(57)【要約】  ゲル化流体は、ゲル化可能な有機溶媒、アルミニウム架橋化合物、及び相互溶媒を含む。該ゲル化流体は、アルミニウム架橋化合物及び第１の体積のゲル化可能な有機溶媒を複合して、予備溶媒和混合物を形成すること、その予備溶媒和混合物をゲル化して予備溶媒和ゲルを形成すること、その予備溶媒和ゲルを配合物流体と複合してゲル化可能な混合物を形成することであって、その配合物流体が、第２の体積のゲル化可能な有機溶媒を含む、形成すること、及びゲル化可能な混合物をゲル化してゲル化流体を形成することによって調製することができる。
2019522082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲル化流体を調製する方法であって、
アルミニウム架橋化合物及び第１の体積のゲル化可能な有機溶媒を複合して、予備溶媒和混合物を形成することと、
前記予備溶媒和混合物をゲル化して、予備溶媒和ゲルを形成することと、
前記予備溶媒和ゲルを配合物流体と複合して、ゲル化可能な混合物を形成することであって、前記配合物流体が、第２の体積の前記ゲル化可能な有機溶媒を含む、形成することと、
前記ゲル化可能な混合物をゲル化して、前記ゲル化流体を形成することと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記アルミニウム架橋化合物が、アルミニウムアルカノエートを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アルミニウムアルカノエートが、アルミニウムオクトエートを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記アルミニウム架橋化合物が、アルミニウムオクトエートである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ゲル化可能な有機溶媒が、前記アルミニウム架橋化合物と架橋ゲルを形成する炭化水素液体である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ゲル化可能な有機溶媒が、ディーゼル油、原油、灯油、パラフィン油、精製油、鉱油、シェール油、非在来型油、タイトオイル、液化天然ガス、植物油、動物油、またはそれらの組み合わせから選択される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の体積の前記有機溶媒に相互溶媒を添加することをさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記相互溶媒が、前記ゲル化可能な有機溶媒中の前記アルミニウム架橋化合物の溶媒和速度を増加させる有機化合物である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記相互溶媒が、グリコール、グリコールエーテル、またはそれらの組み合わせから選択される、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記相互溶媒が、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールのアルキルエーテル、プロピレングリコールのアルキルエーテル、またはそれらの組み合わせから選択される、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１１】
前記相互溶媒が、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノ−ブチルエーテル、２−ブトキシエタノール、プロピレングリコールｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコールモノアセテート、ブチルカルビトール、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、１，１′−オキシビス（２−プロパノール）、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、またはそれらの組み合わせから選択される、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１２】
前記相互溶媒が、２−ブトキシエタノールを含む、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１３】
前記予備溶媒和混合物をゲル化することが、前記予備溶媒和混合物中の前記アルミニウムアルカノエート化合物を溶媒和することを含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ゲル化可能な混合物をゲル化することが、前記ゲル化可能な混合物を、前記予備溶媒和ゲルが形成されるまで加熱すること、または前記ゲル化可能な混合物を、前記予備溶媒和ゲルが形成されるまで混合すること、または前記ゲル化可能な混合物を、前記予備溶媒和ゲルが形成されるまで加熱し、混合することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アルミニウムアルカノエート化合物を前記予備溶媒和混合物中に溶媒和させることが、前記予備溶媒和混合物を、前記ゲル化流体が形成されるまで加熱すること、または前記予備溶媒和混合物を、前記ゲル化流体が形成されるまで混合すること、または前記予備溶媒和混合物を、前記ゲル化流体が形成されるまで加熱し、混合することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記配合物流体が、リン酸エステル、鉄（ＩＩＩ）架橋化合物、アルミニウム架橋化合物、またはそれらの組み合わせをさらに含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ゲル化可能な混合物をゲル化する前に、少なくとも１種の追加のゲル形成化合物を、前記配合物流体または前記ゲル化可能な混合物に添加することをさらに含み、前記少なくとも１種の追加のゲル形成化合物が、リン酸エステル、鉄（ＩＩＩ）架橋化合物、アルミニウム架橋化合物、またはそれらの組み合わせから選択される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
