CN109196074A - 增产流体中增稠表面活性剂的剪切恢复 - Google Patents

Abstract

一种减少增稠表面活性剂流体体系的剪切恢复时间的方法，该方法包括将增稠表面活性剂流体体系引入地下地层中，其中该流体包含主要部分的表面活性剂和疏水改性的缔合聚合物，与不含该聚合物的流体系统的剪切恢复时间相比，该缔合聚合物处于足以缩短该流体系统的剪切恢复时间的浓度。

Description

增产流体中增稠表面活性剂的剪切恢复

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2016年5月25日提交的美国临时申请序列号62/341,251的优先权的权益，将所述申请的全部披露内容通过援引方式并入本申请。

背景技术

增稠表面活性剂流体由于它们优于常规聚合物体系的优点在油田应用中继续增长。这些优点包括在含油区域中的渗透性更高，地层或地下损害更小，压裂后增粘剂回收率更高，消除了需要酶或氧化剂来破坏粘度，以及更容易水合和更快地积聚到最佳粘度。

然而，使用低浓度的增稠表面活性剂可能导致在高剪切操作之后不可接受的长剪切恢复时间。因此，将希望具有在高温下维持高水平粘度性能的流体和与具有相对高浓度的增稠表面活性剂的流体可比较的剪切恢复。

发明内容

本披露提供一种减少增稠表面活性剂流体体系的剪切恢复时间的方法，该方法包括将增稠表面活性剂流体体系引入地下地层中，其中该流体包含主要部分的表面活性剂和疏水改性的缔合聚合物，与不含该聚合物的流体系统的剪切恢复时间相比，该缔合聚合物处于足以缩短该流体系统的剪切恢复时间的浓度。

在一个实施例中，表面活性剂选自式I、II、III、IV及其组合。在一个实施例中，疏水改性的缔合聚合物(AP)包括至少一个选自以下各项的水溶性部分：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基甲酰胺及其混合物。在另一个实施例中，AP包括至少一个选自下组的水不溶性部分，该组由以下各项组成：丙烯酸或甲基丙烯酸的直链或支链的烷基或烷基芳基醇酯、丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺的直链或支链的烷基或烷基芳基酰胺、苯乙烯、丁二烯、1-乙烯基萘及其混合物。

具体实施方式

提供了用于减少增稠表面活性剂流体体系的剪切恢复时间的方法。在一个实施例中，该方法包括将增稠表面活性剂流体体系引入地下地层中，其中该流体包括主要部分的表面活性剂和作为剪切恢复剂(SRA)的疏水改性的缔合聚合物(AP)，与不含SRA的流体体系的剪切恢复时间相比，该剪切恢复剂处于足以缩短流体系统的剪切恢复时间的浓度。

在一个实施例中，增稠表面活性剂选自式I、II、III、IV及其组合：

在式I中，R₁选自以下各项：烷基、烯基、烷基芳基亚烷基、烯基芳基亚烷基、烷基氨基亚烷基、烯基氨基-亚烷基、烷基酰胺基亚烷基、或烯基酰胺基亚烷基，其中每个所述烷基基团含有从约14至约24个碳原子并且可以是支链或直链的且饱和或不饱和的，并且其中所述亚烷基具有从约1至约6个碳原子。R₂、R₃和R₄是相同或不同的并且是具有从1至约5个碳原子的烷基或羟烷基，或者R₃和R₄或R₂和与它们所键合的氮原子一起形成最高达6元的杂环。

在一个实施例中，具有式I的表面活性剂选自油烯基酰胺基丙基二甲基甜菜碱：

和牛油二羟乙基甘氨酸盐：

式II：

在式II中，R₁是烃基，该烃基可以是支链或直链的、芳香族的、脂肪族的或烯属的并且包含从约8个至约30个碳原子。在一个实施例中，R₁是乙氧基化的。R₂、R₃单独地是氢或甲基；R₄和R₅或R₆单独地是氢或羟基，其前提是R₄和R₅或R₆中的至少一个是羟基。

在一个实施例中，具有式II的表面活性剂选自瓢儿菜酰胺基丙基羟丙基磺基甜菜碱：

和3-(N-芥酸酰胺基丙基-N，N-二甲基铵)丙烷磺酸盐(EDAS)：

式III：

在式III中，R₁是烃基，该烃基可以是支链或直链的、芳香族的、脂肪族的或烯属的并且包含从约8个至约30个碳原子。在一个实施例中，R₁是乙氧基化的。R₂、R₃和R₄是相同或不同的并且是具有从1至约5个碳原子的烷基或羟烷基，或者R₃和R₄或R₂和与它们所键合的氮原子一起形成最高达6元的杂环。

