約50(約38℃)。在這些實(shí)驗(yàn)中使用的濃度為有時(shí)未發(fā)泡壓裂液中使用的濃度的一半。如果在含有DMB的發(fā)泡流體中使用更高的濃度，那么在溫度達(dá)至約300(約149℃)時(shí)，預(yù)期流體具有良好的性能。在某些情形下，添加DMB可能會(huì)損害高溫下未發(fā)泡流體的粘度，但當(dāng)用CO2發(fā)泡時(shí)，這些流體依然具有出色的溫度穩(wěn)定性范圍。
對(duì)于由BET-E-40和DMB制備的流體，發(fā)現(xiàn)在未發(fā)泡流體的性能和CO2發(fā)泡流體的性能之間具有緊密的關(guān)系。(令人滿意的未發(fā)泡流體意味著流體同時(shí)具有令人滿意的粘度和令人滿意粘彈性。本發(fā)明實(shí)施方案中，由增效輔助表面活性劑制備的流體不僅是粘性的而且還是粘彈性的)。由于這種關(guān)系，可推測(cè)如果未發(fā)泡流體的粘度令人滿意，那么CO2發(fā)泡流體的粘度和穩(wěn)定性也令人滿意。這種關(guān)系極大地簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)過(guò)程。多數(shù)篩選試驗(yàn)是通過(guò)未發(fā)泡流體的實(shí)驗(yàn)來(lái)完成的。因此，以下所示結(jié)果中的多數(shù)，是用未發(fā)泡流體獲得的。
制備DMB與組合物1比例不同的流體，以發(fā)現(xiàn)在這些條件下產(chǎn)生最優(yōu)粘度分布和最優(yōu)剪切回復(fù)時(shí)間的比率。圖3顯示了這些實(shí)驗(yàn)的粘度溫度分布，該實(shí)驗(yàn)采用含3％組合物1和2％KCl的流體。該比例能影響粘度性能，這非常清楚。更多的DMB往往能增加低溫粘度(也能縮短剪切回復(fù)時(shí)間)，但往往有害地影響高溫性能。用泡沫流變儀對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證(未示出數(shù)據(jù))。在平衡所有的性能中，選擇體積比為0.123的DMB/組合物1來(lái)進(jìn)行更多完全測(cè)試。這些物質(zhì)，被稱為組合物3，含有89％的組合物1和11％的Alkaquat DMB 80。
對(duì)于KCl濃度不同的流體(對(duì)于所有實(shí)施例，組合物3各為3.37％)，研究了其粘度對(duì)溫度的性能。對(duì)于該特定流體，發(fā)現(xiàn)2％的KCl濃度是優(yōu)異的濃度，其在75-250(24-121℃)的整個(gè)溫度范圍內(nèi)，顯示出了良好的粘性。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，在高達(dá)約4％的KCl濃度時(shí)，流體性能令人滿意。當(dāng)使用濃度更高的粘土穩(wěn)定劑時(shí)，需要占用一些空間。需要牢記的是，該性能既和DMB/組合物1的比例相關(guān)，也和KCl濃度相關(guān)。對(duì)于CO2壓裂液，如果需要濃度非常高的KCl，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的粘度測(cè)量來(lái)調(diào)整DMB/組合物1的比例，以使性能重新最優(yōu)化。
混合水污染物的類型和濃度因不同的問(wèn)題而改變，因此確定常見(jiàn)污染物對(duì)流體的影響是重要的，該流體由任意VES/增效輔助表面活性劑組合來(lái)制備。用3.37％組合物3和2％KCl制備的流體來(lái)測(cè)試該常見(jiàn)污染物硫酸鹽、碳酸氫鹽、鐵離子、鈣和鎂。實(shí)驗(yàn)中所選用的最高濃度，通常要高于本領(lǐng)域的常見(jiàn)濃度。
隨著K2SO4的濃度增加到高達(dá)4000ppm(要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地層水的常見(jiàn)濃度)，對(duì)未發(fā)泡流體的粘度分布幾乎沒(méi)有影響。對(duì)由組合物3制備的這些流體，碳酸氫鈉(高達(dá)2000ppm)也幾乎沒(méi)有影響。高達(dá)500ppm的鐵離子，對(duì)組合物3制備的未發(fā)泡流體沒(méi)有影響。
