СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ ОБРАСТАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АГЕНТА ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ
METHOD OF INHIBITING FOULING ON METALLIC SURFACES USING SURFACE MODIFYING TREATMENT AGENT

В настоящей заявке испрашивается приоритет в связи с заявкой US серийный номер 61/880833, поданной 20 сентября 2013 г., и заявкой US серийный номер 61/880835, поданной 20 сентября 2013 г., которые обе включены в настоящее описание в качестве ссылок.
Область настоящего изобретения
В настоящем изобретении предлагается способ предотвращения обрастания металлических труб, трубопровода или емкости в ходе добычи флюидов из подземного пласта при нанесении на поверхность металлических труб, трубопровода или емкости агента, содержащего якорный фрагмент и гидрофобный хвост.
Предпосылки создания настоящего изобретения
Флюиды, добываемые из подземных пластов, обычно представляют собой сложные смеси материалов, таких как алифатические углеводороды, ароматические углеводороды, гетероатомные соединения, анионные и катионные соли, кислоты, пески, алевриты и глины. Факторы, которые способствуют формированию и отложению в подземных пластах загрязнений, таких как оксидные пленки, солевые, парафиновые отложения, продукты коррозии, асфальтеновые и бактериальные отложения, включают природу указанных флюидов совместно с жесткими условиями, которые обычно оказывают на них влияние: нагревание, давление и турбулентность. Прежде всего, указанные загрязнения откладываются на оборудовании и в трубопроводах, используемых в скважинах для добычи углеводородов и добычи неуглеводородных материалов.
Коррозия металлических поверхностей, наблюдаемая в результате указанных воздействий, является главной проблемой, о чем свидетельствует точечная коррозия поверхности, хрупкость и истончение металлических изделий. Например, в ходе таких способов интенсификации добычи, как травление, промывка кислотой, матричная кислотная обработка и кислотный гидроразрыв, кислотная природа флюида для обработки вызывает значительную кислотную коррозию трубопроводов добычи и трубопроводов для ремонта скважин.
Кроме того, водные флюиды, используемые, например, при бурении и заканчивании скважины, содержат большое количество солей, вызывающих коррозию. Газы, такие как диоксид углерода и сероводород, также создают сильнокислотную среду, с которой контактируют металлические поверхности. Например, коррозия, вызываемая солевым раствором и сероводородом, наблюдается в трубопроводах в ходе переработки газовых потоков. Присутствие метанола, который часто добавляют в указанные потоки для предотвращения формирования нежелательных гидратов, в дальнейшем часто усиливает коррозию металлических поверхностей.
Более того, природные и синтетические газы часто очищают, используя абсорбирующие кислые газы, диоксид углерода, сероводород и цианистый водород. Деградация абсорбента и кислых компонентов, а также образование побочных продуктов (в ходе реакции кислотных компонентов и абсорбента) приводят к коррозии металлических поверхностей.
Другой проблемой является отложение солевых и асфальтеновых отложений, поскольку они снижают продуктивность скважины и сокращают срок службы эксплуатационного оборудования. Очистка скважин и оборудования от указанных отложений требует остановки добычи, что является длительной и дорогостоящей процедурой.
Широко распространенным способом является использование агентов для обработки, которые подавляют или предотвращают формирование указанных загрязнений. Однако в связи с современными требованиями охраны окружающей среды множество стандартных ингибиторов являются неприемлемыми для использования на нефтяных месторождениях. Следовательно, существует необходимость в разработке альтернативных растворов для подавления формирования указанных загрязнений.
Следует понимать, что представленное выше обсуждение дано только для иллюстрации настоящего изобретения и не ограничивает объем и объекты прилагаемых пунктов формулы изобретения или объем любой родственной заявки или патента. Таким образом, ни один их прилагаемых пунктов формулы изобретения или пунктов любой родственной заявки или патента не ограничивается представленным выше обсуждением, или эти пункты нельзя истолковать таким образом, чтобы отнести, включить или исключить каждый или любой из указанных выше признаков или недостатков только за счет их упоминания в настоящем описании.
Краткое описание настоящего изобретения
В одном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается способ подавления обрастания загрязнениями металлических труб, трубопровода или емкости в подземном пласте или отводимых из подземного пласта или подводимых к нему. Способ заключается в том, что на оксид металла на поверхности металлических труб, трубопровода или емкости, наносят агент для модификации поверхности. Агент для модификации поверхности содержит гидрофобный хвост и якорный фрагмент, предназначенный для присоединения агента для модификации поверхности к оксиду металла. Якорный фрагмент в составе агента для модификации поверхности присоединяется по крайней мере к части оксида металла. Накопление загрязнений на трубах, трубопроводе или емкости подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста на флюиды, которые способны вызывать обрастание указанными загрязнениями.
В другом варианте предлагается способ подавления обрастания загрязнениями металлических труб, трубопровода или емкости в подземном пласте или отводимых из подземного пласта или подводимых к нему. Способ заключается в том, что на оксид металла на поверхности металлических труб, трубопровода или емкости, наносят агент для модификации поверхности. Агент для модификации поверхности содержит якорный фрагмент и гидрофобный хвост. Якорный фрагмент представляет собой производное органической фосфорсодержащей кислоты. Гидрофобный хвост расположен на удалении от оксида металла. Якорный фрагмент присоединяется по крайней мере к части оксида металла. Формирование обрастания на трубах, трубопроводе или емкости загрязнениями из флюида подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста на флюид.
В еще одном варианте предлагается способ подавления обрастания загрязнениями металлических труб, трубопровода или емкости в подземном пласте или отводимых из подземного пласта или подводимых к нему. Способ заключается в том, что на оксид металла на поверхности металлических труб, трубопровода или емкости, наносят агент для модификации поверхности. Агент для модификации поверхности содержит якорный фрагмент и гидрофобный хвост. Якорный фрагмент представляет собой содержащий металл комплекс, а гидрофобный хвост представляет собой кремнийорганический материал, фторированный углеводород или оба компонента - кремнийорганический материал и фторированный углеводород. Якорный фрагмент присоединяется по крайней мере к части оксида металла. Формирование обрастания на трубах, трубопроводе или емкости загрязнениями из флюида подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста на флюид.
В одном варианте предлагается способ подавления обрастания загрязнениями металлических труб, трубопровода или емкости в подземном пласте или отводимых из подземного пласта или подводимых к нему. Указанный способ заключается в том, что агент для модификации поверхности закачивают в подземный пласт. Агент для модификации поверхности содержит якорный фрагмент и гидрофобный хвост. Якорный фрагмент в составе агента для модификации поверхности присоединяется к оксиду металла на поверхности металлических труб, трубопровода или емкости. Отложение загрязнений из флюида на трубах, трубопроводе или емкости подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста в составе агента для модификации поверхности на флюид.
