CN107250319A - 用于处理地下地层的乳液、处理流体和方法 - Google Patents

用于处理地下地层的乳液、处理流体和方法 Download PDF

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Abstract

本文提供了乳液、处理流体和用于处理地下地层的方法，其中所述乳液包含水、与水不混溶的液体、一种或多种聚合物、一种或多种乙氧基化胺化合物和任选的一种或多种有机或无机盐。所述乳液特别适合用在恶劣的盐水条件中。

Description

用于处理地下地层的乳液、处理流体和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年12月31日提交的美国临时申请第62/098,714号的优先权。
技术领域
本公开一般地涉及用于处理地下地层的乳液、处理流体和方法。
背景技术
在油井和气井的钻井、完井和刺激增产中，经常在高压和高流速下将井处理流体泵入井眼洞中，这会引起井眼周围的岩层断裂。在以高流速(几千GPM)通过管道泵送流体时，会产生明显量的摩擦阻力，因此需要很高的能量。
为了降低井处理流体与井眼衬里之间的摩擦，已经将降低摩擦压力的添加剂与处理流体混合并在泵送过程中将其添加，以便降低泵压。例如，一种用于从井眼穿透的地下区域刺激增产烃常用的井处理是水力压裂。水力压裂，也称为压裂(或压裂法(fracking))，用于在低渗透性储层中启动生产和在年久的生产油井中再刺激增产。在水力压裂中，在能够在周围岩层中有效引起裂缝的压力下将流体组合物注入井中。压裂用于打开地层中已经存在的裂缝以及产生新裂缝。
水溶性聚合物可用作井处理流体中的减摩剂(friction reducers)以改变流体的流变性能，从而将湍流最小化，由此在将流体泵送通过管道时防止由此引起的流体能量损失。这些类型的处理常称作“滑溜水处理或滑溜水压裂”。在一些情况中，水溶性减摩聚合物悬浮在油包水乳液中，其中在加入水性处理流体时，乳液必须反相从而将减摩聚合物释放到流体中。现场性能取决于乳液快速反相或破裂的能力。某些条件，例如高盐度盐水条件，会阻碍乳液破裂。特别地，高盐度盐水包括氯化钾、氯化钠、海水和包含钙或镁硬度物质的其他API碱性盐水，高盐度盐水干扰乳液聚合物的反相，从而乳液不能破裂或产生实现优良减摩所需的流变。
发明概述
本文公开了一种乳液，其包含：水；与水不混溶的液体；大于约10重量%的一种或多种聚合物；约0.1重量%至约5重量%的一种或多种乙氧基化胺化合物或者包含一种或多种反相表面活性剂和一种或多种乙氧基化胺化合物的反相表面活性剂组合物；和任选的至少约0.5%的一种或多种有机盐或无机盐。也提供了包含乳液的处理流体，以及用所述乳液或处理流体处理地下地层的方法。
通过参考对本公开的各个特征的以下具体描述和本公开中包含的实施例，可以更容易理解本公开。
附图简述
图1显示了与市售可得的乳液相比示例性乳液在5℃的马塞勒斯(Marcellus)盐水中的减摩曲线。
图2显示了在5℃的马塞勒斯盐水中，各种剂量的示例性乳液与市售可得的乳液相比实现的最大减摩和到达最大减摩的90%所需的时间。
图3显示了对示例性乳液和对比性乳液进行的粘度测量。
图4显示了在25℃的马塞勒斯盐水中，对示例性乳液和对比性乳液进行的振荡测量。
发明详述
本公开提供了含水处理流体和将它们用于含水盐水中的方法。示例性乳液、处理流体和方法可用于在含水盐水中提供快速和增强的聚合物反相，例如在恶劣的盐水条件中，例如马塞勒斯盐水。可在一定温度范围下，甚至在低温下，使用示例性乳液、处理流体和方法而不损失聚合物性能。在一些实施方案中，所述方法涉及通过将反相乳液反相从而在含水盐水中改善减摩，所述反相乳液包含一种或多种聚合物、乳化表面活性剂组合物、反相表面活性剂组合物和一种或多种有机或无机盐，所述反相表面活性剂组合物包含一种或多种乙氧基化胺化合物。
在示例性实施方案中，所述乳液、处理流体和方法可用于携带支撑剂进入裂缝，例如在压裂应用中。高分子量聚丙烯酰胺常作为减摩剂用于压裂应用中。通常，交联流体用于携带支撑剂进入裂缝，这典型地需要将额外的化学品(例如交联剂、缓冲剂和破坏剂)，结合到压裂流体中。在示例性实施方案中，所述乳液和处理流体可用于携带支撑剂，同时将交联流体典型地需要的其他化学品或添加剂的使用最小化。
在滑溜水压裂中，减摩剂的浓度较高，并且可以将维持裂隙处于打开状态以便使油/气回流所需的支撑剂携带到洞下。通过增加减摩剂的负载，可以使水滑溜。滑溜水压裂流体典型地具有低粘度，因此需要较高的注入流速以携带支撑剂。示例性乳液、处理流体和方法可用于滑溜水压裂应用中。有利地，示例性乳液和处理流体可用于高盐度盐水中，具有非常快的乳液反相、非常好的减摩并且在较高负载下具有好的支撑剂携带能力。
聚合物
在本文中使用的术语“一种聚合物”、“多种聚合物”、“聚合(的)”和类似的术语以本领域技术人员理解的普通含义使用，因此可用在本文中表示或者描述包含重复单元的大分子(或一组这样的分子)。可以以各种方式形成聚合物，包括通过聚合单体和/或通过化学改性前体聚合物的一个或多个重复单元。聚合物可以是包含通过例如聚合特定单体形成的基本上相同的重复单元的“均聚物”。聚合物也可以是包含两个或更多个不同的重复单元的“共聚物”，该重复单元通过例如共聚合两种或更多种不同单体，和/或通过化学改性前体聚合物的一个或多个重复单元形成。在本文中，可以使用术语“三元共聚物”来表示含有三个或更多个不同重复单元的聚合物。本文所用的术语“聚合物”意在包括聚合物的酸形式及其各种盐。
在示例性实施方案中，所述聚合物是减摩聚合物。术语“减摩聚合物”指的是降低由于湍流中的含水流体与管类材料(例如管道和盘管等)和/或地层之间的摩擦引起的能量损失的聚合物。并不意在将减摩聚合物限于任何具体类型，减摩聚合物可以是合成聚合物、天然聚合物或粘弹性表面活性剂。合适的减摩聚合物典型地为胶乳聚合物或丙烯酰胺的共聚物、丙烯酸酯、瓜儿胶、聚氧化乙烯及它们的组合。取决于期望的应用，减摩聚合物可以是阴离子型、阳离子型、两性或非离子型的。而且，可以使用各种组合，包括但不限于亲水/疏水组合，或者上述物质的官能化的天然和/或合成共混物等。取决于期望的应用，减摩聚合物可以是阴离子型、阳离子型、两性或非离子型的。而且，可以使用各种组合，包括但不限于亲水/疏水组合，或者上述物质的官能化的天然和/或合成共混物等。
在示例性实施方案中，所述聚合物是可用于乳液组合物或乳液聚合物的聚合物。