通過(guò)測(cè)試鈣濃度不同的幾種流體，表明當(dāng)鈣濃度為100-500ppm時(shí)，其對(duì)流體粘度有輕微的負(fù)面影響，但當(dāng)鈣濃度為1000ppm或更高時(shí)，該影響實(shí)際上消失。在多數(shù)條件下，鎂的表現(xiàn)和鈣相似。
將500ppm的鈣加入到由組合物3制備的流體中，并用CO2使流體發(fā)泡，與未添加鈣的同一流體相比，發(fā)泡流體的流變性幾乎沒(méi)有不同。據(jù)信溶液中溶解的CO2超過(guò)了壓裂水(frac water)中含有的鈣或鎂的水平。所有的鈣離子(或鎂離子)都被轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕}(碳酸鎂)或碳酸氫鈣(碳酸氫鎂)。轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}能使鈣從溶液中沉淀出來(lái)，而轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟潲}會(huì)對(duì)流體流變性有非常小的影響。因此沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有任何影響。在鈣或鎂離子濃度高時(shí)，對(duì)于每個(gè)表面活性劑/輔助表面活性劑組合，該結(jié)果也許不正確，因此對(duì)于每個(gè)流體都應(yīng)進(jìn)行測(cè)試。
實(shí)際上，發(fā)泡流體僅包含少部分的含水相，特別是擋泡沫特征值較高時(shí)。在完成處理后，其自身就限制了留在地層中的液體量，因而就使可能的破壞達(dá)到最小化。在回流階段期間，當(dāng)表面壓力降低時(shí)，發(fā)泡流體中的氣體回流，并同時(shí)攜帶含水液體返回到表面。對(duì)于N2泡沫，在流體中并未溶解太多氣體；如果一定量的含水相滲漏到地層中，形成的氣體數(shù)量也不夠?qū)⑵鋷С龅貙印Ｈ缜八?，VES/CO2發(fā)泡流體，例如由增效輔助表面活性劑制備的流體，比用氣體發(fā)泡的流體更像乳狀液。因此，滲漏到地層的任何流體內(nèi)在地含有顯著量的超臨界CO2用作乳液滴(emulsion droplet)。與N2泡沫的氣相比，乳液中的液滴在滲漏期間，將其從體系的含水相中分離出來(lái)的可能性較小，因此這提供了清洗更深地層的能力。而且，CO2在液相中的溶解度要大大高于N2，因此即使沒(méi)有使用作為乳液滴的CO2，滲漏到地層中的流體也總是含有一定量的溶解CO2。當(dāng)釋放壓力時(shí)或升高溫度時(shí)，CO2從任何滲漏的含水相中氣化，進(jìn)而有助于將其帶回。因此，其清洗能力通常要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于N2發(fā)泡流體。因?yàn)檫@些原因，在多數(shù)情況下沒(méi)有采用破乳劑。而且，當(dāng)在VES流體中溶入CO2時(shí)，CO2使其粘度增加，因此對(duì)于水力壓裂，當(dāng)流體中的CO2耗盡時(shí)以及流體溫度升高到地層溫度時(shí)，未發(fā)泡流體的粘度注定會(huì)變低；從而在多數(shù)CO2回流時(shí)，流體粘度變小，進(jìn)而促進(jìn)清洗。
然而，在某些情況下，仍然希望加入破乳劑，來(lái)使流體變稀，從而有助于回流。對(duì)用于組合物3制備流體的破乳劑進(jìn)行了研究。用于組合物3制備流體的破乳劑，其實(shí)例是NISB(非離子表面活性劑混合物)和EPNS(包膠聚萘磺酸鹽)。NISB為約10％的1-丁醇，25％的2-丁氧基乙醇，15％的水，8.5％的具有約3個(gè)乙氧基單元的直鏈或支鏈C11醇乙氧基化物混合物，39％的具有約8個(gè)乙氧基單元的直鏈或支鏈C11脂肪醇乙氧基化物，以及2.5％的十一烷醇。EPNS為約7-8％的2-萘磺酸鈉，2-8％的水，4-10％硫酸鈉，和55-65％的聚萘磺酸鈉，所有物質(zhì)用15-25％的偏二氯乙烯/異丁烯酸共聚物包膠。
