CN115667456B - 多阴离子表面活性剂及其制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及多阴离子表面活性剂、表面活性剂混合物、它们的衍生组合物及其在烃采收中的用途。还描述了制备多阴离子表面活性剂的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年4月24日提交的美国临时申请63/015,404的权益，其全文据此以引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及多阴离子表面活性剂、包含多阴离子表面活性剂的表面活性剂混合物，以及包含这些表面活性剂和表面活性剂混合物的组合物及其例如在油气操作中的使用方法。
背景技术
提高油采收率(EOR)是一项用于在一次和二次采收之后从储层中采收油的日益重要的补充技术。许多油气储层聚集大量的油，这些油紧密结合并且难以通过传统的水驱法移除。EOR技术诸如化学驱提高油采收率(CEOR)可通过利用可置换紧密结合油的表面活性剂来释放经由水驱法无法触及的油。多种阴离子表面活性剂目前用于EOR应用，包括烷基芳基磺酸盐(AAS)、α-烯烃磺酸盐(AOS)、内烯烃磺酸盐(IOS)和衍生自丙氧基化C12-C20醇的醇醚硫酸盐。
EOR努力可受益于新表面活性剂的识别和具有性能优势的表面活性剂组合。例如，可促进地质层中的水相和油气相之间的低界面张力的表面活性剂是高度期望的。另外有价值的是可与粘稠油产生稳定的低粘度微乳液的表面活性剂，特别是在不存在湍流条件的情况下。因此，持续需要开发有成本效益的且改进的表面活性剂和表面活性剂混合物。
发明内容
本文提供了多阴离子表面活性剂。多阴离子表面活性剂可包含两个或更多个阴离子官能团(例如，选自羧酸根基团、硫酸根基团、磺酸根基团或它们的任何组合的两个或更多个阴离子官能团)。在某些10467实施方案中，多阴离子表面活性剂可包含一个或多个羧酸根基团(例如，1个至3个羧酸根基团)和一个或多个磺酸根基团(例如，1个至2个磺酸根基团)。
例如，本文提供了由下式I定义的多阴离子表面活性剂
HG表示包含磺酸根部分或硫酸根部分的头部基团；R1表示被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基芳基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基基团，或被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基芳基基团；n为1至8的整数；AO在每次出现时单独地表示选自乙氧基基团、丙氧基基团或丁氧基基团的亚烷氧基基团；并且w为1至110的整数。
在一些实施方案中，AO在每次出现时可单独地表示选自乙氧基基团或丙氧基基团的亚烷氧基基团。在一些实施方案中，w为20至110，诸如30至110、40至110、50至110或60至110的整数。
AO的种类、亚烷基基团的数目(w)、整数n和R1的种类可以组合选择。例如，在一些实施方案中，ε由下式定义
其中w和n如上式I中所定义，q为等于R1中的碳原子数的整数并且可为0.5至6，诸如1至6、1.5至5、2至4.5或2至4。
在某些实施方案中，多阴离子表面活性剂可由下式IA
或其盐定义，其中HG表示包含磺酸根部分或硫酸根部分的头部基团；n为1至8的整数；R1表示被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基芳基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基基团，或被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基芳基基团；BO表示丁烯氧基基团；PO表示丙烯氧基基团；EO表示乙烯氧基基团；x为1至65的整数；y为0至65的整数；并且z为0至45的整数。
在式IA的一些实施方案中，z为0。
在式IA的一些实施方案中，y为0并且z为0。
在式IA的一些实施方案中，x可为5至50，诸如10至50、20至45、25至45或25至40。在一些实施方案中，y可为0至45，诸如5至45、10至40、15至40、15至30或15至25。在一些实施方案中，x:(y+z)的比率可以是0.5:1至2:1。
在一些实施方案中，头部基团可包含磺酸根部分。例如，在一些实施方案中，头部基团可由下式
或其盐定义，其中m为1至6的整数。
在其他实施方案中，头部基团可包含硫酸根部分。例如，在一些实施方案中，头部基团可由下式
或其盐定义，其中m为1至6的整数。
在上述实施方案中的一些实施方案中，侧基聚羧酸根部分中的每个侧基聚羧酸根部分包括侧基二羧酸根部分。例如，侧基聚羧酸根部分中的每个侧基聚羧酸根部分可由下式
或其盐定义。
在一些实施方案中，R1包含磺酸根部分和侧基聚羧酸根部分。
在一些示例中，R1可包含以下中的一者：
或其盐，D1和D2中的一者为磺酸根基团并且D1和D2中的一者为氢；E1和E2中的一者为磺酸根基团并且E1和E2中的一者为羟基；a为0至32的整数；并且b为0至32的整数，条件是a和b的总和为4至32。
还提供了包含两种或更多种多阴离子表面活性剂的表面活性剂混合物。例如，本文提供了一种表面活性剂混合物，该表面活性剂混合物包含：
(a)由式II或其盐定义的第一表面活性剂；
(b)由式III或其盐定义的第二表面活性剂；
(c)由式IV或其盐定义的第三表面活性剂；
以及
(d)由式V或其盐定义的第四表面活性剂；
其中A为硫酸根或磺酸根；D1和D2中的一者为磺酸根基团并且D1和D2中的一者为氢；E1和E2中的一者为磺酸根基团并且E1和E2中的一者为羟基；e为0至32的整数并且f为0至32的整数，条件是e和f的总和为4至32；AO在每次出现时单独地表示选自乙氧基基团、丙氧基基团或丁氧基基团的亚烷氧基基团；w为1至110的整数；并且p为1至6的整数。
第一表面活性剂和第二表面活性剂可以不同的量存在于表面活性剂混合物中。例如，在一些实施方案中，基于表面活性剂混合物的总重量，第一表面活性剂可以1重量％至70重量％的量存在；基于表面活性剂混合物的总重量，第二表面活性剂可以1重量％至70重量％的量存在；基于表面活性剂混合物的总重量，第三表面活性剂可以1重量％至70重量％的量存在；并且基于表面活性剂混合物的总重量，第四表面活性剂可以1重量％至70重量％的量存在。
在式II-式V的一些实施方案中，AO在每次出现时可单独地表示选自乙氧基基团或丙氧基基团的亚烷氧基基团。在一些实施方案中，w为20至110，诸如30至110、40至110、50至110或60至110的整数。在一些实施方案中，e和f的总和可为8至22。
还提供了表面活性剂混合物，这些表面活性剂混合物包含：
(a)由式VI或其盐定义的第一表面活性剂；
(b)由式VII或其盐定义的第二表面活性剂；
其中D1和D2中的一者为磺酸根基团并且D1和D2中的一者为氢；E1和E2中的一者为磺酸根基团并且E1和E2中的一者为羟基；并且e为0至32的整数并且f为0至32的整数，条件是e和f的总和为4至32。
本文还描述了包含这些多阴离子表面活性剂和表面活性剂混合物的表面活性剂包、包含这些表面活性剂包的组合物及其在油气操作中的使用方法。例如，本文提供了包含水和本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)的水性组合物。
水可包括海水、微咸水、淡水、返排水或采出水、废水、河水、湖水或池塘水、含水层水、盐水或它们的任何组合。在某些示例中，水可包括硬水或硬盐水。在一些实施方案中，水可包含至少10ppm、至少100ppm、至少500ppm、至少1,000ppm、至少5,000ppm或至少10,000ppm的选自Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+以及它们的组合的二价金属离子。在某些实施方案中，水可包含100ppm至25,000ppm的选自Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+以及它们的组合的二价金属离子。
在一些实施方案中，水性组合物还可包含一种或多种助表面活性剂。所述一种或多种助表面活性剂可包括阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或它们的任何组合。
在一些示例中，所述一种或多种助表面活性剂可包括阴离子表面活性剂，诸如磺酸盐、二磺酸盐、硫酸盐、二硫酸盐、磺基琥珀酸盐、二磺基琥珀酸盐、羧酸盐、二羧酸盐或它们的任何组合。在某些示例中，阴离子表面活性剂可包括以下中的一者：支链或非支链的C6-C32:PO(0-65):EO(0-100)羧酸盐；C8-C30烷基苯磺酸盐(ABS)；磺基琥珀酸盐表面活性剂；由下式定义的表面活性剂
R1—R2—R3
其中R1包含具有6-32个碳原子以及连接R1和R2的氧原子的支链或非支链的、饱和或不饱和的、环状或非环状的疏水碳链；R2包含烷氧基化链，该烷氧基化链包含选自亚乙基氧、亚丙基氧、亚丁基氧以及它们的组合的至少一个氧化物基团；并且R3包含支链或非支链的烃链，该支链或非支链的烃链包含2-12个碳原子和2至5个羧酸根基团；或由下式定义的表面活性剂
其中R4在每次出现时独立地为具有6-32个碳原子的支链或非支链的、饱和或不饱和的、环状或非环状的疏水碳链；并且M表示抗衡离子。
在一些示例中，所述一种或多种助表面活性剂可包括非离子表面活性剂。在某些示例中，非离子表面活性剂可包括支链或非支链的C6-C32:PO(0-65):EO(0-100)，诸如支链或非支链的C6-C30:PO(30-40):EO(25-35)、支链或非支链的C6-C12:PO(30-40):EO(25-35)或者支链或非支链的C6-C30:EO(8-30)。在某些示例中，非离子表面活性剂可具有大于10的亲水亲油平衡值。
在一些实施方案中，组合物还可包含共溶剂、聚合物(例如，粘度调节聚合物)、流动性控制剂、减摩剂、胶凝剂、交联剂、破裂剂、pH调节剂、非乳化剂、铁控制剂、腐蚀抑制剂、阻垢剂、杀生物剂、粘土稳定剂、螯合剂、支撑剂、润湿性改变化学品或它们的任何组合。
在某些实施方案中，组合物还可包含共溶剂(例如，烷醇醚、二醇醚、乙二醇单丁基醚(EGBE)、三乙二醇丁基醚(TGBE)或它们的任何组合)。在某些实施方案中，组合物还可包含酸、碱或它们的组合。在某些实施方案中，组合物还可包含硼酸盐-酸缓冲剂。
还提供了在油气操作中使用本文所述的多阴离子表面活性剂的方法。油气操作可包括例如提高油采收率(EOR)操作(例如，改进油采收率(IOR)操作、表面活性剂(S)驱操作、碱-表面活性剂(AS)驱操作、表面活性剂-聚合物(SP)驱操作、碱-表面活性剂-聚合物(ASP)驱操作、一致性控制操作或它们的任何组合)、水力压裂操作、井筒清污操作、增产操作或它们的任何组合。在某些示例中，本文所述的表面活性剂组合物可用作注入流体，用作注入流体的组分，用作水力压裂流体，或用作水力压裂流体的组分。
例如，本文提供了处理地下地层的方法，该方法包括将包含水和本文所述的表面活性剂包的水性流体通过井筒引入到地下地层中。表面活性剂包可包含本文所述的多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)。在一些实施方案中，这些水性流体可包含本文所述的组合物中的任何组合物。
在一些实施方案中，处理地下地层的方法可包括增产操作。例如，该方法可包括(a)将水性流体通过井筒注入到地下地层中；(b)使低流体吸入到地下地层的岩石基质中达一段时间；以及(c)从地下地层中通过井筒采出流体。
在一些实施方案中，处理地下地层的方法可包括压裂操作。例如，该方法可包括在足够的压力下将水性流体通过井筒注入到地下地层中，以在与井筒流体连通的地下地层的岩石基质中形成或延长至少一条裂缝。
在一些实施方案中，处理地下地层的方法可包括EOR操作。例如，井筒可包括注入井筒，并且该方法可包括用于烃采收的方法，该方法包括(a)将水性流体通过注入井筒注入到地下地层中；以及(b)从与注入井筒间隔开预定距离并与地下地层流体连通的采出井筒中采出流体。水性流体的注入可增加烃向采出井的流动。
本公开的一个或多个实施方案的细节阐述于以下附图和说明书中。披露的其它特征、目标和优点从说明书和附图以及权利要求中将显而易见。
附图说明
图1是示出油酸二AEC硫酸盐磺酸盐的生成的合成方案。
图2是示出使用不饱和烃生成内二羧酸盐磺酸盐表面活性剂的合成方案。
图3是示出对于油#1在45℃与25体积％油下35天后的配方2(0.5％ C28-35PO-30EO AEC、0.5％油烯基内二羧酸盐硫酸盐/磺酸盐混合物)的相特性的曲线图。
图4示出了油醇和产物1(油醇的内二羧酸盐衍生物)的HPLC谱图。
图5示出了产物1和产物2的HPLC谱图。
图6A-图6B示出了来自油醇与马来酸酐反应的产物(6A)以及来自油醇和马来酸酐在与氯代氨基磺酸反应后的产物(6B)的13C NMR谱图。
图7A-图7B示出了来自油醇与马来酸酐的产物(7A)以及来自油醇和马来酸酐在与氯代氨基磺酸反应后的产物(7B)的1H NMR谱图。
图8是示出配方2的相特性的图像。
图9是示出配方1的相特性的图像。
图10示出了油烯基25EO和油烯基25EO内二AEC的HPLC谱图。
图11示出了油烯基25EO的1H NMR谱图。
具体实施方式
如在本说明书和以下权利要求书中所使用的，术语“包含(comprise)”(以及其形式、衍生形式或变型形式，诸如“comprising”和“comprises”)和“包括”(以及其形式、衍生形式或变型形式，诸如“including”和“includes”)是包容性的(即开放式的)并且不排除附加的要素或步骤。例如，在本说明书中使用的术语“包含(comprise和/或comprising)”指定所述特征、整数、步骤、操作、要素和/或组分的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、组分和/或其基团的存在或添加。因此，这些术语旨在不仅涵盖所列举的要素或步骤，而且还可包括未明确列举的其他要素或步骤。此外，如本文所用，术语“一个”或“一种”的使用在与要素结合使用时可意指“一个/种”，但其也与“一个/种或多个/种”、“至少一个/种”和“一个/种或多于一个/种”的含义一致。因此，在没有更多限制的情况下，前面是“一个”或“一种”的元件并不排除附加的相同元件的存在。
术语“约”的使用适用于所有数值，无论是否明确指出。该术语通常是指本领域普通技术人员将认为与所述数值有合理偏差量(即，具有等同的功能或结果)的数值范围。例如，可将该术语理解为包括给定数值的±10％的偏差，只要这种偏差不改变该数值的最终功能或结果。因此，可将约1％的值理解为0.9％至1.1％的范围。此外，可将范围理解为包括范围的起始值和终止值。例如，除非本文另外明确说明，否则10％至20％的范围(即，10％-20％的范围)可包括10％并且也包括20％，并且包括在10％与20％之间的百分比。
应当理解，当公开要素的组合、子集、组等(例如，组合物中的组分的组合，或方法中的步骤的组合)时，虽然可能未明确公开具体提及的这些要素的各种单独的和总的组合和排列中的每一种组合和排列，但本文具体地设想和描述了每一种组合和排列。以举例的方式，如果在本文中将项目描述为包括类型A的组分、类型B的组分、类型C的组分或它们的任何组合，则应当理解，该短语描述这些组分的各种单独的和总的组合和排列中的所有组合和排列。例如，在一些实施方案中，由该短语描述的项目可仅包括类型A的组分。在一些实施方案中，由该短语描述的项目可仅包括类型B的组分。在一些实施方案中，由该短语描述的项目可仅包括类型C的组分。在一些实施方案中，由该短语描述的项目可包括类型A的组分和类型B的组分。在一些实施方案中，由该短语描述的项可包括类型A的组分和类型C的组分。在一些实施方案中，由该短语描述的项目可包括类型B的组分和类型C的组分。在一些实施方案中，由该短语描述的项目可包括类型A的组分、类型B的组分和类型C的组分。在一些实施方案中，由该短语描述的项目可包括类型A的两种或更多种组分(例如，A1和A2)。在一些实施方案中，由该短语描述的项目可包括类型B的两种或更多种组分(例如，B1和B2)。在一些实施方案中，由该短语描述的项目可包括类型C的两种或更多种组分(例如，C1和C2)。在一些实施方案中，由该短语描述的项目可包括第一组分中的两种或更多种组分(例如，类型A的两种或更多种组分(A1和A2))、任选地第二组分中的一种或多种组分(例如，任选地类型B的一种或多种组分)和任选地第三组分中的一种或多种组分(例如，任选地类型C的一种或多种组分)。在一些实施方案中，由该短语描述的项目可包括第一组分中的两种或更多种组分(例如，类型B的两种或更多种组分(B1和B2))、任选地第二组分中的一种或多种组分(例如，任选地类型A的一种或多种组分)和任选地第三组分中的一种或多种组分(例如，任选地类型C的一种或多种组分)。在一些实施方案中，由该短语描述的项目可包括第一组分中的两种或更多种组分(例如，类型C的两种或更多种组分(C1和C2))、任选地第二组分中的一种或多种组分(例如，任选地类型A的一种或多种组分)和任选地第三组分中的一种或多种组分(例如，任选地类型B的一种或多种组分)。
除非另外指明，否则本文所用的化学术语将具有其在本领域中的常规含义。当定义本文所述的通式内的可变位置时提及的有机部分(例如，术语“卤素”)是由该有机部分所涵盖的各个取代基的总称。在基团或部分之前的前缀Cn-Cm在每种情况下指示后面的基团或部分中的碳原子的可能数目。
如本文所用，术语“取代的”预期包括有机化合物的所有可允许的取代基。在一个广义方面，可允许的取代基包括有机化合物的无环和环状、支链和非支链、碳环和杂环以及芳族和非芳族的取代基。示例性的取代基包括，例如，下文所述的那些。对于适当的有机化合物，可允许的取代基可以为一个或多个以及相同或不同的。为了本公开的目的，存在于化合物或部分中的杂原子(诸如氮)可具有氢取代基和/或本文所述的有机化合物的满足杂原子的化合价的任何可允许的取代基。本公开不旨在以任何方式受有机化合物的可允许的取代基的限制。另外，术语“取代”或“被...取代”包括隐含的条件，即此类取代与被取代的原子和取代基的允许化合价一致，并且这种取代得到稳定的化合物(例如，不会自发地诸如通过重排、环化、消去等发生转化的化合物)。
如本文所用，术语“烷基”是指饱和、直链、环状或支链的饱和烃部分。除非另外指明，否则意指C7-C28(例如，C7-C24、C7-C20、C7-C18、C7-C16、C7-C14、C7-C12、C12-C24、C12-C18、C16-C24或C12-C18)烷基基团。烷基取代基可以是未取代的或者被一个或多个化学部分取代。烷基基团可被一个或多个基团取代，这些基团包括但不限于如下所述的羟基、卤素、酰基、烷基、烷氧基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、酰基、醛、氨基、羧酸、酯、醚、酮、硝基、甲硅烷基、磺基-氧代、磺酰基、砜、亚砜或硫醇，条件是取代基是空间上相容的并且满足化学键合和应变能的规则。烷基基团还可包含结合在烃部分内的一个或多个杂原子(例如一至三个杂原子)。杂原子的示例包括但不限于氮、氧、硫和磷。
在整个说明书中，“烷基”通常用于指未取代的烷基基团和取代的烷基基团两者；然而，通过标识烷基基团上的特定取代基，在本文中也具体地指取代的烷基基团。
如本文所用，术语“烯基”是指含有双键的不饱和、直链或烯基的烃部分。除非另外指明，否则意指C7-C28(例如，C7-C24、C7-C20、C7-C18、C7-C16、C7-C14、C7-C12、C12-C24、C12-C18、C16-C24或C12-C18)烯基基团。不对称结构诸如(Z1Z2)C＝C(Z3Z4)旨在包括E和Z异构体两者。这可在其中存在不对称烯烃的本文结构式中假定，或者它可由键符号C＝C明确指示。烯基取代基可以是未取代的或者被一个或多个化学部分取代。合适的取代基的示例包括例如如下所述的烷基、卤代烷基、烷氧基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、酰基、醛、氨基、羧酸、酯、醚、卤化物、羟基、酮、硝基、甲硅烷基、磺基-氧代、磺酰基、砜、亚砜或硫醇，条件是取代基是空间上相容的并且满足化学键合和应变能的规则。
如本文所用，术语“芳基”以及衍生术语诸如“芳氧基”是指包括3至20个碳原子的单价芳族碳环基团的基团。芳基基团可包括单个环或多个稠环。在一些实施方案中，芳基基团包括C6-C10芳基基团。芳基基团的示例包括但不限于苯基、联苯基、萘基、四氢萘基、苯基环丙基和茚满基。在一些实施方案中，芳基基团可以是苯基、茚满基或萘基基团。术语“杂芳基”被定义为含有芳族基团的基团，该芳族基团具有结合在芳族基团的环内的至少一个杂原子。杂原子的示例包括但不限于氮、氧、硫和磷。包括在术语“芳基”中的术语“非杂芳基”定义含有芳族基团的基团，该芳族基团不含杂原子。芳基或杂芳基取代基可以是未取代的或者被一个或多个化学部分取代。合适的取代基的示例包括例如如本文所述的烷基、卤代烷基、烷氧基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、酰基、醛、氨基、羧酸、环烷基、酯、醚、卤化物、羟基、酮、硝基、甲硅烷基、磺基-氧代、磺酰基、砜、亚砜或硫醇。术语“联芳基”是特定类型的芳基基团并且包括在芳基的定义中。联芳基是指经由稠环结构结合在一起(如在萘中)或经由一个或多个碳-碳键连接(如在联苯中)的两个芳基基团。
术语“烃”是指仅含有碳和氢原子的化合物。
“含烃地层”或简单地“地层”是指可在其中钻井筒的岩石基质。例如，地层指的是具有足够的区别性和连续性，使得其可以被测绘的岩石体。应当理解，虽然术语“地层”通常是指感兴趣的地质层，但是如本文所用的术语“地层”在一些情况下可包括感兴趣的任何地质点或地质体(诸如勘测区域)。
“非常规地层”是地下含烃地层，其通常需要干预以便以经济的流速或体积从储层中采收烃。例如，非常规地层包括具有非常规微结构的储层，其中裂缝用于以足够的流速或体积从储层中采收烃(例如，非常规储层通常需要在压力下压裂或具有天然存在的裂缝以便以足够的流速或体积从储层中采收烃)。
在一些实施方案中，非常规地层可包括渗透性小于25毫达西(mD)(例如，20mD或更小、15mD或更小、10mD或更小、5mD或更小、1mD或更小、0.5mD或更小、0.1mD或更小、0.05mD或更小、0.01mD或更小、0.005mD或更小、0.001mD或更小、0.0005mD或更小、0.0001mD或更小、0.00005mD或更小、0.00001mD或更小、0.000005mD或更小、0.000001mD或更小、或更小)的储层。在一些实施方案中，非常规地层可包括渗透性为至少0.000001mD(例如，至少0.000005mD、至少0.00001mD、0.00005mD、至少0.0001mD、0.0005mD、0.001mD、至少0.005mD、至少0.01mD、至少0.05mD、至少0.1mD、至少0.5mD、至少1mD、至少5mD、至少10mD、至少15mD或至少20mD)的储层。