在一个实施例中，具有式III的表面活性剂选自硬脂基三甲基氯化铵：

和瓢儿菜酰胺基丙基三甲基铵：

式IV：

在式IV中，R₇是具有从约7至约30个碳原子的饱和或不饱和的、直链或支链的脂肪族基团，R₉是具有从2至约6个碳原子的直链或支链的、饱和或不饱和的二价亚烷基，R₁₀和R₁₁是相同或不同的并且是具有从1至约4个碳原子的烷基或羟烷基，或R₁₀和R₁₁和与它们所键合的氮原子一起形成最高达6元的杂环，并且R₈是氢或具有从1至约4个碳原子的烷基或羟烷基。

在一个实施例中，具有式IV的表面活性剂包括牛油酰胺基丙基二甲胺氧化物：

剪切恢复剂或流变增强剂是疏水改性的缔合聚合物(AP)，该缔合聚合物是水溶性的，但包括一个或多个水不溶性的短嵌段。在一个实施例中，水溶性部分选自以下各项：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基甲酰胺、及其混合物。在一个实施例中，具有疏水特性的水不溶性部分选自丙烯酸或甲基丙烯酸的直链或支链的烷基或烷基芳基醇酯、丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺的直链或支链的烷基或烷基芳基酰胺、苯乙烯、丁二烯、1-乙烯基萘及其混合物。

在另一个实施例中，疏水改性的缔合聚合物是包括选自以下各项的单体的共聚物：阴离子单体、阳离子单体、非离子单体、疏水改性的单体、以及其组合。阴离子单体的非限制性实例包括丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸。非离子单体的非限制性实例包括丙烯酰胺。阳离子单体的非限制性实例包括丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(AETAC)。在一个实施例中，疏水改性的单体是经由直接碳-碳键、酯键或酰胺键与疏水物连接的阴离子单体(例如丙烯酸)。此种疏水性单体的非限制性实例包括但不限于丙烯酸硬脂酸酯、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵、和正月桂基-2-甲基-丙烯酰胺。疏水改性的缔合聚合物(AP)的一个实例是聚(丙烯酸)-共-(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸)，其中丙烯酸乙基己酯作为疏水性单体。非限制性的说明性疏水性单体在下文给出。

在一个实施例中，水不溶性部分的缔合疏水性单体具有选自式(V)-(IX)及其组合的结构。

式V：

其中R₁选自H或CH₃，并且R₂选自

(i)α，β-烯键式不饱和的、支链或直链的一元或二元羧酸与C₂-C₃₀烷醇的酯(例如(甲基)丙烯正十一烷基酯、(甲基)丙烯酸乙基己酯)；

(ii)乙烯醇或烯丙醇与C₁-C₃₀一元羧酸的酯，例如甲酸乙烯酯；

(iii)α，β-烯键式不饱和的一元和二元羧酸与N-烷基和N，N-二烷基衍生物的伯酰胺，如N-丙基(甲基)丙烯酰胺；

(iv)N-乙烯基内酰胺及其衍生物，如N-乙烯基-5-乙基-2-吡咯烷酮：

(v)α，β-烯键式不饱和的单羧酸和二羧酸与氨基醇的酯，例如(甲基)丙烯酸N，N-二甲基氨基环己酯；

(vi)α，β-烯键式不饱和的一元和二元羧酸与包含至少一个伯氨基或仲氨基的二胺的酰胺，例如，N-[4-(二甲基氨基)丁基]丙烯酰胺；以及

(vii)单烯烃(C₂-C₈)和包含至少两个共轭双键的非芳族烃，例如乙烯、异丁烯等。

式VI：

其中m、n、p和q是整数并且m、n、p小于150，q大于0，并且在m、n和p之中的至少一个整数是非零，R具有可聚合的乙烯官能团，R₁和R₂是相同或不同的，并且表示氢原子或烷基；R′是疏水性基团，包含至少6个并且至多36个碳原子，优先至少12个并且至多24个碳原子，并且非常优先至少18个并且至多22个碳原子。

式VII：

其中R是H或CH₃；其中R₁是-(CH₂)pH烷基链；其中p是从1至约4的整数；其中j是从1至约50的整数；其中k是从0至约20的整数，其中h是1或2；并且其中X具有以下结构：

