(57)【要約】  Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを作製する方法、およびＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含有する掘削流体が提供され、ここで、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンは、式（Ｉ）を含み、【化１】2021510146.tif 000041式中、Ｒ１およびＲ２は独立して−Ｃまたは−ＣＨ基であり、Ｒ３は脂肪族ヒドロカルビルであり、Ｒ４およびＲ５は独立して非環式ヒドロカルビルであるか、またはＲ１、Ｒ２、Ｒ４、およびＲ５は共有結合して、不飽和環状ヒドロカルビルを形成し、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、およびＲ９は独立して非環式ヒドロカルビルまたは非環式ヘテロヒドロカルビルである。
2021510146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
式（Ｉ）を含むＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンであって、
【化１】
2021510146.tif 000027
式中、
Ｒ１およびＲ２が独立して、−Ｃまたは−ＣＨ基であり、
Ｒ３が、脂肪族ヒドロカルビルであり、
Ｒ４およびＲ５が独立して非環式ヒドロカルビルであるか、またはＲ１、Ｒ２、Ｒ４、およびＲ５が共有結合して、不飽和環状ヒドロカルビルを形成し、
Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、およびＲ９が独立して、非環式ヒドロカルビルまたは非環式ヘテロヒドロカルビルである、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン。
【請求項２】
Ｒ３が、飽和または不飽和Ｃ２−Ｃ２０非環式ヒドロカルビルである、請求項１に記載のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン。
【請求項３】
Ｒ４およびＲ５のうちの少なくとも１つが、不飽和Ｃ２−Ｃ２０非環式ヒドロカルビルである、請求項１または２に記載のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン。
【請求項４】
Ｒ４およびＲ５の両方が、不飽和Ｃ２−Ｃ２０非環式ヒドロカルビルである、請求項１〜３のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン。
【請求項５】
Ｒ３が、飽和Ｃ５−Ｃ１０非環式ヒドロカルビルであり、Ｒ４およびＲ５が独立して、Ｃ５−Ｃ１５非環式ヒドロカルビルである、請求項１〜４のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン。
【請求項６】
式（Ｉ）が、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、およびＲ５から形成される不飽和環状ヒドロカルビルを含み、前記不飽和環状ヒドロカルビルが、シクロヘキセン、ベンゼン、ナフタレン、またはデカヒドロナフタレンから選択される、請求項１〜５のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン。
【請求項７】
前記不飽和環状ヒドロカルビルが、アルキル、アミノアルキル、アミノアルコキシ、ヒドロキシル、アルコキシル、アルキルチオ、アミノ、ハロ、ハロアルキル、シリル、ホスホリル、スルホニル、飽和もしくは不飽和Ｃ２−Ｃ２０非環式ヒドロカルビル、またはそれらの組み合わせのうちの１つ以上で置換されている、請求項６に記載のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン。
【請求項８】
前記不飽和環状ヒドロカルビルが、少なくとも２つの非環式ヒドロカルビルで置換されている、請求項６または７に記載のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン。
【請求項９】
前記不飽和環状ヒドロカルビルが、２つの末端ヒドロキシル基を含む少なくとも１つのＣ２−Ｃ２０アミノアルコキシで置換されている、請求項６〜８のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン。
【請求項１０】
式（Ｉ）が、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、およびＲ５から形成される不飽和環状ヒドロカルビルを含み、前記環状ヒドロカルビルが、式（ＩＩＩ）〜（ＸＶＩＩ）から選択され、
【化２−１】
2021510146.tif 000028
【化２−２】
2021510146.tif 000029
式中、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、およびＲ２１が独立して、Ｈ、アルキル、アミノアルキル、アミノアルコキシ、ヒドロキシル、アルコキシル、アルキルチオ、アミノ、ハロ、ハロアルキル、シリル、ホスホリル、スルホニル、またはこれらの組み合わせである、請求項１〜９のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン。
【請求項１１】
式（Ｉ）が、式（ＸＩＸ）〜（ＸＸＩＩＩ）のうちの少なくとも１つを含み、
【化３】
2021510146.tif 000030
【化４】
2021510146.tif 000031
【化５】
2021510146.tif 000032
【化６】
2021510146.tif 000033
【化７】
2021510146.tif 000034
式中、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、およびＲ１１が独立して、非環式ヒドロカルビルまたは非環式ヘテロヒドロカルビルである、請求項１〜１０のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン。
【請求項１２】
掘削流体であって、
水相と、
油性相と、
請求項１〜１１のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンと、を含む、掘削流体。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを作製する方法であって、
式（ＸＸＩＶ）を含むポリアミンを、
【化８】
2021510146.tif 000035
環状酸化物と反応させて、前記Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを生成することを含み、
式中、
Ｒ１およびＲ２が独立して、−Ｃまたは−ＣＨ基であり、
Ｒ３が、脂肪族ヒドロカルビルであり、
Ｒ４およびＲ５が独立して非環式ヒドロカルビルであるか、または共有結合して不飽和環状ヒドロカルビルを形成する、方法。
【請求項１４】
前記ポリアミンが、式（ＸＸＶ）〜（ＸＸＩＸ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の方法。
【化９】
2021510146.tif 000036
【化１０】
2021510146.tif 000037
【化１１】
2021510146.tif 000038
【化１２】
2021510146.tif 000039
【化１３】
2021510146.tif 000040
【請求項１５】
