КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ОРГАНОГЛИНЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ИОН ЧЕТВЕРТИЧНОГО АММОНИЯ, ИМЕЮЩИЙ ОДИН ИЛИ БОЛЕЕ РАЗВЕТВЛЕННЫХ АЛКИДНЫХ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ
ORGANOCLAY-BASED COMPOSITIONS CONTAINING QUATERNARY AMMONIUM ION HAVING ONE OR MORE BRANCHED ALKYD SUBSTITUTES

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка испрашивает приоритет заявки на патент США 14/329,265, поданной 11 июля 2014 года; заявки на патент США 14/329,289, поданной 11 июля 2014 года; и заявки на патент США 14/329,305, поданной 11 июля 2014 года, каждая из которых полностью включена в настоящую заявку посредством отсылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к композиции на основе органоглины, в которой филлосиликатная глина подвергнута обмену с ионом четвертичного аммония, имеющим один или более разветвленных алкильных заместителей. В настоящем изобретении также предложены композиции для получения покрытий и применение таких композиций на основе органоглины в качестве добавок к буровым растворам.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Органоглины широко применялись в качестве модификаторов реологии для красок и покрытий, чернил, смазок, буровых растворов для бурения нефтяных скважин, которые увеличивают вязкость такой системы. Органоглины также находят применение в качестве добавок в пластмассах для улучшения множества свойств, таких как изолирующие, механические, антистатические и огнезащитные свойства. Органоглину обычно получают в реакции органического катиона, в особенности иона четвертичного аммония, с глиной различными способами, известными в уровне техники. Если органический катион содержит по меньшей мере одну алкильную группу, содержащую по меньшей мере 8-22 атома углерода, то такие органоглины обладают способностью повышать вязкость в системах на органической основе. Свойства увеличения вязкости можно модифицировать, меняя заместители в ионе четвертичного аммония. Например, в некоторых сообщениях описано, что эффективность изменения вязкости органоглинами повышается при замене алкильной группы иона четвертичного аммония 2-гидроксиэтильной группой, полиоксиэтиленовой группой и сложноэфирными группами. Однако ранее описанные композиции на основе органоглин не учитывают сложности, связанные с увеличением вязкости краски и покрытий, чернил, смазок, буровых растворов для бурения нефтяных скважин при понижении температуры.
Буровые растворы, содержащие органоглины, применяли с самого начала буровых работ по бурению нефтяных скважин в США, при этом буровые растворы и их химия являются важной областью научных и химических исследований. Однако условия при проведении бурения нефтяных скважин требуют постоянного совершенствования контроля реологии в широких диапазонах температур. Это становится особенно актуальным, например, поскольку поиск новых источников нефти включает растущую потребность в исследовании глубоководных областей и применении технологий горизонтального бурения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1
2
3
4
+
1
2
3
2
3
2
3
4
2
3
4
2
3
4
2
3
4
1
3
В одном варианте осуществления в настоящем описании предложена композиция на основе органоглины, включающая: филлосиликатную глину; и ионы четвертичные аммония, имеющие формулу [N-RRRR], в которой один или более из R, R и R, являются смесью разветвленных алкильных групп, причем каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 12-22 атома углерода, нормальную основную цепь и одну или более C-C разветвляющих алкильных групп, где разветвляющие алкильные группы распределены в различных углеродных положениях по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы; и в случае, когда один или более из R и R не являются разветвленными алкильными группами, один или более из R и R являются первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атомов углерода. R выбран из группы, состоящей из: второй нормальной алкильной группы, содержащей 1-6 атомов углерода, арильной группы и их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 12-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 14-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R являются первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления один или более из R и R является метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
1
2
3
4
+
1
2
3
2
3
2
3
4
2
3
4
2
3
4
2
3
4
1
3
В одном варианте осуществления в настоящем описании предложен способ получения по существу постоянного реологического профиля бурового раствора на масляной основе в диапазоне температур от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C) при использовании композиции на основе органоглины в качестве добавки к буровому раствору. Композиция на основе органоглины может включать: филлосиликатную глину; и ионы четвертичного аммония, имеющие формулу [N-RRRR], в которой один или более из R, R и R являются смесью разветвленных алкильных групп, причем каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 12-22 атома углерода, нормальную основную цепь и одну или более C-C разветвляющих алкильных групп, где разветвляющие алкильные группы распределены в различных углеродных положениях по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы; и в случае, когда один или более из R и R не являются разветвленными алкильными группами, один или более из R и R являются первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атомов углерода. R выбран из группы, состоящей из: второй нормальной алкильной группы, содержащей 1-6 атомов углерода, арильной группы и их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 12-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 14-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R является первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления один или более из R и R являются метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
1
2
3
4
+
8
9
10
11
+
1
2
3
4
+
1
2
3
1
3
В одном варианте осуществления в настоящем описании предложена композиция на основе органоглины, включающая смесь (i) филлосиликатной глины и ионов четвертичного аммония, имеющих формулу [NRRRR], и (ii) филлосиликатной глины и ионов четвертичного аммония, имеющих формулу [NRRRR]. В случае композиции на основе органоглины, включающей филлосиликатную глину и ионы четвертичного аммония, имеющие формулу [NRRRR], каждый один или более из R, R и R является смесью разветвленных алкильных групп, каждая из которых содержит в общей сложности 12-22 атома углерода, где разветвленные алкильные группы имеют одну или более C-C алкильных групп, распределенных в различных углеродных положениях по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы. В одном варианте осуществления в настоящем описании предложен способ получения по существу постоянного реологического профиля бурового раствора на масляной основе в диапазоне температур от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C) при использовании такой композиции на основе органоглины в качестве добавки к буровому раствору.
8
9
10
11
+
8
9
10
9
10
9
10
11
В случае композиции на основе органоглины, включающей филлосиликатную глину и ионы четвертичного аммония, имеющие формулу [NRRRR], каждый один или более из R, R и R является третьей нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода. В вариантах осуществления, когда один или более из R и R не является третьей нормальной алкильной группой, то тогда каждый R и R является четвертой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атомов углерода. R выбран из пятой нормальной алкильной группы, содержащей в общей сложности 1-6 атомов углерода, арильной группы и их смесей.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Первый вариант осуществления
1
2
3
4
+
1
2
3
a
b
c
d
+
a
b
c
d
В настоящем изобретении предложены композиции на основе органоглины, где филлосиликатная глина подвергнута обмену с ионами четвертичного аммония, имеющими формулу [NRRRR], в которой по меньшей мере один из R, R и R является смесью разветвленных алкильных групп. Неожиданно было обнаружено, что такие композиции на основе органоглины демонстрируют другие свойства по сравнению с известными композициями на основе органоглины, подвергнутыми обмену с ионами четвертичного аммония, имеющими формулу [NRRRR], в которой по меньшей мере один из R, R, R и R является не смесью разветвленных алкильных групп, а одной разветвленной алкильной группой, такой как 12-метилстеарильная, точка разветвления которой расположена в одном положении на нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы.
13
В каждом из вариантов осуществления, "по существу не содержит четвертичных атомов углерода" ниже означает, что четвертичный атом углерода не обнаруживается с помощью C ЯМР.
1
2
3
4
+
1
2
3
2
3
2
3
4
2
3
4
2
3
4
2
3
4
1
3
В одном варианте осуществления в настоящем описании предложена композиция на основе органоглины, включающая: филлосиликатную глину; и ионы четвертичного аммония, имеющие формулу [N-RRRR], в которой один или более из R, R и R являются смесью разветвленных алкильных групп, причем каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 12-22 атома углерода, нормальную основную цепь и одну или более C-C разветвляющих алкильных групп, где разветвляющие алкильные группы распределены в различных углеродных положениях по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы; и в случае, когда один или более из R и R не являются разветвленными алкильными группами, один или более из R и R являются первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атомов углерода. R выбран из группы, состоящей из: второй нормальной алкильной группы, содержащей 1-6 атомов углерода, арильной группы и их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 12-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 14-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R является первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления один или более из R и R являются метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
В некоторых вариантах осуществления разветвленная алкильная группа одного или более из R, R и R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, по меньшей мере 0,7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа одного или более из R, R и R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа одного или более из R, R и R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 5. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа одного или более из R, R и R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 3. В каждом таком варианте осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
3
+
В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа одного или более из R, R и R имеет распределение точек разветвления, распределенных по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы, в пределах от 2 положения атома углерода на нормальной основной цепи, при отсчете от положения 1 атома углерода, который связан с N, до ω-2 положения атома углерода, где ω является положением концевого атома углерода на нормальной основной цепи. В таких вариантах осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
3
1
2
3
В некоторых вариантах осуществления нормальная основная цепь разветвленной алкильной группы одного или более из R, R и R содержит менее 0,5 атом % четвертичных атомов углерода. В других вариантах осуществления нормальная основная цепь разветвленной алкильной группы один или более из R, R и R по существу не содержит четвертичных атомов углерода.
Композиция на основе органоглины может содержать достаточное количество ионов четвертичного аммония, соответствующее 50-150 процентам катионообменной емкости филлосиликата. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 90-140 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 95-130 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. Примеры органических анионов можно найти в патенте США 5,718,841, который полностью включен в настоящую заявку посредством отсылки.
В одном варианте осуществления композиции на основе органоглины, описанные в данном разделе, могут применяться в качестве добавки к буровому раствору в способе получения по существу постоянного реологического профиля бурового раствора на масляной основе в диапазоне температур от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C).
Второй вариант осуществления
1
2
3
4
+
1
2
3
4
2
3
4
2
3
4
2
3
4
1
3
В одном варианте осуществления в настоящем описании предложена композиция на основе органоглины, включающая: филлосиликатную глину; и ионы четвертичного аммония, имеющие формулу [NRRRR], где R является смесью разветвленных алкильных групп, причем каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 12-22 атома углерода, нормальную основную цепь и одну или более C-C разветвляющих алкильных групп, где разветвляющие алкильные группы распределены в различных положениях углерода на нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы; и где R и R независимо выбраны из группы, состоящей из: первой нормальной алкильной группы, содержащей в общей сложности 1-22 атома углерода, где R выбран из группы, состоящей из: второй нормальной алкильной группы, содержащей 1-6 атомов углерода, арильной группы и их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 12-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 14-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R является первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления один или более из R и R являются метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
1
1
1
1
В некоторых вариантах осуществления разветвленная алкильная группа R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, по меньшей мере 0,7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 5. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 3. В каждом таком варианте осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
+
В некоторых вариантах осуществления разветвленная алкильная группа R имеет распределение точек разветвления, распределенных по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы, в пределах от 2 положения атома углерода на нормальной основной цепи, при отсчите от положения 1 атома углерода, который связан с N, до ω-2 положения атома углерода, где ω является положением концевого атома углерода на нормальной основной цепи. В таких вариантах осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
1
В некоторых вариантах осуществления нормальная основная цепь разветвленной алкильной группы R содержит меньше 0,5 атом % четвертичных атомов углерода. В других вариантах осуществления нормальная основная цепь разветвленной алкильной группы R по существу не содержит четвертичных атомов углерода.
Композиция на основе органоглины может содержать достаточное количество ионов четвертичного аммония, соответствующее 50-150 процентам катионообменной емкости филлосиликата. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 90-140 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 95-130 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. Примеры органических анионов можно найти в патенте США 5,718,841, который полностью включен в настоящую заявку посредством отсылки.
В одном варианте осуществления композиции на основе органоглины, описанные в данном разделе, могут применяться в качестве добавки к буровому раствору в способе получения по существу постоянного реологического профиля бурового раствора на масляной основе в диапазоне температур от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C).
Третий вариант осуществления
1
2
3
4
+
1
2
3
4
3
4
3
4
3
4
1
3
В одном варианте осуществления в настоящем описании предложена композиция на основе органоглины, включающая: филлосиликатную глину; и ионы четвертичного аммония, имеющие формулу [NRRRR], в которой R и R являются смесью разветвленных алкильных групп, причем каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 12-22 атома углерода, нормальную основную цепь и одну или более C-C разветвляющих алкильных групп, где разветвляющие алкильные группы распределены в различных углеродных положениях на нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы; и где R является первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атома углерода, R выбран из группы, состоящей из: второй нормальной алкильной группы, содержащей в общей сложности 1-6 атомов углерода, арильной группы и их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 12-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 14-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления R является первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления R является метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R и R является метилом.