追加のゲル形成化合物を、前記ゲル化可能な混合物に添加することが、
０．１〜２０重量％の前記ゲル化可能な有機溶媒の前記リン酸エステルを、前記ゲル化可能な混合物中に添加すること、または
０．１〜２０重量％の前記ゲル化可能な有機溶媒の前記鉄（ＩＩＩ）架橋化合物を、前記ゲル化可能な混合物に添加すること、または
０．１〜２０重量％の前記ゲル化可能な有機溶媒の前記アルミニウム架橋化合物を、前記ゲル化可能な混合物中に添加すること、または
それらの組み合わせ
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ゲル化可能な混合物をゲル化する前に、非溶媒和アルミニウムアルカノエートを、前記ゲル化可能な混合物に添加することをさらに含む、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ゲル化流体が、前記ゲル化流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜２０重量％のアルミニウムアルカノエートを含む、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
地下層を処理する方法であって、
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法により調製されたゲル化流体を、前記地下層に導入することを含む、方法。
【請求項２２】
ゲル化流体であって、
ゲル化可能な有機溶媒と、
前記ゲル化流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜２０重量％のアルミニウムアルカノエート架橋化合物と、
前記ゲル化流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜５重量％の、前記ゲル化可能な有機溶媒中の前記アルミニウムアルカノエート架橋化合物の溶媒和速度を増加させる、相互溶媒と、
を含む、ゲル化流体。
【請求項２３】
前記ゲル化可能な有機溶媒が、ディーゼル油、原油、灯油、パラフィン油、精製油、鉱油、シェール油、非在来型油、タイトオイル、液化天然ガス、植物油、動物油、またはそれらの組み合わせから選択される、請求項２２に記載のゲル化流体。
【請求項２４】
前記相互溶媒が、グリコール、グリコールエーテル、またはそれらの組み合わせから選択される、請求項２２または２３に記載のゲル化流体。
【請求項２５】
前記相互溶媒が、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールのアルキルエーテル、プロピレングリコールのアルキルエーテル、またはそれらの組み合わせから選択される、請求項２２または２３に記載のゲル化流体。
【請求項２６】
前記相互溶媒が、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノ−ブチルエーテル、２−ブトキシエタノール、プロピレングリコールｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコールモノアセテート、ブチルカルビトール、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、１，１′−オキシビス（２−プロパノール）、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、またはそれらの組み合わせから選択される、請求項２２または２３に記載のゲル化流体。
【請求項２７】
前記相互溶媒が、２−ブトキシエタノールを含む、請求項２２または２３に記載のゲル化流体。
【請求項２８】
前記アルミニウムアルカノエート架橋化合物が、アルミニウムオクトエートである、請求項２２〜２７のいずれか１項に記載のゲル化流体。
【請求項２９】
地下層を処理する方法であって、
請求項２２〜２８のいずれか１項に記載のゲル化流体を、前記地下層に導入することを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１６年６月１３日に出願された米国仮出願第６２／３４９，２６９号に対する優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般に、ゲル化炭化水素流体、ゲル化炭化水素流体を作製する方法、及び坑井処理においてゲル化炭化水素流体を使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ゲル化炭化水素は、水及び泡系に関連する問題を軽減するために水圧破砕に使用される。破砕流体は、地下層に浸透する坑井に水圧で注入される。破砕流体は、高圧によって形成地層に対して推進され、地層を亀裂及び破壊させる。水系破砕流体を用いると、破砕面の近くの高い水飽和が、油及びガスに対する流体の相対的な透過性を低減することがあり、それにより全体の炭化水素生成を低下させる。水は、粘土の膨潤、粘土の移動、スケールの形成、及び乳濁液の閉塞などの問題を誘発する可能性がある。水系破砕流体は、導電性を低減し、破砕壁に厚いポリマー濾過ケークを堆積させることによって損傷を引き起こす。ゲル化炭化水素処理流体とも呼ばれる、ゲル化油処理流体は、通常、感水性地層に適合し、前述の操作上の問題を引き起こさない。したがって、ゲル化油流体は、低い固体含量を有する一方、導電性を破壊する障害を最小限に抑えることができ、およそ１８ポンド／ガロン（ｌｂ／ｇａｌ）までのプロパントを担持することができる。
【０００４】
