ВОДНЫЕ ПЕНООБРАЗУЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ С СОВМЕСТИМОСТЬЮ С УГЛЕВОДОРОДАМИ
AQUEOUS FOAM MAKING COMPOSITIONS COMPATIBLE WITH HYDROCARBONS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к пенообразующим композициями, в частности, к водным пенообразующим композициям для применения в присутствии жидких углеводородов в нефтяной промышленности.
Уровень техники
Пены часто используют в нефтяной промышленности, например при бурении, разрыве пласта, подъеме углеводородов или подъеме с помощью пены (FAL) из-за преимуществ, которые предоставляют их низкая плотность и их специфическое реологическое поведение. При всех таких применениях важными являются высокая устойчивость пены, часто в жестких условиях (высокая температура, высокое давление), и отвод. Отдельной проблемой является то, что в указанных процессах весьма часто присутствуют как водная, так и масляная фаза в высоких концентрациях, и присутствие масла (углеводорода) часто является вредным для устойчивости пены. Это особенно важно при FAL. Обычно проблемой в газовых скважинах является то, что они частично закупориваются жидкостью, и по оценке, из более чем 400000 газовых скважин в США примерно 80% страдают от нагрузки по жидкости. Наиболее часто используемым методом удаления жидкости из газовых скважин является закачка пенообразователей (foamants) (капиллярным или другими способами) в жидкостную пробку, так что поток газа превращается в пену и выбивает пробку из скважины. Если отношение углеводорода к воде высокое (свыше примерно 10-20%), тогда углеводороды весьма вредно действуют на устойчивость пены, и пенообразователи, используемые в настоящее время, не могут создавать достаточно устойчивую пену, и способ перестает действовать.
В публикации патента США 2007/0079963 описывается способ получения пены из влажного углеводорода с использованием пенообразователя, включающего силоксан. Силоксан определяется как полисилоксан, этоксилированные, пропоксилированные или этоксилированные-пропоксилированные силоксаны и их комбинация. Молекулярная масса силоксана определена от примерно 1000 до примерно 1000000 дальтон и в предпочтительном интервале 6000-60000 дальтон. В примерах (таблица 3) эксперименты с силоксаном MW 600 не были успешными, но эксперимент с силоксаном MW 6000 был успешным, и авторы делают вывод, что оптимум находится в интервале MW 6000-60000, в зависимости от комбинаций, в которых силоксан будет использоваться. Силоксан также можно комбинировать с органическими поверхностно-активными веществами (неионогенными, анионогенными, катионогенными). Способ можно использовать в газлифтовых нефтяных скважинах, газовых скважинах и т.д.
Тем не менее, полезно получить пенообразующую композицию, которая эффективна в присутствии больших количеств углеводородов.
Сущность изобретения
Изобретение относится к пенообразующей композиции. Пенообразующая композиция включает:
(a) водную жидкость;
(b) по меньшей мере, один растворимый или диспергируемый в воде пенообразователь - кремнийсодержащий простой полиэфир, содержащийся в водной жидкости; и
(с) неводную жидкость;
где
водная жидкость (а) включает воду и минералы (солевой раствор),
неводная жидкость (с), по существу, состоит из жидких углеводородов, и пенообразователь кремнийсодержащий простой полиэфир (b) в водной жидкости (а) определяется как
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
A
B
C
E
E
E
MM M M M DD TT Q, где
1
2
3
1/2
M=RRRSiO;
A
4
5
6
E
M=RRRSiR;
B
7
8
9
10
11
12
E
k
l
m
n
M=[(RRRSi)R]Si(R)(R)R;
C
13
14
15
16
17
18
o
p
q
r
1/2
M=[(RRRSi)R]Si(R)(R)O;
E
19
20
E
1/2
M=RRRSiO;
21
22
2/2
D=RRSiO;
E
23
E
2/2
D=RRSiO;
24
3/2
T=RSiO;
E
E
2/2
T=RSiO; и
4/2
Q=SiO;
при этом
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
каждый из R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R и R выбирают независимо из группы OR или одновалентных углеводородных радикалов, необязательно содержащих гетероатомы и гидроксильные группы, имеющих от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода, предпочтительно, от примерно 1 до примерно 15 атомов углерода, и предпочтительнее, от примерно 1 до примерно 10 атомов углерода;
10
16
10
16
R и R представляют собой поливалентные линейные или разветвленные ненасыщенные или насыщенные углеводородные радикалы, необязательно содержащие гетероатомы и гидроксильные группы, при условии, что валентность R и R равна, по меньшей мере, единице, и имеют менее примерно 30 атомов углерода, предпочтительно, менее примерно 25 атомов углерода, и предпочтительнее, менее примерно 20 атомов углерода;
E
26
27
E
2
4
s
3
6
t
4
8
u
R представляет собой одновалентный радикал, определяемый как -R-(CHO)(CHO)(CHO)-R, при условии, что полимер должен содержать, по меньшей мере, одну группу R;
25
R представляет собой одновалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, имеющий от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода, предпочтительно, от примерно 1 до примерно 15 атомов углерода, и предпочтительнее, от примерно 1 до примерно 10 атомов углерода;
26
R представляет собой кислород или двухвалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, с от примерно 2 до примерно 30 атомами углерода, предпочтительно, от примерно 2 до примерно 25 атомами углерода, и предпочтительнее, от примерно 2 до примерно 20 атомами углерода;
27
3
R представляет собой Н или -С(=О)СН или одновалентный насыщенный или ненасыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, имеющий от 1 до примерно 30 атомов углерода, предпочтительно, от 1 до примерно 25 атомов углерода, предпочтительнее, от 1 до примерно 20 атомов углерода, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильную группу;
подстрочные индексы a, d, e, f, g, h, i и j равны 0 или положительны при условии 1≤a+b+c+d+e+f+g+i+j<300, предпочтительно, 1≤a+b+c+d+e+f+g+i+j<200, предпочтительнее, 1≤a+b+c+d+e+f+g+i+j<100;
подстрочный индекс b равен 0 или 1, при условии, что если b равен 1, тогда a+c+d+e+f+g+i+j=0;
подстрочный индекс с равен 0 или 1, при условии, что если с равен 1, тогда a+b+d+e+f+g+i+j=0;
10
подстрочный индекс k положителен при условии 0<k<30, предпочтительно, 0<k<25, предпочтительнее, 0<k<20, и k равен валентности R-1;
подстрочные индексы l, m и n равны нулю или положительны при условии l+m+n=3;
16
подстрочный индекс o положителен при условии, что 0<o<30, предпочтительно, 0<о<25, предпочтительнее, 0<о<20, и о равен валентности R-1;
подстрочные индексы s, t и u равны нулю или положительны при условии, что s+t+u≥3.
Также предлагается способ получения устойчивой пены из водных жидкостей путем соединения указанных водных жидкостей с пенообразователем, включающим, по меньшей мере, один растворимый или диспергируемый в воде кремнийсодержащий простой полиэфир, определенный в данном описании.