前記環状酸化物が、エチレンオキシド、ブチレンオキシド、プロピレンオキシド、またはそれらの組み合わせからなる群から選択され、前記反応ステップが、開環エポキシド反応である、請求項１３または１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１８年１月３日に申請された米国特許出願第１５／８６０，８３１号の利益を主張し、この全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示の実施形態は、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを作製する方法、およびＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含有する流体に関する。
【背景技術】
【０００３】
石油およびガス産業の掘削流体は、井戸の清掃、切削物の懸濁状態での保持、摩擦の低減、掘削工具の潤滑、坑井の安定性の維持、および流体の損失の防止を含む無数のタスクを実施する。油井およびガス井戸は、多くの多様な場所、例えば、０℃未満の凍結する永久凍土帯から、４００℃を超える温度の地熱井の状態に位置し得るため、掘削流体は、流体の切削物を懸濁するために粘性である必要があり、幅広い温度範囲にわたってこの粘度を制御する必要がある。
【０００４】
界面活性剤は、これらのタスクの性能を確実にするために、レオロジー調整剤として流体に添加され得る。界面活性剤は、２つ以上の液体間または液体と固体との間の表面張力または界面張力を低減させる化合物を指す。界面活性剤は、掘削流体、洗浄液、塗料およびコーティング、腐食防止剤、ならびにパーソナルケア配合物などの様々な流体における添加剤として、レオロジー性能を含む改善された性能を提供し得る。従来の界面活性剤には、ダイマージアミン、ダイマー二酸、およびダイマー酸のエステルが含まれる。しかし、これらの化合物は、幅広い温度範囲では十分に機能せず、合成が困難である。
【発明の概要】
【０００５】
したがって、幅広い範囲の温度にわたって坑井流体に改善されたレオロジー特性を提供する化合物に対する継続的な必要性が存在する。さらに、幅広い温度範囲にわたって改善されたレオロジー特性を有する化合物を合成する方法に対する継続的な必要性が存在する。本実施形態は、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを作製する方法、および幅広い温度範囲にわたって改善されたレオロジー特性を可能にするＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含有する流体を提供することによりこれらの必要性に取り組む。
【０００６】
一実施形態では、本開示は、式（Ｉ）を含むＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンに関し、
【化１】
2021510146.tif 000003
式中、Ｒ１およびＲ２は独立して−Ｃまたは−ＣＨ基であり、Ｒ３は脂肪族ヒドロカルビルであり、Ｒ４およびＲ５は独立して非環式ヒドロカルビルであるか、またはＲ１、Ｒ２、Ｒ４、およびＲ５は共有結合して、不飽和環状ヒドロカルビルを形成し、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、およびＲ９は独立して非環式ヒドロカルビルまたは非環式ヘテロヒドロカルビルである。
【０００７】
本開示の別の実施形態は、式（ＸＸＩＶ）を有するポリアミンを、
【化２】
2021510146.tif 000004
環状酸化物と反応させて、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを生成することによりＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを作製する方法に関し、式中、Ｒ１およびＲ２は独立して−Ｃまたは−ＣＨ基であり、Ｒ３は脂肪族ヒドロカルビルであり、Ｒ４およびＲ５は独立して非環式ヒドロカルビルであるか、または共有結合して不飽和環状ヒドロカルビルを形成する。
【０００８】
本開示の別の実施形態は、水相、油性相、および式（Ｉ）を含むＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含有する掘削流体に関し、
【化３】
2021510146.tif 000005
式中、Ｒ１およびＲ２は独立して−Ｃまたは−ＣＨ基であり、Ｒ３は脂肪族ヒドロカルビルであり、Ｒ４およびＲ５は独立して非環式ヒドロカルビルであるか、またはＲ１、Ｒ２、Ｒ４、およびＲ５は共有結合して、不飽和環状ヒドロカルビルを形成し、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、およびＲ９は独立して非環式ヒドロカルビルまたは非環式ヘテロヒドロカルビルである。
【０００９】
記載された実施形態のさらなる特徴および利点は、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、ならびに特許請求の範囲を含む記載された実施形態を実施することにより認識されるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本出願の特定の実施形態をここで説明する。しかし、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、主題の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。
【００１１】
他に定義されない限り、本開示で使用される全ての技術および科学用語は、当業者により一般的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専門用語は、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。
【００１２】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明確にそうでないと明示しない限り、複数形も含まれる。
【００１３】
本明細書および特許請求の範囲における任意の範囲の開示は、範囲自体およ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、本明細書および特許請求の範囲に記載される数値的特性は、本開示の実施形態では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およ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、いずれの数値も本質的に、それらのそれぞれの測定値における誤差から必然的に生じるか、誤記から生じるある特定の誤差を含む。
【００１４】
本開示で使用される場合、「ヒドロカルビル」は、炭素および水素からなる化学組成物を指す。典型的には、ヒドロカルビル基は、（ヒドロカルビル基が別の化学基に結合している）単一の欠損水素を有する炭化水素分子のラジカルアナログである。本開示で使用される場合、「ヘテロヒドロカルビル」は、１つ以上の炭素原子が、Ｏ、Ｓ、Ｎ、Ｐ、またはこれらの組み合わせなどのヘテロ原子で置き換えられている炭化水素組成物を指す。
【００１５】
本開示で使用される場合、「脂肪族」は、芳香族ではない非環式または環状の飽和または不飽和炭素化合物を指す。さらに、本開示で使用される場合、「脂肪族ヒドロカルビル」は、芳香族ではない、炭素および水素からなる非環式または環状の飽和または不飽和化合物を指す。
【００１６】
本開示で使用される場合、「非環式炭化水素」、「非環式ヒドロカルビル」、または「非環式ヘテロヒドロカルビル」などの「非環式」は、その原子が環を形成しない炭化水素部分を指す。逆に、本開示で使用される場合、「環状ヒドロカルビル」は、その構造主鎖に少なくとも１つの環または環状部分を有する芳香族または脂肪族炭化水素部分、例えば、アリールまたはシクロアルキル部分を指す。
【００１７】
本開示で使用される場合、「飽和」は、単結合により結合された炭素原子を含有し、二重または三重炭素−炭素結合を含有しない炭化水素部分を指す。典型的には、飽和ヒドロカルビル基は、単一の欠損水素を有するアルカンのアナログであり得る（ここで、アルカンは別の化学基に結合している）。逆に、本開示で使用される場合、「不飽和」は、少なくとも１つの炭素−炭素二重結合または三重結合を含有する炭化水素部分を指す。典型的には、不飽和ヒドロカルビル基は、単一の欠損水素を有するアルケンまたはアルキンのアナログであり得る（ここで、アルケンまたはアルキンは別の化学基に結合している）。