最新のゲル化油流体系は、典型的には、ゲル化剤としてのアルキルリン酸エステル、及び架橋剤としての鉄（例えば、Ｆｅ＋３）化合物またはアルミニウム（Ａｌ＋３）化合物を含む。ゲル化油流体において、例えば、リン酸エステルを、鉄化合物と架橋させることができ、流体中の炭化水素分子の移動度を制限する３次元ネットワークを形成する。このようにして、炭化水素ゲルを形成することができる。
【０００５】
それでも、ゲル化油流体に典型的に使用されるアルキルリン酸エステルは、ゲル化油を使用して破砕された地層から生成された油を処理する石油精製装置の蒸留塔における汚れを増加させる可能性がある。
【発明の概要】
【０００６】
ゲル化流体系に使用されるリン酸エステルの量を減少させながら、例えば２５０°Ｆ以上の高温での抗井処理における使用に適した粘性を維持する継続的な必要性が存在する。本開示は、ゲル化流体、ゲル化流体を作製する方法、及びゲル化流体を使用して地下層を処理する方法に関する。
【０００７】
いくつかの実施形態によれば、ゲル化流体は、ディーゼルまたは原油などのゲル化可能な有機溶媒と、ゲル化流体の総重量に基づいて０．１重量％〜２０重量％のアルミニウムアルカノエート架橋化合物と、ゲル化流体の総重量に基づいて０．１重量％〜５重量％の、ゲル化可能な有機溶媒中のアルミニウムアルカノエート架橋化合物の溶媒和速度を増加させる、相互溶媒とを含む。
【０００８】
実施形態によれば、ゲル化流体を調製する方法は、アルミニウム架橋化合物及び第１の体積のゲル化可能な有機溶媒を複合して予備溶媒和混合物を形成することと、その予備溶媒和混合物をゲル化して予備溶媒和ゲルを形成することと、その予備溶媒和ゲルを配合物流体と複合してゲル化可能な混合物を形成することであって、その配合物流体が、第２の体積のゲル化可能な有機溶媒を含む、形成することと、ゲル化可能な混合物をゲル化してゲル化流体を形成することと、を含む。
【０００９】
実施形態によれば、地下層を処理するための方法は、前述のようにゲル化流体を形成することと、次いでゲル化流体を地下層に導入することと、次いで地層に接触させることと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ディーゼル、８ガロン／１０００ガロン（ｇｐｔ、１ｇｐｔは１ミリリットル／リットル（ｍＬ／Ｌ）に相当する）のＥＧ−２、及び８ｇｐｔのＥＡ−３で調製されたゲル化炭化水素流体の、華氏２５０度（°Ｆ）での粘性を評価する、時間（分での時間（ｔ））の関数としての粘性（τ）及び温度のグラフである。
【図２】ディーゼル、２ｇｐｔのＥＧ−２、２ｇｐｔのＥＡ−３、及び２．４重量％のＡｌオクトエートを含有する本開示の実施形態によるゲル化炭化水素流体の、２５０°Ｆでの粘性を評価する、時間（分での時間（ｔ））の関数としての粘性（τ）及び温度（Ｔ）のグラフである。
【図３】ディーゼル中に合計１．７％のアルミニウムオクトエート、すなわち０．５重量％の予備溶媒和アルミニウムオクトエート及び１．２％の乾燥アルミニウムオクトエートを含有する、本開示の実施形態によるゲル化炭化水素流体の、２５０°Ｆでの粘性を評価する、時間（分での時間（ｔ））の関数としての粘性（τ）及び温度のグラフである。
【図４】ディーゼル中に合計１．７％のアルミニウムオクトエート、すなわち１．２重量％の予備溶媒和アルミニウムオクトエート及び０．５％の乾燥アルミニウムオクトエートを含有する、本開示の実施形態によるゲル化炭化水素流体の、２５０°Ｆでの粘性を評価する、時間（分での時間（ｔ））の関数としての粘性（τ）及び温度のグラフである。
【図５】ディーゼル中に１．８％の予備溶媒和アルミニウムオクトエート及び１％のアルコール溶媒を含有する、本開示の実施形態によるゲル化炭化水素流体の、２５０°Ｆでの粘性を評価する、時間（分での時間（ｔ））の関数としての粘性（τ）及び温度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本出願の特定の実施形態をここで説明する。本開示は、異なる形態で実施されてもよく、本開示に記載された実施形態に限定されると解釈されるべきではないことを理解されたい。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、主題の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。以下の定義は、当業者が本開示の詳細な説明を理解するのを助けるために提供される。
【００１２】
別途定義されない限り、本開示で使用される全ての技術用語及び科学用語は、当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定することを意図しない。明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上別途明白に示されていない限り、複数形も含むことが意図される。
【００１３】
この開示で使用されるように、「破砕」という用語は、例えば、流体を非常に高圧で圧送することによって、坑井の周りの岩層において、地質系統を破壊し、破砕を生成するプロセス及び方法を指す。これは、炭化水素貯留層からの生成速度を増加させる。破砕のための多数の従来技術が、当該分野において知られている。
【００１４】
本開示において使用される場合、「水」は、脱イオン水、蒸留水、汽水、塩水、淡水、湧水、水道水、鉱水、または実質的に化学的不純物を含まない水を含む。「水」という用語はまた、生成水が油などの化学的不純物を含み得るとしても、破砕中に得られる水などの「生成水」を含む。「生成水」という用語は、水が坑井に注入された破砕流体中に元々存在していたかどうかにかかわらず、破砕坑井から回収された水を意味する。同様に、「生成油」は、油が坑井に注入された破砕流体中に元々存在していたかどうかにかかわらず、破砕坑井から回収された油を意味する。
【００１５】
本開示において、別途明確に特定される場合を除いて、重量パーセントは、組成物の総重量に基づくものであり、「重量パーセント」または「重量％」として言及される。
【００１６】
