專利名稱：壓裂地下巖層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含表面活性劑的粘彈性流體的使用方法，具體地說，涉及一種壓裂地下巖層的方法。
高分子增稠劑，如淀粉通過高分子鏈的纏結(jié)而增稠，其目前已用于使懸浮液的水相增粘。這種增稠劑受機械剪切或聚合物鏈的化學(xué)裂解(如通過氧化或水解)的影響而使品質(zhì)下降，導(dǎo)致粘度減少，使懸浮液的穩(wěn)定性降低。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，陽離子表面活性劑在某些條件下會形成棒狀膠束。當存在這種棒狀膠束時，將賦予流體以粘彈性。但是，陽離子表面活性劑的毒性較高，且生物降解性較差。
因此，本發(fā)明涉及一種粘彈性流體，其包含(1)一種水性介質(zhì)；(2)使所述水性介質(zhì)具有粘彈性的有效量的選自兩性表面活性劑、兩性離子表面活性劑和其混合物的表面活性劑；和
(3)一種選自下述的成分有機酸、有機酸鹽、無機鹽以及一種或多種有機酸或有機酸鹽與一種或多種無機鹽的組合。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，本發(fā)明涉及一種粘彈性流體，其基本上由下述成分組成(1)一種水性介質(zhì)；(2)一定量的含胺氧化物表面活性劑的表面活性劑；和(3)一種包含具有至少14個碳原子的疏水基團的陰離子表面活性劑。
術(shù)語“粘彈性”是指粘性流體具有彈性，即，當該液體在解除所施加的應(yīng)力后，至少部分回復(fù)到其原始形式。增稠的水性粘彈性流體用作潤滑劑中的水基傳壓流體和傳壓壓裂流體以增加在油生產(chǎn)中的滲透性。
本發(fā)明也涉及用于將懸浮的固體顆粒如挖掘副產(chǎn)物分布于包含本發(fā)明粘彈性流體的流體中的方法，其中，通過將流體運輸至固體顆粒仍然懸浮于流體中的位置并使流體沉積于該位置而使固體顆粒繼續(xù)懸浮延長的時間。
本發(fā)明還涉及用于壓裂地下巖層的方法，包括在足以使所述巖層壓裂的壓力下，通過井眼泵送本發(fā)明的粘彈性流體進入地下巖層。
本發(fā)明還涉及一種洗滌劑制劑，其含有去污表面活性劑及本發(fā)明的粘彈性流體。
本發(fā)明還涉及所述粘彈性流體作為漂移控制劑在農(nóng)業(yè)制劑中的用途。就這一方面，本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)化學(xué)品與一定量的本發(fā)明粘彈性流體的水性制劑，粘彈性流體的量應(yīng)足以增加所述制劑的噴霧的平均液滴尺寸。
圖2顯示了

圖1所述相同的溶液在25℃和50℃時的動態(tài)模量G′(儲能模量)和G″(損耗模量)。
圖3顯示了對于通過加入5％牛油氨基二丙酸二鈉(Mirataine T2C)和4％氯化銨和1.75-2.0％鄰苯二甲酸于水中而制備的粘彈性表面活性劑溶液而言，粘性與剪切速度的關(guān)系曲線。
圖4顯示了對于通過加入4或5％油酰氨基丙基甜菜堿(MirataineBET-O)、3％氯化鉀和0.5％鄰苯二甲酸于水中而制備的粘彈性表面活性劑溶液而言，粘性與剪切速度的關(guān)系曲線。
圖5顯示了圖4所述相同的溶液在25℃和50℃時的動態(tài)模量G′(儲能模量)和G″(損耗模量)。