【００１８】
本開示を通して使用される場合、「水相」は、水を含有する流体を指す。同様に、「油性相」は、油の特性を含有する、それに類似する、またはそれを有する流体を指す。本開示で使用される場合、「油」は、石油に由来する炭化水素含有液体を指す。
【００１９】
本開示で使用される場合、「粘土」という用語は、湿潤すると可塑性であり、乾燥すると硬化し、カオリン、ベントナイト、および重晶石などのタルクおよびモンモリロナイト粘土を含むが、これらに限定されない含水フィロケイ酸アルミニウムを含有する材料を指す。
【００２０】
本開示で使用される場合、「Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン」は、少なくとも２つの窒素原子を有し、各窒素原子が２つのヒドロキシアルキル基に結合しているために、組成物が少なくとも４つのヒドロキシル部分を有する化学化合物を指す。
【００２１】
前述のように、幅広い範囲の温度にわたって坑井流体の改善されたレオロジー特性を提供する化合物、ならびに化合物およびその化合物を含有する流体を合成する方法に対する継続的な必要性が存在する。本実施形態は、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを作製する方法、およびＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含有する流体を提供することによりこれらの必要性に取り組み得る。従来の掘削流体と比較して、本開示のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含有する流体は、改善された電気的安定性を有しながら、同等のゲル強度および剪断応力を維持し得る。追加的に、本開示のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含有する流体は、従来のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含有しない掘削流体と比較して、３ｒｐｍなどの低減された毎分回転数（ｒｐｍ）および３００°Ｆ以上などの高温で剪断応力が改善されている場合がある。
【００２２】
本開示の一実施形態は、式（Ｉ）によるＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを対象とする。
【化４】
2021510146.tif 000006
【００２３】
式（Ｉ）では、Ｒ１およびＲ２は独立して−Ｃまたは−ＣＨ基であり、Ｒ３は脂肪族ヒドロカルビルであり、Ｒ４およびＲ５は独立して非環式ヒドロカルビルであるか、またはＲ１、Ｒ２、Ｒ４、およびＲ５は共有結合して、不飽和環状ヒドロカルビルを形成し、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、およびＲ９は独立して非環式ヒドロカルビルまたは非環式ヘテロヒドロカルビルである。
【００２４】
前述のように、Ｒ３は、脂肪族ヒドロカルビルである。Ｒ３は、飽和または不飽和脂肪族ヒドロカルビルであり得る。いくつかの実施形態では、Ｒ３は、飽和または不飽和非環式ヒドロカルビルであり得る。いくつかの特定の実施形態では、Ｒ３は、飽和非環式ヒドロカルビルなどの飽和脂肪族ヒドロカルビルであり得る。１つ以上の実施形態では、Ｒ３は、飽和または不飽和Ｃ２−Ｃ２０脂肪族ヒドロカルビル基である（Ｃ２−Ｃ２０は、２〜２０個の炭素を有する基を指す）。特定の実施形態では、Ｒ３は、飽和もしくは不飽和Ｃ２−Ｃ２０脂肪族炭化水素基、または飽和もしくは不飽和Ｃ２−Ｃ１２脂肪族ヒドロカルビル基、または飽和Ｃ５〜Ｃ１０の脂肪族ヒドロカルビル基である。特定の実施形態では、Ｒ３は、飽和脂肪族ヒドロカルビルである。１つ以上の実施態様では、Ｒ３は、飽和もしくは不飽和Ｃ２−Ｃ２０非環式ヒドロカルビル基、または飽和もしくは不飽和Ｃ２−Ｃ１２非環式ヒドロカルビル基、または飽和Ｃ５−Ｃ１０非環式ヒドロカルビル基であり得る。
【００２５】
いくつかの実施形態では、Ｒ４およびＲ５のうちの少なくとも１つは独立して、Ｃ２−Ｃ２０非環式ヒドロカルビル、またはＣ５−Ｃ１５非環式ヒドロカルビル、またはＣ６−Ｃ１２非環式ヒドロカルビルであり得る。１つ以上の実施態様では、Ｒ４およびＲ５のうちの少なくとも１つは独立して、不飽和Ｃ２−Ｃ２０非環式ヒドロカルビルであり得る。他の実施形態では、Ｒ４およびＲ５の両方は、不飽和Ｃ２−Ｃ２０非環式ヒドロカルビルである。別の実施形態では、Ｒ３は、飽和Ｃ５−Ｃ１０非環式ヒドロカルビルであり、Ｒ４およびＲ５は独立して、Ｃ５−Ｃ１５非環式ヒドロカルビル鎖である。
【００２６】
１つ以上の実施形態では、式（Ｉ）のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンのＲ４およびＲ５は、Ｒ１およびＲ２と協働して、飽和または不飽和環状ヒドロカルビルを形成し得る。様々な芳香族または環状部分が好適な環状ヒドロカルビルと考えられる。１つ以上の実施形態では、環状ヒドロカルビルは、シクロヘキサン、シクロヘキセン、ベンゼン、ナフタレン、またはデカヒドロナフタレンから選択され得る。さらなる実施形態では、環状ヒドロカルビルは、アルキル、アミノアルキル、アミノアルコキシ、ヒドロキシル、アルコキシル、アルキルチオ、アミノ、ハロ、ハロアルキル、シリル、ホスホリル、スルホニル、またはそれらの組み合わせで置換されている可能性がある。他の実施形態では、環状ヒドロカルビルは、少なくとも１つの飽和または不飽和Ｃ２−Ｃ２０非環式ヒドロカルビル基で置換されている可能性がある。さらなる実施形態では、環状ヒドロカルビルは、少なくとも２つの非環式ヒドロカルビルで置換されている。
【００２７】
さらに別の実施形態では、環状ヒドロカルビルは、２つの末端ヒドロキシル基を含む少なくとも１つのＣ２−Ｃ２０アミノアルコキシで置換されている。１つ以上の実施形態では、環状ヒドロカルビルは、式（ＩＩ）〜（ＸＶＩＩＩ）から選択される。
【化５−１】
2021510146.tif 000007
【化５−２】
2021510146.tif 000008
【００２８】
式（ＩＩ）〜（ＸＶＩＩＩ）では、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、およびＲ２１（該当する場合）は独立してＨ、アルキル、アミノアルキル、アミノアルコキシ、ヒドロキシル、アルコキシル、アルキルチオ、アミノ、ハロ、ハロアルキル、シリル、ホスホリル、スルホニル、またはこれらの組み合わせである。Ｒ基のＲ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、およびＲ２１（該当する場合）のいずれかは、水素、非置換である飽和脂肪族ヒドロカルビル基、または１つ以上のヒドロキシル、アミノアルコキシ、アルコキシル、アルキルチオ、アミノ、ハロ、ハロアルキル、シリル、ホスホリル、もしくはスルホニル基で置換されている飽和脂肪族ヒドロカルビル基であり得る。いくつかの特定の実施形態では、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、およびＲ２１（該当する場合）のいずれかは、非置換であるか、または１つ以上のヒドロキシル、アミノアルコキシ、アルコキシル、アルキルチオ、アミノ、ハロ、ハロアルキル、シリル、ホスホリル、もしくはスルホニル基で置換されている飽和または不飽和非環式ヒドロカルビル基であり得るあり得る。いくつかの実施形態では、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、およびＲ２１のうちの１つ以上は独立して、アミノアルコキシル部分などのアミノアルキル部分を含み得る。
【００２９】
式では、結合の終わりの波線
2021510146.tif 000009
