EA031909B1 - Способы получения эмульгатора и буровой текучей среды - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способам получения эмульгаторов, которые могут включать одно или несколько талловых масел и один или несколько триамидов, и буровых текучих сред. Способ получения эмульгатора включает смешивание таллового масла и триамида для обеспечения смеси, где триамид получают по реакции диамидоамина с насыщенной дикарбоновой кислотой, ангидридом насыщенной кислоты или их смесью, при температуре от 120 до 200°C, причем диамидоамин представляет собой продукт реакции одной или нескольких жирных кислот и одного или нескольких полиаминов, имеющих формулу HN[(CH)NH]H, в которой x и y представляют собой независимо выбранные целые числа от 1 до 10, и распылительное высушивание.

Description

Область техники

Описанные варианты осуществления относятся в общем к способам получения эмульгаторов, которые могут включать одно или несколько талловых масел и один или несколько триамидов, к эмульгированным буровым текучим средам и к способам их применения.

Описание предшествующего уровня техники

В нефтяной и газовой промышленности в течение ряда лет используются буровые текучие среды или буровые растворы для разработки подземных месторождений природных ресурсов. По мере сокращения запасов нефти, становится необходимым бурение в тех областях, которые ранее были недоступными вследствие технологических и экономических затруднений. Это привело к распространенному применению буровых текучих сред на углеводородной основе или инвертно-эмульсионных буровых текучих сред, которые придают более высокую термическую и химическую устойчивость, чем текучие среды на водной основе, обеспечивая бурение на увеличенной глубине и в других требуемых рабочих условиях, таких как условия, включающие воздействие электролитов в высоких концентрациях и растворимых газов. Например, инвертно-эмульсионные буровые текучие среды успешно использовались при бурении в горячих пластах (например, при температуре, превышающей 150°C), а также в пластах, содержащих сероводород. Кроме того, чтобы довести до максимума добычу на каждой морской буровой платформе, инвертно-эмульсионные буровые текучие среды являются предпочтительными вследствие своей эффективности для бурения отклоняющихся от вертикали скважин (например, наклонных скважин). В частности, оказывается необходимой высокая смазывающая способность инвертноэмульсионных буровых текучих сред вследствие повышенного вращающего момента, воздействующего на бурильную колонну в процессе бурения с отклонением от вертикали.

Инвертно-эмульсионные буровые текучие среды изготавливают, как правило, смешивая углеводородное масло с водой или солевой раствор в условиях высокого сдвига и в присутствии подходящего эмульгатора. Эмульгатор требуется не только для образования устойчивой дисперсии капель воды в масляной фазе, но также для сохранения любых твердых веществ, таких как повышающие плотность добавки (например, бариты) или обломки выбуренной породы в состоянии смачивания маслом. Поскольку некоторые скважинные площадки, такие как морские платформы, имеют ограниченную площадь, а также увеличивается стоимость транспортировки материалов на скважинные площадки, в отрасли существует повышенный интерес, в частности, к композициям буровых текучих сред, которые можно изготавливать и поддерживать (например, хранить) с минимальными или уменьшенными количествами растворителя и других добавок по сравнению с композициями предшествующего уровня техники.

Таким образом, существует необходимость в улучшенных эмульгаторах для изготовления обращенных эмульсий, которые могут использоваться, например, в бурении нефтяных скважин.

Сущность изобретения

Предлагаются способы получения эмульгаторов, эмульгированных буровых текучих сред и способы их применения. Согласно одному из вариантов осуществления способ получения эмульгатора включает смешивание таллового масла и триамида для обеспечения смеси, где триамид получают по реакции диамидоамина с насыщенной дикарбоновой кислотой, ангидридом насыщенной кислоты или их смесью, при температуре от 120 до 200°C, причем диамидоамин представляет собой продукт реакции одной или нескольких жирных кислот и одного или нескольких полиаминов, имеющих формулу H₂N[(CH₂)_xNH]_yH, в которой x и y представляют собой независимо выбранные целые числа от 1 до 10; и распылительное высушивание смеси для получения высушенного распылением эмульгатора.

Согласно другому варианту осуществления способ получения эмульгатора включает смешивание триамида и таллового масла для обеспечения смеси, причем триамид образуется в реакции диамидоамина с насыщенной дикарбоновой кислотой, ангидридом насыщенной кислоты или их смесью, при температуре от 120 до 200°C, причем диамидоамин представляет собой продукт реакции одной или нескольких жирных кислот и одного или нескольких полиаминов, имеющих формулу H₂N[(CH₂)_xNH]_yH, в которой x и y представляют собой независимо выбранные целые числа от 1 до 10; и проведение реакции таллового масла и триамида с основанием для обеспечения нейтрализованной смеси, причем основание включает гидроксид щелочного металла, гидроксид щелочноземельного металла, оксид щелочного металла, оксид щелочноземельного металла или их смесь; и распылительное высушивание нейтрализованной смеси для получения высушенного распылением эмульгатора.

Способ получения буровой текучей среды включает смешивание масляной фазы, водной фазы и высушенного распылением эмульгатора для получения буровой текучей среды, где высушенный распылением эмульгатор включает смесь таллового масла и триамида, причем триамид получают по реакции диамидоамина с насыщенной дикарбоновой кислотой, ангидридом насыщенной кислоты, или их смесью, при температуре от 120 до 200°C, причем диамидоамин представляет собой продукт реакции одной или нескольких жирных кислот и одного или нескольких полиаминов, имеющих формулу H₂N[(CH₂)_xNH]_yH, в которой x и y представляют собой независимо выбранные целые числа от 1 до 10.

- 1 031909

Подробное описание

Предлагаются способы изготовления эмульгаторов, эмульгированные буровые текучие среды и способы их применения. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления эмульгатор можно изготавливать посредством смешивания, перемешивания или иного объединения одного или нескольких талловых масел и одного или нескольких триамидов. Один или несколько триамидов может представлять общая химическая формула:

О

О

R' NH[(CH₂)_xN(CH₂)_y]_zNH R³

1,2 ^R (I) , в которой х, у и z представляют собой независимо выбранные целые числа от 1 до 10;

R¹ представляет собой Cs-C^-алкил, Q-Qo-алкенил, Q-C^-диалкенил или Q-C^-алкинил;

О о

R² представляет собой Н или ^{R ОН}' независимо выбранный для каждого звена [(CH2)xNR²(CH2)y], где R⁴ представляет собой Ci-Cs-алкилен или Ci-Cs-алкиленовый спирт; и

О О

/- ^ОН по меньшей мере один R представляет собой '

R³ представляет собой Cs-C^-алкил, Q-C^-алкенил, Q-C^-диалкенил или C₈-C₂₀-алкинил.

В качестве ^-^-алкиленовой группы для R⁴ могут присутствовать, не ограничиваясь этим, метиленовая или метандиильная группа (-CH2-), этиленовая или этандиильная группа (-CH2CH2-) и пропиленовая или пропандиильная группа (-CH2CH2CH2-), которые представляют собой насыщенный алкановый фрагмент триамида. В качестве C1-C3-алкиленового спирта для R⁴ могут присутствовать, не ограничиваясь этим, метилен- или метандиилспиртовая группа (-С(ОН)Н-), этилен- или этандиилспиртовая группа (-CH2C(OH)H-), и пропилен- или пропандиилспиртовая группа (-CH₂C(OH)HCH₂- или -CH₂CH₂C(OH)H-), которые представляют собой насыщенный алканоспиртовой фрагмент триамида.

Согласно некоторым вариантам осуществления для буровых текучих сред на углеводородной основе может использоваться эмульгатор. Неожиданно и непредсказуемо было обнаружено, что, когда в качестве R⁴ присутствует ^-^-алкилен или ^-^-алкиленовый спирт, например насыщенная углеродная цепь, буровые текучие среды на углеводородной основе могут проявлять одно или несколько из следующих свойств: более плоский реологический профиль у нижнего предела, пониженный реологический профиль у верхнего предела, повышенная электрическая устойчивость, сниженная пластическая вязкость, уменьшенное статическое напряжение сдвига и сниженная потеря текучей среды в подземный пласт по сравнению с таким же эмульгатором, но имеющим ненасыщенный радикал R⁴, например R⁴, содержащий по меньшей мере одну двойную связь между атомами углерода. Например, эмульгатор, в котором R⁴ представляет собой ^-^-алкилен или ^-^-алкиленовый спирт, может улучшать такие показатели, как реологический профиль у нижнего предела, реологический профиль у верхнего предела, электрическая устойчивость, статическое напряжение сдвига, пластическая вязкость, прорыв текучей среды и/или потеря текучей среды, приблизительно на 0,2%, приблизительно на 0,5%, приблизительно на 1%, приблизительно на 2%, приблизительно на 3%, приблизительно на 4%, приблизительно на 5% или приблизительно на 10% или более по сравнению с таким же эмульгатором, но имеющим ненасыщенный радикал R⁴, например, в том случае, когда R⁴ представляет собой алкенилен (например, -(C_nH_2n-2)-, где n составляет 1, 2 или 3).

Одно или несколько талловых масел и один или несколько триамидов в составе эмульгатора могут объединяться друг с другом в любом соотношении. Например, массовое соотношение триамида и таллового масла может составлять приблизительно 99:1, приблизительно 90:10, приблизительно 80:20, приблизительно 70:30, приблизительно 60:40 или от приблизительно 50:50 до приблизительно 40:60, приблизительно 30:70, приблизительно 20:80, приблизительно 10:90 или приблизительно 1:99. В качестве еще одного примера, массовое соотношение триамида и таллового масла может составлять приблизительно 0,5:1, приблизительно 1:1, приблизительно 2:3, приблизительно 3:7 или приблизительно 1:4. В качестве еще одного примера массовое соотношение триамида и таллового масла может составлять от приблизительно 0,1:1 до приблизительно 3:1, от приблизительно 0,2:1 до приблизительно 2,8:1, от приблизительно 0,3:1 до приблизительно 2,5:1, от приблизительно 0,4:1 до приблизительно 2,2:1, от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 2:1, от приблизительно 0,3:1 до приблизительно 2:1, от приблизительно 1:1 до приблизительно 3:1, от приблизительно 0,4:1 до приблизительно 1:1, от приблизительно 0,4:1 до приблизительно 0,7:1 или от приблизительно 0,3:1 до приблизительно 1:1.

Согласно некоторым вариантам осуществления эмульгатор может иметь кислотное число, составляющее приблизительно 100 мг KOH, приблизительно 125 мг KOH или от приблизительно 150 до приблизительно 250 мг KOH, приблизительно 175 мг KOH, приблизительно 200 мг KOH на 1 г эмульгатора. Например, эмульгатор может иметь кислотное число, составляющее от приблизительно 100 до прибли

- 2 031909 зительно 150 мг KOH, от приблизительно 125 до приблизительно 175 мг KOH, от приблизительно 170 до приблизительно 200 мг KOH, от приблизительно 170 до приблизительно 225 мг KOH, от приблизительно 165 до приблизительно 230 мг KOH, от приблизительно 180 до приблизительно 220 мг KOH, от приблизительно 200 до приблизительно 250 мг KOH, от приблизительно 225 до приблизительно 250 мг KOH или от приблизительно 250 до приблизительно 300 мг KOH на 1 г эмульгатора. В качестве еще одного примера эмульгатор может иметь кислотное число, составляющее по меньшей мере 100 мг KOH, по меньшей мере 110 мг KOH, по меньшей мере 120 мг KOH, по меньшей мере 130 мг KOH, по меньшей мере 150 мг KOH или по меньшей мере 175 мг KOH. В качестве еще одного примера эмульгатор может иметь кислотное число, составляющее менее чем 220 мг KOH, менее чем 170 мг KOH или менее чем 150 мг KOH.

При использовании в настоящем документе термин кислотное число означает массу гидроксид калия (KOH) в миллиграммах, которая требуется для нейтрализации 1 г реакционной смеси или композиции. Например, кислотное число эмульгатора означает количество KOH в миллиграммах, которое требуется для нейтрализации 1 г эмульгатора. Кислотное число может использоваться в качестве меры количества карбоксильных групп в реакционной смеси или композиции. Согласно типичной процедуре известное количество композиции растворяется в органическом растворителе и титруется раствором гидроксида калия известной концентрации. Кислотное число можно определять, используя раствор гидроксида калия, в котором содержится фенолфталеин в качестве цветного индикатора, или используя потенциометрический анализ. Стандартные методы, используемые для определения кислотного числа, включают ASTM D 465-05 и AOCS Те 1a-64.

Реологический показатель, электрическая устойчивость, статическое напряжение сдвига, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, свойства при высокой температуре/высоком давлении, включая прорыв текучей среды и потери текучей среды, могут быть исследованы согласно стандарту 13В-2 рекомендованных правил Американского нефтяного института (API), 3-е изд., февраль 1998 г. Буровая текучая среда может иметь реологический показатель, составляющий приблизительно 3, приблизительно 5 или от приблизительно 7 до приблизительно 15, приблизительно 17 или приблизительно 20 после горячей прокатки при скорости, составляющей 3 об/мин при 150°F (65,6°C). Например, буровая текучая среда может иметь реологический показатель, составляющий от приблизительно 4 до приблизительно 7, от приблизительно 5 до приблизительно 10, от приблизительно 6 до приблизительно 17, от приблизительно 8 до приблизительно 15 или от приблизительно 8 до приблизительно 28, после горячей прокатки при 3 об/мин и 150°F (65,6°C). Буровая текучая среда может иметь реологический показатель, составляющий приблизительно 3, приблизительно 5 или от приблизительно 7 до приблизительно 15, приблизительно 17, приблизительно 23, приблизительно 27 или приблизительно 30, после горячей прокатки при 6 об/мин и 150°F (65,6°C). Например, буровая текучая среда может иметь реологический показатель, составляющий от приблизительно 4 до приблизительно 7, от приблизительно 5 до приблизительно 10, от приблизительно 6 до приблизительно 17, от приблизительно 8 до приблизительно 15 или от приблизительно 6 до приблизительно 28, после горячей прокатки при 6 об/мин и 150°F (65,6°C). Буровая текучая среда может иметь реологический показатель, составляющий от приблизительно 45, приблизительно 50 или приблизительно 55 до приблизительно 70, приблизительно 75, приблизительно 85, после горячей прокатки при 600 об/мин и 150°F (65,6°C). Например, буровая текучая среда может иметь реологический показатель, составляющий от приблизительно 40 до приблизительно 70, от приблизительно 50 до приблизительно 67, от приблизительно 50 до приблизительно 70 или от приблизительно 55 до приблизительно 85, после горячей прокатки при 600 об/мин и 150°F (65,6°C).

Буровая текучая среда, содержащая эмульгатор, может иметь статическое напряжение сдвига после 10 с покоя, составляющее от приблизительно 3 фунтов на 100 кв. футов (1,44 Па), приблизительно 5 фунтов на 100 кв. футов (2,4 Па) или приблизительно 7 фунтов на 100 кв. футов (3,4 Па) до приблизительно 15 фунтов на 100 кв. футов (7,2 Па), приблизительно 17 фунтов на 100 кв. футов (8,2 Па), приблизительно 30 фунтов на 100 кв. футов (14,4 Па), после горячей прокатки при 150°F (65,6°C). Например, буровая текучая среда может иметь статическое напряжение сдвига после 10 с покоя, составляющее от приблизительно 4 фунтов на 100 кв. футов (1,9 Па) до приблизительно 7 фунтов на 100 кв. футов (3,4 Па), от приблизительно 5 фунтов на 100 кв. футов (2,4 Па) до приблизительно 10 фунтов на 100 кв. футов (4,8 Па), от приблизительно 6 фунтов на 100 кв. футов (2,9 Па) до приблизительно 17 фунтов на 100 кв. футов (8,2 Па), от приблизительно 8 фунтов на 100 кв. футов (3,8 Па) до приблизительно 15 фунтов на 100 кв. футов (7,2 Па) или от приблизительно 14 фунтов на 100 кв. футов (6,7 Па) до приблизительно 28 фунтов на 100 кв. футов (13,4 Па), после горячей прокатки при 150°F (65,6°C).

Буровая текучая среда, содержащая эмульгатор, может иметь статическое напряжение сдвига после 10 мин покоя, составляющее от приблизительно 3 фунтов на 100 кв. футов (1,44 Па), приблизительно 5 фунтов на 100 кв. футов (2,4 Па) или приблизительно 7 фунтов на 100 кв. футов (3,4 Па) до приблизительно 15 фунтов на 100 кв. футов (7,2 Па), приблизительно 17 фунтов на 100 кв. футов (8,2 Па), приблизительно 30 фунтов на 100 кв. футов (14,4 Па), после горячей прокатки при 150°F (65,6°C). Например, буровая текучая среда может иметь статическое напряжение сдвига после 10 мин покоя, составляющее от приблизительно 4 фунтов на 100 кв. футов (1,9 Па) до приблизительно 7 фунтов на 100 кв. футов

- 3 031909 (3,4 Па), от приблизительно 5 фунтов на 100 кв. футов (2,4 Па) до приблизительно 10 фунтов на

100 кв. футов (4,8 Па), от приблизительно 6 фунтов на 100 кв. футов (2,9 Па) до приблизительно фунтов на 100 кв. футов (8,2 Па), приблизительно 8 фунтов на 100 кв. футов (3,8 Па) до приблизительно 15 фунтов на 100 кв. футов (7,2 Па) или от приблизительно 14 фунтов на 100 кв. футов (6,7 Па) до приблизительно 2 8 фунтов на 100 кв. футов (13,4 Па), после горячей прокатки при 150°F (65,6°C).

Буровая текучая среда, содержащая эмульгатор, может иметь пластическую вязкость, составляющую от приблизительно 15, приблизительно 17 или приблизительно 19 до приблизительно 25 сП, приблизительно 27 сП, приблизительно 30 сП, после горячей прокатки при 150°F (65,6°C). Например, буровая текучая среда может иметь пластическую вязкость, составляющую от приблизительно 15 до приблизительно 17 сП, от приблизительно 5 до приблизительно 10 сП, от приблизительно 6 до приблизительно 17 сП, от приблизительно 8 до приблизительно 15 сП или от приблизительно 14 до приблизительно 28 сП, после горячей прокатки, при 150°F (65,6°C).