發(fā)明詳述一般意義的粘彈性性質(zhì)是公知的，可參見S.Gravsholt，Journalof Coll.and Interface Sci.，57(3)，575(1976)；Hoffmann等，“離子表面活性劑對兩性離子表面活性劑溶液粘彈性的影響”，Langmuir，8，2140-2146(1992)；以及Hoffmann等，“不同粘彈性表面活性劑溶液的流變學(xué)行為”，Tenside Surf.Det.，31，389-400，1994。在這些參考文獻所述確定液體是否具有粘彈性的試驗方法中，業(yè)已發(fā)現(xiàn)下述實驗可用來確定水溶液的粘彈性，該實驗由下述步驟組成使溶液渦動，并目視觀察是否通過在停止打漩后通過旋渦反沖而產(chǎn)生氣泡。氣泡反沖表明了粘彈性。另一種有用的實驗是在給定的溫度下，測量儲能模量(G′)和損耗模量(G″)。如果在同一溫度下，在某些點或在某一段低于10拉德/秒，優(yōu)選約0.001至約10拉德/秒，更優(yōu)選約0.1至約10拉德/秒點的范圍內(nèi)G′大于G″，并且，如果G′大于10-2帕斯卡，則這種流體通常被認為在該溫度下具有粘彈性。流變測量如G′和G″值在下述文獻中有更詳細的討論“流變測量”，Encyclopedia of Chemical.Technology，vol.1997，第4版。為完整的必要性，上述文獻引入本文作為參考。
粘彈性是由于不同類型的膠束形成而引起的，而非由大多數(shù)表面活性劑形成的常規(guī)球形膠束產(chǎn)生。粘彈性表面活性劑流體會在溶液中形成蠕蟲狀、棒狀或球狀膠束。形成較長的球形膠束將產(chǎn)生有用的流變性質(zhì)。粘彈性表面活性劑溶液顯示出剪切薄層行為，并且，盡管施以重復(fù)的高剪切仍然保持穩(wěn)定。比較而言，典型的高分子增稠劑在被施以高剪切時會不可逆地降級。
在本發(fā)明的概述及詳述中，每個數(shù)值應(yīng)理解為由術(shù)語“約”進行修飾(除非已經(jīng)進行這種修飾表述)，然后再次理解為不進行這種修飾，除非在文中另有說明。
粘彈性表面活性劑可為離子型或非離子型。本發(fā)明包含一種基于兩性或兩性離子表面活性劑的水性粘彈性表面活性劑。兩性表面活性劑是一類在某一段pH值范圍(例如，通常在弱酸性時)內(nèi)同時具有正電荷部分和負電荷部分，而在其它pH范圍(例如，通常在中等酸性時)僅具有正電荷的表面活性劑；而兩性離子表面活性劑則與pH值范圍無關(guān)總是具有正電荷部分，并在堿性pH值時具有負電荷部分。
粘彈性流體包含水、表面活性劑和一種選自有機酸、有機酸鹽、無機鹽和其混合物的水溶性化合物?；蛘?，粘彈性流體可包含水、胺氧化物表面活性劑和一種包含具有至少約14個碳原子的疏水基團的陰離子表面活性劑。粘彈性流體表面活性劑溶液用作壓裂流體或水基傳壓流體。用作壓裂流體的粘彈性流體可選擇性地含有一種氣體如空氣、氮氣或二氧化碳以提供增能流體或泡沫。
可以最大濃度存在的流體組分是水，即，水通常占粘彈性流體重量百分數(shù)的大部分。水在液體中的含量通常大于或等于約50wt％。水可來自任一種來源，只要該來源不含與粘彈性流體的其它組分不相容的污染物(如引起不希望出現(xiàn)的沉淀)。因此，水無需是飲用水，可為微有堿味的水或包含在石油領(lǐng)域中常用水源中的其它物質(zhì)。
用于本發(fā)明的兩性離子表面活性劑的實例由下式表示 其中，R1表示烷基、烷基芳基烷基、烷氧基烷基、烷基氨基烷基和烷基酰氨基烷基的疏水基團，其中，烷基代表包含約12至約24個碳原子的基團，其可為支鏈或支鏈基團，可為飽和或不飽和基團。代表性的長鏈烷基包括十四烷基(肉豆蔻基)、十六烷基(鯨蠟基)、十八烯基(油基)、十八烷基(硬脂基)、二十二烯基(瓢兒菜基)和牛油、椰油、大豆油及菜籽油的衍生物。優(yōu)選的烷基和鏈烯基是具有約16至約22個碳原子的烷基和鏈烯基。烷基酰氨基烷基的代表性實例是烷基酰氨基丙基，所述烷基如前所述。
R2和R3獨立地為脂族基團(即，在與季氮相連的原子處與芳族基團相對照，例如，烷基、鏈烯基、芳基烷基、羥基烷基、羧基烷基和羥基烷基聚氧亞烷基，如羥乙基-聚氧亞乙基或羥丙基-聚氧亞丙基)，其具有1至約30個原子，優(yōu)選約1至約20個原子，更優(yōu)選約1至約10個原子，首選約1至約6個原子，其中，脂族基團可為支鏈或直鏈，飽和或不飽和。優(yōu)選的烷基鏈為甲基、乙基，優(yōu)選的芳烷基為芐基，優(yōu)選的羥基烷基為羥乙基或羥丙基，而優(yōu)選的羧基烷基為乙酸根和丙酸根。
