包含丙烯酰胺聚合物和硅聚醚的減阻劑組合物的制作方法
【專利說明】包含丙婦醜胺聚合物和枯聚雕的減阻劑組合物
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年5月17日提交的美國臨時(shí)申請61/824, 663的優(yōu)先權(quán)，其通過 全文參考并入本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及聚丙締酷胺，更具體地，本發(fā)明設(shè)及通過娃聚酸（siliconpolyether) 共聚物輔助的離子型聚丙締酷胺，例如，用作用于水基水力壓裂液的減摩劑減阻劑、水純化 和鉆井泥漿添加劑。
【背景技術(shù)】
[0004] 聚丙締酷胺（PAM)在農(nóng)業(yè)、水和油氣行業(yè)中分別廣泛用作±壤穩(wěn)定劑、水純化劑 和減阻劑。在油氣行業(yè)中，PAM用作壓裂（液壓破裂（化acking))和鉆井應(yīng)用中的添加劑。 在壓裂中，在高壓下，將大量的水注入地層中，W壓裂巖層（頁巖、砂巖、石灰石等），并且運(yùn) 種方式從孔隙釋放（deliberating)原油和/或天然氣。在水力壓裂應(yīng)用中，高分子量陰離 子和陽離子型聚丙締酷胺用作減阻劑，其中水合的聚合物抑制在高速度梯度水中存在的端 流。由于水力壓裂在非常高的注射速率下實(shí)施，作為減阻結(jié)果的累送壓力降低將導(dǎo)致累較 少的功耗，因此在壓裂液中使用有效的減阻劑可很大程度上降低操作成本。
[0005] 聚丙締酷胺分子對高剪切、溫度和用于溶解它們的水的離子強(qiáng)度敏感。在非常高 的剪切速率下，高分子量聚丙締酷胺容易斷裂成為較小的鏈。在高溫下和在堿性條件下，聚 丙締酷胺水解，從而在聚合物鏈中形成丙締酸醋級分，運(yùn)在聚合物鏈上產(chǎn)生負(fù)電荷。水解程 度隨著溫度而提高。在不存在多價(jià)陽離子（例如Ca2\Mg2+Je3+等）下，水解的聚丙締酷胺 可在水溶液中保持穩(wěn)定。然而，隨著運(yùn)些離子在水中的濃度提高，水解的聚合物變得更加容 易與運(yùn)些離子形成復(fù)合物，并且從水溶液中沉淀出。沉淀的聚丙締酷胺不能有效水合，并且 減阻作用消失。沉淀的聚丙締酷胺簇或顆粒還可破壞巖層，導(dǎo)致原油和/或天然氣的生產(chǎn) 降低。
[0006] 在其中新鮮的水不可得的許多壓裂作業(yè)中，頻繁使用地層水、壓裂液回流水或再 循環(huán)的壓裂回流水。運(yùn)種水含有高濃度的一價(jià)和多價(jià)陽離子和陰離子。因此，需要較高量 的減阻劑W在運(yùn)樣的水中實(shí)現(xiàn)聚合物期望的水合和減阻。對壓裂水增加的要求導(dǎo)致消耗更 多的新鮮水源。因此，期望可在所有種類的水中實(shí)施的減阻劑。
[0007] 本發(fā)明公開了用于水基液體的新型減阻劑組合物，所述組合物包含離子型聚丙締 酷胺和娃聚酸，其能更快反轉(zhuǎn)聚丙締酷胺乳液并使在由高含量的一價(jià)陽離子、一價(jià)陰離子 和多價(jià)陽離子組成的鹽水中實(shí)現(xiàn)最大減阻所需的聚合物鏈更好地水合。在本發(fā)明中公開的 娃聚酸共聚物經(jīng)設(shè)計(jì)與聚丙締酷胺乳液相容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本文中本發(fā)明提供了一種用于水基液體的減阻劑組合物，所述組合物包含a)離 子型聚丙締酷胺和b)娃聚酸。
[0009] 在一種實(shí)施方式中，所述組合物優(yōu)選為水包油型乳液或油包水型乳液。
[0010] 減阻劑組合物的組分"a"為離子型聚丙締酷胺乳液，其通常在兩相溶劑系統(tǒng)（例 如，石油蒸饋油和水）中經(jīng)由丙締酷胺和期望的共聚單體的乳液共聚而制備。在運(yùn)些乳液 中的總的活性可為20-50 %。在本發(fā)明中，減阻劑組合物的組分"b"為選自W下的娃聚酸：
[0011] a)下式定義的有機(jī)娃聚酸（siliconepolyether):
[0012] MesSi-O-SiMe(R)-O-SiMes,
[0013] R=伽)0 蝴0)a伽0)b(。品0)cZ;
[0014]a= 4-17；
[001引 b =0-26;
[001引 C =0-26 和
[0017] Z為H、乙酷基或含有1-12個(gè)碳原子的一價(jià)控基；