は、開いた共有結合を指し、これは、構成要素と、示されていない分子のフラグメント（Ｒ１およびＲ２など）との間の単結合、二重結合、または三重結合でさえあり得る。いくつかの実施形態ではＲ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、およびＲ２１のうちの１つ以上は独立して、１〜１００個の炭素、例えば１〜５０個、１〜２５個、または１〜１０個の炭素を含有し得る。Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、およびＲ２１は独立して、少なくとも１つの不飽和ヒドロカルビルを含有し得る。１つ以上の実施形態では、ヒドロカルビル部分は、式ＣｎＨ２ｎ、ＣｎＨ２ｎ−２、（ＣｎＨ２ｎＯ）ｘＣｎＨ２ｎ、（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ、または（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ−２を含み得、式中、ｎは２〜２０の整数であり、ｘは１〜１０の整数である。
【００３０】
再び式（Ｉ）を参照すると、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、およびＲ９は独立して、非環式ヒドロカルビルまたは非環式ヘテロヒドロカルビルである。１つ以上の実施形態では、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、およびＲ９は独立して、飽和または不飽和直鎖または分岐状非環式ヒドロカルビルであり得る。限定ではなく例として、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、およびＲ９は独立して、式ＣｎＨ２ｎ、ＣｎＨ２ｎ−２、（ＣｎＨ２ｎＯ）ｘＣｎＨ２ｎ、（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ、または（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ−２を有するヒドロカルビル部分を含み得、式中、ｎは２〜２０の整数であり、ｘは１〜１０の整数である。
【００３１】
１つ以上の追加の実施形態では、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、およびＲ９は独立して、飽和または不飽和直鎖または分岐状非環式ヘテロヒドロカルビルであり得る。例えば、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、およびＲ９は独立して、式（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ、（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ−２を有するヘテロヒドロカルビルを含み得る。いくつかの特定の実施形態では、ｎは、２〜１０、例えば、２〜５、または２〜４の整数であり得る。追加的または代替的に、いくつかの特定の実施形態では、ｘは、１〜１０、１〜５、１〜４、２〜５、２〜１０、または４〜１０の整数であり得る。
【００３２】
１つ以上の実施形態では、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンは、式（ＸＩＸ）〜（ＸＸＩＩＩ）のうちの少なくとも１つを含み得る。
【化６】
2021510146.tif 000010
【化７】
2021510146.tif 000011
【化８】
2021510146.tif 000012
【化９】
2021510146.tif 000013
【化１０】
2021510146.tif 000014
【００３３】
式（ＸＩＸ）〜（ＸＸＩＩＩ）では、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、ならびに該当する場合、Ｒ１０およびＲ１１は独立して、非環式ヒドロカルビルまたは非環式ヘテロヒドロカルビルである。１つ以上の実施形態では、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、およびＲ１１は独立して、飽和または不飽和直鎖または分岐状非環式ヒドロカルビルであり得る。限定ではなく例として、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、およびＲ１１は独立して、式ＣｎＨ２ｎ、ＣｎＨ２ｎ−２、（ＣｎＨ２ｎＯ）ｘＣｎＨ２ｎ、（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ、または（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ−２を有するヒドロカルビル部分を含み得、式中、ｎは２〜２０の整数であり、ｘは１〜１０の整数である。１つ以上の追加の実施形態では、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、およびＲ１１は独立して、飽和または不飽和直鎖または分岐状非環式ヘテロヒドロカルビルであり得る。例えば、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、およびＲ１１は独立して、式（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ、（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ−２を有するヘテロヒドロカルビルを含み得る。いくつかの特定の実施形態では、ｎは、２〜１０、例えば、２〜５、または２〜４の整数であり得る。追加的または代替的に、いくつかの特定の実施形態では、ｘは、１〜１０、１〜５、１〜４、２〜５、２〜１０、または４〜１０の整数であり得る。
【００３４】
本開示のさらなる実施形態は、式（ＸＸＩＶ）のポリアミンを環状酸化物と反応させることによりＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを作製する方法を含む。
【化１１】
2021510146.tif 000015
【００３５】
式（ＸＸＩＶ）では、Ｒ１〜Ｒ５は、前述の実施形態のいずれかによる場合がある。
【００３６】
１つ以上の実施形態では、ポリアミンは、式（ＸＸＶ）〜（ＸＸＩＸ）のうちの少なくとも１つを有し得る。
【化１２】
2021510146.tif 000016
【化１３】
2021510146.tif 000017
【化１４】
2021510146.tif 000018
【化１５】
2021510146.tif 000019
【化１６】
2021510146.tif 000020
【００３７】
１つ以上の実施形態では、反応ステップは、開環エポキシド反応であり得る。いかなる特定の理論に束縛されることなく、式（ＸＸＩＶ）に存在する第一級アミノ部分は、求核置換により環状酸化物の環を開き、アミノ基をヒドロキシアルキル化して、式（Ｉ）のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンなどのＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを生成し得る。
【００３８】
