(57)【要約】  １つ以上の実施形態によると、本開示は、ブライン溶液と、２５０，０００ｇ／ｍｏｌ〜４０，０００，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する少なくとも１つのポリアクリルアミド粘度調整剤と、式（Ｉ）による粘弾性界面活性剤と、を含む地下層用粘弾性界面活性剤流体を記載する。（式中、Ｒ１は、１７〜２９個の炭素原子の飽和または不飽和の炭化水素基であり、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立して、１〜６個の炭素原子の直鎖もしくは分岐アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、Ｒ４は、Ｈ、ヒドロキシル、１〜４個の炭素原子のアルキル、またはヒドロキシアルキル基から選択され、ｋは、２〜２０の整数であり、ｍは、１〜２０の整数であり、ｎは、０〜２０の整数である）。【化１】2019520439.tif 000008
2019520439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下層用粘弾性流体であって、
式（Ｉ）による粘弾性界面活性剤と、
【化１】
2019520439.tif 000006
（式中、Ｒ１は、１７〜２９個の炭素原子の飽和または不飽和の炭化水素基であり、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立して、１〜６個の炭素原子の直鎖もしくは分岐アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、Ｒ４は、Ｈ、ヒドロキシル、１〜４個の炭素原子のアルキル、またはヒドロキシアルキル基から選択され、ｋは、２〜２０の整数であり、ｍは、１〜２０の整数であり、ｎは、０〜２０の整数である）
ブライン溶液と、
２５０，０００ｇ／ｍｏｌ〜４０，０００，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する少なくとも１つのポリアクリルアミド粘度調整剤と、を含む、地下層用粘弾性流体。
【請求項２】
前記粘弾性界面活性剤が、エルカミドプロピルヒドロキシプロピルスルタインを含む、請求項１に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項３】
溶媒をさらに含む、請求項１に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項４】
前記溶媒が、水、アルコール、またはこれらの組み合わせから選択される、請求項３に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項５】
前記アルコールが、一価アルキルオキシ、ジオール、トリオール、またはこれらの組み合わせを含む、請求項４に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項６】
前記粘弾性流体が、０．５体積％〜２０体積％、または２体積％〜８体積％、または３体積％〜６体積％の粘弾性界面活性剤を含む、請求項１に記載の地層のための粘弾性流体。
【請求項７】
前記粘弾性流体が、約８０重量％〜９９重量％のブライン溶液を含む、請求項１に記載の地下層形成のための粘弾性流体。
【請求項８】
前記ブライン溶液が、１重量％〜５０重量％、または１０重量％〜４０重量％、または１５重量％〜３５重量％の１つ以上の金属塩を含む、請求項１に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項９】
前記金属塩が、塩化カルシウム、臭化カルシウム、臭化亜鉛、またはこれらの組み合わせを含む金属ハロゲン化物である、請求項１に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項１０】
前記ブライン溶液が、１つ以上のアルカリまたはアルカリ土類金属のハロゲン化物を含む、請求項１に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項１１】
前記ポリアクリルアミドが、非イオン性ポリアクリルアミド、アクリルアミドコポリマー、ポリアクリルアミド系ターポリマー、ポリアクリルアミド系テトラポリマー、変性ポリアクリルアミド、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項１２】
前記ポリアクリルアミド粘度調整剤が、２，０００，０００ｇ／ｍｏｌ〜８，０００，０００ｇ／ｍｏｌのＭｗを有する、請求項１に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項１３】
前記非イオン性ポリアクリルアミド粘度調整剤が、５ｍｏｌ％または１ｍｏｌ％未満の加水分解レベルを有する、請求項１に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項１４】
