JP2019527662A - 有機化クレイ組成物及びその使用 - Google Patents
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Abstract
Description
[式中、
R1は、約1〜約30個の炭素原子又は任意選択で約6〜約24個の炭素原子又はさらに任意選択で約8〜約22個の炭素原子を有する飽和又は不飽和、直鎖又は分岐炭化水素基を表し、
R2及びR3は、互いに及びR1と同一又は異なり、水素又は約1〜約30個の炭素原子若しくは任意選択で約6〜約24個の炭素原子若しくはさらに任意選択で約8〜約22個の炭素原子を有する飽和若しくは不飽和、直鎖若しくは分岐炭化水素基を表す]
[式中、Nは、窒素であり、X−は、塩化物、メチル硫酸、酢酸、ヨウ化物、臭化物、硝酸、水酸化物、リン酸、メトキシ硫酸及びそれらの混合物などのうち少なくとも1種などのアニオンを含み、R5は、直鎖又は分岐、飽和又は不飽和脂肪族(すなわち、アルキル、アルケニル又はアルキニル)で、8〜30個の炭素原子を有する炭化水素基を含み、R6、R7及びR8は、a)1〜約30個の炭素原子を有する直鎖又は分岐、飽和又は不飽和脂肪族炭化水素、b)反応性不飽和を有し、2〜約30個の炭素原子を有するアリル、ビニル又はその他のアルケニル又はアルキニル基、c)水素及びd)フェニル、フェニル置換部分、ベンジル及び置換ベンジル部分などのアリール、アラルキル又はアルキルアリールから独立に選択される]
[式中、Nは、窒素であり、R5、R6、R7及びR8は、置換基のうち少なくとも1つは、直鎖又は分岐不飽和アルキル基であるという条件で、(a)1〜22個の炭素原子を有する直鎖又は分岐、飽和又は不飽和アルキル基、(b)ベンジル及び置換ベンジル部分であるアラルキル基、(c)アリール基、(d)6個以下の炭素原子を有するβ、γ不飽和基又は2〜6個の炭素原子を有するヒドロキシアルキル基並びに(e)水素からなる群から独立に選択され、Xは、塩アニオンである]
[式中、Nは、窒素であり、X−は、塩化物、メチル硫酸、酢酸、ヨウ化物、臭化物、硝酸、水酸化物、リン酸、メトキシ硫酸又はそれらの混合物のうち少なくとも1つなどのアニオンを含み、R1は、C12〜C30の直鎖又は分岐、飽和又は不飽和アルキル又はアルケニル基又は8〜30個の炭素原子を有するアルキル−エステル基を含み、R2は、H−又はC1〜C30の直鎖又は分岐、飽和又は不飽和アルキル又はアルケニル基を含み、R3は、H−、C1〜C4の直鎖又は分岐、飽和又は不飽和アルキル又はアルケニル基又はR4を含み、R4は、−(CR9R10−CR11R12O)yH又は(CR9R10−CR11R12−CR13R14O)yHを含み、ここで、R9、R10、R11、R12、R13及びR14は独立に、H−、CH3−及びCH3CH2−からなる群から選択され、yは、平均で4〜約20、その他の実施形態では、約10〜約20、さらなる実施形態では、4〜約15である]
[式中、Nは、窒素であり、R1及びR2は、同様又は異なっており、C1〜C8のアルキル、ベンジル及び2−ヒドロキシエチル基からなる群から選択され、R3は、C1〜C8のアルキル、ベンジル又は2−ヒドロキシエチル基又はプロピレンオキシド、ブチレンオキシド及びそれらの混合物からなる群から選択される、0〜10モルのエチレンオキシド部分及び3〜15モルのアルキレンオキシド部分を含有するアルコキシル化鎖であり、R4は、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド及びそれらの混合物からなる群から選択される0〜10モルのエチレンオキシド部分及び3〜15モルのアルキレンオキシド部分を含有するアルコキシル化鎖であり、Xは、塩化物、メチル硫酸、酢酸、ヨウ化物、臭化物、硝酸、水酸化物、リン酸、メトキシ硫酸又はそれらの混合物のうち少なくとも1つなどの塩アニオンである]
本有機化クレイ組成物を、中でも、有機グリース組成物、滑沢剤、金属加工流体、インク、オイル/溶媒ベースの塗料配合物、コーティング、シーラント及び接着材料、不飽和ポリエステル樹脂系、不飽和ポリエステル/スチレン樹脂系、ビニルエステル系、アクリル樹脂、エポキシ樹脂系、ポリウレタン樹脂系、ナノ複合材料、マスターゲル(mastergels)、モールディングコンパウンド、化粧品、洗浄剤、パーソナルケア配合物及びホームケア配合物などの非水性液体組成物中でチキソトロープとして使用してもよい。