在示例性实施方案中，所述聚合物是可用于强化采油应用的聚合物。术语“强化采油或“EOR”(也称为三次矿物油生产)指的是矿物油的生产方法，其中将至少包含水溶性聚合物的含水注入流体注入矿物油矿藏中。三次矿物油生产技术包括称为“聚合物驱油”的技术。聚合物驱油包括通过注射井眼将水溶性增稠聚合物的含水溶液注入矿物油矿藏中。作为注入聚合物溶液的结果，驱使矿物油通过地层的洞穴，从注射井眼出发在生产井眼的方向上前进，并且通过生产井眼生产矿物油。由于与水的粘度相比聚合物配制物具有更大的粘度的事实，聚合物配制物穿透生产井眼的风险降低。因此可以使额外的矿物油在地层中移动。聚合物驱油和适用于此目的聚合物的细节公开在，例如，“Petroleum, Enhanced OilRecovery(石油，强化采油)，Kirk-Othmer，Encyclopedia of Chemical Technology(化学技术百科全书)，在线版本，John Wiley & Sons，2010”中。对于聚合物驱油，已经提出了许多不同的水溶性增稠聚合物，特别是高分子量聚丙烯酰胺、丙烯酰胺与另外的共聚单体(例如乙烯基磺酸或丙烯酸)的共聚物。聚丙烯酰胺可以是部分水解的聚丙烯酰胺，其中一些丙烯酰胺单元已经水解成了丙烯酸。本领域已知将聚丙烯酰胺(共)聚合物的反相乳液用于强化采油(EOR)，特别是用在海上平台。这类反相乳液典型地包含约30重量%的聚合物。使用时，简单地用水稀释反相乳液至聚合物的最终浓度。
在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物是水溶性的。在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物包含含丙烯酰胺的聚合物。在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物主要由含丙烯酰胺的聚合物组成。在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物包括聚丙烯酰胺、丙烯酰胺的共聚物、磺化聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺和部分水解的丙烯酰胺。
在示例性实施方案中，所述一种或多种(聚合物)包含丙烯酰胺或部分水解的丙烯酰胺和一种或多种非离子型和/或阴离子型单体。在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物具有整体阴离子电荷，并且包含丙烯酰胺或部分水解的丙烯酰胺和一种或多种非离子型和/或阴离子型单体。在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物包含约10重量%至约60重量%的阴离子型单体。
合适的非离子型单体包括但不限于丙烯酰胺、N-烷基丙烯酰胺、N,N-二烷基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-乙烯基甲基乙酰胺或甲酰胺、乙酸乙烯酯、乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯腈、N-乙烯基吡咯烷酮、其他丙烯酸型(或其他烯属不饱和)酯或其他水不溶性乙烯基单体例如苯乙烯或丙烯腈。
术语“阴离子型单体”指的是具有负电荷的单体。代表性的阴离子型单体包括丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酸铵、甲基丙烯酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸、马来酸、丙烯酸磺丙基酯或甲基丙烯酸磺丙基酯或这些或其他可聚合羧酸或磺酸的其他水溶性形式、磺甲基化丙烯酰胺、磺酸烯丙酯、衣康酸、丙烯酰氨基甲基丁酸、富马酸、乙烯基膦酸、烯丙基膦酸、膦酰基甲基化丙烯酰胺、甲基丙烯酸酯、衣康酸酯、2-丙烯酰氨基2-甲基丙磺酸酯、磺基烷基(甲基)丙烯酸、磺化苯乙烯、不饱和二羧酸、磺基烷基(甲基)丙烯酰胺、所述酸的盐等、或其他阴离子型烯属不饱和化合物。
术语“阳离子型单体”指的是具有正电荷的单体。代表性的阳离子型单体包括丙烯酸二烷基氨基烷基酯和甲基丙烯酸二烷基氨基烷基酯和它们的季盐或酸式盐，包括但不限于，丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基氯化物季盐、丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基硫酸盐季盐、丙烯酸二甲基氨基乙酯苄基氯化物季盐、丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸盐、丙烯酸二甲基氨基乙酯氢氯酸盐、丙烯酸二乙基氨基乙酯甲基氯化物季盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基氯化物季盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基硫酸盐季盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯苄基氯化物季盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯氢氯酸盐、二甲基氨基乙基甲基丙烯酰基氢氯酸盐、二烷基氨基烷基丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺和它们的季盐或酸式盐，例如，丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵、二甲基氨基丙基丙烯酰胺甲基硫酸盐季盐、二甲基氨基丙基丙烯酰胺硫酸盐、二甲基氨基丙基丙烯酰胺氢氯酸盐、甲基丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺甲基硫酸盐季盐、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺硫酸盐、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺氢氯酸盐、丙烯酸二乙基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯和二烯丙基二烷基卤化铵例如二烯丙基二乙基氯化铵和二烯丙基二甲基氯化铵。烷基基团通常是C1-8烷基。
在具体实施方案中，所述一种或多种聚合物包含丙烯酰胺或部分水解的丙烯酰胺和一种或多种阴离子型单体。
在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物包含丙烯酰胺或部分水解的丙烯酰胺和一种或多种选自以下物质的单体：丙烯酸、丙烯酸盐、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、N,N-二甲基丙烯酰胺、乙烯基磺酸、N-乙烯基磺乙酰胺、N-乙烯基甲酰胺、衣康酸、甲基丙烯酸、其盐和它们的组合。在具体实施方案中，所述一种或多种聚合物包含丙烯酰胺或部分水解的丙烯酰胺和一种或多种选自以下物质的单体：丙烯酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸及其盐。在具体实施方案中，所述一种或多种聚合物包含丙烯酰胺或部分水解的丙烯酰胺和一种或多种选自丙烯酸及其盐的单体。