少なくとも１つの追加の添加剤をさらに含む、請求項１に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項１５】
前記追加の添加剤が、高分子電解質、例えばポリカチオン及びポリアニオン、または両性イオン性ポリマー、例えば両性イオン性ポリアクリルアミド及びコポリマーを含む、請求項１４に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項１６】
破壊剤材料をさらに含む、請求項１に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項１７】
少なくとも１つの追加の界面活性剤をさらに含む、請求項１に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項１８】
前記追加の界面活性剤が、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性イオン性界面活性剤、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の地下層用粘弾性流体。
【請求項１９】
粘弾性流体を用いて、坑井によって貫通した地下層を処理する方法であって、
式（Ｉ）による粘弾性界面活性剤、ポリアクリルアミド粘度調整剤、及びブライン溶液を混合して前記粘弾性流体を生成することであって、前記粘弾性界面活性剤が式（Ｉ）によるものであり、
【化２】
2019520439.tif 000007
（式中、Ｒ１は、１７〜２９個の炭素原子の飽和または不飽和の炭化水素基であり、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立して、１〜６個の炭素原子の直鎖もしくは分岐アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、Ｒ４は、Ｈ、ヒドロキシル、１〜４個の炭素原子のアルキル、またはヒドロキシアルキル基から選択され、ｋは、２〜２０の整数であり、ｍは、１〜２０の整数であり、ｎは、０〜２０の整数である）
前記ポリアクリルアミド粘度調整剤が、５ｍｏｌ％未満の加水分解レベル、及び２５０，０００ｇ／ｍｏｌ〜４０，０００，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する、生成することと、
前記処理流体が、２５０°Ｆ超の温度に供される前記坑井を通して、前記粘弾性流体を前記地下層に導入することと、を含む、方法。
【請求項２０】
前記処理流体が、２７５°Ｆを超える温度に供される、請求項１９に記載の粘弾性流体を用いて、坑井によって貫通した地下層を処理する方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１６年５月１２日出願の米国仮特許出願第６２／３３５，３６３号に対する優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示の実施形態は、概して、層中の坑井への炭化水素の流動を増強するための炭化水素貯留層中の地下層の流体破砕に関し、より詳細には、高温粘弾性界面活性剤（「ＶＥＳ」）破砕流体に関する。
【背景技術】
【０００３】
水圧破砕は、圧縮流動導管、即ち、割れ目、亀裂、自然破砕、断層、リニアメント、及び層理面を生成する、または広げるために地下層を破裂させるのに十分な速度及び圧力で、破砕流体を地下層に注入することを伴う、坑井刺激技術である。粘弾性界面活性剤（ＶＥＳ）流体は、水圧破砕などの油田用途でしばしば使用される。具体的には、粘弾性流体は、異なる条件下で形成されたミセルにより、弾性挙動及び粘性挙動の両方を呈する。粘弾性流体が、例えばポンプによる剪断応力に供されると、粘弾性流体は、剪断減粘されて低粘度流体を生成し、これはポンプ送達がより容易である。剪断応力が停止すると、粘弾性流体は、より高い粘度の状態に戻る。破砕流体は、圧力が解放された後に誘発された水圧破砕を開放したまま保持するプロパントを含有するため、より高い粘度は、ＶＥＳ流体が懸濁し、プロパントを破砕中に輸送することを可能にする。
【０００４】
粘弾性流体は、絡まって３次元（３Ｄ）粘弾性ゲルを形成し、溶液分子、例えば水の移動性を制限する、ひも状ミセルを含む。低い地下層の損傷、良好なプロパント懸濁、及び担持能力、ブライン及び生成された水との良好な適合性などの利点のため、粘弾性流体は、破砕、仕上げ、酸性化、砂防、または遮水を含む油田操作で広く使用されている。
【０００５】
しかしながら、現在の粘弾性流体系は、華氏およそ２５０度（°Ｆ）の温度限界を有し、それを超えると、流体粘度は破砕用途には不適切である。
【発明の概要】
【０００６】