Также предлагается способ удаления нагрузки по жидкости из газовых скважин, включающий добавление пенообразователя, полученного способами, описанными в данном описании, в газовые скважины и удаление устойчивой пены из газовых скважин как только она образуется.
Также предлагается способ разрыва пеной в операциях бурения, включающий добавление пенообразователя, полученного способами, описанными в данном описании, в нефтяную скважину во время бурения.
Способ подъема образовавшихся жидкостей к поверхности в нефтяных скважинах также является частью настоящего изобретения. Способ включает добавление пенообразователя, полученного способами, описанными в данном описании, в указанные нефтяные скважины, имеющие жидкости, и подъем указанных образовавшихся жидкостей к поверхности указанных нефтяных скважин после того, как жидкости соединятся с указанным пенообразователем.
Указанные особенности вместе с другими предметами и преимуществами, которые станут очевидны впоследствии, заключаются в подробностях, касающихся композиции, ее получения и способов ее применения, которые полнее описываются и заявляются в данном описании далее.
Подробное описание изобретения
В описании данного изобретения и формуле изобретения следующие термины и выражения должны пониматься так, как указано далее:
Выражение «углеводородные радикалы» обозначает любую углеводородную группу, из которой удалены один или несколько атомов водорода, и включает алкил, алкенил, алкинил, циклический алкил, циклический алкенил, циклический алкинил, арил, аралкил и аренил, и необязательно замещенную кислородом, азотом или серой.
Термин «алкил» обозначает любую одновалентную насыщенную, линейную, разветвленную или циклическую углеводородную группу; термин «алкенил» обозначает любую одновалентную насыщенную, линейную, разветвленную или циклическую углеводородную группу, содержащую одну или несколько углерод-углеродных двойных связей, где местом присоединения группы может быть или углерод-углеродная двойная связь или другое место; и термин «алкинил» обозначает любую одновалентную насыщенную, линейную, разветвленную или циклическую углеводородную группу, содержащую одну или несколько углерод-углеродных тройных связей и, необязательно, одну или несколько углерод-углеродных двойных связей, где местом присоединения группы может быть углерод-углеродная тройная связь или углерод-углеродная двойная связь или другое место. Примеры алкилов включают метил, этил, пропил и изобутил. Примеры алкенилов включают винил, пропенил, аллил, метилаллил, этилиденилнорборнан, этилиденнорборнил, этилиденилнорборнен и этилиденнорборненил. Примеры алкинилов включают ацетиленил, пропаргил и метилацетиленил.
Выражения «циклический алкил», «циклический алкенил» и «циклический алкинил» включают бициклические, трициклические и высшие циклические структуры, а также вышеуказанные циклические структуры, замещенные алкильными, алкенильными и/или алкинильными группами. Характерные примеры включают норборнил, норборненил, этилнорборнил, этилнорборненил, циклогексил, этилциклогексил, этилциклогексенил, циклогексилциклогексил и циклододекатриенил.
Термин «арил» обозначает любую одновалентную ароматическую углеводородную группу; термин «аралкил» обозначает любую алкильную группу (имеющую значения, указанные в данном описании), в которой один или несколько атомов водорода заменены таким же числом подобных и/или различных арильных групп (имеющих значения, указанные в данном описании); и термин «аренил» обозначает любую арильную группу (имеющую значения, указанные в данном описании), в которой один или несколько атомов водорода заменены таким же числом подобных и/или различных алкильных групп (имеющих значения, указанные в данном описании). Примеры арилов включают фенил и нафталинил. Примеры аралкилов включают бензил и фенетил. Примеры аренилов включают толил и ксилил.
Иные, чем в рабочих примерах или когда указаны иначе, все числа, выражающие количества материалов, условия реакций, длительность времени, количественные свойства материалов и т.д., указанные в описании и формуле изобретения, должны пониматься как определяемые во всех случаях термином «примерно».
Следует иметь в виду, что любой числовой интервал, указанный в данном описании, включает все подинтервалы в пределах указанного интервала и любую комбинацию различных конечных значений таких интервалов и подинтервалов.
Также следует иметь в виду, что любое соединение, материал или вещество, которое определенно или косвенно раскрывается в описании и/или упоминается в формуле изобретения как принадлежащее к группе структурно, композиционно и/или функционально родственных соединений, материалов или веществ, включает отдельных характерных представителей группы и все их комбинации.
Для цели данного раскрытия термин «несмешивающиеся» означает, что две жидкости не растворяются или ограниченно растворяются друг в друге. Кроме того, эмульсии также могут содержать газы и твердые вещества. Одна из несмешивающихся жидкостей в эмульсии обычно является полярной и часто на водной основе, и другая жидкость обычно является неполярной, как правило, определяемой как масляная фаза. Эмульсия может представлять собой, например, эмульсию типа «вода в масле» или типа «масло - в - воде». Кроме того, также возможно получение  эмульсий и они обычно известны как множественные эмульсии, такие как вода - масло - вода, масло - вода - масло и т.д.
Выражение «растворимое или диспергируемое в воде» означает, что поверхностно-активное вещество в деионизованной воде образует или прозрачный раствор или мутную, но устойчивую дисперсию в концентрации 1% и при температуре 25°С.
Также используемые в описании и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа включают множественные формы, и ссылка на частное числовое значение включает, по меньшей мере, указанное частное значение, если контекст не указывает ясно на другое.
Интервалы в данном описании могут быть выражены как от «примерно» или «приблизительно» одного частного значения и/или до «примерно» или «приблизительно» другого частного значения. Когда выражен такой интервал, другое воплощение включают интервал от одного частного значения и/или до другого частного значения. Подобным образом, когда величины выражают как приближения, с использованием предшествующего «примерно», следует иметь в виду, что частное значение образует другое воплощение.
Все способы, описанные в данном описании, могут быть выполнены в любом подходящем порядке, если в данном описании не указано иное, или иное ясно не опровергается контекстом. Использование любого и всех примеров или примерной формулировки (например, «такой как») предлагаемой в данном описании, имеет предназначение только лучшее пояснение изобретения и не ставит ограничения объема изобретения, если не заявляется иное. Отсутствие формулировки в описании не должно рассматриваться как указание на какой-либо незаявленный элемент, как на существенный для практического осуществления изобретения.
Используемые в данном описании слова: «заключающий в себе», «включающий», «характеризующийся» и их грамматические эквиваленты являются охватывающими и широкими терминами, которые не включают дополнительные неповторяемые элементы или стадии способов, но также должны пониматься как включающие более ограничительные термины, «состоящий из» и «состоящий по существу из».