Буровая текучая среда, содержащая эмульгатор, может иметь динамическое напряжение сдвига, составляющее от приблизительно 3 фунтов на 100 кв. футов (1,44 Па), приблизительно 5 фунтов на 100 кв. футов (2,4 Па) или приблизительно 7 фунтов на 100 кв. футов (3,4 Па) до приблизительно 15 фунтов на 100 кв. футов (7,2 Па), приблизительно 17 фунтов на 100 кв. футов (8,2 Па), приблизительно 30 фунтов на 100 кв. футов (14,4 Па), после горячей прокатки при 150°F (65,6°C). Например, буровая текучая среда может иметь динамическое напряжение сдвига, составляющее от приблизительно 4 фунтов на 100 кв. футов (1,9 Па) до приблизительно 7 фунтов на 100 кв. футов (3,4 Па), от приблизительно 5 фунтов на 100 кв. футов (2,4 Па) до приблизительно 10 фунтов на 100 кв. футов (4,8 Па), от приблизительно 6 фунтов на 100 кв. футов (2,9 Па) до приблизительно 17 фунтов на 100 кв. футов (8,2 Па), от приблизительно 8 фунтов на 100 кв. футов (3,8 Па) до приблизительно 15 фунтов на 100 кв. футов (7,2 Па) или от приблизительно 8 фунтов на 100 кв. футов (3,8 Па) до приблизительно 28 фунтов на 100 кв. футов (13,4 Па), после горячей прокатки при 150°F (65,6°C).

Буровая текучая среда, содержащая эмульгатор, может иметь повышенную электрическую устойчивость. Буровая текучая среда, содержащая эмульгатор, может иметь электрическую устойчивость, составляющую от приблизительно 600, приблизительно 700 или приблизительно 725 до приблизительно 800, приблизительно 1000 или приблизительно 1200 В при 150°F (65,6°C). Например, буровая текучая среда, содержащая эмульгатор, может иметь электрическую устойчивость, составляющую от приблизительно 600 до приблизительно 650 В, от приблизительно 650 до приблизительно 700 В, от приблизительно 675 до приблизительно 750 В, от приблизительно 700 до приблизительно 760 В, от приблизительно 725 до приблизительно 850 В, от приблизительно 825 до приблизительно 950 В, от приблизительно 925 до приблизительно 1100 или от приблизительно 1000 до приблизительно

1200 В, при 150°F (65,6°C).

Буровая текучая среда, содержащая эмульгатор, может иметь потери текучей среды при высокой температуре/высоком давлении, составляющие от приблизительно 5, приблизительно 6 или приблизительно 7 до приблизительно 10, приблизительно 12, приблизительно 14 мл после горячей прокатки при 150°F (65,6°C). Например, буровая текучая среда может иметь потери текучей среды, составляющие от приблизительно 4 до приблизительно 7 мл, от приблизительно 5 до приблизительно 10 мл, от приблизительно 6 до приблизительно 11 мл или от приблизительно 8 до приблизительно 14 мл, после горячей прокатки при 150°F (65,6°C).

Буровая текучая среда, содержащая эмульгатор, может проявлять минимальный прорыв воды в условиях исследования при высокой температуре/высоком давлении. Буровая текучая среда, содержащая эмульгатор, может иметь значение прорыва воды, составляющее от приблизительно 0, приблизительно 0,1 или приблизительно 0,2 до приблизительно 0,5 мл, в условиях исследования при высокой температуре/высоком давлении. Например, буровая текучая среда, содержащая эмульгатор, может иметь значение прорыва воды, составляющее от приблизительно 0 до приблизительно 0,1 мл, от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,2 мл, от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,3 мл, от приблизительно 0,3 до приблизительно 0,4 мл или от приблизительно 0,4 до приблизительно 0,5 мл, в условиях исследования при высокой температуре/высоком давлении.

Соединения формула (I) можно синтезировать, используя один или несколько различных путей синтеза. Один примерный путь синтеза можно включать последовательные реакции конденсации, как представлено ниже на схеме I. Более конкретно, полиамин может реагировать с жирными кислотами, образуя в качестве продукта амидоамин. Амидоаминный продукт может реагировать с янтарным ангидридом, образуя триамид. Согласно конкретному варианту осуществления, который проиллюстрирован на схеме I, две молекулы жирной кислоты одного типа реагируют с диэтилентриамином в качестве полиамина, образуя диамидоамин или промежуточный продукт. В последующей реакции конденсации диамидоамин реагирует с янтарным ангидридом в качестве насыщенной дикарбоновой кислоты, образуя триамид. Примерная схема I осуществляется следующим образом.

- 4 031909

Схема I

Можно видеть, что триамид, проиллюстрированный на схеме I, имеет молекулярная структуру формулы (I), где R¹ и R⁴ являются одинаковыми.

Условия реакции, например нагревание, можно регулировать, чтобы предпочтительно получать более термодинамически устойчивый амидный продукт. Любая из функциональных аминогрупп полиамина может вступать в реакцию конденсации с карбоксильной группой жирной кислоты; однако первичные аминогруппы могут оказаться в кинетическом отношении более предпочтительными, чем вторичные аминогруппы полиамина. Посредством регулирования условия реакции, таких как концентрация реагентов, может оказаться предпочтительной реакция одной молекулы жирной кислоты с каждой первичной аминогруппой полиамина. Термодинамически и кинетически предпочтительный диамидоамин проиллюстрирован в реакции 1 на схеме I.

Диамидоамин может затем реагировать с насыщенной дикарбоновой кислотой и/или ангидридом насыщенной кислоты. Реакция 2 на схеме I представляет собой реакцию конденсации между диамидоамином и янтарным ангидридом. По меньшей мере одна из ацильных групп янтарного ангидрида может реагировать по меньшей мере с одной из вторичных функциональных аминогрупп диамидоамина (в случае диэтилентриамина присутствует только одна вторичная аминогруппа), образуя третью амидную группу. Вторая ацильная группа ангидрида может реагировать со второй молекулой диамидоамина в реакционной смеси, например две молекулы диамидоамина могут реагировать с одним ангидридным соединением. Однако посредством регулирования условий реакции, таких как концентрации реагентов, может оказаться предпочтительной реакция между одной молекулой диамидоамина и одной молекулой дикарбоновой кислоты или ангидрида кислоты. Кроме того, если реакция осуществляется с таким соединением, как ангидрид кислоты, а не с дикарбоновой кислотой, может использоваться менее высокая температура, которая приводит к меньшей степени сшивания между молекулами диамидоамина. В качестве одного или нескольких примеров, продукт реакции может представлять собой триамид, как проиллюстрировано в реакции 2 на схеме I.

В качестве одного или нескольких примеров после одной реакции конденсации жирной кислоты и полиамина в результате реакции самоциклизации может образовываться имидазолин (например, 1-аминоалкил-2-алкил-2-имидазолин).

Реакция 3 проиллюстрирована для ясности, чтобы продемонстрировать примерный имидазолиновый продукт, когда полиаминный реагент представляет собой диэтилентриамин.

О

R NH

NH

NH₂

R· '2'

NH₂ (Реакция 3)

Реакционная смесь в случае диамидоамин и, если последующая реакция осуществляется в одном резервуаре, реакционная смесь в случае триамида могут также включать имидазолиновый продукт. Первичная аминогруппа имидазолинового продукта может также реагировать с насыщенной дикарбоновой кислотой и/или ангидридом насыщенной кислоты. Поскольку имидазолиновый продукт является менее эффективным в качестве эмульгатора, можно выбирать условия реакции, такие как температура реакции, чтобы ограничивать образование имидазолина в качестве продукта реакции. Примерные условия реакции, ограничивающие образование имидазолина в качестве продукта реакции, могут включать условия, обсуждаемые и описываемые в патенте США № 3758493.

- 5 031909

Одна или несколько жирных кислот, один или несколько полиаминов и одна или несколько жидких сред могут смешиваться, образуя диамидоаминную реакционную смесь. Молярное соотношение карбоксильных групп жирной кислоты и первичных аминогрупп полиамина можно использовать, чтобы способствовать реакции между одной молекулой жирной кислоты с каждой первичной аминогруппой полиамина. Например, молярное соотношение карбоксильных групп и первичных аминогрупп может составлять от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 1,1:1. В качестве еще одного примера молярное соотношение карбоксильных групп и первичных аминогрупп может составлять от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 0,7:1, от приблизительно 0,6:1 до приблизительно 0,8:1, от приблизительно 0,7:1 до приблизительно 1:1, от приблизительно 0,9:1 до приблизительно 1:1 или от приблизительно 0,8:1 до приблизительно 1,1:1.

Диамидоаминная реакционная смесь может нагреваться до температуры, составляющей от приблизительно 130, приблизительно 140, приблизительно 145 до приблизительно 170, приблизительно 180 или приблизительно 200°C. Например, температура реакции может составлять от приблизительно 140 до приблизительно 150°C, от приблизительно 145 до приблизительно 155°C, от приблизительно 155 до приблизительно 165°C, от приблизительно 160 до приблизительно 170°C, от приблизительно 155 до приблизительно 170°C, от приблизительно 160 до приблизительно 190°C или от приблизительно 180 до приблизительно 200°C. Диамидоаминная реакционная смесь жирных кислот и полиамина может нагреваться или в качестве альтернативы реагировать в течение приблизительно 0,5 ч, приблизительно 1 ч, приблизительно 2 ч, приблизительно 3 ч, приблизительно 4 ч, приблизительно 5 ч, приблизительно 6 ч, приблизительно 7 ч, приблизительно 8 ч, приблизительно 9 ч, приблизительно 10 ч, приблизительно 11 ч, приблизительно 12 ч или более. Например, жирные кислоты и полиамин могут нагреваться или реагировать в течение приблизительно от 0,7 до приблизительно 1,3 ч, от приблизительно 0,7 до приблизительно

1,3 ч, от приблизительно 1 до приблизительно 3 ч, от приблизительно 1,5 до приблизительно 4 ч, от приблизительно 2 до приблизительно 5 ч, от приблизительно 3 до приблизительно 7 ч, от приблизительно 5 до приблизительно 8 ч, от приблизительно 6 до приблизительно 10 ч, от приблизительно 8 до приблизительно 12 ч.

Жирные кислоты и полиамин могут реагировать до тех пор, пока не будет получено желательное кислотное число. Диамидоаминная реакционная смесь может иметь кислотное число, составляющее от приблизительно 3, приблизительно 5 или приблизительно 7 до приблизительно 15 мг KOH, приблизительно 20 мг KOH или приблизительно 25 мг KOH в расчете на 1 г диамидоаминной реакционной смеси. Например, диамидоаминная реакционная смесь может иметь кислотное число от приблизительно 3 до приблизительно 5 мг KOH, от приблизительно 4 до приблизительно 8 мг KOH, от приблизительно 7 до приблизительно 12 мг KOH, от приблизительно 9 до приблизительно 15 мг KOH, от приблизительно 10 до приблизительно 16 мг KOH, от приблизительно 14 до приблизительно 20 мг KOH, от приблизительно 16 до приблизительно 25 мг KOH в расчете на 1 г диамидоаминной реакционной смеси.

Диамидоаминная реакционная смесь можно включать растворитель или разбавитель, также называемый термином жидкая среда. Диамидоаминная реакция может также осуществляться в чистом виде таким образом, что в диамидоаминной реакционной смеси может не содержаться растворитель или жидкая среда. Диамидоаминная реакционная смесь может содержать жидкую среду в концентрации, составляющей от приблизительно 0,1, приблизительно 1 или приблизительно 3 до приблизительно 10 мас.%, приблизительно 15 мас.% или приблизительно 20 мас.% по отношению к суммарной массе жирных кислот, полиаминов и жидкой среды. В качестве еще одного примера диамидоаминная реакционная смесь может содержать жидкую среду в концентрации, составляющей от приблизительно 0,1 до приблизительно 3 мас.%, от приблизительно 0,1 до приблизительно 4 мас.%, от приблизительно 1 до приблизительно 6 мас.%, от приблизительно 3 до приблизительно 8 мас.%, от приблизительно 7 до приблизительно 14 мас.%, от приблизительно 11 до приблизительно 17 мас.% или от приблизительно 12 до приблизительно 20 мас.% по отношению к суммарной массе жирных кислот, полиаминов и жидкой среды. В течение реакции жидкая среда может удаляться посредством дистилляции или испарения из диамидоаминной реакционной смеси, что может изменять концентрацию жидкой среды.

Диамидоаминная реакционная смесь может иметь содержание твердых веществ, составляющее от приблизительно 80, приблизительно 85 или приблизительно 90 до приблизительно 95 мас.%, приблизительно 98 мас.% или приблизительно 100 мас.% (например, в случае отсутствия растворителя система содержит 100 мас.% твердых веществ) по отношению к полной массе реакционной смеси. В качестве еще одного примера диамидоаминная реакционная смесь может иметь содержание твердых веществ, составляющее от приблизительно 80 до приблизительно 85 мас.%, от приблизительно 85 до приблизительно 90 мас.%, от приблизительно 90 до приблизительно 95 мас.%, от приблизительно 94 до приблизительно 98 мас.%, от приблизительно 96 до приблизительно 99 мас.% или от приблизительно 96 до приблизительно 100 мас.% по отношению к полной массе реакционной смеси. Упоминаемое в настоящем документе содержание твердых веществ в понимании специалистов в данной области техники можно измерять, определяя потерю массы при нагревании образца небольшой массы (составляющей, например, от приблизительно 1 до приблизительно 5 г) реакционной смеси до подходящей температуры, составляющей, например, приблизительно 125°C, в течение достаточного времени для удаления жидкости из об

- 6 031909 разца.

Иллюстративные жирные кислоты, которые могут реагировать с полиамином, образуя диамидоамин, могут включать, но не ограничиваются этим, алкановые и алкеновые жирные кислоты, содержащие от приблизительно 6 до приблизительно 24 атомов углерода, такие как лауриновая кислота, миристиновая кислота, пальмитиновая кислота, стеариновая кислота, арахиновая кислота, бегеновая кислота, олеиновая кислота, линолеиновая кислота, эруковая кислота или любое их сочетание. Можно также использовать смеси жирных кислот. Иллюстративные жирные кислоты могут поставляться или использоваться в форме неочищенного таллового масла (СТО), одного или нескольких продуктов дистилляции таллового масла, одного или нескольких растительных масел и любой их смеси.

Согласно одному варианту осуществления неочищенное талловое масло можно изготавливать или производить как подкисленный побочный продукт переработки древесины в крафт-процессе или сульфатном процессе. Неочищенное талловое масло перед очисткой может представлять собой смесь, содержащую смоляные кислоты, жирные кислоты, стеролы, высокомолекулярные спирты и другие вещества, имеющие алкильные цепи. Компоненты неочищенного таллового масла зависят от разнообразных факторов, таких как определенный вид подлежащих обработке хвойных деревьев (тип древесины), географическое расположение источника древесины, возраст дерева, конкретное время года лесозаготовки и другие. Таким образом, в зависимости от конкретного источника, неочищенное талловое масло может содержать от приблизительно 20 до приблизительно 75 мас.% жирных кислот (например, от приблизительно 30 до приблизительно 60 мас.% жирных кислот), от приблизительно 20 до приблизительно 65 мас.% смоляных кислот, причем остальную массу составляют нейтральные и неомыляющиеся компоненты. Неочищенное талловое масло можно содержать по меньшей мере 10 мас.% нейтральных материалов или неомыляющихся компонентов.

Дистилляция неочищенного таллового масла может использоваться для получения смесь жирных кислот в интервале от C₁₆-C₂₀. Жирные кислоты, которые содержатся в талловых маслах, могут включать, но не ограничиваются этим, олеиновую кислоту, линолеиновую кислоту, стеариновую кислоту и пальмитиновую кислоту. Смоляные кислоты, которые содержатся в талловых маслах, могут включать, но не ограничиваются этим, абиетиновую кислоту, дегидроабиетиновую кислоту, изопимаровую кислоту и пимаровую кислоту. Примеры продуктов дистилляции таллового масла, которые могут использоваться как жирные кислоты или которые составляют по меньшей мере часть жирных кислот, обсуждаемых и описанных в настоящем документе, могут включать, но не ограничиваются этим, жирные кислоты таллового масла (TOFA), дистиллированное талловое масло (DTO), пек таллового масла или любую их смесь.

Фракция дистиллированного таллового масла может содержать жирные кислоты и сложные эфиры жирных кислот в концентрации, составляющей от приблизительно 55, приблизительно 60 или приблизительно 65 до приблизительно 85, приблизительно 90 или приблизительно 95 мас.%. Фракция дистиллированного таллового масла может содержать смоляные кислоты или смолы в концентрации, составляющей от приблизительно 5, приблизительно 10 или приблизительно 15 до приблизительно 30, приблизительно 35 или приблизительно 40 мас.%. Фракция дистиллированного таллового масла может содержать нейтральные соединения в концентрации, составляющей от приблизительно 0,1, приблизительно 1 или приблизительно 1,5 до приблизительно 2, приблизительно 3,5 или приблизительно 5 мас.%. Фракция дистиллированного таллового масла может иметь кислотное число, составляющее от приблизительно 20, приблизительно 25 или приблизительно 30 до приблизительно 40, приблизительно 45 или приблизительно 50. Фракция дистиллированного таллового масла может иметь вязкость при 85°C, составляющую от приблизительно 10, приблизительно 20, приблизительно 30 или приблизительно 40 до приблизительно 100, приблизительно 120, приблизительно 135 или приблизительно 150 сП. Дистиллированное талловое масло может иметь плотность, составляющую от приблизительно 840, приблизительно 860 или приблизительно 880 до приблизительно 900, приблизительно 920 или приблизительно 935 г/л. Фракция дистиллированного таллового масла может иметь показатель омыления, составляющий от приблизительно 180, приблизительно 185 или приблизительно 190 до приблизительно 200, приблизительно 205 или приблизительно 210. Фракция дистиллированного таллового масла может иметь йодное число, составляющее от приблизительно 115, приблизительно 117 или приблизительно 120 до приблизительно 130, приблизительно 135 или приблизительно 140.