この反応ステップでは、任意の好適な環状酸化物または環状酸化物の混合物が利用され得る。非限定的な例として、好適な環状酸化物には、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブテンモノオキシド、ドデセンモノオキシド、イソブチレンモノオキシド、スチレンオキシド、１，２−ジイソブチレンオキシド、２，３−ジイソブチレンオキシド、フェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、メチルグリシジルエーテル、エチルグリシジルエーテル、ビニルシクロヘキセンモノオキシド、ブタジエンジオキシド、３−メチル−３，４−エポキシブテン−１、ブタジエンモノオキシド、ビニルシクロヘキセンジオキシド、グリシジルメタクリレート、エピクロロヒドリン、ジシクロペンタジエンモノオキシド、リモネンジオキシド、イソプレンモノオキシド、オキセタン、ペンタンジオールのジグリシジルエーテル、ビス１，１‘−（３，４−エポキシ−６−メチルフェニル）メチルホルメート、ペンタンジオールのジグリシジルエーテルとビスフェノールＡとの反応生成物、３，３−ジメチルオキセタン、１−エポキシエチル−３，４−エポキシシクロヘキサン、３，３−ジエチルオキセタン、３−エチル−３ブチルオキセタン、３−クロロ−メチル−３−メチルオキセタン、３−メチル−２−エチルオキセタン、１，４−ジクロロ−２，３−エポキシブタン、アリルエポキシステアレート、および他の環状酸化物が含まれ得る。いくつかの特定の実施形態では、環状酸化物は、エチレンオキシド、ブチレンオキシド、プロピレンオキシド、またはこれらの組み合わせであり得る。いくつかの実施形態では、環状酸化物は、エチレンオキシドであり得る。
【００３９】
いかなる特定の理論に束縛されることなく、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンは、界面活性剤として機能し得、これは、２つの液体間または液体と固体との間の表面張力を低減し得ることを意味する。さらに、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンは、追加的または代替的に両親媒性であり得、これは、親油性尾部（非極性Ｒ基）および１つ以上の親水性頭部（極性−ＯＨ基）を有し得ることを意味する。これらの特性は、掘削流体、洗浄液、塗料およびコーティング、腐食防止剤、ならびにパーソナルケア配合物を含むが、これらに限定されない、多くの業界で添加剤として使用するのに有益であり得る。
【００４０】
従来の方法では、ダイマージアミンまたはダイマー二酸は、流体の改善されたレオロジー特性を提供するために使用され得る。しかし、いかなる特定の理論に束縛されることなく、本開示のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンは、従来の掘削流体と比較して、流体に添加された場合、予期せぬ改善されたレオロジーを提供し得る。具体的には、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンは、従来の掘削流体と比較して、高温および低剪断、例えば、３ｒｐｍおよび少なくとも３００°Ｆにおける改善された粘度などの追加の利益を達成する。さらに、典型的には、従来の掘削流体の合成には、触媒（ＫＯＨまたはＮａＯＨなど）を使用する必要があり、多くの場合（１００℃を超えるような）熱も必要である。これらの触媒は、反応部位が希釈されて、さらに反応できなくなるまで、または添加された環状酸化物がすべて消費されるまで、化合物が環状酸化物（エポキシドなど）と無期限に反応できる基本的な環境を作り出す。従来の方法論とは異なり、本開示の方法は、触媒の使用を必要としない場合がある。代わりに、いかなる特定の理論に束縛されることなく、式（ＸＸＩＶ）のアミンの求核性は、環状酸化物の環を開いて、追加の触媒の必要性を排除し得る。
【００４１】
さらに、本開示の方法は、いくつかの実施形態では、自己限定的である。１つ以上の実施形態では、過剰の環状酸化物は、ポリアミンと混合されて、ポリアミンに添加された環状酸化物のモル数にかかわらず、確定したモル数のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンが生成され得る。
【００４２】
他の実施形態では、本方法は、ポリアミンをさらにアルコキシル化するための触媒の使用をさらに伴い得る。言及されるように、ＫＯＨおよびＮａＯＨを含むが、これらに限定されない触媒の使用は、すべての反応部位が反応するまでヒドロキシアルキル化を開始および継続させることができる。しかし、いかなる特定の理論に束縛されることなく、ＫＯＨまたはＮａＯＨなどの触媒が使用される場合、反応はそれほど効率的ではなく、中間化合物が形成され得る。例えば、アミノ部分は、完全にヒドロキシアルキル化され得ず、アミノ基の１つまたは両方が部分的にヒドロキシアルキル化され得るか、またはヒドロキシアルキル化され得ない部分的なＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンをもたらす。可能な中間構造の１つに、式ＸＸＸが含まれるが、決してこれに限定されない。
【化１７】
2021510146.tif 000021
【００４３】
構造ＸＸＸ中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、およびＲ５は、前述の実施形態のいずれかによる。Ｒ２２は、水素、あるいは非置換であるか、または１つ以上のヒドロキシル、アミノアルコキシ、アルコキシル、アルキルチオ、アミノ、ハロ、ハロアルキル、シリル、ホスホリル、もしくはスルホニル基で置換されている飽和または不飽和脂肪族ヒドロカルビル基である。Ｒ２２は、非環式ヒドロカルビルまたは非環式ヘテロヒドロカルビルであり得る。いくつかの実施形態では、Ｒ２２は、飽和または不飽和直鎖または分岐状非環式ヒドロカルビルであり得る。いくつかの特定の実施形態では、Ｒ２２は、式ＣｎＨ２ｎ、ＣｎＨ２ｎ−２、（ＣｎＨ２ｎＯ）ｘＣｎＨ２ｎ、（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ、または（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ−２を有するヒドロカルビルまたはヘテロヒドロカルビル部分を含み得、式中、ｎは２〜２０の整数であり、ｘは１〜１０の整数である。他の実施形態では、ｎは、２〜１０、例えば、２〜５、または２〜４の整数であり得る。追加的または代替的に、いくつかの特定の実施形態では、ｘは、１〜１０、１〜５、１〜４、２〜５、２〜１０、または４〜１０の整数であり得る。
【００４４】
中間化合物の追加の非限定的かつ非網羅的な例には、式ＸＸＸＩ、ＸＸＸＩＩ、およびＸＸＸＩＩＩによるものが含まれる。
【化１８】
2021510146.tif 000022
【００４５】
式ＸＸＸＩ、ＸＸＸＩＩ、およびＸＸＸＩＩＩでは、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、およびＲ５は、前述のいずれかの実施形態による。追加的に、Ｒ２２、Ｒ２３、およびＲ２４（存在する場合）も、前述のいずれかの実施形態による。Ｒ２２、Ｒ２３、およびＲ２４（存在する場合）は、水素、あるいは非置換であるか、または１つ以上のヒドロキシル、アミノアルコキシ、アルコキシル、アルキルチオ、アミノ、ハロ、ハロアルキル、シリル、ホスホリル、もしくはスルホニル基で置換されている飽和または不飽和脂肪族ヒドロカルビル基であり得る。Ｒ２２、Ｒ２３、およびＲ２４（存在する場合）は、非環式ヒドロカルビルまたは非環式ヘテロヒドロカルビルであり得る。いくつかの実施形態では、Ｒ２２、Ｒ２３、およびＲ２４（存在する場合）は、飽和または不飽和直鎖または分岐状非環式ヒドロカルビルであり得る。いくつかの特定の実施形態では、Ｒ２２、Ｒ２３、およびＲ２４（存在する場合）は、式ＣｎＨ２ｎ、ＣｎＨ２ｎ−２、（ＣｎＨ２ｎＯ）ｘＣｎＨ２ｎ、（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ、または（ＣｎＨ２ｎ−２Ｏ）ｘＣｎＨ２ｎ−２を有するヒドロカルビルまたはヘテロヒドロカルビル部分を含み得、式中、ｎは２〜２０の整数であり、ｘは１〜１０の整数である。他の実施形態では、ｎは、２〜１０、例えば、２〜５、または２〜４の整数であり得る。追加的または代替的に、いくつかの特定の実施形態では、ｘは、１〜１０、１〜５、１〜４、２〜５、２〜１０、または４〜１０の整数であり得る。
【００４６】