[0018] b)下式定義的有機(jī)娃聚酸：
[0019]MesSi- [OSiMez]X- [O-SiMe(R) ]y-O-SiMes，
[0020] X = 0-74 ；
[0021] y = 1-10；
[0022]R=伽)0 蝴0)a伽0)b(。品0)cZ;
[0023]a = 5-17；
[0024] b = 0-26；
[00巧]C =0-26 和
[0026] Z為H、乙酷基或含有1-12個(gè)碳原子的一價(jià)控基；
[0027]C)下式定義的有機(jī)娃聚酸：
[0028] {[CHzCH (OH)畑20 (CHz) sSiMez-O- [SiMezO] X-SiMez-(畑2) 3OCH2CH (OH)][化） NCH-(邸3)-邸20 (。&0) b (C化0)。邸2邸(邸3) N 化)]}
[0029] X = 4-100 ；
[0030]a = 5-50 和
[00引]b=3-20;
[0032]d)下式定義的有機(jī)娃聚酸：
[0033] H-陽化）巧1) R2Si (OR3) 3 a b C (OR4) a (RSSi (OR6) d (R7) 6) bR。-N 化）巧1) R2Si (OR3) 3，
[0034]Ri=含有1-20個(gè)碳原子的一價(jià)控基；
[0035]R2 =含有1-60個(gè)碳原子的二價(jià)直鏈或支鏈控基；
[0036]R4=含有3-200個(gè)碳原子的控基；
[0037]RS=選自氧或含有1-60個(gè)碳原子的二價(jià)直鏈或支鏈控基；
[003引 R3、R6、R嘴R S=含有1-200個(gè)碳原子的一價(jià)直鏈或支鏈控基；
[0039]a、b、C= 〇-3;限制條件為a+b+c《3 和
[0040]d、e= 0-3;限制條件為d+e《3;
[0041]和
[0042]e)下式定義的娃聚酸：
[004引 MesSi (C2H4) SiMez (CsHeO) (C2H4O) xZ，
[0044]X= 3-17 和
[0045]Z為H、乙酷基或含有1-12個(gè)碳原子的一價(jià)控基。
[0046] 在一種實(shí)施方式中，減阻劑組合物的組分叩"的濃度為1% -9%。
[0047] 在一種實(shí)施方式中，減阻劑組合物為包含離子型聚丙締酷胺（a)和所述娃聚酸 化）的固體。
[0048] 在另一種實(shí)施方式中，減阻劑組合物可W0. 25-5加侖減阻劑組合物：1，000加侖 水和/或鹽水的劑量率加入到水和/或鹽水中。鹽水可含有最多7. 5%化Cl和2. 5%化C12。
[0049] 本文的組合物有利地用作粘度調(diào)節(jié)劑和減阻劑，用于在油氣行業(yè)中使用的水基流 體。
【附圖說明】
[0050] 圖1為滿流封閉實(shí)驗(yàn)（vortexclosureexperiment)的圖示。
[0051] 圖2為在鹽水中聚丙締酷胺乳液HPAM-I與各種濃度的娃聚酸（Sil-IO)混合的粘 度相對時(shí)間的繪制曲線的示意圖。
[0052] 圖3為在鹽水中聚丙締酷胺乳液與娃聚酸混合的圖示表示。
[0053]圖4為在鹽水中聚丙締酷胺乳液與娃聚酸混合的粘度相對時(shí)間繪制曲線的示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054] 在本文的說明書和權(quán)利要求書中，W下術(shù)語和表述如所指示的理解。
[0055] 除非上下文明確說明另外的情況，否則如在說明書（包括所附權(quán)利要求書）中使 用的，單數(shù)形式"一個(gè)"、"一"和"該"包括復(fù)數(shù)對象，并且提及具體的數(shù)值包括至少該具體 的數(shù)值。
[0056] 范圍在本文中可表述為從"約"或"大致"一個(gè)具體值和/或至"約"或"大致"另 一個(gè)具體值。當(dāng)表述運(yùn)樣的范圍時(shí)，另一實(shí)施方式包括從所述一個(gè)具體值和/或至所述另 一個(gè)具體值。類似地，當(dāng)通過使用先行詞"約"將數(shù)值表述為近似值時(shí)，應(yīng)理解的是此具體 值形成另一種實(shí)施方式。
[0057] 除非本申請中作出相反的指示或W其它方式與上下文明確地矛盾，則可WW任何 合適的順序?qū)嵤┍旧暾埶龅乃蟹椒?。除非另有聲明，否則任意實(shí)施例和所有實(shí)施例的 使用或本文中給出的示例性語言（例如，"如"）僅意圖更好地闡明本發(fā)明，而不是限制本發(fā) 明的范圍。不應(yīng)將說明書中的語言解釋為指示了任何未要求保護(hù)的要素對于本發(fā)明的實(shí)施 是必要的。