非常规地层可包括渗透性在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的储层。例如，在一些实施方案中，非常规地层可包括渗透性为0.000001mD至25mD(例如，0.001mD至25mD、0.001mD至10mD、0.01mD至10mD、0.1mD至10mD、0.001mD至5mD、0.01mD至5mD或0.1mD至5mD)的储层。
地层可包括断层、裂缝(例如，天然存在的裂缝、通过水力压裂形成的裂缝等)、地质体、覆盖岩层、下伏岩层、地平圈、盐、盐焊接等。地层可以是陆上的、海上的(例如，浅水、深水等)等。此外，地层可包含烃，诸如液体烃(也称为油或石油)、气体烃、液体烃和气体烃的组合(例如，包括气体冷凝物)等。
地层、烃或两者还可包含非烃项目，诸如孔隙、原生水、盐水、来自提高油采收率的流体等。地层也可被分成一个或多个烃区，并且可从每个期望的烃区中采出烃。
术语“地层”可与术语“储层”同义地使用。例如，在一些实施方案中，储层可为但不限于页岩储层、碳酸盐储层、致密砂岩储层、致密粉砂岩储层、天然气水合物储层、煤层气储层等。实际上，术语“地层”、“储层”、“烃”等不限于本文所述的任何描述或构造。
“井筒”是指用于烃采收的连续孔，包括井筒的任何裸眼或无套管部分。例如，井筒可以是钻入到地层中的圆柱形孔，使得该井筒被地层(包括岩石、沙子、沉积物等)包围。井筒可用于注入。井筒可用于采出。井筒可用于地层的水力压裂。井筒甚至可用于多种目的，例如注入和采出。井筒可具有竖直、倾斜、水平轨线或它们的组合。例如，井筒可以是竖直井筒、水平井筒、多边井筒或倾斜井筒。井筒可包括“增斜井段”。“增斜井段”实际上是指井筒的偏斜正在变化的任何部分。例如，当井筒弯曲时，偏斜正在变化。井筒可包括多个部件，诸如但不限于套管、衬垫、油管柱、加热元件、传感器、封隔器、滤网、砾石过滤层等。井筒还可包括用以控制流体流入到井筒中、控制流体从井筒中流出或它们的任意组合的设备。例如，每个井筒可包括井口、BOP、阻气门、阀或其他控制装置。这些控制装置可定位于地面上、地面下(例如，井筒中的井下)或它们的任何组合。井筒还可包括至少一个人工举升装置，诸如但不限于电动潜水泵(ESP)或气举机。井筒的一些非限制性示例可见于美国专利申请公布2014/0288909(代理人案卷号T-9407)和美国专利申请公布2016/0281494A1(代理人案卷号T-10089)，这些专利中的每一篇专利全文以引用方式并入本文。术语“井筒”不限于本文所述的任何描述或构造。术语“井筒”可与术语“井眼”或“井”同义地使用。
如本文所用，“单相液体或流体”是指仅具有单相即仅具有水相的流体。单相流体不是乳液。单相流体处于热力学稳定状态，使得其不会在宏观上分离成不同的层或析出固体颗粒。在一些实施方案中，单相液体包含单相液体表面活性剂包，该单相液体表面活性剂包包含一种或多种阴离子和/或非离子表面活性剂。
如本文所用，“稳定的水溶液”是指其可溶性组分保持溶解并且是单相的溶液，这与作为颗粒析出或相分离成2个或更多个相相反。因此，稳定的水溶液在静止和搅拌时是澄清和透明的。相反，当组分以颗粒形式从溶液中析出或相分离成2个或更多个相时，可将溶液描述为“不稳定的水溶液”。水溶液的稳定性可通过评估当将单色光引导通过溶液时是否观察到廷德耳效应(悬浮颗粒的光散射)来估计。如果样品表现出廷德耳效应，则可将溶液表征为“不稳定的水溶液”。相反，如果样品不表现出廷德耳效应，则可将溶液表征为“稳定的水溶液”。
如本文所用，“滑溜水”是指包含减摩剂的水基注入流体，其通常以高速泵送以压裂储层。任选地，当采用滑溜水时，由于流体具有相对低的粘度(并因此相对于更粘稠的流体传送相当大的支撑剂的能力减弱)，因此使用较小尺寸的支撑剂颗粒(例如，40/70或50/140目尺寸)。在一些实施方案中，在非常规储层的采出过程中将支撑剂添加到完井/增产的一些阶段。在一些实施方案中，将滑溜水与少量支撑剂一起注入。
如本文所用，“减摩剂”是指改变流体流变特性以减小当流体流动通过小直径管或类似节流器(例如阀，泵)时在流体内产生的摩擦力的化学添加剂。通常，聚合物或类似的减摩剂增加流体的粘度，这减少了当流体流动时引起的湍流。取决于所利用的减摩剂，流体摩擦力减小大于50％是可能的，这允许注入流体在支撑剂注入过程中以高得多的注入速率(例如，在每分钟60桶至100桶之间)并且也以更低的泵送压力注入到井筒中。
如本文所用，“注入流体”或“LPS注入流体”是指经由井注入到储层中的任何流体。注入流体可包含酸、聚合物、减摩剂、胶凝剂、交联剂、阻垢剂、破裂剂、pH调节剂、非乳化剂、铁控制剂、腐蚀抑制剂、杀生物剂、粘土稳定剂、支撑剂、润湿性改变化学品、共溶剂(例如，C1-C5醇或烷氧基化C1-C5醇)或它们的任何组合中的一者或多者，以增加注入流体的功效。
“低粒度注入流体”是指在发生注入的非常规地层的温度和盐度下进行的粒度分布测量中具有直径小于0.1微米的最大粒度的注入流体。例如，可通过将水基注入流体与包含单相液体表面活性剂包的单相流体混合来形成低粒度注入流体。在投配阴离子或非离子表面活性剂以形成低粒度注入流体之前，水基流体可用作注入流体。
“压裂”是可从地层采收(有时称为采出)烃的一种方式。例如，水力压裂可能需要制备压裂流体并在足够的速率和压力下将该压裂流体注入到井筒中以打开地层中现有的裂缝和/或形成裂缝。裂缝允许烃更自由地流入到井筒中。在水力压裂过程中，可现场制备压裂流体以至少包含支撑剂。支撑剂诸如沙子或其他颗粒旨在保持裂缝打开，使得烃可更容易地流动到井筒。可使用至少一个共混机将压裂流体和支撑剂共混在一起。压裂流体除了包含支撑剂之外，还可包含其他组分。
井筒和邻近井筒的地层(例如，经由穿孔)流体连通，并且使用至少一个泵(通常称为压裂泵)将具有支撑剂的压裂流体通过井筒的井口注入到井筒中。具有支撑剂的压裂流体以足够的速率和压力注入以打开感兴趣的地下体积中现有的裂缝和/或形成裂缝。在注入压裂流体的过程中，当裂缝变得足够宽以允许支撑剂流入到那些裂缝中时，压裂流体中的支撑剂沉积在那些裂缝中。在水力压裂过程完成之后，通过使压裂流体从井筒流出或泵出来移除压裂流体，使得压裂流体不阻止烃流动到井筒。烃通常从地层进入同一井筒并上升到地面以供进一步加工。
用于制备和注入压裂流体的设备可取决于压裂流体的组分、支撑剂、井筒、地层等。然而，为了简单起见，术语“压裂装置”意在表示任何罐、混合器、共混机、泵、歧管、管线、阀、流体、压裂流体组分、支撑剂以及与制备压裂流体和注入压裂流体相关的其他设备和非设备项目。
也可利用其他烃采收方法来采收烃。此外，本领域普通技术人员将理解，一种烃采收方法也可与至少一种其他采收方法组合使用或在至少一种其他采收方法之后使用。此外，烃采收方法还可包括增产或其他处理。
如本文所用，“压裂流体”是指在压力下注入到井中以便在储层的一部分内引起压裂的注入流体。
如本文所用，术语“界面张力”或“IFT”是指测试油与含有不同浓度的表面活性剂配方的不同盐度的水之间的表面张力。通常，使用旋滴张力计测量或由相特性实验计算界面张力。
术语“邻近”被定义为“靠近”。如果项目A邻近项目B，则项目A靠近项目B。例如，在一些实施方案中，项目A可与项目B接触。例如，在一些实施方案中，在项目A与项目B之间可存在至少一个屏障，使得项目A和项目B彼此靠近，但彼此不接触。屏障可以是流体屏障、非流体屏障(例如，结构屏障)或它们的任何组合。设想这两种情况都在术语“邻近”的含义内。
如本文所用的术语“接触”是指足够接近以反应或相互作用的材料或化合物。例如，在接触未精炼的石油材料、含烃地层和/或井筒的方法中，术语“接触”可包括使用本领域已知的任何合适的方式将化合物(例如表面活性剂)或水性组合物(例如化学品、表面活性剂或聚合物)置于含烃地层内(例如将化学品泵送、注入、倾倒、释放、置换、点样或循环到井、井筒或含烃地层中)。
术语“未精炼的石油”和“原油”可互换使用并且与这些术语的一般普通用法一致。“未精炼的石油”和“原油”可存在于多种石油储层(在本文中也称为“储层”、“油田沉积层”、“沉积层”等)中，并且可为多种形式，包括油质材料、油页岩(即富含有机物的细粒沉积岩)、焦油砂、轻质油沉积物、重质油沉积物等。“原油”或“未精炼的石油”通常是指天然存在的烃的混合物，其可被精炼成柴油、汽油、燃油、喷气燃料、煤油和其他被称为燃料或石油化学产品的产品。原油或未精炼的石油根据其含量和来源命名，并根据其每单位重量(比重)分类。与轻质(或低硫)原油相比，较重质的原油在燃烧时通常产生更多的热量，但具有如美国石油学会(API)所定义的更低的重力(即API重力)和市场价格。原油还可通过其等效烷烃碳数(EACN)来表征。术语“API重力”是指石油液体与水相比多重或多轻的量度。如果油的API重力大于10，则其较轻并漂浮在水上，而如果油的API重力小于10，则其较重并下沉。因此，API重力是石油液体的密度相对于水的密度的倒数量度。API重力也可用于比较石油液体的相对密度。例如，如果一种石油液体漂浮在另一种液体上并因此密度较低，则其具有较大的API重力。
原油的外观和粘度随油田而变化很大。它们在颜色、气味和它们包含的特性方面有变化。虽然所有的原油主要是烃，但是特性方面的差异，尤其是分子结构的变化决定了原油是否更易于或更难以采出、输送和精炼。这些变化甚至可能影响其对某些产品的适用性和这些产品的质量。原油根据其包含的烃的性质大致分为三组：(i)石蜡基原油含有在室温下为固体的较高分子量的石蜡，但几乎不含或不含柏油(沥青)物质。它们可生产高级润滑油。(ii)沥青质基原油含有大量的柏油物质并且几乎不含或不含石蜡。一些原油主要是环烷烃，因此产生比石蜡基原油对温度变化敏感的润滑油。(iii)混合型原油含有石蜡和环烷烃两者以及芳族烃。大多数原油符合后一类“混合型原油”。
如本文提及的“反应性”原油是含有天然有机酸组分(本文也称为未精炼的石油酸)或其前体诸如酯或内酯的原油。这些反应性原油在与碱反应时可形成皂(羧酸盐)。在整个本公开中可与原油互换使用的更多术语是烃、烃材料或活性石油材料。如本文提及的“油库”或“油馏分”是不含所注入的化学品并且在提高油采收率过程中被所注入的流体推动的原油。如本文所用的“非活性油”是指基本上不具有反应性的油，或不含显著量的天然有机酸组分或其前体诸如酯或内酯，使得在与碱反应时不形成显著量的皂的原油。如本文提及的非活性油包括酸值小于0.5mg KOH/g油的油。
如本文提及的“未精炼的石油酸”是包含在活性石油材料(反应性原油)中的羧酸。未精炼的石油酸含有C11-C20烷基链，包括环烷酸混合物。此类“反应性”油的采收可使用表面活性剂组合物中的碱(例如NaOH或Na2CO3)进行。碱与反应性油中的酸反应以原位形成皂。这些原位形成的皂用作最大程度降低所添加的表面活性剂的水平的表面活性剂的来源，因此能够从储层中有效地采收油。
术语“聚合物”是指具有基本上包括实际上或概念上衍生自低相对分子量分子的多个重复单元的结构的分子。在一些实施方案中，聚合物是低聚物。
如应用于石油或油井的术语“采出率”是指井采出烃(例如，未精炼的石油)的能力；即，烃流速与压降的比率，其中压降是平均储层压力与井底流压(即，每单位驱动力的流量)之间的差值。
术语“油增溶比”被定义为所增溶的油的体积除以微乳液中表面活性剂的体积。假定所有表面活性剂都处于微乳液相中。油增溶比适用于Winsor I型和III型行为。通过读取初始水性界面水平和过量油(顶部)界面水平之间的变化得到所增溶的油的体积。油增溶比计算如下：
其中σo是油增溶比，Vo是所增溶的油的体积，并且Vs是表面活性剂的体积。
术语“水增溶比”被定义为所增溶的水的体积除以微乳液中表面活性剂的体积。假定所有表面活性剂都处于微乳液相中。水增溶比适用于Winsor III型和II型行为。通过读取初始水性界面水平和过量水(底部)界面水平之间的变化得到所增溶的水的体积。水增溶参数计算如下：
其中σw是水增溶比，Vw是所增溶的油的体积，并且Vs是表面活性剂的体积。
最佳增溶比出现在油和水增溶比相等之处。相特性筛选的粗略性质常常不包括处于最佳值的数据点，因此用油和水增溶比数据绘制增溶比曲线，并且这两条曲线的交点被定义为最佳值。以下适用于最佳增溶比：
σo＝σw＝σ*
其中σ*是最佳增溶比。
术语“溶解性”或“增溶”通常是指溶质(其可以是固体、液体或气体)溶解在固态、液态或气态溶剂中，从而形成溶质在溶剂中的均匀溶液的性质。溶解性在动态平衡下发生，这意味着溶解性是由溶解和相结合(例如，固体的析出)的同时和相反过程引起的。当这两种过程以恒定速率进行时，发生溶解性平衡。给定溶质在给定溶剂中的溶解性通常取决于温度。对于溶解在液态水中的许多固体来说，溶解性随温度增强。在高温液态水中，由于液态水的特性和结构的变化，离子溶质的溶解性趋于减弱。更具体地，如本文提及的溶解性和增溶是油溶解在水中的特性，反之，如本文提及的溶解性和增溶也是水溶解在油中的特性。
“粘度”是指流体对流动或因剪切或拉伸应力而变形的内部阻力。换句话说，粘度可被定义为液体的稠度或内部摩擦。因此，水是“稀薄的”，具有较低的粘度；而油是“浓稠的”，具有较高的粘度。更一般地，流体的粘性越小，其流动越容易。
如本文所用的术语“盐度”是指溶解在水相中的盐的浓度。此类盐的示例不限于氯化钠、硫酸镁和硫酸钙以及碳酸氢盐。更具体地，与本发明有关的术语“盐度”是指盐水和表面活性剂溶液中盐的浓度。
如本文所用，术语“共溶剂”是指在存在未精炼的石油酸的情况下能够增加溶质(例如，如本文所公开的表面活性剂)的溶解度的化合物。在一些实施方案中，本文提供的共溶剂具有疏水部分(烷基或芳基链)、亲水部分(例如，醇)和任选的烷氧基部分。如本文提供的共溶剂包括醇(例如，C1-C6醇、C1-C6二醇)、烷氧基醇(例如，C1-C6烷氧基醇、C1-C6烷氧基二醇和苯基烷氧基醇)、二醇醚、二醇和甘油。术语“醇”根据其普通含义使用并且是指含有连接至碳原子的-OH基团的有机化合物。术语“二醇”根据其普通含义使用并且是指含有连接至两个不同碳原子的两个-OH基团的有机化合物。术语“烷氧基醇”根据其普通含义使用并且是指含有连接至-OH基团的烷氧基连接基的有机化合物。
如本文所用，短语“零电荷点”是指固体材料诸如地下储层中的岩石基质的表面电荷(即ζ电位)为零时的pH。
如本文所用，短语“表面活性剂包”是指存在于组合物中的一种或多种表面活性剂。
多阴离子表面活性剂和表面活性剂混合物
本文提供了多阴离子表面活性剂。多阴离子表面活性剂可包含两个或更多个阴离子官能团(例如，选自羧酸根基团、硫酸根基团、磺酸根基团或它们的任何组合的两个或更多个阴离子官能团)。在某些实施方案中，多阴离子表面活性剂可包含一个或多个羧酸根基团(例如，1个至3个羧酸根基团)和一个或多个磺酸根基团(例如，1个至2个磺酸根基团)。
例如，本文提供了由下式I
或其盐定义的多阴离子表面活性剂，其中HG表示包含磺酸根部分或硫酸根部分的头部基团；R1表示被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基芳基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基基团，或被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基芳基基团；AO在每次出现时单独地表示选自乙氧基基团、丙氧基基团或丁氧基基团的亚烷氧基基团；并且w为1至110的整数。
在一些实施方案中，AO在每次出现时可单独地表示选自乙氧基基团或丙氧基基团的亚烷氧基基团。在一些情况下，至少一个AO可包含乙氧基基团并且至少一个AO可包含丙氧基基团。
在一些实施方案中，w可为一或更大的整数。例如，w可为至少1、至少5、至少10、至少15、至少20、至少25、至少30、至少35、至少40、至少45、至少50、至少55、至少60、至少65、至少70、至少75、至少80、至少85、至少90、至少95、至少100或至少105。在一些实施方案中，w可为110或更小(例如，105或更小、100或更小、95或更小、90或更小、85或更小、80或更小、75或更小、70或更小、65或更小、60或更小、55或更小、50或更小、45或更小、40或更小、35或更小、30或更小、25或更小、20或更小、15或更小、10或更小或者5或更小)。
w可为在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的整数。例如，在一些实施方案中，w为20至110，诸如30至110、40至110、50至110或60至110的整数。
AO的种类、亚烷基基团的数目(w)、整数n和R1的种类可以组合选择。例如，在一些实施方案中，ε由下式定义
其中w和n如上式I中所定义，q为等于R1中的碳原子数的整数并且可为1至0.5。
在一些实施方案中，ε可为至少0.5(例如，至少1、至少1.5、至少2、至少2.5、至少3、至少3.5、至少4、至少4.5、至少5或至少5.5)。在一些实施方案中，ε可为6或更小(例如，5.5或更小、5或更小、4.5或更小、4或更小、3.5或更小、3或更小、2.5或更小、2或更小、1.5或更小或者1或更小)。
ε可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，ε可为0.5至6(例如，1至6、1.5至5、2至4.5或2至4)。
在某些实施方案中，多阴离子表面活性剂可由下式IA
或其盐定义，其中HG表示包含磺酸根部分或硫酸根部分的头部基团；n为1至8的整数；R1表示被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基芳基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基基团，或被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基芳基基团；BO表示丁烯氧基基团；PO表示丙烯氧基基团；EO表示乙烯氧基基团；x为1至65的整数；y为0至65的整数；并且z为0至45的整数。
在式IA的一些实施方案中，z为0。在一些实施方案中，y为0并且z为0。
在式IA的一些实施方案中，z可为1或更大(例如，2或更大、3或更大、4或更大、5或更大、6或更大、7或更大、8或更大、9或更大、10或更大、11或更大、12或更大、13或更大、14或更大、15或更大、16或更大、17或更大、18或更大、19或更大、20或更大、25或更大、30或更大、35或更大或者40或更大)。在一些实施方案中，z可为45或更小(例如，40或更小、35或更小、30或更小、25或更小、20或更小、19或更小、18或更小、17或更小、16或更小、15或更小、14或更小、13或更小、12或更小、11或更小、10或更小、9或更小、8或更小、7或更小、6或更小、5或更小、4或更小、3或更小、2或更小或者1或更小)。
z可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，z可为0至45的整数(例如，0至20、0至10或0至5)。
在式IA的一些实施方案中，y为0。在一些实施方案中，y可为1或更大(例如，5或更大、10或更大、15或更大、20或更大、25或更大、30或更大、35或更大、40或更大、45或更大、50或更大、55或更大或者60或更大)。在一些实施方案中，y可为65或更小(例如，60或更小、55或更小、50或更小、45或更小、40或更小、35或更小、30或更小、25或更小、20或更小、15或更小、10或更小或者5或更小)。
y可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，y可为0至65的整数(例如，0至45、1至45、10至45、15至40或25至40)。在一些实施方案中，y可为5至45，诸如10至40、15至40、15至30或15至25。
在式IA的一些实施方案中，x可为1或更大(例如，5或更大、10或更大、15或更大、20或更大、25或更大、30或更大、35或更大、40或更大、45或更大、50或更大、55或更大或者60或更大)。在一些实施方案中，x可为65或更小(例如，60或更小、55或更小、50或更小、45或更小、40或更小、35或更小、30或更小、25或更小、20或更小、15或更小、10或更小或者5或更小)。
x可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，y可为1至65的整数(例如，10至65、10至55、15至55或25至50)。在一些实施方案中，x可为5至50，诸如10至50、20至45、25至45或25至40。
式IA的表面活性剂中的x:(y+z)的比率可以变化。在一些实施方案中，式IA的表面活性剂中的x:(y+z)的比率可为至少0.5:1(例如，至少0.75:1、至少1:1、至少1.25:1、至少1.5:1或至少1.75:1)。在一些实施方案中，式IA的表面活性剂中的x:(y+z)的比率可为2:1或更小(例如，1.75:1或更小、1.5:1或更小、1.25:1或更小、1:1或更小或者0.75:1或更小)。
式IA的表面活性剂中的x:(y+z)的比率可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，x:(y+z)的比率可以是0.5:1至2:1。
在以上一些实施方案中，头部基团可包含磺酸根部分。例如，在一些实施方案中，头部基团可由下式
或其盐定义，其中m为1至6的整数。
在以上一些实施方案中，m可为1。在一些实施方案中，m可为2。在一些实施方案中，m可为3。在一些实施方案中，m可为4。在一些实施方案中，m可为5。在一些实施方案中，m可为6。在一些实施方案中，m可在上述值中的任何值之间的范围内。
在其他实施方案中，头部基团可包含硫酸根部分。例如，在一些实施方案中，头部基团可由下式
或其盐定义，其中m为1至6的整数。
在以上一些实施方案中，m可为1。在一些实施方案中，m可为2。在一些实施方案中，m可为3。在一些实施方案中，m可为4。在一些实施方案中，m可为5。在一些实施方案中，m可为6。在一些实施方案中，m可在上述值中的任何值之间的范围内。
在以上一些实施方案中，n可为1。在一些实施方案中，n可为2。在一些实施方案中，n可为3。在一些实施方案中，n可为4。在一些实施方案中，n可为5。在一些实施方案中，n可为6。在一些实施方案中，n可为7。在一些实施方案中，n可为8。在一些实施方案中，n可在上述值中的任何值之间的范围内。
R1表示被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基芳基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基基团，或被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基芳基基团。