1
2
1
2
1
2
1
2
В некоторых вариантах осуществления разветвленная алкильная группа в R и R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, по меньшей мере 0,7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа в R и R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа в R и R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 5. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа в R и R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 3. В каждом таком варианте осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
+
В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа R и R имеет распределение точек разветвления, распределенных по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы, в пределах от 2 положения атома углерода на нормальной основной цепи, при отсчете от 1 положения атома углерода, который связан с N, до ω-2 положения атома углерода, где ω является положением концевого атома углерода на нормальной основной цепи. В таких вариантах осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
1
2
В некоторых вариантах осуществления нормальная основная цепь каждой разветвленной алкильной группы R и R содержит меньше 0,5 атом % четвертичных атомов углерода. В других вариантах осуществления нормальная основная цепь каждой разветвленной алкильной группы R и R по существу не содержит четвертичных атомов углерода.
Композиция на основе органоглины может содержать достаточное количество ионов четвертичного аммония, соответствующее 50-150 процентам катионообменной емкости филлосиликата. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 90-140 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 95-130 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. Примеры органических анионов можно найти в патенте США 5,718,841, который полностью включен в настоящую заявку посредством отсылки.
В одном варианте осуществления композиции на основе органоглины, описанные в данном разделе, могут применяться в качестве добавки к буровому раствору в способе получения по существу постоянного реологического профиля бурового раствора на масляной основе в диапазоне температур от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C).
Четвертый вариант осуществления
1
2
3
4
+
1
2
3
4
4
4
4
1
3
В одном варианте осуществления в настоящем описании предложена композиция на основе органоглины, включающая: филлосиликатную глину; и ионы четвертичного аммония, имеющие формулу [NRRRR], в которой каждый R, R и R является смесью разветвленных алкильных групп, причем каждая разветвленная алкильная группа содержит в общей сложности 12-22 атома углерода, нормальную основную цепь и один или более C-C разветвляющих алкильных групп, где разветвляющие алкильные группы распределены в различных углеродных положениях по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы; и где R выбран из группы, состоящей из: второй нормальной алкильной группы, содержащей 1-6 атомов углерода, алкила, арильной группы и их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа содержит 12-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа содержит 14-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления R является метилом.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа R, R и R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, по меньшей мере 0,7. В некоторых других вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа R, R и R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 7. В некоторых других вариантах осуществления каждый разветвленная алкильная группа R, R и R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 5. В некоторых других вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа R, R и R имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 3. В каждом таком варианте осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
3
+
В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа R, R и R имеет распределение точек разветвления, распределенных по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы, в пределах от 2 положения атома углерода на нормальной основной цепи, при отсчете от положения 1 углерода атома, который связан с N, до ω-2 положения атома углерода, где ω является положением концевого атома углерода на нормальной основной цепи. В таких вариантах осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
3
1
2
3
В некоторых вариантах осуществления нормальная основная цепь каждой разветвленной алкильной группы R, R и R содержит меньше 0,5 атом % четвертичных атомов углерода. В других вариантах осуществления нормальная основная цепь каждой разветвленной алкильной группы R, R и R по существу не содержит четвертичных атомов углерода.
Композиция на основе органоглины может содержать достаточное количество ионов четвертичного аммония, соответствующее 50-150 процентам катионообменной емкости филлосиликата. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 90-140 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 95-130 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. Примеры органических анионов можно найти в патенте США 5,718,841, который полностью включен в настоящую заявку посредством отсылки.
В одном варианте осуществления композиции на основе органоглины, описанные в данном разделе, могут применяться в качестве добавки к буровому раствору в способе получения по существу постоянного реологического профиля бурового раствора на масляной основе в диапазоне температур от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C).
Пятый вариант осуществления
1
2
3
4
+
8
9
10
11
+
1
2
3
4
+
1
2
3
2
3
2
3
4
2
3
4
2
3
4
2
3
4
1
3
В одном варианте осуществления в настоящем описании предложена композиция на основе органоглины, включающая смесь (i) филлосиликатной глины и ионов четвертичного аммония, имеющих формулу [NRRRR], и (ii) филлосиликатной глины и ионов четвертичного аммония, имеющих формулу [NRRRR]. В случае композиции на основе органоглины, включающей филлосиликатную глину и ионы четвертичного аммония, имеющие формулу [NRRRR], каждый один или более из R, R и R является смесью разветвленных алкильных группа, каждая из которых содержит в общей сложности 12-22 атома углерода, где разветвленная алкильная группа содержит одну или более C-C алкильных групп, распределенных в различных углеродных положениях по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы. В некоторых вариантах осуществления разветвленная алкильная группа может содержать в общей сложности 12-18 атомов углерода или в общей сложности 14-18 атомов углерода. В вариантах осуществления, когда один или более из R и R не является разветвленной алкильной группой, каждый R и R является первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атома углерода. R выбран из группы, состоящей из второй нормальной алкильной группы, содержащей 1-6 атомов углерода, арильной группы и их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R является второй нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода; и R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления, один или более из R и R являются метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
8
9
10
11
+
8
9
10
9
10
9
10
11
9
10
11
9
10
11
9
10
11
В случае композиции на основе органоглины, включающей филлосиликатную глину и ионы четвертичного аммония, имеющие формулу [NRRRR], каждый один или более из R, R и R является третьей нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода. В вариантах осуществления, когда один или более из R и R не является третьей нормальной алкильной группой, то тогда каждый R и R является четвертой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атома углерода. R выбран из пятой нормальной алкильной группы, содержащей в общей сложности 1-6 атомов углерода, арильной группы и их смесей. В некоторых вариантах осуществления третья нормальная алкильная группа может содержать в общей сложности 12-18 атомов углерода или в общей сложности 14-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R является четвертой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления один или более из R и R являются метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
1
2
3
4
+
1
2
3
4
+
1
2
3
4
+
1
2
3
4
+
В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа в [NRRRR] имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, по меньшей мере 0,7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа в [NRRRR] имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа в [NRRRR] имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 5. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа в [NRRRR] имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 3. В каждом таком варианте осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
3
4
+
+
В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа в [NRRRR] имеет распределение точек разветвления, распределенных по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы, в пределах от 2 положения атома углерода на нормальной основной цепи, при отсчете от положения 1 атома углерода, который связан с N, до ω-2 положения атома углерода, где ω является положением концевого атома углерода на нормальной основной цепи. В таких вариантах осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
3
4
+
1
2
3
4
+
В некоторых вариантах осуществления нормальная основная цепь каждой разветвленной алкильной группы в [NRRRR], содержит меньше 0,5 атом % четвертичных атомов углерода. В других вариантах осуществления нормальная основная цепь каждой разветвленной алкильной группы в [NRRRR] по существу не содержит четвертичных атомов углерода.
Композиция на основе органоглины может содержать достаточное количество ионов четвертичного аммония, соответствующее 50-150 процентам катионообменной емкости филлосиликата. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 90-140 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 95-130 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. Примеры органических анионов можно найти в патенте США 5,718,841, который полностью включен в настоящую заявку посредством отсылки.
В одном варианте осуществления композиции на основе органоглины, описанные в данном разделе, могут применяться в качестве добавки к буровому раствору в способе получения по существу постоянного реологического профиля бурового раствора на масляной основе в диапазоне температур от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C).
Шестой вариант осуществления
1
2
3
4
+
1
8
9
10
11
+
8
9
10
1
2
3
4
+
1
1
2
3
4
+
2
3
4
2
3
4
2
3
4
2
3
4
1
3
В одном варианте осуществления в настоящем описании предложена композиция на основе органоглины, включающая смесь (i) филлосиликатной глины и ионов четвертичного аммония, имеющих формулу [NRRRR], в которой R является смесью разветвленных алкильных групп, содержащих в общей сложности 12-22 атома углерода, и (ii) филлосиликатной глины и ионов четвертичного аммония, имеющих формулу [NRRRR], в которой каждый один или более из R, R и R является третьей нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода. В некоторых вариантах осуществления композиции на основе органоглины, содержащей филлосиликатную глину и ионы четвертичного аммония, имеющие формулу [NRRRR], разветвленная алкильная группа R имеет одну или более C-C алкильных групп, распределенных в различных углеродных положениях по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы. В некоторых вариантах осуществления разветвленная алкильная группа в [NRRRR] может содержать в общей сложности 12-18 атомов углерода или в общей сложности 14-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R является первой нормальной алкильной группой, содержащей 1-22 атомов углерода, и R выбран из: второй нормальной алкильной группы, содержащей в общей сложности 1-6 атомов углерода, арильной группы. В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R является первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода, в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления один или более из R и R являются метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
8
9
10
11
+
9
10
11
8
9
10
11
+
9
10
11
9
10
11
9
10
11
В некоторых вариантах осуществления композиции на основе органоглины, содержащей филлосиликатную глину и ионы четвертичного аммония, имеющие формулу [NRRRR], каждый один или более из R и R является четвертой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атома углерода. R выбран из пятой нормальной алкильной группы, содержащей в общей сложности 1-6 атомов углерода, арильной группы и их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления третья нормальная алкильная группа в [NRRRR] может содержать в общей сложности 12-18 атомов углерода или в общей сложности 14-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R является четвертой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления один или более из R и R являются метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
1
1
2
3
4
+
1
1
2
3
4
+
1
1
2
3
4
+
1
1
2
3
4
+
В некоторых вариантах осуществления разветвленная алкильная группа R в [NRRRR] имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, по меньшей мере 0,7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа R в [NRRRR] имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа R в [NRRRR] имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 5. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа R в [NRRRR] имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 3. В каждом таком варианте осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
1
2
3
4
+
1
+
В некоторых вариантах осуществления разветвленная алкильная группа R в [NRRRR] имеет распределение точек разветвления, распределенных по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы R, в пределах от 2 положения атома углерода на нормальной основной цепи, при отсчете от положения 1 атома углерода, который связан с N, до ω-2 положения атома углерода, где ω является положением концевого атома углерода на нормальной основной цепи. В таких вариантах осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
1
2
3
4
+
1
1
2
3
4
+
В некоторых вариантах осуществления нормальная основная цепь разветвленной алкильной группы R в [NRRRR] содержит меньше 0,5 атом % четвертичных атомов углерода. В других вариантах осуществления нормальная основная цепь разветвленной алкильной группы R в [NRRRR] по существу не содержит четвертичных атомов углерода.
Композиция на основе органоглины может содержать достаточное количество ионов четвертичного аммония, соответствующее 50-150 процентам катионообменной емкости филлосиликата. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 90-140 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 95-130 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. Примеры органических анионов можно найти в патенте США 5,718,841, который полностью включен в настоящую заявку посредством отсылки.
В одном варианте осуществления композиции на основе органоглины, описанные в данном разделе, могут применяться в качестве добавки к буровому раствору в способе получения по существу постоянного реологического профиля бурового раствора на масляной основе в диапазоне температур от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C).
Седьмой вариант осуществления
1
2
3
4
+
1
2
8
9
10
11
+
8
9
10
1
2
3
4
+
3
4
3
4
3
4
3
4
1
3
В одном варианте осуществления в настоящем описании предложена композиция на основе органоглины, включающая смесь (i) филлосиликатной глины и ионов четвертичного аммония, имеющих формулу [NRRRR], в которой каждый R и R является смесью разветвленных алкильных групп, содержащих в общей сложности 12-22 атома углерода, и (ii) филлосиликатной глины и ионов четвертичного аммония, имеющих формулу [NRRRR], в которой каждый один или более из R, R и R являются третьей нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода. В некоторых вариантах осуществления композиции на основе органоглины, включающей смесь (i) филлосиликатной глины и ионов четвертичного аммония, имеющих формулу [NRRRR], разветвленная алкильная группа содержит одну или более C-C алкильных групп, распределенных в различных углеродных положениях по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы. В некоторых вариантах осуществления разветвленная алкильная группа может содержать в общей сложности 12-18 атомов углерода или в общей сложности 14-18 атомов углерода. R является первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атома углерода, R выбран из второй нормальной алкильной группы, содержащей 1-6 атомов углерода, арильной группы и их смесей. В некоторых вариантах осуществления R является первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода, в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода; и R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления R является метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R и R является метилом.