В другом варианте предлагается способ подавления обрастания загрязнениями металлических труб, трубопровода или емкости в подземном пласте или отводимых из подземного пласта или подводимых к нему, при этом способ заключается в том, что сначала в подземный пласт закачивают агент для модификации поверхности. Агент для модификации поверхности содержит якорный фрагмент и гидрофобный хвост. Якорный фрагмент представляет собой производное органической фосфорсодержащей кислоты. Затем якорный фрагмент в составе агента для модификации поверхности присоединяется к оксиду металла поверхности металлических труб, трубопровода или емкости. Отложение загрязнений из флюида на трубах, трубопроводе или емкости подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста в составе агента для модификации поверхности на флюид.
В еще одном варианте предлагается способ подавления обрастания загрязнениями металлических труб, трубопровода или емкости в подземном пласте или отводимых из подземного пласта или подводимых к нему, при этом способ заключается в том, что сначала в подземный пласт закачивают агент для модификации поверхности. Агент для модификации поверхности содержит якорный фрагмент и гидрофобный хвост, при этом якорный фрагмент представляет собой содержащий металл комплекс, а гидрофобный хвост представляет собой кремнийорганический материал, фторированный углеводород или оба компонента - кремнийорганический материал и фторированный углеводород. Затем якорный фрагмент в составе агента для модификации поверхности присоединяется к оксиду металла на поверхности металлических труб, трубопровода или емкости. Отложение загрязнений из флюида на трубах, трубопроводе или емкости подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста в составе агента для модификации поверхности на флюид.
В одном варианте предлагается способ подавления отложения загрязнений на металлических трубах, трубопроводе или емкости в скважине или отводимых из скважины или подводимых к ней. В указанном способе защитный агент наносят по крайней мере на часть металлических труб, трубопровода или емкости. Защитное покрытие формируется по крайней мере на части поверхности металлических труб, трубопровода или емкости. Затем на защитное покрытие наносят агент для модификации поверхности. Агент для модификации поверхности содержит якорный фрагмент и гидрофобный хвост. Покрытие содержит реакционноспособный в отношении якорного фрагмента участок. Якорный фрагмент в составе агента для модификации поверхности соединяется по крайней мере с частью реакционноспособного участка. Отложение загрязнений из флюида на трубах, трубопроводе или емкости подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста в составе агента для модификации поверхности на флюид.
В другом варианте предлагается способ подавления отложения загрязнений на металлических трубах, трубопроводе или емкости в скважине или отводимых из скважины или подводимых к ней, при этом сначала наносят защитный агент на металлические трубы, трубопровод или емкость, для формирования покрытия по крайней мере на части поверхности металлических труб, трубопровода или емкости. Затем на покрытие наносят агент для модификации поверхности, содержащий якорный фрагмент и гидрофобный хвост. Якорный фрагмент представляет собой фосфорорганическое производное. Якорный фрагмент в составе агента для модификации поверхности соединяется с реакционноспособным участком на поверхности покрытия. Отложение загрязнений из флюида на трубах, трубопроводе или емкости подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста в составе агента для модификации поверхности на флюид.
В еще одном варианте предлагается способ подавления отложения загрязнений на металлических трубах, трубопроводе или емкости в скважине или отводимых из скважины или подводимых к ней, при этом сначала наносят защитный агент на металлические трубы, трубопровод или емкость, для формирования покрытия по крайней мере на части поверхности металлических труб, трубопровода или емкости. Затем на покрытие наносят агент для модификации поверхности, содержащий якорный фрагмент и гидрофобный хвост. Якорный фрагмент содержит металл, а гидрофобный хвост представляет собой кремнийорганический материал, фторированный углеводород или оба компонента - кремнийорганический материал и фторированный углеводород. Якорный фрагмент в составе агента для модификации поверхности соединяется с реакционноспособным участком на поверхности покрытия. Отложение загрязнений из флюида на поверхности труб, трубопровода или емкости подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста в составе агента для модификации поверхности на флюид.
В одном варианте предлагается способ подавления отложения оксидных пленок, продуктов коррозии, парафиновых, асфальтеновых, солевых, бактериальных отложений или их смесей на металлических трубах, трубопроводе или емкости в скважине или отводимых из скважины или подводимых к ней. Трубы, трубопровод или емкость изготовлены из легированной стали или углеродистой стали. В указанном варианте осуществления изобретения на изделия из легированной стали или углеродистой стали наносят защитный агент для введения на их поверхность реакционноспособных функциональных групп. Затем в скважину закачивают скважинный флюид. Флюид содержит агент для модификации поверхности. Агент для модификации поверхности содержит якорный фрагмент и гидрофобный хвост. Якорный фрагмент соединяется с реакционноспособными функциональными группами на легированной стали или углеродистой стали. Гидрофобный хвост не напрямую связан с легированной сталью или углеродистой сталью. Отложение загрязнений из флюида на поверхности труб, трубопровода или емкости подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста в составе агента для модификации поверхности на флюид.
В другом варианте предлагается способ подавления отложения оксидных пленок, продуктов коррозии, парафиновых, асфальтеновых, солевых, бактериальных отложений или их смесей на металлических трубах, трубопроводе или емкости в скважине или отводимых из скважины или подводимых к ней. Трубы, трубопровод или емкость изготовлены из легированной стали или углеродистой стали. На легированную сталь или углеродистую сталь наносят защитный агент для введения на поверхность металлических труб, трубопровода или емкости реакционноспособных функциональных групп. Затем в скважину закачивают флюид, содержащий агент для модификации поверхности. Агент для модификации поверхности содержит якорный фрагмент и гидрофобный хвост. Якорный фрагмент в составе агента для модификации поверхности представляет собой производное органической фосфорсодержащей кислоты. Производное органической фосфорсодержащей кислоты соединяется с реакционноспособными функциональными группами на легированной стали или углеродистой стали. Гидрофобный хвост не напрямую связан с легированной сталью или углеродистой сталью. Отложение загрязнений из флюида на поверхности труб, трубопровода или емкости подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста в составе агента для модификации поверхности на флюид.
