CN101657605A - 多组分的粘弹性表面活性剂流体及其作为压裂液的用法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种粘弹性流体。该流体含有：选自一定的季盐、一定的胺、及其组合中的一种或多种阳离子表面活性剂；一种或多种阴离子聚合物/阴离子表面活性剂；一定的两性离子表面活性剂/两性表面活性剂中的一种或多种；和水。本发明还提供一种压裂地下岩层的方法。该方法以足够压裂地下岩层的压力将所述的粘弹性流体通过井眼而泵送到该岩层中。本发明还提供一种砾石充填地下岩层的方法。
Description
背景技术
1.技术领域
本发明涉及粘弹性流体。本发明还涉及用粘弹性流体压裂地下岩层的方法。
2.相关技术内容
由于粘弹性表面活性剂(VES)流体具有优于常规聚合物体系的优点，所以VES流体在油田行业中得到越来越多的应用。这些优点包括：对含油区具有更高的渗透性、对地层或地下造成较少的破坏、在压裂后可回收更多的增粘剂、不再需要用酶或氧化剂来降低粘度、并且更容易水化以及更快地形成最佳粘度。
VES流体应用的发展已经受到配制这种流体所需的表面活性剂的高额成本的抑制。使用VES流体的另一个问题在于它们对地下岩层中的有机/无机盐和粘土稳定剂(如氯化钾和四甲基氯化铵(TMAC))的耐受性差。使用VES流体的另一个问题在于在深井油田应用中所遇到的高温，即，高达250℃。高温会使VES流体的粘度下降，因此在粘弹性表面活性剂以低浓度存在时，这种VES流体对压裂操作无效；否则就需要使用高浓度的粘弹性表面活性剂以避免这种粘度下降。使用低浓度的粘弹性表面活性剂还会在高剪切操作之后导致过分长的剪切恢复时间。
在现有技术中，人们试图通过加入聚合物和/或助表面活性剂(如低分子量的阴离子聚合物)的方法来弥补粘度特性的下降。然而，在这些方法中，剪切恢复所需的时间可能长到令人不可接受的程度，并且/或者对有机/无机盐的耐受性可能不够充分。
因此，人们期望可以成本有效地配制成VES流体，即，粘弹性表面活性剂的含量相对较低的VES流体。人们还期望有对有机/无机盐和粘土稳定剂表现出高耐受性的VES流体。另外人们还期望这样一种VES流体，其粘弹性表面活性剂的含量相对较低、在高温下可保持优异的粘度特性、并且其剪切恢复性能与粘弹性表面活性剂的浓度相对较高的流体相当。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种粘弹性流体。
本发明的另一个目的是提供一种可用于油田行业中的粘弹性流体。
本发明的另一个目的是提供一种可以用相对较低水平的表面活性剂配制、从而具有成本效益的粘弹性表面活性剂流体。
本发明的另一个目的是提供一种对有机/无机盐(如KCl、TMAC以及Ca++离子和Mg++离子)具有高耐受性的粘弹性流体。
本发明的另一个目的是提供一种在高温下保持优异的粘度特性的粘弹性流体。
本发明的另一个目的是提供一种在高剪切操作之后表现出良好的剪切恢复性能的粘弹性表面活性剂流体。
根据本发明的这些和其它目的及优点，提供了一种粘弹性流体。该流体含有：一种或多种所选的阳离子表面活性剂、一种或多种所选的阴离子聚合物和/或阴离子表面活性剂、一种或多种所选的两性离子表面活性剂和/或两性表面活性剂、以及水。
所述的阳离子表面活性剂选自：i)一定的季盐、ii)一定的胺、iii)一定的氧化胺、iv)及其组合。
所述的季盐具有如下结构式：
其中R1为烷基、烷基芳基烷基、烷氧基烷基、烷基氨基烷基或烷基酰胺基烷基之类的疏水性部分，其中R1具有约12到约25个碳原子、并且可以是支链或直链的以及饱和或不饱和的。
R2、R3和R5独立地为具有1到约30个碳原子的脂肪族部分或具有7到约15个碳原子的芳香族部分。脂肪族部分可以是支链或直链的以及饱和或不饱和的。
X为合适的平衡阴离子，如Cl-、Br-和CH3CH3SO4 -。
所述的胺具有以下结构式：
其中R1、R2和R3如上定义。
所述的氧化胺具有以下结构式：
其中R1、R2和R3如上定义。
所述的阴离子聚合物具有约8到约100个单体单元和至少一个带负电荷的部分。优选磺化聚合物。阴离子表面活性剂具有约6到约18个碳原子的烷基链以及至少一个带负电荷的部分。