R4為鏈長1-4的烴基(如亞烷基)。優(yōu)選亞甲基或亞乙基。
兩性離子表面活性劑的具體實例包括下述結(jié)構(gòu) 其中，R1具有如前所述的定義。
兩性表面活性劑的實例包括由式VI表示的那些 其中，R1、R2和R4具有如前所述的定義。
兩性表面活性劑的其它具體實例包括下述結(jié)構(gòu) 其中，R1具有前面所述的定義，X為在酸性介質(zhì)中與羧酸基團或氫原子締合的無機陽離子X+，如Na+、K+、NH4+。
由乙氧基化烷基胺合成二羥基乙氧基化甘氨酸鹽的一般化學(xué)過程如下 x+y＝2～10終產(chǎn)物也可包含某些未反應(yīng)原料二羥基乙基烷基胺和少量作為副產(chǎn)物的甘醇酸鈉、二甘醇酸鈉和氯化鈉。類似的方法可用于制備丙氧基化的類似物。
由烷基胺合成烷基亞氨基二丙酸鹽的一般化學(xué)過程如下 終產(chǎn)物也可包含少量的甲醇，未反應(yīng)的丙烯酸，烷基胺和作為副產(chǎn)物的某些低聚的丙烯酸酯或丙烯酸。
由烷基胺合成烷基酰氨基丙基甜菜堿的一般化學(xué)過程如下
終產(chǎn)物也可包含少量作為副產(chǎn)物的甘醇酸鈉、二甘醇酸鈉和氯化鈉及甘油。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，所選擇的兩性離子表面活性劑為胺氧化物。這種物質(zhì)具有下述結(jié)構(gòu) 其中，R1、R2和R3具有如前所述的定義。
與其它組分一起組合使用的表面活性劑的用量應(yīng)足以形成粘彈性流體，該用量通常以流體重量計是少量的(例如，少于約50wt％)。以流體重量計，表面活性劑的濃度范圍為約0.5wt％至約10wt％，優(yōu)選約0.5wt％至約8wt％，更優(yōu)選約0.5wt％至約6wt％。對于特別一組參數(shù)來說，最佳濃度可通過實驗確定。
流體也包含一種或多種選自有機酸、有機酸鹽和無機鹽的成分。上述成分的混合物也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這種成分的含量通常僅為少量(例如，低于流體重量的約20wt％)。
有機酸通常為磺酸或羧酸，有機酸鹽的抗衡陰離子通常為磺酸根或羧酸根。這種有機分子的代表性實例包括各種芳族磺酸鹽和羧酸鹽，如對甲苯磺酸鹽、奈磺酸鹽、氯代苯甲酸、水楊酸、鄰苯二甲酸等，其中，所述抗衡離子為水溶性的。最優(yōu)選的是水楊酸鹽、鄰苯二甲酸鹽、對甲苯磺酸鹽、羥基萘羧酸鹽，例如，5-羥基-1-萘甲酸、6-羥基-1-萘甲酸、7-羥基-1-萘甲酸、1-羥基-2-萘甲酸，優(yōu)選3-羥基-2-萘甲酸、5-羥基-2-萘甲酸、7-羥基-2-萘甲酸和1，3-二羥基-2-萘甲酸和3，4-二氯苯甲酸鹽。有機酸或其鹽通常有助于增加粘度，而粘度增加是優(yōu)選流體的特性。盡管不希望受任何理論的限制，除非在文中另有表述，據(jù)認為，有機酸或其鹽與膠束的締合降低了膠束的聚集曲率，因而，促進了蟲形或棒形膠束的形成。有機酸或其鹽在粘彈性流體中的濃度通常為約0.1wt％至約10wt％，優(yōu)選約0.1wt％至約7wt％，更優(yōu)選約.1wt％至約6wt％。