在一些实施方案中，所述聚合物包含丙烯酰胺和一种或多种选自以下物质的单体：丙烯酸及其盐、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸及其盐、马来酸及其盐、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸二甲基氨基乙酯及其甲基氯化物季盐和甲基硫酸盐季盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯及其甲基氯化物季盐和甲基硫酸盐季盐、丙烯酸二乙基氨基乙酯及其甲基氯化物季盐和甲基硫酸盐季盐、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯及其甲基氯化物季盐和甲基硫酸盐季盐、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、丙烯腈、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸及其盐、3-(甲基丙烯酰氨基)-丙基三甲基氯化铵、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺、异丙基氨基丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰氨基丙基羟乙基二甲基乙酸铵、乙烯基甲基醚、乙烯基乙醚、乙烯基磺酸的碱金属盐和铵盐、乙烯基吡啶、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咪唑、二烯丙基二甲基氯化铵和苯乙烯磺酸及其盐等。
在示例性实施方案中，所述部分水解的丙烯酰胺是其中约3%至约70%的酰胺基已经水解成羧基的丙烯酰胺。
在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物包含阴离子型聚丙烯酰胺。在示例性实施方案中，所述阴离子型聚丙烯酰胺是包含一种或多种阴离子型单体和丙烯酰胺单体的共聚物。这些阴离子型单体的示例性盐包括但不限于钠盐和铵盐。在一个实施方案中，所述聚合物是阴离子型聚合物。在具体实施方案中，所述阴离子型聚合物具有约10%至约60%的电荷，约10%至约50%的电荷，约15%至约45%的电荷，约20%至约40%的电荷，或约25%至约35%的电荷。
在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物包含阳离子型聚丙烯酰胺。在示例性实施方案中，所述阳离子型聚丙烯酰胺是包含一种或多种阳离子型单体和丙烯酰胺单体的共聚物。在一个实施方案中，所述聚合物是阳离子型聚合物。
在一个实施方案中，所述一种或多种聚合物包含两性聚合物。在一个实施方案中，所述一种或多种聚合物包含非离子型聚合物。
在示例性实施方案中，一种或多种聚合物是丙烯酰胺或部分水解的丙烯酰胺和丙烯酸或丙烯酸盐的共聚物。在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物包含至少约30摩尔%、约40摩尔%、约50摩尔%、约60摩尔%、约70摩尔%、约80摩尔%、约90摩尔%的丙烯酰胺或部分水解的丙烯酰胺。在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物包含至少约10摩尔%、约20摩尔%、约30摩尔%、约40摩尔%、约50摩尔%、约60摩尔%、约70摩尔%的丙烯酸或丙烯酸盐。在示例性实施方案中，所述丙烯酸盐包含丙烯酸铵。在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物包含约30摩尔%至约90摩尔%，或约60摩尔%至约90摩尔%的丙烯酰胺或部分水解的丙烯酰胺。在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物包含约10摩尔%至约70摩尔%，或约10摩尔%至约40摩尔%的丙烯酸或丙烯酸盐。
所述示例性聚合物可以以足以提供期望的性质的量包含在处理流体中。在一些实施方案中，减摩聚合物的存在量可以在约0.1至约40、或约0.1至约20、或约0.1至约10、或约0.1至约5或约0.25至约1加仑/千加仑含水处理流体(GPTG)的范围内。可以以0.1至20 GPTG处理流体的浓度将所述聚合物添加到滑溜水处理中。在其他实施方案中，以0.25至约2.5GPTG处理流体的浓度添加所述聚合物。
本发明实施方案的聚合物应该具有足以提供期望性能的分子量。例如，用于减摩的那些聚合物应该具有较高的分子量以提供期望程度的减摩。用于EOR 应用的聚合物应该具有足够的分子量以提供期望程度的粘度，从而使油以期望的方式移动。在一些实施方案中，聚合物的重量平均分子量可以在约7,500,000至约30,000,000道尔顿的范围内。本领域普通技术人员可以意识到，分子量落在所列举的范围之外的聚合物也可以在含水处理流体中提供期望的性能。
在示例性实施方案中，所述聚合物用于EOR应用。
本发明实施方案的合适的聚合物可以以酸形式或以盐形式。通过用碱(例如氢氧化钠或氢氧化铵等)中和酸形式的单体(例如丙烯酸或2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸)，可以制成各种盐。本文所用的术语“聚合物”意在包括酸形式的共聚物及其各种盐。
乙氧基化胺化合物
在示例性实施方案中，所述乳液或含水处理流体包含一种或多种乙氧基化胺化合物，或乙氧基化胺化合物的混合物。本文提及的“乙氧基化胺化合物”包括，例如，包含两个乙氧基或聚乙氧基基团和一个选自氢、烷基、芳基、C(=O)-烷基或C(=O)-芳基的基团的胺或酰胺(amide)化合物。在一些示例性实施方案中，所述乙氧基化胺化合物是非离子型胺化合物。在一些实施方案中，所述乙氧基化胺化合物不包含阳离子型聚氧乙烯牛油胺化合物。在一些示例性实施方案中，所述乙氧基化胺化合物是非离子型胺化合物。在一些实施方案中，所述乙氧基化胺化合物不包含阳离子型牛油乙氧基化胺。
在示例性实施方案中，所述一种或多种乙氧基化胺化合物是式I的化合物：
式I
其中R1是H、烷基、芳基、C(=O)-烷基或C(=O)-芳基；并且X和Y彼此独立地是1-20。在示例性实施方案中，烷基基团是具有8至26个碳原子的饱和或不饱和烷基基团。在示例性实施方案中，芳基基团是具有6至18 碳原子的芳基基团。在示例性实施方案中，所述烷基基团可以是饱和或不饱和的，并且可以衍生自，但不限于，牛油、大豆油、椰子油或棉籽油。在示例性实施方案中，乙氧基化胺的聚(氧乙烯)含量(X+Y)在3至20的范围内。