「ｇｐｔ」という単位は、１０００ガロンあたりのガロンである（Ｘｇｐｔは、ＸｍＬ／Ｌに相当する）。より具体的には、ゲル化流体の文脈において、「ｇｐｔ」という単位は、成分が添加された１０００ガロンの有機溶媒あたりのゲル化流体の成分のガロンを指す。
【００１７】
本開示の実施形態は、ゲル化配合物、ゲル化配合物を作製する方法、ならびに例えば油、ガス、または油及びガスを含む地下層の破砕処理において、ゲル化配合物を使用して地下層を処理する方法を対象とする。ゲル化有機系流体配合物の実施形態をここで説明する。ゲル化流体を作製する方法の実施形態については後に説明する。
【００１８】
実施形態によるゲル化流体は、ディーゼルまたは原油などのゲル化可能な有機溶媒、アルミニウム架橋化合物、及び相互溶媒を含む。いくつかの実施形態では、ゲル化流体は、ゲル化有機系流体配合物の総重量に基づいて、０．１重量％〜２０重量％のアルミニウムアルカノエート架橋化合物を含み得る。いくつかの実施形態では、ゲル化流体は、ゲル化有機系流体配合物の総重量に基づいて、０．１重量％〜５重量％の、ゲル化可能な有機溶媒中のアルミニウムアルカノエート架橋化合物の溶媒和速度を増加させる、相互溶媒を含み得る。
【００１９】
ゲル化可能な有機溶媒は、架橋剤化合物と複合した場合に架橋ゲルを形成することができる、任意の有機溶媒であってもよい。ゲル化可能な有機溶媒は、例えば、破砕操作に有用な架橋ゲルを形成することができる、任意の溶媒組成物であってもよい。そのようなゲル化可能な有機溶媒の非限定の具体例としては、ディーゼル油、原油、灯油、パラフィン油、精製油、鉱油、シェール油、非在来型油、タイトオイル、液化天然ガス（ＬＮＧ）、汚染された、使用された、もしくはリサイクルされた炭化水素、植物油、動物油、またはそれらの組み合わせが挙げられる。ゲル化流体の性能はまた、流体を調製するために使用される液体炭化水素担体の性質に依存する。低品質の炭化水素は、それで作製されたゲル化流体の性能を著しく損なう可能性がある。
【００２０】
いくつかの実施形態では、アルミニウム架橋化合物は、アルミニウムアルカノエートを含み得る。アルミニウムアルカノエートは、例えば、１〜４０個の炭素原子、１〜２０個の炭素原子、５〜２０個の炭素原子、または５〜１０個の炭素原子のアルキル基を有するアルミニウムアルキルトリカルボキシレート塩を含む。アルミニウムアルカノエートのアルキル基は、飽和、直鎖、または分枝炭化水素鎖であってもよい。アルミニウムアルカノエートの非限定的な例は、アルミニウムオクタノエート、アルミニウムオクトエートとしても知られるアルミニウムトリス（２−エチルヘキサノエート）（「Ａｌオクトエート」）、または他のアルミニウムカルボキシレートである。ゲル化流体は、ゲル化流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜２０重量％、０．１重量〜１０重量％、または０．１重量％〜５重量％のアルミニウムアルカノエート架橋化合物を含有してもよい。
【００２１】
ゲル化流体は、任意に、少なくとも１つの相互溶媒をさらに含んでもよい。相互溶媒は、特にゲル化流体の成分が複合される場合、ゲル化可能な有機溶媒中のアルミニウムアルカノエート架橋化合物の溶媒和速度を増加させる任意の溶媒であってもよい適切な相互溶媒としては、破砕操作に使用される炭化水素ゲルに典型的に含まれる他の油田溶媒と混和する溶媒が挙げられる。相互溶媒の例としては、少なくとも１つのアルキルオキシ基、ジオール官能基、またはトリオール官能基を有する溶媒が挙げられる。アルキルオキシ溶媒の例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、及びブタノールが挙げられるが、これらに限定されない。グリコール化合物は、二価アルコールまたはジオールを含む。ジオールの例としては、エチレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、テトラメチルエチレングリコール、トリメチレングリコール、及びグリコールエーテルが挙げられる。グリコールエーテルの例としては、エチレングリコールのアルキルエーテル、プロピレングリコールのアルキルエーテル、ＥＧＭＢＥ（エチレングリコールモノ−ブチルエーテル）、プロピレングリコールｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールオキシビス（２−プロパノール）、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、及びこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、ゲル化流体は、相互溶媒を含有し、相互溶媒は、２−ブトキシエタノールを含む。ゲル化流体が相互溶媒を含有する実施形態では、ゲル化流体は、ゲル化流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜５重量％、０．１重量％〜４重量％、０．１重量％〜３重量％、０．１重量％〜２重量％、または０．１重量％〜１重量％の相互溶媒を含有し得る。例示的な例として、いくつかの実施形態によるゲル化流体は、ゲル化流体の総重量に基づいて、例えば、０．１重量％〜５重量％、０．１重量％〜４重量％、０．１重量％〜３重量％、０．１重量％〜２重量％、または０．１重量％〜１重量％の２−ブトキシエタノールを含有し得る。
【００２２】
実施形態によるゲル化流体は、プロパント材料をさらに含むことができる。プロパントの選択には、経済的かつ実用的な考慮によって課される多くの妥協を必要とする。プロパントのタイプ、サイズ、及び濃度の選択基準は、必要な無次元導電率に基づいている。そのようなプロパントは、天然または合成材料（ガラスビーズ、セラミックビーズ、砂、砂利、及びボーキサイトを含むが、これらに限定されない）、コーティングされた材料、または化学物質を含有する材料を含み得る。複数のプロパントがゲル化流体に含まれていてもよい。適切なプロパントは、樹脂及びコーティングから放出され得るか、または本開示のゲル化流体の他の化学物質と接触し得る任意の他の化学物質が、放出された化学物質と相溶性である限り、樹脂コーティング粒子または予備硬化された樹脂コーティング粒子を含み得る。