これらの構造は、Ｒ１が完全にヒドロキシアルコキシル化されている（２つのヒドロキシル基がアミノ部分に結合している）か、もしくは部分的にヒドロキシアルコキシル化されており（１つのヒドロキシル基がアミノ部分に結合している）、Ｒ２が部分的にヒドロキシアルコキシル化されている（１つのヒドロキシル基がアミノ部分に結合している）か、もしくは非ヒドロキシアルコキシル化されている（ヒドロキシル基がアミノ部分に結合していない）か、または代替的に、Ｒ２が完全にヒドロキシアルコキシル化されている（２つのヒドロキシル基がアミノ部分に結合している）か、もしくは部分的にヒドロキシアルコキシル化されており（１つのヒドロキシル基がアミノ部分に結合している）、Ｒ１が部分的にヒドロキシアルコキシル化されている（１つのヒドロキシル基がアミノ部分に結合している）か、もしくは非ヒドロキシアルコキシル化されている（ヒドロキシル基がアミノ部分に結合していない）ように異性体（構成異性体および立体異性体の両方）を含むことが意図されることを理解されたい。
【００４７】
いくつかの実施形態では、これらの中間構造は、全Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン生成物の３０重量パーセント（重量％）以下を構成し得る。例えば、中間構造は、全Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン生成物の２０重量％、１０重量％、５重量％、または３重量％以下を構成し得る。
【００４８】
本開示のさらなる実施形態はまた、水相、油性相、およびＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含有する掘削流体を対象とする。Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンは、前述の実施形態のいずれかによる場合がある。いくつかの実施形態では、掘削流体は、前述の中間生成物も含有し得る。再び、これらの中間構造は、全Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン生成物の３０重量％以下を構成し得る。例えば、中間構造は、掘削流体中の全Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン生成物の２０重量％、１０重量％、５重量％、または３重量％以下を構成し得る。
【００４９】
水相は、淡水または海水を含む水を含有し得る。水相は、飽和ブラインなどの天然および合成ブラインを含むブラインまたは汽水を含有し得る。いくつかの実施形態では、水相は、有機化合物または塩を含有する水を使用し得る。いかなる特定の理論に束縛されることなく、塩または他の有機化合物は、水相に組み込まれて、掘削流体の密度を制御し得る。水相中の塩濃度または他の有機化合物のレベルを増加させることにより水相の飽和を増加させると、掘削流体の密度が増加し得る。好適な塩には、アルカリ金属の塩化物、水酸化物、またはカルボン酸塩が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、好適な塩には、ナトリウム、カルシウム、セシウム、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、カリウム、ストロンチウム、ケイ素、リチウム、塩化物、臭化物、炭酸塩、ヨウ化物、塩素酸塩、臭素酸塩、ギ酸塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、酸化物、フッ化物、またはこれらの組み合わせが含まれ得る。いくつかの特定の実施形態では、ブラインは、水相で使用され得る。いかなる特定の理論に束縛されることなく、ブラインは、掘削流体と地下層との間に浸透圧バランスを作り出すために使用され得る。
【００５０】
いくつかの実施形態では、掘削流体は、掘削流体の総重量に基づいて、１０体積パーセント（体積％）〜７０体積％の水相を含有し得る。いくつかの実施形態では、掘削流体は、１バレルあたり２８ポンド（ｌｂ／ｂｂｌ）〜６３０ｌｂ／ｂｂｌ、例えば、３０〜６００ｌｂ／ｂｂｌ、５０〜５００ｌｂ／ｂｂｌ、１００〜５００ｌｂ／ｂｂｌ、２００〜５００ｌｂ／ｂｂｌ、または３００〜６００ｌｂ／ｂｂｌの水相を含有し得る。バレルは、約４２米ガロンまたは１５９リットルに相当する。
【００５１】
掘削流体の油性相は、天然または合成液体油などの油、およびこれらの誘導体または画分を含み得る。油性相は、ディーゼル油、鉱油、芳香族炭化水素、水素化もしくは非水素化オレフィン、例えば、ポリ−アルファ−オレフィン、アルファ−オレフィン、線状および分岐状オレフィン、ポリ−ジオルガノシロキサン、シロキサン、オルガノシロキサン、脂肪酸のエステル、脂肪酸の直鎖、分岐状、もしくは環状アルキルエーテル、またはこれらのいずれかの組み合わせであり得るか、またはそれらを含有し得る。油性相は、エステル、エーテル、アセタール、炭酸ジアルキル、またはこれらのいずれかの組み合わせを含有し得る。いくつかの実施形態では、油性相は、鉱油、パラフィン、および例えば、サフラ油などの植物由来の油を含有し得る。
【００５２】
掘削流体は、掘削流体の総重量に基づいて、３０体積％〜９５体積％の油性相を含有し得る。掘削流体は、掘削流体の総重量に基づいて、２８ｌｂ／ｂｂｌ〜８１０ｌｂ／ｂｂｌ、例えば、３０〜８００ｌｂ／ｂｂｌ、５０〜８００ｌｂ／ｂｂｌ、７５〜８００ｌｂ／ｂｂｌ、または１００〜８００ｌｂ／ｂｂｌの油性相を含有し得る。いくつかの実施形態では、掘削流体は、２００〜８００ｌｂ／ｂｂｌ、または３００〜６００ｌｂ／ｂｂｌ、または５００〜８１０ｌｂ／ｂｂｌの油性相を含有し得る。
【００５３】
掘削流体は、いくつかの実施形態では、水滴（分散相としての水相）が油ベースの流体（連続相としての油性相）に懸濁された反転（油中水）乳濁液であり得る。水ベースの掘削流体は環境に優しく、かつコスト効率が良くなる場合があるが、それらは、金属工具を腐食させ、掘削帯において粘土および塩を崩壊させ、それらを多くの用途にとって望ましくない選択肢にする。油ベースの流体は、工具とより適合するが、多くのオフショア掘削エリアでは、流体全体または油ベースの流体で生成された切削物の排出が許可されていないため、コストも高くなり、取り扱いの懸念も生じる。乳濁流体を反転させると、水ベースおよび油ベースの両方の流体の利益を利用することが可能になり得る。しかし、油および水は非相溶性であるため、乳濁液を形成するために、油相および水相を高剪断下で機械的に混合する必要があり得、これは、好適な乳化剤の存在により補助され得る。
【００５４】
本開示の実施形態はまた、水相、油性相、およびＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを混合することにより、掘削流体、例えば、反転乳濁液を生成する方法も対象とする。いくつかの実施形態では、本方法は、剪断下で水相、油性相、およびＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを混合することを含み得る。水相、油性相、およびＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンは、ＡＰＩ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）１３Ａ：掘削流体材料の仕様に従って混合され得る。例えば、添加剤は、ＡＰＩ指定速度である１１，５００ｒｐｍ（＋／−３００ｒｐｍ）で稼働するマルチミキサーを利用して室温で混合され得る。
【００５５】
掘削流体は、掘削流体の総重量に基づいて、０．０１重量％〜２０重量％のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含有し得る。掘削流体は、掘削流体の総重量に基づいて、０．０２ｌｂ／ｂｂｌ〜１８０ｌｂ／ｂｂｌ、例えば、０．０２〜１５０ｌｂ／ｂｂｌ、または０．０５〜１５０ｌｂ／ｂｂｌのＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含有し得る。いくつかの実施形態では、掘削流体は、０．１〜１５０ｌｂ／ｂｂｌ、または０．１〜１００ｌｂ／ｂｂｌ、または１〜１００ｌｂ／ｂｂｌのＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含有し得る。
【００５６】
