具有環境友好的活化劑溶劑的多糖漿料的製作方法

2023-05-21 11:32:56

具有環境友好的活化劑溶劑的多糖漿料的製作方法
【專利摘要】一種穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，包括：載體；活化劑溶劑，其包括a)至少一種二元甲基酯或二元乙基酯；b)至少一種式(IIa)的化合物，R3OOC-A-CONR4R5(IIa)，其中R3表示C1-C36烷基；其中R4和R5獨立地表示C1-C36烷基，其中R4和R5能夠任選地一起成環；並且其中A為直鏈或支鏈的二價C2-C6烷基；或者c)所述a)和b)的組合；有機粘土化合物；以及任選地，表面活性劑；所述組合物是穩定的並且能夠使多糖顆粒懸浮。本發明還涉及處於這樣的懸浮劑組合物中的多糖顆粒的漿料，以及所述組合物和漿料的製備方法。
【專利說明】具有環境友好的活化劑溶劑的多糖漿料
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求於2012年4月17日提交的美國臨時申請No. 61/625, 427的優先權， 該臨時申請通過引用的方式併入本文。

【技術領域】
[0003] 本發明涉及組合物以及多糖漿料和懸浮劑組合物的使用方法，具體而言，涉及包 含環境友好的溶劑和活化劑溶劑的漿料和懸浮劑組合物。

【背景技術】
[0004] 二醇醚、尤其是乙二醇單丁基醚（EGMBE)的使用已日益受到來自於健康、安全和 環境（HSE)方面的壓力。對於人類而言，EGMBE是疑似致癌物，能夠導致溶血作用，它在加 利福尼亞州面臨嚴格的審查，並且在加拿大正逐步被淘汰。在大多數石油生產國管轄區內， 規定要全面公開水力壓裂流體所採用的油氣化學品，因此越發急需在配製物中使用更為綠 色環保的溶劑。油氣服務公司正在尋找具有良好性能和HSE屬性的可行的替代品。已經使 用一些溶劑來代替EGMBE，但是許多這類溶劑具有與EGMBE相同的缺陷，例如不是環境友好 的，或者類似地具有毒性並且是危險的。這些溶劑為：其他的二醇醚，如PnB(丙二醇正丁基 醚）、丁基卡必醇（二乙二醇丁基醚）、乙二醇單乙酸酯、三乙二醇單乙基醚、1，1' -氧代雙 (2-丙醇）、三乙二醇單甲基醚、三甘醇二甲醚和二甘醇二甲醚，它們比許多"重點汙染物" 更為頻繁地被報導。
[0005] 二醇醚通常被用作瓜爾膠-礦物油漿料（"瓜爾膠漿料"）中的活化劑溶劑。瓜 爾膠漿料是幹瓜爾膠顆粒分散在具有疏水改性的粘土（作為懸浮助劑）的礦物油中的分散 液。通常添加二醇醚溶劑（例如，乙二醇單丁基醚（EGMBE))作為粘土的活化劑溶劑。該活 化劑溶劑使層間（galleries)分開從而將粘土片層分散在礦物油中（即，將粘土"活化"）。 如本文所用，術語"活化劑溶劑"是指被添加到懸浮劑組合物中以幫助其中的粘土組分產生 粘度的化合物。活化的粘土用於使載體（通常為礦物油）稠化（即，增加粘度），或者用於 形成弱凝膠（weak gel)或預凝膠，從而有助於將瓜爾膠顆粒懸浮並製得穩定的漿料。除了 礦物油之外，所述載體也可包括聚醚、酯、高級醇或植物油，以及它們的混合物。在儲存和運 輸的應用中，其中瓜爾膠或多糖顆粒保持懸浮達足夠長的時間這樣的穩定漿料是重要的。 如果顆粒沉降並密實聚集成沉積物，那麼漿料會變得難以操作，並且在現場難以從桶中泵 出或流出。在一些常規實施方案中，漿料含有少量的表面活性劑和/或酸組分以有助於漿 料的水合作用。這些附加的組分還能夠對漿料的粘度產生影響從而有利於操作。


【發明內容】

[0006] 我們已經發現，利用二元酸的酯、其衍生物、其混合物、以及前述物質與其他溶劑 的組合作為瓜爾膠漿料中的粘土的活化劑溶劑的組合物和方法。直接用以下物質代替 EGMBE或PnB在分散粘土和提供穩定的瓜爾膠漿料方面具有優勢，所述物質為：a)至少一種 二元甲基酯或二元乙基酯；b)至少一種式（Ila)的化合物：R3OOC-A-CONR 4R5(IIa)，其中R3 表示燒基；其中R 4和R 5獨立地表示C「C36烷基，其中R 4和R 5能夠任選地一起成環； 並且其中A為直鏈或支鏈的二價C2-C6烷基；或者c)所述a)和b)的組合。其包括衍生物， 如活化劑溶劑B(5-(二甲基氨基）-2_甲基-5-羰基-戊酸甲醋（pentanoic acid，5-(dim ethylamino)-2-methyl_5-〇x〇-，methyl ester))〇
[0007] 將活化劑溶劑添加到礦物油中，並與粘土或改性粘土混合以分散粘土。在一個實 施方案中，改性粘土是疏水改性的粘土。可通過小的或聚合的有機物的吸附、反應或絡合作 用來使粘土改性，該小的或聚合的有機物包括從陽離子表面活性劑、陽離子聚合物、胺、氯 矽烷到葉酸的範圍。在一個實施方案中，改性粘土為通常通過與陽離子表面活性劑的絡合 作用而獲得的疏水改性的粘土。通常，在加入表面活性劑和瓜爾膠之前，加入溶劑或者使之 與粘土或改性粘土接觸，從而製得完整的配製物。
[0008] 通常，懸浮劑組合物或多糖漿料的性能由以下標準來衡量：1)在約24小時內的沉 降少於約1體積％ ;和/或2)良好的水合性質（在少於約10分鐘內達到大於全粘度的約 90% ) 〇
[0009] 在一個方面，本發明包括懸浮劑組合物，該懸浮劑組合物包括：載體；包含至少一 種二元酸酯或其衍生物的活化劑溶劑；有機粘土化合物；以及任選地，表面活性劑，其中所 述載體、活化劑溶劑、有機粘土化合物、以及任選的表面活性劑以有效形成能夠使多糖顆粒 懸浮的穩定懸浮劑的量存在於懸浮劑組合物中。
[0010] 懸浮劑組合物還可包括酸組分。在一些實施方案中，酸組分包括富馬酸。在其他 實施方案中，酸組分可以為富馬酸、己二酸、馬來酸、蘋果酸、或者任何其他能夠降低水合pH 的酸。
[0011] 在一個實施方案中，基於懸浮劑組合物的總重量，載體以約25wt%至約99wt%的 範圍內的量存在於該懸浮劑中，活化劑溶劑以約〇. lwt %至約l〇wt %的範圍內的量存在， 有機粘土化合物以約lwt%至約10wt%的範圍內的量存在，並且表面活性劑以約0. lwt% 至約5wt%的範圍內的量存在。
[0012] 在另一個實施方案中，基於懸浮劑組合物的總重量，載體以約50wt%至約99wt% 的範圍內的量存在於該懸浮劑中，活化劑溶劑以約〇. lwt%至約5wt%的範圍內的量存在， 有機粘土化合物以約lwt %至約5wt %的範圍內的量存在，並且表面活性劑以約0. lwt %至 約3wt%的範圍內的量存在。
[0013] 在另一個實施方案中，載體包括礦物油。
[0014] 有機粘土化合物旨在表示經過改性的那些粘土，所述改性在一個實施方案中 是指經過處理從而改變或影響粘土的表面性質（例如"疏水"改性）。有機粘土化合物 可包括但不限於：改性膨潤土、改性凹凸棒土（attapu 1 gi te)、改性高嶺土、改性埃洛石 (halloysite)、改性綠泥石、改性蛭石、改性蒙皂石（smectite)、改性蒙脫土、改性鋰蒙脫 石、或它們的任意混合物。通常，有機粘土化合物包括改性膨潤土、疏水改性的膨潤土、或它 們的混合物。
[0015] 在一個實施方案中，表面活性劑包括至少一種非離子表面活性劑，例如醇乙氧基 化物、烷基酚乙氧基化物、萜烯烷氧基化物、或它們的任意混合物。
[0016] 應當理解的是，取決於具體的應用，本文所述的懸浮劑組合物和漿料可包括通常 用於油田應用的附加組分，如抗微生物劑、穩定劑等。
[0017] 所述的至少一種二元甲基酯或二元乙基酯可包括以下化合物中的至少兩者：甲基 戊二酸二烷基酯、乙基丁二酸二烷基酯、己二酸二烷基酯、丁二酸二烷基酯、或戊二酸二烷 基酯，其中二烷基為二甲基或二乙基。在另一個實施方案中，所述的至少一種二元酯包括甲 基戊二酸二烷基酯、乙基丁二酸二烷基酯、以及任選的己二酸二烷基酯的共混物。在又一個 實施方案中，所述的至少一種二元酯包括己二酸二烷基酯、丁二酸二烷基酯和戊二酸二烷 基酯的共混物。
[0018] 在一個實施方案中，活化劑溶劑包括：
[0019] a)選自甲基戊二酸二烷基酯、乙基丁二酸二烷基酯、己二酸二烷基酯、丁二酸二烷 基酯或戊二酸二烷基酯中的至少一種二元酯；
[0020] b)至少一種式（Ila)的化合物：
[0021] R3OOC-A_CONR4R5 (IIa)，
[0022] 其中R3表示燒基；其中1?4和1?5獨立地表示C「C36烷基，其中R#R5能夠 任選地一起成環；並且其中A為直鏈或支鏈的二價C2-C6烷基；或者
[0023] c)上述的任意組合。
[0024] 在一個具體的實施方案中，二元酯是包括以下化合物的共混物：
[0025] ⑴下式的第一二元酯：
[0026]

