СНИЖАЮЩИЕ ТРЕНИЕ КОМПОЗИЦИИ, СОДЕРЖАЩИЕ В СОСТАВЕ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫЙ СОЛЕВОЙ РАСТВОР Российский патент 2020 года по МПК C10M111/04 C10M169/04 C10M149/04 C09K8/12 C09K8/58 C09K8/584 C10N30/02 C08F20/56 C08F20/06 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США № 62/250594, поданной 4 ноября 2015 г., описание которой включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящее изобретение в общем относится к способам и снижающим трение композициям для уменьшения трения или гидродинамического сопротивления жидкости в трубе. Снижающие трение композиции содержат обратную полимерную эмульсию и высококонцентрированный раствор солей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] В процессе интенсификации притока в ствол скважины закачивают большое количество жидкости для гидравлического разрыва под высоким давлением и с высокими скоростями потока до глубины от около 500 метров до 6 километров или более, что вызывает разрушение горных пород, окружающих скважину, позволяя нефти просачиваться через трещины в скважину, откуда ее выкачивают на поверхность.

[0004] Турбулентность, возникающая при перекачивании жидкости для гидравлического разрыва по трубе под давлением, приводит к возникновению силы сопротивления и снижению давления, увеличивая таким образом количество энергии, необходимое для перемещения того же количества жидкости с той же скоростью. Это сопротивление и снижение давления часто называют «трением» при проведении гидравлического разрыва.

[0005] Как правило, высокомолекулярные линейные полимеры используются для изменения реологических свойств жидкости так, чтобы турбулентный поток был максимально уменьшен, таким образом предотвращаются последующие потери энергии в процессе перекачивания жидкости по трубе. Хороший понизитель трения должен приводить к значительному уменьшению потерь давления в малых концентрациях, должен быть недорогим и должен иметь высокое сопротивление сдвигу, устойчивость к температурам и давлениям.

[0006] Водорастворимые полимеры, такие как полиакриламид и различные сополимеры, можно использовать в качестве полимеров, контролирующих подвижность, в нефтегазовой промышленности и в качестве флокулянтов в нефтегазовой промышленности, при очистке сточных вод, производстве пищевых продуктов и напитков, бумажном производстве и горнодобывающей промышленности. Дополнительно, показано, что эти полимеры улучшают эффективность вытеснения в случае нефтедобывающей промышленности за счет увеличения вязкости водной закачиваемой жидкости и уменьшения потерь давления при перекачивании при гидравлическом разрыве в результате уменьшения турбулентности. Эти полимеры, как правило, получают в виде эмульсий, потому что обращение с этими полимерами в сухой порошкообразной форме может быть сложным.

[0007] Используются, как правило, полимеры в виде эмульсии «вода в масле» или обратной эмульсии, вследствие их удобства в обращении, возможности приготовить полимеры в высоких концентрациях и более низкой вязкости по сравнению с растворами полимеров с той же концентрацией. Для получения полимеров, пригодных для функционирования в качестве понизителей трения, внутреннюю полимерную фазу вначале необходимо подвергнуть воздействию некоторого объема воды или солевого раствора. Следовательно, для оптимизации эффективности предпочтительно, чтобы полимер быстро высвобождался в непрерывную объемную водную фазу и полностью гидратировался.

[0008] Процессы, включающие в себя полную гидратацию, проходят в соответствии с последовательностью: первоначальное обращение эмульсии в водной дисперсионной фазе, гидратация цепи полимера, растворение, развертывание и распутывание. Однако для составов обратных эмульсий может быть затруднительно охватывать эти все свойства, особенно быстрое обращение эмульсии. Основная причина такого затруднения заключается в том, что поверхностно-активные вещества, используемые для образования обратных эмульсий при получении полимера, имеют склонность к приданию образующейся обратной полимерной эмульсии высокой стабильности. Таким образом, именно принципы получения, которые полезны для получения полимера, могут сделать обратную полимерную эмульсию, как и следовало ожидать, устойчивой к первоначальному обращению, когда продукт добавляют к объему воды.

[0009] Традиционный способ для быстрого гидратирования полимера в виде обратной эмульсии заключается в добавлении поверхностно-активных веществ с высоким значением гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ), которые эмульгируют дисперсионную масляную фазу и подвергают частицу полимера воздействию водного раствора при добавлении полимерной эмульсии в объем воды. Однако использование поверхностно-активных веществ с высокими значениями ГЛБ также может отрицательно влиять на эмульсионную систему в целом и, возможно, дестабилизировать состав продукта. На процесс гидратации влияет большое количество факторов, в том числе физические свойства и тип полимера, поверхностно-активные вещества, температура и соленость воды, в которой полимер гидратируют/растворяют. Таким образом, для достижения желаемых характеристик необходимо оптимизировать каждый состав, что может требовать много времени и быть трудоемким. Если условия для гидратации не являются оптимальными, характеристики обратной полимерной эмульсии ухудшаются.

[0010] Следовательно, существует необходимость в разработке новых снижающих трение обратных полимерных эмульсий с хорошими характеристиками снижения трения, которые не содержат поверхностно-активные вещества с высокими значениями ГЛБ.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Один аспект изобретения относится к снижающей трение композиции, содержащей обратную полимерную эмульсию и высококонцентрированный раствор солей. Композиция характеризуется более сильным уменьшением трения или сопротивления, чем во всем остальном идентичная композиция, не содержащая высококонцентрированный раствор солей, и массовое соотношение высококонцентрированного раствора солей к обратной полимерной эмульсии составляет от около 0,5:1 до около 10:1.

[0012] Другой аспект изобретения представляет собой снижающую трение композицию, описанную в данном документе, которая может представлять собой готовую к использованию композицию.

[0013] Дополнительный аспект изобретения представляет собой способ уменьшения трения жидкости, текущей по трубе, включающий в себя приведение в контакт эффективного количества снижающей трение композиции, описанной в данном документе, с жидкостью в результате чего уменьшается трение жидкости, текущей по трубе.

[0014] Другие объекты и признаки будут частично очевидны и частично отмечены далее в данном документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0015] Фиг. 1 представляет собой график зависимости снижения трения в процентах от времени для FR-1.0, FR-1.1 и FR-1.2 в солевом растворе 1 при комнатной температуре. FR-1.0 представляет собой стандартный полимер в виде обратной эмульсии, FR-1.1 модифицировали путем добавления высококонцентрированного раствора NaCl к FR-1.0, и FR-1.2 модифицировали подобным образом путем добавления высококонцентрированного раствора NH₄OAc.

[0016] Фиг. 2 представляет собой график зависимости снижения трения в процентах от времени для FR-2.0 и FR-2.1 в солевом растворе 2 при 40 °F. FR-2.0 представляет собой немодифицированный исходный продукт, а FR-2.1 модифицировали путем добавления высококонцентрированного раствора NaCl.

[0017] Фиг. 3 представляет собой график зависимости снижения трения в процентах от времени для FR 2.0, FR-2.2 и FR-2.3 в солевом растворе 1 при комнатной температуре. FR-2.2 и FR-2.3 модифицировали смесью солей. FR-2.2 модифицировали путем добавления смеси концентрированных растворов NaCl и NH₄OAc в соотношении 1:1, и FR-2.3 модифицировали путем добавления смеси NaCl и NH₄OAc в соотношении 3:1.

[0018] Соответствующие условные обозначения указывают на соответствующие части повсюду на графических материалах.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0019] Настоящее изобретение относится к снижающей трение композиции, содержащей обратную полимерную эмульсию и высококонцентрированный раствор солей, которая обеспечивает улучшенные свойства уменьшения трения по сравнению с той же обратной полимерной эмульсией без высококонцентрированного раствора солей. Массовое соотношение высококонцентрированного раствора солей к обратной полимерной эмульсии составляет от около 1:1 до около 10:1.