所述的两性离子表面活性剂具有以下结构式：
其中R1、R2和R3如上所述。R4是碳链长度为1到4个碳原子的烃基基团。
所述的两性表面活性剂具有以下结构式：
其中R1、R2和R4如上所述。
另外根据本发明，提供一种压裂地下岩层的方法，该方法包括以下步骤：以足够压裂地下岩层的压力将粘弹性流体通过井眼而泵送到该岩层中。
根据本发明，还提供一种砾石充填地下岩层的方法，该方法包括以下步骤：将粘弹性流体和砾石泵送到井眼中。
附图说明
图1是示出本发明的流体和对照流体各自的粘度特征与温度的关系的图。
图2是示出本发明的流体和对照流体各自的粘度特征与温度的关系的图。
发明详述
一般意义的粘弹性的特征是公知的，并且可参考以下文献：S.Gravsholt，Journal of Coll.And Interface Sci.，57(3)，575(1976)；Hoffmann等人，″Influence of Ionic Surfactants on the ViscoelasticProperties of Zwitterionic Surfactant Solutions″，Langmuir，8，2140-2146(1992)；和Hoffmann等人，″The Rheological Behaviour ofDifferent Viscoelastic Surfactant Solutions″，Tenside Surf.Det.，31，389-400，1994。在这些参考文献中具体说明了几种试验方法，用于测定液体是否具有粘弹性特征。已经发现可用于确定水溶液是否具有粘弹性的一个试验是：使溶液作涡旋运动，并在涡旋停止之后目测观察否存在由旋涡反冲而产生的气泡。任何气泡反冲都是粘弹性的象征。另一个有用的试验是：在给定温度下测量储能模量(G′)和损耗模量(G″)。如果在给定温度下，在小于约10弧度/秒(通常为约0.001到10弧度/秒，更通常为约0.1到约10弧度/秒)的某点处或某些点构成的范围内，G′＞G″，并且如果G′＞10-2帕斯卡(优选10-1帕斯卡)，则通常认为该流体在该温度下具有粘弹性。参考文献″RheologicalMeasurements″，Encyclopedia of Chemical Technology，vol.21，第347-372页(第四版，由位于美国纽约州纽约市的John Wiley&Sons公司于1997年出版)对流变测量(如G′和G″)进行了更充分地讨论。
粘弹性是由于这种表面活性剂形成了与大多数表面活性剂所形成的常规球形胶束类型不同的胶束而引起的。粘弹性表面活性剂流体在溶液中形成蠕虫状、棒状或圆柱状的胶束。长的圆柱状的胶束的形成可产生有用的流变性能。粘弹性表面活性剂溶液表现出剪切变烯的特性，并且即使施以重复的高剪切操作，该溶液仍然能保持稳定。
可用于本发明的流体中的粘弹性表面活性剂是所选的两性离子表面活性剂和/或两性表面活性剂以及所选的阳离子表面活性剂。两性离子表面活性剂的分子中具有：在任何pH下总是带正电荷的部分，以及在碱性pH下带负电荷的部分。阳离子表面活性剂具有在任何pH下都带正电荷的部分。两性表面活性剂在某一pH范围(如通常为弱酸性的pH范围)内同时具有带正电荷的部分和带负电荷的部分、在某一pH范围(如通常为弱碱性的pH范围)内只有带负电荷的部分、而在与上述不同的pH范围(如通常为中等酸性的pH范围)内只有带正电荷的部分。
所选的粘弹性表面活性剂和所选的聚合物，用于形成与常规的粘弹性流体相比性能得到提高的粘弹性流体。与常规的粘弹性流体相比，本发明的粘弹性流体可以在高温和低含量的粘弹性表面活性剂的条件下，表现出很高的粘度，并且可以对Ca++离子和粘土稳定剂表现出更高的耐受性。与仅含有所选的两性离子表面活性剂/两性表面活性剂和阳离子表面活性剂的组合、两性离子表面活性剂/两性表面活性剂和所选的阴离子聚合物/阴离子表面活性剂的组合、或所选的阳离子表面活性剂和所选的阴离子聚合物/阴离子表面活性剂的组合的粘弹性流体相比，本发明的粘弹性流体表现出得到提高的性能。
阳离子表面活性剂选自：i)一定的季盐、ii)一定的胺、iii)一定的氧化胺、iv)及其组合。