いくつかの実施形態では、掘削流体は、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン以外の少なくとも１つの添加剤を含有し得る。１つ以上の添加剤は、掘削流体に好適であることが既知の任意の添加剤であり得る。非限定的な例として、好適な添加剤には、乳化剤、加重剤、流体損失調整剤、損失循環調整剤、他の界面活性剤、消泡剤、補足乳化剤、加重剤、流体損失添加剤、他の粘度調整剤、アルカリリザーブ、特殊添加剤、またはこれらの組み合わせが含まれ得る。
【００５７】
いくつかの実施形態では、掘削流体は、掘削流体の総重量に基づいて、０．０１重量％〜２０重量％の１つ以上の添加剤を含有し得る。掘削流体は、掘削流体の総重量に基づいて、０．０２ｌｂ／ｂｂｌ〜１８０ｌｂ／ｂｂｌ、例えば、０．０２〜１５０ｌｂ／ｂｂｌ、または０．０５〜１５０ｌｂ／ｂｂｌの１つ以上の添加剤を含有し得る。いくつかの実施形態では、掘削流体は、０．１〜１５０ｌｂ／ｂｂｌ、または０．１〜１００ｌｂ／ｂｂｌ、または１〜１００ｌｂ／ｂｂｌの１つ以上の添加剤を含有し得る。
【００５８】
前述したように、いくつかの実施形態では、本開示の掘削流体は、粘土を含有しなくてもよいか、または低減された粘土の量を含有してもよいが、粘性の掘削流体を生成する。いくつかの実施形態では、掘削流体は、０．５ｌｂ／ｂｂｌ、例えば、０．１ｌｂ／ｂｂｌ以下、０．０５ｌｂ／ｂｂｌ以下、または０．０２ｌｂ／ｂｂｌ以下の粘土を含有し得る。いくつかの実施形態では、粘土は、疎水性化剤で処理されて、親液性になる。そのような粘土は有機親和性粘土と呼ばれ、連続相として油性相を有する掘削流体に添加される。
【００５９】
本開示の実施形態はまた、掘削流体を使用する方法にも関し得る。掘削流体は、前述した実施形態のいずれかによる場合がある。いくつかの実施形態では、掘削流体は、地下層にポンプ送達され得る。ポンプ送達は、いくつかの実施形態では井戸であり得る地下層に掘削流体を注入することを伴い得る。掘削流体は、坑井から地表に再循環され、フィルターを通過して、掘削切削物などの固体が除去され、レオロジーを調整するために好適な添加剤で再調整されて、さらなる掘削のために坑井に循環され得る。
【００６０】
掘削流体の実施形態は、石油およびガス産業の水圧破砕プロセスで使用され得るが、掘削流体は、他の産業でも使用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、この流体は、地下水の井戸を刺激し、採掘作業のために状態を整えるか、または岩盤陥没を誘導し、それを岩の中に深く注入することにより廃棄物を処分し、増強された地熱システムでの発電のため地殻の応力を測定し、かつＣＯ２の地質的隔離のための注入速度を増加させるために使用され得る。
【実施例】
【００６１】
Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含有する掘削流体の改善されたレオロジー特性を実証するために、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンレオロジー調整剤を有する掘削流体（実施例１）を、市販のダイマージアミンレオロジー調整剤を含有する掘削流体（比較例１）および市販のダイマー酸レオロジー調整剤を含有する掘削流体（比較例２）と比較するいくつかの試験を実施した。これらの掘削流体の実施例の配合を表１に提供する。各掘削流体の実施例は、レオロジー調整剤の組成を除いて同じである。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
表１で、「ｂｂｌ」はバレルを表し、約４２米ガロンまたは１５９リットルに相当する。同様に、「ｌｂ／ｂｂｌ」は、１バレルあたりのポンドを表す。ＧＥＬＴＯＮＥ（登録商標）Ｖは、Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ（Ｏｎｔａｒｉｏ，ＣＡ）から市販されている有機親和性粘土増粘剤を指す。石灰は、酸化カルシウム、ＣａＯを指す。ＶＥＲＳＡＭＵＬは、Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）から市販されている多目的乳化剤を指す。ＶＥＲＳＡＣＯＡＴは、Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）から市販されている湿潤剤および二次乳化剤を指す。ＣａＣｌ２は、塩化カルシウムを指し、浸透圧坑井の安定性を提供するために使用され得る。ＶＥＲＳＡＴＲＯＬは、Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）から市販されている、高温高圧（ＨＴＨＰ）ろ過制御に使用されるアスファルトを指す。重晶石は、掘削流体に重量を加えるために一般的に使用される、式ＢａＳＯ４を有する濃厚な硫酸塩鉱物を指す。ＲＥＶ  ＤＵＳＴは、Ｍｉｌｗｈｉｔｅ，Ｉｎｃ．（Ｂｒｏｗｎｓｖｉｌｌｅ，ＴＸ）から市販されているカルシウムモンモリロナイト粘土の小さなほこり状の粒子で構成された摩擦低減材料を指す。
【００６４】
比較例１は、そのレオロジー調整剤として、Ｃｒｏｄａ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＰＬＣにより生成された市販のダイマージアミンであるＰｒｉａｍｉｎｅ（商標）１０７４を含んだ。
【化１９】
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【００６５】
Ｐｒｉａｍｉｎｅ（商標）１０７４をエチレンオキシドと反応させることにより実施例１のＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを生成した。市販のダイマージアミン（Ｐｒｉａｍｉｎｅ１０７４）を５００ミリリットル（ｍＬ）のＰａｒｒ反応器に添加し、密閉してから、１２０℃で１時間窒素を散布して、溶液から一切の酸素および水を排除した。次に、システムを密閉し、大気圧にした。エチレンオキシドを、９９．９％のエチレンオキシドを含有するレクチャーボトルからスウェージロッククイックコネクトを介して添加した。酸化物の質量を、風袋を引かれたレクチャーボトルを差し引くことにより決定した。エチレンオキシドを添加すると、容器内の圧力が増加し、エチレンオキシドが反応して気相から液相に変換され、圧力が低下した。理論的最大値である１モルのｐｒｉａｍｉｎｅに対する４モルのエチレンオキシドまたは１：０．３６のｐｒｉａｍｉｎｅ対エチレンオキシドの重量比に達するまでエチレンオキシドを添加した。他のアミンアミンを反応物として使用する場合、分子内の第一級アミン基に対するヒドロキシエチル化剤の理論的最大値は、２：１のモル比である。次に、反応を１時間続けた後、冷却した。一切の過剰な圧力を苛性溶液で抜き取り、一切の潜在的な過剰なエチレンオキシドを洗い流した。次の反応メカニズムに示すように、ダイマージアミンのアミンは、エポキシド開環により反応し、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを形成した。
【化２０】
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【００６６】
比較例２は、レオロジー調整剤として、Ｋｒａｔｏｎ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＵＮＩＤＹＭＥ（商標）１８ダイマー二酸を含んだ。掘削流体の他の添加剤を表１に提供する。掘削流体（比較例１および２、ならびに実施例１）を、ＡＰＩ１３Ａ：掘削流体材料の仕様に従って混合した。具体的には、添加剤を、ＡＰＩ指定速度である１１，５００ｒｐｍ（＋／−３００ｒｐｍ）で稼働するマルチミキサーを利用して室温で混合した。添加剤を、室温と室圧で一度に１つずつ添加し、各添加の間に５分間混合することが可能であった。唯一の例外は、水およびＣａＣｌ２を事前に混合し、ブラインとして掘削流体に添加したことである。
【００６７】