在75-250(24-121℃)的溫度范圍內(nèi)，研究了NISB對(duì)組合物3制備流體的影響。0.5％NISB使流體粘度顯著降低(特別是在高于約130(約54℃))，在高于約175(約80℃)時(shí)粘度完全降低，以及在高于約150(約66℃)時(shí)，1％的NISB使粘度完全降低。流體的低剪切粘度受影響更大。作為其用途的實(shí)例，在壓裂處理前置階段(pre-pad stage)的部分階段，以水溶液形式泵送NISB。其滲漏進(jìn)入地層；在完成作業(yè)后，其回流并與VES/CO2流體接觸，流體被破膠(broken)。
EPNS是包膠的破乳劑。通過(guò)打亂表面活性劑的電解質(zhì)平衡，包膠物質(zhì)破壞VES流體。例如，在壓裂處理淤漿的部分階段，泵送EPNS，從而將其與支撐劑置于裂縫內(nèi)。當(dāng)裂縫閉合時(shí)，閉合壓力壓碎EPNS的涂層，進(jìn)而釋放出被包膠的破乳劑物質(zhì)。使用該包膠破乳劑來(lái)破壞組合物3制備的未發(fā)泡流體。取決于表面活性劑的濃度，我們發(fā)現(xiàn)大約7-10ppt(約0.8-1.2g/L)的EPNS濃度是適宜的。為了確認(rèn)這點(diǎn)，我們用泡沫流變儀測(cè)試了消泡后的流體。用10ppt(1.2g/L)的EPNS破壞未發(fā)泡流體，接著進(jìn)行發(fā)泡，發(fā)泡流體的粘度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于未經(jīng)EPNS壓碎處理的流體。此外，被破壞流體的泡沫半衰期也大大縮短，這進(jìn)一步確保了能很容易的清除被破壞流體。
因?yàn)樵谀承l件下可能需要低溫儲(chǔ)存或泵送濃縮物，所以其低溫穩(wěn)定性和可泵性是很重要的。由于也可能會(huì)在高溫下儲(chǔ)存流體一段時(shí)間，因此研究了其長(zhǎng)期高溫穩(wěn)定性。對(duì)組合物3表面活性劑濃縮物隨時(shí)間函數(shù)變化的粘度進(jìn)行了研究，。研究表明，即使在約20(約-7℃)時(shí)，其仍然具有非常好的可泵性(very pumpable)。
用低溫和高溫模擬寒冷和炎熱的儲(chǔ)存環(huán)境，并在該低溫和高溫下進(jìn)行組合物3濃縮物的老化試驗(yàn)。盡管高于現(xiàn)實(shí)溫度，還是選擇大約150(約66℃)來(lái)進(jìn)行高溫測(cè)試，在該溫度下，表面活性劑濃縮物的分解(如果有的話)得到促進(jìn)。在大約150(約66℃)下進(jìn)行較短時(shí)間的老化試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)顯示了在油田環(huán)境中，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間，表面活性劑濃縮物中的化學(xué)物質(zhì)是否穩(wěn)定。將表面活性劑濃縮物分別儲(chǔ)存在約150(約66℃)的水浴中和約20(約-7℃)的冷藏箱中，來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在指定時(shí)間內(nèi)，取出一部分表面活性劑濃縮物，在含2％KCl的水中，用3.37％的濃縮物來(lái)制備含水流體試樣。剩余的表面活性劑濃縮物放置在炎熱或寒冷的環(huán)境中，進(jìn)一步進(jìn)行老化試驗(yàn)。用經(jīng)熱或冷老化試驗(yàn)的組合物3制備未發(fā)泡流體，隨后用Fann 50流變儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，并將其粘度與未老化濃縮物制備的流體粘度進(jìn)行比較。經(jīng)高溫老化或低溫老化3個(gè)月后，其對(duì)組合物3表面活性劑濃縮物的性能沒(méi)有任何不利影響。
對(duì)組合物3濃縮物的影響進(jìn)行了研究。用2％KCl中的組合物3制備未發(fā)泡流體，圖4給出了其粘度溫度分布。在溫度范圍的多數(shù)溫度下，組合物3濃度增大，導(dǎo)致流體粘度增加。在高于約230(約110℃)時(shí)，流體粘度已經(jīng)很小，此時(shí)增大組合物3的粘度也無(wú)濟(jì)于事。如圖5所示，在2％KCl中用4％組合物3制備未發(fā)泡流體，將其粘度分布與泡沫特征值為70％和75％的CO2發(fā)泡的同一流體相比較，在實(shí)驗(yàn)溫度的全部范圍內(nèi)，CO2發(fā)泡流體的粘度幾乎都要高于未發(fā)泡流體的粘度。而且，用CO2發(fā)泡還將流體溫度的上限擴(kuò)展了約50(超過(guò)約28℃)。