8
9
10
11
+
9
10
9
10
11
11
9
10
11
9
10
11
В некоторых вариантах осуществления композиции на основе органоглины, включающей филлосиликатную глину и ионы четвертичного аммония, имеющие формулу [NRRRR], третья нормальная алкильная группа может содержать в общей сложности 12-18 атомов углерода или в общей сложности 14-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R является четвертой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атома углерода. В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R является четвертой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления R выбран из пятой нормальной алкильной группы, содержащей в общей сложности 1-6 атомов углерода, арильной группы и их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления один или более из R и R являются метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
1
2
1
2
3
4
+
1
2
1
2
3
4
+
1
2
1
2
3
4
+
1
2
1
2
3
4
+
В некоторых вариантах осуществления разветвленные алкильные группы R и R в [NRRRR] имеют среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, по меньшей мере 0,7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленные алкильные группы R и R в [NRRRR] имеют среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленные алкильные группы R и R в [NRRRR] имеют среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 5. В некоторых других вариантах осуществления разветвленные алкильные группы R и R в [NRRRR] имеют среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 3. В каждом таком варианте осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
1
2
3
4
+
1
2
+
В некоторых вариантах осуществления разветвленные алкильные группы R и R в [NRRRR] имеют распределение точек разветвления, распределенных по нормальной основной цепи разветвленных алкильных групп R и R, в пределах от 2 положения атома углерода на нормальной основной цепи, при отсчете от положения 1 атома углерода, который связан с N, до ω-2 положения атома углерода, где ω является положением концевого атома углерода на нормальной основной цепи. В таких вариантах осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
1
2
3
4
+
1
2
1
2
3
4
+
В некоторых вариантах осуществления нормальная основная цепь разветвленных алкильных групп R и R в [NRRRR] содержит меньше 0,5 атом % четвертичных атомов углерода. В других вариантах осуществления нормальная основная цепь разветвленных алкильных групп R и R в [NRRRR] по существу не содержит четвертичных атомов углерода.
Композиция на основе органоглины может содержать достаточное количество ионов четвертичного аммония, соответствующее 50-150 процентам катионообменной емкости филлосиликата. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 90-140 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 95-130 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. Примеры органических анионов можно найти в патенте США 5,718,841, который полностью включен в настоящую заявку посредством отсылки.
В одном варианте осуществления композиции на основе органоглины, описанные в данном разделе, могут применяться в качестве добавки к буровому раствору в способе получения по существу постоянного реологического профиля бурового раствора на масляной основе в диапазоне температур от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C).
Восьмой вариант осуществления
1
2
3
4
+
1
2
3
4
8
9
10
11
+
8
9
10
11
В одном варианте осуществления в настоящем описании предложена композиция на основе органоглины, включающая смесь (i) филлосиликатной глины и ионов четвертичного аммония, имеющих формулу [NRRRR], в которой каждый R, R и R является смесью разветвленных алкильных групп, содержащих в общей сложности 12-22 атома углерода, и R является второй нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-6 атомов углерода, арилом и их смесями, и (ii) филлосиликатной глины и ионов четвертичного аммония, имеющих формулу [NRRRR], в которой каждый один или более из R, R и R являются третьей нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода, и R независимо выбран из пятой нормальной алкильной группы, содержащей в общей сложности 1-6 атомов углерода, арила и их смесей.
1
3
4
4
4
В некоторых вариантах осуществления разветвленная алкильная группа содержит одну или более C-C алкильных групп, распределенных в различных углеродных положениях по нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы. В некоторых вариантах осуществления разветвленная алкильная группа может содержать в общей сложности 12-18 атомов углерода или в общей сложности 14-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления третья нормальная алкильная группа может содержать в общей сложности 12-18 атомов углерода или в общей сложности 14-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R является метилом.
9
10
9
10
11
9
10
11
9
10
11
В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R является четвертой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атома углерода. В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R является четвертой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода, и R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления один или более из R и R являются метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
1
2
3
1
2
3
4
+
1
2
3
1
2
3
4
+
1
2
3
1
2
3
4
+
1
2
3
1
2
3
4
+
В некоторых вариантах осуществления разветвленные алкильные группы R, R и R в [NRRRR] имеют среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, по меньшей мере 0,7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленные алкильные группы R, R и R в [NRRRR] имеют среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленные алкильные группы R, R и R в [NRRRR] имеют среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 5. В некоторых других вариантах осуществления разветвленные алкильные группы R, R и R в [NRRRR] имеют среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 3. В каждом таком варианте осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
3
1
2
3
4
+
1
2
3
+
В некоторых вариантах осуществления разветвленные алкильные группы R, R и R в [NRRRR] имеют распределение точек разветвления, распределенных по нормальной основной цепи разветвленных алкильных групп R, R и R, в пределах от 2 положения атома углерода на нормальной основной цепи, при отсчете от положения 1 атома углерода, который связан с N, до ω-2 положения атома углерода, где ω является положением концевого атома углерода на нормальной основной цепи. В таких вариантах осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
3
1
2
3
4
+
1
2
3
1
2
3
4
+
В некоторых вариантах осуществления нормальная основная цепь разветвленных алкильных групп R, R и R в [NRRRR] содержит меньше 0,5 атом % четвертичных атомов углерода. В других вариантах осуществления нормальная основная цепь разветвленных алкильных групп R, R и R в [NRRRR] по существу не содержит четвертичных атомов углерода.
Композиция на основе органоглины может содержать достаточное количество ионов четвертичного аммония, соответствующее 50-150 процентам катионообменной емкости филлосиликата. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 90-140 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 95-130 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. Примеры органических анионов можно найти в патенте США 5,718,841, который полностью включен в настоящую заявку посредством отсылки.
В одном варианте осуществления композиции на основе органоглины, описанные в данном разделе, могут применяться в качестве добавки к буровому раствору в способе получения по существу постоянного реологического профиля бурового раствора на масляной основе в диапазоне температур от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C).
Девятый вариант осуществления
1
2
3
4
+
1
2
3
8
9
10
11
+
8
9
10
1
3
В одном варианте осуществления в настоящем описании предложена композиция на основе органоглины, включающая филлосиликатную глину и смесь четвертичных ионов аммония, имеющих формулы (i) [NRRRR], в которой каждый один или более из R, R и R является смесью разветвленных алкильных групп, каждая из которых содержит в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 12-18 атомов углерода или в общей сложности 14-18 атомов углерода, и (ii) [NRRRR], в которой каждый один или более из R, R и R являются третьей нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 12-18 атомов углерода или в общей сложности 14-18 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления разветвленная алкильная группа содержит одну или более C-C алкильных групп, распределенных в различных углеродных положениях на нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы.
1
2
3
4
+
2
3
2
3
4
2
3
4
2
3
4
2
3
4
В некоторых вариантах осуществления четвертичного иона аммония, имеющего формулу (i) [NRRRR], когда один или более из R и R не являются разветвленными алкильными группами, каждый один или более из R и R являются первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атомов углерода. R независимо выбран из второй нормальной алкильной группы, содержащей в общей сложности 1-22 атома углерода, арильной группы и их смесей. В некоторых вариантах осуществления каждый один или более из R и R являются первой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода; и R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления один или более из R и R являются метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
8
9
10
11
+
8
9
10
11
11
9
10
11
9
10
11
В некоторых вариантах осуществления четвертичного иона аммония, имеющего формулу [NRRRR], R является третьей нормальной алкильной группой, и каждый R и R является четвертой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атома углерода, и R выбран из пятой нормальной алкильной группы, содержащей в общей сложности 1-6 атомов углерода, арильной группы и их смесей. Четвертая нормальная алкильная группа может содержать в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода. R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления, один или более из R и R являются метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
8
9
10
11
+
8
9
10
11
11
9
10
11
9
10
11
В некоторых вариантах осуществления четвертичного иона аммония, имеющего формулу [NRRRR], R и R являются третьей нормальной алкильной группой, и R является четвертой нормальной алкильной группой, содержащей в общей сложности 1-22 атома углерода, и R выбран из пятой нормальной алкильной группы, содержащей в общей сложности 1-6 атомов углерода, арильной группы и их смесей. Четвертая нормальная алкильная группа может содержать в общей сложности 12-22 атома углерода; в общей сложности 1-6 атомов углерода или в общей сложности 7-11 атомов углерода. R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления один или более из R и R являются метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
8
9
10
11
+
8
9
10
11
11
9
10
11
9
10
11
В некоторых вариантах осуществления четвертичного иона аммония, имеющего формулу [NRRRR], R, R и R являются третьей нормальной алкильной группой, и R выбран из пятой нормальной алкильной группы, содержащей в общей сложности 1-6 атомов углерода, арильной группы и их смесей. R независимо является бензильной группой, метильной группой, этильной группой, пропильной группой, бутильной группой, пентильной группой или гексильной группой. В некоторых других вариантах осуществления один или более из R и R являются метилом, и R является бензилом. В некоторых других вариантах осуществления каждый R, R и R является метилом.
1
2
3
4
+
1
2
3
4
+
1
2
3
4
+
1
2
3
4
+
В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа в [NRRRR] имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, по меньшей мере 0,7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа в [NRRRR] имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 7. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа в [NRRRR] имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 5. В некоторых других вариантах осуществления разветвленная алкильная группа в [NRRRR] имеет среднее количество разветвлений, на разветвленную алкильную группу, в пределах от 0,7 до 3. В каждом таком варианте осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
3
4
+
+
В некоторых вариантах осуществления каждая разветвленная алкильная группа в [NRRRR] имеет распределение точек разветвления, распределенных на нормальной основной цепи разветвленной алкильной группы, в пределах от 2 положения атома углерода на нормальной основной цепи, при отсчете от положения 1 атома углерода, который связан с N, до ω-2 положения атома углерода, где ω является положением концевого атома углерода на нормальной основной цепи. В таких вариантах осуществления метильное разветвление составляет по меньшей мере 50% разветвляющих алкильных групп в расчете на общее количество разветвлений.
1
2
3
4
+
1
2
3
4
+
В некоторых вариантах осуществления нормальная основная цепь каждой разветвленной алкильной группы в [NRRRR] содержит меньше 0,5 атом % четвертичных атомов углерода. В других вариантах осуществления нормальная основная цепь каждой разветвленной алкильной группы в [NRRRR] по существу не содержит четвертичных атомов углерода.
Композиция на основе органоглины может содержать достаточное количество ионов четвертичного аммония, соответствующее 50-150 процентам катионообменной емкости филлосиликата. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 90-140 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. В некоторых вариантах осуществления ионы четвертичного аммония присутствуют в концентрации 95-130 процентов катионообменной емкости филлосиликата, где положительный заряд четвертичного иона, превышающий обменную емкость, сбалансирован неорганическим анионом или органическим анионом, или анионным полимером. Примеры органических анионов можно найти в патенте США 5,718,841, который полностью включен в настоящую заявку посредством отсылки.
В одном варианте осуществления композиции на основе органоглины, описанные в данном разделе, могут применяться в качестве добавки к буровому раствору в способе получения по существу постоянного реологического профиля бурового раствора на масляной основе в диапазоне температур от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C).
Получение ионов четвертичного аммония
Ионы четвертичного аммония получают при кватернизации жирных аминов алкилирующими агентами, такими как метилхлорид, бензилхлорид и т.п. Следует отметить, что жирные амины могут содержать одну или более алкильных цепей на аминогруппу. Были разработаны различные промышленные способы получения жирных (с длинной алкильной цепью) аминов. Жирные кислоты могут быть с легкостью превращены в жирные амины при использовании нитрильного способа, описанного, например, в US 5,634,969. Жирные амины могут быть также получены из реакции жирного спирта с аминирующими агентами, как раскрыто, например, в US 4,683,336 или US 4,994,620. В альтернативе олефины с длинной алкильной цепью и внутренней и/или концевой двойной связью могут быть превращены в жирные амины при гидробромировании и реакции с аминирующими агентами, как раскрыто в US 4,024,189 или US 7,342,136. Указанные олефины могут быть получены при олигомеризации более коротких олефинов или при расщеплении более крупных молекул твердого парафина.