[0020] Концентрация обратной полимерной эмульсии в снижающей трение композиции составляет от около 10% мас. до около 60% мас., от около 10% мас. до около 45% мас., от около 10% мас. до около 40% мас., от около 10% мас. до около 30% мас., от около 15% мас. до около 60% мас., от около 20% мас. до около 60% мас., от около 25% мас. до около 60% мас., от около 30% мас. до около 60% мас., от около 25% мас. до около 35% мас. или от около 30% мас. до около 35% мас.

[0021] Снижающая трение композиция может дополнительно содержать дисперсию полимеров или диспергированный полимер. Дисперсия полимера представляет собой дисперсию сухих частиц полимера в органическом растворителе. Пример такого продукта представляет собой полимер LIQUID HE® 150, имеющийся в продаже у Drilling Specialties, подразделения Chevron Phillips Chemical Company.

[0022] Снижающая трение композиция может дополнительно содержать модификатор вязкости.

[0023] Модификатор вязкости может включать в себя неводный смешивающийся органический материал или растворитель. Примеры таких модификаторов вязкости представляют собой вазелиновое масло, керосин, дизель, тяжелый лигроин, жир животного происхождения, масло животного происхождения, жир растительного происхождения, масло растительного происхождения, лимонен, скипидар, поверхностно-активное вещество или их комбинацию.

[0024] Модификатор вязкости может представлять собой органический растворитель.

[0025] Модификатор вязкости может представлять собой вазелиновое масло.

[0026] Модификатор вязкости может иметь концентрацию от около 2% мас. до около 40% мас. в пересчете на общую массу снижающей трение композиции.

[0027] Модификатор вязкости может иметь концентрацию от около 10% мас. до около 35% мас. в пересчете на общую массу снижающей трение композиции.

[0028] Полимер в полимерной эмульсии может представлять собой полимер, способный уменьшать потери давления на трение для движущейся водной жидкости в системе. Этот полимер также может упоминаться как снижающий трение полимер.

[0029] Снижающий трение полимер может быть получен из анионного мономера, катионного мономера, неионного мономера, цвиттер-ионного мономера или их комбинации.

[0030] Анионный мономер может включать в себя акриловую кислоту или ее соль, метакриловую кислоту или ее соль, итаконовую кислоту или ее соль, акриламидогликолевую кислоту или ее соль, 3-аллилокси-2-гидрокси-1-пропансульфоновую кислоту, винилсульфоновую кислоту или ее соль, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту или ее соль, диалкиламиноэтилакрилат, стиролсульфоновую кислоту или ее соль, 2-акриламидо-2-метилпропанфосфоновую кислоту или ее соль или их комбинацию.

[0031] Анионный мономер может включать в себя акриловую кислоту или ее соль, метакриловую кислоту или ее соль, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту или ее соль или их комбинацию.

[0032] Катионный мономер может включать в себя галогенид диаллилдиалкиламмония, акрилат диалкиламиноалкильного соединения, алкилакрилат диалкиламиноалкильного соединения, N,N-диалкиламиноалкилакриламид, N,N-диалкиламиноалкил(мет)акриламид или их комбинацию.

[0033] Катионный мономер может включать в себя четвертичную соль N,N-диметиламиноэтилакрилатметилхлорид (DMAEA-MCQ), четвертичную соль N,N-диметиламиноэтилметакрилатметилхлорид (DMAEM-MCQ), хлорид диаллилдиметиламмония (DADMAC), N,N-диметиламиноэтилакрилат или его кватернизированную соль, N,N-диметиламиноэтилметакрилат или его кватернизированную соль, N,N-диметиламинопропилакриламид или его кватернизированную соль, N,N-диметиламинопропилметакриламид или его кватернизированную соль, хлорид N,N-диметилдиаллиламмония или их комбинацию.

[0034] Неионный мономер может включать в себя акриламид; метакриламид; N-алкилакриламид, такой как N-метилакриламид; N,N-диалкилакриламид, такой как N,N-диметилакриламид; метилакрилат; метилметакрилат; акрилонитрил; N-винилметилацетамид; N-винилформамид; N-винилметилформамид; винилацетат; акролеин; N-винилпирролидон; N,N-диаллиламин; гидроксиалкил(мет)акрилат, такой как гидроксиэтил(мет)акрилат или гидроксипропил(мет)акрилат, или их комбинацию.

[0035] Цвиттер-ионный мономер может включать в себя бетаин- или сультаин-содержащий мономер. Например, бетаин- или сультаин-содержащий мономер может представлять собой бетаин N,N-диметил-N-акрилоилоксиэтил-N-(3-сульфопропил)аммоний, бетаин N,N-диметил-N-метакрилоилоксиэтил-N-(3-сульфопропил)аммоний, бетаин N,N-диметил-N-акриламидопропил-N-(2-карбоксиметил)аммоний, бетаин N,N-диметил-N-акриламидопропил-N-(2-карбоксиметил)аммоний, бетаин N,N-диметил-N-акрилоксиэтил-N-(3-сульфопропил)аммоний, бетаин N,N-диметил-N-акриламидопропил-N-(2-карбоксиметил)аммоний, бетаин N-3-сульфопропилвинилпиридинаммоний, бетаин 2-(метилтио)этилметакрилоил-S-(сульфопропил)сульфоний, бетаин 1-(3-сульфопропил)-2-винилпиридиний, бетаин N-(4-сульфобутил)-N-метилдиаллиламинаммоний (MDABS), бетаин N,N-диаллил-N-метил-N-(2-сульфоэтил)аммоний или их комбинацию. Предпочтительно, бетаин-содержащий мономер представляет собой бетаин N,N-диметил-N-метакрилоилоксиэтил-N-(3-сульфопропил)аммоний.

[0036] Неионный мономер может включать в себя акриламид, метакриламид или их комбинацию.

[0037] Высококонцентрированный раствор солей может содержать ион натрия, ион калия, ион кальция, ион аммония, алкил-замещенный ион аммония, ион магния, ион алюминия, ион лития или их комбинацию.

[0038] Высококонцентрированный раствор солей может содержать хлорид-ион, бромид-ион, иодид-ион, нитрат-ион, перхлорат-ион, ацетат-ион, сульфат-ион, оксалат-ион, фосфат-ион, формиат-ион, карбоксилат-ион, дикарбоксилат-ион, поликарбоксилат-ион или их комбинацию.

[0039] Высококонцентрированный раствор солей может содержать хлорид натрия, хлорид калия, хлорид аммония, ацетат аммония или их комбинацию.

[0040] Высококонцентрированный раствор солей может содержать хлорид натрия, ацетат аммония или их комбинацию.

[0041] Когда высококонцентрированный раствор солей содержит хлорид натрия и ацетат аммония, массовое соотношение хлорида натрия к ацетату аммония может составлять от около 1:5 до около 5:1, от около 1:4 до около 5:1, от около 1:3 до около 5:1, от около 1:2 до около 5:1, от около 1:1 до около 5:1, от 1:5 до около 4:1, от около 1:4 до около 4:1, от около 1:3 до около 4:1, от около 1:2 до около 4:1, от около 1:1 до около 4:1, от 1:5 до около 3:1, от около 1:4 до около 3:1, от около 1:3 до около 3:1, от около 1:2 до около 3:1 или от около 1:1 до около 3:1.

[0042] Массовоесо отношение высококонцентрированного раствора солей к обратной полимерной эмульсии может составлять от около 0,5:1 до около 10:1, от около 0,5:1 до около 8:1, от около 0,5:1 до около 6:1, от около 1:1 до около 10:1, от около 1:1 до около 8:1, от около 1:1 до около 6:1, от около 1:1 до около 5:1, от около 2:1 до около 10:1, от около 2:1 до около 9:1, от около 2:1 до около 8:1, от около 2:1 до около 7:1 или от около 2:1 до около 6:1.