特別適用于粘彈性流體的無機鹽包括水溶性鉀鹽、鈉鹽和銨鹽，如氯化鉀和氯化銨。此外，也可以采用氯化鈣、溴化鈣和鹵化鋅鹽。無機鹽有助于增加粘度，這是優(yōu)選的流體的特性。進而，無機鹽還有助于保持流體接觸的地質(zhì)建造的穩(wěn)定性。建造穩(wěn)定性，特別是粘土穩(wěn)定性(通過抑制粘土水合)可在濃度為幾個重量百分點下實現(xiàn)，如此，不會因存在無機鹽而顯著改變流體的密度，除非流體密度變成重要的考慮因素，在此點處，可以使用較重的無機鹽。在粘彈性流體中無機鹽的重量濃度通常為約0.1％至約30％，優(yōu)選約0.1％至約10％，更優(yōu)選0.1％至約8％。除了無機鹽之外，或者作為一種代替，也可以采用有機鹽，如三甲基銨鹽酸鹽和四甲基氯化銨。
作為有機鹽和無機鹽的代替物或作為其部分代替物，我們可以采用中等或長鏈醇(優(yōu)選鏈烷醇)，優(yōu)選具有5-10個碳原子，或醇的乙氧基化物(優(yōu)選鏈烷醇乙氧基化物)，優(yōu)選具有12-16個碳的醇，和具有1-6，優(yōu)選1-4個氧乙烯單元。
在所選的表面活性劑為胺氧化物的實施方案中，優(yōu)選與包含具有至少約14個碳原子疏水基團的陰離子表面活性劑組合使用。適宜的陰離子表面活性劑的實例包括烷基硫酸鹽或磺酸鹽，其具有堿金屬抗衡離子或烷基羧酸根，其中，烷基代表包含約14-約24個碳原子的基團，其可為支鏈或直鏈的，可為飽和或不飽和的，更優(yōu)選包含約16-約22個碳原子。
對于該實施方案(胺氧化物/陰離子表面活性劑)，胺氧化物與陰離子表面活性劑的重量比為約100∶1至約50∶50。
除了水溶性鹽和前述的增稠劑外，用作水力壓裂流體的粘彈性流體可包含其它常規(guī)成分，它們帶來所需的特殊功能，例如，腐蝕抑制劑，濾失量添加劑等。支撐劑可懸浮于壓裂流體中。流體的pH值范圍通常從強酸性(如pH值小于約3)至弱堿性(如pH值大于7.0至約8.5，更優(yōu)選約8.0)，或中等堿性(如pH值約8.5至約9.5)。應(yīng)避免強堿性pH值(如，pH值大于約10)。
同樣可以理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可將上述兩性表面活性劑/兩性離子表面活性劑與常規(guī)陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑和陽離子表面活性劑進行組合以得到所需的粘彈性流體。在典型的實施方案中，兩性表面活性劑/兩性離子表面活性劑通常占所有表面活性劑的大部分，更優(yōu)選它們基本上為僅包含的表面活性劑。一般而言，粘彈性流體基本上不含有陰離子表面活性劑，例如，包含少于約0.5wt％，更優(yōu)選少于約0.2wt％，首選少于0.1wt％的陰離子表面活性劑。
為了制備本發(fā)明的水性流體，將表面活性劑加至一種水溶液中，所述水溶液中溶解了水溶性無機鹽，如氯化鉀或氯化銨和/或至少一種有機酸或水溶性有機酸鹽，從而選擇性地控制顆粒懸浮性質(zhì)的損失。在流體為水與胺氧化物表面活性劑和陰離子表面活性劑的混合物的實施方案中，可以采用三種組分的簡單混合物。由于對溶液進行加熱及特殊的攪拌條件通常并不是必需的，因而可以采用本領(lǐng)域中公知的標準混合過程。當然，如果在極冷的條件如在阿拉斯加使用時，應(yīng)當采用常規(guī)的加熱過程。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在某些情形下，最好在與水溶液混合之前向低分子量醇中溶解入增稠劑。低分子量的醇如異丙醇的作用是幫助增稠劑增溶。其它的類似試劑也可采用。進而，如果在處理條件下不希望出現(xiàn)泡沫，則可以采用消泡劑如聚乙二醇來防止在制備粘彈性流體的過程中的不希望出現(xiàn)的泡沫。如果希望出現(xiàn)泡沫或增能氣體，則可以加入諸如空氣、氮氣、二氧化碳等氣體。
