触变剂和使用方法技术

本发明专利技术公开了一种触变剂，所述触变剂由凝胶组成，所述凝胶由与某些勃姆石氧化铝交联的聚合物有机材料组成，所述勃姆石氧化铝具有当在120面上测量时小于约的微晶尺寸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术公开了一种触变剂，所述触变剂由凝胶组成，所述凝胶由与某些勃姆石氧化铝交联的聚合物有机材料组成，所述勃姆石氧化铝具有当在120面上测量时小于约的微晶尺寸。【专利说明】 对相关申请的交叉引用 本申请要求于2012年1月31日提交的美国申请号61/592, 869的优先权，所述申 请的公开内容通过引用完整地结合于此。 专利
本专利技术涉及触变剂，所述触变剂用于多种应用，例如，用于在油气工业中使用的压 裂液，本专利技术还涉及使用所述触变剂的方法。 专利技术背景 触变剂可用于多种用途，从食品制备到用于在油气井的钻井、完井和生产中使用 的井下流体。特别地，并且和油气工业有关地，用于强化开采技术中的井下地层的水力压裂 正在迅猛发展。正如熟知的，在美国有大量页岩地层，其含有数以万亿计立方英尺的天然气 和数以十亿计桶的油。这些页岩地层的问题在于油和/或气由于页岩的通常是小的孔尺寸 而被紧紧地保持。因此，与在其他地层中不同，油气不容易自地层释放以用于生产。为了克 服此难题，操作人员诉诸于水力压裂或"液压破碎（fracking) "。 在液压破碎中，流体，例如，液体、气体或两相流体被以足够的压力和流速注入到 井下地层中以破碎地下地层。典型地，可以将支撑剂材料如砂子，砾石，烧结的矾土，玻璃小 珠等引入到断口中以使得它们保持开放，也就是说被撑住。这些被撑住的断口提供较大的 流动通道，增加量的烃可以通过所述流动通道流动，由此提高井的生产能力。 已知的是，使用亲水性材料（有时被称为"胶凝剂"）以增加液体压裂液的粘度。 这些高粘度水性压裂液导致较宽断口的产生从而提高进一步进入地层中的生产率，增加液 压破碎液承载支撑剂的能力，并且允许更好的流体漏失控制。 另外，高粘度处理流体用于进行地下完井，用于在砂砾充填过程中以及在多种其 他井处理过程中运输砂子。此外，高粘度处理流体能够用于清洁用途，如用于管材、生产设 备和工业设备的清洁。 亲水性胶凝剂，如部分水解聚丙烯酰胺、天然胶质、改性天然胶质、纤维素以及黄 原胶（xantham)聚合物，过去已经被用于增加水性介质的粘度。然而，在许多情况中，利 用这些胶凝剂产生的凝胶在升高的温度具有有限的稳定性，即，凝胶在水溶液中的粘度 在仅仅一小段时间后显著下降。另一方面，交联复合水合胶凝剂的化学品也已经被用于 进一步增加其粘度，见例如美国专利号3, 888, 312 ;4, 021，355 ;4, 033, 415 ;3, 959, 003 ; 3, 979, 303 ;4, 413, 834 ;4, 324, 668 ;和 4, 579, 670。 专利技术概述 在一个方面中，本专利技术提供交联的触变剂。 在另一个方面中，本专利技术提供在多利应用中使用某些交联的触变剂的方法。 在另一个方面中，本专利技术提供水性可分散的、交联的触变组合物。 在另一个方面中，本专利技术提供水性井处理流体，所述水性井处理流体具有可交联 的触变剂和含有氧化铝化合物的交联剂。 在另一个方面中，本专利技术提供利用含有交联的触变剂的水性流体处理井下地层的 方法。 由以下详述，本专利技术的这些和另外的特征和优点将变得明显。 附图简述 图1是显示在不同的浓度多种瓜尔胶（guar)氧化铝凝胶和瓜尔胶与硼酸盐凝胶 的粘度和剪应力之间的关系的图。 图2是与图1类似的图，其显示与氧化铝和硼酸胶凝的多种瓜尔胶的剪应力和粘 度之间的关系。 图3是振荡应力曲线，其显示根据本专利技术制备的凝胶是粘弹性的。 图4是与图3类似的图。 图5是显示氧化铝的量的变化如何改变交联的凝胶的粘弹性质的图。 优选实施方案详述 虽然将参考多糖特别地是与氧化铝化合物交联或复合的半乳甘露聚糖型多糖来 描述本专利技术，但要理解，如下文可见，本专利技术不限于此。 在化学上，瓜尔胶是由半乳糖和甘露糖两种糖组成的多糖。