[0043] Снижающая трение композиция может представлять собой готовую к использованию композицию. Готовая к использованию композиция может содержать от около 10% мас. до около 40% мас. обратной полимерной эмульсии, содержащей снижающий трение полимер, и от около 40% мас. до около 90% мас. высококонцентрированного раствора солей в расчете на общую массу полимерной эмульсии и концентрированного раствора солей. Полимерные эмульсии и высококонцентрированные растворы солей, описанные в данном документе, можно применять в готовой к использованию композиции.

[0044] Снижающая трение композиция может представлять собой готовую к использованию композицию. Готовая к использованию композиция может содержать от около 10% мас. до около 40% мас. обратной полимерной эмульсии, содержащей снижающий трение полимер, и от около 40% мас. до около 90% мас. высококонцентрированного раствора солей, причем массовое соотношение высококонцентрированного раствора солей к обратной полимерной эмульсии составляет от около 1:1 до около 10:1. Полимерные эмульсии и высококонцентрированные растворы солей, описанные в данном документе, можно применять в готовой к использованию композиции.

[0045] Готовая к использованию композиция может содержать от около 10% мас. до около 40% мас. обратной полимерной эмульсии, содержащей снижающий трение полимер, от около 5% мас. до около 20% мас. модификатора вязкости и от около 40% мас. до около 85% мас. высококонцентрированного раствора солей в пересчете на общую массу полимерной эмульсии, модификатора вязкости и концентрированного раствора солей. Обратные полимерные эмульсии и высококонцентрированные растворы солей, описанные в данном документе, можно применять в готовой к использованию композиции.

[0046] Готовая к использованию композиция может содержать от около 10% мас. до около 40% мас. обратной полимерной эмульсии, содержащей снижающий трение полимер, от около 5% мас. до около 20% мас. модификатора вязкости и от около 40% мас. до около 85% мас. высококонцентрированного раствора солей, причем массовое соотношение высококонцентрированного раствора солей к обратной полимерной эмульсии составляет от около 1:1 до около 10:1. Обратные полимерные эмульсии и высококонцентрированные растворы солей, описанные в данном документе, можно применять в готовой к использованию композиции.

[0047] Другой аспект настоящего изобретения относится к способу снижения трения жидкости, текущей по трубе, включающий в себя приведение в контакт эффективного количества снижающей трение композиции с жидкостью в результате чего снижается трение жидкости, текущей по трубе.

[0048] Полимер в обратной эмульсии может иметь среднемассовую молекулярную массу от около 100000 дальтон до около 50000000 дальтон, от около 100000 дальтон до около 40000000 дальтон, от около 100000 дальтон до около 30000000 дальтон, от около 100000 дальтон до около 20000000 дальтон, от около 100000 дальтон до около 15000000 дальтон, от около 100000 дальтон до около 10000000 дальтон. Среднемассовая молекулярная масса предпочтительно составляет от около 100000 дальтон до около 5000000 дальтон.

[0049] Обратная полимерная эмульсия может быть получена с помощью процесса радикальной полимеризации. Частица полимера в обратной эмульсии предпочтительно получена с помощью процесса эмульсионной полимеризации.

[0050] В частности, обратная полимерная эмульсия может быть получена путем эмульгирования водорастворимого мономера в масляной фазе с последующей полимеризацией, этот процесс имеет название обратная эмульсионная полимеризация. В обратной эмульсионной полимеризации гидрофильный мономер или смесь мономеров, часто в водном растворе, эмульгируют в дисперсионной масляной фазе с использованием эмульгаторов для систем «вода в масле» и полимеризуют с использованием или маслорастворимого, или водорастворимого инициатора. Эмульсия «вода в масле», как правило, дает вязкую жидкость, образованную субмикроскопическими водосодержащими гидрофильными полимерными частицами, суспендированными в дисперсионной масляной фазе.

[0051] Жидкость может представлять собой водную жидкость, и снижающую трение композицию приводят в контакт с жидкостью в концентрации от около 0,25 галлона на тысячу галлонов (gpt) до около 10 gpt, от около 0,25 галлона на тысячу галлонов (gpt) до около 9 gpt, от около 0,25 галлона на тысячу галлонов (gpt) до около 8 gpt, от около 0,25 галлона на тысячу галлонов (gpt) до около 7 gpt, от около 0,25 галлона на тысячу галлонов (gpt) до около 6 gpt, от около 0,25 галлона на тысячу галлонов (gpt) до около 5 gpt, от около 0,25 галлона на тысячу галлонов (gpt) до около 4 gpt, от около 0,25 галлона на тысячу галлонов (gpt) до около 3 gpt, от около 0,3 галлона на тысячу галлонов (gpt) до около 10 gpt, от около 0,3 галлона на тысячу галлонов (gpt) до около 8 gpt, от около 0,3 галлона на тысячу галлонов (gpt) до около 6 gpt, от около 0,3 галлона на тысячу галлонов (gpt) до около 4 gpt.

[0052] Снижающую трение композицию можно приводить в контакт с жидкостью в концентрации от около 0,3 до около 3 gpt.

[0053] Высококонцентрированный раствор солей представляет собой раствор солей с концентрацией, в которой он не будет дестабилизировать обратную полимерную эмульсию, к которой его добавляют. Концентрация может представлять собой концентрацию, которая выше или равна 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% или 100% от концентрации насыщенного раствора солей. При комнатной температуре для раствора хлорида натрия концентрация высококонцентрированного раствора соли хлорида натрия составляет от около 25% мас. до точки насыщения для хлорида натрия в воде (т. е. около 37% мас.).

[0054] Композиция может дополнительно содержать один или большее количество дополнительных компонентов, при этом каждый компонент независимо выбран из группы, состоящей из ингибитора коррозии, растворителя, ингибитора отложения асфальтена, ингибитора отложения парафина, ингибитора отложений солей, эмульгатора, водоосветлителя, диспергирующего агента, реагента для разрушения эмульсий, ингибитора образования гидратов газа, биоцида, агента, изменяющего pH, поверхностно-активного вещества или их комбинации.

[0055] Пригодные ингибиторы коррозии для включения в композиции включают в себя, но не ограничиваясь ими, четвертичные соли алкил-, гидроксиалкил-, алкиларил-, арилалкил- или ариламина; соли моно- или полициклических ароматических аминов; производные имидазолина; моно-, ди- или триалкиловые или алкилариловые эфиры фосфорной кислоты; эфиры фосфорной кислоты и гидроксиламинов; эфиры фосфорной кислоты и многоатомных спиртов; и мономерные или олигомерные жирные кислоты.

[0056] Пригодные четвертичные соли алкил-, гидроксиалкил-, алкиларил-, арилалкил- или ариламина включают в себя четвертичные соли алкиларил-, арилалкил- и ариламина формулы [N⁺R^5aR^6aR^7aR^8a][X^-], где R^5a, R^6a, R^7a и R^8a содержат от одного до 18 атомов углерода, и X представляет собой Cl, Br или I. Дополнительно, каждый из R^5a, R^6a, R^7a и R^8a независимо выбран из группы, состоящей из алкила (например, C₁-C₁₈ алкила), гидроксиалкила (например, C₁-C₁₈ гидроксиалкила) и арилалкила (например, бензила). Соль моно- или полициклического ароматического амина с алкил- или алкиларилгалогенидом включает в себя соли формулы [N⁺R^5aR^6aR^7aR^8a][X^-], где R^5a, R^6a, R^7a и R^8a содержат от одного до 18 атомов углерода, и X представляет собой Cl, Br или I.