【００２３】
追加の添加剤を、実施形態によるゲル化流体に組み込んで粘性を増加させるか、またはゲル強度を高めることができる。実施形態によるゲル化有機系流体は、界面活性剤、塩（例えば塩化カリウム）、消泡剤、スケール防止剤、腐食防止剤、流体損失添加剤、殺菌剤、またはこれらの組み合わせなどの１種以上の添加剤をさらに含むことができる。破壊剤の目的は、破砕流体の粘性を「破壊する」または減少させることであり、それによりこの流体は、クリーンアップ中に破砕からより容易に回収される。追加の添加剤としては、ポリカチオン及びポリアニオンなどの多価電解質、両性イオン性ポリアクリルアミドなどの両性イオン性ポリマー、ならびにコポリマー及び他の界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２４】
いくつかの実施形態では、ゲル化流体はまた、破壊剤材料を含んでもよい。破壊剤材料は、カプセル化された破壊剤であってもよい。他の実施形態では、ゲル化流体は、酸化破壊剤、酵素、ｐＨ調整剤、金属キレート化剤、金属錯体、ポリマー加水分解増強剤、及びミセル妨害物質からなる群から選択される破壊剤を含むことができる。ゲル化流体の粘性を低減するのに適した任意の破壊剤材料を、焼成された酸化マグネシウム及びテトラエチレンペンタミンなどのゲル化流体に含めることができる。破壊剤は、固体または液体であってもよい。破壊剤は、カプセル化されていてもよい。破壊剤は、遅延破壊剤または含浸破壊剤を含むことができる。乳濁液安定化を引き起こすために使用することができるアルカリ性ｐＨ調整剤の例としては、中でも、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、及びアルカリ金属重炭酸塩、例えば炭酸ナトリウムまたは重炭酸アンモニウム；アルカリ土類酸化物、アルカリ土類リン酸塩、及びアルカリ土類炭酸塩、例えば水酸化アンモニウム、炭酸アンモニウム、及び重炭酸アンモニウム；アルカリ金属ケイ酸塩、尿素及び置換尿素などの塩基前駆物質、シアネート、アルキルアミン、及びある特定のアルカノールアミン、第４級アンモニウム塩、弱酸及び強塩基のアンモニウム塩及び塩などが挙げられる。
【００２５】
前述の実施形態のうちのいずれかによるゲル化流体を使用して、ゲル化流体を地下層に導入することによって地下層を処理することができる。さらに、任意の適切な粉砕技法によって、前述の実施形態のうちのいずれかによるゲル化流体を使用して、地下層を処理することができる。
【００２６】
ここで様々な実施形態によるゲル化流体を説明したので、ゲル化流体を調製するための方法を以下で説明する。実施形態によれば、ゲル化流体を調製するための方法は、アルミニウム架橋化合物及び第１の体積のゲル化可能な有機溶媒を複合して予備溶媒和混合物を形成することと、その予備溶媒和混合物をゲル化して予備溶媒和ゲルを形成することと、その予備溶媒和ゲルを配合物流体と複合してゲル化可能な混合物を形成することであって、その配合物流体が、第２の体積のゲル化可能な有機溶媒を含む、形成することと、ゲル化可能な混合物をゲル化してゲル化流体を形成することと、を含む。そのような方法では、アルミニウム架橋剤化合物の少なくとも一部が、予備溶媒和プロセスを受ける。
【００２７】
ゲル化流体を調製するための方法は、アルミニウム架橋化合物及び第１の体積のゲル化可能な有機溶媒を複合して、予備溶媒和混合物を形成することを含む。アルミニウム架橋化合物及びゲル化可能な有機溶媒は、ゲル化流体の実施形態に関して前述されている。アルミニウム架橋化合物及を第１の体積のゲル化可能な有機溶媒と複合することは、所望の体積のゲル化流体を保持するのに適した形状及びサイズの容器を使用して達成することができる。この容器は、ゲル化可能な有機溶媒及びアルミニウム架橋化合物を複合することによって形成された予備溶媒和混合物を撹拌または混合するための混合装置を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ゲル化可能な有機溶媒の第１の体積は、調製されているゲル化流体中に存在することが意図されるゲル化可能な有機溶媒の総体積の、１０体積％〜７５体積％、または１０体積％〜６０体積％、または１０体積％〜５０体積％、１０体積％〜２５体積％、２５体積％〜５０体積％、または２５体積％〜７５体積％であるゲル化可能な有機溶媒の量を表す。
【００２８】
溶媒和は、溶媒の分子が溶質の分子またはイオンと吸着及び会合するプロセスであり、より一般的には溶質の溶解と称される。イオンが溶媒に溶解するにつれて、それらは広がり、溶媒分子によって取り囲まれるようになる。実施形態によるゲル化流体の調製中、アルミニウム架橋化合物、リン酸エステル、または他の添加剤などの成分は、それらが完全に溶解するまで混合され得る。
【００２９】
ゲル化可能な流体の配合に必要なゲル化可能な有機溶媒の全量を添加する前に、アルミニウム架橋化合物を第１の体積のゲル化可能な有機溶媒と複合すると、最終ゲル化流体配合物の全ての成分が完全に複合される前に、アルミニウム架橋化合物の予溶媒和を達成する。例えば、Ａｌオクトエートなどのアルミニウム架橋化合物が、乾燥粉末形態でゲル化可能な有機溶媒に添加される場合、得られる混合物は、室温で１００／ｓの剪断速度で測定したとき、およそ１センチポアズ（ｃＰ）などの低い粘性を有し得る。例えば、乾燥粉末形態のＡｌオクトエートなどのアルミニウム架橋化合物はまた、溶媒和を助けるために加熱または拡張混合が適用されない場合には、室温でディーゼルにおける難溶性を示すこともある。さらに、０．１重量％から２０重量％までの量の、Ａｌオクトエートなどのゲル化流体アルミニウム架橋化合物を添加した場合、溶媒和を助けるために有意な加熱プロセスが使用されない場合には、ゲル化可能な有機溶媒に完全に溶解するまで最大１日を必要とし得る。
【００３０】