Смоляные кислоты, произведенные из неочищенного таллового масла, также представляют собой промежуточную фракцию, которая может быть изготовлена в результате дистилляции неочищенного таллового масла. Смола таллового масла может смоляные кислоты в концентрации, составляющей от приблизительно 80, приблизительно 85 или приблизительно 90 до приблизительно 93, приблизительно 95 или приблизительно 99 мас.%. Смола таллового масла может содержать абиетиновую кислоту в концентрации, составляющей от приблизительно 35, приблизительно 40 или приблизительно 43 до приблизительно 50, приблизительно 55 или приблизительно 60 мас.%. Смола таллового масла может содержать дегидроабиетиновую кислоту в концентрации, составляющей от приблизительно 10, приблизительно 13 или приблизительно 15 до приблизительно 20, приблизительно 23 или приблизительно 25 мас.%. Смола таллового масла может содержать изопимаровую кислоту в концентрации, составляющей от приблизи

- 7 031909 тельно 10 мас.% или менее, приблизительно 8 мас.% или менее, приблизительно 5 мас.% или менее или приблизительно 3 мас.% или менее. Смола таллового масла может содержать пимаровую кислоту в концентрации, составляющей от приблизительно 10 мас.% или менее, приблизительно 8 мас.% или менее, приблизительно 5 мас.% или менее или приблизительно 3 мас.% или менее. Смола таллового масла может содержать жирные кислоты в концентрации, составляющей от приблизительно 0,5, приблизительно 1 или приблизительно 2 до приблизительно 3, приблизительно 5 или приблизительно 10 мас.%. Смола таллового масла может содержать нейтральные материалы в концентрации, составляющей от приблизительно 0,5, приблизительно 1 или приблизительно 2 до приблизительно 3, приблизительно 5 или приблизительно 10 мас.%. Смола таллового масла может иметь плотность, составляющую от приблизительно 960, приблизительно 970 или приблизительно 980 до приблизительно 1000, приблизительно 1010 или приблизительно 1020 г/л. Смола таллового масла может иметь кислотное число, составляющее от приблизительно 150, приблизительно 160 или приблизительно 165 до приблизительно 170, приблизительно 175 или приблизительно 180.

Представительные продукты таллового масла могут содержать насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты в интервале C₁₆-C₁₈ и небольшие количества смоляных кислот, а также они могут включать XTOL® 100, XTOL® 300, XTOL® 304, XTOL® 520 и LYTOR® 100, причем все эти продукты поставляет на продажу компания Georgia-Pacific Chemicals LLC (Атланта, штат Джорджия, США).

XTOL® 100 содержит приблизительно 1,6 мас.% пальмитиновой кислоты, приблизительно 2,5 мас.% стеариновой кислоты, приблизительно 37,9 мас.% олеиновой кислоты, приблизительно

26.3 мас.% линолеиновой кислоты, приблизительно 0,3 мас.% линоленовой кислоты, приблизительно 2,9 мас.% измеров линолеиновой кислоты, приблизительно 0,2 мас.% арахиновой кислоты, приблизительно 3,6 мас.% эйкозатриеновой кислоты, приблизительно 1,4 мас.% пимаровой кислоты, менее 0,16 мас.% сандарокопимаровой кислоты, менее 0,16 мас.% изопимаровой кислоты, менее 0,16 мас.% дегидроабиетиновой кислоты, приблизительно 0,2 мас.% абиетиновой кислоты, причем остальную массу составляют нейтральные соединения и высокомолекулярные соединения.

LYTOR® 100 содержит менее 0,16 мас.% пальмитиновой кислоты, менее 0,16 мас.% стеариновой кислоты, приблизительно 0,2 мас.% олеиновой кислоты, приблизительно 0,2 мас.% арахиновой кислоты, приблизительно 0,2 мас.% эйкозатриеновой кислоты, приблизительно 2,2 мас.% пимаровой кислоты, приблизительно 0,6 мас.% сандарокопимаровой кислоты, приблизительно 8,5 мас.% палюстровой кислоты, приблизительно 1,6 мас.% левопимаровой кислоты, приблизительно 2,8 мас.% изопимаровой кислоты, приблизительно 15,3 мас.% дегидроабиетиновой кислоты, приблизительно 51,4 мас.% абиетиновой кислоты, приблизительно 2,4 мас.% неоабиетиновой кислоты, причем остальную массу составляют нейтральные соединения и высокомолекулярные соединения.

XTOL® 520 DTO содержит приблизительно 0,2 мас.% пальмитиновой кислоты, приблизительно

3.3 мас.% стеариновой кислоты, приблизительно 37,9 мас.% олеиновой кислоты, приблизительно

26.3 мас.% линолеиновой кислоты, приблизительно 0,3 мас.% линоленовой кислоты, приблизительно 2,9 мас.% изомеров линолеиновой кислоты, приблизительно 0,2 мас.% арахиновой кислоты, приблизительно 3,6 мас.% эйкозатриеновой кислоты, приблизительно 1,4 мас.% пимаровой кислоты, менее 0,16 мас.% сандарокопимаровой кислоты, менее 0,16 мас.% изопимаровой кислоты, менее 0,16 мас.% дегидроабиетиновой кислоты, приблизительно 0,2 мас.% абиетиновой кислоты, причем остальную массу составляют нейтральные соединения и высокомолекулярные соединения.

Такие продукты таллового масла могут использоваться в реакции с полиамином или смесью полиаминов. Можно также использовать другие жирные кислоты и смеси жирных кислот, в том числе такие продукты окисления и/или димеризации таллового масла, которые обсуждаются ниже.

Иллюстративные растительные масла, которые могут использоваться в качестве источников жирных кислот могут включать, но не ограничиваются этим, сафлоровое масло, масло виноградных косточек, подсолнечное масло, масло грецкого ореха, соевое масло, хлопковое масло, кокосовое масло, кукурузное масло, оливковое масло, пальмовое масло, пальмовый олеин, арахисовое масло, рапсовое масло, масло канолы, кунжутное масло, масло лесных орехов, миндальное масло, масло буковых орешков, масло орехов кешью, масло орехов макадамия, масло орехов монгонго, масло орехов пекан, масло сосновых орехов, фисташковое масло, масло грейпфрутовых семян, лимонное масло, апельсиновое масло, масло семян арбуза, масло семян китайской горькой тыквы, масло семян тыквы вонючей, масло семян мускатной тыквы, масло семян белосемянной дыни, масло семян тыквы, масло семян бурачника, масло семян черной смородины, масло примулы вечерней, масло асаи, масло черного тмина, льняное масло, масло семян рожкового дерева, амарантовое масло, абрикосовое масло, масло яблочных косточек, масло арганы, масло авокадо, масло ореха бабассу, бегеновое масло, масло калимантанского ореха, масло капского колодендрума, масло цареградского стручка, масло какао, масло дурнишника, маковое масло, масло семян пальмы кохуне, масло семян кориандра, масло финиковых косточек, масло семян манго, масло рыжика посевного, конопляное масло, масло семян хлопкового дерева, масло семян гибискуса конопляного, масло лаллемантии, масло мафуры, масло марулы, масло семян пенника лугового, горчичное масло, масло семян окры, масло семян папайи, масло семян периллы, масло семян хурмы, масло пеки, масло ореха

- 8 031909 пили, масло семян граната, масло косточек чернослива, масло лебеды кино, масло нута абиссинского, масло рисовых отрубей, масло ройла, масло орехов масляного дерева, масло арахиса инков, масло сапоты, масло сехе, масло тарамиры, масло семян чая, масло чертополох, масло чуфы, масло семян табака, масло семян томата, масло зародышей пшеницы, касторовое масло, сурепное масло, льняное масло, масло редиса, масло солероса, тунговое масло, масло каранджи, масло ятрофы, масло жожоба, масло мезуи железной, райское масло, масло смолосемянника, масло даммары, масло семян льна, масло стиллингии, масло вернонии, масло плодов амурского пробкового дерева, артишоковое масло, масло баланитеса египетского, масло везикарии, масло бруцеи яванской, масло лопуха, масло свечного дерева, масло семян моркови, хаульмугровое масло, масло крамбе, кротоновое масло, масло куфеи, масло семян ночной фиалки, манговое масло, масло семян маргозы, ожоновое масло, масло семян шиповника, масло семян каучукового дерева, облепиховое масло, масло семян морской горчицы, масло семян калины, талловое масло, масло александрийского лавра, масло диптерикса душистого, масло семян виролы суринамской или любую их смесь.

Если жирная кислота включает две или более жирные кислоты, все жирные кислоты могут присутствовать в одинаковой концентрации или в концентрациях, отличающихся друг от друга. Например, содержащиеся первая жирная кислота и другая или вторая жирная кислота могут присутствовать в массовом соотношении, составляющем приблизительно 99:1, приблизительно 90:10, приблизительно 80:20, приблизительно 70:30, приблизительно 60:40, приблизительно 50:50, приблизительно 40:60, приблизительно 30:70, приблизительно 20:80, приблизительно 10:90 или приблизительно 1:99. Аналогичным образом, если смесь содержит три или более жирных кислот, эти три или более жирных кислот могут присутствовать в любом соотношение.

Полиамин, который реагирует с одной или несколькими жирными кислотами, образуя диамидоамин, может включать, не ограничиваясь этим, одно или несколько соединений, которые представляет общая химическая формула:

H₂N[ (CH₂)_xNH]_yH (II), где х и у могут представлять собой независимо выбранные целые числа от 1 до 10.

Представительные полиамины включают полиэтиленполиамины, когда х составляет 2. Из этого класса полиалкиленполиаминов конкретные примеры могут представлять собой диметилентриамин (х=1, у=2), диэтилентриамин (х=2, у=2), триэтилентетрамин (х=2, у=3), трипропилентетрамин (х=3, у=3), тетраэтиленпентамин (х=2, у=4) и пентаэтиленгексамин (х=2, y=5).

Полиамин может представлять собой или включать смесь двух или более полиаминов. Если полиамины включают два или более полиамина, все полиамины могут присутствовать в одинаковой концентрации или в концентрациях, отличающихся друг от друга. Например, содержащиеся первый полиамин и другой или второй полиамин могут присутствовать в массовом соотношении, составляющем приблизительно 99:1, приблизительно 90:10, приблизительно 80:20, приблизительно 70:30, приблизительно 60:40, приблизительно 50:50, приблизительно 40:60, приблизительно 30:70, приблизительно 20:80, приблизительно 10:90 или приблизительно 1:99. Аналогичным образом, если смесь содержит три или более полиамина кислот, эти три или более полиамина могут присутствовать в любом соотношении.

Если присутствует жидкая среда, она может представлять собой или включать воду. Вода может добавляться и/или образовываться в течение реакций конденсации. Жидкая среда может также представлять собой или включать один или несколько полярных апротонных растворителей, один или несколько полярных протонных растворителей или любое их сочетание. Иллюстративные полярные апротонные растворители могут включать, но не ограничиваются этим, тетрагидрофуран (THF), диметилсульфоксид (DMSO), N-метилпирролидон (NMP), диметилацетамид, ацетон или любое их сочетание. Иллюстративные полярные протонные растворители могут включать, но не ограничиваются этим, метанол, этанол, пропанол, бутанол или любое их сочетание.

Один или несколько диамидоаминов, одна или несколько жидких сред, а также насыщенная дикарбоновая кислота и/или ангидрид насыщенной кислоты могут смешиваться, образуя триамидную реакционная смесь. Диамидоамин, жидкие среды и насыщенная дикарбоновая кислота и/или ангидрид насыщенной кислоты могут объединяться друг с другом в любом порядке или последовательности. Диамидоамин можно выделять из диамидоаминной реакционной смеси, а затем смешивать с жидкой средой и насыщенной дикарбоновой кислотой и/или ангидридом насыщенной кислоты, образуя триамидную реакционную смесь. В качестве альтернативы жидкая среда и насыщенная дикарбоновая кислота и/или ангидрид насыщенной кислоты могут смешиваться с диамидоаминной реакционной смесью, образуя триамидную реакционную смесь для синтеза в одном реакторе.

Молярное соотношение карбоксильных групп насыщенной дикарбоновой кислоты и вторичных аминогрупп диамидоамина может использоваться, чтобы получать предпочтительный продукт в реакции между одной молекулой насыщенной дикарбоновой кислоты и одной молекулой диамидоамина. Например, молярное соотношение карбоксильных групп и вторичных аминогрупп может составлять от приблизительно 0,4:1, приблизительно 0,5:1 или приблизительно 0,7:1 до приблизительно 0,9:1, приблизительно, 1,0:1 или приблизительно 1,2:1. В качестве еще одного примера молярное соотношение карбок- 9 031909 сильных групп и вторичных аминогрупп может составлять от приблизительно 0,4:1 до приблизительно

0,6:1, от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 0,7:1, от приблизительно 0,7:1 до приблизительно

0,9:1, от приблизительно 0,8:1 до приблизительно 1,1:1, от приблизительно 0,9:1 до приблизительно 1:1, приблизительно 0,9:1 до приблизительно 1,1:1 или от приблизительно 0,9:1 до приблизительно 1,2:1.

Молярное соотношение ангидридных групп ангидрида насыщенной кислоты и вторичных аминогрупп диамидоамина может использоваться, чтобы получать предпочтительный продукт в реакции между молекулой ангидрида насыщенной кислоты и одной молекулой диамидоамина. Например, молярное соотношение ангидридных групп и вторичных аминогрупп может составлять от приблизительно 0,2:1, приблизительно 0,4:1 или приблизительно 0,6:1 до приблизительно 0,8:1, приблизительно 0,9:1 или приблизительно 1:1. В качестве еще одного примера, молярное соотношение ангидридных групп и вторичных аминогрупп может составлять от приблизительно 0,2:1 до приблизительно 1:1, от приблизительно 0,4:1 до приблизительно 0,9:1, от приблизительно 0,75:1 до приблизительно 0,85:1 или от приблизительно 0,78:1 до приблизительно 0,82:1.

Реакция между диамидоамином и насыщенной дикарбоновой кислотой или насыщенным ангидридом может осуществляться при температуре, составляющей от приблизительно 25 приблизительно 40 или приблизительно 60 до приблизительно 130 приблизительно 150 или приблизительно 175°C. Например, температура реакции может составлять от приблизительно 30 до приблизительно 60°C, от приблизительно 55 до приблизительно 85°C, от приблизительно 60 до приблизительно 80°C, от приблизительно 70 до приблизительно 90°C, от приблизительно 70 до приблизительно 80°C, от приблизительно 73 до приблизительно 95°C, от приблизительно 92 до приблизительно 130°C, от приблизительно 120 до приблизительно 160°C и от приблизительно 160 до приблизительно 200°C. По сравнению с использованием ангидрида насыщенной кислоты, в случае использования насыщенной дикарбоновой кислоты для образования продукта реакции конденсации концевых аминогрупп амина и концевых карбоксильных групп жирной кислоты часто требуется повышенная температура реакции.

Продолжительность реакции в случае реакции между диамидоамином и насыщенной дикарбоновой кислотой или насыщенным ангидридом может составлять от приблизительно 0,2, приблизительно 0,4 или приблизительно 0,5 до приблизительно 1, приблизительно 1,5 или приблизительно 2 ч. Например, продолжительность реакции может составлять от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,6 ч, от приблизительно 0,5 до приблизительно 1 ч, приблизительно от 0,6 до приблизительно 0,8 ч, от приблизительно 0,7 до приблизительно 1 ч, от приблизительно 1 до приблизительно 1,5 ч, от приблизительно 1 до приблизительно 1,2 ч или от приблизительно 1 до приблизительно 2 ч. По сравнению с использованием ангидрида насыщенной кислоты, в случае использования насыщенной дикарбоновой кислоты для превращения вторичных аминогрупп в амидные группы часто требуется большая продолжительность реакции.

Диамидоамин и насыщенная дикарбоновая кислота или насыщенный ангидрид могут реагировать до тех пор, пока не будет получено желательное кислотное число. Кислотное число триамидной реакционной смеси может составлять от приблизительно 20, приблизительно 30 или приблизительно 40 до приблизительно 80, приблизительно 90 или приблизительно 100 мг KOH в расчете на 1 г триамидной реакционной смеси. Например, триамидная реакционная смесь может иметь кислотное число, составляющее от приблизительно 25 до приблизительно 35 мг KOH, от приблизительно 30 до приблизительно 50 мг KOH, от приблизительно 50 до приблизительно 70 мг KOH, от приблизительно 55 до приблизительно 65 мг KOH, от приблизительно 60 до приблизительно 90 мг KOH, от приблизительно 80 до приблизительно 100 мг KOH в расчете на 1 г триамидной реакционной смеси. Кислотное число может использоваться в качестве меры количества карбоксильных групп в триамидной реакционной смеси.

В триамидной реакционной смеси может содержаться растворитель или разбавитель или жидкая среда. Подходящие жидкие среды могут представлять собой или включать такие жидкие среды, которые обсуждаются и описываются выше в отношении диамидоаминной реакционной смеси. Триамидная реакция может также осуществляться в чистом виде таким образом, что в триамидной реакционной смеси может отсутствовать растворитель или жидкая среда. Триамидная реакционная смесь может содержать жидкую среду в концентрации, составляющей от приблизительно 0, приблизительно 1 или приблизительно 3 до приблизительно 10, приблизительно 15 или приблизительно 20 мас.% по отношению к суммарной массе диамидоамина, жидкой среды и насыщенной дикарбоновой кислоты и/или ангидрида насыщенной кислоты. В качестве еще одного примера, диамидоаминная реакционная смесь может содержать жидкую среду в концентрации, составляющей от приблизительно 0 до приблизительно 3 мас.%, от приблизительно 0,1 до приблизительно 4 мас.%, от приблизительно 1 до приблизительно 6 мас.%, от приблизительно 3 до приблизительно 8 мас.%, от приблизительно 7 до приблизительно 14 мас.%, от приблизительно 11 до приблизительно 17 мас.% или от приблизительно 12 до приблизительно 20 мас.% по отношению к суммарной массе диамидоамина, жидкой среды и насыщенной дикарбоновой кислоты и/или ангидрида насыщенной кислоты. В течение реакции жидкая среда может дистиллироваться, испаряться или другим способом отделяться от триамидной реакционной смеси, и при этом может изменяться концентрация жидкой среды.