より少ない高温粘弾性界面活性剤（ＨＴ  ＶＥＳ）を使用する一方で、より高い温度で高粘度を得る必要性が継続して存在する。本開示は、より高い粘度を達成する一方で、ブライン及びプロパントとの適合性を保持し、かつ２５０°Ｆを超える温度で高い粘度を維持するために必要とされるＨＴ  ＶＥＳの量を低減するか、またはＨＴ  ＶＥＳの同量を保持する配合物を提供する。
【０００７】
本開示の実施形態は、地下の油及びガスを含む地層の水圧破砕処理を対象とする。破砕流体は、高温で安定し、かつ高いポンプ速度及び剪断速度で安定していなければならない。本開示に見られる実施形態は、２５０〜３５０°Ｆで必要とされるＨＴ  ＶＥＳの量を効果的に低下させ、アクリルアミド系ポリマー及びコポリマーを含む選択されたポリマーの使用によって同様の粘度を維持するように設計される。粘弾性流体は、ポリアクリルアミドで増強され、それにより、より高い流体粘度をもたらす。驚くべきことに、選択されたポリアクリルアミドは、流体中の複数のＨＴ  ＶＥＳミセルに付着することによって、ＨＴ  ＶＥＳミセルの３Ｄネットワークを強化し、結果として、期待値を超える粘度を増加させる可能性がある。また、ＶＥＳ流体粘度による粉末配合物中のポリアクリルアミドの分散の増加も存在する。
【０００８】
１つ以上の実施形態によれば、本開示は、ブライン溶液と、５モルパーセント（ｍｏｌ％）未満の加水分解レベル及び２５０，０００グラム／モル（ｇ／ｍｏｌ）〜４０，０００，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する少なくとも１つのアクリルアミド系ポリマーまたはコポリマーと、式（Ｉ）による粘弾性界面活性剤とを含む地下層用粘弾性流体を記載する。
【化１】
2019520439.tif 000003
【０００９】
式（Ｉ）において、Ｒ１は、１７〜２９個の炭素原子の飽和または不飽和の炭化水素基であり、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立して、１〜６個の炭素原子の直鎖もしくは分岐アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、Ｒ４は、Ｈ、ヒドロキシル、１〜４個の炭素原子のアルキル、またはヒドロキシアルキル基から選択され、ｋは、２〜２０の整数であり、ｍは、１〜２０の整数であり、ｎは、０〜２０の整数である。
【００１０】
１つ以上の実施形態によれば、本開示は、粘弾性界面活性剤及びポリアクリルアミド粘度調整剤を含む配合物をブライン溶液に添加して、粘弾性流体を生成することと、２５０°Ｆ超の温度に供される粘弾性流体を地下層に導入することとを含む粘弾性流体で地下層を処理する方法を記載する。この実施形態では、ポリアクリルアミド粘度調整剤は、５ｍｏｌ％未満の加水分解レベル、及び２５０，０００ｇ／ｍｏｌ〜４０，０００，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）、ならびに式（Ｉ）による粘弾性界面活性剤を有する。
【化２】
2019520439.tif 000004
【００１１】
式（Ｉ）において、Ｒ１は、１７〜２９個の炭素原子の飽和または不飽和の炭化水素基であり、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立して、１〜６個の炭素原子の直鎖もしくは分岐アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、Ｒ４は、Ｈ、ヒドロキシル、１〜４個の炭素原子のアルキル、またはヒドロキシアルキル基から選択され、ｋは、２〜２０の整数であり、ｍは、１〜２０の整数であり、ｎは、０〜２０の整数である。
【００１２】
記載された実施形態のさらなる特徴及び利点は、以下の発明を実施するための形態に記載され、一部はその説明から当業者に容易に明白であるか、または以下の発明を実施するための形態、特許請求の範囲、及び添付の図面を含む記載された実施形態を実施することによって認識される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
最も太い線（バックスラッシュによる）によって表される粘弾性流体のベースライン曲線を示す図である。図１〜５に示すように粘弾性流体「ベースライン流体」は、５％のＨＴ  ＶＥＳ及びブラインを含む。
【００１４】
【図１】１００℃／秒の剪断速度でのセンチポアズ（ｃＰ）における温度の関数としての粘度のグラフである。試料は、ベースライン、１％の非イオン性ポリアクリルアミドポリマーを含むベースライン流体（実線として）、及びベースライン曲線と１％の非イオン性ポリアクリルアミド曲線との単純な加算から計算した曲線（点線として）を含む。
【図２】１００／ｓ剪断速度でのｃＰにおける粘度の温度の関数としてのグラフである。試料は、ベースライン、２０倍に拡大したベースライン（＋＋＋＋）、およそ１０％の非イオン性ポリアクリルアミドポリマーを含むベースライン流体（濃い実線）、及びＨＴ  ＶＥＳを含まないおよそ１０％の非イオン性ポリアクリルアミドポリマーを含む流体（薄い灰色線）を含む。