在以上一些实施方案中，R1可包括被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基基团。在一些实施方案中，烷基基团可包括直链烷基基团。在其他实施方案中，烷基基团可包括支链烷基基团。
在一些实施方案中，烷基基团可包含至少7个碳原子(例如，至少8个碳原子、至少9个碳原子、至少10个碳原子、至少11个碳原子、至少12个碳原子、至少13个碳原子、至少14个碳原子、至少15个碳原子、至少16个碳原子、至少17个碳原子、至少18个碳原子、至少19个碳原子、至少20个碳原子、至少21个碳原子、至少22个碳原子、至少23个碳原子、至少24个碳原子、至少25个碳原子、至少26个碳原子或至少27个碳原子)。在一些实施方案中，烷基基团可包含28个或更少碳原子(例如，27个或更少碳原子、26个或更少碳原子、25个或更少碳原子、24个或更少碳原子、23个或更少碳原子、22个或更少碳原子、21个或更少碳原子、20个或更少碳原子、19个或更少碳原子、18个或更少碳原子、17个或更少碳原子、16个或更少碳原子、15个或更少碳原子、14个或更少碳原子、13个或更少碳原子、12个或更少碳原子、11个或更少碳原子、10个或更少碳原子、9个或更少碳原子或者8个或更少碳原子)。
烷基基团可包含在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的多个碳原子。例如，在一些实施方案中，烷基基团可包含7至28个碳原子(例如，7至20个碳原子)。
在一些实施方案中，R1可包括被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基基团。在一些实施方案中，烯基基团可包括直链烯基基团。在其他实施方案中，烯基基团可包括支链烯基基团。在一些实施方案中，烯基基团可包含一个不饱和键(一个双键)。在一些实施方案中，烯基基团可包含两个或更多个不饱和键(两个或更多个双键)。例如，烯基基团可包含两个不饱和键、三个不饱和键或更多个不饱和键。
在一些实施方案中，烯基基团可包含至少7个碳原子(例如，至少8个碳原子、至少9个碳原子、至少10个碳原子、至少11个碳原子、至少12个碳原子、至少13个碳原子、至少14个碳原子、至少15个碳原子、至少16个碳原子、至少17个碳原子、至少18个碳原子、至少19个碳原子、至少20个碳原子、至少21个碳原子、至少22个碳原子、至少23个碳原子、至少24个碳原子、至少25个碳原子、至少26个碳原子或至少27个碳原子)。在一些实施方案中，烯基基团可包含28个或更少碳原子(例如，27个或更少碳原子、26个或更少碳原子、25个或更少碳原子、24个或更少碳原子、23个或更少碳原子、22个或更少碳原子、21个或更少碳原子、20个或更少碳原子、19个或更少碳原子、18个或更少碳原子、17个或更少碳原子、16个或更少碳原子、15个或更少碳原子、14个或更少碳原子、13个或更少碳原子、12个或更少碳原子、11个或更少碳原子、10个或更少碳原子、9个或更少碳原子或者8个或更少碳原子)。
烯基基团可包含在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的多个碳原子。例如，在一些实施方案中，烯基基团可包含7至28个碳原子(例如，7至20个碳原子)。
在一些实施方案中，R1可包括被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基芳基基团。例如，R1可包括烷基苯基团。在一些实施方案中，R1可包括被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基芳基基团。例如，R1可包括烯基苯基团。
在一些实施方案中，R1可包含一个侧基聚羧酸根部分。在一些实施方案中，R1可包含两个侧基聚羧酸根部分。在一些实施方案中，R1可包含三个侧基聚羧酸根部分。
在一些实施方案中，R1可包含一个磺酸根部分。在一些实施方案中，R1可包含两个磺酸根部分。在一些实施方案中，R1可包含三个磺酸根部分。
在一些实施方案中，R1可包含一个侧基聚羧酸根部分和一个磺酸根部分。在一些实施方案中，R1可包含两个侧基聚羧酸根部分和两个磺酸根部分。在一些实施方案中，R1可包含三个侧基聚羧酸根部分和三个磺酸根部分。
在上述实施方案中的一些实施方案中，侧基聚羧酸根部分中的每个侧基聚羧酸根部分包括侧基二羧酸根部分。例如，侧基聚羧酸根部分中的每个侧基聚羧酸根部分可由下式
或其盐定义。
在某些示例中，R1可包含以下中的一者：
或其盐，其中D1和D2中的一者为磺酸根基团并且D1和D2中的一者为氢；E1和E2中的一者为磺酸根基团并且E1和E2中的一者为羟基；a为0至32的整数；并且b为0至32的整数，条件是a和b的总和为4至32。
在以上一些实施方案中，a可为0。在一些情况下，a可为1或更大(例如，5或更大、10或更大、15或更大、20或更大、25或更大或者30或更大)。在一些情况下，a可为32或更小(例如，30或更小、25或更小、20或更小、15或更小、10或更小或者5或更小)。
a可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，a可为0至32(例如，1至30、1至20、1至15、1至10、4至10或4至8)。
在以上一些实施方案中，b可为0。在一些情况下，b可为1或更大(例如，5或更大、10或更大、15或更大、20或更大、25或更大或者30或更大)。在一些情况下，b可为32或更小(例如，30或更小、25或更小、20或更小、15或更小、10或更小或者5或更小)。
b可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，b可为0至32(例如，1至30、1至20、5至20或5至15)。
在一些实施方案中，a和b的总和可为4或更大(例如，5或更大、6或更大、7或更大、8或更大、9或更大、10或更大、11或更大、12或更大、13或更大、14或更大、15或更大、16或更大、17或更大、18或更大、19或更大、20或更大、21或更大、22或更大、23或更大、24或更大、25或更大、26或更大、27或更大、28或更大、29或更大、30或更大或者31或更大)。在一些实施方案中，a和b的总和可为32或更小(例如，31或更小、30或更小、29或更小、28或更小、27或更小、26或更小、25或更小、24或更小、23或更小、22或更小、21或更小、20或更小、19或更小、18或更小、17或更小、16或更小、15或更小、14或更小、13或更小、12或更小、11或更小、10或更小、9或更小、8或更小、7或更小、6或更小或者5或更小)。
a和b的总和可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，a和b的总和可为4至32(例如，8至22)。
还提供了包含两种或更多种多阴离子表面活性剂的表面活性剂混合物。例如，本文提供了一种表面活性剂混合物，该表面活性剂混合物包含：
(a)由式II或其盐定义的第一表面活性剂；
(b)由式III或其盐定义的第二表面活性剂；
(c)由式IV或其盐定义的第三表面活性剂；
以及
(d)由式V或其盐定义的第四表面活性剂；
其中A为硫酸根或磺酸根；D1和D2中的一者为磺酸根基团并且D1和D2中的一者为氢；E1和E2中的一者为磺酸根基团并且E1和E2中的一者为羟基；e为0至32的整数并且f为0至32的整数，条件是e和f的总和为4至32；AO在每次出现时单独地表示选自乙氧基基团、丙氧基基团或丁氧基基团的亚烷氧基基团；w为1至110的整数；并且p为1至6的整数。
第一表面活性剂、第二表面活性剂、第三表面活性剂和第四表面活性剂可以不同的量存在于表面活性剂混合物中。例如，在一些实施方案中，基于表面活性剂混合物的总重量，第一表面活性剂可以1重量％至70重量％(例如，1重量％至50重量％、1重量％至35重量％、5重量％至70重量％、5重量％至50重量％或5重量％至35重量％)的量存在；基于表面活性剂混合物的总重量，第二表面活性剂可以1重量％至70重量％(例如，1重量％至50重量％、1重量％至35重量％、5重量％至70重量％、5重量％至50重量％或5重量％至35重量％)的量存在；基于表面活性剂混合物的总重量，第三表面活性剂可以1重量％至70重量％(例如，1重量％至50重量％、1重量％至35重量％、5重量％至70重量％、5重量％至50重量％或5重量％至35重量％)的量存在；并且基于表面活性剂混合物的总重量，第四表面活性剂可以1重量％至70重量％(例如，1重量％至50重量％、1重量％至35重量％、5重量％至70重量％、5重量％至50重量％或5重量％至35重量％)的量存在。
在式II-式V的一些实施方案中，AO在每次出现时可单独地表示选自乙氧基基团或丙氧基基团的亚烷氧基基团。在一些情况下，至少一个AO可包含乙氧基基团并且至少一个AO可包含丙氧基基团。
在式II-式V的一些实施方案中，w可为一或更大的整数。例如，w可为至少1、至少5、至少10、至少15、至少20、至少25、至少30、至少35、至少40、至少45、至少50、至少55、至少60、至少65、至少70、至少75、至少80、至少85、至少90、至少95、至少100或至少105。在一些实施方案中，w可为110或更小(例如，105或更小、100或更小、95或更小、90或更小、85或更小、80或更小、75或更小、70或更小、65或更小、60或更小、55或更小、50或更小、45或更小、40或更小、35或更小、30或更小、25或更小、20或更小、15或更小、10或更小或者5或更小)。
w可为在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的整数。例如，在一些实施方案中，w为20至110，诸如30至110、40至110、50至110或60至110的整数。
在式II-式V的一些实施方案中，p可为1。在一些实施方案中，p可为2。在一些实施方案中，p可为3。在一些实施方案中，p可为4。在一些实施方案中，p可为5。在一些实施方案中，p可为6。在一些实施方案中，p可在上述值中的任何值之间的范围内。
在式II-式V的一些实施方案中，e可为0。在一些情况下，e可为1或更大(例如，5或更大、10或更大、15或更大、20或更大、25或更大或者30或更大)。在一些情况下，e可为32或更小(例如，30或更小、25或更小、20或更小、15或更小、10或更小或者5或更小)。
e可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，e可为0至32(例如，1至30、1至20、1至15、1至10、4至10或4至8)。
在式II-式V的一些实施方案中，f可为0。在一些情况下，f可为1或更大(例如，5或更大、10或更大、15或更大、20或更大、25或更大或者30或更大)。在一些情况下，f可为32或更小(例如，30或更小、25或更小、20或更小、15或更小、10或更小或者5或更小)。
f可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，f可为0至32(例如，1至30、1至20、5至20或5至15)。
在式II-式VI的一些实施方案中，e和f的总和可为4或更大(例如，5或更大、6或更大、7或更大、8或更大、9或更大、10或更大、11或更大、12或更大、13或更大、14或更大、15或更大、16或更大、17或更大、18或更大、19或更大、20或更大、21或更大、22或更大、23或更大、24或更大、25或更大、26或更大、27或更大、28或更大、29或更大、30或更大或者31或更大)。在一些实施方案中，e和f的总和可为32或更小(例如，31或更小、30或更小、29或更小、28或更小、27或更小、26或更小、25或更小、24或更小、23或更小、22或更小、21或更小、20或更小、19或更小、18或更小、17或更小、16或更小、15或更小、14或更小、13或更小、12或更小、11或更小、10或更小、9或更小、8或更小、7或更小、6或更小或者5或更小)。
e和f的总和可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，e和f的总和可为4至32(例如，8至22)。
本文所述的多阴离子表面活性剂(和表面活性剂混合物)可通过多种方法制备。一种方法(从不饱和醇开始)可涉及烷氧基化具有8至36个碳的不饱和醇以形成亚烷氧基封端的不饱和醇。用马来酸酐处理可在分子内引入侧基羧酸基团。然后可使用磺化剂诸如氯磺酸、硫酸、二氧化硅硫酸或氨基磺酸将该材料磺化，以提供具有磺酸根头部基团的多阴离子表面活性剂。类似地，可引入硫酸根头部基团。碱性后处理(例如，使用NaOH水溶液)可提供多阴离子表面活性剂(通常作为混合物)。该方法的各方面示于图1-图2中。可使用标准分析方法(例如，HPLC和NMR)来确认转化。
还提供了表面活性剂混合物，这些表面活性剂混合物包含：
(a)由式VI或其盐定义的第一表面活性剂；
(b)由式VII或其盐定义的第二表面活性剂；
其中D1和D2中的一者为磺酸根基团并且D1和D2中的一者为氢；E1和E2中的一者为磺酸根基团并且E1和E2中的一者为羟基；并且e为0至32的整数并且f为0至32的整数，条件是e和f的总和为4至32。
第一表面活性剂和第二表面活性剂可以不同的量存在于表面活性剂混合物中。例如，在一些实施方案中，基于表面活性剂混合物的总重量，第一表面活性剂可以1重量％至70重量％(例如，1重量％至50重量％、1重量％至35重量％、5重量％至70重量％、5重量％至50重量％或5重量％至35重量％)的量存在；并且基于表面活性剂混合物的总重量，第二表面活性剂可以1重量％至70重量％(例如，1重量％至50重量％、1重量％至35重量％、5重量％至70重量％、5重量％至50重量％或5重量％至35重量％)的量存在。
在式VI-式VII的一些实施方案中，e可为0。在一些情况下，e可为1或更大(例如，5或更大、10或更大、15或更大、20或更大、25或更大或者30或更大)。在一些情况下，e可为32或更小(例如，30或更小、25或更小、20或更小、15或更小、10或更小或者5或更小)。
e可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，e可为0至32(例如，1至30、1至20、1至15、1至10、4至10或4至8)。
在式VI-式VII的一些实施方案中，f可为0。在一些情况下，f可为1或更大(例如，5或更大、10或更大、15或更大、20或更大、25或更大或者30或更大)。在一些情况下，f可为32或更小(例如，30或更小、25或更小、20或更小、15或更小、10或更小或者5或更小)。
f可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，f可为0至32(例如，1至30、1至20、5至20或5至15)。
在式II-式VI的一些实施方案中，e和f的总和可为4或更大(例如，5或更大、6或更大、7或更大、8或更大、9或更大、10或更大、11或更大、12或更大、13或更大、14或更大、15或更大、16或更大、17或更大、18或更大、19或更大、20或更大、21或更大、22或更大、23或更大、24或更大、25或更大、26或更大、27或更大、28或更大、29或更大、30或更大或者31或更大)。在一些实施方案中，e和f的总和可为32或更小(例如，31或更小、30或更小、29或更小、28或更小、27或更小、26或更小、25或更小、24或更小、23或更小、22或更小、21或更小、20或更小、19或更小、18或更小、17或更小、16或更小、15或更小、14或更小、13或更小、12或更小、11或更小、10或更小、9或更小、8或更小、7或更小、6或更小或者5或更小)。
e和f的总和可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，e和f的总和可为4至32(例如，8至22)。
表面活性剂包
本公开还提供了包含本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)的表面活性剂包。示例性表面活性剂包可包含本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和一种或多种助表面活性剂。所述一种或多种助表面活性剂可选自阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、两性表面活性剂或非离子表面活性剂。在一些实施方案中，表面活性剂包包括单相液体表面活性剂包。
在其他实施方案中，表面活性剂包可基本上由如本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂组成(即，多阴离子表面活性剂是存在于表面活性剂包中的唯一表面活性剂)。在其他实施方案中，表面活性剂包可由如本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂组成(即，多阴离子表面活性剂是存在于表面活性剂包中的唯一表面活性剂)。在一些实施方案中，表面活性剂包还包含水。在一些实施方案中，表面活性剂包不包含烃。
在一些实施方案中，表面活性剂包可包含本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和阴离子表面活性剂。在一些实施方案中，表面活性剂包可基本上由本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和阴离子表面活性剂组成(即，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和阴离子表面活性剂是存在于表面活性剂包中的唯一表面活性剂)。在一些实施方案中，表面活性剂包由本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和阴离子表面活性剂组成。在一些实施方案中，表面活性剂包还包含水。在一些实施方案中，表面活性剂包不包含烃。
在一些实施方案中，表面活性剂包可包含本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和非离子表面活性剂。在一些实施方案中，表面活性剂包可基本上由本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和非离子表面活性剂组成(即，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和非离子表面活性剂是存在于表面活性剂包中的唯一表面活性剂)。在一些实施方案中，表面活性剂包由本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和非离子表面活性剂组成。在一些实施方案中，表面活性剂包还包含水。在一些实施方案中，表面活性剂包不包含烃。
在一些实施方案中，表面活性剂包可包含本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和阳离子表面活性剂。在一些实施方案中，表面活性剂包可基本上由本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和阳离子表面活性剂组成(即，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和阳离子表面活性剂是存在于表面活性剂包中的唯一表面活性剂)。在一些实施方案中，表面活性剂包由本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和阳离子表面活性剂组成。在一些实施方案中，表面活性剂包还包含水。在一些实施方案中，表面活性剂包不包含烃。
在一些实施方案中，表面活性剂包可包含本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和两性离子表面活性剂。在一些实施方案中，表面活性剂包可基本上由本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和两性离子表面活性剂组成(即，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和两性离子表面活性剂是存在于表面活性剂包中的唯一表面活性剂)。在一些实施方案中，表面活性剂包由本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和两性离子表面活性剂组成。在一些实施方案中，表面活性剂包还包含水。在一些实施方案中，表面活性剂包不包含烃。
在一些实施方案中，表面活性剂包可包含本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和两性表面活性剂。在一些实施方案中，表面活性剂包可基本上由本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和两性表面活性剂组成(即，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和两性表面活性剂是存在于表面活性剂包中的唯一表面活性剂)。在一些实施方案中，表面活性剂包由本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和两性表面活性剂组成。在一些实施方案中，表面活性剂包还包含水。在一些实施方案中，表面活性剂包不包含烃。
