[发明专利]多阳离子粘弹性组合物

说明书

本申请是中国发明专利申请(申请日：2006年11月7日；申请号：200680050544.2(国际申请号：PCT/US2006/043383)；发明名称：多阳离子粘弹性组合物)的分案申请。

本申请要求未决的美国临时申请No.60/734,465的优先权，其内容在此引入作为参考。

技术领域

本申请所述技术一般性地涉及多阳离子季铵化合物(polycationic quaternary ammonium compound)及由其制备的多阳离子粘弹性组合物。该技术的粘弹性组合物适用于粘弹性为理想性能的各种应用。这些应用的实例包括例如，液压液(hydraulic fluids)、破乳剂、发泡剂、有机粘土、增稠剂、抗微生物剂和油田助剂(oil field fluids)。

该技术的一种或多种优选的多阳离子粘弹性组合物在相对较低的活性组分(如双季铵化合物)浓度下，对含水溶液赋予了有用的流变性能。由该技术的一种或多种优选组合物提供的可用流变性能包括例如，粘弹性、增加的粘度、剪切稀化和流动液体的减阻。

背景技术

已对双季铵化合物或多阳离子季铵化合物的一些实例进行过研究和报道。例如，1988年3月29日颁布给Login的美国专利No.4,734,277描述了，使叔胺与适当的环氧化物(如表氯醇)反应，制备某种双季铵化合物，并且还披露了生成的双季铵化合物具有作为化妆品应用，如毛发调理剂、润肤液等添加剂的效用。

作为另一实例，2004年4月8日公开的Hughes等人的美国专利申请No.2004/0067855披露了，某些双季铵化合物或低聚阳离子季铵化合物可用于粘弹性钻井处理液中，以控制该处理液的粘弹性。

诸如油、天然气等油气(hydrocarbons)是通过钻井，穿透含油气地层，由地下地质地层得到的。这种钻探结果为油气，典型地为油，提供了到达地面的部分流动通道。为了使油从地层流向井筒(最终流向地面)，必须穿过地层(如，砂岩、碳酸盐岩)的足够通畅的流动通道，这通常是在岩石孔隙尺寸和数目都足够的情况下发生的。

石油开采的常见阻碍是地层“损害”，这阻塞了岩石孔隙并阻碍石油的流动。另外，井筒最近区域油的枯竭也会导致产量逐渐下降。通常，用于提高地层渗透性、扩展井筒通道的技术称作“增产”。水凝胶经常用于各种油井增产工艺中。

例如，压裂工艺是一种油井增产技术，在压裂工艺中，在地下地层会形成裂纹和裂缝(裂痕)。压裂工艺中使用凝胶作为介质，该介质将能量从地下地层外部传递至地下地层内的某一特定位置，以产生所需的裂纹。产生裂纹的能量主要通过将压裂液泵送到指向地下地层理的所需部位中，以压力形式作用到地层上。凝胶是相对不可压缩的流体，压力作用于地下地层，直到该力足够压裂地层。一旦生成裂纹，当凝胶流进新形成的裂纹和裂缝中时，其具有高粘度是很重要的。压裂液流入裂缝时，其携带支撑物(如，小沙粒、陶瓷粒或其它硬质材料)进入裂缝。一旦泵送压裂液的力被去掉，支撑物留在裂缝中，这些支撑物防止裂缝闭合。然后，压裂液从井筒中排出，井筒为采收更多量的油气做准备。

较老的技术利用多糖聚合物，形成用作压裂液的水凝胶。通常，多糖凝胶是利用添加剂，如钛酸盐、锆酸盐或硼酸盐进行交联的。一旦完成压裂工艺，这些凝胶通常需要一个分离工艺，从井筒中除去这些凝胶，此工艺通常需要大量的时间和额外的油井处理化学试剂。此外，很少能完全除去这些聚合物凝胶，残余在井筒中的聚合物会堵塞地层的孔隙，因而阻碍了油气在孔隙中流过和流出。

非聚合物胶凝剂(NPGs)是最近开发的技术，其提供了多糖凝胶的替代物。NPGs是表面活性剂，通常是季铵化合物(阳离子)或两性化合物。因为粘弹性溶液(VES)的某些性能证明对油井增产工艺是有用的，所以特别理想的NPGs形成粘弹性溶液(VESs)。此类性能之一是VES在比聚合物溶液粘度低时，还具有支持支撑物的能力。另一个有用性能是减小了运动流体与与其接触的表面之间的摩擦。VES特别有用的特征是，与油气接触时，凝胶断裂，随之粘度迅速降低。在较低粘度下，与聚合物凝胶相比，从井筒中除去压裂液无需额外的油井处理化学试剂，需用的时间和设备也较少。NPG表面活性剂凝胶也可以采用其它方法断裂。此外，和多糖胶凝剂不同，NPGs造成地下地层中产油气孔隙堵塞的可能性更小。

NPGs在其它油井处理方面也是有用的。例如，NPGs可以降低压裂液向地层的漏失；降低井的产水量；形成井筒清洁的凝胶；降低流动溶液与固体物质之间的摩擦等。