【図３】１００／ｓ剪断速度でのｃＰにおける粘度の温度の関数としてのグラフである。試料は、ベースライン、及びアニオン性ポリアクリルアミド系ターポリマーである、およそ０．５％の「ＳＰ  ２９２」ポリマー（実線）を含むベースライン流体を含む。
【図４】１００／ｓ剪断速度でのｃＰにおける粘度の温度の関数としてのグラフである。試料は、ベースライン、及びアニオン性ポリアクリルアミド系ターポリマーである、およそ０．５％の「ＦＰ  ９５１５」ポリマー（実線）を含むベースライン流体を含む。
【図５】１００／ｓ剪断速度でのｃＰにおける粘度の温度の関数としてのグラフである。試料は、ベースライン及びおよそ０．５％のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ポリマー（実線）を含むベースライン流体が含まれる。
【００１５】
図面に記載される実施形態は、本質的に例示的なものであり、特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。さらに、図面の個別の特徴は、発明を実施するための形態を考慮することで完全に明白になり、理解されるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本出願の特定の実施形態をここで説明する。しかしながら、本開示は、異なる形態で具体化されてもよく、本開示に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。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、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。
【００１７】
他に定義されない限り、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するものではない。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上別段の明確な指示がない限り、複数形も含むことが意図される。
【００１８】
本開示で使用される場合、「およそ」は、反応条件と関連する測定など、測定としばしば関連する変動及びわずかな不正確さに対処するために使用される。例えば、およそが百分率を指すとき、「およそ」は、プラスまたはマイナス１％を含む。およそが温度または温度範囲を指すとき、「およそ」は、プラスまたはマイナス１０度を含む。本明細書及び特許請求の範囲における任意の範囲の開示は、範囲自体及び範囲内に包含されるいかなるもの、ならびに終点も含むものと理解されるべきである。別途記載のない限り、本明細書及び特許請求の範囲に記載される数値的特性は、本開示の実施形態において得ようとする所望の特性に応じて変化し得る近似値である。本開示の広い範囲を記載する数値範囲及びパラメータが近似値であるにもかかわらず、特定の実施例に記載される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、いずれの数値も本質的に、それぞれのその測定値に見られる誤差から必然的に生じるある特定の誤差を含む。
【００１９】
本開示で使用される場合、「水」という用語は、脱イオン水、蒸留水、汽水、ブライン、淡水、湧き水、水道水、ミネラルウォーター、または化学的不純物を実質的に含まない水を含む。
【００２０】
本開示で使用される場合、「ポリマー」という用語は、ホモポリマー、コポリマー、インターポリマー、及びターポリマーを指す。同様に、コポリマーは、少なくとも２つのモノマーを、任意選択で他のモノマーと共に含むポリマーを指してもよい。ポリマーがモノマーを含むと言及されるとき、モノマーは、モノマーの重合形態で、またはモノマーの誘導体形態でポリマー中に存在する。
【００２１】
「ポリアクリルアミド」という用語は、ほぼゼロの量のアクリレート基を有するポリアクリルアミドホモポリマーまたはコポリマー、アクリレート基と加水分解によって形成されたアクリルアミド基との混合物を有するポリアクリルアミドホモポリマーまたはコポリマー、アクリルアミドまたはアクリル酸を含むコポリマー、及び任意選択で、他のモノマー、ならびにアクリルアミド系ポリマーを含む。
【００２２】
本開示の実施形態は、地下の油及びガスを含む地層の水圧破砕処理などの油田操業を対象とし、概して、粘弾性流体及びそれらの流体を使用する方法を対象とする。本開示は、２５０°Ｆ以上の温度であっても粘度を維持する粘弾性流体を記載する。粘弾性界面活性剤、ポリアクリルアミド粘度調整剤、及びブラインの組み合わせは、粘弾性界面活性剤の使用量を増加させることなく粘度を増加させる。粘弾性流体は、掘削流体、補完流体、作業流体、酸性化流体、砂利充填、及び破砕における地下地層の浸透性を刺激または改変するために使用することができる。