【權利要求】
1. 一種穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，包括： 載體； 活化劑溶劑，所述活化劑溶劑包括： a) 至少一種二元甲基酯或二元乙基酯； b) 至少一種式（IIa)的化合物： R3OOC-A-CONR4R5 (IIa)， 其中R3表示C「C36烷基；其中R 4和R 5獨立地表示C「C36燒基，其中R 4和R 5能夠任選 地一起成環；並且其中A為直鏈或支鏈的二價C2-C6烷基；或者 c) 所述a)和b)的組合； 有機粘土化合物；以及 任選地，表面活性劑； 所述組合物是穩定的並且能夠使多糖顆粒懸浮。
2. 權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，還包括酸組分。
3. 權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，還包括選自由富馬酸、己二酸、馬 來酸、蘋果酸及其混合物構成的組中的酸組分。
4. 權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，其中，基於所述穩定的多糖顆粒 懸浮劑組合物的總重量，所述載體的存在量範圍為約25wt%至約99wt%，所述活化劑溶劑 的存在量範圍為約〇. lwt%至約10wt%，所述有機粘土化合物的存在量範圍為約lwt%至 約10wt%，並且所述表面活性劑的存在量範圍為約0. lwt%至約5wt%。
5. 權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，其中，基於所述穩定的多糖顆粒 懸浮劑組合物的總重量，所述載體的存在量範圍為約50wt%至約99wt%，所述活化劑溶劑 的存在量範圍為約〇. Iwt %至約5wt %，所述有機粘土化合物的存在量範圍為約Iwt %至約 5wt%，並且所述表面活性劑的存在量範圍為約0. lwt%至約3wt%。
6. 權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，其中所述活化劑溶劑二元酸酯或 其衍生物包括至少一種式（IIa)的化合物，其中馬、1? 4和R5獨立地表示甲基或乙基。
7. 權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，其中所述活化劑溶劑二元酸酯或 其衍生物包括選自由甲基戊二酸二烷基酯、乙基丁二酸二烷基酯、己二酸二烷基酯、丁二酸 二烷基酯、戊二酸二烷基酯及其組合構成的組中的二元酯，其中各二烷基為二甲基或二乙 基。
8. 權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，其中所述活化劑溶劑是二元酯的 共混物，所述二元酯包括： (i) 下式的第一二元酯：
(ii) 下式的第二二元酯：
(iii)任選地，下式的第三二元酯：
其中，札和R 2獨立地表示C「C8烷基。
9. 權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，其中所述載體包括礦物油。
10. 權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，其中所述有機粘土化合物包括 改性膨潤土、改性凹凸棒土、改性高嶺土、改性埃洛石、改性綠泥石、改性蛭石、改性蒙皂石、 改性蒙脫土、改性鋰蒙脫石、或它們的混合物。
11. 權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，其中所述有機粘土化合物包括 膨潤土、疏水改性的膨潤土、或它們的混合物。
12. 權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，其中存在所述表面活性劑，並且 該表面活性劑包括至少一種非離子表面活性劑。
13. 權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，其中存在所述表面活性劑，並且 該表面活性劑包括至少一種醇乙氧基化物、至少一種烷基酚乙氧基化物、至少一種萜烯烷 氧基化物、或它們的任意混合物。
14. 權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，其中所述表面活性劑包括至少 一種陽離子表面活性劑、至少一種兩性表面活性劑、至少一種兩性離子表面活性劑、至少一 種陰離子表面活性劑、至少一種非離子表面活性劑、或它們的組合。
15. -種多糖漿料組合物，包括懸浮於權利要求1所述的穩定的多糖顆粒懸浮劑組合 物中的多糖顆粒。
16. 權利要求15所述的多糖漿料組合物，其中所述多糖的濃度大於4鎊/加侖。
17. 權利要求15所述的多糖漿料組合物，其中所述多糖的濃度為至少5鎊/加侖。
18. -種方法，包括： 將以下物質混合而形成穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物，所述物質為： 載體； 活化劑溶劑，所述活化劑溶劑包括： a) 至少一種二元甲基酯或二元乙基酯； b) 至少一種式（IIa)的化合物： R3OOC-A-CONR4R5 (IIa)， 其中R3表示C「C36烷基；其中R 4和R 5獨立地表示C「C36燒基，其中R 4和R 5能夠任選 地一起成環；並且其中A為直鏈或支鏈的二價C2-C6烷基；或者 C)所述a)和b)的組合； 有機粘土化合物；以及 任選地，表面活性劑；以及 將多糖顆粒懸浮在所述穩定的多糖顆粒懸浮劑組合物中以形成穩定的多糖顆粒漿料。
【文檔編號】C07C69/44GK104520372SQ201380020693
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年4月17日 優先權日:2012年4月17日
【發明者】阿米特·塞加爾, 蘇布拉馬尼安·克薩萬, 魯埃拉·帕巴蘭, 查尓斯·艾姆 申請人:羅地亞管理公司