包含丙烯酰胺聚合物和硅聚醚的减阻剂组合物的制作方法
【专利说明】包含丙婦醜胺聚合物和枯聚雕的减阻剂组合物
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年5月17日提交的美国临时申请61/824, 663的优先权，其通过 全文参考并入本申请。
技术领域
[0003] 本发明设及聚丙締酷胺，更具体地，本发明设及通过娃聚酸（siliconpolyether) 共聚物辅助的离子型聚丙締酷胺，例如，用作用于水基水力压裂液的减摩剂减阻剂、水纯化 和钻井泥浆添加剂。
【背景技术】
[0004] 聚丙締酷胺（PAM)在农业、水和油气行业中分别广泛用作±壤稳定剂、水纯化剂 和减阻剂。在油气行业中，PAM用作压裂（液压破裂（化acking))和钻井应用中的添加剂。 在压裂中，在高压下，将大量的水注入地层中，W压裂岩层（页岩、砂岩、石灰石等），并且运 种方式从孔隙释放（deliberating)原油和/或天然气。在水力压裂应用中，高分子量阴离 子和阳离子型聚丙締酷胺用作减阻剂，其中水合的聚合物抑制在高速度梯度水中存在的端 流。由于水力压裂在非常高的注射速率下实施，作为减阻结果的累送压力降低将导致累较 少的功耗，因此在压裂液中使用有效的减阻剂可很大程度上降低操作成本。
[0005] 聚丙締酷胺分子对高剪切、溫度和用于溶解它们的水的离子强度敏感。在非常高 的剪切速率下，高分子量聚丙締酷胺容易断裂成为较小的链。在高溫下和在碱性条件下，聚 丙締酷胺水解，从而在聚合物链中形成丙締酸醋级分，运在聚合物链上产生负电荷。水解程 度随着溫度而提高。在不存在多价阳离子（例如Ca2\Mg2+Je3+等）下，水解的聚丙締酷胺 可在水溶液中保持稳定。然而，随着运些离子在水中的浓度提高，水解的聚合物变得更加容 易与运些离子形成复合物，并且从水溶液中沉淀出。沉淀的聚丙締酷胺不能有效水合，并且 减阻作用消失。沉淀的聚丙締酷胺簇或颗粒还可破坏岩层，导致原油和/或天然气的生产 降低。
[0006] 在其中新鲜的水不可得的许多压裂作业中，频繁使用地层水、压裂液回流水或再 循环的压裂回流水。运种水含有高浓度的一价和多价阳离子和阴离子。因此，需要较高量 的减阻剂W在运样的水中实现聚合物期望的水合和减阻。对压裂水增加的要求导致消耗更 多的新鲜水源。因此，期望可在所有种类的水中实施的减阻剂。
[0007] 本发明公开了用于水基液体的新型减阻剂组合物，所述组合物包含离子型聚丙締 酷胺和娃聚酸，其能更快反转聚丙締酷胺乳液并使在由高含量的一价阳离子、一价阴离子 和多价阳离子组成的盐水中实现最大减阻所需的聚合物链更好地水合。在本发明中公开的 娃聚酸共聚物经设计与聚丙締酷胺乳液相容。
【发明内容】
[0008] 本文中本发明提供了一种用于水基液体的减阻剂组合物，所述组合物包含a)离 子型聚丙締酷胺和b)娃聚酸。
[0009] 在一种实施方式中，所述组合物优选为水包油型乳液或油包水型乳液。
[0010] 减阻剂组合物的组分"a"为离子型聚丙締酷胺乳液，其通常在两相溶剂系统（例 如，石油蒸馈油和水）中经由丙締酷胺和期望的共聚单体的乳液共聚而制备。在运些乳液 中的总的活性可为20-50 %。在本发明中，减阻剂组合物的组分"b"为选自W下的娃聚酸：
[0011] a)下式定义的有机娃聚酸（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为H、乙酷基或含有1-12个碳原子的一价控基；
[0018] b)下式定义的有机娃聚酸：
[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为H、乙酷基或含有1-12个碳原子的一价控基；
[0027]C)下式定义的有机娃聚酸：
[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)下式定义的有机娃聚酸：
[0033] H-阳化）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个碳原子的一价控基；
[0035]R2 =含有1-60个碳原子的二价直链或支链控基；
[0036]R4=含有3-200个碳原子的控基；
[0037]RS=选自氧或含有1-60个碳原子的二价直链或支链控基；
[003引 R3、R6、R嘴R S=含有1-200个碳原子的一价直链或支链控基；
[0039]a、b、C= 〇-3;限制条件为a+b+c《3 和
[0040]d、e= 0-3;限制条件为d+e《3;
[0041]和
[0042]e)下式定义的娃聚酸：
[004引 MesSi (C2H4) SiMez (CsHeO) (C2H4O) xZ，
[0044]X= 3-17 和
[0045]Z为H、乙酷基或含有1-12个碳原子的一价控基。
[0046] 在一种实施方式中，减阻剂组合物的组分叩"的浓度为1% -9%。