【００２３】
粘弾性流体の粘度は、印加される歪みの応力もしくは速度、または剪断速度によって変化し得る。剪断変形の場合、剪断速度または剪断応力の増加に伴って流体の粘度が下がることが非常に一般的である。この挙動は、「剪断減粘」と称される。界面活性剤は、流体中に粘弾性を生じさせることができ、剪断減粘挙動を示し得る。例えば、そのような流体がポンプを通過するか、または回転ドリルビットの付近にあるとき、流体は、より高い剪断速度環境にあり、粘度は低下し、結果として摩擦圧力が低くなり、ポンピングエネルギーが節約される。剪断応力が除去されると、流体は、より高い粘度の状態に戻る。
【００２４】
高温では、流体中の分子の平均運動エネルギーは増加し、ＶＥＳミセル構造及びミセル間の引力により多くの破壊を引き起こす。これは、流体の全体的な粘度を低下させ得る。一般に、温度の上昇は、一定の応力下で等しい歪みを付与するのに必要な時間の対数的減少と相関する。したがって、より低い温度よりもより高い温度で粘弾性材料を等距離延伸することは、より少ない労力を要する。非イオン性ポリアクリルアミドのようなポリマーの流体への添加は、高温での流体粘度を改善し得る。１つのポリアクリルアミドポリマー鎖が複数のＶＥＳミセルに連結することによって、ＶＥＳミセルの３Ｄネットワークの安定性を高め得る。
【００２５】
１つ以上の実施形態では、地下層用粘弾性流体は、式（Ｉ）による粘弾性界面活性剤、ブライン溶液、及び少なくとも１つのポリアクリルアミド粘度調整剤を含む。
【化３】
2019520439.tif 000005
【００２６】
式（Ｉ）において、Ｒ１は、１７〜２９個の炭素原子の飽和または不飽和の炭化水素基である。他の実施形態では、Ｒ１は、１８〜２１個の炭素原子の飽和または不飽和炭化水素基である。Ｒ１はまた、１〜１４０のヨウ素価を有する天然の脂肪または油に由来する脂肪性脂肪族であってもよい。いくつかの実施形態では、不飽和度を決定するヨウ素価は、３０〜９０または４０〜７０の範囲であり得る。Ｒ１は、単一鎖長に制限されてもよく、または天然油脂もしくは原料油由来の基などの混合鎖長であってもよい。天然油脂または原料油は、獣脂アルキル、硬化獣脂アルキル、菜種アルキル、硬化菜種アルキル、トール油アルキル、硬化トール油アルキル、ココアルキル、オレイル、エルシル、大豆アルキル、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。
【００２７】
式（Ｉ）のいくつかの実施形態では、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立して、１〜６個の炭素原子、他の実施形態では１〜４個の炭素原子、ならびに別の実施形態では１〜３個の直鎖もしくは分岐アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択される。Ｒ４は、Ｈ、ヒドロキシル、１〜４個の炭素原子のアルキル、またはヒドロキシアルキル基から選択され、メチル、エチル、ヒドロキシエチル、ヒドロキシル、またはメチルから選択することができるが、この基のリストに限定されない。
【００２８】
式（Ｉ）の１つ以上の実施形態では、下付き文字ｋは、２〜２０、他の実施形態では２〜１２、別の実施形態では２〜４の整数である。ｍは、１〜２０、他の実施形態では１〜１２、別の実施形態では１〜６であり、いくつかの実施形態では、ｍは、１〜３の整数でもあり得る。最後に、ｎは、０〜２０、０〜１２、または０〜６の整数である。いくつかの実施形態では、ｎは、０〜１の整数である。
【００２９】
本開示の実施形態による粘弾性界面活性剤は、他の界面活性剤よりも低い濃度で粘弾性流体を形成することができる。この特定のレオロジー挙動は、主に流体中に存在する界面活性剤凝集体の種類による。水などの低粘度流体では、界面活性剤分子は、球状ミセルで凝集する。一方、粘弾性流体中では、ひも状、糸状、または棒状ミセルと記載され得る長いミセルが存在し、絡まっている。これらの長い柔軟なひも状ミセルは、塩の存在下で形成することができ、絡むことによって、それらは一時的なネットワークを形成し、溶液に粘弾特性を付与する。これらのミセルは、水性系における増粘剤及びレオロジー制御剤として機能することができる。ひも状ミセルは、それらのモノマーと熱平衡状態にある。したがって、ミセル自己集合（したがって、それらの長さ及び柔軟性）は、界面活性剤及び塩濃度の変化、ならびに温度の変化に応答する。
【００３０】
いくつかの実施形態では、粘弾性界面活性剤は、高温粘弾性界面活性剤（ＨＴ  ＶＥＳ）であってもよい。１つ以上の実施形態では、粘弾性界面活性剤は、Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌによって提供されるＡｒｍｏｖｉｓ  ＥＨＳ（登録商標）として商業的に知られているエルカミドプロピルヒドロキシプロピルスルタインである。