對(duì)CO2泡沫特征值的影響進(jìn)行了更詳細(xì)地研究。發(fā)現(xiàn)CO2發(fā)泡流體的粘度和泡沫特征值成正比例。對(duì)于在2％KCl中用組合物3制備的CO2發(fā)泡流體，在100S-1的剪切速率下，粘度大于約100cP，泡沫特征值往往大于約60％。例如，圖6顯示了在不同的泡沫特征值和100(約38℃)及200(約93℃)下，2％KCl中由4％組合物3制備的CO2發(fā)泡流體的粘度?？梢钥闯?，在溫度更高時(shí)，當(dāng)泡沫特征值至少為約60％時(shí)，粘度急劇增大。在溫度較低時(shí)，粘度隨泡沫特征值增加而增大，但該影響不是很大。該泡沫特征值降低了液體(含水)的裝載量，同時(shí)能提供良好的泡沫流體粘度。太高的泡沫特征值(即大于約80％)容易導(dǎo)致泡沫結(jié)構(gòu)難于控制，并且發(fā)泡流體內(nèi)外相的反轉(zhuǎn)也成為可能。如果發(fā)生這種反轉(zhuǎn)，泡沫流體的粘度值將下降到很低。
圖7顯示了在不同的泡沫特征值和90(約32℃)到250(約121℃)的溫度范圍內(nèi)，由4.5％的組合物3在2％KCl中制備的CO2發(fā)泡流體的粘度。在90(約32℃)下，當(dāng)泡沫特征值為55-75％時(shí)，其粘度近似相同。在更高的溫度下，泡沫特征值越大，明顯導(dǎo)致粘度越高。在此組合物3濃度下，對(duì)于每個(gè)泡沫特征值，都存在一個(gè)溫度，高于該溫度，泡沫粘度開(kāi)始減小，例如對(duì)于75％的泡沫特征值，該溫度是約200(約93℃)，對(duì)于70％的泡沫特征值，該溫度是約150(約66℃)，對(duì)于更低的泡沫特征值，該溫度為90(約32℃)。實(shí)驗(yàn)(未示出)表明，在組合物3的濃度降到至少小于約2.5％時(shí)，結(jié)果相似，但對(duì)于任何溫度和泡沫特征值的組合，粘度較低，在組合物3濃度較低時(shí)，不同泡沫特征值的影響不很顯著但仍然重要。
實(shí)驗(yàn)(未示出)表明，在正常場(chǎng)混合和泵送工序中，此處所述合適組合物通常能產(chǎn)生令人滿意的泡沫。然而，如果需要，也可以使用泡沫發(fā)生器(foamgenerator)。
實(shí)驗(yàn)(未示出)表明，本發(fā)明的流體能與所使用的纖維相容，例如作為清洗助劑，或阻止支撐劑回流，以及砂礫和微粒的移動(dòng)。
圖8給出了流體的泡沫流變性結(jié)果，該流體包含3％的組合物1，0.19％的DMB，0.03％的LEC，和0.2％的氯化四甲銨。在圖8中，時(shí)間以x:yy:zz的格式給出，其表示x小時(shí)，yy分鐘，zz秒?？梢钥闯?，在至少約207(約97℃)下，含有增效輔助表面活性劑混合物的流體，能夠提供穩(wěn)定的粘性泡沫。相信在更高的溫度下，也能獲得穩(wěn)定的粘性泡沫，但并未進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn)。在圖中，較高的粘度設(shè)置代表了剪切速率從100秒-1下降到75、50和25秒-1。在內(nèi)徑為0.1750或0.2055英寸(0.445或0.522厘米)的毛細(xì)管中，在0.02-0.09英寸3/秒(0.33-1.47厘米3/秒)的體積流速下，使用Chandler泡沫流變儀來(lái)獲得這些測(cè)試結(jié)果。在不同的溫度下，在毛細(xì)管環(huán)路中使流體連續(xù)循環(huán)，來(lái)進(jìn)行測(cè)試。由一節(jié)泡沫環(huán)路(foam loop)的壓降來(lái)計(jì)算粘度值。
將本發(fā)明二氧化碳發(fā)泡的VES流體的粘度，與目前用于壓裂的二氧化碳泡沫聚合物流體相比較。圖9顯示了約150(約66℃)下流體粘度的比較結(jié)果，其中流體為組合物4(2％KCl中的4％組合物1和0.5％DMB)和組合物5(一種通常用于泡沫壓裂的流體，其包含40磅瓜耳膠/千加侖流體(約4.8g/L)的等效物，向自來(lái)水中加入0.9體積％的50/50重量％的瓜耳膠和柴油混合物、0.2體積％的氯化四甲基銨、0.025體積％的殺菌劑、0.1體積％的氯化椰油四甲基銨、和0.6體積％的約25-50重量％的C6-C10醇乙氧基硫酸鹽混合液，來(lái)制備該流體)。VES流體的泡沫特征值約為70％，聚合物流體的泡沫特征值約為65％。VES流體的性能和聚合物流體的性能十分相當(dāng)。
