Водные пенообразующие композиции с совместимостью с углеводородами

Водные пенообразующие композиции с совместимостью с углеводородами

Реферат

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

M_aM^A _bM^B _cM^C _dM^E _eD_fD^E _gT_hT^E _iQ_j, где

M=R¹R²R³SiO_1/2;

M^A=R⁴R⁵R⁶SiR^E;

M^B=[(R⁷R⁸R⁹Si)_kR¹⁰]_lSi(R¹¹)_m(R¹²)_nR^E;

M^C=[(R¹³R¹⁴R¹⁵Si)_oR¹⁶]_pSi(R¹⁷)_q(R¹⁸)_rO_1/2;

M^E=R¹⁹R²⁰R^ESiO_1/2;

D=R²¹R²²SiO_2/2;

D^E=R²³R^ESiO_2/2;

T=R²⁴SiO_3/2;

T^E=R^ESiO_2/2; и

Q=SiO_4/2;

при этом

каждый из R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹, R¹⁰, R¹¹, R¹², R¹³, R¹⁴, R¹⁵, R¹⁶, R¹⁷, R¹⁸, R¹⁹, R²⁰, R²¹, R²², R²³ и R²⁴ выбирают независимо из группы OR²⁵ 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;

R¹⁰ и R¹⁶ представляют собой поливалентные линейные или разветвленные ненасыщенные или насыщенные углеводородные радикалы, необязательно содержащие гетероатомы и гидроксильные группы, при условии, что валентность R¹⁰ и R¹⁶ 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;

R^E представляет собой одновалентный радикал, определяемый как -R²⁶-(C₂H₄O)_s(C₃H₆O)_t(C₄H₈O)_u-R²⁷, при условии, что полимер должен содержать, по меньшей мере, одну группу R^E;

R²⁵ 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;

R²⁶ 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;

R²⁷ представляет собой Н или -С(=О)СН₃ 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;

подстрочный индекс k положителен при условии 0<k<30, предпочтительно, 0<k<25, предпочтительнее, 0<k<20, и k равен валентности R¹⁰-1;

подстрочные индексы l, m и n равны нулю или положительны при условии l+m+n=3;

подстрочный индекс o положителен при условии, что 0<o<30, предпочтительно, 0<о<25, предпочтительнее, 0<о<20, и о равен валентности R¹⁶-1;

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:

M_aM^A _bM^B _cM^C _dM^E _eD_fD^E _gT_hT^E _iQ_j, где

M=R¹R²R³SiO_1/2;

M^A=R⁴R⁵R⁶SiR^E;

M^B=[(R⁷R⁸R⁹Si)_kR¹⁰]_lSi(R¹¹)_m(R¹²)_nR^E;

M^C=[(R¹³R¹⁴R¹⁵Si)_oR¹⁶]_pSi(R¹⁷)_q(R¹⁸)_rO_1/2;

M^E=R¹⁹R²⁰R^ESiO_1/2;

D=R²¹R²²SiO_2/2;

D^E=R²³R^ESiO_2/2;

T=R²⁴SiO_3/2;

T^E=R^ESiO_2/2; и

Q=SiO_4/2;

при этом

каждый из R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹, R¹⁰, R¹¹, R¹², R¹³, R¹⁴, R¹⁵, R¹⁶, R¹⁷, R¹⁸, R¹⁹, R²⁰, R²¹, R²², R²³ и R²⁴ выбирают независимо из группы OR²⁵ 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;

R¹⁰ и R¹⁶ представляют собой поливалентные линейные или разветвленные ненасыщенные или насыщенные углеводородные радикалы, необязательно содержащие гетероатомы и гидроксильные группы, при условии, что валентность R¹⁰ и R¹⁶ 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;

R^E представляет собой одновалентный радикал, определяемый как -R²⁶-(C₂H₄O)_s(C₃H₆O)_t(C₄H₈O)_u-R²⁷, при условии, что полимер должен содержать, по меньшей мере, одну группу R^E;

R²⁵ 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;

R²⁶ 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;

R²⁷ представляет собой Н или -С(=О)СН₃ 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;