[0047] 在一种实施方式中，减阻剂组合物为包含离子型聚丙締酷胺（a)和所述娃聚酸 化）的固体。
[0048] 在另一种实施方式中，减阻剂组合物可W0. 25-5加仑减阻剂组合物：1，000加仑 水和/或盐水的剂量率加入到水和/或盐水中。盐水可含有最多7. 5%化Cl和2. 5%化C12。
[0049] 本文的组合物有利地用作粘度调节剂和减阻剂，用于在油气行业中使用的水基流 体。
【附图说明】
[0050] 图1为满流封闭实验（vortexclosureexperiment)的图示。
[0051] 图2为在盐水中聚丙締酷胺乳液HPAM-I与各种浓度的娃聚酸（Sil-IO)混合的粘 度相对时间的绘制曲线的示意图。
[0052] 图3为在盐水中聚丙締酷胺乳液与娃聚酸混合的图示表示。
[0053]图4为在盐水中聚丙締酷胺乳液与娃聚酸混合的粘度相对时间绘制曲线的示意 图。
【具体实施方式】
[0054] 在本文的说明书和权利要求书中，W下术语和表述如所指示的理解。
[0055] 除非上下文明确说明另外的情况，否则如在说明书（包括所附权利要求书）中使 用的，单数形式"一个"、"一"和"该"包括复数对象，并且提及具体的数值包括至少该具体 的数值。
[0056] 范围在本文中可表述为从"约"或"大致"一个具体值和/或至"约"或"大致"另 一个具体值。当表述运样的范围时，另一实施方式包括从所述一个具体值和/或至所述另 一个具体值。类似地，当通过使用先行词"约"将数值表述为近似值时，应理解的是此具体 值形成另一种实施方式。
[0057] 除非本申请中作出相反的指示或W其它方式与上下文明确地矛盾，则可WW任何 合适的顺序实施本申请所述的所有方法。除非另有声明，否则任意实施例和所有实施例的 使用或本文中给出的示例性语言（例如，"如"）仅意图更好地阐明本发明，而不是限制本发 明的范围。不应将说明书中的语言解释为指示了任何未要求保护的要素对于本发明的实施 是必要的。
[005引本文所使用的"包括"、"包含"、"含有"、"特征在于"W及它们的语法等价物是包含 性的或是开放式的术语，其不排除另外的未述及的要素或方法步骤，但还应理解其包括较 为严格的术语"由……组成"和"基本上由……组成"。
[0059] 除了在工作实施例、权利要求或另外指示的，在说明书中陈述的表示材料的量、反 应时间、持续时间、材料的定量性质等的所有数字应理解为在所有情况下被术语"约"修。
[0060] 除非另外指示，否则组成百分数W重量百分数给出。
[0061] 应理解的是本文所述的任何数字范围包括在该范围内的所有子区间W及该范围 或子区间的各端点的任意组合。
[0062] 还应理解的是，在说明书中明确或暗示公开的和/或在权利要求中引用属于一组 在结构上、组成上和/或功能上相关的化合物、材料或物质的任何化合物、材料或物质包括 该组的单个表示及其所有的组合。
[0063] 表述"控"指从中已除去一个或多个氨原子的任何控基，并且包括烷基、締基、烘 基、亚烷基、环状烷基、环状締基、环状烘基、芳基、芳烷基和烧芳基，并且可含有杂原子。
[0064] 术语"烷基"指任何一价饱和的直链、支链或环状控基；术语"締基"指含有一个 或多个碳-碳双键的任何一价直链、支链或环状控基，其中基团的连接部位可在碳-碳双键 或别处；和，术语"烘基"指含有一个或多个碳-碳皇键和任选一个或多个碳-碳双键的 任何一价直链、支链或环状控基，其中基团的连接部位可在碳-碳皇键、碳-碳双键或别处。 烷基的实例包括甲基、乙基、丙基和异下基。締基的实例包括乙締基、丙締基、締丙基、甲代 締丙基、乙叉基降冰片烧、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 的实例包括乙烘基、烘丙基和甲基乙烘基。
[0065] 表述"环状烷基"、"环状締基"和"环状烘基"包括二环、=环和更高环状结构 W及被烷基、締基和/或烘基进一步取代的前述环状结构。代表性实例包括降冰片烷基、降 冰片締基、乙基降冰片烷基、乙基降冰片締基、环己基、乙基环己基、乙基环己締基、环己基 环己基和环十二烧=締基。
[0066] 术语"芳基"指任何一价芳族控基；术语"芳烷基"指其中一个或多个氨原子已 被相同数量的相同或不同的芳基（如本文定义的）取代的任何烷基（如本文定义的）；和， 术语"烧芳基"指其中一个或多个氨原子已被相同数量的相同或不同的烷基（如本文定义 的）取代的任何芳基（如本文定义的）。芳基的实例包括苯基和糞基。芳烷基的实例包括 苄基和苯乙基。烧芳基的实例包括甲苯基和二甲苯基。
[0067] 应理解的是，除非另外说明，否则粘度的所有测量在25°C或室溫下得到。
[0068] 根据本公开，提到的是在恰好第一次接触、原位形成、与一种或多种其它物质、组 分或成分共混或混合之前时存在的物质、组分或成分。根据本公开和应用相关领域技术人 员（例如，化学家）的常识和普通技术，鉴定为反应产物、所得到的混合物等的物质、组分或 成分可在接触、原位形成、共混或混合操