Цепи жирных алкилов могут быть получены из множества природных олеохимических источников. Эти источники могут использоваться для получения сырья для нитрильного или спиртового путей синтеза, которые дают жирные амины. Жирные кислоты пальмового масла или животных жиров являются популярным сырьем для производства органоглины благодаря их стоимости и доступности. Большинство жирных кислот, которые получены из животных или растительных источников, являются нормальными. Жирные кислоты могут быть превращены в жирные спирты, которые затем используются в жирно-спиртовом пути для получения жирных аминов.
Насыщенные жирные кислоты с разветвленной цепью также могут быть получены из природных жирных кислот. Изостеариновая кислота является побочным продуктом при получении димеров кислот, однако выходы являются относительно низкими, что делает такие материалы дорогостоящими. Недавно значительные успехи были достигнуты при изомеризации природного сырья, при этом нормальные алкильные цепи можно превращать в разветвленные алкильные цепи, US 5,677,473. Технология, описанная в US 2011/0263884, раскрывает высокоэффективный способ скелетной изомеризации ненасыщенных нормальных жирных кислот, таких как олеиновая кислота. Способ является высокоселективным и экономически выгодным (Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51, 12041-12045). Изостеариновая кислота обычно представляет собой изомерную смесь, в которой разветвление происходит в различных положениях цепи. Изостеариновые кислоты выпускают под торговыми наименованиями Century, Emersol, Emery, Oxocol и Prisorine.
1
13
Были разработаны нефтехимические способы, в которых природный газ или олефины, такие как этилен, пропилен и т.п., превращают в жирные алкильные цепи с получением таких продуктов, как, например, жирные спирты. Крекинг парафина также может давать длиноцепочечные олефины, которые могут быть превращены в жирные спирты в процессе гидроформилирования. Характеристики полученных нефтехимическими способами нормальных первичных спиртов и производных во многих областях применения сопоставимы со спиртовыми продуктами, полученными из масел, поскольку их химический состав по существу одинаковый. Однако различные нефтехимические процессы могут также давать цепи с определенной степенью разветвленности. Все спирты Циглера, Фишера-Тропша, оксосинтеза и Гурбета содержат различные степени разветвленных алкильных цепей. Типичными длинноцепочечными нефтехимическими спиртами, которые выпускаются промышленно, являются спирты NEODOL (Shell), EXXAL (Exxon) и ALFOL, SAFOL, MARLIPAL, ISALCHEM, ALCHEM и LIAL (Sasol). В патентах США 5,849,960, 6,150,322, 7,781,390, а также в указанных в них ссылках, описаны способы и композиции нормальных, а также разветвленных нефтехимических спиртов. Скелетная изомеризация длинноцепочечных олефинов в разветвленные олефины, с последующим селективным гидроформилированием, дает разветвленные спирты, такие как NEODOL 67, который является сильно разветвленным спиртом (Handbook of Detergents, Part F: Production). Следовательно, разветвление алкилов может произойти в любом положении вокруг алкильной цепи, при этом разветвляющей группой может быть метил, этил или еще более длинные алкильные группы. Среднее количество разветвлений на алкильную цепь может быть определено с помощью H и C ЯМР анализа, тогда как распределение длины алкильной цепи можно оценить с помощью ГХ. Среднее разветвление на алкильную цепь выше единицы означает, что некоторые алкильные цепи имеют больше одного разветвления на алкильную цепь.
Филлосиликатные глины
Филлосиликатная глина включает природную или синтетическую филлосиликатную глину, или их смеси, которые подвергают ионообменным реакциям с катионами четвертичного аммония, получая органоглину. Типичные природные филлосиликатные глины включают смектиты, палыгорскит, сепиолит, вермикулиты и слюды. Примеры глин смектитового типа включают монтмориллонит, бентонит, гекторит, сапонит, стевенсит и бейделлит. В некоторых вариантах осуществления филлосиликатная глина включает бентониты, такие как гекторит и бентонит вайомингского типа. В некоторых вариантах осуществления филлосиликатная глина является смесью гекторита и бентонита. Бентонит и его свойства подробно описаны в главе, озаглавленной "Bentonite", в Carr, D., ed. 1994, Industrial Minerals and Rocks, 6th Edition (опубликовано Society For Mining, Metallurgy and Exploration, Colorado). Глины смектитового типа известны в уровне техники и доступны на рынке из множества источников. Филлосиликатные глины, которые могут применяться в соответствии с настоящим изобретением, подробно описаны в "Hydrous Phyllosilicates, Reviews in Mineralogy, Volume 19, S.W. Bailey, editor". Другую полезную литературу можно найти в серии изданий Elsevier, озаглавленной "Developments in Clay Science", в частности в Volume 5, под названием "Handbook of Clay Science".
Смектитовые глины представляют собой слоистые, пластинчатые, гидрофильные силикатные материалы. В сухом состоянии слои глины размера порядка нескольких нанометров обычно уложены один на другой, при этом такие пакеты, или тактоиды, агломерированы в частицы. Однако пластинки самопроизвольно отделяются друг от друга при диспергировании сухого порошка глины в воде. Такое "разделение слоев" иногда также называют "отслоением слоев". Слои смектитовой глины несут общий отрицательный заряд на пластинках, который нейтрализован катионами металлов, которые расположены на поверхности пластинок. Органоглина формируется при обмене катионов металлов с органическими катионами. Эта реакция может быть частично завершена или доведена до завершения. Органическая обработка поверхности часто требуется для улучшения совместимости глины с органическими системами. Подобно "первозданным" неорганическим глинам, в воде органоглины могут расслаиваться в органических системах (растворители, полимеры); то есть слои глины, которые теперь несут органические катионы, отделяются друг от друга при отслоении в указанных системах.
В варианте осуществления филлосиликатная глина может включать необработанную глину или модифицированную глину. Необработанная глина содержит примеси или неглинистый материал, тогда как из модифицированной глины примеси в значительной степени удалены. В варианте осуществления при использовании необработанной глины может быть достигнуто существенное снижение издержек, поскольку исключаются этапы процесса модификации глины и превращения в натриевую форму.
В некоторых вариантах осуществления филлосиликатные глины включают синтетические филлосиликатные глины, в том числе синтетический вермикулит, синтетический смектит, синтетический гекторит, синтетический фторгекторит и синтетическую слюду. Характеристики органоглин на основе синтетической глины могут отличаться, в положительную или отрицательную сторону, от органоглин на основе природных глин. Такие различия могут быть обусловлены их химическим составом и гомогенностью, ионообменной емкостью, положением ионообменных участков, примесями, площадью поверхности, размером и распределением пластинок и/или другими причинами. Эти глины также могут быть необязательно очищены, в случае необходимости.
Способные к обмену неорганические катионы филлосиликатной глины могут являться катионом натрия или другим катионом. Предпочтительно способные к обмену катионы будут натрием. В некоторых вариантах осуществления способные к обмену катионы могут быть смесью натрия, магния и кальция. В одном варианте осуществления может применяться натриевая форма смектитовой глины. Для получения натриевой формы согласно одному варианту осуществления, бентонитовая глина может быть превращена в натриевую форму при приготовлении водной суспензии глины и пропускании суспензии через слой катионообменной смолы в натриевой форме. В другом варианте осуществления натриевая форма смектитовой глины может быть получена при смешивании глины с водой и растворимым соединением натрия, таким как карбонат натрия, гидроксид натрия и т.д.
В варианте осуществления филлосиликатная глина включает глину смектитового типа, имеющую катионообменную емкость по меньшей мере 45 ммоль на 100 граммов глины, на 100% активной глины, согласно определению с помощью известного аммонийацетатного способа или эквивалентного способа. В другом варианте осуществления филлосиликатная глина включает глину смектитового типа, имеющую катионообменную емкость по меньшей мере 75 ммоль на 100 граммов глины, на 100% активной глины.
Глина может быть в перемешанной или неперемешанной форме вышеперечисленных смектитовых глин. В одном варианте осуществления перемешанная форма смектитовой глины может обеспечивать улучшенные характеристики по сравнению с неперемешанным глинистым материалом. Опубликованы патенты Elementis Specialties, Inc. и правопредшественника, в которых описано перемешивание смектитовой глины, как описано в патенте США 4,695,402 и патенте США 4,742,098, которые полностью включены в настоящую заявку посредством отсылки.
Органоглины, описанные в настоящей заявке, могут применяться во множестве областей применения. В некоторых вариантах осуществления органоглины могут применяться в качестве модификаторов реологии, веществ, препятствующих расслоению, добавок для контроля оседания или в качестве адсорбентов или абсорбентов, где органоглина будет содержать другие ионные пары в своей структуре. В некоторых вариантах осуществления органоглины могут применяться в качестве добавок в смазках, клеях, уплотнительных материалах, чернилах, потребительских товарах, таких как помада, дезодорант, лак для ногтей и т.п.
В некоторых вариантах осуществления органоглины, описанные в настоящей заявке, могут применяться в системах для получения покрытий, где органоглина диспергируется в органических или основанных на растворителях, то есть неводных жидкостях, придавая целый ряд реологических и модифицирующих вязкость свойств таким жидкостям. Указанные неводные жидкости включают краски и покрытия на масляной основе, а также чернила на масляной основе, буровые растворы, герметики и клеи.
Композиция для нанесения покрытия, содержащая композиции на основе органоглины
В одном варианте осуществления композиции на основе органоглины, описанные в настоящей заявке, могут применяться для загущения множества органических и основанных на растворителях композиций. В некоторых вариантах осуществления композиции на основе органоглины согласно настоящему изобретению могут применяться в неводных растворителях включая неводные растворы полимеров, такие как, например, раствор алкидной смолы в уайт-спирите, дисперсии полимеров в неводной среде (называемые неводными дисперсиями) и неводные краски, средства для снятия краски, клеи, чернила, уплотнительные составы, мастики, герметики, дисперсии пигментов и пигментные печатные пасты, могут быть предпочтительно загущены в соответствии с настоящим изобретением. В определенном варианте осуществления композиции на основе органоглины, описанные в настоящей заявке, особенно полезны, например, в загущающих композициях на основе алифатических и ароматических растворителей, и могут также применяться в композициях на основе полярных растворителей (кетоны, спирты, сложные эфиры). В некоторых вариантах осуществления композиции на основе органоглины согласно настоящему изобретению могут применяться, например, в иллюстративных органических композициях, включающих алифатические алкидные краски, такие как краски для "отраслевых продаж", лаки, краска на основе эпоксидных смол, полиэфиры, краски на основе модифицированных алкидных смол и алкидные, полиэфирные и акриловые краски горячей сушки, такие как промышленные краски стандартного качества, некоторые уплотнительные составы и термоотверждаемые системы, такие как составы на основе ненасыщенных полиэфирных смол. В некоторых вариантах осуществления композиции на основе органоглины согласно настоящему изобретению могут применяться, например, в ароматических высоконаполненных эмалях горячей сушки, которые включают системы на основе алкидной/меламиновой, акриловой/меламиновой и полиэфирной/меламиновой системы, включая бытовые эмали и промышленные эмали. Дополнительно композиции на основе органоглины могут применяться в высоконаполненных эмалях естественной сушки на основе алкидных и модифицированных алкидных составов.
В дополнение к системам на основе алифатических и ароматических растворителей, композиции на основе органоглины согласно настоящему изобретению также могут применяться в системах на основе нефтепродуктов и растительных масел. Иллюстративные растительные масла включают, без ограничения, соевое масло, рапсовое масло, масло канолы, пальмовое масло, масло из отрубей риса и т.п. В одном варианте осуществления композиции на основе органоглины согласно настоящему изобретению могут быть диспергированы в органической композиции для получения улучшенных вязкостных характеристик.