其中m和n独立地是从1至39的正整数，并且m+n表示从4至40的整数。

化学式VIII：

其中R₃是H或CH₃；R₄是含有1至约4个碳的烷基链；M是从1至约50的整数；并且N是0或小于或等于M的整数。

化学式IX：

其中R₁是H或CH₃；x是从5至约50的整数，R₂是含有1至约32个碳的烷基链或环烷基环或单芳族4-6元环。

在一个实施例中，AP以足以缩短流体的剪切恢复时间的浓度存在。在另一个实施例中，剪切恢复剂的浓度在从0.005wt％至5wt％、优选从0.01wt％至0.1wt％的范围内。在一个实施例中，在暴露于高剪切条件(＞500/s)之后，流体在50秒内恢复其最终粘度的至少50％。在另一个实施例中，流体在15-30秒之间恢复了其最终粘度的50％。在一个实施例中，SRA选自具有至少500gm/mol的分子量的疏水改性的缔合聚合物(AP)或其混合物。总体上，发现在更高浓度的增稠表面活性剂流体下添加具有大于25,000gm/mol的分子量的AP是有效的。

在一个实施例中，该方法包括将增稠表面活性剂流体体系引入地下地层中，其中该流体体系包括主要部分的表面活性剂和作为剪切恢复剂(SRA)的疏水改性的缔合聚合物(AP)，与不含SRA的流体体系的剪切恢复时间相比，该剪切恢复剂处于足以缩短流体系统的剪切恢复时间的浓度。该流体体系在许多油田应用中是有用的，这些应用包括但不限于压裂和完井操作。

在一个实施例中，该流体体系进一步包括至少一种选自水、醇及其组合的溶剂。在一个实施例中，该流体体系包括醇，该醇选自一元醇、二元醇、多元醇及其组合。在另一个实施例中，该流体体系包括醇，该醇选自链烷醇、醇烷氧基化物及其组合。在另一个实施例中，该流体体系包括醇，该醇选自甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、丙二醇、乙二醇、聚乙二醇及其组合。

任选地，该流体体系进一步包含一种或多种添加剂。在一个实施例中，该流体包含一种或多种添加剂，该添加剂选自腐蚀抑制剂、铁控制剂、黏土稳定剂、硫酸钙抑制剂、互溶溶剂及其组合。在一个实施例中，该腐蚀抑制剂选自醇类(例如炔属类)；阳离子剂(例如季铵盐、咪唑啉、以及烷基吡啶)；以及非离子剂(例如醇乙氧基化物)。

在一个实施例中，使用以下两种方法(方法A和B)中的一种或两种来测定剪切恢复时间。方法A是在流体在高速下进行剪切之后的目视观察，并且当剪切停止时它会“回流(lip)”。此回流方法包括测量当流体从容纳该流体的倾斜的上部烧杯或杯子中被倒出时该流体折回所花费的时间。在另一个实施例中，剪切恢复时间可以在流变仪上通过在935/s下剪切流体30秒、然后监测流体达到最终稳态值所花费的时间来测量。然后将剪切恢复时间定义为粘度在100/s下达到其最终平衡值的50％所花费的时间(方法B)。

尽管讨论了具体实施例，但是说明书仅是说明性的并且不是限制性的。在回顾本说明书时，本披露的许多变体对于本领域技术人员将变得显而易见。

将通过参考以下实例来进一步说明本披露。以下实例仅是说明性的并且不旨在是限制性的。除非另外指明，否则所有百分比均是按总组合物的重量计。

实例1

在有或无剪切恢复剂(SRA)的情况下，将含有一定量活性表面活性剂的各种配制品在水或盐水中在7000rpm下混合5分钟。在附加的20秒之后，将流体从搅拌器中倒入烧杯中，并且如方法A中所概述的测量其“回流”所花费的时间。作为说明性实例，与使用方法A，分别添加了0.01wt.％和0.015wt.％SRA情况下的17秒和12秒相比，2.6％活性瓢儿菜季铵化合物在6％KCl中的混合物在无任何剪切恢复剂的情况下具有大于180秒的剪切恢复时间。在另一个实例中，与如通过方法A测量的在无SRA-2的情况下＞180秒相比，向在6wt.％KCl中的1.85wt.％活性油烯基甜菜碱中添加0.12wt.％SRA-2展现了6秒的剪切恢复时间。