Настоящее изобретение относится к пенообразующим композициям, включающим:
(a) водную жидкость;
(b) по меньшей мере, один растворимый или диспергируемый в воде пенообразователь -  кремнийсодержащий простой полиэфир, содержащийся в водной жидкости; и
(с) неводную жидкость;
где
водная жидкость (а) включает воду и минералы (солевой раствор),
неводная жидкость (с), по существу, состоит из жидких углеводородов, и пенообразователь - кремнийсодержащий простой полиэфир (b) в водной жидкости (а) определяется как:
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
A
B
C
E
E
E
MM M M M DD TT Q, где
1
2
3
1/2
M=RRRSiO;
A
4
5
6
E
M=RRRSiR;
B
7
8
9
10
11
12
E
k
l
m
n
M=[(RRRSi)R]Si(R)(R)R;
C
13
14
15
16
17
18
o
p
q
r
1/2
M=[(RRRSi)R]Si(R)(R)O;
E
19
20
E
1/2
M=RRRSiO;
21
22
2/2
D=RRSiO;
E
23
E
2/2
D=RRSiO;
24
3/2
T=RSiO;
E
E
2/2
T=RSiO; и
4/2
Q=SiO;
при этом
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
каждый из R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R, R и R выбирают независимо из группы OR или одновалентных углеводородных радикалов, необязательно содержащих гетероатомы и гидроксильные группы, имеющих от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода, предпочтительно, от примерно 1 до примерно 15 атомов углерода, и предпочтительнее, от примерно 1 до примерно 10 атомов углерода;
10
16
10
16
R и R представляют собой поливалентные линейные или разветвленные ненасыщенные или насыщенные углеводородные радикалы, необязательно содержащие гетероатомы и гидроксильные группы, при условии, что валентность R и R равна, по меньшей мере, единице, и имеют менее примерно 30 атомов углерода, предпочтительно, менее примерно 25 атомов углерода, и предпочтительнее, менее примерно 20 атомов углерода;
E
26
27
E
2
4
s
3
6
t
4
8
u
R представляет собой одновалентный радикал, определяемый как -R-(CHO)(CHO)(CHO)-R, при условии, что полимер должен содержать, по меньшей мере, одну группу R;
25
R представляет собой одновалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, имеющий от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода, предпочтительно, от примерно 1 до примерно 15 атомов углерода, и предпочтительнее, от примерно 1 до примерно 10 атомов углерода;
26
R представляет собой кислород или двухвалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, с от примерно 2 до примерно 30 атомами углерода, предпочтительно, от примерно 2 до примерно 25 атомами углерода, и предпочтительнее, от примерно 2 до примерно 20 атомами углерода;
27
3
R представляет собой Н или -С(=О)СН или одновалентный насыщенный или ненасыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, имеющий от 1 до примерно 30 атомов углерода, предпочтительно, от 1 до примерно 25 атомов углерода, предпочтительнее, от 1 до примерно 20 атомов углерода, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильную группу;
подстрочные индексы a, d, e, f, g, h, i и j равны по отдельности 0 или положительны при условии 1≤a+b+c+d+e+f+g+i+j < 300, предпочтительно, 1≤a+b+c+d+e+f+g+i+j<200, предпочтительнее, 1≤a+b+c+d+e+f+g+i+j<100;
подстрочный индекс b равен 0 или 1, при условии, что если b равен 1, тогда a+c+d+e+f+g+i+j=0;
подстрочный индекс с равен 0 или 1, при условии, что если с равен 1, тогда a+b+d+e+f+g+i+j=0;
10
подстрочный индекс k положителен при условии 0<k<30, предпочтительно, 0<k<25, предпочтительнее, 0<k<20, и k равен валентности R-1;
подстрочные индексы l, m и n равны по отдельности нулю или положительны при условии l+m+n=3;
16
подстрочный индекс o положителен при условии, что 0<o<30, предпочтительно, 0<о<25, предпочтительнее, 0<о<20, и о равен валентности R-1;
подстрочные индексы s, t и u по отдельности равны нулю или положительны при условии, что s+t+u≥3.
Другой аспект настоящего изобретения относится к, по меньшей мере, одному растворимому или диспергируемому в воде пенообразователю - кремнийсодержащему простому полиэфиру (b) - по настоящему изобретению, включающему соединение, имеющее следующую формулу:
a
f
g
E
MDD , где
1
2
3
1/2
M=RRRSiO;
21
22
2/2
D=RRSiO;
E
23
E
2/2
D=RRSiO;
при этом
1
2
3
21
22
23
25
каждый из R, R, R, R, R и R выбирают независимо из группы OR или одновалентных углеводородных радикалов, необязательно содержащих гетероатомы и гидроксильные группы, имеющих от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода, предпочтительно, от примерно 1 до примерно 15 атомов углерода, и предпочтительнее, от примерно 1 до примерно 10 атомов углерода;
E
26
27
E
2
4
s
3
6
t
4
8
u
R представляет собой одновалентный радикал, определяемый как -R-(CHO)(CHO)(CHO)-R, при условии, что полимер должен содержать, по меньшей мере, одну группу R;
25
R представляет собой одновалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, имеющий от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода;
26
R представляет собой кислород или двухвалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, с от примерно 2 до примерно 20 атомами углерода;
27
3
R представляет собой Н или -С(=О)СН или одновалентный насыщенный или ненасыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, имеющий от 1 до примерно 20 атомов углерода, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильную группу;
подстрочные индексы a, f и g равны по отдельности 0 или положительны при условии a+f+g<15;
подстрочные индексы s, t и u равны по отдельности нулю или положительны при условии, что s+t+u≥3; и
средняя молекулярная масса полимеров составляет менее 1000 дальтон.
В другом воплощении настоящее изобретение относится к, по меньшей мере, одному растворимому или диспергируемому в воде пенообразователю - кремнийсодержащему простому полиэфиру (b) - по настоящему изобретению, включающему соединение, имеющее следующую формулу:
7
8
9
10
11
12
E
k
l
m
n
[(RRRSi)R]Si(R)(R)R;
при этом
7
8
9
11
12
25
каждый из R, R, R, R и R выбирают независимо из группы OR или одновалентных углеводородных радикалов, необязательно содержащих гетероатомы и гидроксильные группы, имеющих от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода;
10
10
R представляет собой поливалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, при условии, что валентность R равна, по меньшей мере, единице, и имеет менее примерно 30 атомов углерода;
E
26
27
E
2
4
s
3
6
t
4
8
u
R представляет собой одновалентный радикал, определяемый как -R-(CHO)(CHO)(CHO)-R, при условии, что полимер должен содержать, по меньшей мере, одну группу R;
25
R представляет собой одновалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, имеющий от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода;
26
R представляет собой кислород или двухвалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, с от примерно 2 до примерно 30 атомами углерода;
27
3
R представляет собой Н или -С(=О)СН или одновалентный насыщенный или ненасыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, имеющий от 1 до примерно 30 атомов углерода; и
подстрочные индексы l, m и n равны по отдельности нулю или положительны при условии l+m+n=3.