在一些实施方案中，R1是H。在一些实施方案中，R1不是H。在一些实施方案中，R1是烷基，例如是具有8至26碳原子的饱和或不饱和烷基基团。在一些实施方案中，R1是C(=O)-烷基，例如羰基基团与胺氮原子连接且与具有8至26碳原子的饱和或不饱和烷基基团连接，例如N,N-双(2-羟乙基)-9-十八碳烯酰胺。
应该理解的是，本文记载的所有数值范围意在包括其中包含的所有子范围。例如，“1-10”的范围意在包括在所记载的最小值1与所记载的最大值10之间的所有子范围，并且包括所记载的最小值1和所记载的最大值10。由于所公开的数值范围是连续的，这些数值范围包括最小值与最大值之间的每个值。
在示例性实施方案中，所述一种或多种乙氧基化胺化合物是聚乙烯脂肪酸胺或聚乙烯脂肪酸胺化合物的混合物。
在示例性实施方案中，R1是饱和或不饱和脂肪酸的残基，例如辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、山嵛酸、木蜡酸、蜡酸、肉豆蔻烯酸、棕榈油酸、十六碳烯酸(sapienic acid)、油酸、反油酸、异油酸、亚油酸、反亚油酸、α-亚油烯酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸、芥酸或二十二碳六烯酸的残基。
在示例性实施方案中，所述一种或多种乙氧基化胺化合物是聚乙烯牛油胺(polyethylene tallow amine)。牛油包含各种脂肪酸，包括油酸(37-43%)、棕榈酸(24-32%)、硬脂酸(20-25%)、肉豆蔻酸(3-6%)和亚油酸(2-3%)。在示例性实施方案中，所述一种或多种乙氧基化胺化合物包括聚乙烯油胺(polyethylene oleic amine)、聚乙烯棕榈胺(polyethylene palmitic amine)、聚乙烯硬脂胺(polyethylene stearic amine)、聚乙烯肉豆蔻胺(polyethylene myristic amine)和聚乙烯亚油胺(polyethylene linoleicamine)。
反相表面活性剂组合物
其中，反相表面活性剂或反相表面活性剂组合物在添加到本发明的实施方案的处理流体中时，可以促进乳液反相。本领域普通技术人员可以理解，根据本公开，在添加到处理流体中时，乳液应该反相，将聚合物释放到处理流体中。在示例性实施方案中，所述反相表面活性剂组合物包含所述一种或多种乙氧基化胺化合物和所述一种或多种反相表面活性剂。
在示例性实施方案中，所述乳液包含反相表面活性剂组合物。可以添加到示例性乳液中的代表性的反相表面活性剂包括亲水亲油平衡值(HLB)大于10的那些；四油酸聚氧乙烯山梨糖醇酯；单油酸聚乙二醇酯；乙氧基化醇，例如C12-14支化的乙氧基化醇、乙氧基化辛基酚和乙氧基化壬基酚；乙氧基化壬基酚甲醛树脂；脂肪酸的聚氧化乙烯酯；磺基琥珀酸钠的二辛基酯；以及美国专利第3,624,019号中公开的其他反相表面活性剂，该专利通过引用的方式将其并入本文。在与含水处理流体中的水接触时，反相表面活性剂的存在量应该足以提供的期望的乳液反相。
在示例性实施方案中，所述反相表面活性剂组合物包含至少10重量%的一种或多种乙氧基化胺化合物。
在示例性实施方案中，所述反相表面活性剂组合物包含约65至约85重量%的一种或多种反相表面活性剂和15至约35重量%的乙氧基化胺化合物。
在示例性实施方案中，所述反相表面活性剂组合物包含约70至约80重量%的一种或多种反相表面活性剂和20至约30重量%的乙氧基化胺化合物。
盐
在示例性实施方案中，所述乳液包含至少约0.5%的一种或多种有机或无机盐。在示例性实施方案中，所述乳液在乳液中以约0.5%至约饱和点的量包含一种或多种有机或无机盐。代表性的有机或无机盐包括但不限于氯化钠、硫酸钠、溴化钠、硫酸铵、氯化铵、氯化锂、溴化锂、氯化钾、溴化钾、硫酸镁、硫酸铝、磷酸氢铵、磷酸氢钠、磷酸氢钾、钠盐、锂盐、钾盐、镁盐、铝盐、铵盐、磷酸盐、硫酸盐、氯化物盐、氟化物盐、柠檬酸盐、乙酸盐、酒石酸盐、磷酸氢盐、水溶性无机盐、其他无机盐、其他有机盐和它们的混合物。在示例性实施方案中，所述一种或多种有机或无机盐包括氯化铵。
乳液
示例性乳液，例如油包水乳液或油外相(oil-external)乳液，可以包含水、与水不混溶的液体、一种或多种聚合物、包含一种或多种乙氧基化胺化合物的反相表面活性剂组合物以及任选的一种或多种有机或无机盐。所述乳液可以任选地包含抑制剂、乳化剂和/或其他表面活性剂。
在示例性实施方案中，所述乳液包含：水；与水不混溶的液体；大于约10重量%的一种或多种聚合物；约0.1%至约5重量%的一种或多种乙氧基化胺化合物；和任选的至少约0.5%的一种或多种有机或无机盐。在示例性实施方案中，所述乳液包含：水；与水不混溶的液体；大于约10重量%的一种或多种聚合物；约0.1%至约5重量%的包含一种或多种乙氧基化胺化合物的反相表面活性剂组合物；和至少约0.5%的一种或多种有机或无机盐。
存在于乳液中的水通常包括新鲜水，但是也可以使用盐水或与盐水的组合。通常，所采用的水可以来自任何来源，前提是它不含会不利地影响乳液中其他组分的过量的化合物。在一些实施方案中，水在乳液中的存在量可以为乳液的约30%至约50重量%。
合适的与水不混溶的液体可以包括但不限于与水不混溶的溶剂，例如石蜡烃、环烷烃、芳族烃、烯烃、油、稳定表面活性剂和它们的混合物。石蜡烃可以是饱和的、线性的或支化的石蜡烃。合适的芳族烃的实例包括但不限于甲苯和二甲苯。在一个实施方案中，所述与水不混溶的液体是烯烃和石蜡共混物。在一个实施方案中，所述与水不混溶的液体包含油和一种或多种乳化剂。所述与水不混溶的液体可以以足以形成稳定乳液的量存在于乳液中。在一些实施方案中，所述与水不混溶的液体在乳液中的存在量可以在约20%至约30重量%的范围内。
在示例性实施方案中，所述乳液包含一种或多种乳化剂。其中，所述乳液中的乳化剂降低水和与水不混溶的液体之间的界面张力，从而促进油包水聚合物乳液的形成。在示例性实施方案中，所述乳化剂不是乙氧基化胺化合物。所述乳化剂应该以足以提供期望的稳定的油包水聚合物乳液的量存在。在一些实施方案中，所述乳化剂的存在量可以在乳液的约0.5%至约5重量%的范围内。
所述聚合物在乳液中的存在量应该不会不期望地影响乳液的稳定性。在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物的存在量可以在乳液的约10%至约35重量%的范围内。
在示例性实施方案中，还可以以乳液的约1%至约5重量%的量提供表面活性剂组合物，所述表面活性剂除了一种或多种乙氧基化胺化合物之外还包含一种或多种合适的反相表面活性剂。
在示例性实施方案中，可以以乳液的约0.1%至约5%，或约0.1%至约3重量%的量提供所述一种或多种乙氧基化胺化合物。
在示例性实施方案中，可以以约0.5%至约饱和点的量在乳液中提供所述一种或多种有机或无机盐。