В еще одном варианте предлагается способ подавления отложения оксидных пленок, продуктов коррозии, парафиновых, асфальтеновых, солевых, бактериальных отложений или их смесей на металлических трубах, трубопроводе или емкости в скважине или отводимых из скважины или подводимых к ней. Трубы, трубопровод или емкость изготовлены из легированной стали или углеродистой стали. На легированную сталь или углеродистую сталь наносят защитный агент для введения на поверхность металлических труб, трубопровода или емкости реакционноспособных функциональных групп. Затем в скважину закачивают флюид, содержащий агент для модификации поверхности. Агент для модификации поверхности содержит якорный фрагмент и гидрофобный хвост. Якорный фрагмент содержит металл, а гидрофобный хвост представляет собой кремнийорганический материал, фторированный углеводород или оба компонента - кремнийорганический материал и фторированный углеводород. Якорный фрагмент соединяется с реакционноспособными функциональными группами на легированной стали или углеродистой стали. Гидрофобный хвост не напрямую связан с легированной сталью или углеродистой сталью. Отложение загрязнений из флюида на поверхности труб, трубопровода или емкости подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста в составе агента для модификации поверхности на флюид.
В одном варианте предлагается способ подавления отложения оксидных пленок, продуктов коррозии, парафиновых, асфальтеновых, солевых, бактериальных отложений или их смесей на металлических трубах, трубопроводе или емкости в ходе добычи нефти или газа из скважины. Согласно изобретению по крайней мере на часть покрытия наносят агент для модификации поверхности, содержащий якорный фрагмент и фторсодержащий гидрофобный хвост. Якорный фрагмент соединяется с оксидом металла на поверхности металлических труб, трубопровода или емкости. Гидрофобный хвост, который не напрямую связан с металлическими трубами, трубопроводом или емкостью, воздействует на флюиды внутри скважины, тем самым предотвращая отложение загрязнений из флюида на поверхность металлических труб, трубопровода или емкости.
В другом варианте предлагается способ подавления отложения оксидных пленок, продуктов коррозии, парафиновых, асфальтеновых, солевых, бактериальных отложений или их смесей на поверхности металлических труб, трубопроводе или емкости в ходе добычи нефти или газа из скважины. В указанном способе агент для модификации поверхности наносят на поверхность металлических труб, трубопровода или емкости. Агент для модификации поверхности содержит якорный фрагмент и гидрофобный хвост. Якорный фрагмент представляет собой металл, а гидрофобный хвост представляет собой кремнийорганический материал, фторированный углеводород или оба компонента - кремнийорганический материал и фторированный углеводород. Якорный фрагмент соединяется с оксидом металла на поверхности металлических труб, трубопровода или емкости. Формирование оксидных пленок, продуктов коррозии, парафиновых, асфальтеновых, солевых и бактериальных отложений на поверхности металлических труб, трубопровода или емкости внутри скважины подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста на флюид.
В еще одном варианте предлагается способ подавления отложения оксидных пленок, продуктов коррозии, парафиновых, асфальтеновых, солевых, бактериальных отложений или их смесей на поверхности металлических труб, трубопровода или емкости в ходе добычи нефти или газа из скважины. В указанном способе агент для модификации поверхности наносят на поверхность металлических труб, трубопровода или емкости. Агент для модификации поверхности содержит якорный фрагмент и фторсодержащий гидрофобный хвост. Якорный фрагмент представляет собой производное органической фосфорсодержащей кислоты. Гидрофобный хвост не напрямую связан с поверхностью металлических труб, трубопровода или емкости. Производное органической фосфорсодержащей кислоты присоединяется к оксиду металла на поверхности металлических труб, трубопровода или емкости. Формирование оксидных пленок, продуктов коррозии, парафиновых, асфальтеновых, солевых и бактериальных отложений на поверхности металлических труб, трубопровода или емкости внутри скважины подавляется за счет воздействия гидрофобного хвоста на флюид.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения
Характеристики и преимущества настоящего изобретения и дополнительные признаки и достоинства становятся более очевидными для специалистов в данной области техники после прочтения следующего подробного описания типичных вариантов осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, что настоящее описание, в котором представлены типичные варианты осуществления изобретения, не ограничивают пункты формулы настоящего изобретения и пункты в любых других патентах или заявках на выдачу патента, в связи с которыми испрашивается приоритет настоящей заявки. И наоборот, все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты не выходят за пределы объема и сущности формулы настоящего изобретения. Можно изменить конкретные варианты и детали осуществления настоящего изобретения, описанные в данном контексте, не выходя за пределы таких объема и сущности.
Определенные термины, использованные в данном контексте и в прилагаемых пунктах формулы изобретения, могут относиться к конкретным компонентам, стадиям процессов или операциям по обработке скважины. Для специалиста представляется очевидным, что различные субъекты могут ссылаться на компонент, стадию процесса или операцию по обработке скважины с использованием различных названий. В этом документе не предполагается различать компоненты, стадии процесса или операции по обработке скважины, которые отличаются по своему названию, но не отличаются по своей функции или операции. А также термины "включающий" и "содержащий в своем составе" использованы в данном контексте и в пунктах формулы изобретения в неограничивающей форме, и таким образом, означают "включающий, но не ограничиваясь только им…". Более того, ссылка в данном контексте или пункте формулы изобретения на компоненты или аспекты в единственном числе не обязательно ограничивает настоящее описание или прилагаемые пункты формулы изобретения только одним таким компонентом или аспектом, а такую ссылку следует интерпретировать в общем виде, то есть имеется в виду один или более компонент или аспект в соответствии с пригодностью или необходимостью в каждом конкретном случае.
Таким образом, предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения характеризуются преимуществами по сравнению с предшествующим уровнем техники и оптимизированы для осуществления одного или более объектов настоящего изобретения. Однако, настоящее описание не требует использование каждого из компонентов и действий, описанных выше, и никоим образом не ограничивается описанными выше вариантами или способами осуществления.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается способ применения агента для модификации поверхности, предназначенный для подавления осаждения или накопления загрязнений на металлической поверхности труб, трубопровода или емкости, расположенных внутри подземного пласта или отводимых от подземного пласта или подводимых к нему. Трубопровод может представлять собой наземный трубопровод или выкидную линию. Способ можно использовать для подавления отложения или накопления отложений в эксплуатируемых емкостях, расположенных непосредственно на месте закачки. Кроме того, способ можно использовать для подавления отложения или накопления загрязнений на трубопроводах и емкостях, используемых на нефтеперерабатывающих заводах и в установках для обработки флюидов.
Термин "подземный пласт", использованный в данном контексте, может обозначать эксплуатируемую скважину для добычи углеводородов или скважину для добычи неуглеводородных материалов. Например, термин "подземный пласт" может обозначать скважину для добычи газа, скважину для добычи нефти, геотермальную скважину, угольнопластовую метановую скважину или водонагнетательную скважину.