權(quán)利要求
1.一種流體組合物，其包含粘彈性表面活性劑和增效輔助表面活性劑。
2.如權(quán)利要求1的流體組合物，其進(jìn)一步包含水，所述粘彈性表面活性劑的濃度為約0.3-4％，所述增效輔助表面活性劑的濃度為約0.6-1.6％，且表面活性劑與增效輔助表面活性劑的比為約5∶1至約15∶1。
3.如權(quán)利要求2的流體組合物，其進(jìn)一步包含分離相中的二氧化碳，且所述增效輔助表面活性劑提高粘彈性表面活性劑和二氧化碳的相容性，且所述泡沫特征值為約30-80％。
4.如權(quán)利要求1的流體組合物，所述粘彈性表面活性劑為兩性離子表面活性劑。
5.如權(quán)利要求4所述流體組合物，所述兩性離子表面活性劑具有如下通式RCONH-(CH2)a(CH2CH2O)m(CH2)b-N+(CH3)2-(CH2)a’(CH2CH2O)m’(CH2)b’COO-式中R是具有約19-23個(gè)碳原子的烷基，其可為支鏈或直鏈，且可為飽和或不飽和；a、b、a’和b’各為0-10，m和m’各為0-13，條件是m和m’不能同時(shí)為0；當(dāng)m不為0時(shí)，a和b各為1或2，當(dāng)m為0時(shí)，(a+b)為2-10；當(dāng)m’不為0時(shí)，a’和b’各為1或2，當(dāng)m’為0時(shí)，(a’+b’)為1-5；(m+m’)為1-14；以及CH2CH2O也可以是OCH2CH2。
6.如權(quán)利要求5的流體組合物，所述表面活性劑是甜菜堿。
7.如權(quán)利要求1的流體組合物，所述增效輔助表面活性劑選自i)季銨鹽表面活性劑，以及季銨鹽表面活性劑的混合物，其中所述陽(yáng)離子選自 及其混合物，其低聚物和聚合物；和 及其混合物，其低聚物和聚合物；以及二者的混合物，式中R1、R2、R3和R4各自選自烯基、芳基烯基和羥烷基，其各自具有約8-22個(gè)碳原子并為飽和或不飽和的且為支鏈或直鏈的，且所述R1進(jìn)一步選自烷基氨基烷基和烷基酰氨基烷基，和ii)具有如下通式的乙氧基化陰離子表面活性劑R-(CH2CH2-O)n-COO-M+及其混合物，其低聚物和聚合物，式中R是具有約6-22個(gè)碳原子的烷基鏈，其可以是直鏈或支鏈，飽和或不飽和的，而且n的值為約0-30；和iii)它們的混合物。
8.如權(quán)利要求1的流體組合物，所述增效輔助表面活性劑選自聚環(huán)氧丙烷，和乙烯醇-乙酸乙烯酯共聚物。
9.如權(quán)利要求2的流體組合物，其進(jìn)一步包含二氯氧化鋯。
10.一種提高含水流體與二氧化碳相容性的方法，所述含水流體包含權(quán)利要求5的表面活性劑，包含添加足量的如權(quán)利要求7所述增效輔助表面活性劑。
11.一種井筒和/或井筒所穿透地層的處理方法，包含向所述地層和/或井筒注入權(quán)利要求1的組合物。
全文摘要
通過(guò)添加一種或多于一種的增效輔助表面活性劑，來(lái)制備含水粘彈性表面活性劑(VES)流體，用二氧化碳使其發(fā)泡或賦能，在該流體內(nèi)VES和二氧化碳能更好的相容。增效輔助表面活性劑包括季銨鹽和乙氧基化羧酸鹽，其具有疏水鏈且該疏水鏈短于VES的疏水鏈。對(duì)于給定的表面活性劑濃度，通過(guò)在其它方式不能產(chǎn)生并維持泡沫的條件下，能形成并維持泡沫，或通過(guò)給定溫度下泡沫粘度更高，或給定溫度下泡沫壽命更長(zhǎng)，或在更高的溫度下能產(chǎn)生并維持一段可用時(shí)間的流體粘度，以此來(lái)證明其能提高相容性。含水二氧化碳發(fā)泡流體可以用于酸化、酸壓裂、砂礫填充、導(dǎo)流和清洗。
文檔編號(hào)C09K8/70GK1890346SQ200480036208
公開(kāi)日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月5日
發(fā)明者陳依彥, 杰西·李, 蒂莫西·L·波普 申請(qǐng)人:施藍(lán)姆伯格技術(shù)公司