[0057] Пригодные четвертичные аммониевые соли включают в себя, но не ограничиваясь ими, хлорид тетраметиламмония, хлорид тетраэтиламмония, хлорид тетрапропиламмония, хлорид тетрабутиламмония, хлорид тетрагексиламмония, хлорид тетраоктиламмония, хлорид бензилтриметиламмония, хлорид бензилтриэтиламмония, хлорид фенилтриметиламмония, хлорид фенилтриэтиламмония, хлорид цетилбензилдиметиламмония, хлорид гексадецилтриметиламмония, диметилалкилбензильные четвертичные аммониевые соединения, монометилдиалкилбензильные четвертичные аммониевые соединения, триметилбензильные четвертичные аммониевые соединения и триалкилбензильные четвертичные аммониевые соединения, в которых алкильная группа может содержать от около 6 до около 24 атомов углерода, от около 10 до около 18 атомов углерода или от около 12 до около 16 атомов углерода. Пригодные четвертичные аммониевые соединения (четвертичные соли) включают в себя, но не ограничиваясь ими, триалкильные, диалкильные, диалкоксиалкильные, моноалкокси, бензильные или имидазолиниевые четвертичные аммониевые соединения, их соли, тому подобное и их комбинации. Четвертичная аммониевая соль может представлять собой четвертичную аммониевую соль бензилалкиламина, четвертичную аммониевую соль бензилтриэтаноламина или четвертичную аммониевую соль бензилдиметиламиноэтаноламина

[0058] Ингибитор коррозии может представлять собой четвертичную аммониевую или четвертичную алкилпиридиниевую соль, такую как соли, представленные общей формулой:

[0059]

где R^9a представляет собой алкильную группу, арильную группу или арилалкильную группу, где указанные алкильные группы содержат от 1 до около 18 атомов углерода, и B представляет собой Cl, Br или I. Среди этих соединений соли алкилпиридиния и четвертичные соли алкилбензилпиридиния. Иллюстративные соединения включают в себя хлорид метилпиридиния, хлорид этилпиридиния, хлорид пропилпиридиния, хлорид бутилпиридиния, хлорид октилпиридиния, хлорид децилпиридиния, хлорид лаурилпиридиния, хлорид цетилпиридиния, хлорид бензилпиридиния и алкилбензилпиридиния, причем алкил предпочтительно представляет собой C₁-C₆ нециклическую углеводородную группу. Ингибитор коррозии может включать в себя хлорид бензилпиридиния.

[0060] Ингибитор коррозии может представлять собой имидазолин, полученный из диамина, такого как этилендиамин (ЭДА), диэтилентриамин (ДЭТА), триэтилентетраамин (ТЭТА) и т. д., и длинноцепочечной жирной кислоты, такой как жирная кислота талового масла (ЖКТМ). Пригодные имидазолины включают в себя соединения формулы:

[0061]

где R^12a и R^13a независимо представляют собой C₁-C₆ алкильную группу или водород, R^11a представляет собой водород, C₁-C₆ алкил, C₁-C₆ гидроксиалкил или C₁-C₆ арилалкил, и R^10a представляет собой C₁-C₂₀ алкильную или C₁-C₂₀ алкоксиалкильную группу. Для имидазолинов каждый из R^11a, R^12a и R^13a представляет собой водород, а R^10a представляет собой смесь алкильных остатков, характерную для жирных кислот таллового масла (ЖКТМ).

[0062] Соединение, представляющее собой ингибитор коррозии, может представлять собой соединение имидазолиния следующей формулы:

[0063]

где R^12a и R^13a независимо представляют собой C₁-C₆ алкильную группу или водород, R^11a и R^14a независимо представляют собой водород, C₁-C₆ алкил, C₁-C₆ гидроксиалкил или C₁-C₆ арилалкил, и R¹⁰ представляет собой C₁-C₂₀ алкильную или C₁-C₂₀ алкоксиалкильную группу.

[0064] Пригодные моно-, ди- и триалкиловые, а также алкилариловые эфиры фосфорной кислоты и эфиры фосфорной кислоты и моно-, ди- и триэтаноламина, как правило, содержат от 1 до около 18 атомов углерода. Предпочтительные моно-, ди- и триалкиловые эфиры фосфорной кислоты, алкилариловые или арилалкиловые эфиры фосфорной кислоты представляют собой те, которые получены путем приведения в контакт C₃-C₁₈ алифатического спирта с пентаоксидом фосфора. Фосфатное промежуточное соединение обменивает свои сложноэфирные группы с триэтилфосфатом, давая более широкий спектр алкиловых эфиров фосфорной кислоты. Как альтернативный вариант эфир фосфорной кислоты может быть получен путем добавления к алкиловому сложному диэфиру смеси низкомолекулярных алкиловых одноатомных спиртов или двухатомных спиртов. Низкомолекулярные алкиловые одноатомные спирты или двухатомные спирты предпочтительно включают в себя C₆ - C₁₀ одноатомные или двухатомные спирты. Дополнительно, предпочтительными являются эфиры фосфорной кислоты и многоатомных спиртов и их соли, содержащие одну или большее количество 2-гидроксиэтильных групп, и эфиры фосфорной кислоты и гидроксиламина, полученные путем приведения в контакт полифосфорной кислоты или пентаоксида фосфора с гидроксиламинами, такими как диэтаноламин или триэтаноламин.

[0065] Соединение, представляющее собой ингибитор коррозии, может дополнительно представлять собой мономерную или олигомерную жирную кислоту. Предпочтительными являются C₁₄-C₂₂ насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, а также димерные, тримерные и олигомерные продукты, полученные путем полимеризации одной или большего количества таких жирных кислот.

[0066] Композиция по данному изобретению может содержать от 0 до 80 процентов, от 0 до 60 процентов или от 0 до 50 процентов по массе одного или большего количества ингибиторов коррозии в пересчете на общую массу композиции. Композиция по данному изобретению может содержать от 0 до 10 процентов по массе одного или большего количества дополнительных ингибиторов коррозии в пересчете на общую массу композиции. Композиция по данному изобретению может содержать 1,0% мас., 1,5% мас., 2,0% мас., 2,5% мас., 3,0% мас., 3,5% мас., 4,0% мас., 4,5% мас., 5,0% мас., 5,5% мас., 6,0% мас., 6,5% мас., 7,0% мас., 7,5% мас., 8,0% мас., 8,5% мас., 9,0% мас., 9,5% мас., 10,0% мас., 10,5% мас., 11,0% мас., 11,5% мас., 12,0% мас., 12,5% мас., 13,0% мас., 13,5% мас., 14,0% мас., 14,5% мас. или 15,0% мас. по массе одного или большего количества дополнительных ингибиторов коррозии в пересчете на общую массу композиции. Каждая система может обладать своими собственными требованиями, и массовое процентное содержание одного или большего количества дополнительных ингибиторов коррозии в композиции может изменяться в зависимости от системы, в которой он используется.

[0067] Композиция может дополнительно содержать органическое соединение серы, такое как алкиловый меркаптоспирт, меркаптоуксусная кислота, тиогликолевая кислота, 3,3'-дитиодипропионовая кислота, тиосульфат, тиомочевина, L-цистеин или трет-бутилмеркаптан. Алкиловый меркаптоспирт предпочтительно включает в себя 2-меркаптоэтанол. Органическое соединение серы может составлять от 0 до 15% мас. от композиции в пересчете на общую массу композиции, предпочтительно от около 1 до около 10% мас. и более предпочтительно от около 1 до около 5% мас. Стабилизатор растворителя может составлять 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 или 15% мас. от композиции.