季盐具有如下结构式：
其中R1为烷基、烷基芳基烷基、烷氧基烷基、烷基氨基烷基或烷基酰胺基烷基之类的疏水性部分。R1具有约18到约30个碳原子，并且可以是支链或直链的以及饱和或不饱和的。代表性的长链烃基包括十八碳烯基(油烯基)、十八烷基(硬脂基)、鲸蜡烯基(二十二碳烯基)、以及衍生自脂油、椰子油、豆油和菜子油的基团。优选的烷基和烯基是具有约18到约22个碳原子的烷基和烯基。
R2、R3和R5独立地为具有1到约30个碳原子的脂肪族基团或具有7到约15个碳原子的芳香族基团。脂肪族基团优选具有1到约20个碳原子，更优选具有1到约10个碳原子，最优选具有1到约6个碳原子。代表性的脂肪族基团包括烷基、烯基、羟烷基、羧烷基和羟烷基-聚氧化亚烷基。脂肪族基团可以是支链或直链的以及饱和或不饱和的。优选的烷基链是甲基和乙基。优选的羟烷基是羟乙基和羟丙基。优选的羧烷基是乙酸基和丙酸基。优选的羟烷基-聚氧化亚烷基是羟乙基-聚氧化亚乙基和羟丙基-聚氧化亚丙基。芳香族部分的例子包括环状基团、芳基和烷基芳基。优选的烷基芳基是苄基。
X为合适的阴离子，如Cl-、Br-和(CH3)2SO4 -。
具有上述结构的代表性的季盐包括甲基聚氧化亚乙基(12-18)十八烷基氯化铵、甲基聚氧化亚乙基(2-12)椰油烷基氯化铵和异十三烷氧丙基聚氧化亚乙基(2-12)甲基氯化铵。
胺具有以下结构式：
其中R1、R2和R3如上定义。
具有上述结构的代表性的胺包括聚氧化亚乙基(2-15)椰油烷基胺、聚氧化亚乙基(12-18)牛油烷基胺和聚氧化亚乙基(2-15)油胺。
该流体还含有阴离子聚合物。阴离子聚合物具有约8到约100个单体单元和至少一个带负电荷的部分。优选磺化聚合物。代表性的阴离子聚合物(包括但不限于)聚萘磺酸盐、磺化聚苯乙烯和磺化苯乙烯-马来酸酐共聚物。最优选的阴离子聚合物为具有以下结构式的聚萘磺酸盐：
其中n为约8到约100的整数。优选的聚萘磺酸盐的重均分子量为约2,000到约20,000。
另一个优选的阴离子聚合物是具有以下结构式的聚亚烷基磺酸盐：
其中n为约8到约100的整数。M为无机阳离子或有机阳离子，例如碱金属离子或铵离子，如K+、Na+和NH4 +。
所选的可用于本发明的粘弹性表面活性剂流体中的阴离子表面活性剂包括具有含约6到约18个碳原子的烷基链和至少一个带负电荷的部分的那些阴离子表面活性剂。
代表性的阴离子表面活性剂包括由以下结构式及其组合所表示的那些：
R6-[O(EO)a(PO)b]m-SO3 - Y+
R6-[O(EO)a(PO)b]m-CH2-C(O)-O- Y+
R6选自烷基、芳基、烷芳基、烷基芳基烷基、芳基烷基、烷基酰胺基烷基、烷基氨基烷基，其中烷基具有约6到约18个碳原子；其中芳基表示苯基、二苯基、二苯醚或萘部分；并且其中R6的碳原子总量为至多约18个碳原子。优选R6为C10到C18的烷基或烷基酰胺基烷基。R6可表示辛基、壬基、癸基、十二烷基等。可使用具有混合碳链长度的得自天然来源的代用品，或可对其纯化以减少烷基中碳链长度的种类数目后再使用。优选的烷基酰胺基烷基为椰油酰胺丙基/月桂酰胺丙基、油烯基酰胺丙基/硬脂基酰胺丙基、辛基酰胺丙基和癸基酰胺丙基。
M表示氢、碱金属(如钠或钾)、或-[R7-(EO)a(PO)b(BO)c]m-O-]q-P(O)(OM)2。
Y表示平衡离子，其优选为碱金属(如钠或钾)，更优选为钠；EO表示亚乙基氧基基团；PO表示亚丙基氧基基团。BO表示丁氧基基团。字母a、b和c独立地为0到50的整数，其中“a”优选为0到15的整数，“b”优选为0到10的整数，“c”优选为0到10的整数，其中EO、PO和BO基团可随机混合排布或形成离散的嵌段。“m”为0或1。“R7”为C8到C18的亚烷基。R8为C8-C18烷基或C8-C18烷基酰胺基。“R9”为C1-C4烷基或Y(平衡离子)。R10为C10-C14烷基。“q”是1到约10的整数。
所选的用于本发明的粘弹性表面活性剂流体中的两性离子表面活性剂由以下结构式表示：