Количество композиций на основе органоглины, применяемое в конкретном случае, определяется многими факторами, включая тип загущаемой композиции на основе органического растворителя и требуемый уровень загущения. В весовом отношении количество композиции на основе органоглины обычно составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 1% по весу, предпочтительно от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,7% по весу, и более предпочтительно от приблизительно 0,25 до приблизительно 0,5% по весу окрасочной системы. Композиции на основе органоглины согласно настоящему изобретению также могут применяться в комбинации с другими реологическими добавками.
Полимерная смола, содержащая композиции на основе органоглины
Композиции на основе органоглины, описанные в настоящей заявке, могут быть объединены с различными полимерными смолами, с получением композитной композиции.
В некоторых вариантах осуществления полимерная смола является термопластичной смолой. В таких вариантах осуществления термопластичная смола включает полиолефин, полиуретан, полиамид, фторполимер, полиимид, поликарбонат, полиэфир, полисульфон, полилактон, полиацеталь, сополимер акрилонитрила, полифениленоксид, полифениленсульфид, полистирол, ароматический поликетон или их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления полимерная смола является термоотверждаемой смолой. В таких вариантах осуществления термоотверждаемая смола включает эпоксидные смолы, алкидные смолы, акриловые смолы, однокомпонентные и двухкомпонентные уретановые смолы, цианатные смолы, фенольные смолы, аминосмолы и их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления полимерная смола является эластомерной полимерной смолой. В таких вариантах осуществления эластомерная смола включает полибутадиен, полиизобутилен, этилен-пропиленовые сополимеры, этилен-пропилен-диеновые терполимеры, сульфированные этилен-пропилен-диеновые терполимеры, полихлорпрен, поли(2,3-диметилбутадиен), сополимер бутадиена-пентадиена, хлорсульфированные полиэтилены, полисульфидные эластомеры, силиконовые эластомеры, сополимер бутадиена-нитрила, гидрированные сополимеры нитрила-бутадиена, акриловые эластомеры, этилен-акрилатные сополимеры.
В некоторых вариантах осуществления органоглины включают в общей сложности по меньшей мере 1% по весу, более по меньшей мере 10% по весу и по меньшей мере 30% по весу композита полимера и органоглины, в расчете на общий вес композита полимера и органоглины. В некоторых вариантах осуществления органоглина составляет от 0,1% по весу до 10% по весу, от 0,5% по весу до 7% по весу или от 1% по весу до 5% по весу композита полимера и органоглины, в расчете на общий вес композита полимера и органоглины.
Применение в качестве добавки к буровому раствору
В одном варианте осуществления композиции на основе органоглины, описанные в данном разделе, могут применяться в качестве добавки к буровому раствору в способе получения по существу постоянного реологического профиля бурового раствора на масляной основе в диапазоне температур от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C).
В некоторых таких вариантах осуществления композиции согласно настоящему изобретению могут применяться в качестве добавки к буровому раствору на масляной или синтетической основе. В некоторых вариантах осуществления композиции согласно настоящему изобретению могут применяться в качестве добавки к инвертно-эмульсионным буровым растворам на масляной или синтетической основе, используемым во множестве применений в области бурения.
Термин буровой раствор на масляной или синтетической основе определяют как буровой раствор, в котором дисперсионная среда основана на углеводородах. Буровые растворы на масляной или синтетической основе, содержащие более 5% воды или солевого раствора, могут быть классифицированы как инвертно-эмульсионные буровые растворы на масляной или синтетической основе. В некоторых вариантах осуществления инвертно-эмульсионные буровые растворы на масляной или синтетической основе могут содержать воду или солевой раствор в качестве дисперсной фазы в любой пропорции до приблизительно 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% или 50%. Масляные буровые растворы могут включать инвертно-эмульсионные буровые растворы, а также все буровые растворы на масляной основе с использованием синтетических, переработанных или природных углеводородов в качестве внешней фазы.
Согласно некоторым вариантам осуществления способ получения инвертно-эмульсионных буровых растворов (масляных буровых растворов) включает применение смесителя для включения индивидуальных компонентов, входящих в состав таких растворов. В некоторых вариантах осуществления первичные и вторичные эмульгаторы и/или смачивающие вещества (смесь поверхностно-активных веществ) добавляют к масляной основе (дисперсионной среде) при умеренном перемешивании. Водная фаза, обычно солевой раствор, может быть добавлена к масляной основе/смеси поверхностно-активных веществ вместе с регуляторами щелочности и поглотителями кислого газа. В некоторых вариантах осуществления также могут быть включены реологические добавки, а также материалы для контроля водопоглощения, утяжелители и химические ингибиторы коррозии. Перемешивание затем может быть продолжено, чтобы гарантировать дисперсию каждого компонента и гомогенизацию получаемой псевдоожиженной смеси.
Согласно некоторым вариантам осуществления масляная основа/дисперсионная среда может быть выбрана из дизельного топлива, минерального масла, синтетического масла, растительного масла, рыбьего жира, парафиновых и/или сложноэфирных масел, которые могут применяться в качестве единственных компонентов или в виде смесей.
В некоторых вариантах осуществления вода в форме солевого раствора часто применяется при получении дисперсной фазы буровых растворов. Согласно некоторым вариантам осуществления вода может быть определена как водный раствор, который может содержать от приблизительно 10 до 350000 миллионных долей солей металлов, таких как соли лития, натрия, калия, магния, цезия или кальция. В некоторых вариантах осуществления солевые растворы, используемые для получения дисперсной фазы бурового раствора согласно настоящему изобретению, также могут содержать от приблизительно 5% до приблизительно 35% по весу хлорида кальция и могут содержать различное количество других растворенных солей, таких как бикарбонат натрия, сульфат натрия, ацетат натрий, борат натрия, хлорид калия, хлорид натрия или формиаты (например, натрия, кальция или цезия). В некоторых вариантах осуществления гликоли или глицерин могут использоваться вместо или в дополнение к солевым растворам.
В некоторых вариантах осуществления отношение воды (солевого раствора) к маслу в эмульсиях согласно настоящему изобретению может обеспечивать максимально возможное высокое содержание солевого раствора, при котором еще сохраняется стабильная эмульсия. В некоторых вариантах осуществления подходящие отношения масла/солевого раствора могут находиться в пределах от приблизительно 97:3 до приблизительно 50:50. В некоторых вариантах осуществления подходящие отношения масла/солевого раствора могут находиться в пределах от приблизительно 90:10 до приблизительно 60:40 или от приблизительно 80:20 до приблизительно 70:30. В некоторых вариантах осуществления предпочтительное отношение масла/солевого раствора может зависеть от конкретного масла и плотности бурового раствора. Согласно некоторым вариантам осуществления содержание воды в буровом растворе, подготовленном согласно описанию изобретения, может соответствовать содержанию водной фазы (воды) от приблизительно 0 до 50 процентов по объему.
Согласно некоторым вариантам осуществления эмульгатор также может быть добавлен в буровой раствор для получения более стабильной эмульсии. Эмульгатор может включать органические кислоты, в том числе, без ограничения, одноосновные алкановые, алкеновые или алкиновые жирные кислоты, содержащие от 3 до 20 атомов углерода, а также их смеси. Примеры этой группы кислот включают стеариновую, олеиновую, капроновую, каприновую и масляную кислоты. В некоторых вариантах осуществления может также использоваться адипиновая кислота, член ряда алифатических двуосновных карбоновых кислот. Согласно некоторым вариантам осуществления подходящие поверхностно-активные вещества или эмульгаторы включают кальциевые соли жирных кислот и лецитин. В других вариантах осуществления подходящие поверхностно-активные вещества или эмульгаторы включают окисленное талловое масло, полиаминированные жирные кислоты и неполные амиды жирных кислот.
В некоторых вариантах осуществления гетероциклические добавки, такие как соединения имидазолина, могут применяться в качестве эмульгаторов и/или смачивающих веществ в буровых растворах. В других вариантах осуществления алкилпиридины также могут применяться в качестве эмульгаторов и/или смачивающих веществ в буровых растворах.
Получаемые в промышленности аминосоединения для применения в качестве эмульгаторов могут быть получены при эпоксидировании ненасыщенных по олефиновому типу углеводородных соединений с последовательным введением N-функции при присоединении к эпоксидной группе. Реакция эпоксидированных промежуточных соединений с первичными или вторичными аминами с получением соответствующих алканоламинов может иметь значение в этом отношении. В некоторых вариантах осуществления полиамины, в особенности низшие полиамины соответствующего алкилендиаминового типа, также подходят для раскрытия эпоксидного кольца.
Другим классом олеофильных аминосоединений, которые могут подходить в качестве эмульгаторов, являются аминоамиды, получаемые из предпочтительно длинноцепочечных карбоновых кислот и полифункциональных, в особенности низших, аминов указанного выше типа. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна из функциональных аминогрупп не связана в форме амида, а остается интактной в качестве потенциально солеобразующей основной аминогруппы. Основные аминогруппы, в случае, когда они образованы в виде вторичных или третичных аминогрупп, могут содержать гидроксиалкильные заместители и, в частности, низшие гидроксиалкильные заместители, содержащие до пяти, и в некоторых вариантах осуществления до трех, атомов углерода в дополнение к олеофильной части молекулы.
Согласно некоторым вариантам осуществления подходящие N-основные исходные компоненты для получения таких аддуктов, содержащих длинноцепочечные олеофильные составные части молекулы, могут включать, без ограничения, моноэтаноламин или диэтаноламин.
В некоторых вариантах осуществления утяжелители также применяются для увеличения плотности добавки в буровой раствор до нужного уровня. В некоторых вариантах осуществления буровой раствор утяжеляют до плотности от приблизительно 8 до приблизительно 18 фунтов на галлон (0,96-2,16 кг/л) и больше. Соответствующие наполнители могут включать барит, ильменит, карбонат кальция, оксид железа и сульфид свинца. В некоторых вариантах осуществления в качестве утяжелителя используется доступный на рынке барит.
В некоторых вариантах осуществления материалы для контроля водопоглощения добавляют в буровой раствор для уменьшения утечки бурового раствора в пласт. В некоторых вариантах осуществления материалы для контроля водопоглощения в качестве основы содержат лигнит или асфальт. Подходящие добавки для уменьшения фильтрации могут включать обработанный аминами лигнит, гилсонит и/или эластомеры, такие как бутадиенстирол.
В некоторых вариантах осуществления буровые растворы могут содержать от приблизительно 0,1 фунта до приблизительно 15 фунтов (0,045-6,804 кг) добавки к буровому раствору на баррель жидкости. В других вариантах осуществления буровые растворы могут содержать от приблизительно 0,1 фунта до приблизительно 10 фунтов (0,045-4,536 кг) добавки к буровому раствору на баррель жидкости и в других вариантах осуществления буровые растворы могут содержать от приблизительно 0,1 фунта до приблизительно 5 фунтов (0,045-2,268 кг) добавки к буровому раствору на баррель жидкости.
Как показано выше, квалифицированному специалисту будет очевидно, что дополнительные добавки, такие как утяжелители, эмульгаторы, смачивающие вещества, загустители, вещества для контроля водопоглощения и другие вещества могут использоваться вместе с композицией согласно настоящему изобретению. Множество других добавок помимо реологических добавок, регулирующих вязкость и оседание, также могут использоваться в буровом растворе для получения нужных прикладных свойств, таких как, например, вещества, препятствующие оседанию, и добавки для предотвращения водопоглощения.
В некоторых вариантах осуществления различные варианты осуществления композиций на основе органоглины, описанные в настоящей заявке, применяются в качестве добавки к буровому раствору, которую добавляют в буровой раствор в количестве от приблизительно 0,1 частей/млрд до приблизительно 30 частей/млрд. В других вариантах осуществления добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор в количестве от приблизительно 0,25 частей/млрд до приблизительно 15,0 частей/млрд. В других вариантах осуществления добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор в количестве от приблизительно 0,5 частей/млрд до приблизительно 10,0 частей/млрд. В некоторых вариантах осуществления добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор в количестве приблизительно 2,5 частей/млрд. В некоторых вариантах осуществления добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор в количестве приблизительно 5,0 частей/млрд. В некоторых вариантах осуществления добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор в количестве приблизительно 10,0 частей/млрд. В некоторых вариантах осуществления добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор в количестве приблизительно 15,0 частей/млрд. В некоторых вариантах осуществления добавку к буровому раствору добавляют в буровой раствор в количестве приблизительно 20,0 частей/млрд. В некоторых вариантах осуществления меньшее количество добавки к буровому раствору согласно настоящему изобретению требуется для достижения сопоставимых результатов реологической стабильности по сравнению с известной добавкой к буровому раствору.