[0068] Композиция может дополнительно включать в себя деэмульгатор. Деэмульгатор предпочтительно включает в себя оксиалкилатный полимер, такой как полиалкиленгликоль. Деэмульгатор может составлять от 0,5 до 5% мас. от композиции в пересчете на общую массу композиции. Деэмульгатор может составлять 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5 или 5% мас. от композиции.

[0069] Пригодные ингибиторы отложения асфальтена включают в себя, но не ограничиваясь ими, алифатические сульфоновые кислоты; алкиларилсульфоновые кислоты; арилсульфонаты; лигносульфонаты; алкилфенольные/альдегидные смолы и подобные сульфонированные смолы; полиолефиновые сложные эфиры; полиолефиновые имиды; полиолефиновые сложные эфиры с алкильными, алкиленфенильными или алкиленпиридильными функциональными группами; полиолефиновые амиды; полиолефиновые амиды с алкильными, алкиленфенильными или алкиленпиридильными функциональными группами; полиолефиновые имиды с алкильными, алкиленфенильными или алкиленпиридильными функциональными группами; сополимеры алкенил/винилпирролидона; привитые полимеры полиолефинов с малеиновым ангидридом или винилимидазолом; сверхразветвленные полиэфирамиды; полиалкоксилированные асфальтены, амфотерные жирные кислоты, соли алкилсукцинатов, сорбитанмоноолеат и полиизобутиленянтарный ангидрид.

[0070] Пригодные ингибиторы отложения парафина включают в себя, но не ограничиваясь ими, модификаторы кристаллов парафина и комбинации диспергирующий агент/модификатор кристалла. Пригодные модификаторы кристаллов парафина включают в себя, но не ограничиваясь ими, сополимеры алкилакрилата, сополимеры алкилакрилата и винилпиридина, сополимеры этилена и винилацетата, сополимеры сложных эфиров малеинового ангидрида, разветвленные полиэтилены, нафталин, антрацен, микрокристаллический парафин и/или асфальтены. Пригодные диспергирующие агенты включают в себя, но не ограничиваясь ими, додецилбензолсульфонат, оксиалкилированные алкилфенолы и оксиалкилированные алкилфенольные смолы.

[0071] Пригодные ингибиторы отложения солей включают в себя, но не ограничиваясь ими, фосфаты, эфиры фосфорной кислоты, фосфорные кислоты, фосфонаты, фосфоновые кислоты, полиакриламиды, соли сополимера акриламидометилпропансульфоната/акриловой кислоты (AMPS/AA), фосфинированный малеиновый сополимер (PHOS/MA) и соли терполимера поли(малеиновой кислоты/акриловой кислоты/акриламидометилпропансульфоната) (PMA/AA/AMPS).

[0072] Пригодные эмульгаторы включают в себя, но не ограничиваясь ими, соли карбоновых кислот, продукты реакций ацилирования между карбоновыми кислотами или ангидридами карбоновых кислот и аминами,и алкильные, ацильные и амидные производные сахаридов (эмульгаторы на основе алкилсахаридов).

[0073] Пригодные водоосветлители включают в себя, но не ограничиваясь ими, неорганические соли металлов, такие как алюмокалиевые квасцы, хлорид алюминия и хлоргидрат алюминия, или органические полимеры, такие как полимеры на основе акриловой кислоты, полимеры на основе акриламида, полимеризованные амины, алканоламины, тиокарбаматы и катионные полимеры, такие как хлорид диаллилдиметиламмония (DADMAC).

[0074] Пригодные диспергирующие агенты включают в себя, но не ограничиваясь ими, алифатические фосфоновые кислоты с 2-50 атомами углерода, такие как гидроксиэтилдифосфоновая кислота, и аминоалкилфосфоновые кислоты, например полиаминометиленфосфонаты с 2-10 атомами N, при этом, например, каждый несет по меньшей мере одну группу метиленфосфоновой кислоты; примеры последних представляют собой этилендиаминтетра(метиленфосфонат), диэтилентриаминпента(метиленфосфонат) и триамин- и тетрааминполиметиленфосфонаты с 2-4 метиленовыми группами между любыми атомами N, причем по меньшей мере в 2 случаях количества метиленовых групп в каждом фосфонате различны. Другие пригодные диспергирующие агенты включают в себя лигнин или производные лигнина, такие как лигносульфонат, и нафталинсульфоновую кислоту и производные.

[0075] Пригодные реагенты для разрушения эмульсий включают в себя, но не ограничиваясь ими, додецилбензилсульфоновую кислоту (DDBSA), натриевую соль ксиленсульфоновой кислоты (NAXSA), эпоксилированные и пропоксилированные соединения, анионные, катионные и неионные поверхностно-активные вещества и смолы, такие как фенольные смолы и эпоксидные смолы.

[0076] Пригодные ловушки для сульфида водорода включают в себя, но не ограничиваясь ими, окислители (например, неорганические пероксиды, такие как пероксид натрия или диоксид хлора); альдегиды (например, из 1-10 атомов углерода, такие как формальдегид, глиоксаль, глутаральдегид, акролеин или метакролеин); триазины (например, триазин из моноэтаноламина, триазин из монометиламина и триазины из различных аминов или их смесей); продукты конденсации вторичных аминов и альдегидов и продукты конденсации алкиловых спиртов и альдегидов.

[0077] Пригодные ингибиторы образования гидратов газа включают в себя, но не ограничиваясь ими, термодинамические ингибиторы образования гидратов (THI), кинетические ингибиторы образования гидратов (KHI) и агенты, препятствующие агломерации (AA). Пригодные термодинамические ингибиторы образования гидратов включают в себя, но не ограничиваясь ими, хлорид натрия, хлорид калия, хлорид кальция, хлорид магния, бромид натрия, формиатные соли (например, формиат калия), многоатомные спирты (такие как глюкоза, сахароза, фруктоза, мальтоза, лактоза, глюконат, моноэтиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, монопропиленгликоль, дипропиленгликоль, трипропиленгликоли, тетрапропиленгликоль, монобутиленгликоль, дибутиленгликоль, трибутиленгликоль, глицерин, диглицерин, триглицерин и сахарные спирты (например, сорбит, маннит)), метанол, пропанол, этанол, простые эфиры гликолей (такие как монометиловый простой эфир диэтиленгликоля, монобутиловй простой эфир этиленгликоля) и алкиловые или циклические сложные эфиры спиртов (такие как этиллактат, бутиллактат, метилэтилбензоат).

[0078] Пригодные кинетические ингибиторы образования гидратов и агенты, препятствующие агломерации, включают в себя, но не ограничиваясь ими, полимеры и сополимеры, полисахариды (такие как гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ), карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), крахмал, производные крахмала и ксантан), лактамы (такие как поливинилкапролактам, поливиниллактам), пирролидоны (такие как поливинилпирролидон с различной молекулярной массой), поверхностно-активные вещества (такие как соли жирных кислот, этоксилированные спирты, пропоксилированные спирты, сложные эфиры сорбитана, этоксилированные сложные эфиры сорбитана, сложные эфиры полиглицерина и жирных кислот, алкилглюкозиды, алкилполиглюкозиды, алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилэфирсульфонаты, ароматические алкилсульфонаты, алкилбетаин, алкиламидобетаины), диспергирующие агенты на основе углеводородов (такие как лигносульфонаты, иминодисукцинаты, полиаспартаты), аминокислоты и белки.