其中R1如上所述。R2和R3独立地为具有1到约30个碳原子的脂肪族部分或具有7到约15个碳原子的芳香族部分。脂肪族部分优选具有1到约20个碳原子，更优选具有1到约10个碳原子，最优选具有1到约6个碳原子。脂肪族基团可以是支链或直链的以及饱和或不饱和的。代表性的脂肪族基团包括烷基、烯基、羟烷基、羧烷基和羟烷基-聚氧化亚烷基。优选的烷基链是甲基和乙基。优选的羟烷基是羟乙基和羟丙基。优选的羧烷基是乙酸基和丙酸基。优选的羟烷基-聚氧化亚烷基是羟乙基-聚氧化亚乙基或羟丙基-聚氧化亚丙基。R4是碳链长度为1到4个碳原子的烃基基团(如亚烷基)。其优选的是亚甲基或亚乙基。芳香族部分的例子包括环状基团、芳基和烷基芳基。优选的芳基烷基为苄基。
所选的两性离子表面活性剂的具体例子包括由以下结构所表示的那些：
其中R1如上所述。
其它代表性的两性离子表面活性剂包括二羟乙基牛油基甘氨酸内盐(dihydroxyethyl tallow glycinate)、油酰胺基丙基甜菜碱和二十二碳烯基酰胺丙基甜菜碱。
所选的用于本发明的粘弹性表面活性剂流体中的两性表面活性剂由以下结构式表示：
其中R1、R2和R4如上所述。
两性表面活性剂的具体例子包括以下结构式所表示的那些：
其中R1如上所述。X+是与羧酸根基团结合的无机阳离子(如Na+、K+、NH4 +)，或者在酸性介质中为氢原子。
所选的两性离子表面活性剂和两性表面活性剂在功能上可互换，并且可分开使用或单独使用(可供选择)或彼此组合使用。美国专利No.6,258,859 B1中公开了更多的对所选的两性离子表面活性剂和两性表面活性剂的教导内容，将该专利以引用方式全文并入本文。
在与其它成分(如阴离子聚合物)组合使用时，表面活性剂的用量为足以形成粘弹性流体的量，通常占流体重量的一少部分(如少于约50重量％)。所选的两性离子表面活性剂/两性表面活性剂和阳离子表面活性剂的总浓度通常占流体重量的约0.1重量％到约10重量％，更通常为约0.1重量％到约5重量％，更通常为约0.25重量％到约2重量％。总的活性表面活性剂(不算溶剂)中阳离子表面活性剂的重量百分数通常为约1重量％到约40重量％，更通常为约3重量％到约20重量％，更通常为约5重量％到约20重量％(以本发明中阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂/两性表面活性剂的总需求量计算)。由于表面活性剂的成本高，所以如有可能，则期望使表面活性剂浓度最小化。最优选地是，所选的两性离子表面活性剂/两性表面活性剂和阳离子表面活性剂的浓度小于流体重量的3重量％。所选的阴离子聚合物的用量通常占流体重量的约0.01重量％到约5重量％，更通常为约0.05重量％到约3重量％，最通常为约0.1重量％到0.5重量％。对于具体的流体体系，可以用实验方法来确定所选的表面活性剂和阴离子聚合物的最佳浓度。
本发明的粘弹性流体中含水。水的用量优选为占流体重量的至少约50重量％。最优选的流体含有占流体重量的至少约70重量％的水。水可以得自任何来源，只要该来源不含与粘弹性流体的其它组分不相容(例如引起不希望的沉淀)的污染物即可。因此，本发明所需的水不必是可饮用的，并且其中可以含有盐、或者是含有在油田中或油田附近发现的水源中通常所含的其它物质。
本发明的流体可任选地含有一种或多种选自以下的成分：有机酸、有机酸盐、无机盐、及其组合。这些成分通常以较少的量(如流体重量的约20重量％或更少)存在。
有机酸通常为磺酸或羧酸，有机酸盐的阴离子型平衡离子通常为磺酸根或羧酸根。这种有机分子的代表物包括多种芳香族磺酸盐和芳香族羧酸盐，如对甲苯磺酸盐、萘磺酸盐、氯苯甲酸、水杨酸、邻苯二甲酸等，其中所述的平衡离子是水溶性的。最优选的是水杨酸盐、邻苯二甲酸盐、对甲苯磺酸盐、二甲苯磺酸钠、羟基萘羧酸盐，如5-羟基-1-萘甲酸、6-羟基-1-萘甲酸、7-羟基-1-萘甲酸、1-羟基-2-萘甲酸，优选3-羟基-2-萘甲酸、5-羟基-2-萘甲酸、7-羟基-2-萘甲酸和1，3-二羟基-2-萘甲酸以及3，4-二氯苯甲酸盐。有机酸或其盐通常有助于形成提高的粘度，这是优选的流体所特有的。虽然不受任何理论的束缚，但是有机酸或其盐与胶束的结合可降低胶束的聚集体曲率，并且由此促进蠕虫状胶束或棒状胶束的形成。有机酸或其盐在粘弹性流体中的重量浓度通常为流体重量的约0.1重量％到约10重量％，更通常为约0.1重量％到约7重量％，更通常为约0.1重量％到约6重量％。