合适的阴离子助表面活性剂包含疏水尾部，该疏水尾部包含6至60个碳原子。在一些实施方案中，阴离子表面活性剂可包含疏水尾部，该疏水尾部包含至少6个碳原子(例如，至少7个碳原子、至少8个碳原子、至少9个碳原子、至少10个碳原子、至少11个碳原子、至少12个碳原子、至少13个碳原子、至少14个碳原子、至少15个碳原子、至少16个碳原子、至少17个碳原子、至少18个碳原子、至少19个碳原子、至少20个碳原子、至少21个碳原子、至少22个碳原子、至少23个碳原子、至少24个碳原子、至少25个碳原子、至少26个碳原子、至少27个碳原子、至少28个碳原子、至少29个碳原子、至少30个碳原子、至少31个碳原子、至少32个碳原子、至少33个碳原子、至少34个碳原子、至少35个碳原子、至少36个碳原子、至少37个碳原子、至少38个碳原子、至少39个碳原子、至少40个碳原子、至少41个碳原子、至少42个碳原子、至少43个碳原子、至少44个碳原子、至少45个碳原子、至少46个碳原子、至少47个碳原子、至少48个碳原子、至少49个碳原子、至少50个碳原子、至少51个碳原子、至少52个碳原子、至少53个碳原子、至少54个碳原子、至少55个碳原子、至少56个碳原子、至少57个碳原子、至少58个碳原子或至少59个碳原子)。在一些实施方案中，阴离子表面活性剂可包含疏水尾部，该疏水尾部包含60个或更少碳原子(例如59个或更少碳原子、58个或更少碳原子、57个或更少碳原子、56个或更少碳原子、55个或更少碳原子、54个或更少碳原子、53个或更少碳原子、52个或更少碳原子、51个或更少碳原子、50个或更少碳原子、49个或更少碳原子、48个或更少碳原子、47个或更少碳原子、46个或更少碳原子、45个或更少碳原子、44个或更少碳原子、43个或更少碳原子、42个或更少碳原子、41个或更少碳原子、40个或更少碳原子、39个或更少碳原子、38个或更少碳原子、37个或更少碳原子、36个或更少碳原子、35个或更少碳原子、34个或更少碳原子、33个或更少碳原子、32个或更少碳原子、31个或更少碳原子、30个或更少碳原子、29个或更少碳原子、28个或更少碳原子、27个或更少碳原子、26个或更少碳原子、25个或更少碳原子、24个或更少碳原子、23个或更少碳原子、22个或更少碳原子、21个或更少碳原子、20个或更少碳原子、19个或更少碳原子、18个或更少碳原子、17个或更少碳原子、16个或更少碳原子、15个或更少碳原子、14个或更少碳原子、13个或更少碳原子、12个或更少碳原子、11个或更少碳原子、10个或更少碳原子、9个或更少碳原子、8个或更少碳原子或者7个或更少碳原子)。
阴离子表面活性剂可包含疏水尾部，该疏水尾部包含在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的碳原子数。例如，在一些实施方案中，阴离子表面活性剂可包含疏水尾部，该疏水尾部包含6至15个、16至30个、31至45个、46至60个、6至25个、26至60个、6至30个、31至60个、6至32个、33至60个、6至12个、13至22个、23至32个、33至42个、43至52个、53至60个、6至10个、10至15个、16至25个、26至35个或36至45个碳原子。疏水(亲脂)碳尾部可为直链、支链的并且/或者可包含环状结构。疏水碳尾部可包含单键、双键、三键或它们的任何组合。在一些实施方案中，阴离子表面活性剂可包含衍生自Guerbet醇的支链疏水尾部。阴离子表面活性剂的亲水部分可包括例如一个或多个硫酸根部分(例如一个、两个或三个硫酸根部分)、一个或多个磺酸根部分(例如一个、两个或三个磺酸根部分)、一个或多个磺基琥珀酸根部分(例如一个、两个或三个磺基琥珀酸根部分)、一个或多个羧酸根部分(例如一个、两个或三个羧酸根部分)或者它们的任何组合。
在一些实施方案中，阴离子表面活性剂可包括例如磺酸盐、二磺酸盐、多磺酸盐、硫酸盐、二硫酸盐、多硫酸盐、磺基琥珀酸盐、二磺基琥珀酸盐、多磺基琥珀酸盐、羧酸盐、二羧酸盐、聚羧酸盐或它们的任何组合。在一些示例中，阴离子表面活性剂可包括不同于本文所述的烯烃磺酸盐的内烯烃磺酸盐(IOS)、异构化烯烃磺酸盐、α烯烃磺酸盐(AOS)、烷基芳基磺酸盐(AAS)、二甲苯磺酸盐、烷烃磺酸盐、石油磺酸盐、烷基二苯醚(二)磺酸盐、醇硫酸盐、烷氧基硫酸盐、烷氧基磺酸盐、烷氧基羧酸盐、醇磷酸盐或烷氧基磷酸盐。在一些实施方案中，阴离子表面活性剂可包括烷氧基羧酸盐表面活性剂、烷氧基硫酸盐表面活性剂、烷氧基磺酸盐表面活性剂、烷基磺酸盐表面活性剂、芳基磺酸盐表面活性剂或烯烃磺酸盐表面活性剂。
“烷氧基羧酸盐表面活性剂”或“烷氧基羧酸盐”是指具有连接至一个或多个亚烷氧基基团(通常为–CH2-CH(乙基)-O-、–CH2-CH(甲基)-O-或–CH2-CH2-O-)，继而连接至–COO-或其酸或包含金属阳离子诸如钠的盐的烷基或芳基的化合物。在实施方案中，烷氧基羧酸盐表面活性剂可由下式定义：
其中R1是取代或未取代的C6-C36烷基或者取代或未取代的芳基；R2在化合物内每次出现时独立地为氢或未取代的C1-C6烷基；R3独立地为氢或未取代的C1-C6烷基，n为0至175的整数，z为1至6的整数，并且M+为一价、二价或三价阳离子。在这些实施方案中的一些实施方案中，R1可以是未取代的直链或支链C6-C36烷基。
在某些实施方案中，烷氧基羧酸盐可以是C6-C32:PO(0-65):EO(0-100)-羧酸盐(即，C6-C32疏水尾部诸如支链或非支链C6-C32烷基基团，连接至0至65个丙烯氧基基团(–CH2-CH(甲基)-O–连接基)，依次连接至0至100个乙烯氧基基团(–CH2-CH2-O–连接基)，依次连接至–COO-或其酸或包含金属阳离子诸如钠的盐)。在某些实施方案中，烷氧基羧酸盐可以是支链或非支链的C6-C30:PO(30-40):EO(25-35)-羧酸盐。在某些实施方案中，烷氧基羧酸盐可以是支链或非支链的C6-C12:PO(30-40):EO(25-35)-羧酸盐。在某些实施方案中，烷氧基羧酸盐可以是支链或非支链的C6-C30:EO(8-30)-羧酸盐。
“烷氧基硫酸盐表面活性剂”或“烷氧基硫酸盐”是指具有连接至一个或多个亚烷氧基基团(通常为–CH2-CH(乙基)-O-、–CH2-CH(甲基)-O-或–CH2-CH2-O-)，继而连接至–SO3 -或其酸或包括金属阳离子诸如钠的盐的烷基或芳基的表面活性剂。在一些实施方案中，烷氧基硫酸盐表面活性剂具有式R-(BO)e-(PO)f-(EO)g-SO3 -或其酸或(包含金属阳离子诸如钠的)盐，其中R为C6-C32烷基，BO为-CH2-CH(乙基)-O-，PO为–CH2-CH(甲基)-O-，并且EO为–CH2-CH2-O-。符号e、f和g是从0至50的整数，其中至少一者不为零。
在实施方案中，烷氧基硫酸盐表面活性剂可为芳基烷氧基硫酸盐表面活性剂。芳基烷氧基表面活性剂可以是具有连接至一个或多个亚烷氧基基团(通常为–CH2-CH(乙基)-O-、–CH2-CH(甲基)-O-或–CH2-CH2-O-)，继而连接至–SO3 -或其酸或包含金属阳离子诸如钠的盐的芳基的烷氧基表面活性剂。
“烷基磺酸盐表面活性剂”或“烷基磺酸盐”是指包含连接至-SO3 -或其酸或(包含金属阳离子诸如钠的)盐的烷基基团(例如，支链或非支链的C6-C32烷基基团)的化合物。
“芳基硫酸盐表面活性剂”或“芳基硫酸盐”是指具有连接至-O-SO3 -或其酸或(包含金属阳离子诸如钠的)盐的芳基基团的化合物。“芳基磺酸盐表面活性剂”或“芳基磺酸盐”是指具有连接至-SO3 -或其酸或(包含金属阳离子诸如钠的)盐的芳基基团的化合物。在一些情况下，芳基基团可被例如烷基基团取代(烷基芳基磺酸盐)。
在助表面活性剂的上下文中除本文所述的烯烃磺酸盐之外存在的“内烯烃磺酸盐”、“异构化烯烃磺酸盐”或“IOS”是指包含至少一个碳-碳双键和至少一个SO3 -基团或其盐的不饱和烃化合物。如本文所用，“C20-C28内烯烃磺酸盐”、“C20-C28异构化烯烃磺酸盐”或“C20-C28 IOS”是指平均碳数为20至28或23至25的IOS或IOS的混合物。C20-C28 IOS可包括至少80％的碳数为20至28的IOS、至少90％的碳数为20至28的IOS或至少99％的碳数为20至28的IOS。如本文所用，“C15-C18内烯烃磺酸盐”、“C15-C18异构化烯烃磺酸盐”或“C15-C18IOS”是指平均碳数为15至18或16至17的IOS或IOS的混合物。C15-C18 IOS可包括至少80％的碳数为15至18的IOS、至少90％的碳数为15至18的IOS或至少99％的碳数为15至18的IOS。内烯烃磺酸盐或异构化烯烃磺酸盐可以是α烯烃磺酸盐，诸如异构化α烯烃磺酸盐。内烯烃磺酸盐或异构化烯烃磺酸盐还可包含支链。在某些实施方案中，当C15-18 IOS用于旨在用于高温非常规地下地层(诸如高于130℉(约55℃)的地层)的LPS注入流体时，可将其加入本文所述的表面活性剂包。IOS可以是至少20％支链的、30％支链的、40％支链的、50％支链的、60％支链的或65％支链的。在一些实施方案中，支链为20％-98％、30％-90％、40％-80％之间，或为约65％。内烯烃磺酸盐的示例及其制备方法可见于美国专利5,488,148、美国专利申请公布2009/0112014和SPE 129766，这些专利全部以引用方式并入本文。
在实施方案中，阴离子表面活性剂可以是二磺酸盐、烷基二苯醚二磺酸盐、单烷基二苯醚二磺酸盐、二烷基二苯醚二磺酸盐或二烷基二苯醚单磺酸盐，其中烷基基团可以是C6-C36直链或支链烷基基团。在实施方案中，阴离子表面活性剂可以是烷基苯磺酸盐或二苯二磺酸盐。在实施方案中，阴离子表面活性剂可以是苯磺酸癸基(磺基苯氧基)-二钠盐；直链或支链的C6-C36烷基:PO(0-65):EO(0-100)硫酸盐；或者直链或支链的C6-C36烷基:PO(0-65):EO(0-100)羧酸盐。在实施方案中，阴离子表面活性剂是异构化烯烃磺酸盐(C6-C30)、内烯烃磺酸盐(C6-C30)或内烯烃二磺酸盐(C6-C30)。在一些实施方案中，阴离子表面活性剂是Guerbet-PO(0-65)-EO(0-100)硫酸盐(Guerbet部分可为C6-C36)。在一些实施方案中，阴离子表面活性剂是Guerbet-PO(0-65)-EO(0-100)羧酸盐(Guerbet部分可为C6-C36)。在一些实施方案中，阴离子表面活性剂是烷基PO(0-65)和EO(0-100)磺酸盐：其中烷基基团是直链或支链的C6-C36。在一些实施方案中，阴离子表面活性剂是磺基琥珀酸盐，诸如二烷基磺基琥珀酸盐。在一些实施方案中，阴离子表面活性剂是烷基芳基磺酸盐(AAS)(例如烷基苯磺酸盐(ABS))、C10-C30内烯烃硫酸盐(IOS)、石油磺酸盐或烷基二苯醚(二)磺酸盐。
在一些示例中，阴离子表面活性剂可包含由下式定义的表面活性剂：
R1—R2—R3
其中R1包含具有6-32个碳原子以及连接R1和R2的氧原子的支链或非支链的、饱和或不饱和的、环状或非环状的疏水碳链；R2包含烷氧基化链，该烷氧基化链包含选自亚乙基氧、亚丙基氧、亚丁基氧以及它们的组合的至少一个氧化物基团；并且R3包含支链或非支链的烃链，该支链或非支链的烃链包含2-12个碳原子和2至5个羧酸根基团。
在一些示例中，阴离子表面活性剂可包含由下式定义的表面活性剂：
其中R4在每次出现时独立地为具有6-32个碳原子的支链或非支链的、饱和或不饱和的、环状或非环状的疏水碳链；并且M表示抗衡离子(例如，Na+、K+)。在一些实施方案中，R4为具有6-16个碳原子的支链或非支链的、饱和或不饱和的、环状或非环状的疏水碳链。
合适的非离子助表面活性剂包括可添加以增加润湿性的化合物。在一些实施方案中，非离子表面活性剂的亲水亲油平衡值(HLB)大于10(例如，大于9、大于8或大于7)。在一些实施方案中，非离子表面活性剂的HLB为7至10。
非离子表面活性剂可包含疏水尾部，该疏水尾部包含6至60个碳原子。在一些实施方案中，非离子表面活性剂可包含疏水尾部，该疏水尾部包含至少6个碳原子(例如，至少7个碳原子、至少8个碳原子、至少9个碳原子、至少10个碳原子、至少11个碳原子、至少12个碳原子、至少13个碳原子、至少14个碳原子、至少15个碳原子、至少16个碳原子、至少17个碳原子、至少18个碳原子、至少19个碳原子、至少20个碳原子、至少21个碳原子、至少22个碳原子、至少23个碳原子、至少24个碳原子、至少25个碳原子、至少26个碳原子、至少27个碳原子、至少28个碳原子、至少29个碳原子、至少30个碳原子、至少31个碳原子、至少32个碳原子、至少33个碳原子、至少34个碳原子、至少35个碳原子、至少36个碳原子、至少37个碳原子、至少38个碳原子、至少39个碳原子、至少40个碳原子、至少41个碳原子、至少42个碳原子、至少43个碳原子、至少44个碳原子、至少45个碳原子、至少46个碳原子、至少47个碳原子、至少48个碳原子、至少49个碳原子、至少50个碳原子、至少51个碳原子、至少52个碳原子、至少53个碳原子、至少54个碳原子、至少55个碳原子、至少56个碳原子、至少57个碳原子、至少58个碳原子或至少59个碳原子)。在一些实施方案中，非离子表面活性剂可包含疏水尾部，该疏水尾部包含60个或更少碳原子(例如59个或更少碳原子、58个或更少碳原子、57个或更少碳原子、56个或更少碳原子、55个或更少碳原子、54个或更少碳原子、53个或更少碳原子、52个或更少碳原子、51个或更少碳原子、50个或更少碳原子、49个或更少碳原子、48个或更少碳原子、47个或更少碳原子、46个或更少碳原子、45个或更少碳原子、44个或更少碳原子、43个或更少碳原子、42个或更少碳原子、41个或更少碳原子、40个或更少碳原子、39个或更少碳原子、38个或更少碳原子、37个或更少碳原子、36个或更少碳原子、35个或更少碳原子、34个或更少碳原子、33个或更少碳原子、32个或更少碳原子、31个或更少碳原子、30个或更少碳原子、29个或更少碳原子、28个或更少碳原子、27个或更少碳原子、26个或更少碳原子、25个或更少碳原子、24个或更少碳原子、23个或更少碳原子、22个或更少碳原子、21个或更少碳原子、20个或更少碳原子、19个或更少碳原子、18个或更少碳原子、17个或更少碳原子、16个或更少碳原子、15个或更少碳原子、14个或更少碳原子、13个或更少碳原子、12个或更少碳原子、11个或更少碳原子、10个或更少碳原子、9个或更少碳原子、8个或更少碳原子或者7个或更少碳原子)。
非离子表面活性剂可包含疏水尾部，该疏水尾部包含在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的碳原子数。例如，非离子表面活性剂可包含疏水尾部，该疏水尾部包含6至15个、16至30个、31至45个、46至60个、6至25个、26至60个、6至30个、31至60个、6至32个、33至60个、6至12个、13至22个、23至32个、33至42个、43至52个、53至60个、6至10个、10至15个、16至25个、26至35个或36至45个碳原子。在一些情况下，疏水尾部可为直链、支链的并且/或者可包含环状结构。疏水碳尾部可包含单键、双键、三键或它们的任何组合。在一些情况下，疏水尾部可包含具有或不具有与其连接的芳族环(例如苯环)的烷基基团。在一些实施方案中，疏水尾部可包括衍生自Guerbet醇的支链疏水尾部。
示例性非离子表面活性剂包括烷基芳基烷氧基醇、烷基烷氧基醇或它们的任何组合。在实施方案中，非离子表面活性剂可以是具有不同长度亲脂尾链长度的表面活性剂的混合物。例如，非离子表面活性剂可以是C9-C11:9EO，其表示具有9个碳至11个碳的亲脂尾部长度的非离子表面活性剂的混合物，它后面是9个EO的链。亲水部分为亚烷氧基链(例如，具有两个或更多个乙氧基(EO)、丁氧基(BO)和/或丙氧基(PO)重复单元的EO、BO和/或PO链)。在一些实施方案中，存在1-100个EO重复单元。在一些实施方案中，存在0-65个PO重复单元。在一些实施方案中，存在0-25个BO重复单元。例如，非离子表面活性剂可包含10EO:5PO或5EO。在实施方案中，非离子表面活性剂可以是具有不同长度亲脂尾链长度的表面活性剂的混合物。例如，非离子表面活性剂可以是C9-C11:PO9:EO2，其表示具有9个碳至11个碳的亲脂尾部长度的非离子表面活性剂的混合物，它后面是9个PO和2个EO的链。在特定的实施方案中，非离子表面活性剂是直链的C9-C11:9EO。在一些实施方案中，非离子表面活性剂是Guerbet PO(0-65)和EO(0-100)(Guerbet可为C6-C36)；或烷基PO(0-65)和EO(0-100)：其中烷基基团是直链或支链的C1-C36。在一些示例中，非离子表面活性剂可包括支链或非支链的C6-C32:PO(0-65):EO(0-100)(例如，支链或非支链的C6-C30:PO(30-40):EO(25-35)、支链或非支链的C6-C12:PO(30-40):EO(25-35)、支链或非支链的C6-30:EO(8-30)或它们的任何组合)。在一些实施方案中，非离子表面活性剂是一种或多种烷基多聚糖苷。
示例性阳离子助表面活性剂包括类似于上述那些，不同的是具有伯胺、仲胺或叔胺或者季铵阳离子作为亲水头部基团的表面活性剂。如本文所用的“两性离子的”或“两性离子”是指在同一分子内的不同位置处具有正电荷(或阳离子)和负电荷(或阴离子)的中性分子。示例性两性离子表面活性剂包括甜菜碱和磺基甜菜碱。
合适的助表面活性剂的示例公开于例如美国专利3,811,504、3,811,505、3,811,507、3,890,239、4,463,806、6,022,843、6,225,267、7,629,299、7,770,641、9,976,072、8,211,837、9,422,469、9,605,198和9,617,464；WIPO专利申请WO/2008/079855、WO/2012/027757和WO/2011/094442；以及美国专利申请2005/0199395、2006/0185845、2006/0189486、2009/0270281、2011/0046024、2011/0100402、2011/0190175、2007/0191633、2010/004843、2011/0201531、2011/0190174、2011/0071057、2011/0059873、2011/0059872、2011/0048721、2010/0319920、2010/0292110和2017/0198202中，这些专利中的每一篇专利为了描述示例性表面活性剂据此全文以引用方式并入本文。
任选地，表面活性剂包可包含一种或多种附加组分。例如，表面活性剂包还可包含酸、聚合物、减摩剂、胶凝剂、交联剂、阻垢剂、破裂剂、pH调节剂、非乳化剂、铁控制剂、腐蚀抑制剂、杀生物剂、粘土稳定剂、支撑剂、润湿性改变化学品、共溶剂(例如，C1-C5醇或烷氧基化C1-C5醇)或它们的任何组合。
在一些实施方案中，表面活性剂包还可包含一种或多种共溶剂。合适的共溶剂包括醇，诸如低级碳链醇，诸如异丙醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、仲丁醇、正戊醇、仲戊醇、正己醇、仲己醇等；醇醚、聚亚烷基醇醚、聚亚烷基二醇、聚(氧化烯)二醇、聚(氧化烯)二醇醚、乙氧基化苯酚或任何其他常见有机共溶剂或任何两种或更多种共溶剂的组合。在一个实施方案中，共溶剂可包括直链或支链的烷基乙氧基化物(C1-C6)-XEO X＝1-30。在一些实施方案中，共溶剂可包括乙二醇丁基醚(EGBE)、二乙二醇单丁基醚(DGBE)、三乙二醇单丁基醚(TEGBE)、乙二醇二丁基醚(EGDE)、聚乙二醇单甲基醚(mPEG)或它们的任何组合。在一些情况下，共溶剂可包括醇，诸如异丙醇(IPA)、异丁醇(IBA)、仲丁醇(SBA)或它们的任何组合。
水性组合物(注入组合物)
还提供了包含本文所述的表面活性剂包的水性表面活性剂组合物。这些组合物可用于油气操作。这些表面活性剂组合物可包含水、本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)以及任选的选自一种或多种助表面活性剂、粘度调节聚合物或它们的任何组合的一种或多种附加组分。
在一些实施方案中，可在注入到井中之前将表面活性剂包与水基注入流体组合以形成低粒度注入流体。可将表面活性剂包直接加入到水基注入流体中，或者可在添加到注入流体中之前(例如，用水或水基注入流体)将表面活性剂包稀释。在实施方案中，在添加表面活性剂包之前的水基注入流体是预先注入到井中的水基注入流体。当添加时，表面活性剂包可减小水基注入流体内的粒度分布，从而形成低粒度注入流体。
在示例性实施方案中，水基注入流体可包含任何类型的经处理的或未经处理的水，并且其盐含量可以变化。例如，水基注入流体可包括海水、微咸水、淡水、返排水或采出水、废水(例如，收回水或循环水)、河水、湖水或池塘水、含水层水、盐水(例如，储层或合成盐水)或它们的任何组合。在一些实施方案中，水基注入流体可包括滑溜水。
低粒度注入流体可包含按总组合物的重量计30％至99.85％的水，例如70％至98％的水、70％至90％的水、70％至80％的水、50％至90％的水、50％至70％的水、50％至80％的水、40％至98％的水或50％至99％的水。
在一些实施方案中，水基注入流体可包含酸、聚合物、减摩剂、流动性控制剂、胶凝剂、交联剂、破裂剂、pH调节剂、非乳化剂、铁控制剂、阻垢剂、腐蚀抑制剂、杀生物剂、粘土稳定剂、支撑剂、润湿性改变化学品、共溶剂(例如，C1-C5醇或烷氧基化C1-C5醇)或它们的任何组合。在某些实施方案中，水基注入流体可包含酸(例如，至少10％的酸，诸如按重量计10％至20％的酸)。在某些实施方案中，注入流体可包含支撑剂。
一旦与水基注入流体组合，基于低粒度注入流体的总重量，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)可具有在低粒度注入流体的至少0.01重量％(例如，至少0.02重量％、至少0.03重量％、至少0.04重量％、至少0.05重量％、至少0.06重量％、至少0.07重量％、至少0.08重量％、至少0.09重量％、至少0.1重量％、至少0.15重量％、至少0.2重量％、至少0.25重量％、至少0.3重量％、至少0.35重量％、至少0.4重量％、至少0.45重量％、至少0.5重量％、至少0.55重量％、至少0.6重量％、至少0.65重量％、至少0.7重量％、至少0.75重量％、至少0.8重量％、至少0.85重量％、至少0.9重量％、至少0.95重量％、至少1重量％、至少1.25重量％、至少1.5重量％、至少1.75重量％、至少2重量％或至少2.25重量％)内的浓度。在一些实施方案中，基于LPS注入流体的总重量，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)可具有在低粒度注入流体的2.5重量％或更小(例如2.25重量％或更小、2重量％或更小、1.75重量％或更小、1.5重量％或更小、1.25重量％或更小、1重量％或更小、0.95重量％或更小、0.9重量％或更小、0.85重量％或更小、0.8重量％或更小、0.75重量％或更小、0.7重量％或更小、0.65重量％或更小、0.6重量％或更小、0.55重量％或更小、0.5重量％或更小、0.45重量％或更小、0.4重量％或更小、0.35重量％或更小、0.3重量％或更小、0.25重量％或更小、0.2重量％或更小、0.15重量％或更小、0.1重量％或更小、0.09重量％或更小、0.08重量％或更小、0.07重量％或更小、0.06重量％或更小、0.05％重量或更小、0.04％重量或更小、0.03％重量或更小或者0.02％重量或更小)内的浓度。在特定的实施方案中，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)可具有在低粒度注入流体的小于1％、小于0.5％、小于0.2％、小于0.1％、小于0.075％或小于0.05％内的浓度。