[0079] Пригодные биоциды включают в себя, но не ограничиваясь ими, окисляющие и неокисляющие биоциды. Пригодные неокисляющие биоциды включают в себя, например, альдегиды (например, формальдегид, глутаральдегид и акролеин), соединения аминного типа (например, соединения четвертичных аминов и кокодиамин), галогенированные соединения (например, 2-бром-2-нитропропан-3-диол (бронопол) и 2-2-дибром-3-нитрилопропионамид (ДБНПА)), соединения серы (например, изотиазолон, карбаматы и метронидазол) и четвертичные фосфониевые соли (например, сульфат тетракис(гидроксиметил)фосфония (ТГФС)). Пригодные окисляющие биоциды включают в себя, например, гипохлорит натрия, трихлоризоциануровые кислоты, дихлоризоциануровую кислоту, гипохлорит кальция, гипохлорит лития, хлорированные гидантоины, стабилизированный гипобромит натрия, активированный бромид натрия, бромированные гидантоины, диоксид хлора, озон и пероксиды.

[0080] Пригодные агенты, изменяющие pH, включают в себя, но не ограничиваясь ими, гидроксиды щелочных металлов, карбонаты щелочных металлов, гидрокарбонаты щелочных металлов, гидроксиды щелочноземельных металлов, карбонаты щелочноземельных металлов, гидрокарбонаты щелочноземельных металлов и их смеси или комбинации. Иллюстративные агенты, изменяющие pH, включают в себя гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид кальция, оксид кальция, карбонат натрия, карбонат калия, гидрокарбонат натрия, гидрокарбонат калия, оксид магния и гидроксид магния.

[0081] Пригодные поверхностно-активные вещества включают в себя, но не ограничиваясь ими, анионные поверхностно-активные вещества и неионные поверхностно-активные вещества. Анионные поверхностно-активные вещества включают в себя алкиларилсульфонаты, олефинсульфонаты, парафинсульфонаты, сульфаты спиртов, сульфаты простых эфиров спиртов, алкилкарбоксилаты и алкилэфиркарбоксилаты, и алкиловые и этоксилированные алкиловые эфиры фосфорной кислоты, и моно- и диалкилсульфосукцинаты и моно- и диалкилсульфосукцинаматы. Неионные поверхностно-активные вещества включают в себя алкоксилаты спиртов, алкоксилаты алкилфенолов, блок-сополимеры этилен-, пропилен- и бутиленоксидов, алкилдиметиламиноксиды, алкилбис(2-гидроксиэтил)аминоксиды, алкиламидопропилдиметиламиноксиды, алкиламидопропилбис(2-гидроксиэтил)аминоксиды, алкилполиглюкозиды, полиалкоксилированные глицериды, сложные эфиры сорбитана и полиалкоксилированные сложные эфиры сорбитана и сложные эфиры и диэфиры алкоилполиэтиленгликоля. Также включены бетаины и сультаины, амфотерные поверхностно-активные вещества, такие как алкиламфоацетаты и алкиламфодиацетаты, алкиламфопропионаты и алкиламфодипропионаты и алкилиминодипропионаты.

[0082] Композиции, полученные в соответствии с изобретением, могут дополнительно содержать дополнительные функциональные агенты или добавки, которые обеспечивают полезное свойство. Например, дополнительные агенты или добавки могут быть выбраны из группы, состоящей из агентов, регулирующих pH, или других нейтрализующих агентов, поверхностно-активных веществ, эмульгаторов, комплексообразующих соединений, солюбилизаторов, других смазывающих веществ, буферных агентов, детергентов, очищающего агента, композиции для улучшения промывания, вторичного противокоррозийного агента, консервантов, связующих веществ, загустителей или других модификаторов вязкости, технологических добавок, носителей, агентов для обработки воды, ингибиторов пенообразования или пенообразователей, агента или системы, препятствующих образованию накипи, агента, улучшающего внешний вид (т. е. красителя, отдушки, ароматизирующего вещества), других агентов или добавок, пригодных для введения в состав композиции, содержащей ингибитор коррозии, и тому подобного, и их смесей. Дополнительные агенты или добавки могут изменяться в соответствии с конкретной изготавливаемой композицией, содержащей ингибитор коррозии, и ее предназначением.

[0083] Композиции, полученные в соответствии с изобретением, могут дополнительно содержать дополнительные функциональные агенты или добавки, которые обеспечивают полезное свойство. Дополнительные агенты или добавки будут изменяться в соответствии с конкретной изготавливаемой композицией и ее предназначением, что понятно специалисту в данной области техники. Композиции могут не содержать каких-либо дополнительных агентов или добавок.

[0084] «Обратная эмульсия» относится к водной (вода) фазе, диспергированной в неводной (органическая или масляная) фазе, при этом водная фаза представляет собой дисперсную фазу, а масляная фаза представляет собой дисперсионную фазу. В обратных полимерных эмульсиях молекулы полимера могут быть заключены внутрь капель водной фазы, которые эмульгированы в масляной фазе. Молекулы активного полимера плотно скручены внутри водной фазы обратных полимерных эмульсий, но перед тем, как активный полимер может быть использован, обратную полимерную эмульсию необходимо подвергнуть обращению или гидратации, чтобы высвободить полимер. Форма полимеров в виде обратной полимерной эмульсии облегчает обработку, транспорт и дозировку жидкого активного полимера в технологическом процессе, и обращение этих обратных полимерных эмульсий в объеме воды или солевом растворе, как правило, дает водный раствор, который может быть готов к использованию без дополнительного перемешивания или старения раствора.

[0085] «Цвиттер-ионный мономер» обозначает мономер, содержащий катионно и анионно заряженные функциональные группы в равных долях, так что суммарный общий заряд мономера нейтральный.

[0086] После подробного описания изобретения понятно, что возможны модификации и изменения без отклонения от объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

ПРИМЕРЫ

[0087] Следующие неограничивающие примеры представлены для дополнительной иллюстрации настоящего изобретения.

[0088] Следующие испытания были проведены с использованием полимера в форме обратной эмульсии, введенного в состав вместе с вазелиновым маслом и высококонцентрированным раствором солей.

[0089] Синтез эмульсионных полимерных композиций описан в примере 1 ниже. Составы различных снижающих трение композиций описаны в примере 2 ниже.

Пример 1. Синтез эмульсионных полимерных композиций

[0090] Два готовых продукта понизителя трения, обозначенных как FR-1.0 и FR-2.0 в Таблице 1, были получены из сополимеров на основе акриламида. FR-1.0 был приготовлен из сополимера в форме обратной эмульсии на основе 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты/акриламида с 28,2% активного полимера. FR-2.0 был приготовлен из сополимера в форме обратной эмульсии на основе акрилата/акриламида с 23% активного полимера.

[0091] FR-1.0 был получен путем объединения раствора акриламида (39,7 г, 49,5% в воде), натриевой соли 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, (14,8 г, 58% в воде), тетранатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (0,17 г), формиата натрия (0,002 г), хлорида натрия (4,0 г) и ДИ воды (14,3 г). pH доводили до значения 8 с использованием гидроксида натрия (50%-ый раствор).

[0092] В отдельной емкости готовили масляную фазу путем объединения вазелинового масла (22,8 г), спана 80 (SPAN 80) (1,1 г) и твина 61 (TWEEN 61) (0,9 г). Масляную фазу переносили в стеклянный реактор, оснащенный механической мешалкой, барботирующим устройством для продувки азотом, и термометром.

[0093] Водную фазу добавляли в реактор при перемешивании со скоростью 1000 об/мин. Через смесь барботировали азот в течение 30 минут. Окислительно-восстановительные инициаторы, включающие в себя трет-бутилгидропероксид (70%-ый раствор, 0,006 г в 0,130 г ДИ воды), безводный метабисульфит натрия (0,003 г в 0,419 г ДИ воды) и азобисизобутиронитрил (0,0001 г), добавляли к смеси для запуска реакции. После достижения пика реакции температуру повышали до 70°C и к смеси добавляли дополнительное количество безводного метабисульфита натрия (0,01 г). После поддержания температуры равной 70°C в течение часа смесь охлаждали до температуры ниже 35 °C.