本發(fā)明的流體特別適用于處理在地質(zhì)建造的挖掘過程中產(chǎn)生的顆粒，例如在建造道路、橋梁、建筑物、礦山、隧道等過程中進行的挖掘、鉆孔、爆炸、疏浚、挖隧道等過程中產(chǎn)生的顆粒。將所述顆粒與粘彈性流體混合，從而有效地使顆粒分散于流體中。所述顆粒的粒徑范圍通常為從細粉至粗砂礫，例如，灰塵、砂子及砂礫。顆粒尺寸會影響挖掘過程廢物的懸浮性。例如，小顆粒要比大顆粒懸浮得更好，而非常細的顆粒懸浮得會非常好以至混合物會變得太稠而難以通過泵或類似的裝置來輸送。挖掘過程廢物尺寸的分布也很重要，這是因為，所包含的顆粒具有較寬尺寸范圍會比具有大約基本相同尺寸的顆粒更易于懸浮。因而，優(yōu)選在采用本發(fā)明的方法之前對顆粒進行篩選以除去太大而難于懸浮的顆粒，獲得更好的顆粒粒徑分布。
本發(fā)明的粘彈性流體可用于在深度地基建設(shè)工業(yè)、地下建設(shè)工業(yè)和在隧道及鉆探和在其它土支撐流體應(yīng)用中進行的鉆孔、挖掘和開溝操作過程中對土地或材料的挖掘。挖掘機或系統(tǒng)保持和除去增加的土負載的能力可通過表面活性劑粘彈性流體的懸浮性能及潤滑性能加以改善。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，表面活性劑可與工業(yè)中公知的某些降濾失控制劑組合使用，如水溶性或水分散性聚合物(瓜爾膠和其衍生物、黃原膠、聚丙烯酰胺、淀粉和其衍生物、纖維素衍生物、聚丙烯酸酯、polyDADMAC[聚(二烯丙基二甲基氯化銨)和其組合]、粘土(膨潤土和坡縷石)，從而使挖掘流體具有降濾失控制性能并使挖掘壁穩(wěn)定。
更深入的信息可在下述文獻中有述，該文獻引入本文作為參考休斯頓大學(xué)，化學(xué)工程系，公開號UHCE93-1，題為“在鉆井豎井中礦物和聚合物漿液對周邊負載傳遞的影響”，1993年1月公開，以及WO96/23849。
上述用于懸浮固體的方法具有多種用途，特別是在開礦及尾礦處理中使用。US 5,439,317(Bishop等)公開的相關(guān)內(nèi)容引入本文作為參考。其應(yīng)用之一是在地下洞穴或在等級洞穴以下的礦物加工廢物的運輸和放置。另一個應(yīng)用是回填凹坑或采石場，無需使用昂貴且勞動力強度大的設(shè)備。此外，該方法可用于放置粘土或其它襯墊以保持液體或防止這些液體進入地下水體系中和/或為類似的目的放置襯墊于堆土中。該方法的另一個應(yīng)用是由于將一定量地下的固體展開而引起的煤礦著火的熄滅和/或遏制，使火與氧源隔絕。該方法的另一個應(yīng)用是將固體放置于早先開出的礦洞中以防止表面沉淀。
本發(fā)明的水力壓裂方法采用了其它的常規(guī)技術(shù)。US 5,551,516(Norman等)引入本文中。各種物料的油田應(yīng)用在下述文獻中及其引證文獻中有述，這些文獻均引入本文作為參考“油田應(yīng)用”，Encyclopedia of Polymer Science and Engineering，vol.10，pp.328-366(John Wiley & Sons，Inc.，New York，New York，1987)。
水力壓裂是用于刺激從地下巖層中生產(chǎn)流體如油、天然氣等的各種方法中采用的術(shù)語。在水力壓裂中，壓裂流體在一定的壓力和流速通過井眼及對抗層面注入，所述壓力和流速應(yīng)足以克服過度負擔壓力并引發(fā)和/或擴大破裂形成。壓裂流體通常帶有懸浮于壓裂流體支撐劑，如20-40目砂、鋁礬土、玻璃珠等，其懸浮于壓裂流體中并輸送進入裂縫中。然后，支撐劑可抑制當壓力釋放時地層自身的閉合。填充裂縫的支撐劑提供了可滲透的通道，通過這些通道，地層流體可流至油井并排出。粘彈性流體也廣泛地用于砂礫包裝處理。
除了上述應(yīng)用之外，粘彈性流體也可用作工業(yè)漂移控制劑或用作流變改性劑以用于個人護理制劑(如清潔劑、調(diào)理劑等)及家居清潔劑(如洗滌劑)。本發(fā)明粘彈性流體的洗滌劑制劑進一步包含去污表面活性劑。支污表面活性劑和洗滌劑和/或個人護理制劑的其它常規(guī)成分的實例公開于US申請08/726,437(1996年10月4日申請)，該文獻引入本文作為參考。