В другом воплощении настоящее изобретение относится к, по меньшей мере, одному растворимому или диспергируемому в воде пенообразователю - кремнийсодержащему простому полиэфиру (b)- по настоящему изобретению, включающему соединение, имеющее следующую формулу:
C
E
d
f
g
M DD , где
С
13
14
15
16
17
18
o
p
q
r
1/2
М=[(RRRSi)R]Si(R)(R)O;
21
22
2/2
D=RRSiO;
E
23
E
2/2
D=RRSiO;
при этом
13
14
15
17
18
21
22
23
25
каждый из R, R, R, R, R, R, R и R выбирают независимо из группы OR или одновалентных углеводородных радикалов, необязательно содержащих гетероатомы и гидроксильные группы, имеющих от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода;
16
16
R представляет собой поливалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, при условии, что валентность R равна, по меньшей мере, единице, и имеет менее примерно 30 атомов углерода;
E
26
27
E
2
4
s
3
6
t
4
8
u
R представляет собой одновалентный радикал, определяемый как -R-(CHO)(CHO)(CHO)-R, при условии, что полимер должен содержать, по меньшей мере, одну группу R;
25
R представляет собой одновалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, имеющий от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода;
26
R представляет собой кислород или двухвалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, с от примерно 2 до примерно 30 атомами углерода;
27
3
R представляет собой Н или -С(=О)СН или одновалентный насыщенный или ненасыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, имеющий от 1 до примерно 30 атомов углерода;
подстрочные индексы d, f и g равны по отдельности 0 или положительны при условии d+f+g<20;
16
подстрочный индекс о положителен при условии, что 0<o<30, и о равен валентности R-1; и
подстрочные индексы s, t и u равны по отдельности нулю или положительны при условии, что s+t+u≥3.
В другом воплощении настоящее изобретение относится к, по меньшей мере, одному растворимому или диспергируемому в воде пенообразователю кремнийсодержащему простому полиэфиру (b) по настоящему изобретению, включающему соединение, имеющее следующую формулу:
A
4
5
6
E
M=RRRSiR;
при этом
4
5
6
25
каждый из R, R и R выбирают независимо из группы OR или одновалентных углеводородных радикалов, необязательно содержащих гетероатомы и гидроксильные группы, имеющих от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода;
E
26
27
E
2
4
s
3
6
t
4
8
u
R представляет собой одновалентный радикал, определяемый как -R-(CHO)(CHO)(CHO)-R, при условии, что полимер должен содержать, по меньшей мере, одну группу R;
25
R представляет собой одновалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, имеющий от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода;
26
R представляет собой кислород или двухвалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, с от примерно 2 до примерно 30 атомами углерода;
27
3
R представляет собой Н или -С(=О)СН или одновалентный насыщенный или ненасыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, имеющий от 1 до примерно 30 атомов углерода; и
подстрочные индексы s, t и u равны по отдельности нулю или положительны при условии, что s+t+u≥3.
Согласно настоящему изобретению также предлагаются композиции, при этом водная жидкость (а) может представлять собой, по существу, чистую воду или, с другой стороны, воду с различными количествами твердых (частиц) материалов и минералов, солей или других химических веществ.
Неводная жидкость по настоящему изобретению представляет собой любую жидкость, по существу, нерастворимую в водной жидкости. Например, неводная жидкость может представлять собой, например, линейные или разветвленные циклические или ациклические насыщенные или ненасыщенные алифатические или ароматические углеводороды. Углеводороды по настоящему изобретению типично содержат, по меньшей мере, примерно шесть атомов углерода и могут быть незамещенными или, с другой стороны, замещены одной или несколькими содержащими гетероатомы группами (например, гидроксилом, амино, карбоксилом, амидной группой, ангидридной, сложноэфирной или простой эфирной группами) до тех пор, пока углеводороды остаются в основном нерастворимыми в водной жидкости.
Некоторые примеры неводных жидкостей включают, но не ограничиваются указанным, галогенированные или негалогенированные углеводороды, имеющие от примерно 2 до примерно 30 атомов углерода, и предпочтительнее галогенированные или негалогенированные этены, бутадиены, пентаны, гексаны, гептаны, октаны, бензолы, толуол, этилбензолы, ксилолы, нафталин, крезолы, нафта, жиры, смазочные масла, нефть, газолин, дизельное топливо, сырую нефть, мазуты, топливо для реактивных двигателей, печное топливо, бензин для химической чистки, растительные масла, минеральные масла, газоконденсаты и гудроны или битумы.
Легкие конденсаты в газовых скважинах, содержащие углеводороды, имеющие от примерно 5 до примерно 8 атомов углерода (пентаны, гексаны, гептаны, октаны и т.д.), являются особенно важными в газовых скважинах, и они могут оказывать особенно вредное действие на устойчивость пены.
Соотношение водной (а) и неводной (с) жидкостей в настоящем изобретении составляет от примерно 2,5:97,5 до примерно 99,9:0,1 по объему.
Концентрация растворимого или диспергируемого в воде пенообразователя кремнийсодержащего простого полиэфира (b) относительно суммы водной (а) и неводной (с) жидкостей в настоящем изобретении составляет от примерно 0,0001% до примерно 10%, предпочтительно, от примерно 0,001% до примерно 5%, и предпочтительнее, от примерно 0,005% до примерно 1%. Композиции по настоящему изобретению могут включать не только, по меньшей мере, один растворимый или диспергируемый в воде пенообразователь кремнийсодержащий простой полиэфир (b), но необязательно могут содержать другие органические или силиконовые пенообразователи, которые могут быть растворимыми или диспергируемыми или нерастворимыми в воде. Пенообразователи, обычно используемые в нефтяной промышленности, могут содержать анионогенные, неанионогенные, катионогенные, цвиттер-ионные или амфотерные поверхностно-активные вещества. Такие пенообразователи могут быть водорастворимыми или маслорастворимыми.
Типичные анионогенные поверхностно-активные вещества могут включать соли щелочных металлов жирных кислот, такие как олеат натрия; сульфаты спиртов, сульфаты простых эфиров, сульфаты этоксилированных спиртов, алкиларилсульфонаты, алкилфенолсульфонаты, сульфонаты простых алкилэфиров, нафталинсульфонаты, карбоксилированные этоксилаты спиртов или алкилфенолов, сульфосукцинаты, амидосульфонаты.
Типичные неионогенные поверхностно-активные вещества могут включать сополимеры кремнийорганических соединений и простых эфиров, этоксилированные спирты, алкилфенолалкоксилаты, полиолы, блоксополимеры простых эфиров, сложные эфиры глицерина и простые полиэфиры, сложные эфиры гликолей, жирные кислоты (лауриловую кислоту, олеиновую кислоту, стеариновую кислоту и т.д.), алкоксилированные жирные кислоты и эфиры жирных кислот, производные сорбитана, сложные эфиры сахарозы и глюкозы.
Типичные катионогенные поверхностно-активные вещества могут включать этилендиаминалкоксилаты, алкоксилаты алифатических аминов и аминов древесной смолы, соли четвертичного аммония, соли алкилпиридиния, алкоксилированные амины жиров, двойные бис- или дичетвертичные аммониевые поверхностно-активные вещества, соли амидопропилчетвертичных аминов и т.д.