Агент для модификации поверхности можно нанести на металлическую поверхность труб, трубопровода или емкости до введения труб, трубопровода или емкости в подземный пласт, однако обычно агент для модификации поверхности закачивают в пласт после размещения труб, трубопровода или емкости внутри пласта.
Поверхность труб, трубопровода или емкости обычно состоит из металлов, например, углеродистой стали или высоколегированных сталей, включая хромистые стали, дуплексные стали, нержавеющие стали, легированные мартенистые стали, легированные ферритовые стали, аустенитные нержавеющие стали, дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали или стали с высоким содержанием никеля.
Агент для модификации поверхности содержит якорный фрагмент и гидрофобный хвост. Якорный фрагмент служит для присоединения гидрофобного хвоста к реакционноспособной группе на металлическом субстрате. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобный хвост не напрямую связан, присоединен или зафиксирован на металлическом субстрате или реакционноспособной группе на поверхности металлического субстрата. Гидрофобный хвост в составе агента для модификации поверхности не напрямую присоединен к субстрату через якорный фрагмент. Гидрофобный хвост обычно удален от металлической поверхности. Предполагается, что гидрофобный хвост облегчает передвижение водных флюидов внутри пласта, обеспечивая их перемещение на удалении от металлической поверхности труб, трубопровода или емкости. Такое свойство можно объяснить тем, что гидрофобный хвост изменяет смачиваемость металлической поверхности.
Толщина слоя агента для модификации поверхности на поверхности металлических труб, трубопровода или емкости обычно составляет от приблизительно 2 нм до приблизительно 40 нм. Не основываясь на какой-либо теории, следует полагать, что ковалентная связь образуется между твердой частицей (такой как металл в составе оксида металла на поверхности трубы, трубопровода или емкости) и якорным фрагментом агента для модификации поверхности.
После присоединения к оксиду металла на поверхности трубы, трубопровода или емкости агент для модификации поверхности проявляет высокую стабильность. Подавление обрастания загрязнениями металлической поверхности сохраняется в течение длительного периода времени за счет стабильности агента для модификации поверхности.
Гидрофобный хвост в составе агента для модификации поверхности способствует отталкиванию водных флюидов от металлической поверхности труб, трубопровода или емкости внутри пласта, при этом снижается время контактирования между водным флюидом, содержащим загрязнители, и металлической поверхностью трубы, трубопровода или емкости.
В то время как хвост в составе агента для модификации поверхности проявляет гидрофобные свойства, он может также проявлять олеофобные (маслоотталкивающие) свойства. Следовательно, агент для модификации поверхности можно рассматривать как омнифобный (несмачиваемый) материал.
Агент для модификации поверхности можно также использовать для пассивного подавления, контроля или предотвращения отложения или накопления оксидных пленок, продуктов коррозии, парафиновых, асфальтеновых, солевых или бактериальных отложений (аэробных и анаэробных) и других микроорганизмов на металлическом субстрате. (Термин "подавление" или "подавлять", использованный в данном контексте, включает контроль или предотвращение отложения или накопления загрязнений на металлических субстратах.) Указанное подавление связано с тем, что гидрофобный хвост в составе агента для модификации поверхности сводит к минимуму или снижает способность загрязнений прилипать к металлической поверхности труб, трубопровода или емкости в пласте.
Кроме того, подавление отложения солевых отложений можно объяснить гидрофобной природой минеральных отложений, таких как соли кальция, бария, магния и т.п., включая отложения сульфата бария, сульфата кальция и карбоната кальция, а также отложения сульфидов, таких как сульфид цинка, сульфид железа и т.п.
Кроме того, объемная природа гидрофобного хвоста композитных материалов может способствовать, предотвращать или контролировать отложения органических частиц на металлическом субстрате.
Природа гидрофобного хвоста в составе агента для модификации поверхности, нанесенного на металлический субстрат, может способствовать подавлению или предотвращению коррозии металла, прежде всего железа и сплавов железа.
Более того, агент для модификации поверхности может проявлять пассивную противобактериальную функцию с целью борьбы с ростом бактерий, который в основном вызван присутствием азота и/или фосфора в пластовой воде или во флюиде, закачиваемом в пласт. Гидрофобный хвост в составе агента для модификации поверхности может отталкивать флюид от металлической поверхности и таким образом, снижать время контактирования флюида с металлической поверхностью. Такое свойство предотвращает рост аэробных бактерий, анаэробных бактерий и других микроорганизмов.
В предпочтительном варианте якорный фрагмент в составе агента для модификации поверхности может представлять собой производное органической фосфорсодержащей кислоты, где гидрофобная группа присоединена к якорному фрагменту. В другом предпочтительном варианте якорный фрагмент в составе агента для модификации поверхности может представлять собой металл, а гидрофобный хвост может представлять собой кремнийорганический материал, фторированный углеводород или оба компонента - кремнийорганический материал и фторированный углеводород.
Фосфорорганические якорные фрагменты
Якорный фрагмент в составе агента для модификации поверхности, содержащий производное органической фосфорсодержащей кислоты, можно получить из органических производных фосфорной, фосфоновой или фосфиновой кислот. Органические группы якорного фрагмента могут существовать в мономерной или полимерной форме.
x
y
Примеры производных мономерной фосфорной кислоты включают соединения или смеси соединений структуры (RO)-P(O)-(OR'), где х равен 1-2, у равен 1-2, а х+у=3, R предпочтительно обозначает радикал, содержащий 1-30 атомов углерода, предпочтительно 2-20, более предпочтительно 6-18 атомов углерода, R' обозначает H, металл, такой как щелочной металл, например, натрий или калий, или (низш.) алкил, содержащий от 1 до 4 атомов углерода, например, метил или этил. Предпочтительно, часть R' обозначает H.
Органический компонент фосфорной кислоты (R) может обозначать насыщенную или ненасыщенную алифатическую группу или арил или арил-замещенный фрагмент. По крайней мере одна из органических групп может содержать концевые или ω-функциональные группы, как описано ниже.
Примеры производных мономерной фосфоновой кислоты включают соединения или смеси соединений формулы:
где а равен 0-1, b равен 1, с равен 1-2 и а+b+с=3, предпочтительно R и Rʺ каждый независимо обозначает радикал, содержащий 1-30 атомов углерода, предпочтительно 2-20, более предпочтительно 6-18 атомов углерода, R' обозначает H, металл, такой как щелочной металл, например, натрий или калий или (низш.) алкил, содержащий 1-4 атомов углерода, например, метил или этил. Предпочтительно, часть R' обозначает H. Органический компонент фосфоновой кислоты (R и Rʺ) может обозначать насыщенную или ненасыщенную алифатическую группу или арил или арил-замещенный фрагмент. По крайней мере одна из органических групп может содержать концевые или ω-функциональные группы, как описано ниже.