表1.剪切恢复时间结果。

所披露的主题已经参考其具体实施例的具体细节进行描述。此类细节不旨在被认为是对所披露的主题的范围的限制，除非它们被包括在所附权利要求书内并且到了这样的程度。

因此，在此描述的示例性实施例很好地进行适配以便达到提及的目的和优点以及其中固有的那些。以上披露的具体实施例仅仅是说明性的，因为在此描述的示例性实施例可以以受益于在此的传授内容的对本领域技术人员明显的、不同但等效的方式进行修改和实践。此外，除了如在下面的权利要求中描述的，并不旨在对在此示出的结构或设计的细节有所限制。因此明显的是可以改变、结合或修改以上披露的具体的说明性实施例并且全部的此类变化被认为在在此描述的示例性实施例的范围和精神内。可以在不存在没有在此具体披露的任何元素和/或在此披露的任何任选元素的情况下适当地实践在此说明性地披露的在此描述的示例性实施例。虽然组合物和方法是以“包含(comprising)”、“含有(containing)”或“包括(including)”各种组分或步骤描述的，这些组合物和方法还可以“基本上由以下各项组成”或“由以下各项组成”：这些各种组分、物质和步骤。如在此使用的，术语“基本上由以下各项组成”应该理解为意在包括所列出的组分、物质或步骤以及不实质性地影响该组合物或方法的基本和新颖特性的这样的额外的组分、物质或步骤。在一些实施例中，根据本披露的实施例的“基本上由以下各项组成”的组合物：所列举的组分或物质，不包括改变该组合物的基本和新颖特性的任何额外的组分或物质。如果在本说明书以及可通过援引的方式并入本申请中的一个或多个专利或其他文献中存在词或术语的使用上的任何冲突，应采用与本说明书一致的定义。

Claims (7)

1.一种减少增稠表面活性剂流体体系的剪切恢复时间的方法，该方法包括将增稠表面活性剂流体体系引入地下地层中，其中，该流体包含主要部分的表面活性剂和疏水改性的缔合聚合物，与不含该聚合物的流体系统的剪切恢复时间相比，该缔合聚合物处于足以缩短该流体系统的剪切恢复时间的浓度。

2.如权利要求1所述的方法，其中，该表面活性剂是根据式I：

其中，R₁选自由以下各项组成的组：烷基、烯基、烷基芳基亚烷基、烯基芳基亚烷基、烷基氨基亚烷基、烯基氨基-亚烷基、烷基酰胺基亚烷基、和烯基酰胺基亚烷基，其中，每个所述烷基含有从约14至约24个碳原子并且其中，所述亚烷基含有从约1至约6个碳原子；并且R₂、R₃和R₄是相同或不同的并且是具有从1至约5个碳原子的烷基或羟烷基，或者R₃和R₄或R₂和与它们所键合的氮原子一起形成最高达6元的杂环。

3.如权利要求1所述的方法，其中，该表面活性剂是根据式II：

其中，R₁是烃基并且含有从约8至约30个碳原子；R₂和R₃单独地是氢或甲基；R₄和R₅或R₆单独地是氢或羟基，其前提是R₄和R₅或R₆中的至少一个是羟基。

4.如权利要求1所述的方法，其中，该表面活性剂是根据式III：

其中，R₁是烃基并且含有从约8至约30个碳原子；并且R₂、R₃和R₄是相同或不同的并且是具有从1至约5个碳原子的烷基或羟烷基，或者R₃和R₄或R₂和与它们所键合的氮原子一起形成最高达6元的杂环。

5.如权利要求1所述的方法，其中，该表面活性剂是根据式IV：

其中，R₇是具有从约7至约30个碳原子的脂肪族基团；R₉是具有从2至约6个碳原子的二价亚烷基；R₁₀和R₁₁是相同或不同的并且是具有从1至约4个碳原子的烷基或羟烷基，或者R₁₀和R₁₁以及与它们所键合的氮原子一起形成最高达6元的杂环；并且R₈是氢或具有从1至约4个碳原子的烷基或羟烷基。

6.如权利要求1所述的方法，其中，该疏水改性的缔合聚合物包含至少一个选自下组的水溶性部分，该组由以下各项组成：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基甲酰胺及其混合物。

7.如权利要求1所述的方法，其中，该疏水改性的缔合聚合物包含至少一个选自下组的水不溶性部分，该组由以下各项组成：丙烯酸或甲基丙烯酸的直链或支链的烷基或烷基芳基醇酯、丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺的直链或支链的烷基或烷基芳基酰胺、苯乙烯、丁二烯、1-乙烯基萘及其混合物。