- 10 031909

Триамидная реакционная смесь может иметь вязкость, составляющую от приблизительно 55, приблизительно 100 или приблизительно 150 до приблизительно 2000, приблизительно 3000 или приблизительно 5000 сП, при 90°C. Например, вязкость триамидной реакционной смеси может составлять от приблизительно 65 до приблизительно 105 сП, от приблизительно 100 до приблизительно 500 сП, от приблизительно 400 до приблизительно 1000 сП, от приблизительно 900 до приблизительно 1200 сП, от приблизительно 1000 до приблизительно 1500 сП, от приблизительно 1300 до приблизительно 1600 сП, от приблизительно 1500 до приблизительно 2000 сП, от приблизительно 1800 до приблизительно 2600 сП, от приблизительно 2000 до приблизительно 3000 сП, от приблизительно 2500 до приблизительно 4000 сП, от приблизительно 3000 до приблизительно 5000, при 90°C. Вязкость может использоваться в качестве характеристики продукта реакции. Вязкость можно определять, используя вискозиметр Брукфильда (Brookfield). Вискозиметр измеряет вращающий момент, требуемый для вращения шпинделя с постоянной скоростью в растворе диамидоаминной реакционной смеси при 25°C. Стандартные методы исследования, используемые для измерения вязкости по Брукфильду, представляют собой ASTM D 803-03 и AOCS Ja 10-87 (93).

Триамидная реакционная смесь может иметь содержание твердых веществ, составляющее от приблизительно 80, приблизительно 85 или приблизительно 90 до приблизительно 95, приблизительно 98 или приблизительно 100 мас.% (например, в том случае, где не содержащая растворителя система на 100 мас.% состоит из твердых веществ) по отношению к полной массе триамидной реакционной смеси. В качестве еще одного примера диамидоаминная реакционная смесь может иметь содержание твердых веществ, составляющее от приблизительно 80 до приблизительно 85 мас.%, от приблизительно 85 до приблизительно 90 мас.%, от приблизительно 90 до приблизительно 95 мас.%, от приблизительно 94 до приблизительно 98 мас.%, от приблизительно 96 до приблизительно 99 мас.% или от приблизительно 96 до приблизительно 100 мас.% по отношению к полной массе триамидной реакционной смеси. В течение реакции вода, образующаяся в процессе конденсации диамидоамина и насыщенной дикарбоновой кислоты или ангидрида насыщенной кислоты, может удаляться путем дистилляции из триамидной реакционной смеси, и при этом может изменяться содержание твердых веществ.

Представительные насыщенные дикарбоновые кислоты могут включать, но не ограничиваются этим, янтарную кислоту, адипиновую кислоту, яблочную кислоту, глутаровую кислоту и т.д. Представительные ангидриды насыщенных кислот могут включать, но не ограничиваются этим, янтарный ангидрид, адипиновый ангидрид и глутаровый ангидрид.

Триамид можно, по меньшей мере, частично выделять из триамидной реакционной смеси или триамидную реакционную смесь можно смешивать с талловым маслом без последующей обработки. Триамид и талловое масло можно объединять друг с другом в любом порядке или последовательности.

Иллюстративные талловые масла могут включать, но не ограничиваются этим, неочищенное талловое масло, дистиллированное талловое масло, тяжелые фракции таллового масла, димеризованное талловое масло, продукт реакции Дильса-Альдера (Diels-Alder) и/или продукт еновой реакции таллового масла с одной или несколькими α,β-ненасыщенными карбоновыми кислотами или ангидридами кислот, продукт реакции Дильса-Альдера и/или продукт еновой реакции таллового масла с одной или несколькими α,β-ненасыщенными карбоновыми кислотами или ангидридами кислот, который также был димеризован, или любую их смесь.

Представительные компоненты дистиллированного таллового масла могут включать жирные кислоты таллового масла, смоляные кислоты таллового масла и смеси этих фракций. Как упомянуто выше, очистка (например, фракционирование) таллового масла может производить, например, C₁₆-C₁₈-насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, а также смеси жирных кислот и смоляных кислот. Смеси дистиллятных фракций таллового масла можно также использовать в качестве компонента дистиллированного таллового масла. Смеси жирных кислот и смоляных кислот в любом желательном соотношении можно получать в одной дистиллятной фракции, регулируя условия фракционирования таллового масла. Представительные компоненты дистиллированного таллового масла включают XTOL® 100, XTOL® 300 и XTOL® 304, XTOL® 520 и LYTOR® 100, причем все эти продукты поставляет на продажу компания Georgia-Pacific Chemicals LLC (Атланта, штат Джорджия, США).

Согласно одному конкретному варианту осуществления смесь первой дистиллятной фракции таллового масла, в которой содержатся преимущественно жирные кислоты (например, XTOL® 100), и второй дистиллятной фракции таллового масла, в которой содержатся преимущественно смоляные кислоты (например, LYTOR® 100), можно составлять в любой пропорции. В такой смеси представительные количества жирных кислот и смоляных кислот могут составлять от приблизительно 45 до приблизительно 90 мас.% и от приблизительно 10 до приблизительно 55 мас.% соответственно. Соотношение при смешивании первой дистиллятной фракции таллового масла и второй дистиллятной фракции таллового масла может представлять собой массовое соотношение, составляющее приблизительно 9:1, приблизительно 4:1, приблизительно 7:3, приблизительно 3:2, приблизительно 1:1, приблизительно 2:3, приблизительно 3:7, приблизительно 1:4 или приблизительно 1:9. В зависимости от состава неочищенного таллового масла и условий фракционирования, одна дистиллятная фракция таллового масла может также оказаться

- 11 031909 достаточной для получения композиции, которая является практически такой же, как любая из смесей дистиллятных фракций таллового масла, которые обсуждаются выше.

α,β-ненасыщенные карбоновые кислоты или ангидриды кислот могут реагировать с талловым маслом в еновой реакции или в реакция Дильса-Альдера, в которой участвуют содержащиеся в талловом масле жирные кислоты и/или смоляные кислоты таллового масла. Модифицированный продукт таллового масла, который образуют в реакции талловое масло и определенный α,β-ненасыщенный ангидрид (малеиновый ангидрид), может называться термином малеированное талловое масло и включает малеированные жирные кислоты и малеированные смоляные кислоты. Неограничительные примеры представительных реакций, которые могут происходить, могут включать реакции, обсуждаемые и описываемые в патентах США № 4927669, 8133970 и 8334363. Еновая реакция и реакция Дильса-Альдера разъясняются более подробно в книге Jerry March & Michael В. Smith, Углубленный курс органической химии: реакции, механизмы и структура (7-е изд., John Wiley & Sons Inc., 2013) (1985).

Количество α,β-ненасыщенной карбоновой кислоты или ангидрида кислоты для реакции с талловым маслом может изменяться, по меньшей мере отчасти, в зависимости от конкретного продукта таллового масла, вступающего в реакцию. Подходящие количества карбоновой кислоты и/или ангидрида кислоты для реакции с талловым маслом могут составлять от приблизительно 1, приблизительно 2, приблизительно 3, приблизительно 5, приблизительно 10 или приблизительно 15 до приблизительно 30, приблизительно 35, приблизительно 40, приблизительно 45 или приблизительно 50 мас.% по отношению к суммарной массе таллового масла и карбоновой кислоты и/или ангидрида кислоты, образующих желательное количество продукта реакции Дильса-Альдера и/или продукта еновой реакции.

Талловое масло может содержать талловое масло, замещенное α,β-ненасыщенными карбоновыми кислотами или ангидридами кислот, в количестве, составляющем от приблизительно 1, приблизительно 3 или приблизительно 5 до приблизительно 20, приблизительно 25 или приблизительно 30 мас.% по отношению к полной массе таллового масла. Например, талловое масло может содержать талловое масло, замещенное α,β-ненасыщенными карбоновыми кислотами или ангидридами кислот, в количестве, составляющем от приблизительно 2 до приблизительно 7 мас.%, от приблизительно 5 до приблизительно 10 мас.%, от приблизительно 10 до приблизительно 20 мас.%, от приблизительно 18 до приблизительно 22 мас.%, от приблизительно 20 до приблизительно 27 мас.% по отношению к полной массе таллового масла.

Реакция таллового масла и α,β-ненасыщенных карбоновых кислот или ангидридов кислот может осуществляться при температуре реакции, составляющей от приблизительно 150 до приблизительно 250, от приблизительно 200 до приблизительно 230°C или от приблизительно 215 до приблизительно 225°C. Реакция может прекращаться после того, как она продолжается в течение приблизительно 12 ч, приблизительно 16 ч, приблизительно 20 ч, приблизительно 22 ч, приблизительно 26 ч, приблизительно 30 ч, приблизительно 34 ч, приблизительно 38 ч или более. Например, продолжительность реакции может составлять от приблизительно 12 до приблизительно 36 ч или от приблизительно 20 до приблизительно 30 ч.

Димеризованное талловое масло может получаться в результате каталитической димеризации жирных кислот таллового масла или посредством окисления таллового масла с образованием простоэфирной связи, соединяющей углеводородную цепь жирной кислоты. Согласно варианту осуществления каталитическая димеризация может представлять собой катализируемую глиной реакцию типа Дильса-Альдера, в которой соединяются, две углеводородные цепи жирных кислот таллового масла посредством углеродуглеродной связи. Согласно другому варианту осуществления талловое масло может окисляться посредством нагревания материала таллового масла до температуры, составляющей по меньшей мере 150°C. Например, талловое масло может нагреваться до температуры, составляющей от приблизительно 155, приблизительно 160 или приблизительно 165 до приблизительно 170, приблизительно 180, приблизительно 190, приблизительно 200 или приблизительно 225°C в присутствии окислителя. В качестве по меньшей мере одного конкретного примера талловое масло может нагреваться до температуры, составляющей от приблизительно 160 до приблизительно 170°C, после чего нагретая композиция таллового масла вступает в контакт с кислородом или воздухом. Например, талловое масло может нагреваться до температуры, составляющей от приблизительно 160 до приблизительно 170°C, после чего через нагретую композицию таллового масла продувается кислород или воздух. Специалисты в данной области техники понимают, что можно успешно использовать разнообразные технологии и устройства для контакта нагреваемого таллового масла с кислородом или воздухом, и данный способ не ограничивается какойлибо конкретной технологией или оборудованием.

Углеводородные цепи могут представлять собой жирные кислоты и смоляные кислоты. Углеводородные цепи могут представлять собой, например, С₆-С₂₂-жирные кислоты.

Углеводородные цепи могут представлять собой, например, С₁₆-С₂₂-жирные кислоты. Углеводородные цепи могут представлять собой, например, С₁₆-С₁₈-жирные кислоты. Углеводородные цепи могут представлять собой, например, С₁₈-жирную кислоту. Углеводородные цепи могут представлять собой, например, олеиновую кислоту, линолеиновую кислоту и линоленовую кислоту.

- 12 031909

Иллюстративный продукт реакции Дильса-Альдера и/или продукт еновой реакции таллового масла с одной или несколькими α,β-ненасыщенными карбоновыми кислотами или ангидридами кислот и иллюстративные продукт реакции Дильса-Альдера и/или продукт еновой реакции таллового масла с одной или несколькими α,β-ненасыщенными карбоновыми кислотами или ангидридами кислот, который был также димеризован, может включать такие композиции, которые обсуждаются и описываются в публикациях патентных заявок США № 2008/0179570, 2008/0194795, 2009/0065736 и 2009/0194731.

Эмульгатор можно нейтрализовать (например, превращать в его соответствующую соль щелочного или щелочноземельного металла) перед распылительным высушиванием. Эмульгатор, используемый для получения высушенного распылением эмульгатора, а именно триамид и талловое масло, является кислым перед нейтрализацией. В случае триамида кислотность обуславливает присоединение карбоксильной группы в результате реакции конденсации диамидоамина с насыщенной дикарбоновой кислотой и/или ангидридом кислоты. В случае таллового масла кислотность также возникает в результате присоединения функциональной группы ненасыщенной дикарбоновой кислоты и/или ангидрида ненасыщенной кислоты (например, в реакции Дильса-Альдера или еновой реакции с жирными кислотами таллового масла и/или смоляными кислотами таллового масла). Эти кислотные компоненты могут нейтрализоваться (или омыляться) посредство добавления подходящего основания.

Нейтрализация гидроксидом щелочного металла, гидроксидом щелочноземельного металла, оксидом щелочного металла, оксидом щелочноземельного металла или любой смесью этих оснований может приводить к превращению триамида и таллового масла в их соответствующие соли щелочного металла и/или соли щелочноземельного металла (например, карбоксилатные соли). Например, карбоксильная группа триамида может реагировать с любым из этих оснований, образуя группу карбоксилата металла (например, группу карбоксилата натрия). Подходящие основания в пределах приведенных выше классов включают гидроксиды и оксиды лития, натрия, калия и кальция. По сравнению с оксидами гидроксиды этих металлов могут обеспечивать ускоренную и более эффективную нейтрализацию. Основания можно добавлять в твердой форме или в растворе, например в водном растворе. Представительные водные растворы могут содержать, но не ограничиваются этим, от приблизительно 25 до приблизительно 75 мас.% гидроксида натрия или гидроксида кальция. Смеси вышеупомянутых оснований можно также использовать в одновременной реакции нейтрализации, хотя можно также осуществлять последовательную реакцию, используя различные основания по очереди. Количество основания, которое требуется для нейтрализации эмульгатора, можно определять по стехиометрическим вычислениям или, в качестве альтернативы, путем непосредственного анализа/измерения кислотного числа до и/или в течение нейтрализации. Кислотное число (выраженное как число миллиграммов KOH на 1 г нейтрализуемого соединения) можно измерять, например, используя стандарт ASTM D1980-87.

Основание можно добавлять постепенно в течение периода времени, составляющего от приблизительно 10 до приблизительно 2 ч, чтобы уменьшать или предотвращать значительные колебания температуры вследствие выделения тепла в процессе нейтрализации. Кроме того, постепенное добавление является подходящим с точки зрения низкой начальной растворимости в воде триамида и/или таллового масла перед омылением.

Кислотное число нейтрализованного эмульгатора может составлять от приблизительно 0, приблизительно 1 или приблизительно 2 до приблизительно 8, приблизительно 10 или приблизительно 12 мг KOH на 1 г эмульгатора. Например, эмульгатор может иметь кислотное число, составляющее от приблизительно 0 до приблизительно 2 мг KOH, от приблизительно 1 до приблизительно 3 мг KOH, от приблизительно 1 до приблизительно 5 мг KOH, от приблизительно 2 до приблизительно 8 мг KOH, от приблизительно 9 до приблизительно 12 мг KOH на 1 г эмульгатора.

Нейтрализованный эмульгатор может иметь значение рН, составляющее приблизительно 7, приблизительно 8, приблизительно 9, приблизительно 10, приблизительно 11 или приблизительно 11,5. Например, нейтрализованный эмульгатор может иметь значение рН, составляющее от приблизительно 7,5 до приблизительно 8,5, от приблизительно 8 до приблизительно 10, от приблизительно 9 до приблизительно 11, от приблизительно 9 до приблизительно 11,5 или от приблизительно 8 до приблизительно 9,5.

Нейтрализация основанием можно осуществляться при температуре, составляющей от приблизительно 50, приблизительно 55 или приблизительно 60 до приблизительно 85, приблизительно 90 или приблизительно 100°C. Например, нейтрализация может осуществляться при температуре, составляющей от приблизительно 60 до приблизительно 80°C, от приблизительно 60 до приблизительно 75°C, от приблизительно 65 до приблизительно 80°C или от приблизительно 75 до приблизительно 100°C.

Эмульгатор можно высушивать распылением, получая высушенный распылением эмульгатор. Водный разбавитель можно добавлять в эмульгатор, чтобы регулировать вязкость и содержание твердых веществ. Перед распылительным высушиванием содержание твердых веществ в эмульгаторе можно устанавливать на уровне приблизительно 35 мас.%, приблизительно 40 мас.%, приблизительно 45 мас.%, приблизительно 50 мас.% или более по отношению к массе эмульгатора. Например, содержание твердых веществ в эмульгаторе может составлять от приблизительно 35 до приблизительно 45 мас.%, от приблизительно 40 до приблизительно 50 мас.%, от приблизительно 45 до приблизительно 50 мас.% по отноше- 13 031909 нию к массе эмульгатора перед распылительным высушиванием. Согласно некоторым вариантам осуществления, достаточное количество воды можно добавлять с основанием в процессе нейтрализации для достижения желательного содержания твердых веществ.

Эмульгатор может поступать в головку распылительной сушилки, которая может нагреваться (например, с использованием природного газа), чтобы обеспечивать на впуске распылительной сушилки температуру, составляющую от приблизительно 160 до приблизительно 250°C. Температура впуска (или просто температура распылительного высушивания) может составлять от приблизительно 180 до приблизительно 225°C, причем повышение температуры непосредственно обеспечивает увеличение пропускаемого потока водной композиции, подлежащей высушиванию распылением. Распылительное высушивание включает распыление этой водной композиции с использованием соответствующего центробежного или форсуночного распылителя. Центробежное распыление, например, может часто осуществляться посредством введения раствора в контакт с колесом, вращающимся со скоростью от 30000 до 50000 об/мин, где производится требуемый аэрозоль. В результате контакта аэрозоля с горячим воздухом в камере распылительной сушилки вода может быстро испаряться из выходящего потока. Образующиеся в результате твердые сыпучие частицы высушенного распылением эмульгатора непрерывно выпускаются из нижней части конической камеры. Температура на выпуске распылительной сушилки может составлять от приблизительно 75 до приблизительно 100°C. Представительные распылительные сушилки включают сушилки, поставляемые компанией Niro, A/S (Себорг, Дания).