本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)可具有在低粒度注入流体的可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的浓度。例如，在一些实施方案中，基于低粒度注入流体的总重量，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)可具有在低粒度注入流体的0.01重量％至2.5重量％(例如，0.05重量％至0.5重量％、0.1重量％至0.5重量％、0.2重量％至0.5重量％、0.05重量％至0.1重量％、0.05重量％至0.2重量％、0.05重量％至0.3重量％、0.05重量％至0.4重量％或0.1重量％至0.3重量％)内的浓度。
当存在时，基于低粒度注入流体的总重量，所述一种或多种助表面活性剂可具有在低粒度注入流体的至少0.001重量％(例如，至少0.005重量％、至少0.01重量％、至少0.02重量％、至少0.03重量％、至少0.04重量％、至少0.05重量％、至少0.06重量％、至少0.07重量％、至少0.08重量％、至少0.09重量％、至少0.1重量％、至少0.15重量％、至少0.2重量％、至少0.25重量％、至少0.3重量％、至少0.35重量％、至少0.4重量％、至少0.45重量％、至少0.5重量％、至少0.55重量％、至少0.6重量％、至少0.65重量％、至少0.7重量％、至少0.75重量％、至少0.8重量％、至少0.85重量％、至少0.9重量％、至少0.95重量％、至少1重量％、至少1.25重量％、至少1.5重量％、至少1.75重量％、至少2重量％或至少2.25重量％)内的浓度。在一些实施方案中，基于LPS注入流体的总重量，所述一种或多种助表面活性剂可具有在低粒度注入流体的2.5重量％或更小(例如2.25重量％或更小、2重量％或更小、1.75重量％或更小、1.5重量％或更小、1.25重量％或更小、1重量％或更小、0.95重量％或更小、0.9重量％或更小、0.85重量％或更小、0.8重量％或更小、0.75重量％或更小、0.7重量％或更小、0.65重量％或更小、0.6重量％或更小、0.55重量％或更小、0.5重量％或更小、0.45重量％或更小、0.4重量％或更小、0.35重量％或更小、0.3重量％或更小、0.25重量％或更小、0.2重量％或更小、0.15重量％或更小、0.1重量％或更小、0.09重量％或更小、0.08重量％或更小、0.07重量％或更小、0.06重量％或更小、0.05％重量或更小、0.04％重量或更小、0.03％重量或更小、0.02％重量或更小、0.01％重量或更小或者0.005％重量或更小)内的浓度。在特定的实施方案中，所述一种或多种助表面活性剂可具有在低粒度注入流体的小于2％、小于1.5％、小于1％、小于0.5％、小于0.2％、小于0.1％、小于0.075％、小于0.05％或小于0.01％内的浓度。
当存在时，所述一种或多种助表面活性剂可具有在低粒度注入流体的可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的浓度。例如，在一些实施方案中，基于低粒度注入流体的总重量，所述一种或多种助表面活性剂可具有在低粒度注入流体的0.001重量％至2.5重量％(例如0.001重量％至1.5重量％、0.001重量％至2重量％、0.001重量％至1重量％、0.001重量％至0.5重量％、0.01重量％至1.5重量％、0.1重量％至1.5重量％、0.5重量％至1.5重量％、0.5重量％至2.5重量％、0.5重量％至2重量％、1重量％至2.5重量％、0.1重量％至1重量％、0.1重量％至0.5重量％、0.2重量％至0.5重量％、0.05重量％至0.1重量％、0.05重量％至0.2重量％、0.05重量％至0.3重量％、0.05重量％至0.4重量％、0.1重量％至0.3重量％或0.05重量％至0.5重量％)内的浓度。
在一些实施方案中，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和一种或多种助表面活性剂可以至少1:1(例如，至少2:1、至少2.5:1、至少3:1、至少4:1、至少5:1、至少6:1、至少7:1、至少8:1或至少9:1)的本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)与一种或多种助表面活性剂的重量比存在于LPS注入流体、单相液体表面活性剂包或两者中。在一些实施方案中，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和一种或多种助表面活性剂可以10:1或更小(例如，9:1或更小、8:1或更小、7:1或更小、6:1或更小、5:1或更小、4:1或更小、3:1或更小、2.5:1或更小或者2:1或更小)的本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)与一种或多种助表面活性剂的重量比存在于LPS注入流体、单相液体表面活性剂包或两者中。
本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和一种或多种助表面活性剂可以在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的重量比存在于LPS注入流体、表面活性剂包或两者中。例如，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和一种或多种助表面活性剂可以1:1至10:1(例如，1:1至5:1、1:1至2:1、1:1至3:1、1:1至7:1、2:1至5:1、2:1至8:1或2:1至10:1)的本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)与一种或多种助表面活性剂的重量比存在于LPS注入流体、表面活性剂包或两者中。
在其他实施方案中，不存在所述一种或多种助表面活性剂(即，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)是存在于表面活性剂包中的唯一表面活性剂)。
在一些实施方案中，基于LPS注入流体的总重量，LPS注入流体中所有表面活性剂的总浓度(LPS注入流体中本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和所述一种或多种助表面活性剂的总浓度)可为至少0.01重量％(例如，至少0.02重量％、至少0.03重量％、至少0.04重量％、至少0.05重量％、至少0.06重量％、至少0.07重量％、至少0.08重量％、至少0.09重量％、至少0.1重量％、至少0.15重量％、至少0.2重量％、至少0.25重量％、至少0.3重量％、至少0.35重量％、至少0.4重量％、至少0.45重量％、至少0.5重量％、至少0.55重量％、至少0.6重量％、至少0.65重量％、至少0.7重量％、至少0.75重量％、至少0.8重量％、至少0.85重量％、至少0.9重量％、至少0.95重量％、至少1重量％、至少1.25重量％、至少1.5重量％、至少1.75重量％、至少2重量％、至少2.25重量％、至少2.5重量％、至少2.75重量％、至少3重量％、至少3.25重量％、至少3.5重量％、至少3.75重量％、至少4重量％、至少4.25重量％、至少4.5重量％或至少4.75重量％)。在一些实施方案中，基于LPS注入流体的总重量，LPS注入流体中所有表面活性剂的总浓度(LPS注入流体中本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和所述一种或多种助表面活性剂的总浓度)可为5重量％或更小(例如4.75重量％或更小、4.5重量％或更小、4.25重量％或更小、4重量％或更小、3.75重量％或更小、3.5重量％或更小、3.25重量％或更小、3重量％或更小、2.75重量％或更小、2.5重量％或更小、2.25重量％或更小、2重量％或更小、1.75重量％或更小、1.5重量％或更小、1.25重量％或更小、1重量％或更小、0.95重量％或更小、0.9重量％或更小、0.85重量％或更小、0.8重量％或更小、0.75重量％或更小、0.7重量％或更小、0.65重量％或更小、0.6重量％或更小、0.55重量％或更小、0.5重量％或更小、0.45重量％或更小、0.4重量％或更小、0.35重量％或更小、0.3重量％或更小、0.25重量％或更小、0.2重量％或更小、0.15重量％或更小、0.1重量％或更小、0.09重量％或更小、0.08重量％或更小、0.07重量％或更小、0.06重量％或更小、0.05％重量或更小、0.04％重量或更小、0.03％重量或更小或者0.02％重量或更小)。
LPS注入流体中所有表面活性剂的总浓度(LPS注入流体中本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和所述一种或多种助表面活性剂的总浓度)可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，LPS注入流体中所有表面活性剂的总浓度(LPS注入流体中本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和所述一种或多种助表面活性剂的总浓度)可为0.01重量％至5重量％(例如，0.01重量％至2.5重量％、0.01重量％至1重量％或0.01重量％至0.5重量％)。
在一些实施方案中，当将LPS注入流体注入到水平井中时，LPS注入流体中所有表面活性剂的总浓度(LPS注入流体中本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和所述一种或多种助表面活性剂的总浓度)可为0.01重量％至1.5重量％、0.01重量％至1重量％、0.1重量％至1重量％、0.1重量％至1.5重量％、0.5重量％至1重量％、0.5重量％至1.5重量％、1重量％至1.5重量％或0.01重量％至0.5重量％)。
在一些实施方案中，当将LPS注入流体注入到竖直井中时，LPS注入流体中所有表面活性剂的总浓度(LPS注入流体中本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和所述一种或多种助表面活性剂的总浓度)可为0.01重量％至5重量％、0.01重量％至1重量％、0.5重量％至5重量％、0.5重量％至2.5重量％、0.5重量％至1.5重量％、0.5重量％至1重量％、1重量％至5重量％、1重量％至2.5重量％或1重量％至1.5重量％)。
当存在时，所述一种或多种共溶剂可具有在低粒度注入流体的小于2％、小于1.5％、小于1％、小于0.5％、小于0.2％、小于0.1％、小于0.075％、小于0.05％或小于0.01％内的浓度。例如，基于低粒度注入流体的总重量，所述一种或多种共溶剂可具有在低粒度注入流体的0.001重量％至1.5重量％(例如0.001重量％至1重量％、0.001重量％至0.5重量％、0.01重量％至1.5重量％、0.1重量％至1.5重量％、0.5重量％至1.5重量％、0.1重量％至1重量％、0.1重量％至0.5重量％、0.2重量％至0.5重量％、0.05重量％至0.1重量％、0.05重量％至0.2重量％、0.05重量％至0.3重量％、0.05重量％至0.4重量％、0.1重量％至0.3重量％或0.05重量％至0.5重量％)内的浓度。
在表面活性剂包已经与水基注入流体组合后，LPS注入流体可为单相流体或可为乳液，这取决于注入流体内油的量。
在一些实施方案中，可将本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和所述一种或多种助表面活性剂加入到水基注入流体中以形成LPS注入流体。例如，本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和所述一种或多种助表面活性剂可作为表面活性剂包的组分预混合。另选地，可将本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和所述一种或多种助表面活性剂与水基注入流体分别组合(例如，顺序地加入水基注入流体)以形成LPS注入流体。在其他实施方案中，当在罐中制备滑溜水时，可将本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和/或所述一种或多种助表面活性剂分别或一起加入水基注入流体中。在一些实施方案中，可将本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)和所述一种或多种助表面活性剂与一种或多种附加组分混合，然后与水基注入流体组合。
可以选择存在于表面活性剂包(和最终LPS注入流体)中的一种或多种表面活性剂以提高烃采收率。具体地，所述一种或多种表面活性剂可通过以下方式来提高烃采收率：增加LPS注入流体在储层的温度和盐度下的水溶液稳定性、降低LPS注入流体与储层中的烃的界面张力(IFT)、改变(例如，增加或降低)储层的润湿性或它们的任何组合。
在一些实施方案中，表面活性剂包(和最终LPS注入流体)中的所述一种或多种表面活性剂可增加LPS注入流体在储层的温度和盐度下的水溶液稳定性。与缺乏水溶液稳定性的注入流体相比，稳定水溶液在注入时可进一步扩散到储层中。此外，因为所注入的化学品保持为可溶的稳定水溶液，所以稳定水溶液不会在地层内析出颗粒或相分离，在地层内析出颗粒或相分离可能妨碍或阻碍流体流动通过储层。因此，在储层条件下表现出水溶液稳定性的注入流体可在很大程度上避免与所注入的化学品析出相关的地层损害。这样，可通过表面活性剂包中的所述一种或多种表面活性剂促进烃采收。
在一些实施方案中，表面活性剂包(和最终LPS注入流体)中的所述一种或多种表面活性剂可降低LPS注入流体与储层中的烃的界面张力(IFT)。降低IFT可减小驱动水基注入流体进入地层基质中所需的压力。此外，降低IFT会减少采出过程中的水阻塞，从而促进烃从地层流入井筒(例如，促进烃通过裂缝回流到井筒)。这样，可通过表面活性剂包中的所述一种或多种表面活性剂促进烃采收。
在一些实施方案中，表面活性剂包(和最终LPS注入流体)中的所述一种或多种表面活性剂可改变储层的润湿性。具体地，在储层是油湿或混湿储层的实施方案中，表面活性剂包(和最终LPS注入流体)中的所述一种或多种表面活性剂可使得储层的水湿性更强。通过增加储层的水湿性，地层将所注入的水基注入流体吸入到地层基质中，从而导致烃从地层内的区域对应回流到裂缝。这样，可通过表面活性剂包中的所述一种或多种表面活性剂促进烃采收。
在一些实施方案中，所述一种或多种表面活性剂可通过以下方式来提高烃采收率：增加LPS注入流体在储层的温度和盐度下的水溶液稳定性以及降低LPS注入流体与储层中的烃的界面张力(IFT)。在一些实施方案中，所述一种或多种表面活性剂可通过以下方式来提高烃采收率：降低LPS注入流体与储层中的烃的界面张力(IFT)以及增加储层的可湿性。在一些实施方案中，所述一种或多种表面活性剂可通过以下方式来提高烃采收率：增加LPS注入流体在储层的温度和盐度下的水溶液稳定性以及增加储层的可湿性。在某些实施方案中，所述一种或多种表面活性剂可通过以下方式来提高烃采收率：增加LPS注入流体在储层的温度和盐度下的水溶液稳定性、降低LPS注入流体与储层中的烃的界面张力(IFT)以及改变储层的可湿性。
在一个实施方案中，通过动态光散射测定平均粒度分布来测试表面活性剂包。在特定的实施方案中，水基注入流体的平均粒度分布在添加单相液体表面活性剂包之后有所减小。在实施方案中，LPS注入流体(水基注入流体加上单相液体表面活性剂包)的粒度的平均粒径小于0.1微米。在一个实施方案中，当在特定的储层温度和盐度下测试时，LPS注入流体的平均直径小于0.1微米。在特定的实施方案中，LPS注入流体的粒度分布测量中的平均粒径小于非常规储层岩石基质的平均孔径。
在一些实施方案中，如本文所述的表面活性剂包可与一种或多种附加组分组合以形成发泡组合物。
在一些实施方案中，发泡组合物可包含酸。酸可包括本领域已知的任何合适的酸。在一些实施方案中，酸可包括强酸，诸如HCl。在其他实施方案中，酸可包括弱酸，诸如有机酸。
在一些实施方案中，发泡组合物可具有至少2(例如，至少2.5、至少3、至少3.5、至少4、至少4.5、至少5或至少5.5)的pH。在一些实施方案中，发泡组合物可具有6或更小(例如，5.5或更小、5或更小、4.5或更小、4或更小、3.5或更小、3或更小或者2.5或更小)的pH。
发泡组合物可具有在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的pH。例如，在一些实施方案中，发泡组合物可具有2至6(例如，2至5.5、2至4或2至3)的pH。
在一些实施方案中，发泡组合物可包含碱性试剂。
术语“碱性试剂”在本文中根据其常规含义使用，并且包括碱金属或碱土金属的碱性离子盐。如本文提供的碱性试剂通常能够与未精炼的石油酸(例如，原油(反应性油)中的酸)反应以原位形成皂(脂肪酸的表面活性剂盐)。这些原位形成的皂用作能够降低烃与水性组合物的界面张力的表面活性剂的来源。合适的碱性试剂的示例包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、硅酸钠、偏硼酸钠和EDTA的盐(例如EDTA四钠盐或EDTA四钾盐)。在一个实施方案中，碱性试剂是NaOH。在其他实施方案中，碱性试剂是Na2CO3。
在一些实施方案中，发泡组合物可具有至少8(例如，至少8.5、至少9、至少9.5、至少10、至少10.5、至少11或至少11.5)的pH。在一些实施方案中，发泡组合物可具有12或更小(例如，11.5或更小、11或更小、10.5或更小、10或更小、9.5或更小、9或更小或者8.5或更小)的pH。
发泡组合物可具有在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的pH。例如，在一些实施方案中，发泡组合物可具有8至12(例如，8.5至12、9至12、8.5至11.5、9至11.5、8.5至11或9至11)的pH。
在一些实施方案中，发泡组合物可包含共溶剂。合适的共溶剂包括醇，诸如低级碳链醇，诸如异丙醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、仲丁醇、正戊醇、仲戊醇、正己醇、仲己醇等；醇醚、聚亚烷基醇醚、聚亚烷基二醇、聚(氧化烯)二醇、聚(氧化烯)二醇醚、乙氧基化苯酚或任何其他常见有机共溶剂或任何两种或更多种共溶剂的组合。在一个实施方案中，共溶剂可包括直链或支链的烷基乙氧基化物(C1-C6)-XEOX＝1-30。在一些实施方案中，共溶剂可包括乙二醇丁基醚(EGBE)、二乙二醇单丁基醚(DGBE)、三乙二醇单丁基醚(TEGBE)、乙二醇二丁基醚(EGDE)、聚乙二醇单甲基醚(mPEG)或它们的任何组合。在一些实施方案中，共溶剂可以发泡组合物的总重量的0.1重量％至25重量％(例如0.1重量％至10重量％、1重量％至10重量％、5重量％至10重量％、1重量％至25重量％、5重量％至25重量％、10重量％至25重量％、1重量％至5重量％或0.5重量％至5重量％)的量存在于发泡组合物中。
在一些实施方案中，发泡组合物可包含粘度调节聚合物。粘度调节聚合物的示例是本领域已知的。合适的聚合物的示例包括生物聚合物诸如多糖。例如，多糖可以是黄原胶、硬葡聚糖、瓜尔胶、它们的混合物(例如，它们的任何改性型式诸如改性链)等。实际上，术语“它们的混合物”或“它们的组合”在本文中可包括“它们的改性型式”。合适的合成聚合物的示例包括聚丙烯酰胺。合适的聚合物的示例包括合成聚合物，诸如部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM或PHPA)和疏水改性的缔合聚合物(AP)。还包括聚丙烯酰胺(PAM)与以下中的一者或两者的共聚物：通常被称为AMPS(还更一般地被称为丙烯酰胺基叔丁基磺酸或ATBS)的2-丙烯酰胺基2-甲基丙烷磺酸(和/或钠盐)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)，并且基于NVP的合成物可以是单一聚合物、共聚物或三元共聚物。在一个实施方案中，合成聚合物是聚丙烯酸(PAA)。在一个实施方案中，合成聚合物是聚乙烯醇(PVA)。共聚物可由上述任何组合或混合物，例如NVP和ATBS的组合制成。在某些实施方案中，粘度调节聚合物可包括未交联的聚合物。在一些实施方案中，粘度调节聚合物可以发泡组合物的总重量的0.1重量％至25重量％(例如0.1重量％至10重量％、1重量％至10重量％、5重量％至10重量％、1重量％至25重量％、5重量％至25重量％、10重量％至25重量％、1重量％至5重量％或0.5重量％至5重量％)的量存在于发泡组合物中。
在一些实施方案中，发泡组合物还可包含泡沫稳定剂。泡沫稳定剂是本领域已知的，并且包括例如交联剂、颗粒稳定剂以及它们的组合。
在一些实施方案中，发泡组合物还可包含交联剂，诸如硼酸盐交联剂、Zr交联剂、Ti交联剂、Al交联剂、有机交联剂或它们的任何组合。当存在时，粘度调节聚合物和交联剂可以20:1至100:1的重量比存在。
在一些实施方案中，发泡组合物还可包含颗粒稳定剂(例如，纳米颗粒或微粒)。合适的纳米颗粒和微粒的示例是本领域已知的，并且包括例如氧化镍、氧化铝、(表面改性的)二氧化硅、硅酸盐、氧化铁(Fe3O4)、氧化钛、氧化铝上的浸渍镍、合成粘土、天然粘土、硫化锌铁、磁铁矿、辛酸铁或它们的任何组合。合适的纳米粒子的其他示例描述于例如美国专利10,266,750中，该专利据此全文以引用方式并入。
在一些实施方案中，发泡组合物还可包含破裂剂。在某些实施方案中，步骤(c)中的时间段包括有效允许发泡组合物破裂的时间段。
在另一方面，可将如本文所述的表面活性剂包配制成还包含硼酸盐-酸缓冲剂的注入组合物。在一些实施方案中，组合物可包含硼酸盐-酸缓冲剂、表面活性剂包和水。在一些实施方案中，组合物可包含硼酸盐-酸缓冲剂、表面活性剂包、聚合物和水。
用于形成水性注入组合物的水可包括任何类型的经处理的或未经处理的水，并且其盐含量可以变化。例如，水可包括海水、微咸水、淡水、返排水或采出水、废水(例如，收回水或循环水)、河水、湖水或池塘水、含水层水、盐水(例如，储层或合成盐水)或它们的任何组合。
在一些实施方案中，水可包括硬水或硬盐水。硬水或硬盐水包含选自Ca2+、Mg2+、Sr2 +、Ba2+以及它们的组合的二价金属离子。在某些实施方案中，硬水或硬盐水可包含至少10ppm、至少100ppm、至少500ppm、至少1,000ppm、至少5,000ppm或至少10,000ppm的选自Ca2 +、Mg2+、Sr2+、Ba2+以及它们的组合的二价金属离子。在某些示例中，硬水或硬盐水可包含100ppm至25,000ppm的选自Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+以及它们的组合的二价金属离子。