Типичными цвиттер-ионными и амфотерными поверхностно-активными веществами являются соли аминокислот, алкилбетаины, такие как коко-, децил-, цетил-, лаурил- или олеилбетаины, амидопропилбетаины, имидазолины и производные имидазолинов, сульфобетаины, султаины, аминопропионаты, аминоксиды и т.д.
Концентрация растворимого или диспергируемого в воде пенообразователя кремнийсодержащего простого полиэфира (b) относительно концентрации всех пенообразователей в настоящем изобретении составляет от примерно 0,01% до примерно 100%.
Большинство типичных применений композиций по настоящему изобретению имеет место в нефтяной промышленности. Пены могут быть дешевой альтернативой жидкостей для бурения для удаления бурового шлама из бура и подъема их из ствола скважины или открытия образования для получения нефти или газа. Преимуществом использования пены против сжатого газа является то, что структура пены предотвращает утечку газа. Другим применением является возбуждение скважины, включая разрыв пеной, где используются особые реологические свойства пен. Другими примерами являются подъем углеводородов, подъем сырой нефти. Важным применением пен является удаление нагрузки по жидкости из газовых скважин, подъем с помощью пены (FAL). При FAL пенообразователь - кремнийсодержащий простой полиэфир (а), один или в комбинации с другими пенообразователями и добавками, закачивают периодически или непрерывно через обсадную трубу или кольцевое пространство или капиллярные колонны в нагрузку по жидкости и газ скважины для превращения такой жидкости в пену. В других применениях, таких как пены для бурения, газовой фазой пены могут быть другие газы, такие как азот, воздух, метан или какой-либо другой подходящий газообразный материал.
Во всех таких применениях как водные, так и неводные жидкости могут присутствовать одновременно, и пена должна быть устойчивой на протяжении разумного времени при наличии широкого интервала соотношений водная/неводная фаза, широкого интервала концентраций соли, давления и температур и также в присутствии кислот и оснований.
Другим возможным применением пенообразующих композиций по настоящему изобретению являются флотационные способы обработки нефтеносных песков или при разработке месторождений.
Вследствие широкого интервала условий в скважине необходимо получать широкий ряд пенообразователей с использованием указанных пенообразователей и других ингредиентов в различных соотношениях.
Композиция пенообразователя часто содержит некоторые ингредиенты иные, чем пенообразователи, такие как ингибиторы коррозии, антиоксиданты, биоциды, усилители пены; антифризы, такие как различные гликоли, глицерин, ингибиторы парафинирования, депрессантные присадки, ингибиторы асфальтинизации, ингибиторы образования накипи, ингибиторы газового гидрата, растворители, такие как изопропиловый спирт (IPA), и т.д. Такие добавки выбирают, основываясь на предполагаемом использовании, и такой выбор лежит в сфере знаний специалиста в данной области техники, так же, как и требуемые количества таких добавок, известные специалисту в данной области техники.
В композиции по настоящему изобретению могут добавляться другие необязательные ингредиенты, в том числе связующие вещества, например, силановые связующие вещества, вспомогательные вещества для отверждения, например, в том числе активаторы, замедлители и ускорители, добавки для переработки, такие как масла, пластификаторы, смолы, повышающие липкость, кремнеземы, другие наполнители, пигменты, жирные кислоты, оксид цинка, воски, антиозонанты, пептизаторы, усилители, такие как, например, углеродная сажа; смачивающие вещества, антикоррозионные добавки, поглотители сероводорода, биоциды и т.д. Такие добавки выбирают, основываясь на предполагаемом использовании, и такой выбор лежит в сфере знаний специалиста в данной области техники, так же, как и требуемые количества таких добавок, известные специалисту в данной области техники.
В воплощении изобретение включает способ образования пены с использованием любой из композиций, описанных в данном описании.
В воплощении способ образования пены включает применение композиции, в которой объемное отношение водной жидкости к неводной жидкости колеблется от примерно 2,5:97,5 до 99,9:0,1.
В воплощении способ образования пены включает применение композиции, в которой концентрация растворимого или диспергируемого в воде пенообразователя - кремнийсодержащего простого полиэфира (b) - относительно суммы водной и неводной жидкостей составляет от примерно 0,0001% до примерно 10%.
В воплощении способ образования пены включает применение композиции, при этом указанная композиция включает не только растворимый или диспергируемый в воде пенообразователь - кремнийсодержащий простой полиэфир (b), но также включает один или несколько других органических или силиконовых, анионогенных, неионогенных, катионогенных, цвиттер-ионных или амфотерных пенообразователей, и массовое отношение пенообразователя - кремнийсодержащего простого полиэфира (b) - к общему количеству органический и силиконовых пенообразователей составляет от примерно 0,01% до примерно 100%.
В воплощении изобретение включает способ удаления нагрузки по жидкости из газовых скважин, включающий добавление пенообразователя в указанные газовые скважины и удаление указанной устойчивой пены из указанных газовых скважин при образовании пены или во время бурения скважин.
В воплощении изобретение включает способ подъема образовавшихся жидкостей на поверхность в нефтяных скважинах, включающий добавление пенообразователя, полученного согласно способу по п.12, в указанные нефтяные скважины и подъем указанных образовавшихся жидкостей на поверхность указанных нефтяных скважин, после чего их объединяют с указанным пенообразователем.
Примеры
Ниже приводятся примеры, которые представлены для пояснения особенностей изобретения и не должны рассматриваться как ограничение объема изобретения. Примеры для сравнения приводятся с целью сравнения и не поясняют изобретение.
В качестве углеводородной фазы используются различные алифатические углеводороды. Гексаны, пентаны (качество для ВЭЖХ), циклогексан (проба >99%) закупают у Fisher Scientific, н-октан и н-декан закупают у Aldrich.
Пример синтеза А
2
2
2
2
10
Пятьсот десять грамм (510 г) простого полиэфира усредненной формулы СН=СНСН(ОСНСН)ОН, 0,55 г пропионата натрия и 25 ч/млн Pt в виде хлорплатиновой кислоты загружают в четырехгорлую круглодонную колбу, снабженную холодильником (присоединенным к источнику азота), подвесной мешалкой, греющим кожухом и термопарой. Смесь при перемешивании нагревают до 90°С. Через капельную воронку в колбу постепенно, в течение 30 мин добавляют гептаметилтрисилоксан (157,4 г). Экзотермическую реакцию регулируют медленным добавлением и охлаждением смесью воды со льдом. Затем реакцию завершают дополнительным перемешиванием в течение еще четырех часов, и завершение реакции проверяют газовой хроматографией (нет оставшегося гептаметилтрисилоксана). После охлаждения смеси до 40°С добавляют бикарбонат натрия и целит 545, перемешивают в течение 10 мин, и затем продукт реакции фильтруют под давлением через 5-микронный фильтровальный слой. Продукт представляет собой жидкость и имеет янтарный цвет. Средняя молекулярная масса и растворимость в воде пенообразователя продукта данного примера приводятся ниже в таблице 1.