Примеры производных мономерной фосфиновой кислоты включают соединения или смеси соединений формулы:
где d равен 0-2, е равен 0-2, f равен 1, a d+e+f=3, предпочтительно R и Rʺ каждый независимо обозначает радикал, содержащий 1-30 атомов углерода, предпочтительно 2-20, более предпочтительно 6-18 атомов углерода, R' обозначает H, металл, такой как щелочной металл, например, натрий или калий или (низш.) алкил, содержащий от 1 до 4 атомов углерода, например, метил или этил. Предпочтительно, часть R' обозначает H. Органический компонент фосфиновой кислоты (R, Rʺ) может обозначать насыщенную или ненасыщенную алифатическую группу или арил или арил-замещенный фрагмент. Примеры органических групп, которые могут содержать R и Rʺ, включают алифатические углеводороды с длинной или короткой цепью, ароматические углеводороды, а также замещенные алифатические углеводороды и замещенные ароматические углеводороды.
По крайней мере одна из органических групп может дополнительно содержать одну или более концевых или ω-функциональных гидрофобных групп. Примеры концевых или ω-функциональных групп включают карбоксильные группы, такие как карбоновая кислота, гидроксильную группу, аминогруппу, иминогруппу, амидную группу, тиогруппу и фосфоновую кислоту, цианогруппу, сульфонат, карбонат и смешанные заместители.
Типичными производными органических фосфорсодержащих кислот являются амино-трис-метиленфосфоновая кислота, аминобензилфосфоновая кислота, 3-аминопропилфосфоновая кислота, О-аминофенилфосфоновая кислота, 4-метоксифенилфосфоновая кислота, аминофенилфосфоновая кислота, аминофосфономасляная кислота, аминопропилфосфоновая кислота, бензгидрилфосфоновая кислота, бензилфосфоновая кислота, бутилфосфоновая кислота, карбоксиэтилфосфоновая кислота, дифенилфосфиновая кислота, додецилфосфоновая кислота, этилидендифосфоновая кислота, гептадецилфосфоновая кислота, метилбензилфосфоновая кислота, нафтилметилфосфоновая кислота, октадецилфосфоновая кислота, октилфосфоновая кислота, пентилфосфоновая кислота, фенилфосфиновая кислота, фенилфосфоновая кислота, стиролфосфоновая кислота и додецил-бис-1,12-фосфоновая кислота.
Помимо производных органической фосфорсодержащей кислоты в мономерной форме можно использовать производные органических фосфорсодержащих кислот в олигомерных или полимерных формах, образующихся в ходе самоконденсации мономерных форм соответствующих кислот.
f
2
p
f
Гидрофобный хвост в составе агента для модификации поверхности может представлять собой содержащий фтор фрагмент. В одном варианте осуществления настоящего изобретения содержащий фтор фрагмент характеризуется формулой R-(CH)-, где R обозначает перфторированную алкильную группу или содержит перфторированную группу простого алкиленового эфира, а p равен от 2 до 4, предпочтительно 2.
Обычно фторсодержащий фрагмент характеризуется среднечисловой молекулярной массой менее 2000.
Примеры перфторированных групп содержащего фтор фрагмента включают группы, характеризующиеся структурой:
n
2n+1
где Y обозначает F или CF, m равен от 4 до 20, а n равен от 1 до 6.
Предпочтительной олигомерной или перфторированной группой простого алкиленового эфира является группа, в которой R и/или Rʺ обозначают группу формулы:
2
n
2n+1
n
2n+1
где A обозначает атом кислорода или химическую связь, такую как CF, n равен от 1 до 20, предпочтительно от 1 до 6, Y обозначает H, F, CH или CF, b равен по крайней мере 1, предпочтительно от 2 до 10, m равен от 0 до 50, а p равен от 1 до 20.
f
2
p
f
2
p
f
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения агент для модификации поверхности характеризуется формулой R-(CH)-Z, где Z, т.е. участок связывания, обозначает H, F или производное кислоты, а гидрофобный хвост (связанный с участком связывания) представляет собой фрагмент R-(CH)-, где R обозначает перфторированную алкильную группу или содержит перфторированную группу простого алкиленового эфира, как указано выше, а p равен от 2 до 4, предпочтительно 2.
f
2
p
В одном варианте агент для модификации поверхности характеризуется формулой R-(CH)-Z, где Z обозначает:
где R и Rʺ обозначают углеводородный или замещенный углеводородный радикал, содержащий вплоть до 200, например от 1 до 30 и от 6 до 20 атомов углерода, R и Rʺ могут также включать указанные выше перфторалкильные группы, a R' обозначает H, метал, такой как калий или натрий или амин, или алифатический радикал, например, алкил, включая замещенный алкил, содержащий от 1 до 50 атомов углерода, предпочтительно низший алкил, содержащий от 1 до 4 атомов углерода, например, метил или этил, или арил, включая замещенный арил, содержащий от 6 до 50 атомов углерода.
3
n
2n
2
2
3
2
3
2
x
2
2
y
2
2
3
2
В другом варианте агент для модификации поверхности характеризуется формулой CF(CF)CHCHPOH, где n равен от 3 до 5, или формулой CF(CF)O(CFCF)-CHCH-POH, где x равен от 0 до 7, у равен от 1 до 20, а х+у равно 27 или менее.
Не основываясь на какой-либо теории, предполагается, что ковалентная связь образуется между металлом оксида, образовавшегося на поверхности трубы, трубопровода или емкости, и якорным фрагментом агента для модификации поверхности в результате разрыва P=O-связи органического фосфорсодержащего фрагмента и образования М-О-Р ковалентной мостиковой связи.
Гидрофобный хвост на основе кремнийорганических соединений и/или фторированных углеводородов.
Якорный фрагмент в составе агента для модификации поверхности может представлять собой металл. Например, якорный фрагмент может представлять собой металл группы 3, 4, 5 или 6. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения металлом является металл группы 4, такой как Ti, Zr или Hf, металл группы 5, такой как Ta или Nb, металл группы 6, такой как W, или металл из группы лантаноидов, такой как La.
Гидрофобный хвост в составе агента для модификации поверхности может представлять собой кремнийорганическое соединение, фторированный углеводород или оба компонента - кремнийорганическое соединение и фторированный углеводород.