特别适合用在粘弹性流体中的无机盐包括水溶性的钾、钠或铵盐，如氯化钾或氯化铵。最优选氯化钾。另外，也可使用氯化钙、溴化钙和卤化锌盐。无机盐可有助于形成提高的粘度，这是优选的流体所特有的。另外，无机盐可有助于保持流体将与之接触的地质或地下岩层的稳定性。可以以百分之几或更低的重量百分浓度水平来实现地层的稳定性，特别是粘土的稳定性(通过抑制粘土的水化作用)。因此，流体的密度通常不会由于无机盐的存在而发生显著的改变。如果流体密度是重要的因素，则可使用较重的无机盐。无机盐在粘弹性流体中的重量浓度通常为约0.1％到约30％，更通常为约0.1％到约10％，甚至更通常为约0.1％到约8％。除无机盐之外，或者作为无机盐的替代，也可使用有机盐(如三甲基铵盐酸盐和四甲基氯化铵)。
作为有机盐和无机盐的替代物，或作为用于该目的的部分替代物，可使用中等链长到长链的醇(优选链烷醇)，优选具有5到10个碳原子的醇，或可使用脂肪醇乙氧基化物(优选链烷醇乙氧基化物)，优选12到16碳醇并且具有1到6个(优选1-4个)氧化亚乙基单元。
粘弹性表面活性剂溶液可用作压裂液或水性传压流体。用作压裂液的粘弹性流体可任选地含有气体(如空气、氮气或二氧化碳)，以形成增能流体或泡沫。
在用作水力压裂流体时，粘弹性流体可包含其它常规组分，用于执行具体的期望功能，如抑制腐蚀、防止滤失等。压裂液中可以悬浮有支撑剂。流体的pH通常为强酸性(如小于约3的pH)到弱碱性(如刚好大于7.0到约8.5(更通常到约8.0)的pH)或中等碱性(如约8.5到约9.5的pH)。
本发明的粘弹性流体可任选地含有本行业中已知的一种或多种另外的增稠剂和控制滤失的添加剂，如水溶性的或水分散性的聚合物(瓜尔胶和瓜尔胶衍生物、黄原胶、聚丙烯酰胺、淀粉和淀粉衍生物、纤维素衍生物、聚丙烯酸酯、聚DADMAC[聚(二烯丙基二甲基氯化铵)]、及其组合)和粘土(膨润土和凹凸棒石)。
本发明的粘弹性流体可任选地含有不同于上述粘弹性表面活性剂的常规表面活性剂/助表面活性剂。这种表面活性剂/助表面活性剂可以包括阴离子类、阳离子类、非离子类、两性离子类和两性类的物质。流体中还可以含有本领域已知的任何溶剂或介质(除水之外的)，如低级的一元醇、多元醇等。
本发明的粘弹性流体可用于常规的水力压裂法中。美国专利No.5,551，516中公开了可用的方法，该专利以引用方式并入本文。此外，参考文献″Oil-field Applications″，Encyclopedia of Polymer Scienceand Engineering，第10卷，第328-366页(由位于纽约州纽约市的JohnWiley&Sons公司于1987年出版)中描述了油田应用及其方法，该文献也以引用方式并入本文。
水力压裂是指促使从地下岩层生产流体(如油和天然气)的方法。在水力压裂过程中，以至少足够克服上覆岩层压力并在地层中触发裂缝和/或使裂缝延伸到地层中的压力和流速，通过井眼并对抗地层面而注入压裂液。压裂液中通常承载有悬浮在该压裂液中并且将被输送到裂缝中的支撑剂，如20-40目的砂子、矾土、玻璃珠等。支撑剂用于在压力解除时防止地层自身的闭合。由支撑剂填充的裂缝形成渗透通道，地层流体可通过该渗透通道流向井眼，然后被抽出。粘弹性流体还在砾石充填处理中得到了广泛的应用。
2005年6月1日提交的美国专利No.11/141,853以及2004年6月2日提交的美国临时专利申请60/576,124以引用方式全部并入本文中。
以下是本发明的实施例。这些实施例用于说明本发明，而不应看作是限制本发明。除非另有说明，否则所有的百分比或份数都以重量计算。
实施例
制备本发明的流体，并且对所述流体的粘度特性与温度的关系进行试验。粘度特性与对压裂应用的适用性有关。
采用的两性离子表面活性剂是二十二碳烯基酰胺丙基甜菜碱(EAB)。采用的阴离子聚合物是聚萘磺酸盐(由Hampshire Chemical公司生产的聚合物DAXAD 19)。采用的阳离子表面活性剂是甲基聚氧化亚乙基十八烷基氯化铵(OAED)和聚氧化亚乙基椰油烷基胺(CAEO)。通过混合将所有的成分配制在一起。