Пример синтеза В
2
2
2
2
14,4
о
Пятьсот пятьдесят пять грамм (550 г) простого полиэфира усредненной формулы СН=СНСН(ОСНСН)ОН, 0,55 г пропионата натрия и 25 ч/млн Pt в виде хлорплатиновой кислоты загружают в четырехгорлую круглодонную колбу, снабженную холодильником (присоединенным к источнику азота), подвесной мешалкой, греющим кожухом и термопарой. Смесь при перемешивании нагревают до 90С. Через капельную воронку в колбу постепенно, в течение 30 мин добавляют гептаметилтрисилоксан (123,0 г). Экзотермическую реакцию регулируют медленным добавлением и охлаждением смесью воды со льдом. Затем реакцию завершают дополнительным перемешиванием в течение еще трех часов, и завершение реакции проверяют газовой хроматографией (нет оставшегося гептаметилтрисилоксана). После охлаждения смеси до 40°С добавляют бикарбонат натрия и целит 545, перемешивают в течение 10 мин, и затем продукт реакции фильтруют под давлением через 5-микронный фильтровальный слой. Продукт представляет собой твердое вещество и имеет янтарный цвет. Средняя молекулярная масса и растворимость в воде пенообразователя продукта данного примера приводятся ниже в таблице 1.
Пример синтеза С
2
2
2
2
10
о
1-(2-Триметилсилилэтил)-1,1,3,3,-тетраметилдисилоксан (26,4 г), аллилфункциональный простой полиэфир усредненной структуры СН=СНСН(ОСНСН)ОН (73,6 г) и пропионат натрия (0,1 г) загружают в 250-мл круглодонную колбу. Колбу снабжают подвесной мешалкой, трубкой для подачи азота, терморегулятором, холодильником и греющим кожухом. Смесь нагревают до 80°С. Добавляют раствор хлорплатиновой кислоты (10 ч/млн в пересчете на Pt) в этаноле. Реактор выдерживают при 80С до тех пор, пока щелочным гидролизом не будет обнаруживаться Si-H. Продукт переносят в роторный испаритель и обрабатывают при 90°С в течение 2 часов при давлении 6,67 кПа (50 Торр). Продукт реакции фильтруют под давлением через 5-микронный фильтровальный слой. Полученный материал при комнатной температуре представляет собой светло-желтую прозрачную жидкость. Средняя молекулярная масса и растворимость в воде пенообразователя продукта данного примера приводятся ниже в таблице 1.
Пример синтеза D
2
2
2
2
14,4
1-Триметилсилил-2-диметилсилилэтан (35,6 г), аллилфункциональный простой полиэфир усредненной структуры СН=СНСНО(СНСНО)Н (200 г) и изопропанол (50 г) загружают в 500-мл круглодонную колбу. Колбу снабжают подвесной мешалкой, холодильником, греющим кожухом и термопарой с терморегулятором. Реакционную среду нагревают до 80°С, и добавляют катализатор Карстедта (10 ч/млн в пересчете на Pt). Отмечают выделение тепла, и через 10 мин при присутствии катализатора температура в реакторе достигает 97°С. Как только выделение тепла прекращается, реактор охлаждают до 80°С, и смесь перемешивают еще в течение 2 часов. Продукт переносят в одногорлую колбу и обрабатывают в течение 1 часа при 90°С и давлении 6,67 кПа (50 Торр) в роторном испарителе. Полученный материал при комнатной температуре представляет собой желтый воск. Средняя молекулярная масса и растворимость в воде пенообразователя продукта данного примера приводятся ниже в таблице 1.
Пример синтеза Е
2
2
2
2
32
1-Триметилсилил-2-диметилсилилэтан (17,8 г), аллилфункциональный простой полиэфир усредненной структуры СН=СНСНО(СНСНО)Н (200 г) и изопропанол (50 г) соединяют в 500-мл круглодоннуй колбе. Колбу снабжают подвесной мешалкой, холодильником, греющим кожухом и термопарой с терморегулятором. Реакционную среду нагревают до 80°С, и добавляют катализатор Карстедта (10 ч/млн в пересчете на Pt). Реакционную смесь перемешивают при 80°С в течение 48 часов. Продукт переносят в одногорлую колбу и обрабатывают в течение 1 часа при 90°С и давлении 6,67 кПа (50 Торр) в роторном испарителе. Полученный материал при комнатной температуре представляет собой желтый/коричневый воск. Средняя молекулярная масса и растворимость в воде пенообразователя продукта данного примера приводятся ниже в таблице 1.
Пример синтеза F
Аллилполиэтиленоксид с концевыми эпоксигруппами (8 ЕО, 25,5 г), 47,5 г гептаметилтрисилоксана и 0,1 г пропионата натрия соединяют в 250-мл четырехгорлой круглодонной колбе, снабженной механической мешалкой, переходником Клайзена, содержащим обратный холодильник и термометр (с контролем (Therm-O-Watch), обводной трубкой для азота и 100-мл капельной воронкой. Смесь нагревают до 90°С и добавляют катализатор 0,26 мл раствора хлорплатиновой кислоты (1% раствор в этаноле). Реакционная смесь через одну минуту нагревается экзотермически до 103°С. Добавляют остальные 102 г аллилполиэтиленоксида с концевыми эпоксигруппами из капельной воронки со скоростью, достаточной для поддержания температуры реакционной смеси приблизительно 100°С. Реакционная смесь не показывает следов SiH, когда вводится в трубку для гидролиза, содержащую раствор КОН/вода/этанол. Затем продукт фильтруют через тонкий фильтровальный слой, обрабатывают на Rotovap в течение 1,5 часов при 70°С и давлении до 0,133 кПа (1 мм рт.ст.) и получают прозрачную янтарную жидкость с содержанием эпоксигрупп 5,1 мас.% (ожидаемые 100% эпокси).
29
13
Промежуточное соединение - эпоксимодифицированный трисилоксан (100,0 г) вместе с 18,40 г диэтаноламина (соответствующими молярному избытку 1,88 мол.%) и 50,74 г 2-пропанола загружают в 250-мл четырехгорлую круглодонную колбу, снабженную механической мешалкой, переходником Клайзена, содержащим обратный холодильник и термометр (с контролем), и обводной трубкой для азота. Смесь нагревают до 80°С и добавляют катализатор 0,17 г бутоксида титана(VI). Время реакции составляет приблизительно 48 часов, и тогда реакционную смесь охлаждают до температуры окружающей среды и добавляют 1,0 г воды для дезактивации катализатора. Затем продукт фильтруют через тонкий фильтровальный слой, обрабатывают на Rotovap в течение 1,5 часов при 70°С и давлении до 0,133 кПа (1 мм рт.ст.) и получают прозрачную янтарную жидкость. Структуры аллилполиэтиленоксида с концевыми эпоксигруппами и модифицированного этилендиамином алкоксилата трисилоксана подтверждают Si и С ЯМР. Средняя молекулярная масса и растворимость в воде пенообразователя продукта данного примера приводятся ниже в таблице 1.