硼酸盐-酸缓冲剂用于缓冲注入组合物的pH。可将组合物缓冲，使得向缓冲的组合物中加入最小量的酸或碱基本上不会影响组合物的pH。在一些实施方案中，硼酸盐-酸缓冲剂可表现出在至少6的pH(例如，至少6.25的pH、至少6.5的pH、至少6.75的pH、至少7的pH、至少7.25的pH、至少7.5的pH、至少7.75的pH、至少8的pH或至少8.25的pH)下缓冲的能力。在一些实施方案中，硼酸盐-酸缓冲剂可表现出在8.5或更低的pH(例如8.25或更低的pH、8或更低的pH、7.75或更低的pH、7.5或更低的pH、7.25或更低的pH、7或更低的pH、6.75或更低的pH、6.5或更低的pH或者6.25或更低的pH)下缓冲的能力。
硼酸盐-酸缓冲剂可表现出在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的pH下缓冲的能力。例如，硼酸盐-酸缓冲剂可表现出在6至8.5(例如，6.5至7.5、6至7.5、6.5至7或6至7)的pH下缓冲的能力。
在某些实施方案中，硼酸盐-酸缓冲剂可表现出在低于8的pH下缓冲的能力。在某些实施方案中，硼酸盐-酸缓冲剂可表现出在低于7的pH下缓冲的能力。
在一些情况下，硼酸盐-酸缓冲剂可表现出在低于地层的零电荷点的pH下缓冲的能力，组合物将作为油气操作的一部分注入到该地层中。
在一些实施方案中，注入组合物可具有至少5,000ppm的盐度。在其他实施方案中，注入组合物具有至少50,000ppm的盐度。在其他实施方案中，注入组合物具有至少100,000ppm的盐度。在其他实施方案中，注入组合物具有至少250,000ppm的盐度。盐度的总范围(盐水中的总溶解固体)为100ppm至饱和盐水(约260,000ppm)。
在一些实施方案中，注入组合物可具有至少20℃(例如，至少30℃、至少40℃、至少50℃、至少60℃、至少70℃、至少80℃、至少90℃、至少100℃或至少110℃)的温度。注入组合物可具有120℃或更低(例如，110℃或更低、100℃或更低、90℃或更低、80℃或更低、70℃或更低、60℃或更低、50℃或更低、40℃或更低或者30℃或更低)的温度。在一些实施方案中，注入组合物可具有高于120℃的温度。
注入组合物可具有在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的温度。例如，注入组合物可具有20℃至120℃(例如，50℃至120℃、60℃至120℃、70℃至120℃、50℃至100℃、80℃至100℃或80℃至120℃)的温度。
在一些实施方案中，注入组合物可具有在20℃下20mPas至100mPas之间的粘度。通过包含水溶性聚合物，注入溶液的粘度可从0.3mPas增加至1mPas、2mPas、10mPas、20mPas、100mPas或甚至1000mPas。利用气体(例如，生泡气体)作为水溶性聚合物的替代物可增加注入组合物的表观粘度。
本文所述的注入组合物可包含硼酸盐-酸缓冲剂。
在一些实施方案中，硼酸盐-酸缓冲剂可包含硼酸盐化合物和酸的共轭碱。
可使用各种合适的硼化合物。硼化合物的示例包括硼砂十水四硼酸纳(Na2B4O7.10H2O)、五水硼砂(Na2B4O7.5H2O)、四水硼砂(Na2B4O7.4H2O)、一水硼砂(Na2O.2B2O3.H2O)、四水合偏硼酸钠(NaBO2.4H2O或Na2O.B2O3.8H2O)、二水合偏硼酸钠(NaBO2.2H2O或Na2O.B2O3.4H2O)、七水硼砂(2Na2O.5.1B2O3.7H2O)、Auger硼酸钠/七水硼钠石(2Na2O.5B2O3.5H2O)、五硼酸钠(Na2O.5B2O3.10H2O)、偏硼酸钾(K2O.B2O3.2.5H2O)、四硼酸钾(K2O.2B2O3.8H2O或4H2O)、Auger五硼酸钾(2K2O.5B2O3.5H2O)、五硼酸钾(K2O.5B2O3.8H2O)、八水合偏硼酸锂(LiBO2.8H2O或Li2O.B2O3.16H2O)、三水合四硼酸锂(Li2O.2B2O3.3H2O)、五硼酸锂(Li2O.5B2O3.10H2O)、二硼酸铷(Rb2O.2B2O3.5H2O)、五硼酸铷(Rb2O.5B2O3.8H2O)、偏硼酸铷(Rb2O.B2O3.3H2O)、偏硼酸铯(Cs2O.B2O3.7H2O)、二硼酸铯(Cs2O.2B2O3.5H2O)、五硼酸铯(Cs2O.5B2O3.8H2O)、硼酸氢铵((NH4)2.2B2O3.4H2O)、五硼酸铵((NH4)2O.5B2O3.8H2O)、硼铵石(可能为(NH4)2O.5B2O3.4H2O)、水铵硼石((NH4)2O.5B2O3.51/3H2O)、四水硼砂(斜方硼砂)(Na2B4O2.4H2O)、五水硼砂(八面硼砂)(Na2B4O7.5H2O)、硼砂(粗硼砂)(Na2B4O7.10H2O)、三水硼钠石(Na2B10O16.10H2O)、意水硼钠石(Na4B10O17.7H2O)、基性硼钠钙石(硼钠钙石)(NaCaB5O9.5H2O)、钠硼解石(硼酸方解石、硼钙钠石)(NaCaB5O9.8H2O)、四水硼钙石(CaB6O10.4H2O)、戈硼钙石(CaB6O10.5H2O)、水硼钙石(Ca2B4O8.7H2O)、硬硼钙石(Ca2B6O11.5H2O)、三斜硼钙石(Ca2B6O11.7H2O)、板硼钙石(Ca2B6O11.13H2O)、白硼钙石{(硬硼钙石)(水硼钙石)}(Ca4B10O19.7H2O)、多水硼钙石(Ca4B10O19.20H2O)、基性硼钙石(Ca2B14O23.8H2O)、柱硼镁石(MgB2O4.3H2O)、水硼镁石(MgB8O13.4H2O)、富水镁硼石(Mg2B6O11.15H2O)、多水硼镁石(富水镁硼石)(单斜晶体的)(Mg2B6O11.15H2O)、斜方水硼镁石(Mg3B10O18.41/2H2O)、水硼钙石(CaMgB6O11.6H2O)、变水方硼石(CaMgB6O11.11H2O)、硼钾镁石(钾硼镁石)(KMg2B11O19.9H2O)、硼铵石((NH4)2B10O16.4H2O)、水铵硼石((NH4)2B10O1651/3H2O)、水硼锶石(SrB6O10.2H2O)、副水硼锶石((Sr,Ca)B6O10.2H2O)、氯硼钠石(Na2B2O4.2Na2Cl.4H2O)、氯硼铜石(CuB2O4.CuCl2.4H2O)、水氯硼钙石(单斜层)(3Ca2B6O11.2CaCl2.4H2O)、副水氯硼钙石(三斜晶系)(3Ca2B6O11.2CaCl2.4H2O)、方硼石(Mg5B14O26MgCl2)、氟硼镁石(Mg3(BO3)(F,OH)3)、硼铍石(Be2(BO3)(OH))、硼锰矿((Mn,Zn)(BO2)(OH))、(硼镁矿硼镁石)(Mg(BO2)(OH))、硼矿石(Mg(BO2)(OH))、硼锰钙石((Mn,Mg,Zn)Ca(BO2)2(OH)2)、磷硼锰石(Mn3(PO4)(BO3).3H2O)、水镁锰矿(Mn4B2O5(OH,Cl)4)、硼磷镁石(Mg3B2(OH)6(PO4)2.6H2O)、水砷硼钙石(Ca2B(OH)4(AsO4))、硫硼镁石(Mg6H4(BO3)4(SO4)2.7H2O)、水氟硼石(H6Na2Ca3Al4F5B6O20)、硼酸、天然硼酸(H3BO3)、硼酸铝石(硼铝石)(AlBO3)、粒镁硼石(Mg3(BO3)2)、硼锡钙石(CaSn(BO3)2)、硼锂铍矿、硼镁钛矿((Mg,Fe)3TiB2O6)、硼镁铁矿(含铁硼镁铁矿、硼铁矿)((Mg,FeII)2FeIIIBO5)、硼铁矿((FeII,Mg)2FeIIIBO5)、硼镁锰矿(Mg3MnIIMn2 IIIB2O10)、斧石(2Al2O3.2(Fe,Mn)O.4CaO.H2O.B2O38SiO2)、纤硼钙石、赛黄晶(CaO.B2O3.2SiO2)、硅灰硼石(2CaO.H2O.B2O3.SiO2)、蓝线石(8Al2O3.H2OB2O3.6SiO2)、硅硼镁铝矿(11(Al,Fe,B)2O3.7(Mg,Fe,Ca)O.2(H,Na,K)2O.7SiO2)、硅硼钙铁矿(2CaO.FeO.B2O3.2SiO2)、硅硼钙石(4CaO.5H2O.5B2O3.2SiO2)、硼硅钡铅矿(16(Pb,Ba,Ca)O.F.2B2O3.24H2O)、钠柱晶石、硅硼锂铝石(7Al2O3.2Li2O.12H2O.2B2O3.6SiO2)、假蓝宝石、水硅硼钠石(Na2O.2H2O.B2O3.4SiO2)、蓝硅硼钙石(3Al2O3.2Ca.4MgO.B2O3.4SiO2)以及它们的任何组合。
在某些实施方案中，硼化合物可包括偏硼酸盐或硼砂。在某些实施方案中，硼化合物可包括四硼酸钠、四硼酸钙、硼酸钠、偏硼酸钠或它们的任何组合。在实施方案中，硼化合物包括偏硼酸钠。如本文提供的术语“偏硼酸钠”是指具有化学式NaBO24H2O的硼酸盐，并且在惯常意义上是指CAS登记号10555-76-7。在实施方案中，硼化合物包括硼砂。其他合适的化合物包括例如硼酸钡或硼酸锌。
酸可包括任何合适的酸。例如，酸可包括乙酸、柠檬酸、硼酸、酒石酸、盐酸、琥珀酸或它们的任何组合。在一些实施方案中，酸可包括有机酸。在一些实施方案中，酸的共轭碱包括二价金属离子(例如Mg2+或Ca2+)的螯合剂。
在一些实施方案中，酸的共轭碱包含两个或更多个杂原子(例如，两个或更多个氧原子)。在某些实施方案中，共轭碱包含一个或多个羧酸根部分。例如，共轭碱可包括乙酸盐、柠檬酸盐、酒石酸盐、琥珀酸盐或它们的任何组合。
硼酸盐化合物和有机酸的共轭碱可以1:1至5:1(例如，1:1至3:1、2:1至5:1、1:1至4:1或1:1至2:1)的重量比存在。
在一些实施方案中，硼酸盐-酸缓冲剂可包含两种或更多种不同的硼酸盐化合物、两种或更多种不同酸的共轭碱或者它们的任何组合。作为例证，硼酸盐-酸缓冲剂可通过将两种或更多种硼酸盐化合物与酸混合，将硼酸盐化合物与两种或更多种酸混合，或将两种或更多种硼酸盐化合物与两种或更多种酸混合来制备。
在一些实施方案中，硼酸盐-酸缓冲剂包含硼酸盐化合物、第一酸的共轭碱和第二酸的共轭碱。在一些情况下，第一酸包括乙酸。在一些情况下，第二酸包括其共轭碱在水性组合物中的溶解度比乙酸盐低的酸。例如，第二酸可包括柠檬酸。
在一些实施方案中，硼酸盐-酸缓冲剂可包含第一硼酸盐化合物、第二硼酸盐化合物和酸的共轭碱。
本领域的普通技术人员将认识到，上述硼酸盐-酸缓冲剂同样可通过将硼酸与碱组合而形成。
例如，硼酸盐-酸缓冲剂可通过将硼酸与诸如以下的碱组合来形成：乙酸盐(例如，乙酸钠、乙酸钾)、柠檬酸盐(例如，柠檬酸钠、柠檬酸钾)、酒石酸盐(例如，酒石酸钠、酒石酸钾、酒石酸钠钾、酒石酸氢钾)、氢氧化物盐(例如，氢氧化钠、氢氧化钾)、琥珀酸盐(例如，琥珀酸钠、琥珀酸钾)或它们的任何组合。
在这些示例中，碱可形成共轭酸，该共轭酸包括二价金属离子的螯合剂。在一些情况下，共轭酸可包含两个或更多个杂原子(例如，两个或更多个氧原子)。在某些情况下，共轭酸可包含一个或多个羧酸根部分。
基于注入组合物的总重量，硼酸盐-酸缓冲剂可具有在注入组合物的至少0.01重量％(例如，至少0.02重量％、至少0.03重量％、至少0.04重量％、至少0.05重量％、至少0.06重量％、至少0.07重量％、至少0.08重量％、至少0.09重量％、至少0.1重量％、至少0.15重量％、至少0.2重量％、至少0.25重量％、至少0.3重量％、至少0.35重量％、至少0.4重量％、至少0.45重量％、至少0.5重量％、至少0.55重量％、至少0.6重量％、至少0.65重量％、至少0.7重量％、至少0.75重量％、至少0.8重量％、至少0.85重量％、至少0.9重量％、至少0.95重量％、至少1重量％、至少1.25重量％、至少1.5重量％、至少1.75重量％、至少2重量％、至少2.5重量％、至少3重量％、至少3.5重量％、至少4重量％或至少4.5重量％)内的浓度。基于注入组合物的总重量，硼酸盐-酸缓冲剂可具有在注入组合物的5重量％或更小(例如4.5重量％或更小、4重量％或更小、3.5重量％或更小、3重量％或更小、2.5重量％或更小、2重量％或更小、1.75重量％或更小、1.5重量％或更小、1.25重量％或更小、1重量％或更小、0.95重量％或更小、0.9重量％或更小、0.85重量％或更小、0.8重量％或更小、0.75重量％或更小、0.7重量％或更小、0.65重量％或更小、0.6重量％或更小、0.55重量％或更小、0.5重量％或更小、0.45重量％或更小、0.4重量％或更小、0.35重量％或更小、0.3重量％或更小、0.25重量％或更小、0.2重量％或更小、0.15重量％或更小、0.1重量％或更小、0.09重量％或更小、0.08重量％或更小、0.07重量％或更小、0.06重量％或更小、0.05％重量或更小、0.04％重量或更小、0.03％重量或更小或者0.02％重量或更小)内的浓度。
硼酸盐-酸缓冲剂可具有在注入组合物的上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的浓度。例如，在一些实施方案中，基于注入组合物的总重量，硼酸盐-酸缓冲剂可具有在注入组合物的0.01重量％至5重量％(例如，0.01重量％至2.5重量％、0.01重量％至2重量％、0.05重量％至5重量％、0.05重量％至2.5重量％、0.05重量％至1重量％或者0.05重量％至0.5重量％)内的浓度。
在一些实施方案中，注入组合物还可包含聚合物，例如增粘水溶性聚合物。在一些实施方案中，水溶性聚合物可以是生物聚合物诸如黄原胶或硬葡聚糖；合成聚合物诸如聚丙烯酰胺、水解的聚丙烯酰胺或丙烯酰胺与丙烯酸的共聚物、2-丙烯酰胺基2-甲基丙烷磺酸盐或N-乙烯基吡咯烷酮；合成聚合物诸如聚环氧乙烷；或可溶于水或盐水的任何其他高分子量聚合物。在一些实施方案中，聚合物是聚丙烯酰胺(PAM)、部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸或钠盐或它们的混合物与聚丙烯酰胺(PAM)的共聚物(通常被称为AMPS共聚物)或它们的共聚物的混合物。在一个实施方案中，增粘水溶性聚合物是聚丙烯酰胺或聚丙烯酰胺的共聚物。在一个实施方案中，增粘水溶性聚合物是部分(例如20％、25％、30％、35％、40％、45％)水解的阴离子聚丙烯酰胺。聚合物的分子量可在约10,000道尔顿至约20,000,000道尔顿的范围内。在一些实施方案中，(例如，为了在储层温度和压力条件下匹配或超过储层油粘度)增粘水溶性聚合物以约100ppm至约5000ppm，诸如约1000ppm至2000ppm范围内的浓度使用。聚合物可以是粉末聚合物、液体聚合物或乳液聚合物。
聚合物的一些示例论述于以下专利中：美国专利9,909,053(案卷号T-9845A)、美国专利9,896,617(案卷号T-9845B)、美国专利9,902,894(案卷号T-9845C)、美国专利9,902,895(案卷号T-9846)、美国专利申请公布2017/0158947、美国专利申请公布2017/0158948和美国专利申请公布2018/0155505，这些专利中的每一篇专利全文以引用方式并入。聚合物的更多示例可见于Dwarakanath等人，“Permeability Reduction Due to useof Liquid Polymers and Development of Remediation Options”，SPE 179657，SPE IORSymposium in Tulsa，2016，该专利全文以引用方式并入。
在一些实施方案中，注入组合物还可包含共溶剂。合适的共溶剂包括醇，诸如低级碳链醇，诸如异丙醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、仲丁醇、正戊醇、仲戊醇、正己醇、仲己醇等；醇醚、聚亚烷基醇醚、聚亚烷基二醇、聚(氧化烯)二醇、聚(氧化烯)二醇醚、乙氧基化苯酚或任何其他常见有机共溶剂或任何两种或更多种共溶剂的组合。在一个实施方案中，共溶剂可包括直链或支链的烷基乙氧基化物(C1-C6)-XEO X＝1-30。在一些实施方案中，共溶剂可包括乙二醇丁基醚(EGBE)、二乙二醇单丁基醚(DGBE)、三乙二醇单丁基醚(TEGBE)、乙二醇二丁基醚(EGDE)、聚乙二醇单甲基醚(mPEG)或它们的任何组合。
本文提供的注入组合物可包含多于一种共溶剂。因此，在实施方案中，注入组合物包含多种不同的共溶剂。在注入组合物包含多种不同的共溶剂的情况下，不同的共溶剂可通过它们的化学(结构)特性来区分。例如，注入组合物可包含第一共溶剂、第二共溶剂和第三共溶剂，其中第一共溶剂的化学特性不同于第二共溶剂和第三共溶剂，并且第二共溶剂的化学特性不同于第三共溶剂。在实施方案中，所述多种不同的共溶剂包括至少两种不同的醇(例如，C1-C6醇和C1-C4醇)。在实施方案中，水性组合物包含C1-C6醇和C1-C4醇。在实施方案中，所述多种不同的共溶剂包括至少两种不同的烷氧基醇(例如，C1-C6烷氧基醇和C1-C4烷氧基醇)。在实施方案中，注入组合物包含C1-C6烷氧基醇和C1-C4烷氧基醇。在实施方案中，所述多种不同的共溶剂包括选自醇、烷基烷氧基醇和苯基烷氧基醇的至少两种共溶剂。例如，所述多种不同的共溶剂可包括醇和烷基烷氧基醇；醇和苯基烷氧基醇；或醇、烷基烷氧基醇和苯基烷氧基醇。本文提供的烷基烷氧基醇或苯基烷氧基醇具有疏水部分(烷基或芳基链)、亲水部分(例如，醇)和任选的烷氧基(乙氧基化物或丙氧基化物)部分。因此，在实施方案中，共溶剂是醇、烷氧基醇、二醇醚、二醇或甘油。合适的共溶剂是本领域中已知的，并且包括例如美国专利申请公布2013/0281327中描述的助表面活性剂，该专利据此全文并入本文。
基于水性组合物的总重量，共溶剂可具有在注入组合物的至少0.01重量％(例如，至少0.02重量％、至少0.03重量％、至少0.04重量％、至少0.05重量％、至少0.06重量％、至少0.07重量％、至少0.08重量％、至少0.09重量％、至少0.1重量％、至少0.15重量％、至少0.2重量％、至少0.25重量％、至少0.3重量％、至少0.35重量％、至少0.4重量％、至少0.45重量％、至少0.5重量％、至少0.55重量％、至少0.6重量％、至少0.65重量％、至少0.7重量％、至少0.75重量％、至少0.8重量％、至少0.85重量％、至少0.9重量％、至少0.95重量％、至少1重量％、至少1.25重量％、至少1.5重量％、至少1.75重量％、至少2重量％、至少2.5重量％、至少3重量％、至少3.5重量％、至少4重量％或至少4.5重量％)内的浓度。在一些实施方案中，基于注入组合物的总重量，共溶剂可具有在水性组合物的5重量％或更小(例如4.5重量％或更小、4重量％或更小、3.5重量％或更小、3重量％或更小、2.5重量％或更小、2重量％或更小、1.75重量％或更小、1.5重量％或更小、1.25重量％或更小、1重量％或更小、0.95重量％或更小、0.9重量％或更小、0.85重量％或更小、0.8重量％或更小、0.75重量％或更小、0.7重量％或更小、0.65重量％或更小、0.6重量％或更小、0.55重量％或更小、0.5重量％或更小、0.45重量％或更小、0.4重量％或更小、0.35重量％或更小、0.3重量％或更小、0.25重量％或更小、0.2重量％或更小、0.15重量％或更小、0.1重量％或更小、0.09重量％或更小、0.08重量％或更小、0.07重量％或更小、0.06重量％或更小、0.05％重量或更小、0.04％重量或更小、0.03％重量或更小或者0.02％重量或更小)内的浓度。
共溶剂可具有在注入组合物的上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的浓度。例如，在一些实施方案中，基于注入组合物的总重量，共溶剂可具有在注入组合物的0.01重量％至5重量％(例如，0.01重量％至2.5重量％、0.05重量％至5重量％、0.05重量％至2.5重量％、0.05重量％至1重量％或者0.05重量％至0.5重量％)内的浓度。
任选地，注入组合物还可包含用于油气操作的附加组分，诸如聚合物、减摩剂、胶凝剂、交联剂、破裂剂、pH调节剂、非乳化剂、铁控制剂、腐蚀抑制剂、阻垢剂、流动性控制剂、杀生物剂、粘土稳定剂、螯合剂、支撑剂、润湿性改变化学品或它们的任何组合。
在一些实施方案中，注入组合物还可包含气体。例如，气体可与水性组合物组合以通过减少固体材料(例如岩石)的孔中的液体流动来降低其流动性。在一些实施方案中，气体可以是超临界二氧化碳、氮气、天然气或这些气体和其他气体的混合物。
使用方法
还提供了在油气操作中使用本文所述的多阴离子表面活性剂和表面活性剂的混合物的方法。油气操作可包括例如提高油采收率(EOR)操作(例如，改进油采收率(IOR)操作、表面活性剂(S)驱操作、碱-表面活性剂(AS)驱操作、表面活性剂-聚合物(SP)驱操作、碱-表面活性剂-聚合物(ASP)驱操作、一致性控制操作或它们的任何组合)、水力压裂操作、井筒清污操作、增产操作或它们的任何组合。在某些示例中，本文所述的表面活性剂组合物可用作注入流体，用作注入流体的组分，用作水力压裂流体，或用作水力压裂流体的组分。
例如，本文提供了处理地下地层的方法，该方法包括将包含水和表面活性剂包的水性流体通过井筒引入到地下地层中。表面活性剂包可包含本文所述的一种或多种多阴离子表面活性剂(或表面活性剂混合物)。地下地层可以是海底储层和/或地下储层。
在一些实施方案中，本文所述的组合物可用于非常规地下地层中的处理操作。例如，本文所述的水性组合物(注入组合物)可用作完井和/或压裂操作的一部分。因此，处理地下地层的方法可包括压裂操作。例如，该方法可包括在足够的压力下将水性流体通过井筒注入到地下地层中，以在与井筒流体连通的地下地层的岩石基质中形成或延长至少一条裂缝。
在某些实施方案中，压裂操作可包括将本文所述的表面活性剂包与一种或多种附加组分组合以形成注入组合物；以及在足够的压力并在足够的速率下将该注入组合物通过井筒注入到非常规地下地层中，以压裂非常规地下地层。在一些实施方案中，井筒是与水力压裂井相关的水力压裂井筒，例如，该井筒可仅具有基本上竖直的部分，或具有基本上竖直的部分和在基本上竖直的部分下方的基本上水平的部分。在一些实施方案中，可在新井(例如，先前未压裂的井)中执行压裂操作。在其他实施方案中，注入组合物可用于现有井中的压裂操作(例如，在重复压裂操作中)。
在一些实施方案中，该方法可包括在非常规地下地层的邻近新井筒的区域上执行压裂操作。在一些实施方案中，该方法可包括在非常规地下地层的邻近现有井筒的区域上执行压裂操作。在一些实施方案中，该方法可包括在非常规地下地层的邻近新井筒的先前压裂的区域上执行重复压裂操作。在一些实施方案中，该方法可包括在非常规地下地层的邻近现有井筒的先前压裂的区域上执行重复压裂操作。在一些实施方案中，该方法可包括在非常规地下地层的邻近新井筒(例如，加密井)的天然压裂的区域上执行压裂操作。在一些实施方案中，该方法可包括在非常规地下地层的邻近现有井筒的天然压裂的区域上执行压裂操作。