通常，去污表面活性劑為陰離子型或非離子型。優(yōu)選的水溶性陰離子有機表面活性劑包括直鏈烷基苯磺酸鹽，烷基中包含約10至18個碳原子；支鏈烷基苯磺酸鹽，烷基中包含約10至18個碳原子；牛油范圍的烷基硫酸鹽；椰油范圍的烷基甘油基磺酸鹽；烷基醚(乙氧基化)硫酸鹽，其中，烷基部分包含約12至18個碳原子，其中，平均乙氧基化度為1至12，優(yōu)選3至9；牛油醇與約3至12，特別是6至9摩爾的環(huán)氧乙烷的硫酸化縮合產(chǎn)物；包含約14至16個碳原子的鏈烯烴磺酸鹽。
用于本發(fā)明的特別優(yōu)選的陰離子表面活性劑包括直鏈C10-C14烷基苯磺酸鹽(LAS)；支鏈C10-C14烷基苯磺酸鹽(ABS)；牛油烷基硫酸鹽、椰油烷基甘油基醚磺酸鹽；混合C10-C18牛油醇與約1至約14摩爾環(huán)氧乙烷形成的硫酸化縮合產(chǎn)物；含10至18個碳原子的高級脂肪酸的混合物。
用于液體、粉末和凝膠應(yīng)用中的特別優(yōu)選的非離子表面活性劑包括C10醇與3摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物；牛油醇與9摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物；椰油醇與5摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物；椰油醇與6摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物；C12醇與5摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物；C12-13醇與6.5摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物，以及經(jīng)汽提除去基本上所有的低級乙氧基化物和非乙氧基化餾分的相同的縮合產(chǎn)物；C12-13醇與2.3摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物，以及經(jīng)汽提除去基本上所有的低級乙氧基化物和非乙氧基化餾分的相同的縮合產(chǎn)物；C12-13醇與9摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物；C14-15醇與2.25摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物；C14-15醇與4摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物；C14-15醇與7摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物；C14-15醇與9摩爾環(huán)氧乙烷的縮合產(chǎn)物。
粘彈性流體將應(yīng)用的特別去污應(yīng)用場合包括用作用于酸性浴室清潔劑的增稠劑，如US 5,639,722(Kong等)所述的那些，以及淋浴凝膠，如US 5,607,678(Moore等)所述的那些，這些文獻均引入本文作為參考。粘彈性流體也可用于建筑產(chǎn)品的生產(chǎn)，如基于灰泥、石灰/石灰、石灰/水泥或水泥的建筑產(chǎn)品，如US 5,470,383(Schermann)所述，以及泡沫流體，如US 5,258,137(Bonekamp等)所述，這些文獻均引入本文作為參考。具體而言，所述流體可用于改善水泥漿液和灰漿的保水性，以具有更好的泵送性和加工性，并具有最少量的游離水。所述流體也可用作用于酸性(如pH值小于約5)的礦物碳酸鹽或氧化物(如氧化鐵、氧化鈰、二氧化硅懸浮液、二氧化鈦、碳酸鈣和氧化鋯)的水性漿液的增稠劑。US 4,741,781(De Witte)公開的內(nèi)容引入本文作為參考。