对以下两种制剂的流体进行试验，所述制剂为：27重量％的EAB/3.8重量％的DAXAD 19/3.9重量％的CAEO(余量为溶剂)；和27重量％的EAB/3.8重量％的DAXAD 19/3.9重量％的OAED(余量为溶剂)。
在表面活性剂用量为2.1重量％(0.9重量％的活性成分)的条件下，流体在高达215°F的温度下表现出非常优异的粘度特性，并具有非常优异的剪切恢复性能(小于15秒)。该体系与2重量％的KCl(氯化钾)、含有500ppm Ca++的2重量％的KCl、0.1重量％的TMAC(三甲基氯化铵)和含有300ppm Ca++的0.1重量％的TMAC均相容。将三种成分与IPA和水配制在一起，所得到的混合物在20°F到150°F的温度范围内表现出非常优异的稳定性和流动性。
配制如图1所列出的另外的流体。配制如下四种本发明的流体：I)在2重量％的KCl中，含有1.1重量％的EAB/0.14重量％的DAXAD19/0.15重量％的OAED(余量为溶剂)；II)在2重量％的KCl中，含有0.76重量％的EAB/0.14重量％的DAXAD 19/0.1重量％的OAED(其余的是溶剂)；III)在2重量％的KCl(其中含有500ppm的Ca++)中，含有0.76重量％的EAB/0.14重量％的DAXAD 19/0.1重量％的OAED(余量为溶剂)；和IV)在0.1重量％的TMAC中，含有0.76重量％的EAB/0.14重量％的DAXAD 19/0.1重量％的OAED(余量为溶剂)。对照流体如下配制：在2重量％的KCl中仅含有2.3重量％的EAB(余量为溶剂)。粘度特性随温度的变化如图1中所示。
配制另外一种本发明的流体和三种对照流体，并对它们的粘度特性随温度的变化进行试验。本发明的流体如下配制：在2重量％的KCl中，含有1.1重量％的EAB/0.14重量％的DAXAD 19/0.15重量％的OAED(余量为溶剂)。三种对照流体如下配制：I)在2重量％的KCl中，含有1.1重量％的EAB/0.15重量％的OAED(余量为溶剂)；II)在2重量％的KCl中，含有1.1重量％的EAB/0.14重量％的DAXAD 19(余量为溶剂)；和III)在2重量％的KCl中，含有1.1重量％的EAB/0.14重量％的DAXAD 19/0.15重量％的AlkaquatDMB-451(苄基三烃基氯化铵(benzyl triammonium chloride)，由罗迪亚公司生产)(余量为溶剂)。粘度特性随温度的变化如图2中所示。
应该理解，上述说明仅用于解释本发明。本领域的技术人员可以在不偏离本发明的条件下，得出多种替代方案和修改方式。因此，本发明旨在涵盖落入所附的权利要求书的范围内的所有这种替代方案、修改方式和变化方式。
Claims (39)
1.一种粘弹性流体，该粘弹性流体包含：
一种或多种阳离子表面活性剂；一种或多种阴离子聚合物；一种或多种两性离子表面活性剂和/或两性表面活性剂；和水；
其中所述的一种或多种阳离子表面活性剂选自：
i)具有以下结构式的季盐：
其中R1为烷基、烷基芳基烷基、烷氧基烷基、烷基氨基烷基或烷基酰胺基烷基之类的疏水性部分，其中R1具有约18到约30个碳原子、并且可以是支链或直链的以及饱和或不饱和的；R2、R3和R5独立地选自具有1到约30个碳原子的脂肪族部分和具有7到约30个碳原子的芳香族部分，其中所述的脂肪族部分可以是支链或直链的以及饱和或不饱和的；
其中X为平衡阴离子；
ii)具有以下结构式的胺：
其中R1、R2和R3如上述定义；
iii)具有以下结构式的氧化胺：
其中R1、R2和R3如上述定义；和
iv)其组合；
其中所述的两性离子表面活性剂具有以下结构式：
其中R1、R2和R3如上所述；R4是碳链长度为1到4的烃基基团；
其中所述的两性表面活性剂具有以下结构式：
其中R1、R2和R4如上所述。
2.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种阳离子表面活性剂是一种或多种季盐。
3.权利要求2所述的流体，其中所述的季盐为甲基聚氧化亚乙基十八烷基氯化铵。