在压裂方法包括重复压裂方法的情况下，非常规储层的先前压裂的区域可能已经通过任何合适类型的压裂操作被压裂。例如，压裂操作可包括水力压裂；诸如美国专利9,890,627(代理人案卷号T-9622A)、美国专利9,840,898(代理人案卷号T-9622B)、美国专利公布2018/0202273(代理人案卷号T-9622A-CIP)中所述使用电极的压裂；或用任何其他可用的设备或方法压裂。在一些实施方案中，压裂操作还可包括在将注入组合物通过井筒引入到非常规地下地层中之前将示踪剂加入注入组合物中；从通过井筒从非常规地下地层采出的流体、从与非常规地下地层流体连通的不同井筒采收的流体或它们的任何组合中采收示踪剂；以及将从所采出的流体采收的示踪剂的量与引入注入组合物的示踪剂的量进行比较。示踪剂可包括支撑剂示踪剂、油示踪剂、水示踪剂或它们的任何组合。示例性示踪剂是本领域已知的，并且描述于例如美国专利9,914,872和Ashish Kumar等人，DiagnosingFracture-Wellbore Connectivity Using Chemical Tracer Flowback Data，URTeC2902023，2018年7月23-25日，第1-10页，Texas，USA中。
可以在整个压裂操作中的不同点使用注入组合物。例如，本文所述的注入组合物可在压裂过程的前半部分、中间部分或最后部分或在整个压裂过程中用作注入流体。在一些实施方案中，压裂过程可包括多个阶段和/或子阶段。例如，压裂过程可涉及在不同阶段中顺序注入流体，其中各阶段中的每个阶段采用不同的水基注入流体体系(例如，具有不同的特性诸如粘度、化学组成等)。这种类型的示例性压裂过程描述于例如美国专利申请公布2009/0044945和2015/0083420中，这些专利中的每篇专利全文以引用方式并入本文。
在这些实施方案中，本文所述的注入组合物可在各阶段和/或子阶段中的任何或所有阶段和/或子阶段期间(任选地与附加组分一起)用作注入流体。各阶段和/或子阶段可采用多种水基注入流体体系，包括线性凝胶、交联凝胶和减摩水。线性凝胶压裂流体用水性基体中的许多不同的聚合物配制。通常用于配制这些线性凝胶的聚合物包括瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶(HPG)、羧甲基HPG(CMHPG)和羟乙基纤维素(HEC)。交联的凝胶压裂流体利用例如硼酸根离子使水合聚合物交联并提供增加的粘度。这些流体中最常用的聚合物是瓜尔胶和HPG。通过使用硼酸盐获得的交联是可逆的，并且通过改变流体体系的pH来触发。硼酸盐流体中交联的可逆特征有助于其更有效地清除，从而导致良好的恢复渗透性和传导性。可将本文所述的表面活性剂包加入这些水基注入流体体系中的任何水基注入流体体系。
在一些实施方案中，本文所述的表面活性剂包可与一种或多种附加组分在连续工艺中组合以形成本文所述的注入组合物(其随后被注入)。在其他实施方案中，可将表面活性剂包间歇地加入一种或多种附加组分中，从而仅在处理操作的期望部分期间(例如，在压裂操作的一个或多个步骤或阶段期间)提供注入组合物。例如，可以在注入滑溜水时、在注入压裂流体与支撑剂时、在酸洗期间或在它们的任何组合期间添加表面活性剂包。在一个特定的实施方案中，在酸注入之后将表面活性剂包连续加入所述一种或多种附加组分中，直到完成水力压裂并完成流体回流。当间歇投配时，例如，可每小时一次、每2小时一次、每4小时一次、每5小时一次、每6小时一次、每天两次、每天一次或每隔一天一次将表面活性剂包加入所述一种或多种附加组分中。在一些实施方案中，当用于压裂操作时，基于注入组合物的总重量，注入组合物可具有0.01重量％至1重量％的总表面活性剂浓度。
在一些实施方案中，本文所述的注入组合物可用作储层增产操作的一部分。在此类操作中，可注入流体以改变地层内现有裂缝的可湿性(通过在地层内形成新裂缝和/或延长地层内现有裂缝而不进一步显著压裂地层)。在此类增产操作中，不使用支撑剂，并且流体注入通常在较低压力下发生。
在一些情况下，现有裂缝可以是地层内存在的天然存在的裂缝。例如，在一些实施方案中，地层可包含天然压裂的碳酸盐或天然压裂的砂岩。可使用本领域已知的标准方法来评估地下地层内是否存在天然存在的裂缝，这些方法包括地震测量、地质学、露头、岩心、测井、储层表征(包括制备网格)等。
在一些实施方案中，用流体使地下地层增产的方法可包括将如本文所述的水性组合物(注入组合物)通过井筒引入到地下地层中；使注入组合物吸入到地下地层的岩石基质中保持一段时间；以及通过井筒从地下地层采出流体。注入流体可包含如本文所述的表面活性剂包和一种或多种附加组分。在这些方法中，同一井筒可用于引入注入组合物和从地下地层采出流体两者，可使用同一井筒。在一些实施方案中，注入组合物的引入可增加烃从同一井筒、从与地下地层流体连通的不同井筒或它们的任何组合采出。
在一些实施方案中，增产操作还可包括制备注入组合物。例如，在一些实施方案中，增产操作还可包括将本文所述的表面活性剂包与一种或多种附加组分组合以形成注入组合物。
在一些实施方案中，当用于增产操作时，基于注入组合物的总重量，注入组合物可具有0.2重量％至5重量％的总表面活性剂浓度。
在一些实施方案中，将如本文所述的注入组合物通过井筒引入到地下地层中可包括在足够的压力并在足够的速率下将注入组合物通过井筒注入到地下地层中，以刺激烃从地下地层中天然存在的裂缝产出。
根据岩石基质的性质，可以使如本文所述的注入组合物与地下地层的岩石基质接触(例如，吸收到岩石基质中)不同的时间段。吸入可在引入步骤期间、在引入步骤和采出步骤之间或它们的任何组合发生。在一些示例中，可允许注入组合物吸入到地下地层的岩石基质中达至少一天(例如，至少两天、至少三天、至少四天、至少五天、至少六天、至少一周、至少两周、至少三周、至少一个月、至少两个月、至少三个月、至少四个月或至少五个月)。在一些示例中，可允许注入组合物吸入到地下地层的岩石基质中达六个月或更短(例如，五个月或更短、四个月或更短、三个月或更短、两个月或更短、一个月或更短、三周或更短、两周或更短、一周或更短、六天或更短、五天或更短、四天或更短、三天或更短或者两天或更短)的时间。
在一些实施方案中，用于增产操作的井筒可仅具有基本上竖直的部分，或具有基本上竖直的部分和在基本上竖直的部分下方的基本上水平的部分。
在一些实施方案中，本文所述的增产方法可包括使地下地层的邻近新井筒(例如，加密井)的天然压裂的区域增产。在一些实施方案中，本文所述的增产方法可包括使地下地层的邻近现有井筒的天然压裂的区域增产。
在一些实施方案中，本文所述的增产方法可包括使地下地层的邻近新井筒(例如，加密井)的先前压裂的或先前重复压裂的区域增产。在一些实施方案中，本文所述的增产方法可包括使地下地层的邻近现有井筒的先前压裂的或先前重复压裂的区域增产。
先前的重复压裂操作可包括水力压裂；诸如美国专利9,890,627(代理人案卷号T-9622A)、美国专利9,840,898(代理人案卷号T-9622B)、美国专利公布2018/0202273(代理人案卷号T-9622A-CIP)中所述使用电极的压裂；或用任何其他可用的设备或方法重复压裂。在一些实施方案中，在地层具有裂缝诸如天然存在的裂缝、来自压裂操作的裂缝、来自重复压裂操作的裂缝或它们的任何组合之后，可使压裂的地层增产。例如，可在自在地层中发生使用电极的压裂操作或使用电极的重复压裂操作已经经过足够长的时间，使得用于压裂或重复压裂该地层的电脉冲基本上不影响注入组合物之后使该地层增产。
在一些实施方案中，增产操作还可包括在将低粒度注入流体通过井筒引入到地下地层中之前将示踪剂加入注入组合物中；从通过井筒从地下地层采出的流体、从与地下地层流体连通的不同井筒采收的流体或它们的任何组合中采收示踪剂；以及将从所采出的流体采收的示踪剂的量与引入注入组合物的示踪剂的量进行比较。示踪剂可以是任何合适的示踪剂，诸如水示踪剂或油示踪剂。
在一些实施方案中，地下地层可具有26毫达西至40,000毫达西的渗透率。在一些实施方案中，处理地下地层的方法可包括EOR操作。例如，井筒可包括注入井筒，并且该方法可包括用于烃采收的方法，该方法包括(a)将水性流体(表面活性剂组合物)通过注入井筒注入到地下地层中；以及(b)从与注入井筒间隔开预定距离并与地下地层流体连通的采出井筒中采出流体。水性流体的注入可增加烃向采出井的流动。
还提供了置换与固体材料接触的烃材料的方法。这些方法可包括使烃材料与本文所述的表面活性剂组合物(注入组合物)接触，其中烃材料与固体材料接触。使烃材料与固体材料分离，从而置换与固体材料接触的烃材料。在一些实施方案中，表面活性剂组合物可包含硼酸盐-酸缓冲剂。
在其他实施方案中，烃材料是未精炼的石油(例如，在石油储层中)。在一些另外的实施方案中，未精炼的石油是轻质油。如本文提供的“轻质油”是API重力大于30的未精炼的石油。在一些实施方案中，未精炼的石油的API重力大于30。在其他实施方案中，未精炼的石油的API重力大于40。在一些实施方案中，未精炼的石油的API重力大于50。在其他实施方案中，未精炼的石油的API重力大于60。在一些实施方案中，未精炼的石油的API重力大于70。在其他实施方案中，未精炼的石油的API重力大于80。在一些实施方案中，未精炼的石油的API重力大于90。在其他实施方案中，未精炼的石油的API重力大于100。在一些其他实施方案中，未精炼的石油的API重力在30至100之间。
在其他实施方案中，烃或未精炼的石油可包括H2S浓度为至少0.5％、CO2浓度为0.3％或它们的任何组合的原油。
在一些实施方案中，烃或未精炼的石油可包括H2S浓度为至少0.5％(例如，至少1％、至少1.5％、至少2％、至少2.5％、至少3％、至少3.5％、至少4％或至少4.5％)的原油。在一些实施方案中，烃或未精炼的石油可包括H2S浓度为5％或更小(4.5％或更小、4％或更小、3.5％或更小、3％或更小、2.5％或更小、2％或更小、1.5％或更小或者1％或更小)的原油。
烃或未精炼的石油可包括H2S浓度在上述最小值中的任何值范围内的原油。例如，在一些实施方案中，烃或未精炼的石油可包括H2S浓度为0.5％至5％(例如，0.5％至2.5％、1％至2％、0.5％至1％、1％至2.5％或2％至2.5％)的原油。
在一些实施方案中，烃或未精炼的石油可包括CO2浓度为至少0.3％(例如，至少0.5％、至少1％、至少1.5％、至少2％、至少2.5％、至少3％、至少3.5％、至少4％或至少4.5％)的原油。在一些实施方案中，烃或未精炼的石油可包括CO2浓度为5％或更小(4.5％或更小、4％或更小、3.5％或更小、3％或更小、2.5％或更小、2％或更小、1.5％或更小、1％或更小或者0.5％或更小)的原油。
烃或未精炼的石油可包括CO2浓度在上述最小值中的任何值范围内的原油。例如，在一些实施方案中，烃或未精炼的石油可包括CO2浓度为0.3％至5％(例如，0.3％至2.5％、0.5％至5％、1％至5％、0.5％至2.5％、1％至2％、0.5％至1％、1％至2.5％、3％至5％或2％至5％)的原油。
固体材料可以是天然固体材料(即，存在于自然界中的固体，诸如岩石)。天然固体材料可存在于石油储层中。在一些实施方案中，该方法是提高油采收率方法。提高油采收率方法是本领域公知的。关于提高油采收率方法的一般性专著是由M.Baviere编辑的BasicConcepts in Enhanced Oil Recovery Processes(由Elsevier Applied Science，Londonand New York进行SCI出版，1991)。例如，在提高油采收率方法中，与固体材料接触的未精炼的石油的置换通过使未精炼的石油与本文提供的表面活性剂组合物接触来实现，其中未精炼的石油与固体材料接触。未精炼的石油可处于油储层中。可根据已知的提高油采收率参数将组合物泵送到储层中。在接触未精炼的石油时，水性组合物可以与未精炼的石油形成乳液组合物。
在一些实施方案中，天然固体材料可以是岩石或表皮土。天然固体材料可以是地质地层，诸如碎屑岩或碳酸盐岩。天然固体材料可以是固结的或未固结的材料或它们的混合物。烃材料可被天然固体材料上方或下方的“基岩”聚集或限定。烃材料可存在于压裂的基岩或多孔的天然固体材料中。在其他实施方案中，表皮土是土壤。在其他实施方案中，固体材料可以是例如油砂或沥青砂。
在其他实施方案中，固体材料可包括与油气操作相关的设备。例如，固体材料可包括表面处理设备、井下设备、管道和相关设备、泵和在油气操作过程中接触烃的其他设备。
如本文所述的表面活性剂包(以及所得的表面活性剂组合物)可针对每种地层和/或期望的油气操作进行优化。例如，表面活性剂包可在特定的储层温度和盐度下，并且与特定的附加组分一起测试。也可使用实际的天然储层流体来测试组合物。
在一些实施方案中，地下地层可具有至少75℉(例如，至少80℉、至少85℉、至少90℉、至少95℉、至少100℉、至少105℉、至少110℉、至少115℉、至少120℉、至少125℉、至少130℉、至少135℉、至少140℉、至少145℉、至少150℉、至少155℉、至少160℉、至少165℉、至少170℉、至少175℉、至少180℉、至少190℉、至少200℉、至少205℉、至少210℉、至少215℉、至少220℉、至少225℉、至少230℉、至少235℉、至少240℉、至少245℉、至少250℉、至少255℉、至少260℉、至少265℉、至少270℉、至少275℉、至少280℉、至少285℉，至少290℉、至少295℉、至少300℉、至少305℉、至少310℉、至少315℉、至少320℉、至少325℉、至少330℉、至少335℉、至少340℉或至少345℉)的温度。在一些实施方案中，地下地层可具有350℉或更低(例如，345℉或更低、340℉或更低、335℉或更低、330℉或更低、325℉或更低、320℉或更低、315℉或更低、310℉或更低、305℉或更低、300℉或更低、295℉或更低、290℉或更低、285℉或更低、280℉或更低、275℉或更低、270℉或更低、265℉或更低、260℉或更低、255℉或更低、250℉或更低、245℉或更低、240℉或更低、235℉或更低、230℉或更低、225℉或更低、220℉或更低、215℉或更低、210℉或更低、205℉或更低、200℉或更低、195℉或更低、190℉或更低、185℉或更低、180℉或更低、175℉或更低、170℉或更低、165℉或更低、160℉或更低、155℉或更低、150℉或更低、145℉或更低、140℉或更低、135℉或更低、130℉或更低、125℉或更低、120℉或更低、115℉或更低、110℉或更低、105℉或更低、100℉或更低、95℉或更低、90℉或更低、85℉或更低或者80℉或更低)的温度。
地下地层可具有在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的温度。例如，在一些实施方案中，地下地层可具有75℉至350℉(大约24℃至176℃)、150℉至250℉(大约66℃至121℃)、110℉至350℉(大约43℃至176℃)、110℉至150℉(大约43℃至66℃)、150℉至200℉(大约66℃至93℃)、200℉至250℉(大约93℃至121℃)、250℉至300℉(大约121℃至149℃)、300℉至350℉(大约149℃至176℃)、110℉至240℉(大约43℃至116℃)或240℉至350℉(大约116℃至176℃)的温度。
在一些实施方案中，地下地层的盐度可为至少5,000ppm TDS(例如，至少25,000ppm TDS、至少50,000ppm TDS、至少75,000ppm TDS、至少100,000ppm TDS、至少125,000ppm TDS、至少150,000ppm TDS、至少175,000ppm TDS、至少200,000ppm TDS、至少225,000ppm TDS、至少250,000ppm TDS或至少275,000ppm TDS)。在一些实施方案中，地下地层的盐度可为300,000ppm TDS或更小(例如，275,000ppm TDS或更小、250,000ppm TDS或更小、225,000ppm TDS或更小、200,000ppm TDS或更小、175,000ppm TDS或更小、150,000ppmTDS或更小、125,000ppm TDS或更小、100,000ppm TDS或更小、75,000ppm TDS或更小、50,000ppm TDS或更小或者25,000ppm TDS或更小)。
地下地层的盐度可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值的范围内。例如，在一些实施方案中，地下地层的盐度可为5,000ppm TDS至300,000ppm TDS(例如，100,000ppm至300,000ppm TDS、200,000ppm至300,000ppm TDS、100,000ppm至200,000ppmTDS、10,000ppm至100,000ppm TDS、10,000ppm至200,000ppm TDS、10,000ppm至300,000ppmTDS、5,000ppm至100,000ppm TDS、5,000ppm至200,000ppm TDS、5,000ppm至10,000ppm TDS或5,000ppm至50,000ppm TDS)。
在一些实施方案中，地下地层可以是油湿的。在一些实施方案中，地下地层可以是水湿的。在一些实施方案中，地下地层可以是混湿的。在一些实施方案中，地下地层可以是中性湿的。
在一些实施方案中，本文所述的注入组合物可在至少0PSI(例如，至少1,000PSI、至少2,000PSI、至少3,000PSI、至少4,000PSI、至少5,000PSI、至少6,000PSI、至少7,000PSI、至少8,000PSI、至少9,000PSI，至少10,000PSI、至少15,000PSI、至少20,000PSI或至少25,000PSI)的井口压力下引入。在一些实施方案中，注入组合物可在30,000PSI或更小(例如，25,000PSI或更小、20,000PSI或更小、15,000PSI或更小、10,000PSI或更小、9,000PSI或更小、8,000PSI或更小、7,000PSI或更小、6,000PSI或更小、5,000PSI或更小、4,000PSI或更小、3,000PSI或更小、2,000PSI或更小或者1,000PSI或更小)的井口压力下引入。
本文所述的注入组合物(表面活性剂组合物)可在上述最小值中的任何值至上述最大值中的任何值范围内的井口压力下引入。例如，在一些实施方案中，注入组合物可在0PSI至30,000PSI(例如，6,000PSI至30,000PSI、0PSI至10,000PSI、0PSI至5,000PSI或5,000PSI至10,000PSI)的井口压力下引入。在一些实施方案中，注入组合物可用于储层增产操作，并且注入组合物可在0PSI至1,000PSI的井口压力下引入。
在一些实施方案中，不需要钻井筒。在一些实施方案中，已钻井筒和完成井筒，并且已经发生从井筒中采出烃。在其他实施方案中，本文所述的方法可任选地包括钻井筒、完成井筒和从井筒中采出烃中的一者或多者(在注入表面活性剂组合物之前)。
示例性实施方案
实施方案1：一种由下式I
或其盐定义的表面活性剂，其中
HG表示包含磺酸根部分或硫酸根部分的头部基团；
R1表示被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基芳基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基基团，或被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基芳基基团；
n为1至8的整数；
AO在每次出现时单独地表示选自乙氧基基团、丙氧基基团或丁氧基基团的亚烷氧基基团；并且
w为1至110的整数。
实施方案2：如实施方案1所述的表面活性剂，其中AO在每次出现时单独地表示选自乙氧基基团或丙氧基基团的亚烷氧基基团。
实施方案3：如实施方案1-2中任一项所述的表面活性剂，其中w为20至110，诸如30至110、40至110、50至110或60至110的整数。
实施方案4：如实施方案1-3中任一项所述的表面活性剂，其中ε由下式定义
其中
w和n如上式I中所定义；并且
q为等于R1中的碳原子数的整数；并且
其中ε为0.5至6，诸如1至6、1.5至5、2至4.5或2至4。
实施方案5：如实施方案1-4中任一项所述的表面活性剂，其中头部基团由下式
或其盐定义，其中m为1至6的整数。
实施方案6：如实施方案1-4中任一项所述的表面活性剂，其中头部基团由下式
或其盐定义，其中m为1至6的整数。
实施方案7：如实施方案1-6中任一项所述的表面活性剂，其中表面活性剂由下式IA
或其盐定义，其中
HG表示包含磺酸根部分或硫酸根部分的头部基团；
n为1至8的整数；
R1表示被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基芳基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基基团，或被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基芳基基团；
BO表示丁烯氧基基团；
PO表示丙烯氧基基团；
EO表示乙烯氧基基团；
x为1至65的整数；
y为0至65的整数；并且
z为0至45的整数。
实施方案8：如实施方案7所述的表面活性剂，其中z为0。
实施方案9：如实施方案7-8中任一项所述的表面活性剂，其中x为5至50，诸如10至50、20至45、25至45或25至40。
实施方案10：如实施方案7-9中任一项所述的表面活性剂，其中y为5至45，诸如10至40、15至40、15至30或15至25。
实施方案11：如实施方案7-10中任一项所述的表面活性剂，其中x:(y+z)的比率为0.5:1至2:1。
实施方案12：如实施方案7-10中任一项所述的表面活性剂，其中y为0并且z为0。
实施方案13：如实施方案1-12中任一项所述的表面活性剂，其中侧基聚羧酸根部分中的每个侧基聚羧酸根部分包括侧基二羧酸根部分。
实施方案14：如实施方案1-13中任一项所述的表面活性剂，其中侧基聚羧酸根部分中的每个侧基聚羧酸根部分由下式
或其盐定义。
实施方案15：如实施方案1-14中任一项所述的表面活性剂，其中R1包含磺酸根部分和侧基聚羧酸根部分。
实施方案16：如实施方案1-15中任一项所述的表面活性剂，其中R1包含以下中的一者
或其盐，其中
D1和D2中的一者为磺酸根基团并且D1和D2中的一者为氢；
E1和E2中的一者为磺酸根基团并且E1和E2中的一者为羟基；
a为0至32的整数；并且
b为0至32的整数，
条件是a和b的总和为4至32。
实施方案17：一种表面活性剂混合物，该表面活性剂混合物包含：
(a)由式II或其盐定义的第一表面活性剂；