在一些实施方案中，所述乳液还可以包含抑制剂。其中，可以包含所述抑制剂以阻止在引发乳液聚合反应之前单体的过早聚合。本领域普通技术人员可以理解，根据本公开，可以采用乳液聚合技术来合成聚合物，其中抑制剂用于阻止过早聚合。合适的抑制剂的实例包括但不限于醌。合适的抑制剂的实例包括4-甲氧基苯酚(MEHQ)。抑制剂的存在量应该足以提供期望的对过早聚合的阻止。在一些实施方案中，所述抑制剂的存在量可以在乳液的约0.001%至约0.1重量%的范围内。
在一些实施方案中，可以采用乳液聚合来制备示例性乳液。其中，取决于所用引发剂的量和类型、所用单体的量和类型、所用抑制剂的量和类型以及本领域普通技术人员已知的许多其他因素，合适的乳液聚合技术可以具有各种不同的引发温度。在一个实施方案中，合适的乳液聚合技术可以具有约25℃的引发温度。由于聚合反应的放热性质，在聚合反应进行期间，可以将混合物保持在高于引发温度的温度下，例如，在约30℃至约70℃，或约40℃至约60℃的范围内。
在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物为乳液形式，例如聚丙烯酰胺乳液。在示例性实施方案中，所述乳液含有包含在水滴中的亲水聚合物，该水滴分散在连续油相中。在示例性实施方案中，所述一种或多种聚合物为含水分散体的形式，例如，通过溶液聚合制备的含水聚合物分散体。制备示例性含水聚合物分散体的方法是本领域公知的，例如描述在美国专利第5,200,448号中。
在示例性实施方案中，任何合适的乳液聚合方法可用于制备本文所述的一种或多种聚合物。这里提供了示例性乳液制备步骤的描述，但是不意在对制备所述示例性的一种或多种聚合物的方法进行限制。
通过使油相和水相均化来制备预备乳液。乳液的油相，通常占总乳液的约5至约35重量%，包含一种或多种惰性的疏水液体。优选地，所述油相占乳液的约20至30%。所用的油可以选自一大类与水不混溶的有机液体，包括液体烃和被取代的液体烃。这些油的代表性实例包括苯、二甲苯、甲苯、矿物油、煤油、石油脑和氯化烃(例如全氯乙烯)等。
所述油相可以包含一种或多种主要或乳化表面活性剂，即，常规的乳液聚合稳定剂。本领域技术人员公知这些稳定剂促进油包水乳液的形成和稳定化。通常，这些乳化剂的HLB值在约2至约10的范围内，优选小于约7。合适的这些乳化剂包括山梨糖醇酯、邻苯二甲酸酯、脂肪酸甘油酯、甘油酯、以及上述物质的乙氧基化衍生物和任何其他公知的HLB相对低的乳化剂。这些化合物的实例包括单油酸山梨糖醇酯、油酸与异丙醇酰胺(isopropanolamide)的反应产物、十六烷基邻苯二甲酸钠、癸基邻苯二甲酸钠、硬脂酸山梨糖醇酯、蓖麻油酸、氢化蓖麻油酸、月桂酸甘油单酯、硬脂酸甘油单酯、油酸甘油二酯、12-羟基硬脂酸甘油三酯、蓖麻油酸甘油三酯、和它们的包含1至10摩尔环氧乙烷/摩尔基本乳化剂的乙氧基化衍生物。因此，允许形成初始乳液并在聚合反应期间使乳液稳定的任何乳化剂均可使用。
这些主要表面活性剂单独使用或以混合物形式使用，用量不大于总乳液的约5%、约4%或约3重量%。
水相通常占乳液的约95至65重量%。优选地，水相占乳液的约80至70%。除了水，水相还包含被聚合的单体、通常的链转移剂、引发剂和螯合剂，被聚合单体的量通常为总乳液的小于约50重量%，优选约15至约40重量%，最优选约22至约35重量%。作为替代，可以在已经制备预备乳液之后将链转移剂、引发剂和螯合剂添加到体系中。取决于所用的具体单体及它们的反应性，也可以在聚合过程中连续添加引发剂以控制聚合速率。
作为替代，引发剂可存在于油相或水相中，然后连续地或逐渐增量地添加单体。所有这些变化均是本领域公知的。
本文描述了适用于制备示例性聚合物的单体。
可以使用任何常规的链转移剂，例如丙二醇、异丙醇、2-巯基乙醇、次磷酸钠、十二烷基硫醇和巯基乙酸。通常链转移剂的存在量为总乳液的约0.1至10重量%，但是也可以使用更大量的链转移剂。
所述引发剂可以是本领域公知的任何产生自由基的物质。优选的自由基引发剂是氧化还原型和偶氮型聚合引发剂，通常，它们的用量为总乳液的约0.0005至0.5重量%。也可以采用辐射来引发反应。
任何常规的螯合剂也可以存在于水相中，例如乙二胺四乙酸或二亚乙基三胺五乙酸五钠。通常，螯合剂的存在量为总乳液的约0.01至2重量%，但是也可以使用更大量的螯合剂。
在制备预备乳液之后，在足够高以至于使引发剂分解从而产生期望的自由基的温度下开始使单体聚合。通常，合适的温度为约-20℃至约200℃，或约20℃至100℃。
优选地，在约2至12的pH下进行聚合，可以将合适量的碱或酸添加到预备乳液中以实现期望的pH。取决于所用的单体和其他反应变量，通常在约一小时或两天至数天内完成聚合。通常在大气压下进行聚合，但是当涉及挥发性成分时，有利地采用较高的压力。
聚合完成之后，可以根据期望来调节乳液的pH。对于阴离子型聚合物乳液，pH通常为约4至10；对于阳离子型乳液，pH通常为约2.0至5.5；对于非离子型乳液，pH通常为约2.0至7.0。通常添加破坏剂或反相表面活性剂、或反相表面活性剂的共混物以获得最终产品的简单包装(single package)。在示例性实施方案中，将如下所述的表面活性剂组合物添加到聚合物乳液中。其他合适的破坏剂或反相表面活性剂可以与示例性聚合物和示例性表面活性剂组合物组合用在乳液中。可以添加到示例性乳液中的代表性的反相表面活性剂包括亲水亲油平衡值(HLB)大于10的那些；乙氧基化醇，例如乙氧基化辛基和壬基酚；乙氧基化壬基酚甲醛树脂；脂肪酸的聚氧乙烯酯；磺基琥珀酸钠的二辛基酯和美国专利第3,624,019号中公开的其他物质，该专利通过引用的方式并入本文。典型地，基于总乳液，反相表面活性剂的添加量等于约0.5至5重量%。
制备后，可以以任何已知的方式对本发明实施方案的乳液化学改性。"化学改性"意在涵盖进一步处理分散的水溶性聚合物和/或向分散的水溶性聚合物添加组分，所述组分在没有乳液稳定剂提供的稳定作用的情况下，会使通常为水溶性的聚合颗粒凝聚或聚结。这些进一步处理的实例公开在美国专利第4,052,353号和第4,171,296号中，通过引用的方式将它们并入本文。也可以以任何合适的方式将本发明实施方案的乳液浓缩，例如在美国专利第4,021,399号中所公开，该专利通过引用的方式并入本文。
可以使用各种不同的混合物来制备用于本发明的实施方案中的乳液。合适的混合物可以包括丙烯酰胺、其他单体、水、与水不混溶的液体、引发剂和乳化剂。通常，所述一种或多种乙氧基化胺化合物可与一种或多种反相表面活性剂组合以形成反相表面活性剂组合物。反相表面活性剂组合物可添加到聚合物乳液中以形成混合物。任选地，所述混合物还可以包含抑制剂；碱(例如，氢氧化钠)，用于中和酸形式的单体从而不形成所述单体的盐；络合剂，用于在聚合反应中使单体逐渐释放；活化剂，用于在较低温度下引发聚合；和反相剂。基于许多因素，包括期望的分子量和聚合物的组成以及期望的引发温度，本领域普通技术人员根据本公开应当知晓包含在混合物中的组分的量和类型。