特に、溶媒が、ディーゼルまたは原油などの有機溶媒である場合、溶媒を加熱して溶質を溶解することは、有機溶媒が高可燃性であり得るため実用的でない可能性がある。したがって、低粘性及び難溶性を軽減するために、例えば、Ａｌオクトエート粉末などの粉末形態のアルミニウム架橋化合物を、前述のようにゲル化可能な有機溶媒中に予備溶媒和させることができる。いくつかの実施形態では、完全ゲル化流体配合物の全ての成分が、予備溶媒和なしで複合される場合に１日を必要とする溶媒和プロセスは、予備溶媒和混合物中に存在するより少量の材料に対して、わずか３分〜２０分を必要とし得る。
【００３１】
いくつかの実施形態では、ゲル化流体を調製するための方法は、相互溶媒を第１の体積の有機溶媒に添加することを含むことができる。前述のように、相互溶媒は、ゲル化可能な有機溶媒中のアルミニウム架橋化合物の溶媒和速度を増加させる、任意の有機化合物であり得る。したがって、ゲル化可能な有機溶媒、アルミニウム架橋化合物、及び相互溶媒が単一の混合物中に存在するように、相互溶媒が第１体積の有機溶媒の成分である場合、ゲル化可能な有機溶媒中のアルミニウム架橋化合物の溶媒和速度を増加させることができる。したがって、実施形態は、相互溶媒を第１の体積の有機溶媒に添加すること（相互溶媒は、グリコール、グリコールエーテル、またはこれらの組み合わせから選択される）、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールのアルキルエーテル、プロピレングリコールのアルキルエーテル、またはこれらの組み合わせを添加すること、またはエチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノ−ブチルエーテル、２−ブトキシエタノール、プロピレングリコールｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコールモノアセテート、ブチルカルビトール、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、１，１′−オキシビス（２−プロパノール）、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、またはこれらの組み合わせからを添加することを含み得る。さらなる実施形態は、２−ブトキシエタノールを、第１の体積の有機溶媒に相互溶媒として、単独で、または１種以上のさらなる相互溶媒と組み合わせて添加することを含み得る。
【００３２】
予備溶媒和段階の間に１種以上の相互溶媒を添加すると、相互溶媒を含有するゲル化流体を生じ得ることを理解されたい。したがって、いくつかの実施形態では、ゲル化流体を調製するための方法の実施形態により調製されたゲル化流体は、例えば、ゲル化流体の総重量に基づいて、０．１重量％〜５重量％の相互溶媒を含有し得る。
【００３３】
ゲル化流体を調製するための方法は、予備溶媒和混合物をゲル化して予備溶媒和ゲルを形成することを含む。予備溶媒和混合物のゲル化は、ゲル化可能な有機溶媒及び架橋化合物の混合物をゲル化するのに適していることが知られている任意の技法を含むことができる。例えば、予備溶媒和混合物は、例えば、予備溶媒和ゲル材料を形成するために、激しい撹拌、渦動、または加熱によってゲル化されてもよい。例えば、予備溶媒和混合物のゲル化は、室温で１分未満の間、ゲル化可能な有機溶媒を用いて、予備溶媒和混合物を高速でブレンドまたはボルテックスすることを含んでもよい。例えば、予備溶媒和混合物は、ボルテックスを生成するのに十分な速度で撹拌され、次いでボルテックスが消失するまで加熱されてもよく、ゲル化流体の流動性をもたらす。最終ゲル化流体中であることが意図されるゲル化可能な有機溶媒の全量のうちの少量のみが加熱されるため、予備溶媒和混合物のゲル化は、全ての成分の全量が同じプロセスに供された場合に必要とされるよりも、そのようなブレンド、ボルテックス、または加熱ステップに対して実質的に少ないエネルギーを必要とする。
【００３４】
ゲル化流体を調製するための方法は、予備溶媒和ゲルを配合物流体と複合してゲル化可能な混合物を形成することを含む。予備溶媒和ゲルが形成された後、予備溶媒和ゲルは、完全ゲル化流体配合物の一部であることが意図された成分の残りと複合され得る。成分の残りは、例えば、単一の配合物流体に含有され得るか、または任意の所望の順序で添加されてもよい。配合物流体は、第２の体積のゲル化可能な有機溶媒を含有する。第２の体積のゲル化可能な有機溶媒は、第１の体積のゲル化可能な有機溶媒中に存在するものと同じゲル化可能な有機溶媒であり得るか、または任意の他の適切なゲル化可能な有機溶媒または溶媒の混合物であってもよい。配合物流体は、第２の体積のゲル化可能な有機溶媒のみを含有し得るか、または予備溶媒和混合物が調製されたときに、第１の体積のゲル化可能な有機溶媒に添加されなかった、最終ゲル化流体中に存在することが意図される追加の成分を含有し得る。予備溶媒和ゲルを配合物流体と複合することは、予備溶媒和ゲルを配合物流体に添加することによって、または配合物流体を予備溶媒和ゲルに添加することによって達成することができる。
【００３５】
いくつかの実施形態によれば、予備溶媒和ゲルが複合される配合物流体は、リン酸エステル、鉄（ＩＩＩ）架橋化合物、追加のアルミニウム架橋化合物、またはこれらの組み合わせなどの、１種以上の追加の成分またはゲル形成化合物を含むことができる。したがって、ゲル化流体を調製するための方法は、ゲル化可能な混合物をゲル化する前に、少なくとも１種の追加のゲル形成化合物を、配合物流体またはゲル化可能な混合物に添加することをさらに含んでもよい。少なくとも１種の追加のゲル形成化合物は、リン酸エステル、鉄（ＩＩＩ）架橋化合物、アルミニウム架橋化合物、またはこれらの組み合わせから選択することができる。いくつかの実施形態では、追加のアルミニウム架橋化合物は、非溶媒和アルミニウム架橋化合物を含むことができる。例えば、ゲル化流体を調製するための方法は、ゲル化可能な混合物をゲル化する前に、非溶媒和アルミニウムアルカノエートをゲル化可能な混合物に添加することをさらに含んでもよい。
【００３６】