Пример синтеза G
2
2
2
2
14,4
о
Ди-трет-бутоксиметилсилан (44,6 г), аллилфункциональный простой полиэфир усредненной структуры СН=СНСНО(СНСНО)Н (255,4 г), пропионат натрия (0,30 г) и изопропанол (75,0 г) загружают в 500-мл круглодонную колбу. Колбу снабжают подвесной мешалкой, холодильником, греющим кожухом и терморегулятором. Смесь нагревают до 85°С под слоем азота. Добавляют хлорплатиновую кислоту (СРА) в этаноле (10 ч/млн в пересчете на Pt), и смесь выдерживают при 85°С в течение 15 часов. Тест на гидролиз показывает 1 мл на мл. Добавляют еще 40,5 г полиэфира и следом другую аликвоту СРА (10 ч/млн Pt). Материал выдерживают при 80С еще в течение 2 часов. Продукт переносят в одногорлую колбу и помещают на роторный испаритель. Начинают обработку при 90°С и давлении 6,67 кПа (50 Торр) на 2 часа. Материал по цвету при комнатной температуре представляет собой темно-серый воск. Средняя молекулярная масса и растворимость в воде пенообразователя продукта данного примера приводятся ниже в таблице 1.
Пример синтеза Н
2
2
2
2
14,4
1-(2-Триметилсилилэтил)-1,1,3,3,-тетраметилдисилоксан (246,8 г), аллилфункциональный простой полиэфир усредненной структуры СН=СНСНО(СНСНО)Н (53,2 г), пропионат натрия (0,30 г) и изопропанол (75,0 г) загружают в круглодонную колбу. Колбу снабжают подвесной мешалкой, холодильником, греющим кожухом и терморегулятором. Смесь нагревают до 85°С под слоем азота. Добавляют хлорплатиновую кислоту (СРА) (10 ч/млн в пересчете на Pt) в этаноле, и смесь выдерживают при 85°С в течение 3 часов. Отсутствие выделения водорода во время испытания на гидролиз указывает на полное гидросилилирование. Продукт переносят в одногорлую колбу и помещают на роторный испаритель. Начинают обработку при 90°С и давлении 6,67 кПа (50 Торр) на 2 часа. Материал по цвету при комнатной температуре представляет собой светло-серый воск. Средняя молекулярная масса и растворимость в воде пенообразователя продукта данного примера приводятся ниже в таблице 1.
Примеры для сравнения
Композиции силиконовых пенообразователей для сравнения комп. А - комп. G приводятся ниже:
3
2
18
4,5
3
3
6
2
4
17,5
Комп. А:MeSi[(OSiMe)(OSiMeP)]OSiMe, где Р= -СН(ОСН)ОН.
3
2
15
5,5
3
3
6
2
4
17
3
Комп. В:MeSi[(OSiMe)(OSiMeP)]OSiMe, где Р= -СН(ОСН)ОСН.
3
2
74
9
3
3
6
2
4
23
3
6
26
Комп. С:MeSi[(OSiMe)(OSiMeP)]OSiMe, где Р= -СН(ОСН)(ОСН)ОН.
3
2
74
9
3
3
6
2
4
23
3
6
5,8
Комп. D:MeSi[(OSiMe)(OSiMeP)]OSiMe, где Р= -СН(ОСН)(ОСН)ОН.
2
12
3
6
2
4
12
Комп. Е:Р(OSiMe)P, где Р= -СН(ОСН)ОН.
3
2
15
5,5
3
3
6
2
4
7,5
Комп. F:MeSi[(OSiMe)(OSiMeP)]OSiMe, где Р= -СН(ОСН)ОН.
3
1,9
3
3
6
2
4
7,5
3
Комп. G:MeSi(OSiMeP)OSiMe, где Р= -СН(ОСН)ОСН.
Указанные материалы получают стандартными процедурами. Средняя молекулярная масса и растворимость в воде пенообразователей продуктов данного примера приводятся ниже в таблице 1.
Таблица 1(Средняя молекулярная масса и растворимость в воде продуктов примеров синтеза и примеров для сравнения)
Материал
Средняя молекулярная масса (дальтон)
Растворимость в деионизованной воде при 25°С, 1%
Пример А
800
Растворим
Пример В
970
Растворим
Пример С
725
Диспергируется (муть)
Пример D
810
Растворим
Пример E
1585
Растворим
Пример F
770
Растворим
Пример G
940
Растворим
Пример H
910
Растворим
Комп. A
5500
Растворим
Комп. B
6000
Растворим
Комп. C
30000
Растворим
Комп. D
19000
Растворим
Комп. E
2000
Растворим
Комп. F
3800
Растворим
Комп. G
1100
Растворим
Примеры испытаний
Пример испытаний 1
Выполняют ряд скрининг-тестов с пенообразователями примеров А-Н и примеров для сравнения А-G для идентификации материалов, которые имеют потенциал эффективных пенообразователей при подъеме с помощью пены с высоким уровнем конденсатов углеводородов.
Используют две системы для моделирования условий в газовой скважине:
(а) 50% деионизованной воды и 50% гексанов; и
(b) 30% раствора NaCl (3%) и 70% гексанов.
Пену получают с использованием смесителя Варринга. Растворяют один грамм пенообразователя в водной фазе, затем добавляют гексан и получают в смесителе 200 мл смеси. Затем жидкость перемешивают в смесителе в течение 30 с при 18000 об/мин и наблюдают, получается или нет стабильная пена.
Таблица 2(Образование пены из смесей водная фаза/гексан в присутствии различных органомодифицированных силиконов)
Материал
Деион.вода/гексан (50/50)
3% раствор NaCl/гексан (30:70)
Комп. А
Нет пены
Нет пены
Комп. В
Нет пены
Нет пены
Комп. С
Пена
Нет пены
Комп. D
Пена
Нет пены
Пример А
Пена
Пена
Пример B
Пена
Пена
Пример C
Пена
Пена
Пример D
Пена
Пена
Пример E
Пена
Пена
Пример F
Пена
Пена
Пример G
Пена
Пена
Пример H
Пена
Пена
Комп. E
Пена
Нет пены
Комп. F
Нет пены
Нет пены
Комп. G
Пена
Пена
Таблица 2 показывает, что только несколько пенообразователей из примеров для сравнения, но все пенообразователи из примеров синтеза обеспечивают эффективное пенообразование с обеими жидкостями. За исключением пенообразователя из примера Е все пенообразователи по изобретению обладают молекулярной массой ниже 1000 дальтон. Все пенообразователи из примеров для сравнения обладают молекулярной массой свыше 1000 дальтон, и все, но не пример для сравнения G, не оправдывают ожиданий в случае 3% раствора NaCl с гексаном.
Пример испытаний 2
3
Способность различных пенообразователей понижать нагрузку по жидкости в различных дозах исследуют с использованием прибора для динамического испытания пен, описанного Yang J., Jovancicevic V. and Ramachadran S.: «Foam for gas well deliquification», Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 309 (2007), pp. 177-181. Загружают сто миллилитров жидкости в снабженную рубашкой стеклянную колонку (высота 77/70 см, диаметр 5 см) со стеклообразной фриттой на дне и выпускным ответвлением в верхней части. Для создания пены используют газ азот с фиксированной скоростью потока 7 л/мин (т.е. 0,425 м/час). Жидкость может быть удалена пеной, если только пена является достаточно стабильной для достижения выпускной трубы наверху (высота 70 см), и затем ее собирают. Количество жидкости, выгруженной пеной через 5 мин, используют для количественной оценки эффективности пенообразователя.
Сначала в водной фазе растворяют пенообразователь до добавления углеводорода. Углеводородной фазой является гексан, декан или смесь углеводородов, содержащая гексан, декан, октан и циклогексан в соотношении 1:1:1:1, и 3% раствор соли NaCl является водной фазой, и объемное отношение углеводородов к раствору соли составляет 70:30.
Таблица 3(Выгрузка жидкости с помощью пенообразователей при различных дозах углеводородов и пенообразователей)
Углеводороды
Поверхностно-активное вещство
Выгруженная жидкость, г
Выгруженная жидкость, мл
Название
Дозировка, г
Гексан
Комп. G
0,101
0
0
Гексан
Пример А
0,101
31,2
38,5
Декан
Пример В
0,18
38
48
Декан
Пример А
0,107
20,1
27
Декан
Пример В
0,102
29
38
Смесь
Пример А
0,099
12,2
16
Смесь
Пример В
0,098
30,4
37
Смесь
Пример В
0,112
32,8
42,5
Гексан
Пример D
0,12
19,2
23,5
Гексан
Пример Е
0,125
69,2
73
Гексан
Пример F
0,22
39,5
48
Гексан
Пример F
0,115
19,3
22
Гексан
Пример Н
0,12
12,5
15
Таблица 3 показывает, что в исследовании примеры пенообразователей по изобретению проявляют хорошие рабочие характеристики со всеми углеводородами, в то время как пенообразователь примера для сравнения не образует достаточно устойчивых пен для выгрузки любой жидкости.
Пример испытаний 3
Исследуют влияние химии углеводородов на характеристику пенообразования новых материалов с использованием различных углеводородов. В градуированный однолитровый цилиндр загружают сто миллилитров жидкости, содержащей 30 об.% водного раствора NaCl (3%) и 0,05 г пенообразователя и 70 об.% углеводорода. Барботируют азот со скоростью потока два литра в минуту через среднепористую стеклообразную фритту, погруженную в смесь жидкостей. Высоту пены после барботирования в течение 5 мин используют для количественной оценки эффективности пенообразования.
Таблица 4(Объем пены, образовавшейся в присутствии различных пенообразователей)
Высота пены, мл
Гексаны
Пентаны
Декан
Октан
Циклогексан
Смесь*
Пример А
800
>1000
550
750
650
700
*н-Декан + н-октан + гексаны + циклогексан (1:1:1:1)
Таблица 4 показывает, что с использованием в качестве пенообразователя продукта примера А образуется большое количество пены из всех отдельных углеводородов, а также их смеси.
Пример испытаний 4
Продукт примера А в качестве поверхностно-активного вещества в различных дозах и гексаны используют для моделирования газоконденсатов. Используют такой же способ, какой описан в примере испытаний 2.
Водной фазой является 3% раствор NaCl, и объемное отношение углеводородов к раствору соли составляет 70:30.
Таблица 5(Влияние дозы пенообразователя на выгрузку жидкости)
Поверхностно-активное вещество
Выгруженная пена, г
Выгруженная пена, мл
Название
Дозировка, г
Пример А
0
0
0
0,050
1,6
2
0,071
6,5
9
0,091
26,6
33
0,126
37,0
46
0,180
42,9
54
Таблица 5 показывает, что продукт примера А является эффективным пенообразователем для выгрузки жидкости, начиная от такой низкой концентрации, как примерно 0,1 г/100 мл.
Пример испытаний 5
Исследуют влияние отношения углеводородов к солевому раствору с использованием того же способа, как в примере испытаний 2, снова с использованием смесей гексан/3% раствор NaCl. В качестве пенообразователя используют продукт примера А в концентрации 0,10 г/100 мл жидкости.
Таблица 6(Влияние отношения углеводородов к солевому раствору на выгрузку жидкости)
Объемное отношение гексана к 3% раствору NaCl
Выгруженная пена, г
Выгруженная пена, мл
100:0
0
0
90:10
15,2
27
80:20
28,2
32,1
70:30
31,2
38,5
50:50
42,5
52
40:60
46,5
53
32,5:67,5
45,5
50
25:75
26,6
28
10:90
66,3
66
0:100
66,3
66
Таблица 6 показывает, что продукт примера А работает как эффективный пенообразователь при любом отношении конденсат/солевой раствор, если в смеси присутствует водная фаза.
Пример испытаний 6
Исследуют выгрузку жидкости при повышенной температуре с использованием того же способа, как в примере испытаний 2, снова с использованием смесей гексан/3% раствор NaCl.
Таблица 7(Выгрузка жидкости при 55°С)
Поверхностно-активное вещество
Выгруженная жидкость, г
Выгруженная жидкость, мл
Название
Дозировка, г
Пример B
0,125
53,3
62
Пример D
0,12
25,6
31
Пример E
0,12
53,9
67
Пример G
0,115
42,1
46
Пример Н
0,12
20
24
Таблица 7 показывает, что продукты примеров по данному изобретению работают как эффективные пенообразователи при повышенной температуре.
Можно видеть, что по сравнению с композициями, раскрытыми в публикации патента США 2007/0079963, в которых используется полисилоксан с молекулярной массой от примерно 1000 до примерно 1000000 дальтон (и в предпочтительном интервале 6000-60000 дальтон), силоксан по настоящему изобретению дает превосходные результаты при молекулярной массе ниже 1000 дальтон. Например, в примерах А, В и С молекулярная масса колеблется от 725 (пример С) до 970 (пример А), и со всеми ними достигается пенообразование. Такие результаты являются неожиданными с учетом рекомендации в указанной публикации в отношении более высокой молекулярной массы и неудачи в достижении приемлемых результатов при молекулярной массе ниже 1000 дальтон, как показано в примере 3 в публикации патента США 2007/0079963, где полисилоксан с молекулярной массой 600 не позволяет достичь пенообразования.
Следует представлять, что можно осуществлять различные модификации воплощений, описанных в данном описании. Следовательно, приведенное выше описание не следует рассматривать как ограничивающее, но только как примеры различных воплощений. Специалисты в данной области техники представят другие модификации в пределах объема и сущности прилагаемой формулы изобретения.