本發(fā)明的粘彈性流體也可用于農(nóng)業(yè)傳送固體肥料和農(nóng)藥如微量營養(yǎng)素、生物制劑、殺蟲劑、除草劑、殺真菌劑和植物生長調(diào)節(jié)劑的制劑。這種制劑通常為水性懸浮液或溶液，其包含大量的水和農(nóng)業(yè)有效量的農(nóng)用化學(xué)品。粘彈性流體通常與制劑的其它成分合并，其用量應(yīng)有效地將液滴數(shù)減至低于約150微米，即液滴主要對漂流問題負責。
下述實施例進一步說明基于水力流體的水性粘彈性流體表面活性劑的制備和性能，但它們并非對本發(fā)明范圍的限制，除非另有說明。所有的百分數(shù)、濃度、比例、份數(shù)等均指重量，除非另有說明。
權(quán)利要求
1.一種壓裂地下巖層的方法，該方法包括在足以使所述巖層壓裂的壓力下，通過井眼泵送粘彈性流體進入地下巖層，其中，所述的粘彈性流體包含a)一種水性介質(zhì)；b)選自兩性表面活性劑、兩性離子表面活性劑和其混合物的表面活性劑；和c)一種選自下述的成分有機酸、有機酸鹽、無機鹽以及一種或多種有機酸或有機酸鹽與一種或多種無機鹽的組合；其中，所述的流體具有粘彈性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，以所述流體重量計，所述表面活性劑的含量為0.5wt％至6wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述兩性離子表面活性劑包括與烷基或羥烷基基團共價鍵合的季銨親水部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述的表面活性劑包含羧酸鹽親水部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述的成分包含芳族部分，該芳族部分選自磺基部分、磺酸鹽部分、羧基部分和羧酸鹽部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，所述的芳族部分選自水楊酸根離子和鄰苯二甲酸根離子、羥基萘甲酸根離子和其混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述粘彈性流體還包含懸浮于其中的顆粒狀支撐劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述粘彈性流體還包含一種選自腐蝕抑制劑和降濾失劑和其混合物的添加劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述成分的量為0.1wt％至30wt％，優(yōu)選0.1wt％至8wt％。
10.根據(jù)權(quán)利要求前述權(quán)利要求任一項的方法，其中，所述的表面活性劑由下式(I)或式(IV)表示 其中，R1為烷基、鏈烯基、烷芳基亞烷基、鏈烯基芳基亞烷基、烷基氨基亞烷基、鏈烯基氨基亞烷基、烷基酰氨基亞烷基或鏈烯基酰氨基亞烷基，其中，所述的每一個烷基包含14至24個碳原子，且所述的亞烷基具有1至6個碳原子，可為支鏈或直鏈、飽和或不飽和；R2和R3彼此獨立地為具有1至30個碳原子的脂族鏈；和R4為鏈長1至4的烴基。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，R1選自十四烷基、十六烷基、十八烯基和十八烷基。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，R1為由牛油、椰油、大豆油或菜籽油得到的烷基。