非限定的な例示的実施形態では、追加のゲル形成化合物をゲル化可能な混合物に添加することは、例えば、ゲル化可能な混合物の総重量に基づいて、０．１重量％〜２０重量％のリン酸エステルをゲル化可能な混合物に添加すること、ゲル化可能な混合物の総重量に基づいて、０．１重量％〜２０重量％の鉄（ＩＩＩ）架橋化合物をゲル化可能な混合物に添加すること、ゲル化可能な混合物の総重量に基づいて、０．１重量％〜２０重量％のアルミニウム架橋化合物をゲル化可能な混合物に添加すること、または示される量の追加のゲル形成化合物のうちの少なくとも２種をゲル化可能な混合物に添加することを含み得る。
【００３７】
そのように追加のゲル形成化合物をゲル化可能な混合物に添加することによって、最終ゲル化流体は、リン酸エステルを全く含有しないか、または例えば０．１〜２０重量％のリン酸エステルを含有し得る。同様に、最終ゲル化流体は、鉄（ＩＩＩ）架橋化合物を全く含有しないか、または例えば、０．１〜２０重量％の鉄（ＩＩＩ）架橋化合物を含有し得る。同様に、最終ゲル化流体は、予備溶媒和形態で予め含まれていたアルミニウム架橋化合物に加えて、アルミニウム架橋化合物を含有し得るか、または例えば、予備溶媒和形態で予め含まれていたアルミニウム架橋化合物に加えて、０．１重量％〜２０重量％のアルミニウム架橋化合物を含有し得る。前述のように、大量のリン酸エステルは、精製機において汚れを引き起こす可能性がある。本開示の実施形態によるゲル化流体は、ゲル化流体中に５０％〜１００％少ないリン酸エステルを有し得るが、高温で油坑井処理に必要な粘性を維持することができる。ゲル化可能な混合物と複合され得る鉄（ＩＩＩ）架橋化合物の例としては、硫酸第二鉄または塩化第二鉄が挙げられる。市販の鉄（ＩＩＩ）架橋化合物であるＥＡ−３架橋溶液は、米国サウスカロライナ州グリーンビルのＥｔｈｏｘ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．によって販売されている。
【００３８】
ゲル化流体を調製するための方法は、ゲル化可能な混合物をゲル化してゲル化流体を形成することを含むことができる。ゲル化可能な混合物は、最終ゲル化流体がゼラチン状にされる前に、ゲル化可能な流体中に存在することが意図される全ての成分の混合物を表すことができる。実施形態では、ゲル化可能な混合物をゲル化することは、ゲル化可能な有機溶媒及び架橋化合物の混合物をゲル化するのに適していることが知られている任意の技法を含み得る。例えば、ゲル化可能な混合物をゲル化することは、ゲル化可能な混合物を、予備溶媒和ゲルが形成されるまで加熱すること、またはゲル化可能な混合物を、予備溶媒和ゲルが形成されるまで混合すること、またはゲル化可能混合物を、予備溶媒和ゲルが形成されるまで加熱し、混合することを含み得る。
【００３９】
前述の実施形態のうちのいずれかの方法により調製されたゲル化流体を使用して、そのように調製されたゲル化流体を地下層に導入することによって、地下層を処理することができる。さらに、任意の適切な粉砕技法によって前述の実施形態のうちのいずれかの方法により調製されたゲル化流体を使用して、地下層を処理することができる。
【実施例】
【００４０】
比較例
本開示の実施形態による低リン系及び非リン系ゲル化流体を、有意により多量のリンを有するゲル化流体と比較するための基礎として、ゲル化流体を、８ｇｐｔ  ＥＧ−２リン酸エステル及び８ｇｐｔ  ＥＡ−３（鉄（ＩＩＩ）架橋剤化合物）をディーゼル溶媒中に含有するように調製した。比較ゲル化流体の粘性は、Ｇｒａｃｅ  Ｍ５６００を用いて、１００／秒（１００ｓ−１）の剪断速度で測定した。時間の関数としての比較ゲル化流体の粘性及び温度を図１に提供する。最大粘性は、華氏２５０度（°Ｆ）でおよそ２５０ｃＰ（１００・ｓ−１の剪断速度で）であり、最終粘性は、２５０°Ｆでおよそ２００ｃＰ（１００・ｓ−１の剪断速度で）であった。
【００４１】
実施例１
２ｇｐｔのＥＧ−２リン酸エステル及び２ｇｐｔのＥＡ−３鉄（ＩＩＩ）架橋剤を含有する、還元リンを含むゲル化流体を調製した。ゲル化した流体は、比較例のゲル化流体と比較して、およそ２５％のリンしか含有していなかった。最初にボルテックスを形成するために、ディーゼルを十分に激しくブレンドしながら、これらの化合物をディーゼルに添加した。ボルテックスは、室温でおよそ１０秒以内に急速に閉じた。次いで、およそ２．４重量％のＡｌオクトエート粉末を、混合物をブレンドしながらブレンダーに添加した。
【００４２】
この実施例１によるゲル化流体の粘性を、Ｇｒａｃｅ  Ｍ５６００を用いて、１００・ｓ−１の剪断速度で測定した。時間の関数としての、この実施例１によるゲル化流体の粘性及び温度を図２に提供する。最大粘性は、２５０°Ｆでおよそ２８０ｃＰ（１００・ｓ−１の剪断速度で）であり、最終粘性、２５０°Ｆでおよそ２８０ｃＰ（１００・ｓ−１の剪断速度で）であった。比較例のゲル化流体と比較して、この実施例１による低リン酸塩含有ゲル化流体は、比較例ではリン酸エステル量の２５％を含有するが、より大きな粘性最大値を有していた。
【００４３】
実施例２
リン含量をさらに低減させ、初期流体粘性を高めるために、追加のゲル化流体を調製した。現在使用されているアルミニウム（Ａｌ）オクトエート粉末は、加熱及び／または長期間の混合なしに、室温でディーゼル中の低い粘性（１００・ｓ−１の剪断速度でおよそ１ｃＰ）を生じる。この問題を軽減するために、Ａｌオクトエート粉末を、加熱することによってディーゼル中に「予備溶媒和」させ、ゲル様材料を形成した。全ての測定は、Ａｌオクトエートを予備溶媒和する前に行った。この実施例のゲル化流体は、約０．５重量％の前溶媒和Ａｌオクトエートを含有し、約２５ｇのディーゼルに予備溶解した０．５ｇを溶解し、次いでブレンドしながらさらに７５ｇのディーゼルを添加することによって調製した。次いで、ブレンドを約１０〜２０分間続けながら、さらに１．２重量％（１．２ｇ）のＡｌオクトエート粉末を添加した。合計で、ゲル化流体は、ゲル化流体中のディーゼルの重量に基づいて、１．７重量％のＡｌオクトエート、及び０重量％のリン酸エステルを含有していた。