[0094] Затем к продукту реакции добавляли поверхностно-активное вещество C₁₀-C₁₆ этоксилированный спирт, и смесь перемешивали при 400 об/мин в течение 30 минут, чтобы получить эмульсионный полимерный продукт. Эмульсионный полимерный продукт фильтровали с использованием сита с размером отверстий 100 меш.

[0095] FR-2.0 готовили аналогично FR-1.0 за исключением того, что вместо натриевой соли 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты,, использовали акриловую кислоту.

Пример 2. Получение снижающих трение композиций

[0096] Композиции, содержащие FR-1.0 и FR-2.0, полученные в примере 1, вводили в состав с высококонцентрированными растворами солей и модификатором вязкости, т. е. вазелиновым маслом, для уменьшения вязкости смеси и для улучшения эксплуатационных характеристик. Композиции в общем описаны в Таблице 1.

Таблица 1. Композиции различных понизителей трения

Композиция Компоненты FR-1.0 100% FR-1.0 FR-1.1 35,6% (71,2 г) FR 1.0+11,7% (23,4 г) вазелинового масла
+ 52,7% (105,4 г) NaCl (25% мас.) FR-1.2 35,6% (71,2 г) FR 1.0+11,7% (23,4 г) вазелинового масла
+ 52,7% (105,4 г) NH₄OAc (58% мас.) FR-2.0 100% FR-2.0 FR-2.1 21,7% (43,8 г) FR 2.0+14,3% (28,6 г) вазелинового масла
+ 64,0% (128,0 г) NaCl (25% мас.) FR-2.2 21,7% (43,8 г) FR 2.0+14,3% (28,6 г) вазелинового масла
+ 32,0% (64,0 г) NaCl (25% мас.)+32,0% (64,0 г) NH₄OAc (58% мас.) FR-2.3 21,7% (43,8 г) FR 2.0+14,3% (28,6 г) вазелинового масла
+ 48,0% (96,0 г) NaCl (25% мас.)+16,0% (32,0 г) NH₄OAc (58% мас.)

[0097] Композиция FR-1.1 была получена путем медленного добавления вазелинового масла в стакан, содержащий FR-1.0, при перемешивании со скоростью 800 об/мин. Смесь перемешивали в течение 30 минут. Затем к полученной смеси медленно при перемешивании в течение еще 60 минут добавляли концентрированный раствор NaCl.

[0098] Композиции FR-1.2, FR-2.1, FR-2.2 и FR-2.3 были получены аналогично FR-1.1, но количество вазелинового масла и тип и количество концентрированного раствора солей различались. Количества и типы концентрированного раствора солей представлены в Таблице 1.

Пример 3. Испытания снижения трения

[0099] Снижающие трение композиции были получены, как представлено в примерах 1 и 2, выше.

[00100] Эффективность понизителей трения оценивали с использованием испытательного гидравлического стенда (коммерчески доступного в Chandler Engineering). Указанный стенд состоит из резервуара вместимостью 15 галлонов, оснащенного смесителем, работающим при 1800 об/мин, из которого жидкость накачивается с максимальной скоростью потока 12 галлонов в минуту через ряд трубок, длиной в общем 50 футов и общей вместимостью 0,9 галлона. Первая трубка составляет 25 футов в длину и имеет внешний диаметр 0,75 дюйма и внутренний диаметр 0,62 дюйма. Эта трубка присоединена к трубке из нержавеющей стали длиной 25 футов с внешним диаметром 0,50 дюйма и внутренним диаметром 0,40 дюйма. Перепад давлений измеряют с помощью датчиков давления вдоль участка трубки длиной 10 футов с внешним диаметром 0,50 дюйма и внутренним диаметром 0,402 дюйма, называемого испытательным участком. После того как жидкость протечет через испытательный участок, она возвращается назад в резервуар. Испытательный участок имеет число Рейнольдса, составляющее 63000.

[00101] Эксперименты с использованием гидравлического испытательного стенда проводили, загружая в смесительный резервуар устройства пять галлонов исследуемой жидкости, содержащей солевые растворы, описанные в Таблице 2. Жидкость вначале циркулировала по стенду со скоростью потока 8 галлонов в минуту, при этом устанавливался исходный перепад давлений.

Таблица 2. Композиция исследуемых жидкостей, представляющих собой солевые растворы

Композиция (соли в г добавляли к 1 л H₂O) Солевой раствор 1 60 г NaCl Солевой раствор 2 99,4 г NaCl, 1,0 г KCl, 23,9 г CaCl₂•2H₂O,
8,5 г MgCl₂•6H₂O, 1,3 г SrCl₂•2H₂O

[00102] После установления исходного давления добавляли снижающий трение полимер в количестве или 0,5, или 1,0 галлона на 1000 галлонов в смесительный резервуар в нулевой момент времени (0 мин., t₀). Падение давления измеряли вдоль прямого участка с измеренной длиной 4,83 фута с интервалом одна секунда в течение шести минут.

[00103] Снижение трения рассчитывают следующим образом:

снижение трения, %=100 x (P1-P2)/P1.

P1 представляет собой исходный перепад давлений, а P2 представляет собой перепад давлений после добавления понизителя трения.

[00104] Обратимость понизителя трения измеряют по времени, которое необходимо для того, чтобы снижение трения достигло 90% от наиболее высокого значения после введения полимера в жидкость (t₀). Чем меньше это время, тем лучше обратимость.

[00105] Результаты наглядно представлены на Фиг. 1-3. Характеристики FR-1.0 (полимер на основе 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты/акриламида), показанного на Фиг. 1, сравнивали с образцами, содержащими концентрированные (т. е. 58% мас. NaCl (FR-1.1) и NH₄OAc (FR-1.2)) растворы. FR-1.1, содержащий концентрированный раствор соли, продемонстрировал улучшенные характеристики в солевом растворе 1 при комнатной температуре с использованием той же концентрации, что и FR-1.0 без раствора солей. Модификация высококонцентрированным солевым раствором фактически уменьшает концентрацию активного полимера на треть, при этом сохраняя или улучшая характеристики снижения трения. Улучшение характеристик снижения трения зависит от типа используемого раствора соли. В этом конкретном примере NaCl продемонстрировал лучшие характеристики, чем NH₄OAc.

[00106] На Фиг. 2 характеристики FR-2.0 (полимер на основе акрилата/акриламида) сравнивали с образцами, содержащими концентрированный раствор NaCl. FR-2.1, содержащий концентрированный раствор NaCl, продемонстрировал лучшие характеристики в солевом растворе 2 при 40°F с использованием той же загрузки 1,0 gpt. FR-2.1 с концентрированным раствором соли содержал около 20% от концентрации активного полимера по сравнению с FR-2.0 без раствора соли, но он продемонстрировал лучшие характеристики, чем исходный продукт для снижения трения.

[00107] На Фиг. 3 характеристики FR-2.0 (полимер на основе акрилата/акриламида) сравнивали с образцами, содержащими смеси концентрированных растворов NaCl и NH₄OAc в различных соотношениях. FR-2.2, содержащий смесь концентрированных растворов NaCl и NH₄OAc, продемонстрировал лучшие характеристики в солевом растворе 1 при комнатной температуре с использованием той же загрузки 0,5 gpt. FR-2.3, содержащий смесь концентрированных растворов солей, содержит около 20% от активного полимера, присутствующего в FR-2.0 без раствора солей.

[00108] При представлении элементов по настоящему изобретению или предпочтительных вариантов (варианта) их осуществления, подразумевается, что единственное число и «указанный» означают, что существует один или большее количество элементов. Подразумевается, что термины «содержащий», «включающий в себя» и «имеющий» являются охватывающими и означают то, что могут быть дополнительные элементы, отличные от перечисленных элементов.

