Композитные материалы на основе фосфорорганических соединений для применения в операциях по обработке скважин

1. Композитный материал для обработки скважины, где композитный материал включает агент для модификации поверхности, который покрывает по крайней мере частично твердую частицу, и где агент для модификации поверхности содержит гидрофобный хвост и якорный фрагмент для фиксации гидрофобного хвоста к твердой частице, где якорным фрагментом является производное органической фосфорсодержащей кислоты.
2. Композитный материал по п. 1, где гидрофобным хвостом является фторсодержащий остаток.
f
2
p
f
3. Композитный материал по п. 2, где фторсодержащим остатком является R-(CH)-, где R означает перфторированную алкильную группу, перфторированную алкиленовую группу b перфторированную алкиленэфирную группу, а p равно от 2 до 4, предпочтительно 2.
4. Композитный материал по п. 2, где фторсодержащий остаток характеризуется среднечисловой молекулярной массой менее 2000.
5. Композитный материал по п. 2, где гидрофобный хвост содержит перфторированную группу структуры
n
2n+1
где Y означает F или CF, m равен от 4 до 20 и n равен от 1 до 6.
6. Композитный материал по п. 2, где гидрофобный хвост является фторсодержащим остатком, характеризующимся структурой:
n
2n+1
n
2n+1
где А означает кислород или химическую связь, n равен от 1 до 20, Y означает Н, F, CH или CF, b равен по крайней мере 1, m равен от 0 до 50, а p равен от 0 до 20.
7. Композитный материал по п. 1, где якорным фрагментом является производное органических фосфорной кислоты, фосфоновой или фосфиновой кислоты.
8. Композитный материал по п. 7, где по крайней мере одно производное органической фосфорсодержащей кислоты выбирают из группы, включающей:
x
y
(а) производное фосфорной кислоты, характеризующееся структурой (RO)-P(O)-(OR'),
(б) производное фосфоновой кислоты, характеризующееся структурой:
и
(в) производное фосфиновой кислоты, характеризующееся структурой:
где R и Rʺ каждый независимо друг от друга означают радикал, содержащий от 1 до 30 атомов углерода, R' означает Н, металл или низший алкил, содержащий от 1 до 4 атомов углерода,
где x равен от 1 до 2, y равен от 1 до 2, x+y=3,
а равно от 0 до 1,
b равно 1,
с равно от 1 до 2, a+b+с равно 3,
d равно от 0 до 2,
е равно от 0 до 2,
f равно 1,
и d+e+f равно 3.
9. Композитный материал по п. 8, где Rʺ означает алифатический или ароматический заместитель, замещенный фторированной или перфорированной группой.
f
2
p
10. Композитный материал по п. 8, где агент для модификации поверхности характеризуется формулой R-(CH)-Z,
f
где R обозначает перфторированную алкильную группу или группу перфторированного алкиленового простого эфира,
p равен от 2 до 4, и
где Z выбирают из группы, включающей:
,  и .
11. Композитный материал по п. 8, где Rʺ означает алифатический или ароматический заместитель, замещенный перфторированной алкильной группой или группой перфторированного алкиленового простого эфира.
3
n
2n
2
2
3
2
3
2
x
2
2
y
2
2
3
2
12. Композитный материал по п. 1, где агент для модификации поверхности выбирают из группы, включающей CF(CF)CHCHPOH, где n равен от 3 до 5, и CF(CF)O(CFCF)-CHCH-POH, где х равен от 0 до 7, y равен от 1 до 20 и x+y равен 27 или менее.
13. Композитный материал по п. 8, где R, R' и Rʺ содержат концевые или омега-функциональные группы.
14. Композитный материал по п. 13, где концевые или омега-функциональные группы выбирают из группы, включающей карбоксильную группу, гидроксильную группу, аминогруппу, иминогруппу, амидогруппу, тиогруппу, цианогруппу, сульфонат, карбонат, фосфоновую кислоту и смешанные заместители.
15. Композитный материал по п. 1, где якорный фрагмент агента для модификации поверхности является производным органической фосфорсодержащей кислоты, которое выбирают из группы, включающей амино-трис-метиленфосфоновую кислоту, аминобензилфосфоновую кислоту, 3-аминопропилфосфоновую кислоту, О-аминофенилфосфоновую кислоту, 4-метоксифенилфосфоновую кислоту, аминофенилфосфоновую кислоту, аминофосфономасляную кислоту, аминопропилфосфоновую кислоту, бензгидрилфосфоновую кислоту, бензилфосфоновую кислоту, бутилфосфоновую кислоту, карбоксиэтилфосфоновую кислоту, дифенилфосфиновую кислоту, додецилфосфоновую кислоту, этилидендифосфоновую кислоту, гептадецилфосфоновую кислоту, метилбензилфосфоновую кислоту, нафтилметилфосфоновую кислоту, октадецилфосфоновую кислоту, октилфосфоновую кислоту, пентилфосфоновую кислоту, фенилфосфиновую кислоту, фенилфосфоновую кислоту, бис(перфторгептил)фосиновую кислоту, перфторгексилфосфоновую кислоту, стиролфосфоновую кислоту и додецил-бис-1,12-фосфоновую кислоту.