Агент для модификации поверхности характеризуется формулой Х-М, где М обозначает содержащий металл органический лиганд, а X обозначает гидрофобный хвост, который представляет собой кремнийорганическое соединение, фторированный углеводород или комбинацию кремнийорганического соединения и фторированного углеводорода.
Хвост в составе агента для модификации поверхности располагается таким образом, что группы, определяющие гидрофобные свойства указанного агента, удалены от якорного фрагмента.
Агент для модификации поверхности может образовываться при взаимодействии содержащего металл органического лиганда с содержащим кремнийорганическое соединение материалом и/или фторированной углеводородной группой.
5
Содержащий металл органический лиганд может образовываться при взаимодействии содержащего металл соединения, такого как галогенид металла, например, TaCl, с кислород-содержащим лигандом. Число содержащих кислород лигандов, присоединенных к металлу, обычно равно валентности атома металла. Таким образом, в зависимости от расположения переходного металла в Периодической системе элементов содержащий металл органический лиганд может содержать от двух до шести групп органического лиганда.
1
18
В одном варианте осуществления настоящего изобретения лиганд в составе содержащего металл органического лиганда содержит группу алкоксида или сложного эфира. Пригодные металлоорганические производные включают производные металла и C-Cалкоксидов, предпочтительно алкоксидов, содержащих от 2 до 8 атомов углерода, таких как этоксид, пропоксид, изопропоксид, бутоксид, изобутоксид и трет-бутоксид. Например, содержащий металл органический лиганд может представлять собой трет-алкоксид переходного металла, такой как трет-бутоксид циркония.
5
1
18
3
x
Алкоксиды могут присутствовать в форме простых эфиров и в полимерной форме алкоксилатов и сложных эфиров, а также в форме различных хелатов и комплексов. Например, в случае металла Ta образуются простые эфиры формулы Ta(OR), где R обозначает C-Cалкил. Полимерные эфиры могут образовываться при конденсации сложного алкилового эфира и могут характеризоваться формулой RO-[Ta(OR)-O-]-R, где R определен выше, а х равен целому положительному числу.
Кроме того, алкоксид может включать, например, если металлом является титан или цирконий:
4
1
18
(а) алкоксилаты общей формулы M(OR), где M выбирают из Ti и Zr, a R обозначает C-Cалкил,
2
x-1
(б) полимерные алкилтитанаты и цирконаты, которые образуются при конденсации алкоксилатов (а), то есть частично гидролизованных алкоксилатов общей формулы RO[-M(OR)O-]R, где М и R определены выше, а х равен положительному целому числу,
a
b
c
d
(в) хелатные соединения титана, полученные из ортотитановой кислоты и многоатомных спиртов, содержащих одну или более дополнительных гидроксильных, галогеновых, кето-, карбоксильных или аминогрупп групп, способных переносить электроны к атому титана. Примеры таких хелатных соединений включают соединения общей формулы Ti(O)(OH)(OR')(XY), где a=4-b-c-d, b=4-a-c-d, c=4-a-b-d, d=4-a-b-c, R' обозначает H, R определен выше или означает X-Y, где X обозначает отдающую электрон группу, такую как кислород или азот, a Y обозначает алифатический радикал, содержащий в цепи два или три атома углерода, такой как:
2
2
(i) -CH-CH-, например, этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, или
4-n
n
1
18
(г) акрилаты титана общей формулы Ti(OCOR)(OR), где R обозначает C-Cалкил, как определено выше, а n равен целому числу от 1 до 3, и их полимерные формы или
(д) их смеси.
В качестве лиганда в составе, содержащего кислород органического лиганда можно также использовать ацетилацетонаты, алканоламины, лактаты и галогениды, такие как хлорид. Кроме того, содержащий кислород лиганд может содержать смесь лигандов, выбранных из алкоксидов, ацетилацетонатов, алканоламинов, лактатов и галогенидов.
В другом варианте материалом, содержащим кремнийорганическое соединение, может являться силан, полисилоксан или полисилазан.
1
1
4-x
x
3
y
Примеры материалов, содержащих кремнийорганическое соединение, включают соединения формулы RSiA или (RSi)B, а также соединения, содержащие звенья органо(поли)силоксанов и органо(поли)силазанов:
или
1
3
1
5
5
2
2
где R могут быть одинаковыми или различными и могут означать углеводородный радикал, содержащий от 1 до 100, например, от 1 до 20 атомов углерода и от 1 до 12 атомов углерода, предпочтительно от 1 до 6 атомов углерода, a R может обозначать водород или углеводород или замещенный углеводород, содержащий от 1 до 12, предпочтительно от 1 до 6 атомов углерода. Кроме того, R может обозначать замещенный углеводородный радикал, такой как галоген-, прежде всего фтор-замещенный углеводородный радикал. Кроме того органо(поли)силоксан может дополнительно содержать звенья формулы: RSiO, где R обозначает заместитель галоген, такой как хлор или фтор.
В еще одном варианте соединение, содержащее кремнийорганическое соединение, может представлять собой органо(поли)силоксан или органо(поли)силазан, среднечисловая молекулярная масса которого составляет по крайней мере 400, обычно от 1000 до 5000000.
1
2
4-x
x
Заместитель А в составе радикала RSiA может обозначать водород, галоген, такой как хлорид, OH, OR или
3
2
3
1
3-у
где В в указанной выше формуле может обозначать NR, R обозначает углеводородный или замещенный углеводородный радикал, содержащий от 1 до 12, обычно от 1 до 4 атомов углерода, R обозначает водород или имеет значение, идентичное R, х равен 1, 2 или 3, у равен 1 или 2.
1
Предпочтительно R обозначает фтор-замещенный углеводородный радикал. Предпочтительно фтор-замещенные углеводородные радикалы характеризуются структурой
n
2n+1
2
где Y обозначает F или CF, m равен от 4 до 20 и n равен от 1 до 6, R обозначает алкил, содержащий от 1 до 4 атомов углерода, а p равен от 0 до 18. Фтор-замещенные углеводородные радикалы могут также представлять собой структуру
n
2n
где A обозначает кислород или химическую связь, n равен от 1 до 6, у обозначает F или CF, b равен по крайней мере 1, например, от 2 до 10, m равен от 0 до 6, а р равен от 0 до 18.