通常，示例性乳液特别适用于恶劣的盐水条件。可以在某个温度范围内使用示例性乳液，例如约5至约99℃，约50至约95℃，约70至约95℃，约85至约95℃，约5至约35℃，约5至约30℃，约5至约25℃，约5至约20℃，或约5至约15℃。在示例性实施方案中，所述乳液可以提供低凝固点、低倾点和冷冻熔化稳定性的优点。在示例性实施方案中，所述乳液的倾点保护为约-25℃或低于-25℃。
在一些示例性实施方案中，所述乳液可以与支撑剂组合使用。
处理流体
处理流体，例如包含本文所述的乳液的含水处理流体，可用于任何井处理流体中，包括但不限于刺激增产、生产和完井操作。例如，井处理流体可用于水力压裂应用或期望减摩的应用中。常规的压裂流体典型地包含本领域公知的天然或合成水溶性聚合物。由于水溶性聚合物具有高分子量，它们在相对低的浓度下增粘含水液体。
在示例性实施方案中，所述处理流体包含水和本文所述的示例性乳液。所述处理流体可以通过将示例性乳液和水混合来制备。与乳液混合以形成处理流体的额外的水可以是新鲜水、盐水(saltwater)(例如包含一种或多种溶解在其中的盐的水)、盐水(brine)(例如从地下地层产生的)、海水或它们的组合。通常，所用的水可来自任何来源，前提是它不包含会不利地影响含水处理流体中的其他组分或地层本身的过量的化合物。
在示例性实施方案中，所述聚合物在处理流体中的存在量可以为处理流体的约0.01%至约1重量%。
在这些应用中，可以将所述处理流体构造为凝胶化流体、发泡的凝胶流体、酸性流体、水和氯化钾处理剂等。在有效地在地下地层中产生一个或多个裂缝的压力下注射流体。取决于所用井处理流体的类型，也可以将各种添加剂添加到压裂流体中以改变流体的物理性能或提供某些有益的功能。在一个实施方案中，流体不包含足量的水溶性聚合物以形成凝胶。
在示例性实施方案中，所述处理流体包含支撑剂。
在各种示例性实施方案中，所述支撑剂可以是细筛分的砂子。通常，通过砂子能通过的筛目大小和砂子不能通过的筛目大小来描述砂子。典型地，采用20-40目砂子，但是也可以利用其它尺寸的砂子，例如40-50或40-60目。砂子的特征还在于沙粒的"圆度"。通常采用较圆的砂子以在颗粒之间产生较均匀的空隙空间，从而在被支撑的裂缝中产生更好的渗透性。压裂流体还包含，例如，增粘剂以降低砂子与流体分离的速度，并且允许砂子被携带到更远进入裂缝中。
在其他示例性实施方案中，可以使用其他类型的支撑剂。例如，所述支撑剂可以是陶瓷支撑剂。所述支撑剂可以是经涂布的支撑剂，例如，涂布有低摩擦系数的涂层的支撑剂以降低由压裂流体引起的侵蚀。也可以使用涂料来使沙粒更圆。这些涂料的实例包括三氧化锑、铋、硼酸、氟化钙钡、铜、石墨、铟、含氟聚合物(FTFE)、氧化铅、硫化铅、二硫化钼、二硒化铌(niobium dielenide)、聚四氟乙烯、银、锡、或二硫化钨或氧化锌。例如，在Watson等的美国专利第4,555,493号中建议了陶瓷支撑剂，在Usova等的美国专利第8,420,578号中建议了低密度陶瓷支撑剂。
根据需要或期望，压裂流体也可以含有其他组分。例如，压裂流体可以在压裂流体中包含酸以便使增稠聚合物分解；盐例如氯化钙以便增加流体的密度；腐蚀抑制剂或其他添加剂。
也可以添加滤失剂(fluid loss agent)以部分地封堵地层的空隙较多的井段，以便在空隙较少的地层发生断裂。也可以将其他油田添加剂添加到压裂流体中，其他油田添加剂包括乳液破坏剂、消泡剂、阻垢剂、H2S和/或O2清除剂、杀生物剂、交联剂、表面张力降低剂、缓冲剂、氟碳表面活性剂、黏土稳定剂、滤失添加剂、起泡剂、减摩剂、温度稳定剂、反向剂(diverting agent)、页岩和黏土稳定剂、石蜡/沥青烯抑制剂、腐蚀抑制剂和酸。例如，其中，酸可以包含在含水处理流体中，用于基质或裂缝酸化处理。在压裂实施方案中，支撑剂可以包含在含水处理流体中，以在释放水压时阻止裂缝闭合。在具体实施方案中，所述处理流体还包含杀生物剂。
在示例性实施方案中，所述处理流体的粘度为约0.7cp至约30cp，或约1cp至约25cp。
使用方法
本发明实施方案的乳液和处理流体可以用于任何地下处理中。这些地下处理包括但不限于钻井操作、刺激增产处理和完井操作。本领域普通技术人员根据本公开能够想到合适的地下处理。在示例性实施方案中，所述乳液包含：水；与水不混溶的液体；约10%至约35重量%的一种或多种聚合物；约0.1%至约5重量%的包含约0.1%至约2%的一种或多种乙氧基化胺化合物的反相表面活性剂组合物；和任选的至少约0.5%的一种或多种有机或无机盐。
在示例性实施方案中，所述方法还可以包括制备处理流体或含水处理流体。制备处理流体可以包括提供本文所述的乳液，以及将乳液与水组合以形成处理流体。
在示例性实施方案中，处理一部分地下地层的方法包括：提供包含本文所述的乳液的本发明实施方案的处理流体，以及将处理流体引入所述部分地下地层中。在一些实施方案中，可以在足以在一部分地下地层中产生或增强一个或多个裂缝的速率和压力下将所述处理流体引入那部分地下地层中。处理流体所引入的那部分地下地层依具体的地下处理而变化。例如，例如在井眼清洁操作中，那部分地下地层可以是井眼的井段。在刺激增产实施方案中，那部分可以是待刺激增产的那部分地下地层。在示例性实施方案中，可以以约30bpm至约250bpm，或约50bpm至约175bpm的速度将所述处理流体引入那部分地下地层中。
在示例性实施方案中，提供处理地下地层的方法，其包括：提供包含本文所述的示例性乳液的处理流体；以及将处理流体引入地下地层中。
在示例性实施方案中，提供使地下地层断裂的方法，其包括：(a) 提供本文所述的乳液；(b) 将所述乳液与额外的水混合以形成处理流体，其中所述一种或多种聚合物在所述处理流体中的存在量为所述处理流体的约0.01重量%至约1重量%；以及(c) 在足以在地下地层中产生一个或多个裂缝的压力下或高于所述压力下，将所述处理流体引入所述地下地层。在示例性实施方案中，所述处理流体包含盐水。在示例性实施方案中，所述示例性乳液或处理流体包含支撑剂。在一些示例性实施方案中，将所述支撑剂(或支撑试剂)例如砂子或其他硬材料添加到示例性乳液或处理流体中，用于在断裂操作之后保持裂缝处于打开的状态。
可以采用支撑剂支撑所产生的裂缝，或者压裂流体可以包含反应物以便与岩面的表面反应，从而沿着裂缝产生渗透性。可以在垂直井或水平井中利用裂缝以生产天然气、页岩油(light tight oil)，或用于将流体注入地层中。
通常通过在足够大以至于超过地层的拉伸强度并且在射孔点引起地层分开的压力下，将压裂流体和支撑剂的浆液注入地层中，来实现地层的断裂或压裂。地层通常具有地层处于最小应力的方向，并且裂缝最初在与该最小应力方向垂直的平面中扩散。在深地层中，上覆层的重量通常确保最小应力方向是水平方向。通常，目标是在这些地层中在最小地层应力方向上提供水平井眼，以便来自井眼的裂缝会与井眼垂直。这允许从有限长度的水平井眼到达地层的最大可能的体积。