4.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种阳离子表面活性剂是一种或多种胺。
5.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种阳离子表面活性剂选自甲基聚氧化亚乙基十八烷基氯化铵、甲基聚氧化亚乙基椰油烷基氯化铵和异十三烷氧丙基聚氧化亚乙基甲基氯化铵、聚氧化亚乙基椰油烷基胺、聚氧化亚乙基牛油烷基胺和聚氧化亚乙基油胺。
6.权利要求4所述的流体，其中所述的胺为聚氧化亚乙基椰油烷基胺。
7.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种阳离子表面活性剂的含量为活性表面活性剂的重量的约1重量％到约40重量％。
8.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种阳离子表面活性剂的含量为活性表面活性剂的重量的约5重量％到约20重量％。
9.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种阴离子聚合物的含量为0.01重量％到约5重量％。
10.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种两性离子表面活性剂选自以下结构式及其组合：
11.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种两性离子表面活性剂为二十二碳烯基酰胺丙基甜菜碱。
12.权利要求1所述的流体，其中所述的水的含量占所述流体的重量的至少约50重量％。
13.权利要求1所述的流体，其中所述的水的含量占所述流体的重量的至少约70重量％。
14.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种阳离子表面活性剂和所述的一种或多种两性离子表面活性剂和/或两性表面活性剂的含量占所述流体的重量的约0.1重量％到约10重量％。
15.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种阳离子表面活性剂和所述的一种或多种两性离子表面活性剂和/或两性表面活性剂的含量占所述流体的重量的约0.25重量％到约2重量％。
16.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种阳离子表面活性剂和所述的一种或多种两性离子表面活性剂和/或两性表面活性剂的含量小于所述流体的重量的2重量％。
17.权利要求1所述的流体，该流体还包含选自有机酸、有机酸盐、无机盐及其组合中的组分。
18.权利要求17所述的流体，其中所述组分选自氯化钾和三甲基氯化铵。
19.权利要求17所述的流体，其中所述组分的含量为约0.1重量％到约10重量％。
20.权利要求1所述的流体，该流体还包含支撑剂。
21.权利要求17所述的流体，该流体还包含支撑剂。
22.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种阴离子聚合物具有以下结构式：
其中n为约8到约100的整数。
23.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种阴离子聚合物具有以下结构式：
其中n为约8到约100的整数。
24.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种阴离子聚合物的含量为约0.1重量％到约5重量％。
25.权利要求22所述的流体，其中所述的一种或多种阴离子聚合物的含量为约0.1重量％到约5重量％。
26.权利要求23所述的流体，其中所述的一种或多种阴离子聚合物的含量为约0.1重量％到约5重量％。
27.权利要求1所述的流体，其中所述的一种或多种阳离子表面活性剂的含量为活性表面活性剂的重量的约1重量％到约40重量％，其中所述的阴离子聚合物的含量占所述流体的重量的约0.1重量％到约5重量％，其中所述的水的含量占所述流体的重量的约50重量％，其中所述的一种或多种阳离子表面活性剂和所述的一种或多种两性离子表面活性剂和/或两性表面活性剂的含量占所述流体的重量的约0.1重量％到约10重量％，所述流体还包含选自有机酸、有机酸盐、无机盐、及其组合中的组分，其中该组分的含量占所述流体的重量的约0.1重量％到约10重量％。