[005引本文所使用的"包括"、"包含"、"含有"、"特征在于"W及它們的語法等價(jià)物是包含 性的或是開放式的術(shù)語，其不排除另外的未述及的要素或方法步驟，但還應(yīng)理解其包括較 為嚴(yán)格的術(shù)語"由……組成"和"基本上由……組成"。
[0059] 除了在工作實(shí)施例、權(quán)利要求或另外指示的，在說明書中陳述的表示材料的量、反 應(yīng)時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、材料的定量性質(zhì)等的所有數(shù)字應(yīng)理解為在所有情況下被術(shù)語"約"修。
[0060] 除非另外指示，否則組成百分?jǐn)?shù)W重量百分?jǐn)?shù)給出。
[0061] 應(yīng)理解的是本文所述的任何數(shù)字范圍包括在該范圍內(nèi)的所有子區(qū)間W及該范圍 或子區(qū)間的各端點(diǎn)的任意組合。
[0062] 還應(yīng)理解的是，在說明書中明確或暗示公開的和/或在權(quán)利要求中引用屬于一組 在結(jié)構(gòu)上、組成上和/或功能上相關(guān)的化合物、材料或物質(zhì)的任何化合物、材料或物質(zhì)包括 該組的單個(gè)表示及其所有的組合。
[0063] 表述"控"指從中已除去一個(gè)或多個(gè)氨原子的任何控基，并且包括烷基、締基、烘 基、亞烷基、環(huán)狀烷基、環(huán)狀締基、環(huán)狀烘基、芳基、芳烷基和燒芳基，并且可含有雜原子。
[0064] 術(shù)語"烷基"指任何一價(jià)飽和的直鏈、支鏈或環(huán)狀控基；術(shù)語"締基"指含有一個(gè) 或多個(gè)碳-碳雙鍵的任何一價(jià)直鏈、支鏈或環(huán)狀控基，其中基團(tuán)的連接部位可在碳-碳雙鍵 或別處；和，術(shù)語"烘基"指含有一個(gè)或多個(gè)碳-碳皇鍵和任選一個(gè)或多個(gè)碳-碳雙鍵的 任何一價(jià)直鏈、支鏈或環(huán)狀控基，其中基團(tuán)的連接部位可在碳-碳皇鍵、碳-碳雙鍵或別處。 烷基的實(shí)例包括甲基、乙基、丙基和異下基。締基的實(shí)例包括乙締基、丙締基、締丙基、甲代 締丙基、乙叉基降冰片燒、乙叉基降冰片烷基、乙叉基降冰片締和乙叉基降冰片締基。烘基 的實(shí)例包括乙烘基、烘丙基和甲基乙烘基。
[0065] 表述"環(huán)狀烷基"、"環(huán)狀締基"和"環(huán)狀烘基"包括二環(huán)、=環(huán)和更高環(huán)狀結(jié)構(gòu) W及被烷基、締基和/或烘基進(jìn)一步取代的前述環(huán)狀結(jié)構(gòu)。代表性實(shí)例包括降冰片烷基、降 冰片締基、乙基降冰片烷基、乙基降冰片締基、環(huán)己基、乙基環(huán)己基、乙基環(huán)己締基、環(huán)己基 環(huán)己基和環(huán)十二燒=締基。
[0066] 術(shù)語"芳基"指任何一價(jià)芳族控基；術(shù)語"芳烷基"指其中一個(gè)或多個(gè)氨原子已 被相同數(shù)量的相同或不同的芳基（如本文定義的）取代的任何烷基（如本文定義的）；和， 術(shù)語"燒芳基"指其中一個(gè)或多個(gè)氨原子已被相同數(shù)量的相同或不同的烷基（如本文定義 的）取代的任何芳基（如本文定義的）。芳基的實(shí)例包括苯基和糞基。芳烷基的實(shí)例包括 芐基和苯乙基。燒芳基的實(shí)例包括甲苯基和二甲苯基。
[0067] 應(yīng)理解的是，除非另外說明，否則粘度的所有測量在25°C或室溫下得到。
[0068] 根據(jù)本公開，提到的是在恰好第一次接觸、原位形成、與一種或多種其它物質(zhì)、組 分或成分共混或混合之前時(shí)存在的物質(zhì)、組分或成分。根據(jù)本公開和應(yīng)用相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人 員（例如，化學(xué)家）的常識和普通技術(shù)，鑒定為反應(yīng)產(chǎn)物、所得到的混合物等的物質(zhì)、組分或 成分可在接觸、原位形成、共混或混合操