Высушенный распылением эмульгатор может содержать частицы малого размера, что может способствовать диспергированию и солюбилизации высушенного распылением эмульгатора в буровых текучих средах. Распределение частиц по размерам может соответствовать нормальному распределению, в котором средняя длина поперечного сечения или средний размер частиц (например, средний диаметр для сферических частиц) составляет менее чем 120 мкм, менее чем 100 мкм или менее чем 80 мкм. Средний размер этих частиц может составлять от приблизительно 10, приблизительно 20 или приблизительно 30 до приблизительно 90, приблизительно 100 или приблизительно 150 мкм. Например, средний размер частиц может составлять от приблизительно 10 до приблизительно 30 мкм, от приблизительно 20 до приблизительно 50 мкм, от приблизительно 30 до приблизительно 75 мкм, от приблизительно 70 до приблизительно 100 мкм, от приблизительно 65 до приблизительно 85 мкм, от приблизительно 80 до приблизительно 120 мкм или от приблизительно 100 до приблизительно 1500 мкм. В качестве еще одного примера по меньшей мере 50 мас.%, по меньшей мере 60 мас.%, по меньшей мере 70 мас.%, по меньшей мере 80 мас.% или по меньшей мере 90 мас.% частиц эмульгатора по отношению к полной массе высушенного распылением эмульгатора могут иметь размер частиц, составляющий менее чем 80 мкм. Средняя длина поперечного сечения частиц или средний размер частиц можно измерять, используя светорассеивающий анализатор распределение частиц по размерам, такой как анализаторы, производимые компанией Horiba Instruments (Ирвинг, штат Калифорния, США).

Высушенный распылением эмульгатор может иметь объемную плотность, составляющую от приблизительно 0,2, приблизительно 0,3 или приблизительно 0,4 до приблизительно 0,6, приблизительно 0,7 или приблизительно 0,8 г/мл. Например, объемная плотность высушенного распылением эмульгатора может составлять от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,35 г/мл, от приблизительно 0,24 до приблизительно 0,56 г/мл, от приблизительно 0,3 до приблизительно 0,5 г/мл, от приблизительно 0,4 до приблизительно 0,48 г/мл или от приблизительно 0,40 до приблизительно 0,66 г/мл.

Высушенный распылением эмульгатор может иметь остаточное влагосодержание, составляющее менее чем 10 мас.%, менее чем 7 мас.%, менее чем 5 мас.%, менее чем 3 мас.% или менее чем 1 мас.% по отношению к полной массе высушенного распылением эмульгатора. Например, высушенный распылением эмульгатор может иметь остаточное влагосодержание, составляющее от приблизительно 0,5 до приблизительно 3 мас.%, от приблизительно 1 до приблизительно 3 мас.%, от приблизительно 2 до приблизительно 5 мас.% или от приблизительно 3 до приблизительно 7 мас.% по отношению к полной массе высушенного распылением эмульгатора.

В порошок можно добавлять диоксид кремния или другие антикомкователей или ингибиторов слеживания. Например, один или несколько антикомкователей или ингибиторов слеживания можно добавлять в высушенный распылением эмульгатор в количестве, составляющем от приблизительно 0,1, приблизительно 0,2, приблизительно 0,3 или приблизительно 0,5 до приблизительно 1, приблизительно 1,5, приблизительно 2 или приблизительно 3 мас.% по отношению к суммарной массе высушенного распылением эмульгатора и ингибитора слеживания. В качестве альтернативы может использоваться дополнительное высушивание. Высушенный распылением продукт может оставаться сыпучим и храниться в течение продолжительных периодов при отсутствии воздействия влаги (например, в паронепроницаемых пакетах) без набора массы или значительной агломерации твердых частиц. Это определяли, осуществляя исследование выдерживания в печи высушенного распылением эмульгатора, используемое для моделирования продолжительного хранения при высоких температурах окружающей среды. При добавлении воды в высушенный распылением эмульгатор может получиться или образоваться основная смесь, у которой значение рН составляет от приблизительно 8 до приблизительно 11.

- 14 031909

Буровые текучие среды можно изготавливать, смешивая высушенный распылением эмульгатор, непрерывную фаза на углеводородной основе (например, малеированное талловое масло), и диспергированную водную фазу (например, воду или водный солевой раствор). Высушенный распылением эмульгатор, непрерывная фаза на углеводородной основе и диспергированная водная фаза буровой текучей среды могут смешиваться или иным образом объединяться в любой последовательности. Например, высушенный распылением эмульгатор можно сначала растворять в масляной фазе или водной фазе, и водную фазу можно затем постепенно добавлять в масляную фазу в процессе интенсивного перемешивания. Аналогичным образом, можно использовать иной порядок (например, добавление масляной фазы в водную фазу) или поочередное добавление двух фаз. Буровую текучую среду можно помещать в условия высокого сдвига, чтобы получалась эмульсия. Может использоваться любое из широкого разнообразия медленных или высокоскоростных устройств, включая смесители или мешалки, гомогенизаторы или коллоидные мельницы, для получения требуемой степени контакта между фазами в целях диспергирования внутренней водной фазы во внешней масляной фазе. Количество эмульгатора, требуемое для изготовления устойчивой эмульсии в любом данном приложении, будет зависеть от относительных пропорций масляной и водной фаз, а также от химической природы соответствующих фаз и конкретного способа, согласно которому изготавливается эмульсия.

Буровая текучая среда может содержать высушенный распылением эмульгатор в концентрации, составляющей от приблизительно 0,2 мас.%, приблизительно 0,5 мас.%, приблизительно 1 мас.%, приблизительно 2 мас.%, приблизительно 3 мас.%, приблизительно 4 мас.%, приблизительно 5 мас.%, приблизительно 6 мас.%, приблизительно 7 мас.%, приблизительно 8 мас.%, приблизительно 9 мас.%, приблизительно 10 мас.% или более по отношению к суммарной массе высушенного распылением эмульгатора, масляной фазы и водной фазы. Например, буровая текучая среда может содержать высушенный распылением эмульгатор в концентрации, составляющей от приблизительно 0,2 до приблизительно 1 мас.%, от приблизительно 0,5 до приблизительно 1,5 мас.%, от приблизительно 1 до приблизительно 3 мас.%, от приблизительно 2 до приблизительно 5 мас.% или от приблизительно 1 до приблизительно 6 мас.% по отношению к суммарной массе высушенного распылением эмульгатора, масляной фазы и водной фазы.

Буровая текучая среда может содержать водную фазу в концентрации, составляющей приблизительно 5 мас.%, приблизительно 10 мас.%, приблизительно 15 мас.%, приблизительно 20 мас.%, приблизительно 25 мас.%, приблизительно 30 мас.%, приблизительно 35 мас.% или приблизительно 40 мас.% по отношению к суммарной массе высушенного распылением эмульгатора, масляной фазы и водной фазы. Например, буровая текучая среда может содержать водную фазу в концентрации, составляющей от приблизительно 5 до приблизительно 10 мас.%, от приблизительно 10 до приблизительно 20 мас.%, от приблизительно 20 до приблизительно 30 мас.%, от приблизительно 30 до приблизительно 40 мас.%, от приблизительно 5 до приблизительно 40 мас.%, от приблизительно 5 до приблизительно 30 мас.%, от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 20 мас.%, от приблизительно 10 до приблизительно 40 мас.% или от приблизительно 10 до приблизительно 30 мас.% по отношению к суммарной массе высушенного распылением эмульгатора, масляной фазы и водной фазы.

Буровая текучая среда может содержать водную фазу в концентрации, составляющей приблизительно 40 мас.%, приблизительно 45 мас.%, приблизительно 50 мас.%, приблизительно 54 мас.%, приблизительно 55 мас.%, приблизительно 60 мас.%, приблизительно 65 мас.%, приблизительно 70 мас.%, приблизительно 75 мас.%, приблизительно 80 мас.%, приблизительно 85 мас.%, приблизительно 95 мас.% по отношению к суммарной массе высушенного распылением эмульгатора, масляной фазы и водной фазы. Например, буровая текучая среда может содержать водную фазу в концентрации, составляющей от приблизительно 54 до приблизительно 60 мас.%, от приблизительно 55 до приблизительно 70 мас.%, от приблизительно 65 до приблизительно 85 мас.% или от приблизительно 80 до приблизительно 95 мас.% по отношению к суммарной массе высушенного распылением эмульгатора, масляной фазы и водной фазы.

Высушенный распылением эмульгатор может быть совместимым с любыми из многочисленных основных углеводородов, которые обычно используются в обращенных эмульсиях, включая дизельные фракции и другие углеводороды, такие как Cn-C^-парафины, изопарафины, олефины, изоолефины, ароматические углеводороды, нафталины и другие углеводородные смеси, содержащие разнообразные продукты переработки сырой нефти. В качестве водной фазы часто используется солевой раствор, причем представительные солевые растворы содержат хлорид натрия, хлорид калия, хлорид магния, хлорид кальция или любые смеси этих соединений в количествах вплоть до насыщения водной фазы. Концентрация солей в водной фазе может составлять от приблизительно 20 до приблизительно 35 мас.%. Растворенные соли в водной фазе могут использоваться, например, для повышения плотности буровой текучей среды, уменьшения набухания пластовых глин под действием водной фазы и/или сокращения расширения полостей, вызываемого растворением растворимых в воде пластовых компонентов.

Когда в эмульсии должны содержаться суспендированные твердые вещества (например, глина) или другие добавки, эти вещества можно добавлять после изготовления эмульсии в условиях высокой скорости сдвига, а не в одну или другую фазу. Добавки можно вводить одновременно или последовательно в

- 15 031909 процессе непрерывного смешивания или перемешивания. Например, можно добавлять утяжелитель, который увеличивает плотность буровой текучей среды. Утяжелитель может представлять собой любой из имеющих высокую плотность материалов (например, таких как бариты, белая или обожженная глина), которые традиционно используются для достижения желательной плотности (составляющей, например, от приблизительно 1,05 до приблизительно 2 г/мл или от приблизительно 65 до приблизительно 125 фунтов/куб. фут). Другие твердые добавки можно включать органоглины, например органофильные глины, которые могут способствовать суспендированию обломков выбуренной породы. Одна конкретная товарная органофильная глина, которая может использоваться, может представлять собой или включать органофильную глину, продаваемую под наименованием VG-Plus компанией M-I Swaco, LLC.

В обращенную эмульсию можно вводить снижающие потерю текучей среды добавки, которые могут служить для увеличения вязкости и/или уменьшения потери текучей среды в проницаемые пласты, через которые проходит буровая скважина. Добавляемое количество не должно увеличивать вязкость композиции до такой степени, при которой ухудшается эффективное перекачивание буровой текучей среды. Препятствующая потере текучей среды добавка в композиции может представлять собой или включать гидратирующуюся глину или глиноподобный материал, хотя может также использоваться асфальт, технический углерод или любая традиционная добавка. Часто используются высококачественные глины, такие как бентонит, монтмориллонит и каолинит. В инвертно-эмульсионную буровую текучую среду можно вводить и другие традиционные добавки, в том числе реагенты для регулирования фильтрации и водоотдачи, другие повышающие вязкость вещества, смачивающие вещества, стабилизаторы, а также вещества, регулирующие статическое напряжение сдвига и/или реологические показатели.

Примеры

Чтобы обеспечить лучшее понимание приведенного выше обсуждения, предлагаются следующие неограничительные примеры. Хотя данные примеры могут относиться к конкретным вариантам осуществления, они не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение в каком-либо конкретном отношении.

Синтез эмульгатора С1.

К реакционному резервуару присоединяли холодильник и ловушку Барретта (Barrett). В реакционный резервуар добавляли 1656,2 г XTOL® 100 (поставщик Georgia-Pacific Chemicals LLC). XTOL® 100 нагревали при 90°C в атмосфере азота в течение 1 ч. К XTOL® 100 медленно добавляли 303,4 г диэтилентриамина, 7,3 г триэтилентетрамина и 7,3 г тетраэтиленпентамина, образуя реакционную смесь. Реакционную смесь нагревали при 160°C в течение 4 ч. Из реакционной смеси 97 г дистиллята собирали в ловушку Барретта. Реакционную смесь охлаждали до 66°C и 225,9 г малеинового ангидрида добавляли небольшими порциями. Температуру реакционной смеси повышали приблизительно до 85°C в течение 105 мин. С выходом 93% получали триамидный продукт реакции, имеющий конечное кислотное число 61,4 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 20,5 мг KOH на 1 г образца. Триамид представлял собой воскообразное коричневое твердое вещество, у которого вязкость по Брукфильду составляла 75 сП при 140°C. Триамид затем смешивали с модифицированным продуктом таллового масла в соотношении 67 мас.% модифицированного продукта таллового масла на 33 мас.% триамида. Модифицированный продукт таллового масла представлял собой продукт реакции таллового масла и малеинового ангидрида и имел степень малеирования 12 мас.%. Талловое масло для малеирования представляло собой талловое масло, содержащее 69 мас.% жирных кислот и 31 мас.% смоляных кислот по отношению к суммарной массе жирных кислот и смоляных кислот таллового масла. Смесь триамида и модифицированного продукта таллового масла имела кислотное число 198,6 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 3,5 мг KOH на 1 г образца. Смесь триамида и модифицированного продукта таллового масла затем нагревали до 90°C и нейтрализовали посредством медленного добавления в предварительно приготовленный раствор, содержащий 250 г водопроводной воды и 70,8 г раствора 50% гидроксида натрия. Полное кислотное число нейтрализованного продукта составляло 0,5 мг KOH на 1 г раствора при содержании твердых веществ 48,9% и конечном значении рН 11,3. Смесь устанавливали на уровне 21,3 мас.% твердых веществ и высушивали распылением, используя лабораторную распылительную сушилку Niro.

Синтез эмульгатора Пр. 1.

К реакционному резервуару присоединяли холодильник и ловушку Барретта. В реакционный резервуар добавляли 839 г XTOL® 100 (поставщик Georgia-Pacific Chemicals LLC). XTOL® 100 нагревали при 90°C в атмосфере азота в течение 1 ч. К XTOL® 100 медленно добавляли 153,7 г диэтилентриамина, 3,7 г триэтилентетрамина и 3,7 г тетраэтиленпентамина, образуя реакционную смесь. Реакционную смесь нагревали при 160°C в течение 3 ч. Из реакционной смеси 47,1 г дистиллята собирали в ловушку Барретта. Реакционную смесь охлаждали до 85°C и декантировали. Выделенный амидоамин имел конечное кислотное число 9,9 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 106,4 мг KOH на 1 г образца. К 188,4 г выделенной реакционной смеси добавляли 22 г янтарного ангидрида. Реакционную смесь нагревали при 120°C в течение 2 ч. Триамидный продукт реакции представлял собой воскообразное коричневое твердое вещество, полученное с выходом 93% и имеющее конечное кислотное число 51,3 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 37,6 мг KOH на 1 г образца. Триамид затем смешивали с модифициро

- 16 031909 ванным продуктом таллового масла в соотношении 67 мас.% модифицированного продукта таллового масла на 33 мас.% триамида. Модифицированный продукт таллового масла представлял собой продукт реакции таллового масла и малеинового ангидрида и имел степень малеирования 12 мас.%. Талловое масло для малеирования представляло собой талловое масло, содержащее 69 мас.% жирных кислот и 31 мас.% смоляных кислот по отношению к суммарной массе жирных кислот и смоляных кислот таллового масла. Смесь триамида и модифицированного продукта таллового масла имела кислотное число 168,8 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 9,9 мг KOH на 1 г образца. Смесь триамида и модифицированного продукта таллового масла затем нагревали до 90°C и нейтрализовали посредством медленного добавления в предварительно приготовленный раствор, содержащий 150 г водопроводной воды и 36,1 г раствора 50% гидроксида натрия. Полное кислотное число нейтрализованного продукта составляло 0,6 мг KOH на 1 г раствора, и содержание твердых веществ составляло 50 мас.%. Этот раствор затем высушивали распылением, используя лабораторную распылительную сушилку Niro.

Буровые текучие среды для эмульгаторов С1 и Пр. 1.

Были изготовлены сравнительная и изобретенная буровые текучие среды. Буровые текучие среды изготавливали, объединяя ингредиенты в смесителе Hamilton Beach, и затем перемешивали композицию в течение 5 мин при 6000 об/мин, используя сдвиговый смеситель Silverson. Составы сравнительной буровой текучей среды и изобретенной буровой текучей среды представлены в табл. 1.

Таблица 1

Буровые текучие среды

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда	Продолжительность перемешивания после добавления
Дизельное топливо № 2	180,5 г	180,5 г
Глина VG-Plus	6 г	6 г	10 минут
Известь	2 г	2 г	5 минут
Эмульгатор С1	5 г	0 г
Эмульгатор Пр. 1	0 г	5 г
Водный раствор 25 масс.% СаС12	71,5 г	71,5 г	10 минут
Барит	281 г	281 г	5 минут

Сравнительная буровая текучая среда и изобретенная буровая текучая среда имели одинаковые составы, за исключением использования триамида. В сравнительной буровой текучей среде использовался сравнительный эмульгатор (С1). Сравнительный эмульгатор представлял собой высушенную распылением смесь таллового масла и триамида формулы (I), за исключением того, что в качестве R⁴ присутствовала С2-алкилендиильная группа (например, этиленовая группа). В изобретенной буровой текучей среде использовался эмульгатор (Пр. 1), который представлял собой высушенную распылением смесь таллового масла и триамида формулы (I), где в качестве R⁴ присутствовала С2-алкенилендиильная группа (например, этилендиильная группа).

До горячей прокатки (ДГП) были измерены реологический показатель, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, электрическая устойчивость и статические напряжения сдвига для сравнительной и изобретенной буровых текучих сред. Затем буровые текучие среды подвергали горячей прокатке в течение 16 ч при 150°F (65,6°C) и после горячей прокатки (ПГП) были измерены реологический показатель, пластическая вязкость (ПВ), динамическое напряжение сдвига (ДНС), электрическая устойчивость (ЭУ), статическое напряжение сдвига после 10 с покоя (СНС 10 с), и статическое напряжение сдвига после 10 мин покоя (СНС 10 мин). Изобретенная буровая текучая среда была исследована дважды. Табл. 2 представляет результаты реологических исследований.

- 17 031909

Таблица 2

Реологические свойства

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда (исследование 1)	Изобретенная буровая текучая среда (исследование 2)
Реологические показатели	ДГП	ПГП 4 0°Г (4,4°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)	ДГП	ПГП 4 0°Г (4,4°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)	ДГП	ПГП 4 0°Г (4,4°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)
600 об/мин	50	170	57	54	158	53	50	158	52
300 об/мин	30	102	35	33	93	31	29	92	28
200 об/мин	23	79	27	25	70	23	21	68	21
100 об/мин	16	52	20	18	45	15	15	43	14
6 об/мин	8	21	10	9	15	7	7	18	6
3 об/мин	7	19	10	8	13	6	6	12	6
ПВ	20	68	22	21	65	22	21	66	24
ДНС	10	34	13	12	28	9	8	26	4
СНС 10 сек	9	22	11	10	16	8	7	16	7
сне ю мин	13	33	15	16	26	15	10	21	10

Все исследования буровых текучих сред на углеводородной основе осуществляли согласно стандарту 13В-2 рекомендованных правил Американского нефтяного института (API), 3-е изд., февраль 1998 г.. Реологические данные, которые приведены в табл. 2, показывают, что изобретенные буровые текучие среды (исследования 1 и 2) проявляют меньшие реологические показатели при низкой скорости (составляющей, например, от приблизительно 3 до приблизительно 6 об/мин), меньшие динамические напряжения сдвига и меньшие статические напряжения сдвига при сопоставлении изобретенных текучих сред и сравнительной буровой текучей среды.

Исследование электрической устойчивости представляет собой показатель качества обращенной эмульсии. Табл. 3 представляет результаты исследования электрической устойчивости.

Таблица 3

Электрическая устойчивость

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда (исследование 1)	Изобретенная буровая текучая среда (исследование 2)
	ДГП	ПГП 150°F (65,6°С)	ДГП	ПГП 150°F (65,6°С)	ПГП 150°F (65,6°С)	ПГП 150°F (65,6°С)
ЭУ (В при 150°F (65,6°С))	752	1141	837	1018	701	894

Электрическая устойчивость изобретенных текучих сред показала аналогичные значения до горячей прокатки (ДГП) и эквивалентные или несколько более высокие значения электрической устойчивости после горячей прокатки (ПГП).

Исследования потери текучей среды в условиях высокой температуры/высокого давления (ВТ/ВД) проводили при перепаде давления 500 фунтов/кв. дюйм (3,447 МПа) между верхом и низом ячейки ВТ/ВД. Исследования потери текучей среды в условиях ВТ/ВД осуществляли после горячей прокатки при 150°F (65,6°C). Исследования потери текучей среды в условиях ВТ/ВД осуществляли также при 250°F (121,1°C). Как представлено в табл. 4, результаты исследований потери текучей среды в условиях высокой температуры/высокого давления показывают, что изобретенные текучие среды (исследования 1 и 2) проявляют меньшие потери текучей среды в сопоставлении со сравнительной текучей средой. Эти результаты показывают, что изобретенные текучие среды проявляют меньшие потери текучей среды в пласте, что является весьма желательным, в частности, при бурении восприимчивых пластов.

- 18 031909

Т аблица 4

Потери текучей среды в условиях высокой температуры/высокого давления и водоотдача

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда (исследование 1	Изобретенная буровая текучая среда (исследование 2)
	ПГП 150°F (65,6°С)	ПГП 150°F (65,6°С)	ПГП 150°F (65,6°С)
ВТ/ВД при 250°F (121,1°С) (мл)	8,2	6, 0	6,0
Водоотдача (мл)	0	0	0

Были изготовлены сравнительная и изобретенная буровые текучие среды в условиях загрязнения, где использовалась глина для оценки по стандартам API (глина API) (см. табл. 5).

Т аблица 5

Буровые текучие среды с глиной API

	Сравнительная	Изобретенная	Продолжительность
	буровая текучая	буровая	перемешивания
	среда	текучая среда	после добавления
Дизельное топливо № 2	180,5 г	180,5 г
Глина VG-Plus	6 г	6 г	10 минут
Известь	2 г	2 г	5 минут
Эмульгатор С1	5 г	0 г
Эмульгатор Пр. 1	0 г	5 г
Водный раствор 25 масс.% СаС12	71,5 г	71,5 г	10 минут
Барит	281 г	281 г	5 минут
Глина API	20 г	20 г	5 минут

Результаты исследования загрязнения с использованием глины для оценки по стандартам API представлены в табл. 6. Изобретенная буровая текучая среда весьма эффективно сохраняет реологический показатель у нижнего предела (например, от приблизительно 3 об/мин до приблизительно 6 об/мин) и при этом сохраняет динамическое напряжение сдвига и статические напряжения сдвига в присутствии бентонитовой глины стандарта API.

- 19 031909

Таблица 6

Реологические свойства с глиной API

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда (исследование 1)	Изобретенная буровая текучая среда (исследование 2)
Реологические показатели	ДГП	ПГП 4 0°Г (4,4°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)	ДГП	ПГП 4 0°Г (4,4°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)	ДГП	ПГП 4 0°Г (4,4°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)
600 об/мин	58	189	59	65	195	64	57	195	62
300 об/мин	36	110	34	42	113	38	35	114	36
200 об/мин	30	83	28	35	85	30	29	86	28
100 об/мин	22	53	20	26	54	21	22	55	19
6 об/мин	12	18	10	15	18	10	12	18	9
3 об/мин	12	15	9	13	15	9	11	15	8
ПВ	22	79	25	23	82	26	22	81	26
ДНС	14	31	9	19	31	12	13	33	10
СНС 10 сек	14	18	10	15	18	12	13	18	10
сне ю мин	18	25	15	21	25	17	15	27	16

Табл. 7 представляет исследования электрической устойчивости для сравнительной и изобретенной буровых текучих сред в присутствии глины.

Таблица 7

Электрическая устойчивость с глиной API

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда (исследование 1)	Изобретенная буровая текучая среда (исследование 2)
	ДГП	ПГП 150°Г (65,6°С)	ДГП	ПГП 150°Г (65,6°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)
ЭУ (В при 150°Г (65,б°С))	375	588	448	608	572	735

Электрическая устойчивость изобретенных текучих сред показала аналогичные значения до горячей прокатки (ДГП) и несколько повышенные значения электрической устойчивости после горячей прокатки (ПГП).

Табл. 8 представляет результаты исследований потери текучей среды в условиях высокой температуры/высокого давления, которые демонстрируют, что изобретенные текучие среды (исследования 1 и 2) проявляют меньшие потери текучей среды в сопоставлении со сравнительной текучей средой в присутствии бентонитовой глины стандарта API.

Таблица 8

Потери текучей среды в условиях высокой температуры/высокого давления и водоотдача с глиной API

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда (исследование 1	Изобретенная буровая текучая среда (исследование 2)
	ПГП 150°F (65,6°С)	ПГП 150°F (65,6°С)	ПГП 150°F (65,6°С)
ВТ/ВД при 250°F (121,1°С) (мл)	12,0	7,6	6, 6
Водоотдача (мл)	0	0	0

Синтез эмульгатора С2.

К реакционному резервуару присоединяли холодильник и ловушку Барретта. В реакционный резервуар добавляли 662,1 г кокосового масла. Кокосовое масло нагревали при 90°C в атмосфере азота в тече- 20 031909 ние 1 ч. В кокосовое масло медленно добавляли 203,6 г диэтилентриамина, образуя реакционную смесь. Температуру реакционной смеси повышали приблизительно до 120°C в течение приблизительно 30 мин. Реакционную смесь нагревали при 130°C в течение 4 ч и при 160°C в течение следующих 4 ч. Реакционную смесь охлаждали до 85°C и декантировали. Выделенный амидоамин имел конечное кислотное число 9,9 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 106,4 мг KOH на 1 г образца. К 326,1 г выделенной реакционной смеси медленно добавляли 44 г малеинового ангидрида, и реакционную смесь нагревали при 70°C. Температуру повышали приблизительно до 80°C в течение приблизительно 30 мин. Триамидный продукт реакции представлял собой воскообразное коричневое твердое вещество, полученное с выходом 93% и имеющее конечное кислотное число 70,6 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 18,8 мг KOH на 1 г образца. Триамид затем смешивали с модифицированным продуктом таллового масла в соотношении 67 мас.% модифицированного продукта таллового масла на 33 мас.% триамида. Модифицированный продукт таллового масла представлял собой продукт реакции таллового масла и малеинового ангидрида и имел степень малеирования 12 мас.%. Талловое масло для малеирования представляло собой талловое масло, содержащее 69 мас.% жирных кислот и 31 мас.% смоляных кислот по отношению к суммарной массе жирных кислот и смоляных кислот таллового масла. Смесь триамида и модифицированного продукта таллового масла имела кислотное число 202,1 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 5,1 мг KOH на 1 г образца. Смесь триамида и модифицированного продукта таллового масла затем нагревали до 90°C и нейтрализовали, медленно добавляя раствор, содержащий 200 г водопроводной воды и 57,7 г раствора 50% гидроксида натрия.

Полное кислотное число нейтрализованного продукта составляло 0,8 мг KOH на 1 г раствора, и содержание твердых веществ составляло 49,1 мас.%. Этот раствор затем высушивали распылением, используя лабораторную распылительную сушилку Niro.

Синтез эмульгатора Пр. 2.

Амидоаминный продукт изобретенного эмульгатора изготавливали таким же способом, как описано выше для эмульгатора С2. К 348,1 г выделенной реакционной смеси добавляли 54,7 г янтарного ангидрида. Реакционную смесь нагревали при 130°C в течение 2 ч, затем при 140°C в течение 2 ч. Триамидный продукт реакции представлял собой воскообразное коричневое твердое вещество, полученное с выходом 93% и имеющее конечное кислотное число 42,8 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 17,5 мг KOH на 1 г образца. Триамид затем смешивали с модифицированным продуктом таллового масла в соотношении 67 мас.% модифицированного продукта таллового масла на 33 мас.% триамида. Модифицированный продукт таллового масла представлял собой продукт реакции таллового масла и малеинового ангидрида и имел степень малеирования 12 мас.%. Талловое масло для малеирования представляло собой талловое масло, содержащее 69 мас.% жирных кислот и 31 мас.% смоляных кислот по отношению к суммарной массе жирных кислот и смоляных кислот таллового масла. Смесь триамида и модифицированного продукта таллового масла затем нагревали до 90°C и нейтрализовали, медленно добавляя раствор, содержащий 200 г водопроводной воды и 57,7 г раствора 50% гидроксида натрия. Смесь триамида и модифицированного продукта таллового масла имела кислотное число 188 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 5,1 мг KOH на 1 г образца.

Буровые текучие среды для эмульгаторов С2 и Пр. 2.

Были изготовлены сравнительная и изобретенная буровые текучие среды с использованием эмульгаторов, содержащих кокосовое масло. Буровые текучие среды изготавливали, объединяя ингредиенты в смесителе Hamilton Beach, и затем перемешивали композицию в течение 5 мин при 6000 об/мин, используя сдвиговый смеситель Silverson. Составы сравнительной буровой текучей среды и изобретенной буровой текучей среды представлены в табл. 9.

Таблица 9

Буровые текучие среды

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда	Продолжительность перемешивания после добавления
Дизельное топливо № 2	180,5 г	180,5 г
Глина VG-Plus	6 г	6 г	10 минут
Известь	2 г	2 г	5 минут
Эмульгатор С2	5 г	0 г
Эмульгатор Пр. 2	0 г	5 г
Водный раствор 25 масс.% СаС12	71,5 г	71,5 г	10 минут
Барит	281 г	281 г	5 минут

Сравнительная буровая текучая среда и изобретенная буровая текучая среда имели одинаковые составы, за исключением использования триамида в эмульгаторе. В сравнительной буровой текучей среде

- 21 031909 использовался сравнительный эмульгатор (С2). Сравнительный эмульгатор представлял собой смесь таллового масла и триамида формулы (I), за исключением того, что в качестве R⁴ присутствовала С2-алкилендиильная группа (например, этиленовая группа). В изобретенной буровой текучей среде использовался эмульгатор (Пр. 2), который представлял собой высушенную распылением смесь таллового масла и триамида формулы (I), где в качестве R⁴ присутствовала О2-алкенилендиильная группа (например, этилендиильная группа).

Были измерены реологические показатели до горячей прокатки: пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, электрическая устойчивость и статические напряжения сдвига для сравнительной и изобретенной буровых текучих сред. Буровые текучие среды затем подвергали горячей прокатке в течение 16 ч при 40°F (4,4°C) и 150°F (65,6°C), и после горячей прокатки были измерены реологический показатель, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, электрическая устойчивость, статическое напряжения сдвига после 10 с покоя и статическое напряжение сдвига после 10 мин покоя. Табл. 10 представляет результаты реологических исследований.

Таблица 10

Реологические свойства

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
Реологические показатели	дгп	ПГП 40°F (4,4°С)	ПГП 150°F (65,6°С)	дгп	ПГП 40°F (4,4°С)	ПГП 150°F (65,6°С)
600 об/мин	65	177	67	60	164	58
300 об/мин	45	110	44	40	96	35
200 об/мин	37	84	37	32	72	28
100 об/мин	29	56	28	24	46	20
6 об/мин	18	20	17	13	15	10
3 об/мин	7	18	17	12	13	9
ПВ	20	67	23	20	68	23
ДНС	25	43	21	20	28	12
СНС 10 сек	17	21	16	12	15	12
сне ю мин	20	29	21	14	19	14

Табл. 11 представляет результаты исследования электрической устойчивости.

Таблица 11

Электрическая устойчивость

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
	Дгп	ПГП 150°F (65,6°С)	Дгп	ПГП 150°F (65,6°С)
ЭУ (В при 150°F (65,6°С))	857	1160	800	1051

Табл. 12 представляет результаты исследования водоотдачи в условиях высокой температуры/высокого давления для сравнительной буровой текучей среды с использованием эмульгатора С2 и изобретенной буровой текучей среды с использованием эмульгатора Пр. 2.

Таблица 12

Потери текучей среды в условиях высокой температуры/высокого давления и водоотдача

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
	ПГП 250°F (121,1°С)	ПГП 150°F (65,6°С)
ВТ/ВД при 250°F (121,1°С) (мл)	9, 4	8, 6
Водоотдача (мл)	0	0

- 22 031909

Снова были изготовлены сравнительная и изобретенная буровые текучие среды с добавлением бентонитовой глины стандарта API. Составы представлены в табл. 13.

Таблица 13

Буровые текучие среды с глиной API

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда	Продолжительность перемешивания после добавления
Дизельное топливо № 2	180,5 г	180,5 г
Глина VG-Plus	6 г	6 г	10 минут
Известь	2 г	2 г	5 минут
Эмульгатор С2	5 г	0 г
Эмульгатор Пр. 2	0 г	5 г
Водный раствор 25 масс.% СаС12	71,5 г	71,5 г	10 минут
Барит	281 г	281 г	5 минут
Глина API	20 г	20 г	5 минут

До горячей прокатки были измерены реологический показатель, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, электрическая устойчивость и статические напряжения сдвига для сравнительной и изобретенной буровых текучих сред. Буровые текучие среды затем подвергали горячей прокатке в течение 16 ч при 40°F (4,4°C) и 150°F (65,6°C) и после горячей прокатки были измерены реологический показатель, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, электрическая устойчивость, статическое напряжение сдвига после 10 с покоя и статическое напряжение сдвига после 10 мин покоя. Реологические свойства сравнительной и изобретенной буровых текучих сред представлены в табл. 14.

Таблица 14

Реологические свойства с добавлением глины API

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
Реологические показатели	ДГП	ПГП 40°F (4,4°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)	ДГП	ПГП 40°Г (4,4°C)	ПГП 150°Г (65,6°С)
600 об/мин	73	232	67	63	216	69
300 об/мин	51	138	41	41	128	42
200 об/мин	42	103	34	32	97	33
100 об/мин	32	66	25	23	62	24
6 об/мин	20	23	13	13	21	12
3 об/мин	19	20	12	1	18	12
ПВ	22	94	26	22	88	27
дне	29	44	15	19	40	15
СНС 10 сек	18	23	15	12	19	12
СНС 10 мин	22	29	17	15	23	16

Табл. 15 представляет результаты исследования электрической устойчивости для сравнительной буровой текучей среды с использованием эмульгатора С2 и изобретенной буровой текучей среды с использованием эмульгатора Пр. 2.

Таблица 15

Электрическая устойчивость с глиной API

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
	ДГП	ПГП 150°F (65,6°С)	ДГП	ПГП 150°F (65,6°С)
ЭУ (В при 150°F (65,6°С))	500	783	508	665

Табл. 16 представляет результаты исследования водоотдачи в условиях высокой температуры/высокого давления для изобретенной буровой текучей среды с использованием эмульгатора С2 и

- 23 031909 изобретенной буровой текучей среды с использованием эмульгатора Пр. 2.

Таблица 16

Потери текучей среды в условиях высокой температуры/высокого давления и водоотдача с глиной API

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
	ПГП 150°F (65,6°С)	ПГП 150°F (65,6°С)
ВТ/ВД при 250°F (121,1°С) (мл)	11,4	11,6
Водоотдача (мл)	0	0

Синтез эмульгатора C3.

К реакционному резервуару присоединяли холодильник и ловушку Барретта. В реакционный резервуар добавляли 446,5 г соевого масла и 453,5 г жирной кислоты таллового масла. Смесь нагревали при 90°C в атмосфере азота. В смесь соевого масла и жирной кислоты таллового масла медленно добавляли 163,7 г диэтилентриамина, получая реакционную смесь. Температуру реакционной смеси повышали приблизительно до 120°C в течение приблизительно 30 мин. Реакционную смесь затем нагревали при 130°C в течение 2 ч и при 160°C в течение следующих 4 ч. Реакционную смесь охлаждали до 85°C и декантировали. Выделенный амидоамин имел конечное кислотное число 11,8 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 94,3 мг KOH на 1 г образца. К 1053,6 г выделенного амидоамина, который нагревали при 70°C, медленно добавляли 188,3 г малеинового ангидрида. Реакционную смесь нагревали при температуре, составляющей приблизительно 80°C, в течение приблизительно 30-минутного периода. Триамидный продукт реакции представлял собой воскообразное коричневое твердое вещество, полученное с выходом 93% и имеющее конечное кислотное число 64 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 21,1 мг KOH на 1 г образца. Триамидный продукт реакции смешивали с модифицированным продуктом таллового масла, получая смесь, которая имела кислотное число 197,3 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 6,2 мг KOH на 1 г образца. Смесь триамида и модифицированного продукта таллового масла (240 г) нагревали при 50°C и нейтрализовали посредством медленного добавления в раствор, содержащий 240 г водопроводной воды и 67,5 г раствора 50% гидроксида натрия. Полное кислотное число нейтрализованного продукта составляло 0,6 мг KOH на 1 г раствора, и содержание твердых веществ составляло 48,8 мас.%. Этот раствор затем высушивали распылением, используя лабораторную распылительную сушилку Niro.

Синтез эмульгатора Пр. 3.

К реакционному резервуару присоединяли холодильник и ловушку Барретта. В реакционный резервуар добавляли 429,4 г соевого масла и 419,3 г жирной кислоты таллового масла. Смесь нагревали при 90°C в атмосфере азота. В смесь соевого масла и жирной кислоты таллового масла медленно добавляли 151,3 г диэтилентриамина, получая реакционную смесь. Температуру реакционной смеси повышали приблизительно до 120°C в течение приблизительно 30 мин. Реакционную смесь затем нагревали при 130°C в течение 2 ч и при 160°C в течение следующих 4 ч. Реакционную смесь охлаждали до 85°C и затем декантировали. Выделенный амидоамин имел конечное кислотное число 11,6 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 93,1 мг KOH на 1 г образца. К 298,1 г выделенной реакционной смеси, нагретой до 130°C, добавляли 33,3 г янтарного ангидрида. Реакционную смесь нагревали при температуре, составляющей приблизительно 140°C в течение приблизительно 30-минутного периода. Триамидный продукт реакции представлял собой воскообразное коричневое твердое вещество, полученное с выходом 93% и имеющее конечное кислотное число 38,5 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 29,5 мг KOH на 1 г образца. Триамид затем смешивали с модифицированным продуктом таллового масла в соотношении 65 мас.% модифицированного продукта таллового масла на 35 мас.% имеющего концевые карбоксильные группы амидоамина, полученного из жирных кислот таллового масла. Полученная в результате смесь имела кислотное число 184,8 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 8,3 мг KOH на 1 г образца. Смесь триамида и модифицированного продукта таллового масла (200 г) затем нагревали до 90°C и нейтрализовали, медленно добавляя раствор, содержащий 200 г водопроводной воды и 52,7 г раствора 50% гидроксида натрия. Полное кислотное число нейтрализованного продукта составляло 0,2 мг KOH на 1 г раствора, и содержание твердых веществ составляло 48,5 мас.%. Этот раствор затем высушивали распылением, используя лабораторную распылительную сушилку Niro.

Буровые текучие среды для эмульгаторов C3 и Пр. 3.

Буровые текучие среды изготавливали, объединяя ингредиенты в смесителе Hamilton Beach, и затем перемешивали композицию в течение 5 мин при 6000 об/мин, используя сдвиговый смеситель Silverson. Составы сравнительной буровой текучей среды и изобретенной буровой текучей среды представлены в табл. 17.

- 24 031909

Таблица 17

Буровые текучие среды

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда	Продолжительность перемешивания после добавления
Дизельное топливо № 2	180,5 г	180,5 г
Глина VG-Plus	6 г	6 г	10 минут
Известь	2 г	2 г	5 минут
Эмульгатор СЗ	5 г	0 г
Эмульгатор Пр. 3	0 г	5 г
Водный раствор 25 масс.% СаС12	71,5 г	71,5 г	10 минут
Барит	281 г	281 г	5 минут

Сравнительная буровая текучая среда и изобретенная буровая текучая среда имели одинаковые составы, за исключением использования триамида. В сравнительной буровой текучей среде использовался сравнительный эмульгатор (C3). Сравнительный эмульгатор представлял собой смесь таллового масла и триамида формулы (I), за исключением того, что в качестве R⁴ присутствовала C2-алкилендиильная группа (например, этиленовая группа). В изобретенной буровой текучей среде использовался эмульгатор (Пр. 3), который представлял собой высушенную распылением смесь таллового масла и триамида формулы (I), где в качестве R⁴ присутствовала C2-алкенилендиильная группа (например, этилендиильная группа).

До горячей прокатки были измерены реологический показатель, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, электрическая устойчивость и статические напряжения сдвига для сравнительной и изобретенной буровых текучих сред. Затем буровые текучие среды подвергали горячей прокатке в течение 16 ч при 40°F (4,4°C) и 150°F (65,6°C), и после горячей прокатки были измерены реологический показатель, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, электрическая устойчивость, статическое напряжение сдвига после 10 с покоя и статическое напряжение сдвига после 10 мин покоя. Табл. 18 представляет результаты реологических исследований.

Таблица 18

Реологические свойства

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
Реологические показатели	дгп	ПГП 40°F (4,4°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)	дгп	ПГП 40°Г (4,4°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)
600 об/мин	52	197	66	53	195	62
300 об/мин	32	119	39	32	115	35
200 об/мин	24	90	32	24	87	30
100 об/мин	18	58	24	18	55	21
6 об/мин	10	19	13	10	18	12
3 об/мин	9	17	17	9	15	1
ПВ	20	78	27	21	80	27
ДНС	12	41	12	11	35	8
СНС 10 сек	10	18	14	11	17	13
сне ю мин	11	27	16	12	22	16

Электрическая устойчивость.

Табл. 19 представляет результаты исследования электрической устойчивости для сравнительной буровой текучей среде с использованием эмульгатора C3 и изобретенной буровой текучей среды с использованием эмульгатора Пр. 3.

- 25 031909

Таблица 19

Электрическая устойчивость

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
	дгп	ΠΓΠ 150°F (65,6°С)	дгп	ΠΓΠ 150°F (65,6°С)
ЭУ (В при 150°F (65,6°С))	833	1151	824	1145

Табл. 20 представляет результаты исследования водоотдачи в условиях высокой температуры/высокого давления для сравнительной буровой текучей среды с использованием эмульгатора C3 и изобретенной буровой текучей среды с использованием эмульгатора Пр. 3.

Таблица 20

Потери текучей среды в условиях высокой температуры/высокого давления и водоотдача

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
	ПГП 150°F (65,6°С)	ПГП 150°F (65,6°С)
ВТ/ВД при 250°F (121,1°С) (мл)	10,2	8,2
Водоотдача (мл)	0	0

Снова были изготовлены сравнительная и изобретенная буровые текучие среды с добавлением бентонитовой глины стандарта API. Составы представлены в табл. 21.

Таблица 21

Буровые текучие среды с глиной API

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда	Продолжительность перемешивания после добавления
Дизельное топливо № 2	180,5 г	180,5 г
Глина VG-Plus	6 г	6 г	10 минут
Известь	2 г	2 г	5 минут
Эмульгатор СЗ	5 г	0 г
Эмульгатор Пр. 3	0 г	5 г
Водный раствор 25 масс.% СаС12	71,5 г	71,5 г	10 минут
Барит	281 г	281 г	5 минут
Глина API	20 г	20 г	5 минут

До горячей прокатки были измерены реологический показатель, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, электрическая устойчивость и статические напряжения сдвига для сравнительной и изобретенной буровых текучих сред. Буровые текучие среды затем подвергали горячей прокатке в течение 16 ч при 40°F (4,4°C) и 150°F (65,6°C), и после горячей прокатки были измерены реологический показатель, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, электрическая устойчивость, статическое напряжение сдвига после 10 секунд покоя и статическое напряжение сдвига после 10 мин покоя. Табл. 22 представляет результаты реологических исследований.

- 26 031909

Таблица 22

Реологические свойства с добавлением глины API

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
Реологические показатели	дгп	ПГП 4 0°Е (4,4°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)	Дгп	ПГП 4 0°Г (4,4°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)
600 об/мин	61	221	66	63	242	73
300 об/мин	38	130	39	39	143	43
200 об/мин	31	96	32	31	107	35
100 об/мин	23	60	24	23	68	25
6 об/мин	13	20	13	12	21	13
3 об/мин	12	18	12	11	18	12
ПВ	23	91	27	24	99	30
ДНС	15	39	12	15	44	13
СНС 10 сек	13	20	14	12	12	14
сне ю мин	17	27	18	15	26	18

Табл. 23 представляет результаты исследования электрической устойчивости для сравнительной буровой текучей среды с использованием эмульгатора C3 и для изобретенной буровой текучей среды с использованием эмульгатора Пр. 3.

Таблица 23

Электрическая устойчивость

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
	дгп	ПГП 150°Г (65,6°С)	дгп	ПГП 150°Г (65,6°С)
ЭУ (В при 150°Г (65,6°С))	464	683	549	870

Табл. 24 представляет результаты исследования водоотдачи в условиях высокой температуры/высокого давления для сравнительной буровой текучей среды с использованием эмульгатора C3 и для изобретенной буровой текучей среды с использованием эмульгатора Пр. 3.

Таблица 24

Потери текучей среды в условиях высокой температуры/высокого давления и водоотдача

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
	ПГП 150°Г (65,6°С)	ПГП 150°Г (65,6°С)
ВТ/ВД при 250°Г (121,1°С) (мл)	10,8	10,8
Водоотдача (мл)	0	0

Синтез эмульгатора С4.

К реакционному резервуару присоединяли холодильник и ловушку Барретта. В реакционный резервуар добавляли 502,2 г пальмового олеина и 512,3 г жирной кислоты таллового масла. Смесь нагревали при 90°C в атмосфере азота. В смесь пальмового олеина и жирной кислоты таллового масла медленно добавляли 18 5,5 г диэтилентриамина. Температуру реакционной смеси повышали приблизительно до 120°C в течение приблизительно 30 мин. Реакционную смесь затем нагревали при 130°C в течение 2 ч и при 160°C в течение следующих 4 ч. Реакционную смесь охлаждали до 85°C и декантировали. Выделенный амидоамин имел конечное кислотное число 11,7 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 117,5 мг KOH на 1 г образца. К 350 г выделенной реакционной смеси, который нагревали при 70°C, добавляли 41,7 г малеинового ангидрида. Реакционную смесь нагревали при температуре, составляющей приблизительно 90°C в течение 30 мин. Триамидный продукт реакции представлял собой воскообразное коричневое твердое вещество, полученное с выходом 93% и имеющее конечное кислотное число 50 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 22,7 мг KOH на 1 г образца. Триамид затем смешивали с модифицированным продуктом таллового масла в соотношении 65 мас.% модифицированного продукта таллового масла на 35 мас.% содержащего концевую карбоксильную группу амидоамина. Смесь триами

- 27 031909 да и модифицированного продукта таллового масла имела кислотное число 197,2 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 6,7 мг KOH на 1 г образца. Смесь триамида и модифицированного продукта таллового масла (200 г) нагревали при 50°C и нейтрализовали, медленно добавляя раствор, содержащий 200 г водопроводной воды и 56,3 г раствора 50% гидроксида натрия. Полное кислотное число нейтрализованного продукта составляло 0,3 мг KOH на 1 г раствора, и содержание твердых веществ составляло 48,9 мас.%. Этот раствор затем высушивали распылением, используя лабораторную распылительную сушилку Niro.

Синтез эмульгатора Пр. 4.

К реакционному резервуару присоединяли холодильник и ловушку Барретта. В реакционный резервуар добавляли 502,2 г пальмового олеина и 512,3 г жирной кислоты талового, образуя смесь. Смесь нагревали при 90°C в атмосфере азота. В смесь пальмового олеина и жирной кислоты таллового масла медленно добавляли 185,5 г диэтилентриамина, образуя реакционную смесь. Температуру реакционной смеси повышали приблизительно до 120°C в течение 30 мин. Реакционную смесь затем нагревали до 130°C в течение 2 ч и затем при 160°C в течение приблизительно 4 ч. Реакционную смесь охлаждали до 85°C и декантировали. Выделенный амидоамин имел конечное кислотное число 11,7 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 117,5 мг KOH на 1 г образца. К 350 г выделенной реакционной смеси, который нагревали при 125°C, медленно добавляли 42,6 г янтарного ангидрида. Реакционную смесь нагревали при температуре, составляющей приблизительно 137°C в течение приблизительно 30-минутного периода. Триамидный продукт реакции представлял собой воскообразное коричневое твердое вещество, полученное с выходом 93% и имеющее конечное кислотное число 52,4 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 30 мг KOH на 1 г образца. Триамид затем смешивали с модифицированным продуктом таллового масла в соотношении 65 мас.% модифицированного продукта таллового масла на 35 мас.% содержащего концевую карбоксильную группу амидоамина. Смесь триамида и модифицированного продукта таллового масла имела кислотное число 180 мг KOH на 1 г образца и полное аминовое число 10 мг KOH на 1 г образца. Смесь триамида и модифицированного продукта таллового масла (200 г) нагревали при 50°C и нейтрализовали, медленно добавляя раствор, содержащий 200 г водопроводной воды и 51,4 г раствора 50% гидроксида натрия. Полное кислотное число нейтрализованного продукта составляло 0,2 мг KOH на 1 г раствора, и содержание твердых веществ составляло 49,1%. Этот раствор затем высушивали распылением, используя лабораторную распылительную сушилку Niro.

Буровые текучие среды изготавливали, объединяя ингредиенты в смесителе Hamilton Beach и затем перемешивали композицию в течение 5 мин при 6000 об/мин, используя сдвиговый смеситель Silverson. Составы сравнительной буровой текучей среды и изобретенной буровой текучей среды представлены в табл. 25.

Таблица 25

Буровые текучие среды

	Сравнительная	Изобретенная	Продолжительность
	буровая текучая	буровая	перемешивания
	среда	текучая среда	после добавления
Дизельное топливо № 2	180,5 г	180,5 г
Глина VG-Plus	6 г	6 г	10 минут
Известь	2 г	2 г	5 минут
Эмульгатор С4	5 г	0 г
Эмульгатор Пр. 4	0 г	5 г
Водный раствор 25 масс.% СаС12	71,5 г	71,5 г	10 минут
Барит	281 г	281 г	5 минут

Сравнительная буровая текучая среда и изобретенная буровая текучая среда имели одинаковые составы, за исключением использования триамида. В сравнительной буровой текучей среде использовался сравнительный эмульгатор (С4). Сравнительный эмульгатор представлял собой смесь таллового масла и триамида формулы (I), за исключением того, что в качестве R⁴ присутствовала С2-алкилендиильная группа (например, этиленовая группа). В изобретенной буровой текучей среде использовался эмульгатор (Пр. 4), который представлял собой высушенную распылением смесь таллового масла и триамида формулы (I), где в качестве R⁴ присутствовала С2-алкенилендиильная группа (например, этилендиильная группа).

До горячей прокатки были измерены реологический показатель, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, электрическая устойчивость и статические напряжения сдвига для сравнительной и изобретенной буровых текучих сред. Затем буровые текучие среды подвергали горячей прокатке в течение 16 ч при 40°F (4,4°C) и 150°F (65,6°C), и после горячей прокатки реологический показатель, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, электрическая устойчивость, статическое напря- 28 031909 жение сдвига после 10 с покоя и статическое напряжение сдвига после 10 мин покоя были измерены.

Табл. 26 представляет результаты реологических исследований.

Таблица 26

Реологические свойства

	Сравнительная	суровая	Изобретенная С	уровая
		текучая среда		текучая среда
Реологические		ПГП 40°F	ПГП 150°F		ПГП 40°F	ПГП 150°F
	ДГП			ДГП
показатели		(4,4°С)	(65,6°С)		(4,4°С)	(65,6°С)
600 об/мин	54	220	70	52	188	64
300 об/мин	34	136	45	31	113	39
200 об/мин	25	105	37	24	86	31
100 об/мин	18	70	28	18	56	22
6 об/мин	10	25	17	9	19	13
3 об/мин	9	23	16	9	17	12
ПВ	20	84	25	21	75	25
ДНС	14	52	20	10	38	14
СНС 10 сек	7	24	16	9	19	14
СНС 10 мин	10	34	19	10	24	16

Табл. 27 представляет результаты исследования электрической устойчивости для сравнительной буровой текучей среды с использованием эмульгатора С4 и для изобретенной буровой текучей среды с использованием эмульгатора Пр. 4.

Таблица 27

Электрическая устойчивость

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
	ДГП	ПГП 150°F (65,6°С)	ДГП	ПГП 150°F (65,6°С)
ЭУ (В при 150°F (65,6°С))	770	1203	764	1170

Табл. 28 представляет результаты исследования водоотдачи в условиях высокой температуры/высокого давления для сравнительной буровой текучей среды с использованием эмульгатора С4 и для изобретенной буровой текучей среды с использованием эмульгатора Пр. 4.

Таблица 28

Потери текучей среды в условиях высокой температуры/высокого давления и водоотдача

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
	ПГП 150°F (65,6°С)	ПГП 150°F (65,6°С)
ВТ/ВД при 250°F (121,1°С) (мл)	12,2	11,0
Водоотдача (мл)	0,4	0,4

Снова были изготовлены сравнительная и изобретенная буровые текучие среды с добавлением бентонитовой глины стандарта API. Составы представлены в табл. 29.

- 29 031909

Т аблица 29

Буровые текучие среды с глиной API

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда	Продолжительность перемешивания после добавления
Дизельное топливо № 2	180,5 г	180,5 г
Глина VG-Plus	6 г	6 г	10 минут
Известь	2 г	2 г	5 минут
Эмульгатор С4	5 г	0 г
Эмульгатор Пр. 4	0 г	5 г
Водный раствор 25 масс.% СаС12	71,5 г	71,5 г	10 минут
Барит	281 г	281 г	5 минут
Глина API	20 г	20 г	5 минут

До горячей прокатки были измерены реологический показатель, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, электрическая устойчивость и статические напряжения сдвига для сравнительной и изобретенной буровых текучих сред. Буровые текучие среды затем подвергали горячей прокатке в течение 16 ч при 40°F (4,4°C) и 150°F (65,6°C), и после горячей прокатки были измерены реологический показатель, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига, электрическая устойчивость, статическое напряжение сдвига после 10 с покоя и статическое напряжение сдвига после 10 мин покоя. Табл. 30 представляет результаты реологических исследований.

Таблица 30

Реологические свойства с глиной API

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
Реологические показатели	дгп	ПГП 40°Б (4,4°С)	ПГП 150°Б (65,6°С)	дгп	ПГП 40°Б (4,4°С)	ПГП 150°Б (65,6°С)
600 об/мин	54	249	69	57	217	75
300 об/мин	32	147	42	33	132	47
200 об/мин	26	110	34	25	102	38
100 об/мин	19	70	25	18	69	28
6 об/мин	10	25	14	9	26	16
3 об/мин	10	21	12	9	23	15
ПВ	22	102	27	24	85	28
ДНС	10	45	15	9	47	19
СНС 10 сек	10	21	14	10	22	17
СНС 10 мин	13	27	18	11	29	21

Табл. 31 представляет результаты исследования электрической устойчивости для сравнительной буровой текучей среды с использованием эмульгатора С4 и для изобретенной буровой текучей среды с использованием эмульгатора Пр. 4.

Т аблица 31

Электрическая устойчивость с глиной API

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
	дгп	ПГП 150°Б (65,6°С)	дгп	ПГП 150°Г (65,б°С)
ЭУ (В при 150°Б (65,6°С))	391	600	360	551

Табл. 32 представляет результаты исследования водоотдачи в условиях высокой температуры/высокого давления для сравнительной буровой текучей среды с использованием эмульгатора С4 и

- 30 031909 для изобретенной буровой текучей среды с использованием эмульгатора Пр. 4.

Таблица 32

Потери текучей среды в условиях высокой температуры/высокого давления и водоотдача с глиной API

	Сравнительная буровая текучая среда	Изобретенная буровая текучая среда
	ПГП 150°F (65,6°С)	ПГП 150°F (65,6°С)
ВТ/ВД при 250°F (121,1°С) (мл)	14,8	14,6
Водоотдача (мл)	0,2	0,2

Варианты осуществления настоящего изобретения также относятся к любому одному или нескольким из следующих пунктов.

1. Способ изготовления эмульгатора, включающий смешивание таллового масла и триамида, где триамид имеет химическую формулу

в которой х, у и z представляют собой независимо выбранные целые числа от 1 до 10; R¹ представляет собой С₈-С₂₀-алкил, С₈-С₂о-алкенил, С₈-С₂₀-диалкенил или С₈-С₂₀-алкинил;

R² представляет собой Н или ^{R ОН}' независимо выбранный для каждого звена [(CH2)xNR²(CH2)_y], где R⁴ представляет собой С₁-С₃-алкилен или С₁-С₃-алкиленовый спирт;

о о по меньшей мере один R² представляет собой ^{R он};

R³ представляет собой С₈-С₂₀-алкил, С₈-С₂₀-алкенил, С₈-С₂₀-диалкенил или С₈-С₂₀-алкинил.

2. Способ по п.1, в котором смесь имеет массовое соотношение триамида и таллового масла от приблизительно 1:4 до приблизительно 2:3.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором R⁴ представляет собой этандиильную группу (-СН₂СН₂-).

4. Способ по любому из пп.1-3, дополнительно включающий распылительное высушивание смеси для получения высушенного распылением эмульгатора, имеющего средний размер частиц от приблизительно 1 до приблизительно 75 мкм.

5. Способ по любому из пп.1-4, в котором эмульгатор, по меньшей мере, частично нейтрализуется перед распылительным высушиванием.

6. Способ по любому из пп.1-5, в котором смесь разбавляется водным разбавителем и обеспечивается содержание твердых веществ от приблизительно 35 до приблизительно 50 мас.% по отношению к массе эмульгатора перед распылительным высушиванием.

7. Способ по любому из пп.1-6, в котором высушенный распылением эмульгатор имеет средний размер частиц от приблизительно 30 до приблизительно 75 мкм.

8. Способ по любому из пп.1-7, в котором высушенный распылением эмульгатор имеет объемную плотность от приблизительно 0,24 до приблизительно 0,56 г/мл.

9. Способ по любому из пп.1-8, в котором талловое масло включает неочищенное талловое масло, дистиллированное талловое масло, тяжелые фракции таллового масла или любую их смесь.

10. Способ по любому из пп.1-9, в котором талловое масло включает продукт реакции, по меньшей мере, таллового масла и α,β-ненасыщенной карбоновой кислоты или ангидрида α,β-ненасыщенной ки слоты.

11. Способ по любому из пп.1-10, в котором талловое масло представляет собой продукт реакции Дильса-Альдера, продукт еновой реакции или любую их смесь.

12. Способ по любому из пп.1-11, в котором продукт реакции Дильса-Альдера, продукт еновой реакции или их смесь окисляются и образуется простоэфирная связь по меньшей мере между двумя или большим числом основных углеводородных цепей.

13. Способ по любому из пп.1-12, в котором талловое масло димеризуется посредством углеродуглеродной связи по меньшей мере между двумя или большим числом основных углеводородных цепей.

14. Способ по любому из пп.1-13, в котором талловое масло окисляется и образуется простоэфирная связь по меньшей мере между двумя или большим числом основных углеводородных цепей.

15. Способ по любому из пп.1-14, в котором талловое масло включает смесь первой дистиллятной фракции таллового масла и второй дистиллятной фракции таллового масла, содержащую от приблизи-

- 31 031909 тельно 45 до приблизительно 90 мас.% жирных кислот и от приблизительно 10 до приблизительно мас.% смоляных кислот по отношению к суммарной массе первой дистиллятной фракции таллового масла и второй дистиллятной фракции таллового масла.

16. Способ изготовления эмульгатора, включающий смешивание триамида и таллового масла, причем триамид образуется в реакции диамидоамина с насыщенной дикарбоновой кислотой, ангидридом насыщенной кислоты или их смесью; и распылительное высушивание смеси для получения высушенного распылением эмульгатора.

17. Способ по п.16, в котором смесь имеет массовое соотношение триамида и таллового масла от приблизительно 1:4 до приблизительно 2:3.

18. Способ по п.16 или 17, в котором насыщенная дикарбоновая кислота представляет собой янтарную кислоту или насыщенный ангидрид представляет собой янтарный ангидрид.

19. Способ по любому из пп.16-18, в котором насыщенная дикарбоновая кислота представляет собой глутаровую кислоту или насыщенный ангидрид представляет собой глутаровый ангидрид.

20. Способ по любому из пп.16-19, в котором диамидоамин представляет собой продукт реакции одной или нескольких жирных кислот и одного или нескольких полиаминов.

21. Способ по любому из пп.16-20, в котором один или несколько полиаминов имеют формулу H₂N[(CH₂)_xNH]_yH, в которой х и у представляют собой независимо выбранные целые числа от 1 до 10.

22. Способ по любому из пп.16-21, в котором эмульгатор, по меньшей мере, частично нейтрализуется перед распылительным высушиванием.

23. Способ по любому из пп.16-22, в котором эмульгатор разбавляется водным разбавителем и обеспечивается содержание твердых веществ от приблизительно 35 до приблизительно 50 мас.% по от ношению к массе эмульгатора перед распылительным высушиванием.

24. Способ по любому из пп.16-23, в котором талловое масло включает неочищенное талловое масло, дистиллированное талловое масло, тяжелые фракции таллового масла или любую их смесь.

25. Способ по любому из пп.16-24, в котором талловое масло включает смесь первой дистиллятной фракции таллового масла и второй дистиллятной фракции таллового масла, содержащую от приблизительно 45 до приблизительно 90 мас.% жирных кислот и от приблизительно 10 до приблизительно 55 мас.% смоляных кислот по отношению к суммарной массе первой дистиллятной фракции таллового масла и второй дистиллятной фракции таллового масла.

26. Способ по любому из пп.16-25, в котором талловое масло включает продукт реакции, по меньшей мере, таллового масла и α,β-ненасыщенной карбоновой кислоты или ангидрида α,β-ненасыщенной кислоты.

27. Способ по любому из пп.16-26, в котором талловое масло представляет собой продукт реакции Дильса-Альдера, продукт еновой реакции Альдера или любую их смесь.

28. Способ по любому из пп.16-27, в котором продукт реакции Дильса-Альдера, продукт еновой реакции или их смесь окисляются и образуется простоэфирная связь по меньшей мере между двумя или большим числом основных углеводородных цепей.

29. Способ по любому из пп.16-28, в котором талловое масло димеризуется посредством углеродуглеродной связи по меньшей мере между двумя или большим числом основных углеводородных цепей.

30. Способ по любому из пп.16-29, в котором талловое масло окисляется и образуется простоэфирная связь по меньшей мере между двумя или большим числом основных углеводородных цепей.

31. Способ изготовления буровой текучей среды, включающий смешивание масляной фазы, водной фазы и высушенного распылением эмульгатора для получения буровой текучей среды, где высушенный распылением эмульгатор включает смесь таллового масла и триамида, причем триамид имеет химическую формулу

О

О

R NH[(CH₂)_xN(CH₂) ]_zNH r в которой х, у и z представляют собой независимо выбранные целые числа от 1 до 10; R¹ представляет собой C₈-C₂₀-алкил, С₈-С₂₀-алкенил, С₈-С₂₀-диалкенил или С₈-С₂₀-алкинил;

О О

R² представляет собой Н или ^{R ОН}< независимо выбранный для каждого звена [(CH2)xNR²(CH2)_y], где R⁴ представляет собой СрСз-алкилен или СрСз-алкиленовый спирт;

О О

по меньшей мере один R² представляет собой ^{R он};

R³ представляет собой С₈-С₂₀-алкил, С₈-С₂₀-алкенил, С₈-С₂₀-диалкенил или С₈-С₂₀-алкинил.

32. Способ по п.31, в котором высушенный распылением эмульгатор присутствует в буровой теку-

- 32 031909 чей среде в количестве от приблизительно 1 до приблизительно 5 мас.% по отношению к массе масляной фазы, водной фазы и высушенного распылением эмульгатора.

33. Способ по п.31 или 32, в котором R⁴ представляет собой этандиильную группу (-CH₂CH₂-).

Некоторые варианты осуществления и отличительные признаки были описаны с использованием множества численных верхних пределов и множества численных нижних пределов. Следует понимать, что интервалы, включающие сочетание любых двух значений, например, предусматриваются сочетание любого нижнего значения и любого верхнего значения, сочетание любых двух нижних значений и/или сочетание любых двух верхних значений, если не определяется другое условие. Некоторые нижние пределы, верхние пределы и интервалы упоминаются ниже в одном или нескольких пунктах формулы изобретения. Все численные значения представляют собой значения, которым предшествует термин приблизительно или примерно, причем учитываются экспериментальная ошибка и изменчивость, которые может предполагать обычный специалист в данной области техники.

Выше были определены разнообразные термины. Если термин, используемый в формуле изобретения, не определен выше, ему следует давать наиболее широкое определение, которое специалисты в данной области техники дают этому термину, что отражается по меньшей мере в одной печатной публикации или в выданном патенте. Кроме того, все патенты, процедуры исследований и другие документы, процитированные в настоящем описании, полностью включаются посредством ссылки в такой степени, насколько их описания не противоречат заявке на данное изобретение, включая все юрисдикции, в которых разрешается такое включение.

Несмотря на представленные выше варианты осуществления настоящего изобретения, могут быть разработаны другие и дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения без выхода за пределы его основного объема, причем данный объем определяется следующей формулой изобретения.

Claims (20)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ получения эмульгатора, включающий смешивание таллового масла и триамида для обеспечения смеси, где триамид получают по реакции диамидоамина с насыщенной дикарбоновой кислотой, ангидридом насыщенной кислоты или их смесью, при температуре от 120 до 200°C, причем диамидоамин представляет собой продукт реакции одной или нескольких жирных кислот и одного или нескольких полиаминов, имеющих формулу H₂N[(CH₂)_xNH]_yH, в которой х и у представляют собой независимо выбранные целые числа от 1 до 10; и распылительное высушивание смеси для получения высушенного распылением эмульгатора.
2. 2. Способ по п.1, в котором смесь таллового масла и триамида имеет массовое соотношение триамида и таллового масла, составляющее от 1:4 до 2:3.
3. 3. Способ по п.1, в котором насыщенная дикарбоновая кислота включает янтарную кислоту, адипиновую кислоту, яблочную кислоту или глутаровую кислоту и насыщенный кислотный ангидрид включает янтарный ангидрид, адипиновый ангидрид или глутаровый ангидрид.
4. 4. Способ по п.1, в котором высушенный распылением эмульгатор имеет средний размер частиц от 1 до 75 мкм.
5. 5. Способ по п.4, в котором смесь разбавляют водным разбавителем и обеспечивают содержание твердых веществ от 35 до 50 мас.% перед распылительным высушиванием.
6. 6. Способ по п.1, в котором талловое масло включает неочищенное талловое масло, дистиллированное талловое масло, тяжелые фракции таллового масла или любую их смесь.
7. 7. Способ по п.4, в котором высушенный распылением эмульгатор имеет объемную плотность от 0,24 до 0,56 г/мл.
8. 8. Способ по п.1, в котором талловое масло включает продукт реакции, по меньшей мере, таллового масла и α,β-ненасыщенной карбоновой кислоты или ангидрида α,β-ненасыщенной кислоты.
9. 9. Способ по п.1, в котором талловое масло включает смесь первой дистиллятной фракции таллового масла, содержащей преимущественно жирные кислоты, и второй дистиллятной фракции таллового масла, содержащей преимущественно смоляные кислоты, причем смесь первой дистиллятной фракции таллового масла и второй дистиллятной фракции таллового масла содержит от 45 до 90 мас.% жирных кислот и от 10 до 55 мас.% смоляных кислот по отношению к суммарной массе первой дистиллятной фракции таллового масла и второй дистиллятной фракции таллового масла.
10. 10. Способ получения эмульгатора, включающий смешивание триамида и таллового масла для обеспечения смеси, причем триамид образуется в реакции диамидоамина с насыщенной дикарбоновой кислотой, ангидридом насыщенной кислоты или их смесью, при температуре от 120 до 200°C, причем диамидоамин представляет собой продукт реакции одной или нескольких жирных кислот и одного или нескольких полиаминов, имеющих формулу H₂N[(CH₂)_xNH]_yH, в которой х и у представляют собой независимо выбранные целые числа от 1 до 10;

    проведение реакции таллового масла и триамида с основанием для обеспечения нейтрализованной смеси, причем основание включает гидроксид щелочного металла, гидроксид щелочноземельного металла, оксид щелочного металла, оксид щелочноземельного металла или их смесь;

    - 33 031909 распылительное высушивание нейтрализованной смеси для получения высушенного распылением эмульгатора.
11. 11. Способ по п.10, в котором смесь имеет массовое соотношение триамида и таллового масла от 1:4 до 2:3.
12. 12. Способ по п.10, в котором насыщенная дикарбоновая кислота представляет собой янтарную кислоту или насыщенный ангидрид представляет собой янтарный ангидрид.
13. 13. Способ по п.10, в котором насыщенная дикарбоновая кислота представляет собой глутаровую кислоту или насыщенный ангидрид представляет собой глутаровый ангидрид.
14. 14. Способ по п.10, в котором один или несколько полиаминов представляют собой диметилентриамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, трипропилентетрамин, тетраэтиленпентамин или пентаэтиленгексамин.
15. 15. Способ по п.14, в котором диамидоамин и насыщенная карбоновая кислота, ангидрид насыщенной кислоты или их смесь реагируют при температуре от 130 до 200°C.
16. 16. Способ по п.10, в котором талловое масло включает смесь первой дистиллятной фракции таллового масла, содержащей преимущественно жирные кислоты, и второй дистиллятной фракции таллового масла, содержащей преимущественно смоляные кислоты, причем смесь первой дистиллятной фракции таллового масла и второй дистиллятной фракции таллового масла содержит от 45 до 90 мас.% жирных кислот и от 10 до 55 мас.% смоляных кислот по отношению к суммарной массе первой дистиллятной фракции таллового масла и второй дистиллятной фракции таллового масла.
17. 17. Способ по п.10, в котором талловое масло включает продукт реакции, по меньшей мере, таллового масла и α,β-ненасыщенной карбоновой кислоты или ангидрида α,β-ненасыщенной кислоты.
18. 18. Способ получения буровой текучей среды, включающий смешивание масляной фазы, водной фазы и высушенного распылением эмульгатора для получения буровой текучей среды, где высушенный распылением эмульгатор включает смесь таллового масла и триамида, причем триамид получают по реакции диамидоамина с насыщенной дикарбоновой кислотой, ангидридом насыщенной кислоты или их смесью, при температуре от 120 до 200°C, причем диамидоамин представляет собой продукт реакции одной или нескольких жирных кислот и одного или нескольких полиаминов, имеющих формулу H₂N[(CH₂)_xNH]_yH, в которой x и y представляют собой независимо выбранные целые числа от 1 до 10.
19. 19. Способ по п.18, в котором высушенный распылением эмульгатор присутствует в буровой текучей среде в количестве от 1 до 5 мас.% по отношению к массе масляной фазы, водной фазы и высушенного распылением эмульгатора.
20. 20. Способ по п.18, в котором насыщенная дикарбоновая кислота включает янтарную кислоту или ангидрид насыщенной кислоты включает янтарный ангидрид.