Добавка к буровому раствору и буровой раствор могут характеризоваться несколькими реологическими или гидравлическими аспектами, то есть ЭЦП, вязкостью при высокой скорости сдвига, вязкостью при низкой скорости сдвига, пластической вязкостью, регулирующей показатель вязкости, и пределом текучести, бурового раствора. Реологические аспекты могут быть определены при использовании вискозиметра Fann согласно стандартным методикам, которые можно найти в API RP13B-2 "Standard Procedures for Field Testing Oil-based Drilling Fluids". Показания вязкости могут быть измерены при 600 об/мин, 300 об/мин, 200 об/мин, 100 об/мин, 6 об/мин и 3 об/мин. ЭЦП может быть определена с помощью: стандартных вычислений гидравлики, которые можно найти в API RP13D "Rheology and Hydraulics of Oil-well Drilling Fluids". В рамках настоящего изобретения вязкость при высокой скорости сдвига ("HSR") соответствует вязкости, измеренной при 600 об/мин согласно методикам API RP13B-2. В рамках настоящего изобретения вязкость при низкой скорости сдвига ("LSR") соответствует вязкости, измеренной при 6 об/мин согласно методикам API RP 13B-2. Пластическая вязкость ("PV") соответствует показанию при 600 об/мин минус показание при 300 об/мин. Предел текучести ("YP") соответствует показанию при 300 об/мин минус пластическая вязкость.
В некоторых вариантах осуществления добавление добавки к буровому раствору в буровой раствор обеспечивает по существу постоянную ЭЦП при изменении температуры в пределах от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C). В рамках настоящего изобретения по существу постоянная ЭЦП может включать уменьшение или увеличение ЭЦП при таком изменении температуры. В одном варианте осуществления увеличение ЭЦП может включать: до 0,5%; до 1%; до 2%, до 3%, до 4%; до 5%; до 10%; до 20%; до 30%; и до 40%. В одном варианте осуществления уменьшение ЭЦП может включать: до 0,5%; до 1%; до 2%, до 3%, до 4%; до 5%; до 10%; до 20%; до 30%; и до 40%. В одном варианте осуществления увеличение ЭЦП может изменяться в пределах от 1% до 10%. В другом варианте осуществления увеличение ЭЦП может изменяться в пределах от 1% до 5%.
В некоторых вариантах осуществления буровой раствор согласно настоящему изобретению может иметь более низкую вязкость при 40°F (~4°C), чем обычные буровые растворы, полученные с достаточным количеством обычной органоглины для получения суспензии при температурах на забое скважины. В случае применения при буровых работах буровые растворы согласно настоящему изобретению могут допускать использование более низкой насосной мощности при перекачки буровых растворов на большие расстояния, уменьшая таким образом давление в скважине. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления общие потери бурового раствора, разрыв и повреждение пласта сведены к минимуму. В некоторых вариантах осуществления буровые растворы согласно настоящему изобретению могут поддерживать характеристики суспензии, типичные для более высоких уровней обычных органоглин при более высоких температурах. Такие характеристики суспензии могут уменьшать тенденцию бурового раствора к оседанию. Оседание может включать перемещение утяжелителя, что приводит к более высокой плотности бурового раствора во фракции с более низким содержанием жидкой фазы и более низкой плотности бурового раствора во фракции с более высоким содержанием жидкой фазы. Уменьшение оседания может быть ценным как при глубоководном бурении, так и при обычном (не глубоководном) бурении. Настоящее изобретение может быть особенно полезным в случае глубоководного бурения при охлаждении бурового раствора в райзере. Буровой раствор, в котором применяется добавка к буровому раствору согласно настоящему изобретению, будет поддерживать увеличение пониженной вязкости в райзере по сравнению с буровыми растворами, содержащими обычные реологические добавки.
Готовые буровые растворы предпочтительно содержат от 1/4 до 20 фунтов (0,1-9,1 кг) смеси согласно изобретению на баррель жидкости, более предпочтительная концентрация составляет 1/4-10 фунтов (0,1-4,5 кг) на баррель и наиболее предпочтительно 1/4-5 фунтов (0,1-2,3 кг) на баррель.
Как показано выше, квалифицированному специалисту будет очевидно, что дополнительные добавки: утяжелители, эмульгаторы, смачивающие вещества, загустители, добавки для контроля водопоглощения и другие вещества могут использоваться в сочетании с настоящим изобретением. Многие другие добавки помимо реологических добавок, регулирующих вязкость и оседание, с учетом других показателей, также могут применяться в жидкости для получения требуемых прикладных свойств, такие как, например, вещества, препятствующие оседанию, и добавки, препятствующие водопоглощению.
Буровые растворы согласно настоящему изобретению обычно имеют более низкую вязкость при высокой скорости сдвига при 40°F (~4°C), чем обычные буровые растворы, полученные с применением достаточного количества обычной органоглины для получения суспензии при температурах на забое скважины. В случае применения при буровых работах настоящие буровые растворы допускают использование более низкой насосной мощности при перекачке буровых растворов на большие расстояния, уменьшая таким образом давление в скважине. Следовательно, водопоглощение, разрыв и повреждение пласта сводятся к минимуму. Настоящее изобретение особенно полезно в случае глубоководного бурения при охлаждении бурового раствора в райзере. Буровой раствор, в котором применяется добавка к буровому раствору согласно настоящему изобретению, будет поддерживать увеличение пониженной вязкости в райзере по сравнению с буровыми растворами, содержащими обычные реологические добавки. Одним из преимуществ является стабильный реологический профиль, который соответствует по существу постоянной эквивалентной циркуляционной плотности при температуре в пределах от приблизительно 120°F (~49°C) до приблизительно 40°F (~4°C).
В рамках настоящей заявки термин "приблизительно" означает плюс или минус 10%.
ПРИМЕРЫ
В следующих примерах далее описаны и продемонстрированы иллюстративные варианты осуществления в рамках настоящего изобретения. Примеры приведены исключительно в целях иллюстрации и не должны рассматриваться как ограничения настоящего изобретения, поскольку множество вариаций возможны без отступления от его сущности и объема.
Соединения четвертичного аммония, несущие разветвленные алкильные группы, могут быть получены любым известным способом. Неограничивающие примеры синтеза для получения таких разветвленных соединений четвертичного аммония приведены ниже с использованием в качестве исходных соединений разветвленных спиртов как источника разветвленных алкилов или разветвленных жирных кислот как источника разветвленных алкилов.
Пример 1
A. Синтез четвертичного бензилдиметил- (разветвленный алкил) аммонийхлорида
Стадия 1: Синтез (разветвленный алкил) бромида из (разветвленный алкил) спирта.
В трехгорлую колбу объемом 1 л, снабженную мешалкой с приводом, термометром и капельной воронкой, вносили 113 г спирта Neodol 67. Спирт охлаждали до 0°C, погрузив колбу в баню со льдом, и медленно добавляли 55 г трибромида фосфора при перемешивании с такой скоростью, чтобы поддерживать температуру при 0°C (приблизительно два часа). Охлаждающую баню удаляли и продолжали перемешивание, пока смесь не достигала комнатной температуры; затем оставляли на ночь.
В колбу добавляли 200 мл диэтилового эфира и 200 мл деионизированной воды. pH смеси доводили до нейтрального 5% гидроксидом калия при охлаждении в бане со льдом. После этого раствор переносили в делительную воронку, нижний слой сливали, а верхний слой три раза промывали насыщенным солевым раствором. Затем верхний слой собирали и фильтровали для удаления белого осадка; в результате приблизительно 105 г разветвленного алкилбромида собирали после удаления диэтилового эфира при выпаривании на роторном испарителе.
16
17
Neodol 67 (Shell) главным образом представляет собой смесь C и C разветвленных первичных спиртов, которую получают при селективном гидроформилировании разветвленных олефинов, которые получают из этилена. Neodol 67 имеет нормальную углеводородную основную цепь, при этом одна или более разветвляющих метильных групп непосредственно связаны с основной цепью. Эти метильные разветвления распределены по основной цепи.
Стадия 2: Синтез диметил (разветвленный алкил) третичного амина
В общей сложности 30,7 г разветвленного алкилбромида (из Стадии 1) добавляли к 147 мл этанольного раствора диметиламина. Смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 24 ч, затем добавляли 10% водный раствор гидроксида натрия и смесь три раза экстрагировали диэтиловым эфиром. Органические слои промывали, сушили и затем выпаривали.
Стадия 3: Синтез диметилбензил (разветвленный алкил) четвертичного аммонийхлорида
В четырехгорлую круглодонную колбу объемом 250 мл, снабженную дефлегматором, термопарой и 2 стеклянными пробками, вносили в 20 г диметил (разветвленный алкил) третичного амина (из Стадии 2), 5,8 г бензилхлорида и примерно 100 мл изопропилового спирта. Затем к смеси при перемешивании добавляли 3,5 г бикарбоната натрия и выдерживали колбу при 75°C в течение 48 часов. Затем реакционную смесь фильтровали в горячем состоянии через воронку Бюхнера, снабженную фильтровальной бумагой, для удаления твердого бикарбоната натрия. Этанол удаляли при выпаривании на роторном испарителе, и остаток растворяли в 100 мл диэтилового эфира и экстрагировали тремя порциями по 100 мл деионизированной воды, затем все водные экстракты объединяли и удаляли воду при выпаривании на роторном испарителе.
B. Получение органоглины
Натриевый бентонитовый глинистый минерал из Вайоминга диспергировали в воде при концентрации приблизительно 5% по весу твердой глины. Необработанную суспензию глины оставляли при перемешивании на ночь при температуре окружающей среды и затем центрифугировали с получением модифицированной суспензии глины. Примерно 30% по весу необработанной бентонитовой глины удаляли в процессе модификации, после чего очищенную суспензию глины подвергали ионному обмену в натриевую форму перед перемешиванием на гомогенизаторе Manton Gaulin. Модифицированная и перемешанная глина имела катионообменную емкость приблизительно 102 миллиэквивалентов (мэкв.) на 100 граммов глины согласно определению методом с метиленовым синим. Суспензию глины разбавляли водой до 2% твердой глины при реакции и затем нагревали до 65°C перед реакцией с определенным катионообменным эквивалентом диметилбензил (разветвленный алкил) четвертичного аммонийхлорида на 100 граммов глины (на сухой вес). После реакции органоглину фильтровали, сушили в термостате с принудительной подачей воздуха, установленном на 45°C, и измельчали в тонкий порошок. Образец обозначили 3383-11-2.
Пример 2
A. Синтез диметилди (разветвленный алкил) четвертичного аммонийбромида
При использовании разветвленного нефтехимического спирта в качестве исходного материала, (разветвленный алкил) бромид и диметил (разветвленный алкил) третичный амин получали, как описано в стадиях 1 и 2 Примера 1A.
1
В четырехгорлую круглодонную колбу объемом 250 мл, снабженную дефлегматором, термопарой и 2 стеклянными пробками, вносили 25 г диметил (разветвленный алкил) третичного амина, 15,2 г (разветвленный алкил) бромида и приблизительно 100 мл изопропилового спирта. Затем к смеси при перемешивании добавляли 4,4 г бикарбоната натрия и выдерживали колбу при 75°C в течение 120 часов или дольше, пока аминное число не достигало значения ниже единицы. Затем реакционную смесь фильтровали в горячем состоянии через воронку Бюхнера, снабженную фильтровальной бумагой, для удаления твердого бикарбоната натрия. Изопропиловый спирт удаляли при выпаривании на роторном испарителе. Чистоту конечного продукта подтверждали с помощью H ЯМР.
B. Получение органоглины
Органоглину получали согласно методике Примера 1B при использовании диметилди (разветвленный алкил) четвертичного аммонийбромида в качестве четвертичного аммониевого основания. Образец органоглины обозначили 3279-36-1.