[00109] Ввиду вышеизложенного понятно, что выполнено несколько задач изобретения и получены другие полезные результаты.

[00110] Поскольку в вышеприведенных способах и композициях можно осуществить различные изменения, не отклоняясь от объема изобретения, предполагается, что весь материал, содержащийся в вышеприведенном описании и показанный на прилагаемых графических материалах, необходимо истолковывать как иллюстративный и неограничивающий.

В настоящем изобретении описывается снижающая трение композиция, содержащая обратную полимерную эмульсию и высококонцентрированный раствор солей, при этом массовое соотношение высококонцентрированного раствора солей и обратной полимерной эмульсии составляет от 0,5:1 до 10:1, а высококонцентрированный раствор солей имеет концентрацию выше или равную 65% от концентрации насыщенного раствора солей, причём обратная полимерная эмульсия содержит снижающий трение полимер и модификатор вязкости, где модификатор вязкости содержит органический растворитель, и при этом органический растворитель представляет собой вазелиновое масло, керосин, дизель, тяжелый лигроин, жир животного происхождения, масло животного происхождения, жир растительного происхождения, масло растительного происхождения, лимонен, скипидар, поверхностно-активное вещество или их комбинацию, причём композиция содержит от 10 до 40 мас.% обратной полимерной эмульсии, содержащей снижающий трение полимер, от 5 до 20 мас.% модификатора вязкости и от 40 до 85 мас.% высококонцентрированного раствора солей. Также описываются способ и применение эффективного количества снижающей трение композиции для уменьшения трения жидкости, текущей по трубе, где жидкость представляет собой водную жидкость для гидравлического разрыва, используемую на нефтяном месторождении. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл., 3 пр.

1. Снижающая трение композиция, содержащая обратную полимерную эмульсию и высококонцентрированный раствор солей, причем композиция обладает лучшими характеристиками снижения трения или гидродинамического сопротивления жидкости в контуре, чем во всем остальном идентичная композиция, не содержащая высококонцентрированный раствор солей, при этом массовое соотношение высококонцентрированного раствора солей и обратной полимерной эмульсии составляет от 0,5:1 до 10:1, а высококонцентрированный раствор солей имеет концентрацию выше или равную 65% от концентрации насыщенного раствора солей, причём обратная полимерная эмульсия содержит снижающий трение полимер и модификатор вязкости, где модификатор вязкости содержит органический растворитель, и при этом органический растворитель представляет собой вазелиновое масло, керосин, дизель, тяжелый лигроин, жир животного происхождения, масло животного происхождения, жир растительного происхождения, масло растительного происхождения, лимонен, скипидар, поверхностно-активное вещество или их комбинацию, причём композиция содержит от 10 до 40 мас.% обратной полимерной эмульсии, содержащей снижающий трение полимер, от 5 до 20 мас.% модификатора вязкости и от 40 до 85 мас.% высококонцентрированного раствора солей.

2. Снижающая трение композиция по п. 1, отличающаяся тем, что соотношение высококонцентрированного раствора солей к обратной полимерной эмульсии составляет от 1:1 до 10:1.

3. Снижающая трение композиция по п. 1, отличающаяся тем, что концентрация снижающего трение полимера в обратной полимерной эмульсии составляет от 10 до 45 мас.%.

4. Снижающая трение композиция по п. 1, дополнительно содержащая диспергированный полимер.

5. Снижающая трение композиция по п. 1, отличающаяся тем, что модификатор вязкости содержит органический растворитель, и при этом органический растворитель представляет собой вазелиновое масло.

6. Снижающая трение композиция по п. 5, отличающаяся тем, что модификатор вязкости имеет концентрацию от 10 до 30 мас.% в пересчете на общую массу снижающей трение композиции.

7. Снижающая трение композиция по п. 1, отличающаяся тем, что снижающий трение полимер получен из анионного мономера, катионного мономера, неионного мономера, цвиттер-ионного мономера или их комбинации.

8. Снижающая трение композиция по п. 7, отличающаяся тем, что анионный мономер содержит акриловую кислоту или ее соль, метакриловую кислоту или ее соль, итаконовую кислоту или ее соль, акриламидогликолевую кислоту или ее соль, 3-аллилокси-2-гидрокси-1-пропансульфоновую кислоту, винилсульфоновую кислоту или ее соль, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту или ее соль, диалкиламиноэтилакрилат, стиролсульфоновую кислоту или ее соль, 2-акриламидо-2-метилпропанфосфоновую кислоту или ее соль или их комбинацию, причем анионный мономер предпочтительно содержит акриловую кислоту или ее соль, метакриловую кислоту или ее соль, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту или ее соль или их комбинацию.

9. Снижающая трение композиция по п. 7, отличающаяся тем, что катионный мономер содержит галогенид диаллилдиалкиламмония, акрилат диалкиламиноалкильного соединения, алкилакрилат диалкиламиноалкильного соединения, N,N-диалкиламиноалкилакриламид, N,N-диалкиламиноалкил(мет)акриламид, их протонированную или четвертичную соль или их комбинацию, причем катионный мономер предпочтительно содержит N,N-диметиламиноэтилакрилатметилхлоридную четвертичную соль (DMAEA-MCQ), N,N-диметиламиноэтилметакрилатметилхлоридную четвертичную соль (DMAEM-MCQ), хлорид диаллилдиметиламмония (DADMAC), N,N-диметиламиноэтилакрилат или его кватернизированную соль, N,N-диметиламиноэтилметакрилат или его кватернизированную соль, N,N-диметиламинопропилакриламид или его кватернизированную соль, N,N-диметиламинопропилметакриламид или его кватернизированную соль, хлорид N,N-диметилдиаллиламмония или их комбинацию.

10. Снижающая трение композиция по п. 7, отличающаяся тем, что неионный мономер содержит акриламид, метакриламид, N-алкилакриламид, такой как N-метилакриламид, N,N-диалкилакриламид, такой как N,N-диметилакриламид, метилакрилат, метилметакрилат, акрилонитрил, N-винилметилацетамид, N-винилформамид, N-винилметилформамид, винилацетат, акролеин, N-винилпирролидон, N,N-диаллиламин, гидроксиалкил(мет)акрилат, такой как гидроксиэтил(мет)акрилат или гидроксипропил(мет)акрилат, или их комбинацию, причем неионный мономер предпочтительно содержит акриламид, метакриламид или их комбинацию.

11. Снижающая трение композиция по любому из пп. 1-5 и 7-10, отличающаяся тем, что высококонцентрированный раствор солей содержит хлорид натрия, хлорид калия, хлорид аммония, ацетат натрия, ацетат калия, ацетат аммония или их комбинацию.

12. Снижающая трение композиция по п. 11, отличающаяся тем, что массовое соотношение высококонцентрированного раствора солей к обратной полимерной эмульсии составляет от 2:1 до 6:1.

13. Способ уменьшения трения жидкости, текущей по трубе, включающий в себя приведение эффективного количества снижающей трение композиции по любому из пп. 1-5 и 7-10 в контакт с жидкостью, в результате чего трение жидкости, текущей по трубе, уменьшается.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что жидкость представляет собой водную жидкость для гидравлического разрыва, используемую на нефтяном месторождении.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что снижающую трение композицию приводят в контакт с жидкостью в концентрации от около 0,5 г/т до около 3 г/т.

16. Применение эффективного количества снижающей трение композиции по любому из пп. 1-5 и 7-10 для снижения трения жидкости, текущей по трубе.

17. Применение по п. 16, отличающееся тем, что жидкость представляет собой водную жидкость для гидравлического разрыва, используемую на нефтяном месторождении.

18. Применение по п. 17, отличающееся тем, что эффективное количество снижающей трение композиции составляет от 0,5 до 3 г/т.