【００３１】
本開示における粘弾性流体は、低重量パーセントの粘弾性界面活性剤を組み込む。粘弾性流体中の粘弾性界面活性剤の量は変化し得る。いくつかの実施形態では、粘弾性流体は、０．５重量％〜１０重量％の粘弾性界面活性剤を含有する。一方、別の実施形態では、粘弾性流体は、２重量％〜８重量％の粘弾性界面活性剤を含む。粘弾性流体の他の実施形態は、３重量％〜５重量％の粘弾性界面活性剤を有する粘弾性流体を含んでもよい。
【００３２】
ポリアクリルアミド粘弾性改質剤の粘弾性流体への添加は、粘度を増加し、必要な粘弾性界面活性剤の量を低下させる。本開示において言及されるポリアクリルアミド粘弾性改質剤としては、非イオン性ポリアクリルアミド、アクリルアミドコポリマー、ポリアクリルアミド系ターポリマー、ポリアクリルアミド系テトラポリマー、変性ポリアクリルアミド、上記ポリマーの組み合わせ、またはカルボキシレート、スルフェート、スルホネート、ホスフェート、もしくはホスホネートから選択される少なくとも１つの官能基を有するアクリルアミド系ポリマーが挙げられる。アクリルアミド系ポリマーは、任意選択で、スルフェート、スルホネート、ホスフェート、またはホスホネートからなる群から選択される１つ以上の官能基を有する。
【００３３】
本開示の１つ以上の実施形態では、ポリアクリルアミド粘度調整剤は、２５０，０００ｇ／ｍｏｌ〜４０，０００，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有し、別の実施形態では、ポリアクリルアミド粘度調整剤は、２，０００，０００ｇ／ｍｏｌ〜８，０００，０００ｇ／ｍｏｌのＭｗを有する。
【００３４】
いくつかの実施形態では、ポリアクリルアミド粘度調整剤は、５モルパーセント（ｍｏｌ％）未満の加水分解レベルを有する。他の実施形態では、ポリアクリルアミド粘度調整剤は、１ｍｏｌ％未満の加水分解レベルを有する。他の実施形態では、ポリアクリルアミド粘度調整剤は、０．１ｍｏｌ％未満の加水分解レベルを有し、他の実施形態では、加水分解レベルは、０．００１ｍｏｌ％未満である。本粘弾性流体は、これらの最小加水分解レベルでポリアクリルアミドを使用しながら、適切な粘度増強を達成する。
【００３５】
いくつかの実施形態では、追加の界面活性剤は、粘弾性流体に添加される。追加の界面活性剤の添加は、様々な温度、圧力、または他の条件変化において粘度を増強し得るか、またはミセル形成をもたらし得る。考えられる界面活性剤の非限定的なリストは、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、両性イオン性界面活性剤、またはこれらの組み合わせである。
【００３６】
塩は溶液中にあるときにイオン化し、界面活性剤と適合する対イオンは、ミセルの疎水性内部に浸透し、自己集合を促進する。ブラインまたは塩溶液の異なる濃度は、ミセル集合に異なった影響を及ぼす。粘弾性界面活性剤は、他の界面活性剤と比較してより低い濃度でミセルネットワークを形成することができるが、ポリアクリルアミドなどの粘度調整剤は、粘弾性界面活性剤溶液中の界面活性剤ミセルと会合して、プロパントが沈降するのを一時停止するまたは防止するネットワークをより良好に形成する。プロパントがあまりに速く沈降すると、それは破砕の底部に蓄積し、破砕を詰まらせ、生産性を低下させる場合がある。粘弾性界面活性剤及びポリアクリルアミド粘度調整剤を含む配合物は、ミセルとのより良好な分散かつ結合が可能であり得、結果として、粘度の増加は、期待値を超える。
【００３７】
前段落で述べたように、異なる塩及び塩濃度は、ミセル形成に影響を及ぼす可能性がある。粘弾性流体中のブライン溶液は、１つ以上の金属ハロゲン化物を含む。いくつかの実施形態では、金属ハロゲン化物は、アルカリまたはアルカリ土類金属のハロゲン化物を含んでもよい。金属ハロゲン化物の非限定的なリストとしては、塩化カルシウム、臭化カルシウム、臭化亜鉛、またはこれらの組み合わせが挙げられる。添加順序は、例えば、ブライン中の塩を溶液に添加する前に変化させてもよく、それをポリアクリルアミドまたは粘弾性界面活性剤と結合させて、配合物を形成してもよく、溶液または溶媒に添加すると、配合物は、迅速に分散する。
【００３８】
いくつかの実施形態では、粘弾性流体は、およそ１重量％〜５０重量％の塩を含む。別の実施形態では、粘弾性流体は、１０重量％〜４０重量％の塩を含み、他の実施形態は、１５重量％〜３５重量％の塩を含む。通常、流体は、約１重量％〜６重量％のＶＥＳ、１〜５０重量％の塩を含有し、残りの割合は、主に水である。
【００３９】
いくつかの溶媒または溶媒の組み合わせは、粘弾性界面活性剤の性能を高めることができる。溶媒は、水、アルコール、またはこれらの組み合わせを含み得る。アルコールは、アルキルオキシ、ジオール、トリオール、またはこれらの組み合わせを含む。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。グリコール分子は、二価アルコールまたはジオールであり、ジオール溶媒の非限定的なリストとしては、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などが挙げられる。