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，R2和R3彼此獨立地為烷基、鏈烯基、芳烷基、羥基烷基、羧基烷基或羥基烷基-多氧亞烷基，每一個均具有1至10個碳原子且優(yōu)選甲基、乙基、芐基、羥乙基、羥丙基、羧甲基或羧乙基。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，R1為RCONHCH2CH2CH2-，其中，R為含有14至24個碳原子的烷基，該烷基可為支鏈或直鏈的，且為飽和或不飽和的且R2和R3分別為β-羥基乙基。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，R2為β-羧基乙基，R4為亞乙基。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述的表面活性劑選自二羥乙基甘氨酸鹽、烷基酰氨基丙基甜菜堿和兩性咪唑啉衍生的二丙酸鹽，最優(yōu)選二羥乙基牛油甘氨酸鹽、牛油亞氨基二丙酸二鈉、或油酰氨基丙基甜菜堿。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中流體包括0.5％至6％的表面活性劑，和0.1％至6％的選自對甲苯磺酸鹽、萘磺酸鹽、氯代苯甲酸、水楊酸和鄰苯二甲酸的成分與含一種或多種水溶性銨鹽的成分的組合。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的表面活性劑是胺氧化物表面活性劑和所述成分是含具有至少14個碳原子的疏水性基團的陰離子表面活性劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，所述的胺氧化物表面活性劑具有下式 其中，R1為烷基、鏈烯基、烷芳基亞烷基、鏈烯基芳基亞烷基、烷基氨基亞烷基、鏈烯基氨基亞烷基、烷基酰氨基亞烷基或鏈烯基酰氨基亞烷基，其中，所述的每一個烷基包含14至24個碳原子，可為支鏈或直鏈的，飽和或不飽和的，其中，所述的亞烷基具有1至6個碳原子和R2和R3彼此獨立地為具有1至30個碳原子的脂族鏈。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，所述的陰離子表面活性劑為烷基硫酸鹽或磺酸鹽，其具有堿金屬抗衡離子或烷基羧酸根，其中，烷基為包含14至24，優(yōu)選16至22個碳原子的烷基，可為支鏈或直鏈，可飽和或不飽和。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，胺氧化物表面活性劑與陰離子表面活性劑的重量比為100∶1至50∶50。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，所述的壓裂步驟在大于100°F下進行。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用作增稠劑的粘彈性表面活性劑基水性流體體系的使用方法。表面活性劑為兩性表面活性劑/兩性離子表面活性劑,如二羥基烷基甘氨酸鹽、烷基兩性乙酸鹽或丙酸鹽、烷基甜菜堿、烷基酰氨基丙基甜菜堿和由某些蠟、脂肪和油得到的烷氨基單或二丙酸鹽。增稠劑與無機水溶性鹽或有機添加劑如鄰苯二甲酸、水楊酸或其鹽組合使用。
文檔編號B01F17/02GK1389538SQ01143729
公開日2003年1月8日 申請日期1998年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月10日
發(fā)明者M·S·達漢納亞克, 楊江, J·H·Y·牛, P-J·德里恩, D·迪諾, 李若星 申請人:羅狄亞公司, 施魯姆伯格技術(shù)公司