主链是β 1，4_连接的 甘露糖残基的直链，其上每隔一个甘露糖1，6-连接有半乳糖残基，形成短的侧分支。瓜尔 胶的结构是已知的，并且无需在此处描述。瓜尔胶可以被交联从而通过连接0Η-基团而形 成强的凝胶结构。典型地，至少与井下油气操作有关地，已经使用硼酸盐进行该交联。还已 知的是，用钛络合物和锆化合物将瓜尔胶交联。 由于在美国特别是在含有紧密结合的烃的页岩地层中钻探的快速增加，在过去数 年间瓜尔胶的价格急剧上升。而且，瓜尔胶的数量是有限的，并且可获得的产品的质量已经 恶化。 与页岩地层生产油和/或气有关地，通常使用如上所述的压裂液。在这点上，并且 与瓜尔胶有关地，一种广泛使用的压裂液包含瓜尔胶，所述瓜尔胶分散在水中形成粘性流 体，之后在高于约9. 5的pH加入硼酸以从硼酸释放硼/硼酸盐。后两种物质与瓜尔胶上的 0H-基团反应从而交联并且形成强的凝胶结构。加入碱和硼酸的次序可以颠倒。强的凝胶 通常在井的完井区中在井下形成，并且在施加压力的情况下，用于破碎地层以强化从井中 开米油气。 现在已经发现，氧化铝，特别是某些勃姆石氧化铝可以用于交联在水中的瓜尔胶。 氧化铝交联剂可以用于调节瓜尔胶凝胶的流变学性质，从而根据需要获得与使用传统的瓜 尔胶/硼酸盐体系可以制备的相比不同的且潜在地更强的凝胶。因此，本专利技术可以用于减 少制备具有与以常规方式生产的凝胶结构可比的流变学性质的凝胶结构所需的瓜尔胶的 量。此外，已经发现，使用本专利技术的氧化铝作为交联剂，交联的瓜尔胶凝胶可以在酸性、中性 和碱性pH条件下处理。这提供了至今无法获得的在液压破碎操作中的灵活性。 如所述，适用于本专利技术中的氧化铝优选是勃姆石（或者拟薄水铝石（pseudo boehmite))氧化铝。尤其优选的是具有当在120面上测量时小于约1〇〇 A的微晶尺寸的 勃姆石氧化铝。优选的氧化铝是可以在以下意义上分散在水中的：它们可以通过由氧化铝 的预处理或通过与酸预分散在水中达合适的时间所导致的酸的作用分解为微晶或接近基 本微晶。 对可用于本专利技术中的多种勃姆石氧化铝的NMR分析揭示了，有效充当交联剂的氧 化铝可以与对于A1-27原子核测量的特定NMR峰相关。所述峰出现在80ppm，并且对应于在 某些负责交联活性的氧化铝的分散期间形成的对称的、四面体铝酸盐物种。也已经发现，当 此峰的强度增加时，氧化铝能够更好地在溶液中交联瓜尔胶。另一方面，如果氧化铝不显示 此特别的NMR峰，则其将不交联。A1-27NMR峰相关于有活性的交联用氧化铝物种，其具有下 式的四面体氧化铝物种： A1 (0H) 4_ 或 A1 (0R) 4_ 及其混合物 其中R是有机离去基团，所述有机离去基团可以在以下意义上与氧化铝结合在此 构型中：在交联过程期间，它可以从氧化铝微晶分离并且随后与聚合物有机材料的羟基反 应。R可以是容易从A1-0键分离以使其自由地交联聚合物的任何有机离去基团。对在80ppm 的NMR峰的进一步分析，且尤其是对分散体中的多种氧化铝的在80ppm的NMR峰的积分显 示：基于对甲苯磺酸（PTSA)的产物DISPAL 25SR1显示与其他氧化铝相比五十倍那么多的 存在于溶液中的四面体氧化铝物种。此外，此特殊的氧化铝（PTSA)与其他勃姆石氧化铝中 的某些相比在更低的浓度交联瓜尔胶。 取决于所用的氧化铝，瓜尔胶的交联在酸性至接近中性pH发生，而不添加任何碱 或调节p本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种触变剂，所述触变剂包含：聚合物有机材料与勃姆石氧化铝的交联的凝胶，所述聚合物有机材料具有自由羟基，所述勃姆石氧化铝具有当在120面上测量时小于的微晶尺寸并且在水性分散体中显示在80ppm处的Al‑27 NMR峰。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·A·巴克利，
申请(专利权)人：萨索尔烯烃及表面活性剂有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE