DK158337B - Fremgangsmaade til friktionsreduktion under anvendelse af et viskoelastisk overfladeaktivt middel samt vandigt, flydende materiale indeholdende dette - Google Patents

Description

i

DK 158337B

Ved strømningen af en vandig væske gennem en ledning kræves der energi til at overvinde den friktion, som opstår på grund af turbulensen af den væske, som strømmer gennem ledningen. Ved mange operationer såsom indu-5 strielle anvendelser, specielt de operationer, hvor has tigheden af den strømmende vandige væske overskrider den grænse, som kræves til glat laminar strømning (f.eks. i forbindelse med boringer (well fracturing treatments) eller den hurtige bevægelse af væsker over væsentlige 10 afstande), kræves der væsentlige energiforbrug for at overvinde friktionstabene. En reduktion af friktionstabet, som udvises af en strømmende vandig væske/vil give lavere energiomkostninger og/eller forøget strømning under anvendelse af den. samme energi.

15 Hidtil er der blevet foreslået forskellige alternativer til at reducere friktionstabet, som udvises af en strømmende vandig væske. F.eks. ved man, at vandopløselige højmolekylære polymere, såsom en polymer af et monoalke= nyl-aromatisk sulfonat (f.eks. styrensulfonsyre) eller 20 en polymer af et carboxamid (f.eks. acrylamid), reducerer friktionstab, når de sættes til en vandig væske i små mængder. Se f.eks. US-patentskrifterne nr. 3.023.760, 3.562.226 og 3.572.354. De vandige væskesystemer, som indeholder de højmolekylære polymere, er uheldigvis ikke for-25 skydningsstabile, dvs. den friktionsreduktion, som udvises af væsken, som indeholder denne polymer, går i alt væsentligt og permanent tabt, når de udsættes for kraftig forskydning.

Friktionstab i en flydende vandig væske er også blevet 30 reduceret ved tilsætningen af et overfladeaktivt middel, som giver den vandige væske viskoelastiske egenskaber.

Savins US-patent nr. 3.361.213 angiver f.eks. at en al-kalimetalsæbe af en fedtsyre, f.eks. natriumoleat, i

DK 158337 B

2 kombination med en stærk elektrolyt vil reducere friktionen af en vandig væske. Savins angiver ligeledes, at (1) en ammoniumsæbe af en fedtsyre vil reducere friktionstabet, som udvises af en vandig væske, som indeholder en svag elektrolyt, og (2) 5 en substitueret ammoniumsæbe af en fedtsyre vil reducere friktionstabene af en vandig væske, som ikke indeholder nogen elektrolyt. Andre viskoelastiske overfladeaktive midler, såsom 2-naphthol i kombination med cetyltrimethylammoniumbromid, vides også at være nyttige som friktionsreducerende midler. Selv 10 om sådanne viskoelastiske materialer ofte reducerer den friktion, som udvises af en vandig væske, der strømmer gennem en ledning, ønskes ofte yderligere friktionsreduktioner og brede strømningsområder, specielt i de operationer, hvor forholdsvis store mængder af vandig væske skal pumpes over lange afstande.

15

Opfindelsens formål er at opfylde sådanne ønsker om yderligere friktionsreduktion over brede strømningsområder, specielt hvor forholdsvis store mængder vandig væske skal pumpes over lange afstande.

20

Dette opnås med den foreliggende opfindelse, som angår en fremgangsmåde til reduktion af friktion udvist af en vandig væske, som passerer gennem en ledning under ikke-laminare strømningsbetingelser, hvor udtrykket vandig væske indbefatter 25 vandige opslæmninger af faste partikler, hvor fremgangsmåden omfatter, at der gennem en ledning passerer en vandig opløsning indeholdende et viskoelastisk overfladeaktivt middel, hvilket viskoelastiske overfladeaktive middel anvendes i en mængde fra 0,01 til 5 vægt%, regnet på vægten af det viskoela-30 stiske overfladeaktive middel og vandig væske, idet det viskoelastiske overfladeaktive middel er en forbindelse med 1) en ion, som er i stand til at virke som et overfladeaktivt middel, og 2) en støkiometrisk mængde af en organisk modion afledt af en organisk elektrolyt, som går i forbindelse med den 35 overfladeaktive ion for at gøre den viskoelastisk, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at at den vandige væske yderligere indeholder en koncentration af den organiske modion

DK 158337 B

3 udover den, der omfatter det viskoelastiske overfladeaktive middel, som ligger i området fra 0,1 til 20 mol pr. mol viskoelastisk overfladeaktivt middel.

5 Endvidere angår den foreliggende opfindelse et vandigt flydende materiale, som omfatter 1) en vandig væske, hvor udtrykket vandig væske indbefatter vandige opslæmninger af faste partikler, 2) fra 0,01 til 5 vægt% af et viskoelastisk overfladeaktivt middel, regnet på vægten af 1 (og 2), idet det viskoela-10 stiske overfladeaktive middel er en forbindelse med 1) en ion, som er i stand til at virke som et overfladeaktivt middel, og 2) en støkiometrisk mængde af en organisk modion afledt af en organisk elektrolyt, som går i forbindelse med den overfladeaktive ion for at gøre den viskoelastisk, hvilket er ejendom-15 meligt ved, at den vandige væske yderligere indeholder en koncentration af den organiske modion udover den, der omfatter det viskoelastiske overfladeaktive middel, som ligger i området fra 0,1 til 20 mol pr. mol viskoelastisk overfladeaktivt middel.

20 Nærværelsen af den organiske elektrolyt i en vandig væske, som indeholder det viskoelastiske overfladeaktive middel i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse, reducerer overraskende yderligere signifikant friktionen, som udvises af den 25 vandige væske, som indeholder det viskoelastiske overfladeaktive middel, når væsken strømmer gennem en ledning. Blandingen af den vandige væske, organisk elektrolyt og viskoelastisk overfladeaktivt middel er signifikant mere forskydningsstabilt end en vandig væske, som indeholder en polymer, som er i stand 30 til at bibringe den vandige væske den samme grad af friktionsreduktion. Blandingen viser desuden en uventet større friktionsreduktion over et bredere interval af betingelser, som frembringer ikke-laminar strømning.

35 Fremgangsmåden og materialet ifølge opfindelsen er nyttige ved de processer, hvor vand eller anden vandige væske pumpes eller cirkuleres i rør eller i andre ledninger, såsom i luftkondi

DK 158337 B

4 tionerings- og andre varmevekslere, slamrørledninger, som ofte anvendes til at transportere kul og forskellige mineraler, og andre operationer som kræver store mængder energi til at pumpe den vandige væske.

5

Udtrykket "vandig væske" anvendes heri for de væsker, som indeholder vand. Udtrykket omfatter vandige væsker, som indeholder uorganiske elektrolytter, såsom vandige alkaliske eller sure opløsninger, f.eks. en vandig opløsning af et alkalime-10 tal- eller jordalkalimetalhydroxid, og vandige opløsninger af uorganiske salte. Andre eksempler på vandige væsker omfatter blandinger af vand og en med vand blandbar væske, såsom lavere alkanoler, f.eks. methanol, ethanol eller propanol; glycoler og polyglycoler og lignende forudsat, at sådanne med vand 15 blandbare væsker anvendes i mængder, som ikke påvirker den vandige væskes viskoel astisske egenskaber i uheldig retning. Inkluderet er også vandige opslæmninger af faste partikelformede stoffer, såsom kulpartikler og findelte mineraler. I almindelighed anvendes imidlertid vand og vandige alkaliske, 20 vandige sure eller vandige uorganiske saltopløsninger med størst fordel som den vandige væske. Elektrolytkoncentrationen er fordelagtigt under 15, fortrinsvis under 12, bedst under 5, specielt under 1 vægt% af opløsningen. Det foretrækkes især, at den vandige væske er vand.

25

Udtrykket "viskoelastisk" betyder i forbindelse med væsker en viskos væske med elastiske egenskaber, dvs. at væsken i det mindste delvis vender tilbage til sin oprindelige form, når den påførte spænding ophæves. Egenskaben viskoelasticitet er 30 velkendt i teknikken. Der henvises til Η. A. Barnes et al.,

Rheol.. Acta, 1975 14, side 53-60 og S. Gravsholt, Journal of Coll, and Interface Sci., 57 (3) side 575-6 (1976) med henblik på en definition af viskoelasticitet og prøver til bestemmelse af, hvorvidt en væske besidder viskoelastiske egenskaber.

35 Af de i disse referencer specificerede prøvemetoder består en prøve, som har vist sig at være mest velegnet til bestemmelse af viskoelasticiteten af en vandig opløsning, i at hvirvle op-

DK 1S8337B

s løsningen rundt og visuelt betragte, hvorvidt boblerne, som dannes ved omhvirvlingen, løber tilbage efter at omhvirvl ingen er standset. Ethver tilbageløb af boblerne indicerer viskoelasticitet. Et viskoelastisk overfladeaktivt middel bevirker 5 følgelig viskoelasticitet i den vaske, hvortil det sættes.

Overfladeaktive ionogene molekyler består af en overfladeaktiv ion med en hydrofob del og en hydrofil del og et støkiometrisk antal modioner. Eksempler på sådanne overfladeaktive 10 forbindelser kan belyses ved hjælp af formlen R1(Y®)X® eller R^zQjA© , hvori R^iY©) og R^(Z©) betegner overfladeaktive ioner med en hydrofob „del repræsenteret af R^ og en ionisk opløsende del repræsenteret af den kationiske del (Y )/ eller den anioniske del (Z ® ) kemisk bundet dertil. X ^ 20 og A ® er modionerne, som er forbundet med de overfladeaktive ioner.

Den hydrofobe del (dvs. R|) af den overfladeaktive ion er almindeligvis hydrocarbonradikal eller internt substitueret hy-25 drocabonradikal, hvor udtrykket "internt substitueret" refererer til hydrocarbonradikal er med én eller flere substituent-grupper, f.eks. halogengrupper såsom -Cl eller -Br, eller kædebindinger såsom en siliciumbinding (-Si-), som er inaktiv over for den vandige væske og komponenter som indgår heri.

30 Hydrocarbonradikalet er typisk en aral kyl gruppe eller et langkædet alkyl eller inert substitueret alkyl, hvilke alkylgrup-per almindeligvis er lineære og har mindst 2, fortrinsvis mindst 16 carbonatomer. Repræsentative langkædede alkylgrup-per omfatter dodecyl (lyuryl), tetradecyl (myristyl), hexa-35 decyl (cetyl), octadecyl (stearyl) og derivaterne af talg, kokos og soja. Foretrukne alkylgrupper er almindeligvis alkyl-grupper med 14 - 24 carbonatomer, idet octadecyl, hexadecyl, eurcyl og tetradecyl især foretrækkes.

DK 158337B

6

De kationiske, hydrofile dele (grupper), dvs. (Y © ), er almindeligvis oniumioner, hvori udtrykket "oniumioner" refererer til en kationisk gruppe, som er i alt væsentlig fuldstændig ioniseret i vand over et bredt pH-værdiinterval, f.eks. pH-5 værdier fra 2 til 12. Repræsentative oniumioner omfatter kva-ternære ammoniumgrupper, dvs. -N © (R)3; tertiære sulfonium-grupper, dvs. -S © (R)2; og kvaternære phosphoniumgrupper, dvs. -P © (R)3, hvori hvert R individuelt er et hydrocarbyl eller et inert substitueret hydrocarbyl. Primære, sekundære og 10 tertiære aminer, dvs. -NH2, -NHR eller —N(R)2» ^an desuden også anvendes som den ioniske del, hvis pH-værdien af den vandige væske, som anvendes, er således, at amindelene vil eksistere i ionisk form. Af sådanne kationiske grupper fremstilles den overfladeaktive ion af det viskoelastiske overfladeaktive 15 middel, fortrinsvis med kvaternært ammoniumgrupper, -N + {R)3, eller tertiære amingrupper, -N(R)2/ hvor hvert R uafhængigt er en alkylgruppe eller hydroxyalkylgruppe med 1-4 carbonato-mer, idet hvert R fortrinsvis er methyl, ethyl eller hydroxy-ethyl .

20

Repræsentative anioniske, opløsende dele (grupper) (Z © ) omfatter sulfatgrupper, dvs. -OSO3 © , sulfonatgrupper, dvs.

-SO3 ©, carboxylatgrupper, dvs. -C00 ©, phosphonatgrupper og phosphonitgrupper. Af sådanne anioniske grupper fremstilles 25 den overfladeaktive ion af de viskoelastiske overfladeaktive midler, fortrinsvis med en carboxylat- eller sulfatgruppe. I forbindelse med denne opfindelse foretrækkes sådanne anioniske opløsende dele i mindre grad en kationiske dele.

30 Modionerne (dvs. X © eller A © ), der er forbundet med de overfladeaktive ioner, er her ionisk ladede, organiske materialer med modsat ionisk karakter til den overfladeaktive ion, hvilken kombination af modion og overfladeaktiv ion bibringer en vandig væske viskoelastiske egenskaber. Det organiske ma-35 teriale med anionisk karakter tjener som modionen for en overfladeaktiv ion med en kationisk hydrofil del, og det organiske materialer med kationkarakter tjener som modion for den over-

DK 158337B

τ fladeaktive ion med en anionisk hydrofil del. De foretrukne modioner, som udviser en anionisk karakter, indeholder almindeligvis en carboxylat-, sulfonat- eller phenoxidgruppe, hvori en "phenoxidgruppe" er ArO “ og Ar betegner en aromatisk ring 5 eller inert substitueret aromatisk ring. Repræsentative eksem-pier på sådanne anioniske modioner, som, når de anvendes med en kationisk overfladeaktiv ion, er i stand til at bibringe en vandig væske viskoelastiske egenskaber, omfatter forskellige aromatiske carboxylater såsom o-hydroxybenzoat (salicylat), m-10 eller p-chlorbenzoat, methylen-bis-salicylat og 3,4-, 3,5- eller 2,4-dichlorbenzoat; aromatiske sulfonater såsom p-tolu-ensulfonat og naphthalensulfonat; phenoxider, specielt substituerede phenoxider såsom de halogenerede phenoxater omfattende 2,6-, 2,5- eller 3,5-dichlorphenat, 2,4,5-trichlorphenat eller 15 2,3,5,6-tetrachlorphenat; og alkylsubstituerede phenater såsom t-butylphenat, t-butylhydroxyphenat og 4-ethylphenat. De kat-ioniske modioner kan alternativt indeholde en oniumion, bedst en kvaternær ammoniumgruppe. Repræsentative kationiske mod ioner, som indeholder en kvaternær ammoniumgruppe, omfatter 20 benzyltrimethylammonium eller alkyltrimethylammonium, hvori alkylgruppen fordelagtigt er octyl, decyl eller dodecyl. Anvendelsen af en kation som modionen foretrækkes almindeligvis i mindre grad end anvendelsen af en anion som modionen.

25 Den særlige overfladeaktive ion og modionen, som er forbundet dermed, vælges således, at kombinationen bibringer en vandig væske viskoelastiske egenskaber. Af de førnævnte overfladeaktive ioner og modioner vil de kombinationer, som danner sådanne viskoelastiske overfladeaktive midler, variere, og de 30 bestemmes let ved hjælp af de tidligere beskrevne prøvemeto der. Af de overfladeaktive midler, som bibringer en vandig væske viskoelastiske egenskaber, omfatter de foretrukne overfladeaktive forbindelser de, som illustreres ved hjælp af formlen: 35 8

DK 158337 B

R

ch3 (-ch2-) a X ®

R

5 hvori n er et helt tal fra 13 til 23, fortrinsvis et helt tal fra 15 til 19; hvert R uafhængigt er hydrogen eller en alkyl-gruppe eller en hydroxyalkyl gruppe med 1-4 carbonatomer, 10 idet hvert R uafhængigt fortrinsvis er methyl eller ethyl, og X O er o-hydroxybenzoat (salicylat), m- eller p-halogenbenzo-at eller m- eller p-alkylbenzoat, hvori alkylgruppen fordelagtigt har fra 1 til 4 carbonatomer.

15 De viskoelastiske overfladeaktive midler fremstilles let ved at blande den basiske form af den ønskede kationiske overfladeaktive ion (eller sure form af den ønskede anioniske overfladeaktive ion) med en støkiometrisk mængde af den sure form af den ønskede kationiske modion (eller basiske form af den 20 ønskede anioniske modion). Alternativt kan støkiometriske mængder af saltene af den kationiske overfladeaktive ion og den anioniske modion (eller ækvimolære mængder af den anioniske overfladeaktive ion og kationiske modion) blandes til dannelse af det viskoelastiske overfladeaktive middel. Se f.eks.

25 de i US patentskrift nr. 2.541.816 beskrevne fremgangsmåder.

30 35 9

DK 158337B

Det viskoelastiske overfladeaktive middel anvendes i en mængde/som er tilstrækkeligt til at bibringe den vandige væse viskoelastiske egenskaber, hvorhos viskoelasticiteten 5 af den vandige væske måles ved hjælp af den heri beskrevne teknik. I almindelighed er en sådan mængde viskoelastisk overfladeaktivt middel tilstrækkelig til måleligt at reducere, fortrinsvis med mindst 5% af den friktion, som udøves af den vandige væske, når væsken strømmer gennem en 10 ledning under betingelser, som er tilstrækkeligt til, at give en ikke-laminar strømning. I forbindelse med denne opfindelse måles den af den strømmende vandige væske udviste friktion under anvendelse af konventionelle metoder, således som det er angivet i eksempel 1. Det specielt an-jg vendte viskoelastiske overfladeaktive middel og koncen trationen deraf i den vandige væske afhænger af en række faktorer, herunder opløsningens sammensætning, temperatur og den forskydningshastighed, som strømmende væske vil blive udsat for. I almindelighed bestemmes koncentrationen 20 af et specifikt viskoelastisk overfladeaktivt middel, som mest fordelagtigt anvendes heri, let ved forsøg. De viskoelastiske overfladeaktive midler anvendes i almindelighed fortrinsvis i mængder fra 0,01 til 5 vægt%, beregnet på vægen af det overfladeaktive middel og den vandige væske.

25 Det viskoelastiske overfladeaktive middel anvendes særligt fordelagtigt i mængder fra 0,05 til 0,5%, beregnet på vægten af den vandige væske og det viskoelastiske overfladeaktive middel.

30 I forbindelse med denne opfindelse anvendes en organisk elektrolyt med en modsat ionisk karakter til den over- 35

DK 158337 B

10 fladeaktive ion og som er i stand'til som organisk modion at blive bundet til nævnte overfladeaktive ion til yderligere at reducere den friktion, som udøves af den vandige væske, som indeholder det viskoelastiske over-5 fladeaktive middel, medens den passerer gennem en ledning under ikke-laminare strømingsbetingelser. Sådanne organiske elektrolytter, som passende anvendes heri, omfatter de, som indeholder organiske ioner, der i forbindelse med de overfladeaktive ioner af den overfladeaktive for-10 bindelse danner et viskoelastisk overfladeaktivt middel.

Den organiske elektrolyt er, når den indgår i en større mængde end den, som er forbundet med den overfladeaktive ion, i stand til yderligere at reducere friktionen af den vandige væske, som passerer gennem ledningen. En 15 sådan organisk elektrolyt er opløselig i den vandige væske som indeholder det viskoelastiske overfladeaktive middel.

De organiske ioner dannes almindeligvis ved dissociering af tilsvarende organiske elektrolytter, herunder salte 20 og syrer eller baser af en passende organisk ion. En organisk elektrolyt, som ved dissociering danner en anion, vil f.eks. yderligere reducere friktionen af en vandig væske, som indeholder et viskoelastisk overfladeaktivt middel med en kationisk overfladeaktiv ion. Eksempler på 25 sådanne anioniske organiske elektrolytter omfatter alkali metalsaltene af forskellige aromatiske carboxylater såsom dee aromatiske alkalimetalcarboxvlater, f.eks. natrium= salicylat og kaliumsalicylat og dinatriummethylen-bis(sali= cylat); alkalimetal-ar-halogenbenzoater f.eks. natrium-p-30 chlorbenzoat, kalium-m-chlorbenzoat, natrium-2,4-dichlor= benzoat og kalium-3,5-dichlorbenzoat; aromatiske sulfonsyrer såsom p-toluensulfonsyre og alkalimetalsaltene deraf; napthalensulfonsyre; og phenoler og subsituerede phenoler, f.eks. ar, ar-dichlorphenoler, 2,4,5-trichlorphenol, t-35 tubylphenol, t-butylhydroxyphenol og ethylphenol.

DK 158337 B

11

En egnet kationisk organisk elektrolyt danner ved dissociation en kation, som er nyttig til yderligere at reducere friktionen af en vandig væske, som indeholder et viskoelastisk overfladeaktivt middel med en anionisk overfladeaktiv 5 ion. Selv om kationiske organiske elektrolytter foretræk kes i mindre grad end de førnævnte anioniske organiske elektrolytter, omfatter eksempler på egnede kationiske elektrolytter de kvaternære ammoniumsalte såsom alkyltrimethyl= ammoniumhalogenider og alkyltriethylammoniumhalogenider, 1° hvori alkylgruppen fordelagtigt indeholder 4-10 carfaon- atomer og halogenide fordelagtigt er chlorid? aryl- og aralkyltrimethylammoniumhlogenider såsom phenyltrimethyl-og benzyltrimethylammoniumchlorid; alkyltrimethylphosphonium= halogenider og lignende. Den organiske elektrolyt er for-I5 trinsvis den samme eller danner den samme ion, som er for bundet med den overfladeaktive ion af det viskoelastiske overfladeaktivemiddel, som den vandige væske indeholder, f.eks. anvendes alkalimetalsalicylat fordelagtigt som den yderligere organiske elektrolyt, når det viskoelastiske 20 overfladeaktive middel oprindeligt fremstilles med en sali= cylatmodion. De mest foretrukne organiske elektrolytter er derfor alkalimetalsaltene af et aromatisk carboxylat, f.eks. natriumsalicylat.

25 I forbindelse med den foreliggende opfindelse anvendes tilstrækkelige mængder af den organiske elektrolyt til yderligere at reducere friktionen, som udvises af den vandige væske, som indeholder det viskoelastiske overfladeaktive middel, når den passerer gennem en ledning. Friktionen af 30 den vandige væske er den friktion, som måles under anvendelse af undersøgelsesmetoden, som er angivet i eksempel 1.

Ved "reduktion af friktionen" menes,at friktionen af en vandig væske, som indeholder det viskoelastiske overfladeaktie middel og den organiske elektrolyt (dvs. den vandige væske indeholdende en række egnede organiske ioner i overskud i forhold til det antal, som kræves til fuldstændig

DK 158337 B

12 at udligne ladningen af den overfladeaktive ion), bestemt ved hjælp af den i eksempel 1 beskrevne prøvemetode, er mindre end den friktion, som udøves af en vandig væske med den samme koncentration af viskoelastisk overfladeaktivt 5 middel, men som ikke indeholder yderligere organiske elek trolyt. Den organsiek elektrolyt anvendes fortrinsvis i sådanne mængder, at, når strømningsegenskaberne, defineret ved hjælp af Reynolds-tal, er konstant, den friktion, som udøves af den strømmende vandige væske, som indeholder det 10 viskoelastiske overfladeaktive middel og den organiske elek trolyt, er mindst 5, bedst mindst 10% lavere end for en vandig væske, som er identisk i alle henseender bortset fra, at den ikke indeholder overskud af organiske ioner. Reynolds tal (Re) er produktet af densiteten (p) af den 15 vandige væske udtryk i gram pr. cm (g/cm ), middelhas tigheden (v) af væsken, som strømmer gennem ledningen udtryk cm pr. sekund (cm/sek.) og diameteren (d) af ledningen udtryk i cm (cm) divideret med viskositeten (μ) (poise) af den vandige væske, dvs. Re = .

20 Når strømningsegenskaben af en vandig væske ændres således, at Re vokser, vil den friktion, som udøves den strømmende væske, almindeligvis falde, indtil strømmen bliver ikke-laminar, som tidligere defineret. Koncentrationen af de 25 organiske ioner, som giver den Ønskede yderligere frik tionsreduktion, er hensigtsmæssigt således, at det Reynolds tal, hvorved denne forøgelse i friktion træder, vokser.

Den vandige væske indeholder tilstrækkelige mængder af den organiske elektrolyt til at friktionsniveauet ved ikke-30 laminar-strømning reduceres. Dette friktionsniveau falder monotonisk med voksende Re til Re til over de vandige væsker, som ikke indeholder nogen organisk elektrolyt.

Koncentrationen af organisk elektrolyt, som kræves i den 35 vandige væske for at bibringe sådan yderligere friktions reduktion, afhænger af en række faktorer, herunder den

DK 158337 B

13 særlige vandige væske, det viskoelastiske overfladeaktive middel og den organiske elektrolyt, som anvendes, og den opnåede friktionsreduktion. Koncentrationen af den organiske elektrolyt vil i almindelighed fordelagtigt varierer fra 5 0,1 til 20, fortrinsvis fra 1 til 5 mol pr. mol af det viskoelastiske overfladeaktive middel.

De vandige væsker med reduceret friktion, når de passerer gennem en ledning, fremstilles let ved at blande de ønsekede mængder af det viskoelastiske overfladeaktive middel og organisk elektrolyt til dannelse af en flydende vandig opløsning. Den resulterende opløsning, som er stabil og kan lagres i lang tid, kan fremstilles til anvendelse til en række formål såsom brandbekæmpelsessystemer, industriel be- 15 arbejdning i operationer såsom varmeveksling og luftkondi tionering, som bærer ved transportering af kul, slam og andre mineraler. Andre valgfri bestanddele kan desuden sættes til den vandige væske for at gøre væsken velegnet til forskellige anvendelser, såsom borevæsker (fracturing.

20 fluids), boreslam, sprøjtepræparater til brug i landbruget og skærevæsker.

De følgende eksempler tjener til belysning af opfindelsen* 25 Alle procenter og dele er vægt% og vægtdele medmindre andet er anført.

Eksempel 1 og sammenligningsforsøg A, B og c.

30 Materialet fra eksempel 1 blev fremstillet ved at blande .99,5 dele vand, 0,25 dele viskoelastisk overfladeaktivt middel af cetyltrimethylammoniumsalicylat (CTAS) (fremstillet under anvendelse af ækvimolære mængder af cetyltri= methylammoniumhydroxid og salicylsyre) og 0,27 dele natrium= salicylat (NaS). Til bestemmelse af friktionen, som udøves af den resulterende opløsning, som strømmer gennem en ledning, blev hastigheden af væsken, som den strømmer gennem

DK 158337 B

14 et stykke ledning ved et kendt trykfald, målt under anvendelse af et apparatur omfattende et reservoir af passende størrelse til opbevaring af den vandige væske, idet reservoiret er forbundet til en cirkulær ledning fremstil-5 let af glas og med en indvendig diameter på 2,65 mm og en længde på 100 cm. Reservoiret blev monteret således, at et forudbestemt tryk kunne anbringes på enhver væske, som er indeholdt deri, og holdes konstant i det tidsrum,som er nødvendigt, for at de ønskede mængde af væske strømmer gennem 10 den cirkulære ledning. Den anden ende af den cirkulære led ning blev forbundet til et målekar, som holdes under atmosfærisk tryk. Under operationen, medens trykket på den vandige væske blev holdt konstant, fik væsken lov til at strømme gennem den cirkulære ledning under anvendelse af det på-15 førte tryk som drivkraft. Væsken, som strømmer gennem led ningen, blev opsamlet i målekarret, og middelhastigheden af væsken i ledningen blev bestemt ved at måle den opsamlede væskemængde og dividere med den tid, som var nødvendig til opsamling af væsken.

20 I dette eksempel blev særskilte portioner ledt gennem den cirkulære ledning under anvendelse af de forskellige tryk som er angivet i tabel 1. Disse tryk resulterede i forskellige middelhastigheder for væsken i den cirkulære ledning, 25 hvilke hastigheder er anført i table 1. Ud fra de forud bestemte tryk og målte hastigheder blev der beregnet en friktionsfaktor under anvendelse af ligningen: Æ _ DAP2g 1 2 '

30 4pLV

hvori: f = Fanning friktionsfaktor, D = diameter af den cirkulære ledning, hvorigennem væsken sendes, udtryk i cm (0,265 cm), 35 ΔΡ = tryktab af væsken, når den strømmer gennem den cirkulære ledning i g/cm, 2 g = 980,6 cm/sek. , 3 15

DK 158337 B

p = densitet af vandig væske i g/cm 3 (~ 1 g/cm ), L = længde af ledning, hvorigennem væsken strøm-mer, i cm (100 cm), 5 V = hastighed af væske i cm/sek..

På lignende måde bestemmes friktionen af vand (sammenligningsforsøg A) og vand, der indeholder 0,25 vægt% cetyltri= methylammoniumsalicylat uden yderligere natriumsalicylat 10 (organisk elektrolyt) (sammenligningsforsøg B). Resultater ne af undersøgelserne er også angivet i tabel 1. Koncentrationerne af det viskoelastiske overfladeaktive middel og den organiske elektrolyt er udtrykt som vægts, baseret på den samlede blanding. Por den organiske elektrolyt er 15 sammensætningen også udtrykt i (som mol pr. mol viskoelas tisk overfladeaktivt middel (M/M)).

20 25 30 35 16

DK 158.337 B

£9¾. æoiC oen o o co o σ> aa Co in •d u o o o r-l o o o o o • -y g ooo ooo ooo 5 $! ooo ooo ooo fe <W i » » ooo ooo ooo iDiotn ooo o m co cm M* cm o η ψ tnMn <u c-* γ* η» ιο co r- ο>ψο Οί ι-4 CM r-t ι-l ι—t r-4 > rH* - ao o o ooo r-4 tn r-i © <u .........

rd tn co σι co σιιηιο hioh .2*\ r>mcM cm o t n mwo Π S (SO O (NOO -Π 1Λ > OT O i-4

W

. S

O o cm cm io co «3* cm cm r- \ o σι o* η ti* co io o r- Ό O co co r* ti* c**r- mn> rH ·* ·» *► % «%

ig « 1-4 CM rt CM H CM

I 5 H |i: co

J ; s TjJ

g: V w ·

§ *5: I -I

E+ i3 I, Γ" i feå « 1 1

Scfgi * |p "38 s '' : “H z v $ V o in in $£;rrc cm i cm •h y* o · ·

4J ^ 'r.vj« O O

w ώ c;, id ns 'ν'·! a: Q <Q <ΰ <ΰ CO Μ

Sile g 1 g >|gs* a o M i $ © a ra s, i a ε ω ©. · © »

W ^ gi rH < CQ

« © -H

HHh

A

»* 17

DK 158337B

Som det fremgår af tabel I udviser den vandige flydende sam-sætning, som indeholder overskudsmængder af den organiske elektrolyt, lavere friktion end vand (sammenligningsforsøg A) eller vand, som kun indeholder det viskoelastiske over-5 fladeaktive middel (sammenligningsforsøg C). Desuden udviser den vandige væske, som kun indeholder det viskoelastiske overfladeaktive middel (sammenligningsforsøg B), forøget friktion ved et Re på mellem 14.750 og 18.580, og vand (sammenligningsforsøg A) viser en lignende friktionsforøgelse 10 ved et Re på ca. 2.300, hvilken friktionsforøgelse viser starten af ikke-laminar strømning. Ved Re på indtil 27.230 udviser den vandige væske, som indeholder både det viskoelastiske overfladeaktive middel og overskudsmængder, at den organiske elektrolyt uventet ikke nogen sådan friktions-15 forøgelse.

Det vandige flydende materiale fra eksempel 1 blev desuden underkastet forskydning i 2 minutter ved stor hastighed i en Waring-blender og friktionen målt under anvendelse af de samme tryk. Dette materiale viste sig at udvise den 20 samme friktion som materialet før forskydning, hvilket viser, at materialerne ifølge opfindelsen er forskydnings-stabile.

Til sammenligningsforsøg C blev en vandig væske som indeholder 0,0125 vægt% af en delvis hydrolyseret acrylamidpoly= 25 mer med en gennemsnitsmolekyltal efter vægt på 3 - 4 million (beregnet ud fra viskositeten) afprøvet på lignende måde og viste sig, at udvise i alt væsentligt den samme friktion ved tilsvarende Re, som eksempel 1. Efter forskydning af den vandige væske ved stor hastighed i en 30 Waring-blender i 2 minutter var friktionen, som blev udvist af den vandige væske, imidlertid væsentligt forøget f.eks. har den vandige væske, som blev udsat for forskydning og har strømningsegenskaber defineret ved et Re på 19.000, en friktion på 0,068, medens den vandige væske,

DK 158337B

18 som ikke var blevet forskudt, viste en friktion på kun 0,037 ved strømningsegenskaber defineret ved hjælp af det samme Re.

Eksemplerne 2, 3 og 4 og sammenligningsforsøg A, D og E.

5 Ved anvendelse af fremgangsmåderne fra eksempel 1 blev friktionen af vandige flydende blandinger (eksempler 2-4) indeholdende 99,8 dele vand, 0,1 del cetyltrimethylammonium= salicylat (CTAS) og de forskellige natriumsalicylatmængder (NaS), der er angivet i tabel II, målt ved de forskellige 10 Re, der er angivet i tabel H. Til sammenligning blev friktionsværdier for vand (sammenligningsforsøg A) og en vandig flydende blanding af 99,9 dele vand og 0,1 del cetyltri= methylammoniumsalicylat (sammenligningsforsøg B) bestemt ved det i tabel 2 anførte Re.

"DK 158337 B

19

Sil! VOIØCN ifl O ^ O CO 'O tn IN in^CNJ

0 io>c^· co o o comm r-toco > o r>

Η M OOO O O O OOO Hi—IO o O O

HR OOO OOO OOO OOO o o o 3 5 ...............

Mod OOO OOO OOO OOO OOO

£ m

OOO OOO OOO OOO OOO

<U OOO OOO OOO OOO OOO

αί mæo r-cot" o o o λνο oho ^ ^ ^ ^ ^ ^ s «. n <*«»·· ^ r*. σ' ro ca cn cn > h nfl'fl' <3* c- o

Η Η <N Η H

H r- S CO c** ^ \ ·

SO Η N

<NJ ^ vo «S« s -s s 3 ° ° g I . . · · t-5 o ri g <u cn cn cn g.- £ S £

** H

^ O Η Η Η H

iii s ° ° ° ° cn cD i td 'ϋ 1 ιΗ ίΰ ^ $ H-* i a; cn cn cn w |g|iS g s % ' g >S.sH u u o o g Λ i 8 ®g.s

«· < Q

11 \ 20

DK 158337 B

Som det fremgår af de i tabel 2 anførte data, påvirker koncentrationen af den organiske elektrolyt den friktion, som udvises af den vandige væske, som indeholder denne.

Større friktionsreduktion ses almindeligvis med voksende 5 koncentrationer af organisk elektrolyt indtil et maksimum.

Til sammenligningsforsøg E blev der fremstillet en vandig væske indeholdende det viskoelastiske overfladeaktive middel og kaliumchlorid, en uorganisk elektrolyt, idet Cl er i stand til at virke som modionen for cetyltrimethyl= 10 ammoniumradikalet. Selv om der blev opnået resultater svarende til det, der blev opnået under anvendelse af en organisk elektrolyt af natriumsalicylat, krævedes der en forholdsvis høj koncentration på 0,5 vægt% KC1, beregnet på vægten af vand og viskoelastisk overfladeaktivt middel.

15 Eksempler 5, 6 og 7 og sammenligningsforsøg A og F.

Ved anvendelse af fremgangsmåderne fra eksempel 1 blev friktionen af vandige flydende blandinger fra eksemplerne 5-7 indeholdende 99,8 dele vand, 0,1 del tetradecyltri= methylammoniumsalicylat (MTAS) og de forskellige mængder 20 af natriumsalicylat (NaS), der er angivet i tabel III, målt ved de forskellige i tabel III anførte Re.

Til sammenligningsformål blev friktionsværdierne for vand (sammenligningsforsøg A) og vandig flydende blanding af 99,9 dele vand og 0,1 del tetradecyltrimethylammonium= 25 salicylat (sammenligningsforsøg F) bestemt ved de i tabel III anførte Re. Resultaterne af disse bestemmelser er angivet i tabel III.

21 ''

DK 158337 B

ρ5!ϋ, ® αο o* cd o r- ^* r» h co h co in cn o* <finoh O i h co co «ΐ* f- o* <o co o^tnincg rioco in 'd* H ^

•Hft' O O O O O O O O OOOOO HH O OOOO

£ +3, OOOO O O O O OOOOO ooo o o o o

Jit'S o o o o oooo ooooo ooo oooo -d* c·* co r* c*» o in η nhooo ooo φνηο ΗΗΝΌ O CO CN CO Γ- O <T> in CO OOO OOJNin O* O vo 'tf O si* CO CO O in CN O MOH> <D ' - - - ' ' - - - -.....* ---- ea ooHin vomor* vomHcoco co o σ> > ^o n

H CN CN H CN CN H CN CN CO Η H CN CN

S in <n a> \ · S H CN sj*

m £ , ' Λ O O

H ίίι. h co in -i i ri -d p y * h|S.s° β e · a &·ω: ^ § W’ 5i a) co w co

c; a nj (d <d ι I

* f Z S 3 E-* ^ ιλ in in in

M +J U CN CN CN CN

rj ^ C · · I

$1 s ° ° ° φ H ri

O ^ (D

ΊίβΗ3 i) m co co co

>| Sig b ^ s H

iHl 2 2 2 2 ·. S ' i w ' Φ C5 8 a ή η jjj cn tsl < t, I*

DK 158337 B

22

Som det fremgår af de i tabel III anførte data, er sammenhængen mellem friktionen og tilsætningen af organisk elektrolyt til en vandig væske, som indeholder et viskoelastisk overfladeaktivt middel, svarende til det i tabellerne I og 5 II anførte.

Eksemplerne 8 - 14 og sammenligningsforsøg A, G og H.

Ved anvendelse af fremgangsmåderne fra eksempel I blev friktionen af de vandige flydende blandinger fra eksemplerne 8 - 12 indeholdende 99,8 dele vand, 0,1 del cetyltri= 10 methylammoniumsalicylat (CTAS) eller cetyltrimethylammonium- 3,4-dichlorbenzoat (CTADCB) og de forskellige mængder .af natriumsalicylat (NaS) og natrium-3,4-dichlorbenzoat (NaDCB), der er angivet i tabel IV, blev målt ved de forskellige i tabel IV anførte Re.

15 Til sammenligningsformål blev friktionsværdierne for vand (sammenligningsforsøg A), en vandig flydende blanding af 99.9 dele vand og 0,1 del cetyltrimethylammoniumsalicylat (sammenligningsforsøg G) og en vandig flydende blanding af 99.9 dele vand og 0,1 del cetyltrimethylammonium-3,4-di-20 chlorbenzoat (sammenligningsforsøg H) bestemt ved det i tabel IV anførte Re. Resultaterne af disse bestemmelser er anført i tabel IV.

...... DK 158337B

_?3 o co t n αο cm o m <1* o in o ιο r* m· co πομφ i _ m co co co o co co co menene ΐίκηιηψ t n o* t n wi« oooo οαοο oooo σαοο o o α o gw oooo oooo oooo oooo oooo jj ft oooo oooo oooo oooo oooo ilt “ r o o co co co co co σ' o« η o h cm m co γ* t n o es in co o o in OOH« cm *8» in h c-* h cm co co co ro o in o co o cm o1 co co in M* co M* irt h 10 O« c-» <8* <0 oo o ..........- - * » » - * ^ .

pi r- in h o r*· o -< r·* Mcwm μπφο

rO CM CM H CM CM HCMCM H CM· CM r-i 1—I CM

2 0 10 CM σ»

Sy * ♦ * # S C" o co in

'»O r4 rH i—I

•3 B « <8· m o s go o · · · · 1 δ 1¾ * o 0 0 - 0 M 4->

^ O S

(3 , J

§ W <0 2 α en en en en

• <8 <8 «8 (8 I

E-»l 2 Z 2 Z

. tn in in in m .Y ·Η ϋ ’“ί H i-t rH t-t ra -U C · · · ·

Ti a S ® ® 0 o o m3 * · cd pH fd

Φ Η H

Q Ή J <u ' en en en en en 111 g g g g g g >osho o ϋ o α . g 1 ω

*P

Η I ra

5Sll « 0 0 h O

H ri Η H i-l DK 158337 B.

< .24 i in cm o rH mcno> c* in o cm ηφ Ό raC ' ingenen cm ^ ^ en 2 2o2a 2Sa

gw H O O O r-H O O O OOOO OOOO HHO

O OOOO OOOO OOOO OOOO ooo Η H .... ...» ...» **' 3 3 OOOO OOOO OOOO OOOO ooo

Si ' , r ♦

p'» vo cm o cm n* o in m c«* h o <-h o cm «tf 22S

in co cm n« r- «tf m c·" c** co ao «tf oconcm. o o o

1Π o N O' O O rH CM <tf m H CM iHCMOm mcMO

<U »*·.«. . . . . . » ' ' ' ' ' ' * ' "·

« ^IflrlCO ininovo ' VO^OCM M3 in r-j ^ enoo H CM CM rH CM CM rH CM CM rH CM CM rH

S co m o \ .

2 H . en ao *w 'Sti 6 m « ® 1 1 13 fi c! · * g'l s, ° °Λ »s

H O O

M (U ^ oa-a 2 « ffl (U o O CJ . , a Q rH>$ G O 1 1 > (β o λ «

Hl Z + m 2 2 ^ ^ - in in in in ^ 'jj .cm cm cm cm i •η m · g · · * +»3 J ° o o o $ «ϋ «

Ih 8 S S 8

- Ih '» a s a I

«>oS Is u s s ω

-P

M.

0 &i UH &

- -V-iB

> ® SS

W rH S ω ‘ 1 U 2 2 h * * < @Hri H *“ r* fe* \ *

DK 158337B

25

Eksempler 15 - 18 og sammenligningsforsøg B.

Ved anvendelse af fremgangsmåderne fra eksempel I blev friktionen af vandige blandinger indeholdende -79 dele vand, 20 dele ethylenglycol, 0,25 dele cetyltrimethylam-5 moniumsalicylat (CTAS) og forskellige mængder natrium= salicylat (NaS), som angivet i tabel V, målt ved de forskellige i tabel V anførte Re.

Til sammenligningsforsøg B blev friktionsværdier af vandig blanding af 79,75 dele vand, 20 dele ethylenglycol og 0,25 10 dele CTAS bestemt ved det i tabel V anførte Re. Resultaterne af disse bestemmelser er anført i tabel V.

DK 158337 B

» 26 -/ · . j «ΐ in m <3· m n co o in ud oo^ood <b o co es o o oun inn mC p* o in in m inNinn^ o es in in s* p« h n« s* n* co co o o o

s — ΠΗΟΟΟ ΌΗΟΟΟ in H O O O en Η O O O NOrIHH

O, ooooo ooooo o o o o o o o o o o o o o o o Η M .........................

-H fl ooooo ooooo ooooo ooooo ooooo 31 fø <w - t ooooo es o o o o in o o o o ooooo es o o o o mom oo piocooo ηριηοο ψιηηοα nsunno h ^ n ih P' airipoo o <s ^ en ιο h m σ> ^ ^ oipocoud 4) ..... - - ' - ....... ' - ' ' ' '

Ot h en co es en en co en m en co h ^ h en co es ^ m ud > o

HH HH HH HH H

es co o σ» s \ en <3* p* «η i

S H

λ; ^ i .2 η S *s en in o i

to-0 !§ o o o H

>' 1¾ m w 9 . a> ai en 03 οι <« q λ <a ns (0 i ^ £ a a a a E-f P | .1 in in in in in .¾ 5 i o, m PJ es es es en -H cif · · ·· fjiji o. o - o o o o . 1o 8 **·

to 'ϋ H IB

8 ti «S «f W 03 03 03 03 III s g s g g .s > g 1 Hl α o o u o §

Η I S

® 6.8

H g CQ

li $ jrø 'h S H S “ jt

Claims (5)

1. 27 DK 158337B Patentkrav.
2. 1. Fremgangsmåde til reduktion af friktion udvist af en vandig væske, som passerer gennem en ledning under ikke-laminare strømningsbetingelser, hvor udtrykket vandig væske indbefatter 5 vandige opslæmninger af faste partikler, hvor fremgangsmåden omfatter, at der gennem en ledning passerer en vandig opløsning indeholdende et viskoelastisk overfladeaktivt middel, hvilket viskoelastiske overfladeaktive middel anvendes i en mængde fra 0,01 til 5 vægt%, regnet på vægten af det viskoela-10 stiske overfladeaktive middel og vandig væske, idet det viskoelastiske overfladeaktive middel er en forbindelse med 1) en ion, som er i stand til at virke som et overfladeaktivt middel, og 2) en støkiometrisk mængde af en organisk modion fra en organisk elektrolyt, som går i forbindelse med den overfla-15 deaktive ion for at gøre den viskoelastisk, kendetegnet ved, at den vandige væske yderligere indeholder en koncentration af den organiske modion udover den, der omfatter det viskoelastiske overfladeaktive middel, som ligger i området fra 0,1 til 20 mol pr. mol viskoelastisk overfladeaktivt 20 middel.
3. 2. Vandigt flydende materiale, som omfatter 1) en vandig væske, hvor udtrykket vandig væske indbefatter vandige opslæmninger af faste partikler, 2) fra 0,01 til 5 vægt% af et vi- 25 skoelastisk overfladeaktivt middel, regnet på vægten af 1 (og 2), idet det viskoelastiske overfladeaktive middel er en forbindelse med 1) en ion, som er i stand til at virke som et overfladeaktivt middel, og 2) en støkiometrisk mængde af en organisk modion fra en organisk elektrolyt, som går i forbin-30 delse med den overfladeaktive ion for at gøre den viskoelastisk, kendetegnet ved, at den vandige væske yderligere indeholder en koncentration af den organiske modion udover den, der omfatter det viskoelastiske overfladeaktive middel, som ligger i området fra 0,1 til 20 mol pr. mol viskoela-35 stisk overfladeaktivt middel. 1 Materiale ifølge krav 2, kendetegnet ved, at det viskoelastiske overfladeaktive middel er cetyltrimethylam- DK 158337B 28- moniumsalicylat eller tetradecyltrimethylammoniumsalicylat, og den organiske modion stammer fra natriumsalicylat.
4. 4. Materiale ifølge krav 2, kendetegnet ved, at 5 det viskoelastiske overfladeaktive middel er cetyltrimethylam-monium-3,4-dichlorbenzoat, og den organiske modion stammer fra natri um-3,4-dichlorbenzoat.
5. 5. Materiale ifølge krav 2, kendetegnet ved, at 10 den vandige væske indeholder indtil 20 vægt% ethylenglycol. 15 20 25 30 35