5
4
5
5
5
4
3
6
5
4
Предпочтительные кремнийорганические материалы включают галогенированные силоксаны, галогенированные алкоксисилоксаны, такие как перфторалкосисилоксан (PFOSi), алкоксигалогенированные акоксисиланы, такие как алкоксиперфторалкоксисилан, алкоксиацетилацетонат-галогенированные полисилоксаны, такие как алкоксиацетилацетонат-перфторалкоксисилоксан, алкоксиалкилсилилгалогениды, полиалкилсилоксаны, такие как полидиметилсилоксаны, и алкоксиацетилацетонат-полиалкилсилоксаны, такие как алкоксиацетилацетонат-(асас)-полидиметилсилоксаны. Примеры агентов для модификации поверхности включают тантал галогенид-перфторалкоксисилоксан, такой как TaCl:PFOSi, тантал алкоксиперфторалкоксисилан, тантал-алкоксиацетилацетонат-перфторалкоксисилоксан, такой как Ta(EtO)acac:PFOSi, тантал-алкоксиалкилсилилигалогенид, тантал галогенид-полиалкилсилоксан, такой как TaCl:PDMS, ниобий алкоксид-перфторалкоксисилоксан, такой как Nb(EtO):PFOSi и Ta(EtO):PFOSi, титан алкоксид-перфторалкоксисилоксан, такой как Ti(n-BuO):PFOSi, цирконий алкоксид-перфторалкоксисилоксан, лантан алкоксид-перфторалкоксисилан, такой как La(i-PrO):PFOSi, вольфрам хлорид-перфторалкоксисилоксан, такой как WCl:PFOS, тантал алкоксид-полиалкилсилоксан, такой как Ta(EtO):PDMS, и тантал алкоксиацетилацетонат-полиалкилсилоксан, такой как Ta(EtO)-acac:PDMS.
f
2
p
f
В одном варианте осуществления настоящего изобретения фторированный углеводородный радикал обозначает R-(CH)-X, где R обозначает перфторированную углеводородную группу, включая кислород-замещенную углеводородную группу, такую как перфторалкильную группу или префторированную группу простого алкиленового эфира, и р равен от 0 до 18, предпочтительно 0-4, и X обозначает полярную группу, такую как карбоксил, например, структуру -(C=O)-OR, и R обозначает водород, перфторалкил, алкил или замещенный алкил, содержащий от 1 до 50 атомов углерода.
2
m
n
2n+1
Примеры перфторалкильных групп включают структуру F-(CFY-CF), где Y обозначает F или CF, m равен от 4 до 20, а n равен от 1 до 6.
Примеры перфторированных групп простого алкиленового эфира включают структуру
n
2n
где A обозначает кислород или химическую связь, n равен от 1 до 6, Y обозначает F или CF, b равен от 2 до 20, m равен от 0 до 6, а p равен от 0 до 18, предпочтительно от 2 до 4 и более предпочтительно 2.
2
m
2
2
n
2n+1
Предпочтительными фторированными материалами являются сложные эфиры перфторированных спиртов, например, спиртов структуры F-(CFY-CF)-CH-CH-ОН, где Y обозначает F или CF, m равен от 4 до 20, а n равен от 1 до 6.
f
2
p
f
Кроме того, предпочтительные фторированные углеводородные радикалы представляют собой перфорированные углеводородные радикалы структуры R-(CH)-X, где R обозначает группу перфторалкиленового простого эфира или перфторированную алкильную группу, описанную выше, p равен целому числу от 0 до 18, предпочтительно от 0 до 4, а X означает карбоксил, предпочтительно группу сложного эфира карбоновой кислоты, содержащую от 1 до 50, предпочтительно от 2 до 20 атомов углерода в алкильной группе, присоединенной к сложноэфирной связи.
f
2
p
f
f
Кроме того, предпочтительные фторированные углеводородные радикалы представляют собой перфорированные углеводородные радикалы структуры R-(CH)-Z, где R и p имеют значения, как описано выше, предпочтительно R обозначает группу перфторалкиленового простого эфира, как описано выше, а p равен от 2 до 4, и Z обозначает группу фосфорсодержащей кислоты. Примеры фосфорсодержащей кислоты включают группы
где Rʺ обозначает углеводородный или замещенный углеводородный радикал, содержащий вплоть до 200, например, от 1 до 30 и от 6 до 20 атомов углерода, Rʺ может также включать указанные выше перфторалкильные группы, a R' обозначает H, металл, такой как калий или натрий, или амин или алифатический радикал, например, алкил, включая замещенный алкил, содержащий от 1 до 50 атомов углерода, предпочтительно низший алкил, содержащий от 1 до 4 атомов углерода, такой как метил или этил, или арил, включая замещенный арил, содержащий от 6 до 50 атомов углерода.
Предпочтительная фосфорсодержащая кислота характеризуется формулой II, где R и R' обозначают H.
Пригодные способы получения агентов для модификации поверхности, в которых органический фрагмент в составе содержащего металл органического лиганда взаимодействует с содержащим кремнийорганическое соединение материалом или фторированной углеводородной группой, описаны в патентах US 7879437 и US 8067103. В одном варианте, например, органический фрагмент в составе металлоорганического соединения можно выбрать из групп, которые могут взаимодействовать с кислотами (или их производными) перфторалкиленового простого эфира.
В качестве примера, агент для модификации поверхности можно получить при смешивании органического лиганда, содержащего металл, и материала, содержащего кремний, или фторированного углеводорода в закрытой системе, чтобы исключить гидролиз реагентов. Реакцию можно проводить в отсутствии растворителя или в присутствии не-реакционноспособного растворителя, такого как хлорированный или фторированный растворитель, например, хлористый метилен. Для инициации и завершения реакции можно использовать нагревание. Растворитель можно удалять упариванием, и для нанесения на субстрат, продукт реакции можно повторно растворять в пригодном растворителе, таком как спирт, например, этанол или пропанол. Молярное соотношение содержащего кремнийорганическое соединение материала и органического лиганда, содержащего металл, обычно составляет от 100:1 до 1:100, предпочтительно от 1:1 до 10:1, в зависимости валентности металла в составе содержащего металл органического лиганда. Например, молярное соотношение кремнийорганического соединения и Ta(V) обычно составляет 5:1.
a
b
1
18
В другом варианте агент для модификации поверхности может быть представлен формулой X(OR)M, где OR обозначает C-Cалкоксид, X обозначает гидрофобный хвост, который представляет собой кремнийорганический материал или фторированный углеводород, М обозначает металл в составе содержащего металл органического лиганда, и сумма а+b равна валентности М, и кроме того где ни а, ни b не равны 0.
В типичном варианте агент для модификации поверхности может образоваться при взаимодействии кремнийорганического соединения, такого как органосилан или полисилоксан, с содержащим металл органическим лигандом, таким как производное алкоксида. Металл в составе содержащего металл органического лиганда может ковалентно связываться с кремнийорганическим соединением и образовывать якорный фрагмент и гидрофобный хвост.