【００４０】
追加の添加剤が、粘弾性流体に組み込まれて、ミセル形成を増加させるか、粘度を高めるか、またはゲルを破壊するのに必要な力であるゲル強度を増強してもよい。本開示における粘弾性流体は、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、破壊剤、及び殺菌剤などの１つ以上の添加剤をさらに含有し得る。破壊剤の目的は、破砕流体の粘度を「破壊する」または減少させることであり、これにより、この流体は、浄化中に破砕からより容易に回収される。いくつかの実施形態では、ポリアクリルアミドを含有する粘弾性流体は、破壊剤材料も含有し得る。破壊剤材料は、カプセル化された破壊剤を含む。追加の添加剤としては、高分子電解質、例えばポリカチオン及びポリアニオン、両性イオン性ポリマー、例えば両性イオン性ポリアクリルアミド系ポリマー及びコポリマー、ならびに他の界面活性剤が挙げられ得るが、これらに限定されない。
【００４１】
また任意選択で、本開示に記載される粘弾性流体は、前述の添加剤及び破砕領域に多孔質パックを形成することによって、破砕動作が完了した後のプロパントの逆流を制限するように設計された材料をさらに含み得る。「プロパント逆流防止剤」と呼ばれるそのような材料は、ＳｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒからＰＲＯＰＮＥＴ（登録商標）の名称で入手可能なものなどの当該技術分野において既知のいかなるものであってもよい。
【００４２】
本開示に記載の一実施形態は、粘弾性流体を用いて、坑井によって貫通した地下層を処理する方法であって、粘弾性界面活性剤及びポリアクリルアミド粘度調整剤を含む配合物をブライン溶液に添加して、粘弾性流体を生成することを含む、方法である。次いで、粘弾性流体は、処理流体が２５０°Ｆ超の温度に供される坑井を通して地下層に導入される。１つ以上の実施形態では、処理流体は、２７５°Ｆ超の温度に供され、別の方法では、処理流体は、３００°Ｆを超の温度に供される。
【実施例】
【００４３】
実施例１
第１の試料において、５重量％のＨＴ  ＶＥＳ（Ａｒｍｏｖｉｓ（登録商標）ＥＨＳ）を３０重量％のＣａＣｌ２ブラインに添加することによって、ベースライン粘弾性流体を調製した。より具体的には、４０．７ミリリットル（ｍＬ）の水道水、２６．８グラム（ｇ）のＣａＣｌ２・２Ｈ２０、及び２．６ｍＬのＨＴ  ＶＥＳを一緒に混合してベースライン流体を形成した。ベースライン流体の粘度は、Ｆａｎｎ５０型粘度計を用いて１００秒／秒（ｓ−１）の剪断速度でおよそ７０°Ｆ〜３５０°Ｆまで測定し、図１にプロットし、最も太い線（バックスラッシュにより）で示した。第２の試料では、非イオン性ポリアクリルアミド（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ、＃９２５６０−５０Ｇ、粉末形態）をＨＴ  ＶＥＳベースライン流体中に１重量％の使用量で混合した。粘度は、同様におよそ７０°Ｆ〜３５０°Ｆまで測定し、図１にプロットし、黒線で示した。およそ２５０°Ｆ〜およそ３５０°Ｆで平均して、粘度は、１％の非イオン性ポリアクリルアミドの添加でおよそ３４％増強された。第１の試験におけるベースラインＶＥＳの粘度及び非イオン性ポリアクリルアミド（１重量％）の粘度を数学的に加算し（単純加算）、点線で示すように、図１にプロットした。
【００４４】
図１において、計算曲線（点線プロット）は、ＨＴ  ＶＥＳ及びポリアクリルアミドを含有する実験試料の粘度と比較したとき、３００°Ｆ超の温度でより小さい粘度を示した。実験結果が、理論または計算結果よりも大きい粘度の増加を示したことから、相乗効果は、高温でのＨＴ  ＶＥＳと非イオン性ポリアクリルアミドとの組み合わせに起因するものであった。
【００４５】
実施例２
第１の試料において、５重量％のＨＴ  ＶＥＳを３０重量％のＣａＣｌ２ブラインに添加することによってベースライン粘弾性流体を調製した。より具体的には、４０．７ｍｌの水道水、２６．８ｇのＣａＣｌ２・２Ｈ２０、及び２．６ｍｌのＨＴ  ＶＥＳを一緒に混合してベースライン流体を形成した。流体の粘度は、Ｆａｎｎ５０型粘度計を用いて１００ｓ−１の剪断速度でおよそ７０°Ｆ〜３５０°Ｆまで測定し、図２にプロットした。ベースライン曲線を図２でより明らかにするために、粘度値を２０倍に拡大し、プロットした（＋＋＋）。第２の試料において、非イオン性ポリアクリルアミド（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ、＃９２５６０−５０Ｇ、粉末形態）をＨＴ  ＶＥＳベースライン流体中におよそ１０重量％の使用量で混合した。粘度は、同様におよそ７０°Ｆ〜３５０°Ｆまで測定し、濃い実線としてプロットした。第３の試料は、対照試料であり、ＨＴ  ＶＥＳを添加しなかったこと、及びＨＴ  ＶＥＳを同じ容量の水道水と取り替えたことを除いて、第２の試験における流体と同様に調製した。粘度は、同様におよそ７０°Ｆ〜３５０°Ｆまで測定し、図２に灰色線としてプロットした。