подстрочный индекс k положителен при условии 0<k<30, предпочтительно, 0<k<25, предпочтительнее, 0<k<20, и k равен валентности R¹⁰-1;

подстрочные индексы l, m и n равны по отдельности нулю или положительны при условии l+m+n=3;

подстрочный индекс o положителен при условии, что 0<o<30, предпочтительно, 0<о<25, предпочтительнее, 0<о<20, и о равен валентности R¹⁶-1;

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:

M_aD_fD^E _g, где

M=R¹R²R³SiO_1/2;

D=R²¹R²²SiO_2/2;

D^E=R²³R^ESiO_2/2;

при этом

каждый из R¹, R², R³, R²¹, R²² и R²³ выбирают независимо из группы OR²⁵ 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;

R^E представляет собой одновалентный радикал, определяемый как -R²⁶-(C₂H₄O)_s(C₃H₆O)_t(C₄H₈O)_u-R²⁷, при условии, что полимер должен содержать, по меньшей мере, одну группу R^E;

R²⁵ 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;

R²⁶ 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;

R²⁷ представляет собой Н или -С(=О)СН₃ 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:

[(R⁷R⁸R⁹Si)_kR¹⁰]_lSi(R¹¹)_m(R¹²)_nR^E;

при этом

каждый из R⁷, R⁸, R⁹, R¹¹ и R¹² выбирают независимо из группы OR²⁵ или одновалентных углеводородных радикалов, необязательно содержащих гетероатомы и гидроксильные группы, имеющих от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода;

R¹⁰ представляет собой поливалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, при условии, что валентность R¹⁰ равна, по меньшей мере, единице, и имеет менее примерно 30 атомов углерода;

R^E представляет собой одновалентный радикал, определяемый как -R²⁶-(C₂H₄O)_s(C₃H₆O)_t(C₄H₈O)_u-R²⁷, при условии, что полимер должен содержать, по меньшей мере, одну группу R^E;

R²⁵ 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;

R²⁶ 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;

R²⁷ представляет собой Н или -С(=О)СН₃ 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:

M^C _dD_fD^E _g, где

М^С=[(R¹³R¹⁴R¹⁵Si)_oR¹⁶]_pSi(R¹⁷)_q(R¹⁸)_rO_1/2;

D=R²¹R²²SiO_2/2;

D^E=R²³R^ESiO_2/2;

при этом

каждый из R¹³, R¹⁴, R¹⁵, R¹⁷, R¹⁸, R²¹, R²² и R²³ выбирают независимо из группы OR²⁵ или одновалентных углеводородных радикалов, необязательно содержащих гетероатомы и гидроксильные группы, имеющих от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода;

R¹⁶ представляет собой поливалентный линейный или разветвленный ненасыщенный или насыщенный углеводородный радикал, необязательно содержащий гетероатомы и гидроксильные группы, при условии, что валентность R¹⁶ равна, по меньшей мере, единице, и имеет менее примерно 30 атомов углерода;

R^E представляет собой одновалентный радикал, определяемый как -R²⁶-(C₂H₄O)_s(C₃H₆O)_t(C₄H₈O)_u-R²⁷, при условии, что полимер должен содержать, по меньшей мере, одну группу R^E;

R²⁵ 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;

R²⁶ 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;

R²⁷ представляет собой Н или -С(=О)СН₃ 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;

подстрочный индекс о положителен при условии, что 0<o<30, и о равен валентности R¹⁶-1; 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:

M^A=R⁴R⁵R⁶SiR^E;

при этом

каждый из R⁴, R⁵ и R⁶ выбирают независимо из группы OR²⁵ или одновалентных углеводородных радикалов, необязательно содержащих гетероатомы и гидроксильные группы, имеющих от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода;

R^E представляет собой одновалентный радикал, определяемый как -R²⁶-(C₂H₄O)_s(C₃H₆O)_t(C₄H₈O)_u-R²⁷, при условии, что полимер должен содержать, по меньшей мере, одну группу R^E;

R²⁵ 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;

R²⁶ 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;

R²⁷ представляет собой Н или -С(=О)СН₃ 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 образова