Участок присоединения якорного фрагмента агента для модификации поверхности обычно взаимодействует с реакционноспособной функциональной группой, расположенной на металлическом субстрате. Реакционноспособной группой на металлическом субстрате обычно является оксид металла.
Оксид металла можно также нанести на металлическую поверхность труб, трубопровода или емкости при нанесении защитного агента. Защитный агент, наносимый на материал, может содержать оксид металла или оксид металла может образоваться при контактировании. Защитный агент можно смешивать с агентом для модификации поверхности и полученную смесь наносить на субстрат, но более предпочтительно сначала наносить защитный агент, а затем, после образования реакционноспособных функциональных групп, наносить агент для модификации поверхности.
Защитный агент можно наносить на металлический субстрат с использованием стандартных способов, таких как нанесение покрытия методом погружения, такого как погружение, вальцевание или распыление, при этом получают покрытие. Продукт выдерживают до испарения разбавителя при нагревании при температуре 50-200°C.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения флюид, содержащий металлоорганический материал, можно использовать для введения реакционноспособных функциональных групп на металлический субстрат. Указанные функциональные группы могут взаимодействовать с якорным фрагментом в составе агента для модификации поверхности.
Такие металлоорганические материалы включают соединения, полученные из переходного металла, такого как металл группы IIIB или переходного металла, выбранного из группы IVB, VB и VIB. Предпочтительные переходные металлы включают титан, цирконий, лантан, гафний, тантал и вольфрам.
Органический фрагмент металлоорганического материала может содержать алкоксид и/или галогениды. Примеры пригодных алкоксидных групп включают группы, содержащие от 1 до 18 атомов углерода, предпочтительно от 2 до 8 атомов углерода, такие как этоксид, пропоксид, изопропоксид, бутоксид, изобутоксид и трет-бутоксид. Примеры пригодных галогенидов включают фторид и хлорид. Другими лигандами, которые могут присутствовать, являются ацетилацетонаты.
Пригодными металлоорганическими соединениями могут являться сложные эфиры или полимерные формы сложных эфиров, включающие:
4
1
18
i. алкоксилаты титана и циркония общей формулы M(OR), где M выбирают из Ti и Zr, a R обозначает C-Cалкил,
4-у
y
1
18
ii. сложные алкиловые эфиры титана и циркония общей формулы (Х)-M(OR), где М выбирают Ti и Zr, а X выбирают из фтора и хлора, R обозначает C-Cалкил, а у=2 или 3,
y
iii. полимерные алкилтитанаты и цирконаты, которые образуются при конденсации сложных алкиловых эфиров (а), то есть частично гидролизованных сложных алкиловых эфиров общей формулы RO[-M(OR)(X)O-]R, где М, R и X определены выше, а у равен положительному целому числу,
a
b
c
d
iv. хелатные соединения титана, полученные из ортотитановой кислоты и многоатомных спиртов, содержащих одну или более дополнительных гидроксильных, галогеновых, кето-, карбоксильных или аминогрупп, способных переносить электроны к атому титана. Примеры таких хелатных соединений включают соединения общей формулы Ti(O)(OH)(OR')(XY), где a=4-b-c-d, b=4-a-c-d, c=4-a-b-d, d=4-a-b-c, R' определен выше или обозначает X-Y, где X обозначает отдающую электрон группу, такую как кислород или азот, a Y обозначает алифатический радикал, содержащий в цепи два или три атома углерода, такой как:
2
2
(а) -CH-CH-, например, этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин,
или
4-n
n
1
18
v. акрилаты титана общей формулы Ti(OCOR)(OR), где R обозначает C-Cалкил, как определено выше, а n равен целому числу от 1 до 3, и их полимерные формы или
vi. смеси (а) и (b).
Металлоорганическое соединение обычно растворяют или диспергируют в разбавителе. Примеры пригодных разбавителей включают спирты, такие как метанол, этанол и пропанол, алифатические углеводороды, такие как гексан, изооктан и декан, простые эфиры, например, тетрагидрофуран, и простые диалкиловые эфиры, такие как диэтиловый эфир. В другом варианте металлоорганическое соединение можно наносить на твердую частицу с использованием технологии осаждения из паровой фазы.
Концентрация металлоорганического соединения в композиции не является особо определяющей величиной, но обычно составляет по крайней мере 0,001 мМ, обычно от 0,01 мМ до 100 мМ и более типично от 0,1 до 50 мМ.
Кроме того, оксид металла можно осаждать на металлический субстрат за счет осаждения оксидов из раствора.
Кроме того, оксид металла может образоваться на металлическом субстрате в результате коррозии или воздействия факторов окружающей среды, таких как воздух и вода. Кроме того, оксид металла может образовать отложения на металлической поверхности в результате осаждения или формирования оксидных пленок, продуктов коррозии, парафиновых, асфальтеновых или солевых отложений внутри пласта. Нанесение агента для модификации поверхности на металлическую поверхность труб, трубопровода или емкости подавляет дальнейшее осаждение или формирование указанных отложений.
Агент для модификации покрытия можно растворять или диспергировать в разбавителе и получать раствор. Затем раствор можно наносить на металлический субстрат. Пригодные разбавители включают спирты, такие как метанол, этанол или пропанол, алифатические углеводороды, такие как гексан, изооктан и декан, простые эфиры, например, тетрагидрофуран и диалкиловые эфиры, такие как диэтиловый эфир. Разбавители для фторированных материалов могут включать перфорированные соединения, такие как перфорированный тетрагидрофуран. В качестве разбавителя можно использовать также водные щелочные растворы, такие как раствор гидроксида натрия и калия.
Концентрация агента для модификации поверхности в флюиде, закачиваемом в пласт, обычно составляет от приблизительно 0,01 об. % до 100 об. % или более предпочтительно от приблизительно 0,1 об. % до 20 об. %.
Агент для модификации поверхности можно также закачивать в пласт в качестве компонента флюида. Таким образом, например, агент для модификации поверхности можно закачивать в пласт в качестве компонента флюида для гидроразрыва, флюида разрыва без расклинивающих агентов, флюида для кислотной обработки и т.п.
Способы, которые описаны выше или заявлены в формуле изобретения, и любые другие способы, которые могут быть включены в объем прилагаемой формулы изобретения, можно осуществлять в любом требуемом и пригодном порядке, и они не ограничиваются любой последовательностью, описанной в данном контексте, или перечисленной в прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, способы, представленные в настоящем описании, не обязательно требуют применения конкретных вариантов осуществления, представленных и описанных в данном контексте, но их можно в равной степени применять с любой приемлемой структурой, формой и конфигурацией компонентов.