Пример 3
A. Синтез диметилди (разветвленный алкил) четвертичного аммонийбромида
Соединение диметилди (разветвленный алкил) четвертичного аммонийбромида получали, как описано в Примере 1A, где разветвленная алкильная группа была получена из разветвленного соединения жирной кислоты.
Стадия 1: Изостериловый спирт Prisorene 3515 (Croda) использовали в синтезе разветвленного алкилбромида аналогичным образом, как описано в Примере 1, Стадии A1. Prisorene 3515 является полностью гидрированным спиртом, который получают из изостеариновой кислоты, которая является жирной кислотой с разветвленной цепью, получаемой из растительных масел или животных жиров. Изостеариновая кислота представляет собой не одну молекулу, а богатую смесь изомеров, в которой разветвление происходит в различных положениях алкильной цепи. Разветвление является коротким, главным образом метиленовым, при этом множественное разветвление также происходит в небольших количествах.
Стадия 2: Синтез диметил (разветвленный алкил) третичного амина
Разветвленный алкилбромид, полученный из изостерилового спирта, смешивали с этанольным раствором диметиламина. Смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 24 ч, затем добавляли 10% водный раствор гидроксида натрия и экстрагировали смесь три раза диэтиловым эфиром. Органические слои промывали, сушили и затем выпаривали.
Стадия 3: Синтез диметилди (разветвленный алкил) четвертичного аммонийбромида
Методике Примера 2 следовали при использовании разветвленного алкилбромида и диметил (разветвленный алкил) третичного амина, которые были получены из изостерилового спирта.
B. Получение органоглины.
Органоглину получали согласно Примеру 1B при использовании катионообменного эквивалента соединения диметилди (разветвленный алкил) четвертичного аммонийбромида, в котором разветвленная алкильная группа была получена из изостерилового спирта. Образец обозначили 3279-22-2.
Сравнительный пример 1
Согласно методике Примера 1B контрольную органоглину получали при использовании доступного на рынке бензилдиметил четвертичного аммонийхлорида гидрогенизированного животного жира, и этот образец обозначили как 3383-11-1.
Сравнительный пример 2
Согласно методике Примера 1B контрольную органоглину получали с доступным на рынке диметилди аммонийхлоридом гидрогенизированного животного жира, и этот образец обозначили 3279-22-1.
Сравнительный пример 3
Полиамид получали, как описано в патентах США 7,345,010 и 7,799,742, каждый из которых полностью включен в настоящую заявку посредством отсылки.
Тестирование композиций на основе разветвленных алкилов
Композиции буровых растворов были подготовлены для оценки на основе Состава 1, который содержал синтетический IAO в качестве масляной основы и был утяжелен до плотности 13 фунтов на галлон (~1,5 кг/л) при отношении масло:вода 75:25.
Таблица 1
Состав 1
<u>Сырье</u>
<u>Навеска (г)</u>
Масляная основа: IAO
172
Основной эмульгатор:
10
Перемешивание MultiMixer 2 мин
25% р-р хлорида кальция
69
Перемешивание MultiMixer 4 мин
Известь
10
Перемешивание MultiMixer 4 мин
Тестируемая добавка
(см. Таблицы)
Перемешивание MultiMixer 5 мин
Утяжелитель: барит
270
Перемешивание MultiMixer 30 мин
Композиции буровых растворов подвергали динамическому старению при использовании вальцовой печи в течение 16 часов при 150°F (65,5°C), затем статическому старению в течение 16 часов при 40°F (4,4°C), затем динамическому старению в течение 16 часов при 250°F (121,1°C), 300°F (148,9°C) и 350°F (176,7°C) при использовании вальцовой печи. После охлаждения буровых растворов водой в течение одного часа, их перемешивали миксером Hamilton Beach MultiMixer в течение 10 минут. Измерения вязкости буровых растворов производили при использовании Fann OFI-900 при 120°F (48,9°C) первоначально и после каждого теплового цикла, используя методики тестирования API RP 13B. Для статического старения при 40°F (4,4°C), тест проводили при 40°F.
Пример 4
Органоглину 3279-36-1 (Пример 2) подготавливали при использовании Состава 1 и тестировали, как обсуждается выше. Реологический профиль показан ниже в Таблице 2.
Таблица 2
части/млрд 3279-36-1Условия теста
4 части/млрдНачальный120°F тест
4 части/млрдHR 150°F120°F тест
4 части/млрдSA 40°F40°F тест
4 части/млрдHR 250°F120°F тест
4 части/млрдHR 300°F120°F тест
4 части/млрдHR 350°F120°F тест
<b></b><b><u>OFI 900 Visc. при 120°F</u></b><b></b>
600 об/мин показание
66
58
115
69
66
44
300 об/мин показание
42
36
68
43
41
23
200 об/мин показание
33
28
51
34
32
13
100 об/мин показание
23
19
33
24
22
8
6 об/мин показание
10
8
11
10
9
2
3 об/мин показание
9
7
9
9
9
1
Кажущаяся вязк., сПз
33
29
58
35
33
22
Пластическая вязк., сПз
24
22
47
26
25
21
Предел текучести, фунтов/100фут<sup>2</sup>
18
14
21
17
16
2
Электрическая стабильность
883
1067
1067
1059
932
581
10 сек гель
10
10
11
11
11
2
10 мин гель
-
14
17
17
17
3
Пример 5
Органоглину 3279-36-1 (Пример 2) подготавливали при использовании Состава 1 и тестировали, как обсуждается выше. Реологический профиль показан ниже в Таблице 3.
Таблица 3
части/млрд 3279-36-1Условия теста
7 частей/млрдНачальный120°F тест
7 частей/млрдHR 150°F120°F тест
7 частей/млрдSA 40°F40°F тест
7 частей/млрдHR 250°F120°F тест
7 частей/млрдHR 300°F120°F тест
7 частей/млрдHR 350°F120°F тест
<b></b><b><u>OFI 900 Visc. при 120°F</u></b><b></b>
600 об/мин показание
100
88
197
109
101
47
300 об/мин показание
68
55
118
73
66
27
200 об/мин показание
56
44
88
59
55
18
100 об/мин показание
43
32
57
44
41
11
6 об/мин показание
20
15
19
22
21
4
3 об/мин показание
19
14
17
20
19
3
Кажущаяся вязк., сПз
50
44
99
55
51
24
Пластическая вязк., сПз
32
33
79
36
35
20
Предел текучести, фунтов/100фут<sup>2</sup>
36
22
39
37
31
7
Электрическая стабильность
1128
1126
1126
1103
942
1012
10 сек гель
25
17
20
24
24
5
10 мин гель
-
23
28
30
34
7
ЭЦП (фунтов/галлон)
13,6
13,4
13,8
13,7
13,6
13,2
Пример 6
Органоглину 3279-36-1 (Пример 2) подготавливали при использовании Состава 1 и тестировали, как обсуждается выше. Реологический профиль показан ниже в Таблице 4.
Таблица 4
части/млрд 3279-36-1Условия теста
10 частей/млрдНачальный120°F тест
10 частей/млрдHR 150°F120°F тест
10 частей/млрд SA 40°F40°F тест
10 частей/млрдHR 250°F120°F тест
10 частей/млрд HR 300°F120°F тест
10 частей/млрд HR 350°F120°F тест
<b></b><b><u>OFI 900 Visc. при 120°F</u></b><b></b>
600 об/мин показание
177
155
290
198
175
81
300 об/мин показание
122
100
179
137
122
47
200 об/мин показание
101
80
138
113
102
37
100 об/мин показание
76
57
94
83
76
25
6 об/мин показание
37
27
35
39
38
10
3 об/мин показание
35
24
31
36
36
9
Кажущаяся вязк., сПз
89
78
145
99
88
41
Пластическая вязк., сПз
55
55
111
31
53
34
Предел текучести, фунтов/100фут<sup>2</sup>
67
45
68
76
69
13
Электрическая стабильность
1278
1291
1291
1331
860
1067
10 сек гель
45
26
36
41
41
12
10 мин гель
-
34
51
49
55
17
Пример 7
Органоглину 3279-36-1 (Пример 2) и полиамид, сравнительный пример 3, подготавливали при использовании Состава 1 и тестировали, как обсуждается выше. Реологический профиль показан ниже в Таблице 5.
Таблица 5
части/млрд Сравнительный пример 3
2 части/млрд
2 части/млрд
2 части/млрд
2 части/млрд
2 части/млрд
2 части/млрд
части/млрд 3279-36-1Условия теста
4 части/млрдНачальный120°F тест
4 части/млрдHR 150°F120°F тест
4 части/млрдSA 40°F40°F тест
4 части/млрдHR 250°F120°F тест
4 части/млрдHR 300°F120°F тест
4 части/млрдHR 350°F120°F тест
<b></b><b><u>OFI 900 Visc. при 120°F</u></b><b></b>
600 об/мин показание
89
95
182
85
70
46
300 об/мин показание
61
62
109
56
43
26
200 об/мин показание
50
49
81
46
33
20
100 об/мин показание
37
35
49
34
22
12
6 об/мин показание
19
17
14
19
12
4
3 об/мин показание
18
15
12
18
11
4
Кажущаяся вязк., сПз
45
48
91
43
35
23
Пластическая вязк., сПз
28
33
73
29
27
20
Предел текучести, фунтов/100фут<sup>2</sup>
33
29
36
27
16
6
Электрическая стабильность
1634
1322
1322
1159
725
494
10 сек гель
23
19
14
21
13
7
10 мин гель
-
31
24
37
29
17
ЭЦП (фунтов/галлон)
13,6
13,5
13,8
13,5
13,3
13,2
Пример 8
Органоглину 3279-22-1 (Сравнительный пример 2) подготавливали при использовании Состава 1 и тестировали, как обсуждается выше. Реологический профиль показан ниже в Таблице 6.
Таблица 6
части/млрд 3279-22-1Условия теста
7 частей/млрдНачальный120°F тест
7 частей/млрдHR 150°F120°F тест
7 частей/млрдSA 40°F40°F тест
7 частей/млрдHR 250°F120°F тест
7 частей/млрдHR 300°F120°F тест
7 частей/млрдHR 350°F120°F тест
<b></b><b><u>OFI 900 Visc. при 120°F</u></b><b></b>
600 об/мин показание
98
86
279
115
90
59
300 об/мин показание
65
56
193
77
62
35
200 об/мин показание
54
46
156
64
51
26
100 об/мин показание
41
35
115
48
40
18
6 об/мин показание
20
17
57
24
21
7
3 об/мин показание
19
14
55
22
20
7
Кажущаяся вязк., сПз
49
43
140
58
45
30
Пластическая вязк., сПз
33
30
86
38
28
24
Предел текучести, фунтов/100фут<sup>2</sup>
32
26
107
39
34
11
Электрическая стабильность
1066
1339
1339
1193
1134
1166
10 сек гель
24
16
58
25
23
8
10 мин гель
-
24
64
31
31
12
ЭЦП (фунтов/галлон)
13,6
13,5
14,8
13,7
13,6
13,3
Пример 9
Органоглину 3279-22-1 (Сравнительный пример 2) подготавливали при использовании Состава 1 и тестировали, как обсуждается выше. Реологический профиль показан ниже в Таблице 7.
Таблица 7
части/млрд 3279-22-1Условия теста
4 части/млрдНачальный120°F тест
4 части/млрдHR 150°F120°F тест
4 части/млрдSA 40°F40°F тест
4 части/млрдHR 250°F120°F тест
4 части/млрдHR 300°F120°F тест
4 части/млрдHR 350°F120°F тест
<b></b><b><u>OFI 900 Visc. при 120°F</u></b><b></b>
600 об/мин показание
60
61
110
66
60
40
300 об/мин показание
38
37
71
42
38
22
200 об/мин показание
30
29
56
33
30
14
100 об/мин показание
21
20
38
23
21
8
6 об/мин показание
9
9
16
11
9
2
3 об/мин показание
8
8
15
10
8
2
Кажущаяся вязк., сПз
30
31
55
33
30
20
Пластическая вязк., сПз
22
24
39
24
22
18
Предел текучести, фунтов/100фут<sup>2</sup>
16
13
32
18
16
4
Электрическая стабильность
939
1060
1060
1120
959
626
10 сек гель
11
9
16
12
12
2
10 мин гель
-
14
21
16
15
4
Пример 10
Органоглину 3279-22-1 (Сравнительный пример 2) подготавливали при использовании Состава 1 и тестировали, как обсуждается выше. Реологический профиль показан ниже в Таблице 8.