本领域已知的用于水力压裂地层的任何方法均可以采用示例性乳液和处理流体。
地层之间的界面通常使裂缝的扩散停止或至少阻碍裂缝的扩散，这是因为在地层的界面处可以分散在裂缝端部产生的力。因此，当裂缝的尺寸超过地层的高度时，较大的裂缝可能倾向于具有更加接近矩形的形状而不是圆盘形状，因此，裂缝横向生长而不是继续垂直生长。
在示例性实施方案中，提供改善处理流体的减摩性能的方法，其包括：(i) 提供本文所述的示例性乳液；和(ii) 在包含盐水的处理流体中使所述乳液反相。在一些实施方案中，当与其中反相乳液不含所述一种或多种乙氧基化胺化合物的类似的处理流体相比时，所得到的处理流体具有改善的减摩。
在一些实施方案中，所述乳液还包含乳化剂。在一个实施方案中，改善的减摩性能是处理流体的减摩百分比。在一个实施方案中，改善的减摩在约100%至约1000%的范围内。在一个实施方案中，改善的减摩性能是实现最大减摩所需的时间。
在示例性实施方案中，提供了一种改善处理流体的减摩性能的方法，其包括：(i)提供一种乳液，其包含：水；与水不混溶的液体；约10重量%至约35重量%的一种或多种聚合物；约1重量%至约5重量%的一种或多种乳化表面活性剂；约0.1重量%至约5重量%的反相表面活性剂组合物，其包含一种或多种反相表面活性剂和一种或多种乙氧基化胺化合物；和至少约0.5%的一种或多种有机盐或无机盐；以及(ii) 在包含盐水的处理流体中使所述乳液反相；其中，当与其中反相乳液不含所述一种或多种乙氧基化胺化合物的类似的处理流体相比时，所得到的处理流体的减摩性能得到改善。
在一些实施方案中，与不采用所述一种或多种乙氧基化胺化合物所制备的类似的乳液相比，本文所述的乳液提供改善的或更低的凝固点。在一些实施方案中，与不采用一种或多种乙氧基化胺化合物所制备的类似的乳液相比，本文所述的乳液提供改善的或更低的凝固点。在一个实施方案中，提供了一种改善或降低处理流体的凝固点的方法，其包括：(i)提供本文所述的示例性乳液；以及(ii) 在包含盐水的处理流体中使所述乳液反相。在一些实施方案中，当与不含所述一种或多种乙氧基化胺化合物的类似的乳液相比时，所述乳液的凝固点得到改善。在一些实施方案中，当与不含所述表面活性剂组合物和一种或多种乙氧基化胺化合物的类似的乳液相比时，所述乳液的凝固点得到改善。
本发明实施方案的表面活性剂组合物、乳液和处理流体可以具有各种用途，例如在从含油地层中开采和生产原油时，所述用途可包括一次、二次或三次(强化)开采。可以在进行一次和/或二次开采技术之前、过程中或之后采用化学技术，包括例如注入表面活性剂(表面活性剂驱油)来降低阻止或者妨碍油滴穿过矿藏移动的界面张力，或注入允许存在的油更容易地移动穿过地层的聚合物。这些技术也可用于强化油开采，或补充其他强化采油技术。
本发明实施方案的表面活性剂组合物、乳液和处理流体可以用于任何采油技术中，例如其中期望减小摩擦或减小表面张力或其中期望油移动的采油技术。在示例性实施方案中，提供了用于油开采(包括但不限于用于强化油开采)的包括采用本文所述的表面活性剂组合物、乳液或处理流体的方法。在示例性实施方案中，所述方法包括提供包含乳液的处理流体，所述乳液包含一种或多种聚合物和本文所述的示例性表面活性剂组合物；以及将处理流体引入地下地层；以及从地下地层采收烃。在示例性实施方案中，所述方法包括提供乳液，所述乳液包含一种或多种聚合物和本文所述的示例性表面活性剂组合物；以及将乳液引入地下地层；以及从地下地层采收烃。
在一些实施方案中，所述方法还包括添加支撑剂。
本文所用的术语“盐水”或“含水盐水”指的是海水；天然产生的盐水；或含有单价和/或多价阳离子或它们的组合的基于氯化物、基于溴化物、基于甲酸盐或基于乙酸盐的盐水。合适的基于氯化物的盐水的实例包括但不限于氯化钠和氯化钙。进一步不受限制地，合适的基于溴化物的盐水的实例包括溴化钠、溴化钙和溴化锌。而且，基于甲酸盐的盐水的实例包括但不限于甲酸钠、甲酸钾和甲酸铯。
以下实施例仅用于说明的目的，而不意在限制。
实施例
在这些实施例中，通过测量聚合物乳液的减摩性能来评价示例性乙氧基化胺化合物对一些聚合物乳液组合物的反相性能的影响。
实施例1和2的材料和方法：
I. 盐水
在以下实施例中采用马塞勒斯盐水(Marcellus Brine)。在表1中提供盐水的组成。
表1. 盐水的组成
II. 聚合物乳液
通过向包含表面活性剂的油相添加单体相并且均质化来制备聚丙烯酰胺乳液。在存在充分搅拌和冷却的情况下，采用自由基聚合化学使得到的单体乳液聚合，得到高分子量的阴离子型聚合物乳液。丙烯酰胺和共聚单体在反相乳液中的聚合得到包含空间稳定的倒易晶格(inverse lattice)的聚合物乳液。反相乳液的平均粒径典型地为0.7至1.5微米。聚合之后，添加反相表面活性剂体系以允许在水中快速稀释和溶解。
III. 摩擦环(Friction Loop)测试
摩擦环是为了模拟井压裂流动条件而设计的实验室仪器。油田压裂通常需要每分钟泵送超过50桶的量通过约4.5英寸的井眼，产生高湍流(雷诺数：500,000至5,000,000)。虽然在实验室不可能实现这种类型的流动，但是，所设计的摩擦环以最大已知程度模拟油田条件(雷诺数：120,000)。该实验室规模的摩擦环所产生的数据是精确的，并且在被工业上广泛接受。摩擦环的主要部件有：离心泵、磁流量计和用于产生和监控必需条件的差压变送器。所有管道和其他部件都采用不锈钢316L/304L材料构建。
为了测试聚合物的减摩性能，用20L所需的盐水(各种盐水的配方参见上表)填充摩擦环贮槽。然后使该盐水以24加仑/分钟的流速穿过直径为半英寸管道的五英尺区段再循环通过摩擦环(产生上述雷诺数所需)。测量基线压降。接着，将聚合物添加(以0.5加仑聚合物/千加仑盐水或0.5 GPTG的测量浓度)到再循环的盐水溶液中，在此其反相并溶解。采用以下等式，由初始压降∆Pi和时间t时的压降∆Pt来计算给定时间‘t’时的减摩程度(%FRt)：
实施例1.
制备具有组成为30摩尔%丙烯酸铵和70摩尔%丙烯酰胺的聚合物的标准聚丙烯酰胺乳液。乳液的活性聚合物浓度为15重量%。向该乳液中添加市售可得的反相表面活性剂的各种共混物(例如，样品A、B、C、D、E、F和G)，并且向一些样品中添加乙氧基化胺化合物(例如，样品G包含0.90重量%聚氧乙烯牛油胺)，以提供3.25重量%的总量。也测试了包含3重量%的反相表面活性剂(样品H)的市售可得的乳液。没有向样品H中添加额外的反相表面活性剂。在添加到乳液中之前，将表面活性剂和乙氧基化胺化合物预混合。在冷(约40°F)马塞勒斯盐水中测量减摩性能参数，包括Max FR (最大减摩)、T90 (达到90%减摩所用的时间，反相速率的简单量度)和Tmax (达到最大减摩所用的时间)。还测定了乳液的倾点和冷冻/熔化稳定性。结果显示在表2中。
表2. 含有示例性乙氧基化胺化合物的聚合物乳液在约40°F的马塞勒斯盐水中的减摩性能
实施例2.