(b)由式III或其盐定义的第二表面活性剂；
(c)由式IV或其盐定义的第三表面活性剂；
以及
(d)由式V或其盐定义的第四表面活性剂；
其中
A为硫酸根或磺酸根；
D1和D2中的一者为磺酸根基团并且D1和D2中的一者为氢；
E1和E2中的一者为磺酸根基团并且E1和E2中的一者为羟基；
e为0至32的整数并且f为0至32的整数，条件是e和f的总和为4至32；
AO在每次出现时单独地表示选自乙氧基基团、丙氧基基团或丁氧基基团的亚烷氧基基团；
w为1至110的整数；并且
p为1至6的整数。
实施方案18：如实施方案17所述的混合物，其中基于表面活性剂混合物的总重量，第一表面活性剂以1重量％至70重量％的量存在；
基于表面活性剂混合物的总重量，第二表面活性剂以1重量％至70重量％的量存在；
基于表面活性剂混合物的总重量，第三表面活性剂以1重量％至70重量％的量存在；并且
基于表面活性剂混合物的总重量，第四表面活性剂以1重量％至70重量％的量存在。
实施方案19：如实施方案17-18中任一项所述的混合物，其中AO在每次出现时单独地表示选自乙氧基基团或丙氧基基团的亚烷氧基基团。
实施方案20：如实施方案17-19中任一项所述的混合物，其中w在每次出现时单独地为20至110，诸如30至110、40至110、50至110或60至110的整数。
实施方案21：如实施方案17-20中任一项所述的混合物，其中e和f的总和为8至22。
实施方案22：一种表面活性剂混合物，该表面活性剂混合物包含：
(a)由式VI或其盐定义的第一表面活性剂；
(b)由式VII或其盐定义的第二表面活性剂；
其中
A为硫酸根或磺酸根；
D1和D2中的一者为磺酸根基团并且D1和D2中的一者为氢；
E1和E2中的一者为磺酸根基团并且E1和E2中的一者为羟基；并且
e为0至32的整数并且f为0至32的整数，条件是e和f的总和为4至32。
实施方案23：如实施方案22所述的混合物，其中基于表面活性剂混合物的总重量，第一表面活性剂以1重量％至70重量％的量存在；并且
基于表面活性剂混合物的总重量，第二表面活性剂以1重量％至70重量％的量存在。
实施方案24：如实施方案22-23中任一项所述的混合物，其中e和f的总和为8至22。
实施方案25：一种水性组合物，该水性组合物包含水和由实施方案1-16中任一项所定义的表面活性剂。
实施方案26：如实施方案20所述的组合物，其中组合物包含由实施方案17-24中任一项所定义的表面活性剂混合物。
实施方案27：如实施方案25-26中任一项所述的组合物，其中组合物还包含一种或多种助表面活性剂。
实施方案28：如实施方案27所述的组合物，其中所述一种或多种助表面活性剂包括阴离子表面活性剂。
实施方案29：如实施方案28所述的组合物，其中阴离子表面活性剂包括磺酸盐、二磺酸盐、硫酸盐、二硫酸盐、磺基琥珀酸盐、二磺基琥珀酸盐、羧酸盐、二羧酸盐或它们的任何组合。
实施方案30：如实施方案28-29中任一项所述的组合物，其中阴离子表面活性剂包括以下中的一者：
支链或非支链的C6-C32:PO(0-65):EO(0-100)-羧酸盐；
C8-C30烷基苯磺酸盐(ABS)；
磺基琥珀酸盐表面活性剂；
由下式定义的表面活性剂
R1—R2—R3
其中
R1包含具有6-32个碳原子以及连接R1和R2的氧原子的支链或非支链的、饱和或不饱和的、环状或非环状的疏水碳链；
R2包含烷氧基化链，该烷氧基化链包含选自亚乙基氧、亚丙基氧、亚丁基氧以及它们的任何组合的至少一个氧化物基团；并且
R3包含支链或非支链的烃链，该支链或非支链的烃链包含2-12个碳原子和2至5个羧酸根基团；
由下式定义的表面活性剂
其中
R4在每次出现时单独地为具有6-32个碳原子的支链或非支链的、饱和或不饱和的、环状或非环状的疏水碳链；并且
M表示抗衡离子；
或它们的任何组合。
实施方案31：如实施方案27-30中任一项所述的组合物，其中所述一种或多种助表面活性剂包括非离子表面活性剂。
实施方案32：如实施方案31所述的组合物，其中非离子表面活性剂包括支链或非支链的C6-C32:PO(0-65):EO(0-100)，诸如支链或非支链的C6-C30:PO(30-40):EO(25-35)、支链或非支链的C6-C12:PO(30-40):EO(25-35)或者支链或非支链的C6-C30:EO(8-30)。
实施方案33：如实施方案27-32中任一项所述的组合物，其中所述一种或多种助表面活性剂包括阳离子表面活性剂。
实施方案34：如实施方案27-33中任一项所述的组合物，其中所述一种或多种助表面活性剂包括两性离子表面活性剂。
实施方案35：如实施方案25-34中任一项所述的组合物，其中水可包括海水、微咸水、淡水、返排水或采出水、废水、河水、湖水或池塘水、含水层水、盐水或它们的任何组合。
实施方案36：如实施方案25-35中任一项所述的组合物，其中水包括硬水或硬盐水。
实施方案37：如实施方案25-36中任一项所述的组合物，其中组合物还可包含共溶剂、聚合物、减摩剂、胶凝剂、交联剂、破裂剂、pH调节剂、非乳化剂、铁控制剂、腐蚀抑制剂、阻垢剂、杀生物剂、粘土稳定剂、螯合剂、支撑剂、润湿性改变化学品、流动性控制剂或它们的任何组合。
实施方案38：一种用于处理地下地层的方法，该方法包括：
将包含水和由实施方案1-16中任一项所定义的表面活性剂的水性流体通过井筒引入到地下地层中。
实施方案39：如实施方案38所述的方法，其中组合物包含由实施方案17-24中任一项所定义的表面活性剂混合物。
实施方案40：如实施方案38-39中任一项所述的方法，其中水性流体包含由实施方案25-37中任一项所定义的组合物。
实施方案41：如实施方案38-40中任一项所述的方法，其中地下地层包括非常规地下地层。
实施方案42：如实施方案41所述的方法，其中非常规地下地层具有小于25毫达西(mD)的渗透率，诸如25mD至1.0x10-6mD、10mD至1.0x10-6mD或10mD至0.1mD的渗透率。
实施方案43：如实施方案38-42中任一项所述的方法，其中方法包括用于使地下地层增产的方法，该方法包括：
(a)将水性流体通过井筒注入到地下地层中；
(b)使水性流体吸入到地下地层的岩石基质中达一段时间；以及
(c)从地下地层中通过井筒采出流体。
实施方案44：如实施方案43所述的方法，其中方法还包括在允许步骤(b)之前停止将水性流体通过井筒引入到地下地层中。
实施方案45：如实施方案43-44中任一项所述的方法，其中时间段为一天至六个月，诸如两周至一个月。
实施方案46：如实施方案43-45中任一项所述的方法，其中井筒的压力为初始储层压力的20％至70％。
实施方案47：如实施方案43-46中任一项所述的方法，其中步骤(a)包括在将井筒压力有效增加至少30％诸如至少100％或至少200％的压力和流速下注入水性流体。
实施方案48：如实施方案43-47中任一项所述的方法，其中步骤(a)包括在将井筒压力有效增加至大于初始储层压力至初始储层压力的150％的压力和流速下注入水性流体。
实施方案49：如实施方案43-48中任一项所述的方法，其中步骤(a)包括在将井筒压力有效增加至初始储层压力的15％内的压力和流速下注入水性流体。
实施方案50：如实施方案43-49中任一项所述的方法，其中水性流体的注入增加地下地层的邻近井筒的区域中的相对渗透率。
实施方案51：如实施方案43-50中任一项所述的方法，其中水性流体的注入从地下地层的邻近现有井筒的区域中的岩石基质中的孔释放烃。
实施方案52：如实施方案43-51中任一项所述的方法，其中流体包含烃。
实施方案53：如实施方案52所述的方法，其中将水性流体注入到地下地层中导致从井筒采收的烃与从拟合到井筒的采出史的递减曲线推断的预期烃采收水平相比有所增加。
实施方案54：如实施方案53所述的方法，其中递减曲线使用Arp’s方程拟合到现有井筒的采出史。
实施方案55：如实施方案43-54中的任一项所述的方法，其中方法补救近井筒损害。
实施方案56：如实施方案43-55中任一项所述的方法，其中水性流体基本上不含支撑剂。
实施方案57：如实施方案38-41中任一项所述的方法，其中方法包括用于压裂地下地层的方法，该方法包括：
(a)在足够的压力下将水性流体通过井筒注入到地下地层中，以在与井筒流体连通的地下地层的岩石基质中形成或延长至少一条裂缝。
实施方案58：如实施方案57所述的方法，其中水性流体还包含支撑剂。
实施方案59：如实施方案57-58中任一项所述的方法，其中方法还包括从地下地层中通过井筒采出流体。
实施方案60：如实施方案38-40中任一项所述的方法，其中地下地层具有26毫达西至40,000毫达西的渗透率。
实施方案61：如实施方案60所述的方法，其中井筒包括注入井筒，并且其中方法包括用于烃采收的方法，该方法包括：
(a)将水性流体通过注入井筒注入到地下地层中；以及
(b)从与注入井筒间隔开预定距离并与地下地层流体连通的采出井筒中采出流体；
其中水性流体的注入增加烃向采出井筒的流动。
实施方案62：如实施方案61所述的方法，其中方法包括提高油采收率(EOR)操作。
实施方案63：如实施方案62所述的方法，其中EOR操作包括表面活性剂驱操作、AS驱操作、SP驱操作、ASP驱操作、井筒清污操作、增产操作、一致性控制操作或它们的任何组合。
实施方案64：如实施方案38-63中任一项所述的方法，其中水性流体是单相流体。
实施方案65：如实施方案38-63中任一项所述的方法，其中水性流体包含泡沫。
已经描述了本公开的多个实施方案。然而，应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其他实施方案也在下述权利要求的范围内。
实施例
作为非限制性例证，以下给出本公开的某些实施方案的实施例。
实施例1：使用油醇作为模型制备示例性多阴离子表面活性剂
合成程序：将12.5g马来酸酐引入到圆底烧瓶中。将烧瓶在真空下保持约30分钟。然后引入47.5ml油醇，并将反应混合物加热至185℃达约4小时。收集46.1g产物1。运行HPLC和NMR以验证产物1(油醇内二AEC)。在后处理之前运行NMR。HPLC结果表明几乎100％转化。图4示出了产物1和原料(油醇)的HPLC光谱。图6A-图7A示出了产物1的13C NMR和1H NMR谱图。
然后将10g油醇内二AEC(产物1)引入到圆底烧瓶中并在冰浴中使温度下降。缓慢加入5g的98％ H2SO4。然后将反应混合物加热至65℃达约3小时。收集12g产物2。运行HPLC和NMR以验证产物。在后处理之前运行NMR。图5示出了产物1和产物2的重叠HPLC光谱。根据该HPLC数据，其显示转化率为几乎100％，并且其还表明产物含有若干种结构的目标分子。图6B和图7B示出了产物2的13C NMR和1H NMR光谱。在使用碱(NaOH)和水进行碱性后处理以获得油烯基二AEC硫酸盐磺酸盐表面活性剂之后，运行相特性和水溶液稳定性测试以进行评估。图1示出了用于生成油烯基二AEC硫酸盐磺酸盐的合成方案。
相特性和水溶液稳定性：分析相特性以研究表面活性剂配方在储层温度下的特性。制备配方1(对照)(MF-05)(0.5％ C28-35PO-30EO AEC、0.5％油烯基内二羧酸盐)和配方2(MF-04)(0.5％ C28-35PO-30EO AEC、0.5％油烯基内二羧酸盐硫酸盐/磺酸盐混合物)，并测试相特性和水溶液稳定性(参见图9和图10)。
结果：几天后，形成中相微乳液，其显示出与过量水相和油相两者的超低界面张力。
配方2在45℃下35天后的相特性结果示于图3和图9中。配方2的水溶液稳定性为55,000ppm TDS(图3)。下表1汇总了相特性和水溶液稳定性研究的结果(包括水溶液稳定性、最佳盐度和处于最佳值的SP)。根据相特性和水溶液稳定性结果，磺化后水溶液稳定性和增溶参数有所增大，这表明与产物1相比，产物2显示出更强的表面活性。
表1.
实施例2：使用乙氧基化油醇(20EO或25EO)作为模型制备示例性多阴离子表面活性剂
油烯基25EO硫酸盐与内二羧酸盐的中间体(油烯基20EO内二AEC)的合成程序：将25g油烯基20EO与10.82g马来酸酐在180℃下在圆底烧瓶中混合约24小时。收集34.6g产物。通过使用HPLC、1H和13C NMR确认转化率和产物(参见图11和图12)。
结果：根据HPLC，反应仅产生约25％产物。根据质子NMR，用作原料的油烯基25EO的特定样品仅包括约25％不饱和基团。大部分原料是饱和的事实解释了相对差的产率。
油烯基25EO与内二羧酸盐的中间体可与磺化剂诸如氯磺酸、硫酸、二氧化硅硫酸、氨基磺酸或三氧化硫反应以获得油烯基25EO硫酸盐与内二羧酸盐。可加热反应混合物。可运行HPLC和NMR以确认产物。在使用碱和水进行碱性后处理以获得表面活性剂之后，可执行相特性和水溶液稳定性测试以进行评估。
实施例3：使用C16-18-25EO磺酸盐作为模型制备示例性多阴离子表面活性剂
用于油烯基-25EO-磺酸盐与内二羧酸盐的合成程序：1,3丙磺酸内酯和叔丁醇钠可与油烯基25EO醇反应以生成油烯基25EO-(CH2)3-SO3M。可加热反应混合物。可运行HPLC和NMR以确认中间体产物。
然后可将油烯基-25EO-磺酸盐与马来酸酐混合以生成油烯基-25EO-磺酸盐与内二羧酸盐。可加热反应混合物。可运行HPLC和NMR以确认产物。在使用碱和水进行碱性后处理以获得表面活性剂之后，可执行相特性和水溶液稳定性测试以进行评估。
所附权利要求的组合物和方法的范围不受本文所述的特定组合物和方法的限制，本文所述的特定组合物和方法旨在作为权利要求的一些方面的例证。功能上等同的任何组合物和方法旨在落入权利要求的范围内。除了本文所示和所述的那些以外，所述组合物和方法的各种修改也意欲落在所附权利要求书的范围内。进一步地，尽管仅仅具体地描述了本文公开的某些代表性组合物和方法步骤，但所述组合物和方法步骤的其他组合也意欲落在所附权利要求书的范围内，即使没有被具体地列举也是如此。因此，步骤、要素、组分或成分的组合可能在本文中被清楚地或更少地提及；然而，步骤、要素、组分和成分的其他组合也被包括在内，即使没有被清楚地陈述也是如此。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与所公开的发明所属领域的技术人员通常理解相同的含义。本文中引述的出版物及其中引述的材料特别地以引用方式并入本文。
Claims (32)
1.一种由下式I
或其盐定义的表面活性剂，其中
HG表示包含磺酸根部分或硫酸根部分的头部基团；
R1表示被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基芳基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基基团，或被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基芳基基团；
n为1至8的整数；
AO在每次出现时单独地表示选自乙氧基基团、丙氧基基团或丁氧基基团的亚烷氧基基团；并且
w为1至110的整数。
2.如权利要求1所述的表面活性剂，其中AO在每次出现时单独地表示选自乙氧基基团或丙氧基基团的亚烷氧基基团。
3.如权利要求1-2中任一项所述的表面活性剂，其中w为20至110的整数。
4.如权利要求1-2中任一项所述的表面活性剂，其中ε由下式定义
其中
w和n如上式I中所定义；并且
q为等于R1中的碳原子数的整数；并且
其中ε为0.5至6。
5.如权利要求1-2中任一项所述的表面活性剂，其中所述头部基团由下式
或其盐定义，其中m为1至6的整数。
6.如权利要求1-2中任一项所述的表面活性剂，其中所述头部基团由下式
或其盐定义，其中m为1至6的整数。
7.如权利要求1-2中任一项所述的表面活性剂，其中所述表面活性剂由下式IA
或其盐定义，其中
HG表示包含磺酸根部分或硫酸根部分的头部基团；
n为1至8的整数；
R1表示被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烷基芳基基团，被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并且任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基基团，或被一个至三个磺酸根部分、一个至三个侧基聚羧酸根部分或它们的任何组合取代并任选地被选自羟基和烷氧基的一个至三个取代基取代的C7-C28烯基芳基基团；
BO表示丁烯氧基基团；
PO表示丙烯氧基基团；
EO表示乙烯氧基基团；
x为1至65的整数；
y为0至65的整数；并且
z为0至45的整数。
8.如权利要求7所述的表面活性剂，其中z为0。
9.如权利要求7所述的表面活性剂，其中x为5至50。
10.如权利要求7所述的表面活性剂，其中y为5至45。
11.如权利要求7所述的表面活性剂，其中x:(y+z)的比率为0.5:1至2:1。
12.如权利要求7所述的表面活性剂，其中y为0并且z为0。
13.如权利要求1-2中任一项所述的表面活性剂，其中所述侧基聚羧酸根部分中的每个侧基聚羧酸根部分包括侧基二羧酸根部分。
14.如权利要求1-2中任一项所述的表面活性剂，其中所述侧基聚羧酸根部分中的每个侧基聚羧酸根部分由下式
或其盐定义。
15.如权利要求1-2中任一项所述的表面活性剂，其中R1包含磺酸根部分和侧基聚羧酸根部分。
16.如权利要求1-2中任一项所述的表面活性剂，其中R1包含以下中的一者
或其盐，其中
D1和D2中的一者为磺酸根基团并且D1和D2中的一者为氢；
E1和E2中的一者为磺酸根基团并且E1和E2中的一者为羟基；
a为0至32的整数；并且
b为0至32的整数，
条件是a和b的总和为4至32。
17.一种表面活性剂混合物，其包含：
(a)由式II或其盐定义的第一表面活性剂；
(b)由式III或其盐定义的第二表面活性剂；
(c)由式IV或其盐定义的第三表面活性剂；
以及
(d)由式V或其盐定义的第四表面活性剂；
其中
A为硫酸根或磺酸根；
D1和D2中的一者为磺酸根基团并且D1和D2中的一者为氢；
E1和E2中的一者为磺酸根基团并且E1和E2中的一者为羟基；
e为0至32的整数并且f为0至32的整数，条件是e和f的总和为4至32；
AO在每次出现时单独地表示选自乙氧基基团、丙氧基基团或丁氧基基团的亚烷氧基基团；
w为1至110的整数；并且
p为1至6的整数。
18.如权利要求17所述的混合物，其中基于所述表面活性剂混合物的总重量，所述第一表面活性剂以1重量％至70重量％的量存在；
基于所述表面活性剂混合物的总重量，所述第二表面活性剂以1重量％至70重量％的量存在；
基于所述表面活性剂混合物的总重量，所述第三表面活性剂以1重量％至70重量％的量存在；并且
基于所述表面活性剂混合物的总重量，所述第四表面活性剂以1重量％至70重量％的量存在。
19.如权利要求17-18中任一项所述的混合物，其中AO在每次出现时单独地表示选自乙氧基基团或丙氧基基团的亚烷氧基基团。
20.如权利要求17-18中任一项所述的混合物，其中w在每次出现时单独地为20至110的整数。
21.如权利要求17-18中任一项所述的混合物，其中e和f的总和为8至22。
22.一种表面活性剂混合物，其包含：
(a)由式VI或其盐定义的第一表面活性剂；
(b)由式VII或其盐定义的第二表面活性剂；
其中
A为硫酸根或磺酸根；
D1和D2中的一者为磺酸根基团并且D1和D2中的一者为氢；
E1和E2中的一者为磺酸根基团并且E1和E2中的一者为羟基；并且
e为0至32的整数并且f为0至32的整数，条件是e和f的总和为4至32。
23.如权利要求22所述的混合物，其中基于所述表面活性剂混合物的总重量，所述第一表面活性剂以1重量％至70重量％的量存在；并且
基于所述表面活性剂混合物的总重量，所述第二表面活性剂以1重量％至70重量％的量存在。
24.如权利要求22-23中任一项所述的混合物，其中e和f的总和为8至22。
25.一种水性组合物，其包含水和由权利要求1-16中任一项所定义的表面活性剂。
26.如权利要求25所述的组合物，其中所述组合物包含由权利要求17-24中任一项所定义的表面活性剂混合物。
27.如权利要求25-26中任一项所述的组合物，其中所述组合物还包含一种或多种助表面活性剂，其中所述一种或多种助表面活性剂包括阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或它们的任何组合；
其中所述阴离子表面活性剂包括磺酸盐、二磺酸盐、硫酸盐、二硫酸盐、磺基琥珀酸盐、二磺基琥珀酸盐、羧酸盐、二羧酸盐或它们的任何组合，
其中所述阴离子表面活性剂包括以下中的一者：
支链或非支链的C6-C32:PO(0-65):EO(0-100)-羧酸盐；
C8-C30烷基苯磺酸盐(ABS)；
磺基琥珀酸盐表面活性剂；
由下式定义的表面活性剂
R1—R2—R3
其中
R1包含具有6-32个碳原子以及将R1和R2连接起来的氧原子的支链或非支链的、饱和或不饱和的、环状或非环状的疏水碳链；
R2包含烷氧基化链，所述烷氧基化链包含选自亚乙基氧、亚丙基氧、亚丁基氧以及它们的任何组合的至少一个氧化物基团；并且
R3包含支链或非支链的烃链，所述支链或非支链的烃链包含2-12个碳原子和2至5个羧酸根基团；
由下式定义的表面活性剂
其中
R4在每次出现时单独地为具有6-32个碳原子的支链或非支链的、饱和或不饱和的、环状或非环状的疏水碳链；并且
M表示抗衡离子；
或它们的任何组合；
其中所述非离子表面活性剂包括支链或非支链的C6-C32:PO(0-65):EO(0-100)。
28.一种用于处理地下地层的方法，所述方法包括：
将包含水和由权利要求1-16中任一项所定义的表面活性剂的水性流体通过井筒引入到所述地下地层中。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述水性流体包含由权利要求17-24中任一项所定义的表面活性剂混合物。
30.如权利要求28-29中任一项所述的方法，其中所述方法包括用于使所述地下地层增产的方法，所述方法包括：
(a)将所述水性流体通过所述井筒注入到所述地下地层中；
(b)使所述水性流体吸入到所述地下地层的岩石基质中达一段时间；以及
(c)从所述地下地层中通过所述井筒采出流体。
31.如权利要求28-29中任一项所述的方法，其中所述方法包括用于压裂所述地下地层的方法，所述方法包括：
(a)在足够的压力下将所述水性流体通过所述井筒注入到所述地下地层中，以在与所述井筒流体连通的所述地下地层的岩石基质中形成或延长至少一条裂缝。
32.如权利要求28-29中任一项所述的方法，其中所述井筒包括注入井筒，并且其中所述方法包括用于烃采收的方法，所述方法包括：
(a)将所述水性流体通过所述注入井筒注入到所述地下地层中；以及
(b)从与所述注入井筒间隔开预定距离并与所述地下地层流体连通的采出井筒中采出流体；
其中所述水性流体的注入增加烃向所述采出井筒的流动。
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