【００４６】
図２において、ベースライン曲線は、些細な粘度を有し、これは他の粘弾性流体と比較して粘度の増加が最小または有意でないことを意味する。しかしながら、ポリアクリルアミド及びＨＴ  ＶＥＳを含有する第２の試料は、およそ２００〜３５０°Ｆで１０％のポリアクリルアミドのみを有する粘弾性流体を表す曲線またはＨＴ  ＶＥＳのみを有する粘弾性流体を表す曲線と比較したとき、有意に増強された粘度を有していた。粘度の有意な増加は、ポリアクリルアミドとＨＴ  ＶＥＳとの組み合わせによる相乗効果に起因するものであった。
【００４７】
実施例３
この実施例では、５重量％のＨＴ  ＶＥＳ（Ａｒｍｏｖｉｓ（登録商標）ＥＨＳ）を３０重量％のＣａＣｌ２ブラインに添加することによってベースライン粘弾性流体を調製した。室温〜３５０°Ｆまでの流体の粘度をＦａｎｎ５０型粘度計を用いて１００ｓ−１の剪断速度で測定し、図３にプロットした。別の試料では、疎水変性ポリアクリルアミド（ＳＰ  ２９２、疎水性モノマー含量が１．５ｍｏｌ％未満のアニオン性ポリアクリルアミド系ターポリマー、ＳＮＦ  Ｆｌｏｅｒｇｅｒ製、粉末形態）を０．５重量％の使用量でベースライン流体に混合した。粘度は、同様に室温〜３５０°Ｆまで測定し、図３にもプロットした。およそ２５０°Ｆ〜およそ３５０°Ｆで平均して、粘度は、０．５％の疎水変性ポリアクリルアミドの添加でおよそ１７％増強された。
【００４８】
実施例４
この実施例では、５重量％のＨＴ  ＶＥＳ（Ａｒｍｏｖｉｓ（登録商標）ＥＨＳ）を３０重量％のＣａＣｌ２ブラインに添加することによってベースライン粘弾性流体を調製した。室温〜３５０°Ｆまでの流体の粘度をＦａｎｎ５０型粘度計を用いて１００ｓ−１の剪断速度で測定し、図４にプロットした。第２の試料では、疎水変性ポリアクリルアミド（ＦＰ９５１５ＳＨ、１０〜２５ｍｏｌ％のスルホン酸モノマーを含有する、疎水性モノマー含量が１．５ｍｏｌ％未満のアニオン性ポリアクリルアミド系ターポリマー、ＳＮＦ  Ｆｌｏｅｒｇｅｒ製、粉末形態）を０．５重量％の使用量でベースライン流体に混合した。粘度は、同様に室温〜３５０°Ｆまで測定し、図４にもプロットした。およそ２５０°Ｆ〜およそ３５０°Ｆで平均して、粘度は、０．５％の疎水変性ポリアクリルアミドの添加でおよそ２２％増強された。
【００４９】
実施例５
この実施例では、５体積％のＨＴ  ＶＥＳ（Ａｒｍｏｖｉｓ（登録商標）ＥＨＳ）を３０重量％のＣａＣｌ２ブラインに添加することによってベースライン粘弾性流体を調製した。より具体的には、４０．７ｍｌの水道水、２６．８ｇのＣａＣｌ２・２Ｈ２０、及び２．６ｍｌのＨＴ  ＶＥＳを一緒に混合してベースライン流体を形成した。室温〜３５０°Ｆまでの流体の粘度をＦａｎｎ５０型粘度計を用いて１００ｓ−１の剪断速度で測定し、図５にプロットした。別の試験では、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（Ａｌｄｒｉｃｈ製、ＣＡＳ：９００２−８９−５、１４６，０００〜１８６，０００の平均分子量、及び８７〜８９％が加水分解済み）を０．５重量％の使用量でベースライン流体に混合した。粘度は、同様におよそ７０°Ｆ〜３５０°Ｆまで測定し、プロットした。
【００５０】
図５では、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）の粘弾性流体への添加は、粘度の顕著な増加を示さない。最も太い線（バックスラッシュによる）で示される５％のＨＴ  ＶＥＳを含有する粘弾性流体ベースラインの曲線及びＰＶＡポリマーと粘弾性流体のベースライン（実線）との組み合わせを表す曲線は、互いにほぼ重なり合い、これは、ＰＶＡポリマーがＨＴ  ＶＥＳを増強しなかったことを示唆している。これは、選択されたポリアクリルアミドポリマーの粘性化性能が、他のポリマーと比較して特有であることを実証した。
【００５１】
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、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内に入るそのような変更及び変形が提供される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を意図する。
【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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