以24 GPM的流速和5℃的温度，在摩擦环上测试含有添加的乙氧基化胺化合物的实验性乳液聚丙烯酰胺(EPAM)(样品1-G)。用于所述测试的水是马塞勒斯盐水(参见表1中的盐水组成)。将实验结果与市售可得的乳液(样品1-H)和不含乙氧基化胺化合物的标准实验室样本(样品 1-A)对比。结果概括在下表3中。
表3. 含有示例性表面活性剂的聚合物乳液在5℃的马塞勒斯盐水中的减摩性能
样品G和H的减摩曲线以及剂量响应结果显示在图1和2中。
实施例3.
在该实施例中，在摩擦环中测试示例性乳液的快速反相和最大减摩性能，并且采用动态测量技术在流变仪上通过粘弹性测量来测量支撑剂携带能力。在线性粘弹性区进行振荡和旋转测量的组合，以研究聚合物的粘弹性能。
文献中已知，当向聚合物施加应力时，如果聚合物的储能模量(G’)高于损耗模量(G”)的话，聚合物表现为弹性或半固体材料。如果G’<G”的话，那么当施加应力时，聚合物流动。对于具有相同粘度的两种聚合物，认为在任何给定频率下G’>G”的聚合物比G”>G’的聚合物更有效地携带支撑剂。将穿越频率(crossover frequency)定义为G’=G”时的频率。穿越频率越低，驰豫时间越长，聚合物的弹性越好，从而支撑剂携带能力越好。
实验：
制备具有组成为30摩尔%丙烯酸铵和70摩尔%丙烯酰胺的聚合物的标准聚丙烯酰胺乳液。乳液的活性聚合物浓度为28重量%。对比性实施例样品3-A具有市售可得的反相表面活性剂的共混物。示例性乳液样品3-B具有包含乙氧基化胺化合物(聚氧乙烯牛油胺)的表面活性剂共混物。在添加到乳液中之前，将表面活性剂和乙氧基化胺化合物预混合。在环境温度(约72°F)的马塞勒斯盐水中测量减摩性能参数，包括Max FR (最大减摩)、t90 (达到90 %减摩所用的时间，反相速率的简单量度)和tmax (达到最大减摩所用的时间)。还测定了乳液的冷冻/熔化稳定性。在Anton Paar流变仪中，在乳液的线性粘弹性区测量粘弹性能。在25℃在马塞勒斯盐水中进行从0.01至100 rad/s的频率扫描。从结果中记下穿越频率。从0.01至1000 s-1的剪切率扫描显示了在518 s-1下的粘度，其显示在图3中。结果显示在表4中。不同于样品3-A，图4中显示的在测量范围内的穿越频率的存在暗示样品3-B具有足够的弹性来悬浮支撑剂。
表4. 含有示例性乙氧基化胺化合物的聚合物乳液在约72°F的马塞勒斯盐水中的减摩性能
在前面的说明书中，已经参考实施例描述了各种实施方案。但是，在不偏离如在后面的权利要求中记载的示例性实施方案的较宽范围的情况下，显然可以对其进行各种修改和改变，也可以实施另外的实施方案。因此，认为说明书和附图是用于解释说明的而不是用于限制的。

Claims (15)

1.一种乳液，其包含：
a) 水；
b) 与水不混溶的液体；
c) 大于约10重量%的一种或多种聚合物；
d) 约0.1重量%至约5重量%的一种或多种乙氧基化胺化合物；和
e) 任选的至少约0.5%的一种或多种有机盐或无机盐。
2.一种乳液，其包含：
a) 水；
b) 与水不混溶的液体；
c) 大于约10重量%的一种或多种聚合物；
d) 约0.1重量%至约5重量%的反相表面活性剂组合物，其包含一种或多种反相表面活性剂和一种或多种乙氧基化胺化合物；和
e) 至少约0.5%的一种或多种有机或无机盐。
3.一种处理流体，其包含权利要求1或2的乳液和额外的水；其中所述一种或多种聚合物在所述处理流体中的存在量为所述处理流体的约0.01重量%至约1重量%。
4.权利要求1或2的乳液或权利要求3的处理流体，其中所述一种或多种聚合物是含丙烯酰胺的聚合物。
5.权利要求1或2的乳液或权利要求3的处理流体，其中所述一种或多种聚合物包含丙烯酰胺或部分水解的丙烯酰胺和一种或多种选自丙烯酸及其盐的单体。
6.权利要求1或2的乳液或权利要求3的处理流体，其中所述一种或多种乙氧基化胺化合物选自式I的化合物：
式I
其中R1是H、烷基、芳基、C(=O)-烷基或C(=O)-芳基；并且X和Y彼此独立地为1-20。
7.权利要求1或2的乳液或权利要求3的处理流体，其中所述一种或多种乙氧基化胺化合物是聚氧乙烯牛油胺。
8.权利要求1或2的乳液或权利要求3的处理流体，其中所述反相表面活性剂组合物包含至少约10重量%的一种或多种乙氧基化胺化合物。
9.权利要求3的处理流体，其还包含支撑剂。
10.一种改善处理流体的减摩性能的方法，其包括：
(i) 提供一种乳液，其包含：
a) 水；
b) 与水不混溶的液体；
c) 约10重量%至约35重量%的一种或多种聚合物；
d) 约1重量%至约5重量%的一种或多种乳化表面活性剂；
e) 约0.1重量%至约5重量%的反相表面活性剂组合物，其包含一种或多种反相表面活性剂和一种或多种乙氧基化胺化合物；和
f) 至少约0.5%的一种或多种有机盐或无机盐；
以及
(ii) 在包含盐水的处理流体中使所述乳液反相；
其中，当与其中反相乳液不含所述一种或多种乙氧基化胺化合物的类似的处理流体相比时，所得到的处理流体的减摩性能得到改善。
11.一种处理地下地层的方法，其包括：提供包含权利要求1或2的乳液的处理流体；以及将所述处理流体引入地下地层。
12.一种使地下地层断裂的方法，其包括：
(i) 提供权利要求1或2的乳液；
(ii) 将所述乳液与额外的水或盐水混合以形成处理流体，其中所述一种或多种聚合物在所述处理流体中的存在量为所述处理流体的约0.01重量%至约1重量%；以及
(iii) 在足以在地下地层中产生一个或多个裂缝的压力下或高于所述压力下，将所述处理流体引入所述地下地层。
13.权利要求12的方法，其中所述处理流体包含盐水。
14.一种改善或降低处理流体的凝固点的方法，其包括：
(i) 提供权利要求1或2的乳液；以及
(ii) 在包含盐水的处理流体中使所述乳液反相；
其中当与不含所述一种或多种乙氧基化胺化合物的类似的乳液相比时，所述乳液的凝固点得到改善。
15.权利要求11-14中任一项的方法，其还包括添加支撑剂。
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