Таблица 8
части/млрд 3279-22-1Условия теста
10 частей/млрдНачальный120°F тест
10 частей/млрдHR 150°F120°F тест
10 частей/млрдSA 40°F40°F тест
10 частей/млрдHR 250°F120°F тест
10 частей/млрдHR 300°F120°F тест
10 частей/млрдHR 350°F120°F тест
<b></b><b><u>OFI 900 Visc. при 120°F</u></b><b></b>
600 об/мин показание
125
128
323
147
130
63
300 об/мин показание
88
88
225
105
93
42
200 об/мин показание
74
73
187
89
78
34
100 об/мин показание
57
55
141
69
62
25
6 об/мин показание
30
28
73
36
33
12
3 об/мин показание
29
25
68
34
31
11
Кажущаяся вязк., сПз
63
64
162
74
65
32
Пластическая вязк., сПз
37
40
98
42
37
21
Предел текучести, фунтов/100фут<sup>2</sup>
51
48
127
63
56
21
Электрическая стабильность
1278
1089
1089
1438
762
1176
10 сек гель
33
28
68
37
35
14
10 мин гель
-
38
84
46
45
19
Сводка реологических свойств различных композиций, подготовленных с Составом 1, показана в Таблице 9.
Таблица 9
[Тестируемый образец]
Сравнительный пример 1
Пример 1
Пример 2
Смесь Сравнительных примеров 1 и 24/2 частей/млрд
Смесь Примера 1 и Сравнительного примера 24/2 частей/млрд
Концентрации
7 частей/млрд HR 150°F120°F тест
7 частей/млрд SA 40°F40°F тест
7 частей/млрд HR 150°F120°F тест
7 частей/млрд SA 40°F40°F тест
7 частей/млрд HR 150F°120°F тест
7 частей/млрд SA 40°F40°F тест
4/2 частей/млрд HR 150F°120°F тест
4/2 частей/млрд SA 40°F40°F тест
4/2 частей/млрд HR 150°F120°F тест
4/2 частей/млрд SA 40°F40°F тест
OFI 900 Visc. при 120°F
600 об/мин показание
86
279
88
197
83
196
87
178
95
182
300 об/мин показание
56
193
55
118
55
116
56
105
62
109
200 об/мин показание
46
156
44
88
45
87
44
78
49
81
100 об/мин показание
35
115
32
57
34
57
31
49
35
49
6 об/мин показание
17
57
15
19
17
21
17
19
17
14
3 об/мин показание
14
55
14
17
15
19
15
17
15
12
Кажущаяся вязк., сПз
43
140
44
99
42
98
44
89
48
91
Пластическая вязк., сПз
30
86
33
79
28
80
31
73
33
73
Предел текучести, фунтов/100фут<sup>2</sup>
26
107
22
39
27
36
25
32
29
36
Электрическая стабильность
1339
1339
1126
1126
1314
1314
1541
1541
1322
1322
10 сек гель
18
58
17
20
18
20
18
18
19
14
10 мин гель
24
62
23
28
25
29
30
29
31
24
ЭЦП (фунтов/галлон)
13,5
14,8
13,4
13,8
13,5
13,8
13,5
13,7
13,5
13,8
Пример 11
Смесь Сравнительного примера 2 и Сравнительного примера 3 подготавливали при использовании Состава 1 и тестировали, как обсуждается выше. Реологический профиль показан ниже в Таблице 10.
Таблица 10
Сравнительный пример 3
1 часть/млрд
1 часть/млрд
2 части/млрд
2 части/млрд
3 части/млрд
3 части/млрд
Сравнительный пример 2
3 части/млрдНачальный120°F тест
3 части/млрдHR 150°F120°F тест
3 части/млрдНачальный120°F тест
3 части/млрдHR 150°F120°F тест
3 части/млрдНачальный120°F тест
3 части/млрдHR 150°F120°F тест
<b></b><b><u>OFI 900 Visc. при 120°F</u></b><b></b>
600 об/мин показание
84
71
75
66
63
61
300 об/мин показание
52
45
46
40
40
38
200 об/мин показание
40
35
37
31
32
30
100 об/мин показание
27
25
26
21
22
21
6 об/мин показание
14
13
12
9
11
11
3 об/мин показание
13
12
11
8
10
10
Кажущаяся вязк., сПз
42
36
38
33
32
31
Пластическая вязк., сПз
32
26
29
26
23
23
Предел текучести, фунтов/100фут<sup>2</sup>
20
19
17
14
17
15
Электрическая стабильность
668
975
1465
1322
1543
1586
10 сек гель
20
17
15
11
13
12
10 мин гель
-
26
-
18
-
21
Пример 12
Смесь Сравнительного примера 2 и Сравнительного примера 3 подготавливали при использовании Состава 1 и тестировали, как обсуждается выше. Реологический профиль показан ниже в Таблице 11.
Таблица 11
Сравнительный пример 3
1 часть/млрд
1 часть/млрд
1 часть/млрд
1 часть/млрд
1 часть/млрд
1 часть/млрд
Сравнительный пример 2
4 части/млрдНачальный120°F тест
4 части/млрдHR 150°F120°F тест
4 части/млрдSA40°F тест
4 части/млрдHR 250°F120°F тест
4 части/млрдHR 300°F120°F тест
4 части/млрдHR 350°F120°F тест
<b></b><b><u>OFI 900 Visc. при 120°F</u></b><b></b>
600 об/мин показание
87
74
133
82
69
42
300 об/мин показание
57
48
82
55
44
24
200 об/мин показание
45
38
63
44
35
16
100 об/мин показание
32
28
43
33
25
10
6 об/мин показание
17
14
19
18
13
3
3 об/мин показание
16
13
18
17
12
3
Кажущаяся вязк., сПз
44
37
67
41
35
21
Пластическая вязк., сПз
30
26
51
27
25
18
Предел текучести, фунтов/100фут<sup>2</sup>
27
22
31
28
19
6
Электрическая стабильность
822
1044
1044
879
738
476
10 сек гель
16
19
21
20
17
3
10 мин гель
23
28
34
29
9
ЭЦП (фунтов/галлон)
13,5
13,4
13,6
13,5
13,4
13,2
Пример 13
Смесь Сравнительного примера 2 и Сравнительного примера 3 подготавливали при использовании Состава 1 и тестировали, как обсуждается выше. Реологический профиль показан ниже в Таблице 12.
Таблица 12
Сравнительный пример 3
2 части/млрд
2 части/млрд
2 части/млрд
2 части/млрд
2 части/млрд
2 части/млрд
Сравнительный пример 2
4 части/млрдНачальный120°F тест
4 части/млрдHR 150°F120°F тест
4 части/млрдSA40°F тест
4 части/млрдHR 250°F120°F тест
4 части/млрдHR 300°F120°F тест
4 части/млрдHR 350°F120°F тест
<b></b><b><u>OFI 900 Visc. при 120°F</u></b><b></b>
600 об/мин показание
105
87
178
83
68
47
300 об/мин показание
70
56
105
54
43
27
200 об/мин показание
57
44
78
43
34
21
100 об/мин показание
42
31
49
31
24
13
6 об/мин показание
23
17
19
17
14
5
3 об/мин показание
22
15
17
15
13
5
Кажущаяся вязк., сПз
53
44
89
42
34
24
Пластическая вязк., сПз
35
31
73
29
25
20
Предел текучести, фунтов/100фут<sup>2</sup>
35
25
32
25
18
7
Электрическая стабильность
1395
1541
1541
1044
616
466
10 сек гель
26
18
18
19
17
7
10 мин гель
-
30
29
35
35
16
ЭЦП (фунтов/галлон)
13,6
13,5
13,7
13,5
13,4
13,2
Пример 14
Смесь Сравнительного примера 2 и Сравнительного примера 3 подготавливали при использовании Состава 1 и тестировали, как обсуждается выше. Реологический профиль показан ниже в Таблице 13.
Таблица 13
Сравнительный пример 3
3 части/млрд
3 части/млрд
3 части/млрд
3 части/млрд
3 части/млрд
3 части/млрд
Сравнительный пример 2
4 части/млрдНачальный120°F тест
4 части/млрдHR 150°F120°F тест
4 части/млрдSA40°F тест
4 части/млрдHR 250°F120°F тест
4 части/млрдHR 300°F120°F тест
4 части/млрдHR 350°F120°F тест
<b></b><b><u>OFI 900 Visc. при 120°F</u></b><b></b>
600 об/мин показание
74
80
152
81
69
50
300 об/мин показание
48
51
88
53
44
30
200 об/мин показание
39
40
64
42
35
22
100 об/мин показание
28
29
40
33
25
14
6 об/мин показание
15
16
14
17
15
5
3 об/мин показание
14
15
12
16
14
5
Кажущаяся вязк., сПз
37
40
76
41
35
25
Пластическая вязк., сПз
26
29
64
28
25
20
Предел текучести, фунтов/100фут<sup>2</sup>
22
22
24
25
19
10
Электрическая стабильность
1670
1733
1733
1137
888
503
10 сек гель
18
18
14
21
22
8
10 мин гель
-
30
35
38
19
ЭЦП (фунтов/галлон)
13,4
13,4
13,6
13,5
13,4
13,3
Пример 15
Исследовали влияние температуры на вязкость 100% твердого эпоксидного покрытия. Подготовили состав из Таблицы 14.
Таблица 14
Описание: навеска 800 г; 70 мм усиленный нож; 1 л смесительный котел из нержавеющей стали с рубашкой
Состав и методика
1) Установить водяную баню на 150°F/65°C. Добавить следующие материалы (+/- 0,1 г).
Epon 828
238,37
Erysys GE-8
37,35
Добавка на основе органоглины
10,36
Метанол/вода (95/5) полярный активатор
3,31
2) Добавить при перемешивании при 300-700 об/мин.
TI Pure R-900
76,15
Nicron 503
34,47
Minex 4
34,47
Heucophos ZPA (Heubach)
5,60
Wolastocoat 10 ES
121,65
Cimbar UF (бариты)
139,47
3) Добавить следующие перемешиваемые компоненты в смесительный котел (+/- 0,1 г)
Epon 828
96,94
Tint -Ayd HS 20317
1,87
4) Перемешивать 10 мин при 1000 об/мин при 120°F с закрытой крышкой.
Total
800,00
Часть B: Lite 2001LV амин (AHEW 132) 100 Часть A: 28,25 Часть B
Вязкость системы Часть A измеряли при 72°F и при 40°F. Затем измеряли оседание эпоксидного покрытия Часть A+Part B. Результаты показаны в Таблице 15.
Таблица 15
Часть "A"
Часть "A"
Часть "A"+Часть "B"
Вязкость по Брукфилду, сПз, измеренная при 72°F
Вязкость по Брукфилду, сПз, измеренная при 40°F
Оседание, мил
Пустой
26800
164000
10
Сравнительный пример 1
48400
362000
18
Пример 1
49600
238000
19
Данные в Таблице 20 демонстрируют, что в случае системы Части A добавление органоглины согласно Примеру 1 изобретения и органоглины Сравнительного примера 1 приводит к увеличению вязкости и получению покрытия большей толщины для системы Части A+B по сравнению с Частью A и Частями A+B без органоглины. Сравнение системы Части A при 72°F и при 40°F показало, что органоглина Примера 1 изобретения увеличивает вязкость, но предпочтительно не до такой степени, как органоглина Сравнительного примера 1.
Настоящее описание может быть осуществлено в других конкретных формах без отступления от сущности или существенных признаков изобретения. Таким образом, в качестве обозначения объема описания следует обратиться к прилагаемой формуле изобретения, а не к предшествующему описанию. Хотя предшествующее описание направлено на предпочтительные варианты осуществления изобретения, следует отметить, что другие вариации и изменения будут очевидны специалистам в данной области техники и могут быть внесены без отступления от сущности или объема настоящего описания.