28.权利要求1所述的流体，其中R1为具有约18到约22个碳原子的烷基或烯基，并且其中R2、R3和R5各自独立地具有约1到约6个碳原子。
29.权利要求24所述的流体，其中R1为具有约18到约22个碳原子的烷基或烯基，并且其中R2、R3和R5各自独立地具有约1到约6个碳原子。
30.一种粘弹性流体，该粘弹性流体包含：
一种或多种阳离子表面活性剂；一种或多种阴离子表面活性剂，该阴离子表面活性剂具有烷基链和至少一个带负电荷的部分，其中所述的烷基链具有约6到约18个碳原子；一种或多种两性离子表面活性剂和/或两性表面活性剂；和水；
其中所述的一种或多种阳离子表面活性剂选自：
i)具有以下结构式的季盐：
其中R1为烷基、烷基芳基烷基、烷氧基烷基、烷基氨基烷基或烷基酰胺基烷基之类的疏水性部分，其中R1具有约18到约30个碳原子、并且可以是支链或直链的以及饱和或不饱和的；R2、R3和R5独立地选自具有1到约30个碳原子的脂肪族部分和具有7到约30个碳原子的芳香族部分，其中所述的脂肪族部分可以是支链或直链的以及饱和或不饱和的；
其中X为平衡阴离子；
ii)具有以下结构式的胺：
其中R1、R2和R3如上述定义；
iii)具有以下结构式的氧化胺：
其中R1、R2和R3如上述定义；和
iv)其组合；
其中所述的两性离子表面活性剂具有以下结构式：
其中R1、R2和R3如上所述；R4是碳链长度为1到4的烃基基团；
其中所述的两性表面活性剂具有以下结构式：
其中R1、R2和R4如上所述。
31.权利要求30所述的方法，其中所述的阴离子表面活性剂具有选自以下的结构式及其组合：
R6-[O(EO)a(PO)b]m-SO3 - Y+
R6-[O(EO)a(PO)b]m-CH2-C(O)-O- Y+
其中R6选自烷基、芳基、烷芳基、烷基芳基烷基、芳基烷基、烷基酰胺基烷基、烷基氨基烷基，其中所述烷基具有约6到约18个碳原子，其中所述芳基表示苯基、二苯基、二苯醚或萘部分，并且其中R6的碳原子总量为至多约18个碳原子；其中M选自氢、碱金属和-[R7-(EO)a(PO)b(BO)c]m-O-]q-P(O)(OM)2；其中Y表示平衡离子；其中EO为亚乙基氧基基团；其中PO为亚丙基氧基基团；其中BO表示丁氧基基团；其中EO、PO和BO基团可随机混合排布或形成离散的嵌段；其中a、b和c独立地为0到50的整数；其中“m”为0或1；其中“R7”为C8到C18亚烷基；其中R8为C8到C18烷基或C8到C18烷基酰胺基；其中“R9”为C1到C4烷基或Y；其中R10为C4到C8烷基；并且其中“q”是1到约10的整数。
32.权利要求30所述的流体，该流体还包含选自有机酸、有机酸盐、无机盐、及其组合中的组分。
33.权利要求32所述的流体，该流体还包含支撑剂。
34.一种压裂地下岩层的方法，该方法包括以下步骤：以足够压裂地下岩层的压力将粘弹性流体通过井眼而泵送到该岩层中，其中所述的粘弹性流体是根据权利要求1所述的粘弹性流体。
35.一种压裂地下岩层的方法，该方法包括以下步骤：以足够压裂地下岩层的压力将粘弹性流体通过井眼而泵送到该岩层中，其中所述的粘弹性流体是根据权利要求30所述的粘弹性流体。
36.权利要求35所述的方法，其中所述的粘弹性流体还含有选自空气、氮气或二氧化碳中的气体，以形成增能流体或泡沫。
37.权利要求36所述的方法，其中所述的粘弹性流体还含有选自空气、氮气或二氧化碳中的气体，以形成增能流体或泡沫。
38.一种砾石充填地下岩层的方法，该方法包括以下步骤：将粘弹性流体和砾石泵送到井眼中，其中所述的粘弹性流体是根据权利要求1所述的粘弹性流体。
39.一种砾石充填地下岩层的方法，该方法包括以下步骤：将粘弹性流体和砾石泵送到井眼中，其中所述的粘弹性流体是根据权利要求30所述的粘弹性流体。
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