【００４４】
実施例２による流体の粘性は、Ｇｒａｃｅ  Ｍ５６００を用いて、１００・ｓ−１の剪断速度で測定した。時間の関数としての、この実施例２によるゲル化流体の粘性及び温度を図３に提供する。初期粘性は、２５０°Ｆでおよそ３２ｃＰ（１００・ｓ−１の剪断速度で）であり、最終粘性は、２５０°Ｆでおよそ８００ｃＰ（１００・ｓ−１の剪断速度で）であった。
【００４５】
要約すると、この実施例２のリンを含まないゲル化流体系を２段階で調製した。最初に、ゲル化剤（Ａｌオクトエート粉末）の一部を予備溶媒和させた。第２に、ゲル化剤の残部及び予備溶媒和ゲル化剤を一緒に添加し、主にディーゼルの炭化水素溶媒中に溶媒和させた。
【００４６】
実施例３
初期粘性をさらに高めるために、別のゲル化流体を調製した。この実施例３のゲル化流体を調製するために、１．２重量％の「予備溶媒和した」Ａｌオクトエートを含有するゲル様材料を、約５０ｇのディーゼル中に１．２ｇのＡｌオクトエートを予備溶媒和し、次いで、さらに５０ｇのディーゼルを、ブレンドしながら予備溶媒和混合物に添加することによって調製した。次いで、ブレンドを続けながら、さらに０．５％（０．５ｇ）のＡｌオクトエート粉末を添加した。合計で、ゲル化流体は、１．７％のＡｌオクトエート及び０％のリン酸エステルを含有していた。実施例３における流体の粘性は、Ｇｒａｃｅ  Ｍ５６００を用いて、１００・ｓ−１の剪断速度で測定した。時間の関数としての、この実施例３によるゲル化流体の粘性及び温度を図４に提供する。初期粘性は、２５０°Ｆでおよそ１０９ｃＰ（１００・ｓ−１の剪断速度で）にさらに改善され、最大粘性は１３００ｃＰであったが、最終粘性は、２５０°Ｆでおよそ６８０ｃＰ（１００・ｓ−１の剪断速度で）であった。
【００４７】
再び、このリンを含まないゲル化流体系を２段階で調製した。最初に、ゲル化剤（Ａｌオクトエート粉末）の一部を予備溶媒和させた。第２に、ゲル化剤の残部及び予備溶媒和ゲル化剤を一緒に添加し、炭化水素溶媒中に溶媒和させた。
【００４８】
実施例４
初期ゲル化流体粘性を高め、実際の操作における混合手順を単純化するために、別の新しいゲル化流体を調製した。ゲル化流体を調製するために、（３．６重量％のＡｌオクトエート粉末を、３．６ｇのＡｌオクトエートを１００ｇのディーゼルに添加し、続いて直ちに２重量％（２ｇ）の２−ブトキシエタノールを相互溶媒として添加することによって調製した。相互溶媒は、Ａｌオクトエート粉末の溶媒和を有意に促進した。充分な溶媒和が得られたら、同じ量のディーゼル（１００ｇ）をブレンダーに添加し、混合した。したがって、最終ゲル化流体は、１．８重量％のＡｌオクトエート及び１％の２−ブトキシエタノールを含有していた。
【００４９】
実施例４における流体の粘性は、Ｇｒａｃｅ  Ｍ５６００を用いて、１００・ｓ−１の剪断速度で測定した。時間の関数としての、この実施例４によるゲル化流体の粘性及び温度を図５に提供する。初期粘性（最低点）は、およそ５７ｃＰ（１００・ｓ−１の剪断速度で）に改善され、最終粘性は、２５０°Ｆでおよそ３００ｃＰ（１００・ｓ−１の剪断速度で）であり、最大粘性は、２５０°Ｆでおよそ１３５０ｃＰ（１００・ｓ−１の剪断速度で）であった。
【００５０】
実施例２及び３により調製されたゲル化流体の両方は、２段階方法（アルミニウム架橋化合物を予備溶媒和及びゲル化し、続いて残りのゲル化可能な有機溶媒及び架橋化合物を添加する）によって作製された２化合物配合物である。実施例４によるゲル化流体は、アルミニウム架橋化合物を予備溶媒和するときに、相互溶媒の添加に起因して、実施例２及び３によるゲル化流体からわずかに変化する。実施例４によるゲル化流体を調製するために、アルミニウムオクトエートを、第１の体積のゲル化可能な有機溶媒に溶解または溶媒和させ、相互溶媒である２−ブトキシエタノールを添加して予備溶媒和混合物を形成し、次いでこれをゲル化した。
【００５１】
理論に束縛されるものではないが、実施例４のゲル化流体中のより高い濃度の相互溶媒は、アルミニウムオクトエートゲル化剤の溶媒和をさらに促進し得るが、試験温度でゲル化流体の粘性を損なう可能性があると考えられる。溶媒和速度（及び表面温度における関連する初期流体粘性）と、２５０°Ｆの試験温度での流体粘性との間にはトレードオフがあり得ると考えられる。有機溶媒量（この実施例ではディーゼル）を予備溶媒和を伴う調製中に５０％まで低減すると、効果的な相互溶媒量は２％に倍増し、結果として溶媒和が速くなる。最終的に全量の溶媒を添加したとき、相互溶媒濃度が減少して元の１％に戻ったため、流体粘性は試験温度で影響を受けなかった。実施例４のゲル化流体の最終粘性は、実施例１〜３のゲル化流体の最終粘性よりも低かったが、実施例４のゲル化流体は望ましい特性を有する。
【００５２】
図３及び図４のそれぞれの粘性データに反映されるように、実施例２及び３のゲル化流体は、実施例４のゲル化流体で観察されたものに匹敵する２５０°Ｆでの最大粘性を有する。それにもかかわらず、これらの実施例における実施例２及び３のゲル化流体の粘性は、実施例４のゲル化流体から観察される程度まで減少しなかった。特に、実施例２、３、及び４のゲル化流体は、リン酸エステルを含有していなかった。比較例に記載されたゲル化流体と比較して、実施例２、３、及び４のゲル化流体の粘性最大値は、比較例のゲル化流体の最大粘性よりほぼ２〜３倍大きい。
【００５３】
特許請求された主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に種々の変更及び変形がなされ得ることは、当業者には明らかであるはずである。したがって、本明細書は、そのような変更及び変形が添付の特許請求の範囲及びその等価物の範囲内に入る限り、種々の記載された実施形態の変更及び変形を網羅することが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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