16. Композитный материал по п. 1, дополнительно включающий клейкий агент между твердыми частицами и якорным фрагментом агента для модификации поверхности для присоединения якорного фрагмента к твердой частице.
17. Композитный материал по п. 16, где клейким агентом является металлорганическое соединение.
18. Композитный материал по п. 17, где металлорганическое соединение включает переходный металл, который выбирают из группы, включающей титан, цирконий, лантан, гафний, тантал и вольфрам и их смеси.
19. Композитный материал по п. 1, где твердые частицы выбирают из группы, включающей керамику, песок, минералы, скорлупу орехов, гравий, полимерные частицы и их смеси.
20. Композитный материал по п. 1, где твердые частицы характеризуются кажущимся удельным весом менее 2,45, и/или полимерными частицами являются шарики или пеллеты из полистирола, нейлона, полистиролдивинилбензола, полиэтилентерефталата или их комбинаций.
21. Композитный материал по п. 1, где твердые частицы кроме того содержат покрытие из смолы.
22. Расклинивающий агент или противопесочный агент, включающий композитный материал по п. 1.
23. Композитный материал по п. 1, где твердые частицы включают эластомер.
24. Композитный материал по п. 23, где эластомер выбирают из группы, включающей природный каучук, сополимер этилена, пропилена и диена (EPDM), нитрильные каучуки, карбоксилированные сополимеры акрилонитрила и бутадиена, смеси поливинилхлорид-нитрилбутадиена, хлорированный полиэтилен, хлорированный сульфонат полиэтилена, алифатические сложные полиэфиры с хлорированными боковыми цепями, полиакрилатные каучуки, терполимеры этилена и акрилата, сополимеры этилена и пропилена, необязательно с одним или более других этиленненасыщенных мономеров, сополимеры этилена и винилацетата, фторуглеродистые полимеры и сополимеры, поливинилметиловый простой эфир, бутадиеновый каучук, полихлоропреновый каучук, полиизопреновый каучук, полинорборнены, полисульфидные каучуки, полиуретаны, силиконовые каучуки, винилсиликоновые каучуки, фторметилсиликоновый каучук, фторвинилсиликоновые каучуки, фенилметилсиликоновые каучуки, стиролбутадиеновые каучуки, сополимеры изобутилена и изопрена или бутилкаучуки, бромированные сополимеры изобутилена и изопрена и хлорированные сополимеры изобутилена и изопрена и их смеси,
25. Композитный материал по п. 23, где эластомер является природным каучуком или полимером по крайней одного мономера, который выбирают из группы, включающей винилиденфторид, гексафторпропилен, тетрафторэтилен, хлортрифторэтилен, перфтор(алкилвиниловый эфир).
26. Способ обработки скважины, проходящий через подземный пласт, включающий закачивание в скважину композитного материала по п. 1 или формирование композитного материала в скважине в условиях in-situ.
27. Способ по п. 26, где по крайней мере одно из следующих условий имеет приоритетное значение:
(а) агент для модификации поверхности проявляет функцию пассивного противобактериального агента,
(б) агент для модификации поверхности проявляет функцию пассивного подавления или контроля солевых отложений на подземном пласте или внутри него,
(в) агент для модификации поверхности в составе композитного материала пассивно предотвращает или контролирует отложения органических частиц на подземном пласте или внутри него,
(г) агент для модификации поверхности в составе композитного материала контролирует вынос расклинивающего агента.
28. Способ по п. 26, где композитный материал закачивают в скважину в ходе операции по гидроразрыву, и кроме того где твердые частицы способны выдерживать нагрузки более приблизительно 1500 фунтов на кв.дюйм при температуре выше 150°F.
29. Способ по п. 26, где композитный материал формируется в условиях in situ при первом закачивании твердых частиц в скважину, а затем на твердые частицы по крайней мере частично наносят покрытие при последующем закачивании агента для модификации поверхности в скважину.
30. Способ по п. 26, где пласт, через который проходит скважина, содержит множество продуктивных зон, и где композитный материал изолирует предварительно определенную продуктивную зону от других зон в скважине.
31. Способ по п. 30, где композитный материал сводит к минимуму потери трубчатого давления на трение в скважине.
32. Способ по п. 26, где количество мелкозернистого материала и/или песка, которые мигрируют в ходе обработки скважины, снижается в присутствии агента для модификации поверхности, которым покрыты твердые частицы.
33. Способ по п. 26, где флюид, содержащий композитный материал, закачивают в скважину в ходе операции по гидроразрыву, и где твердыми частицами является расклинивающий агент, и дополнительно величина прочности на раздавливание расклинивающего агента при напряжении смыкания трещины на уровне 1500 фунтов на кв. дюйм, определенная в соответствии с AAPI 56 или API RP 60, превосходит величину прочности на раздавливание чистого расклинивающего агента, который в основном идентичен чистому расклинивающему агенту, не содержащему по крайней мере частичное покрытие из агента для модификации поверхности.
34. Способ по п. 26, дополнительно включающий добычу углеводородов из скважины и снижение потерь давления на трение в ходе добычи углеводородов.
35. Способ по п. 26, где угол скольжения флюида в скважине на поверхности композитного материала меньше угла скольжения того же самого флюида на поверхности чистой твердой частицы, не содержащей присоединенный к ней агент для модификации поверхности.