実施例１、ならびに比較例１および２を、電気的安定性、ゲル強度、および剪断応力に基づいて評価し、これらをすべて、業界標準のＡＰＩ１３Ｂ−２：油ベースの掘削流体のフィールド試験の推奨実践に従って測定した。電気的安定性（ＥＳ）試験では、電界が印加され、記録された電圧は回路を完成させるために必要な電圧であり、これは、乳濁液が壊れたときにのみ発生し得る。したがって、電圧が大きいほど、乳濁液は強くなる。電気的安定性を、３５０°Ｆの温度における１６時間のエージングの前後にＦａｎｎ２３電気的安定性メーターを使用して測定した。１０秒および１０分のゲル強度を、回転を行わないＦａｎｎ３５回転式コット型粘度計を使用して測定した（静的条件）。剪断応力値を、高温高圧（ＨＴＨＰ）回転式コット型レオメーターであるＦａｎｎ７７を使用して、３ｒｐｍおよびさまざまな温度で測定した。
【００６８】
【表２】
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【００６９】
表２で、Ｖは電圧を表し、ｌｂｆは力のポンドを表し、ｌｂｆ／ｆｔ２は１平方フィートあたりの力のポンドを表す。表２に示すように、実施例１は、比較例１および２と比較して、エージング前後の電気的安定性が優れていた。これは、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンが、比較例よりもより安定した反転乳濁液掘削流体１をもたらすことを実証する。さらに、実施例１（Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンレオロジー調整剤）の１０秒のゲル強度は、比較例１（ダイマージアミン）と同様であったが、比較例１は、実施例１と比較して、１０分ではるかに大きな増加を示した。この大幅な増加は、掘削泥における固体（ゲル）構造の蓄積を示し得るため、望ましくない。また、３ｒｐｍの読み取り時の剪断応力値は、温度が上昇するにつれて、比較例１および２（それぞれダイマージアミンおよびダイマー酸）が、大幅により低い剪断応力値を有することを示し、これは、レオロジー特性の損失を示す。対照的に、実施例１（Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミン）は、温度が上昇しても比較的安定した剪断応力を示した。
【００７０】
本開示の第１の態様は、式（Ｉ）を含むＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含み得、式中、Ｒ１およびＲ２は独立して−Ｃまたは−ＣＨ基であり、Ｒ３は脂肪族ヒドロカルビルであり、Ｒ４およびＲ５は独立して非環式ヒドロカルビルであるか、またはＲ１、Ｒ２、Ｒ４、およびＲ５は共有結合して、不飽和環状ヒドロカルビルを形成し、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、およびＲ９は独立して非環式ヒドロカルビルまたは非環式ヘテロヒドロカルビルである。
【００７１】
本開示の第２の態様は、Ｒ３が飽和または不飽和Ｃ２−Ｃ２０非環式ヒドロカルビルである第１の態様を含み得る。
【００７２】
本開示の第３の態様は、Ｒ４およびＲ５のうちの少なくとも１つが不飽和Ｃ２−Ｃ２０非環式ヒドロカルビルである第１の態様または第２の態様を含み得る。
【００７３】
本開示の第４の態様は、Ｒ４およびＲ５の両方が不飽和Ｃ２−Ｃ２０非環式ヒドロカルビルである第１〜第３の態様のいずれかを含み得る。
【００７４】
本開示の第５の態様は、Ｒ３が飽和Ｃ５−Ｃ１０非環式ヒドロカルビルであり、Ｒ４およびＲ５が独立してＣ５−Ｃ１５非環式ヒドロカルビルである第１〜第４の態様のいずれかを含み得る。
【００７５】
本開示の第６の態様は、式（Ｉ）がＲ１、Ｒ２、Ｒ４、およびＲ５から形成される不飽和または飽和環状ヒドロカルビルを含み、環状ヒドロカルビルがシクロヘキサン、シクロヘキセン、ベンゼン、ナフタレン、またはデカヒドロナフタレンから選択される第１〜第５の態様のいずれかを含み得る。
【００７６】
本開示の第７の態様は、不飽和環状ヒドロカルビルがアルキル、アミノアルキル、アミノアルコキシ、ヒドロキシル、アルコキシル、アルキルチオ、アミノ、ハロ、ハロアルキル、シリル、ホスホリル、スルホニル、飽和もしくは不飽和Ｃ２−Ｃ２０非環式ヒドロカルビル、またはそれらの組み合わせのうちの１つ以上で置換されている第６の態様を含み得る。
【００７７】
本開示の第８の態様は、不飽和環状ヒドロカルビルが少なくとも２つの非環式ヒドロカルビルで置換されている第６の態様または第７の態様を含み得る。
【００７８】
本開示の第９の態様は、不飽和環状ヒドロカルビルが２つの末端ヒドロキシル基を含む少なくとも１つのＣ２−Ｃ２０アミノアルコキシで置換されている第６〜第８の態様のいずれかを含み得る。
【００７９】
本開示の第１０の態様は、式（Ｉ）がＲ１、Ｒ２、Ｒ４、およびＲ５から形成される不飽和環状ヒドロカルビルを含み、環状ヒドロカルビルが式（ＩＩＩ）〜（ＸＶＩＩ）から選択され、式中、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、およびＲ２１が独立して、Ｈ、アルキル、アミノアルキル、アミノアルコキシ、ヒドロキシル、アルコキシル、アルキルチオ、アミノ、ハロ、ハロアルキル、シリル、ホスホリル、スルホニル、またはこれらの組み合わせである第１〜第９の態様のいずれかを含み得る。
【００８０】
本開示の第１１の態様は、式（Ｉ）が式（ＸＩＸ）〜（ＸＸＩＩＩ）のうちの少なくとも１つを含み、式中、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、およびＲ１１が独立して、非環式ヒドロカルビルまたは非環式ヘテロヒドロカルビルである第１〜第１０の態様のいずれかを含み得る。
【００８１】
本開示の第１２の態様は、水相、油性相、および第１〜第１１の態様のいずれかのＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを含む掘削流体を含み得る。
【００８２】
本開示の第１３の態様は、式（ＸＸＩＶ）を含むポリアミンを環状酸化物と反応させて、Ｎ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを生成することを含む、第１〜第１１の態様のいずれかのＮ−ヒドロキシアルキル化ポリアミンを作製する方法を含み得、式中、Ｒ１およびＲ２は独立して−Ｃまたは−ＣＨ基であり、Ｒ３は脂肪族ヒドロカルビルであり、Ｒ４およびＲ５は独立して、非環式ヒドロカルビルであるか、または共有結合して、不飽和環状ヒドロカルビルを形成する。
【００８３】
本開示の第１４の態様は、ポリアミンが式（ＸＸＶ）〜（ＸＸＩＸ）のうちの少なくとも１つを含む第１３の態様を含み得る。
【００８４】
本開示の第１５の態様は、環状酸化物がエチレンオキシド、ブチレンオキシド、プロピレンオキシド、またはそれらの組み合わせからなる群から選択され、反応ステップが開環エポキシド反応である第１３の態様または第１４の態様を含み得る。
【００８５】
特許請求される主題の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態に対して様々な修正および変更がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本明細書は、本明細書に記載された様々な実施形態の改変および変形を包含するが、かかる改変および変形は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内に入るものとすることが意図される。
【００８６】
特許請求の範囲のうちの１つ以上が用語「ｗｈｅｒｅ」を移行句として利用することに留意されたい。本技術を定義する目的のために、この用語は、式の一連の特徴の列挙を導入するために使用される非限定型の移行句として、特許請求の範囲に導入され、より一般的に使用される非限定型の前提事項用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」と同様に解釈されるべきであることに留意されたい。
【国際調査報告】
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