有機化クレイA(A−1からA−14)のサンプルを、有機(アルキル)第四級アンモニウム塩及び相乗剤溶液Aを用い、当技術分野で周知の標準有機化クレイ調製技術を使用して作製した。比較サンプル(A−15)は、相乗剤を含まなかった。第1に、精製されたMG剪断されたスメクタイト(モンモリロナイト)スラリーの算出された量を秤量し、乾燥粘土重量に基づいて60グラムのスメクタイトを達成するように混合容器に添加し、混合物を温度(約60〜65℃)にしながら混合を開始した。次いで、混合を2〜3分間継続しながら、相乗剤を各実施サンプルについて表2〜5及び7〜10に示される量(担体/溶媒を含む)で添加した。次いで、各実施サンプルについて表2〜5及び7〜10に示される量に基づいて、有機第四級アンモニウム(NH4+)化合物を添加し、混合し、混合の間に少なくとも3回容器の側面をこそげ落としながら30〜45分間反応させた。次いで、サンプルを濾過し、62.5℃の送風機オーブン中に一晩入れた。最後に、0.2篩を使用してRetschミル中でサンプルを粉砕し、一晩再水和させ、その後、試験した。
実施例及び比較例(まとめて「サンプル」と呼ばれる)において同定される各有機化クレイサンプルを使用して、以下に記載される油性泥水(OBM)掘削流体を調製した。これらのOBMを、本明細書に記載されるように、参照により本明細書に組み込まれるAPI RP 13B−2、「Recommended Practice for Field Testing of Oil−based Drilling Fluids」、第5版に従って、調製し、試験した。OBMを混合した後、各実施例及び比較例(最初に及び65.5℃及び121.1℃[150°F及び250°F]で老化させた後)を、OFI Testing Equipment、Inc.製のモデル900 粘度計(「粘度計」)のThermoカップに入れ、48.9℃(120°F)の標的温度が達成されるまで600rpmで実施し、その後、各サンプルのレオロジープロフィールを得るために600、300、200、100、6及び3rpmで粘度計を使用してレオロジー特徴を測定した。粘度計の出力は、所与のrpmでは「ダイアル目盛り」であり、これは、センチポアズに変換できるが、業界標準は、簡単にするためにダイアル目盛りを単に利用することであるということは留意される。
次いで、PV及びYPを、以下のとおりに算出した:
PV=600読み取り-300読み取り
YP=300読み取り−PV
有機化クレイB、(B−2〜B−8)を使用するサンプルを、種々の量のアルキル第四級アンモニウム塩2M2HT及び相乗剤溶液Bを使用して作製して、乾燥プロセス法によってスメクタイト(ベントナイト)粘土を処理した。相乗剤溶液Bを算出し、各有機化クレイサンプルについて表12〜14及び16〜18に示される量(担体/溶媒を含む)で乾重(粘土の)に基づいて粘土に「そのままで」添加した。各有機化クレイサンプルについて表12〜14及び16〜18に示される指定のMERで粘土の乾重に基づいて、アルキル第四級アンモニウム(NR4+)添加を算出した。相乗剤溶液Bは、有機化クレイAの調製においてではあるが、担体/溶媒としての変性アルコールにおいて記載される本相乗剤組成物の約75重量パーセントからなっていた。
別の例示的使用では、非水系流体において高濃度の親水性ポリマーを懸濁するために有機化クレイが使用される。これらの濃縮流体は、ポリマースラリーと呼ばれる。これらのポリマースラリーは、制限するものではないが、水圧破砕流体、ゲル化剤、バッファー、滑沢剤及び非乳化剤/界面活性剤を含む種々の適用において使用するための高濃度の予め分散された親水性ポリマー(複数可)を送達する手段を提供するために、ガス及びオイル製造などの産業において有用である。ポリマースラリーは、乾燥親水性ポリマー添加と比較して、粉立ちを防ぎ、計量を改善し、水圧破砕、完成又は水ベースの掘削流体などの水又はブライン溶液において増粘剤として使用される場合に「フィッシュアイ」を排除することによって分散の容易さを改善する。
有機化クレイC(C−1からC−7)のサンプルを、粘土を、アルキル第四級アンモニウム塩2M2HT及び相乗剤溶液Aを用いて処理することによって当技術分野で周知の標準有機化クレイ調製技術を使用して作製した。比較サンプル(C−8)は、相乗剤を全く有していなかった。第1に、算出された量の精製されたMG剪断スメクタイト(モンモリロナイト)スラリーを秤量し、混合容器に添加して、乾重ベースで60グラムのスメクタイトを達成し、混合物を温度(約60〜65℃)にもっていきながら混合を開始した。次いで、2〜3分間混合を継続しながら、表19において各サンプルC1からC7について示されるように、比較サンプルC8については除いて、相乗剤を添加した。次いで、表19において各サンプルについて示される量に基づいて第四級アンモニウム化合物(NH4+)を添加し、混合し、混合の間に少なくとも3回容器の側面をこそげ落としながら30〜45分間反応させた。次いで、サンプルを濾過し、62.5℃の送風機オーブン中に一晩入れた。最後に、0.2篩を使用してRetschミル中でサンプルを粉砕し、一晩再水和させ、その後、試験した。
Claims (25)
- 少なくとも1種の有機第四級アンモニウム又はホスホニウム化合物又はその前駆体並びに(i)約30〜約72個の炭素原子を有する三量体酸のアミン塩及び(ii)約6〜約30個の炭素原子を有するモノカルボン酸脂肪酸のアミン塩を含む相乗剤を用いて処理されている鉱物粘土を含む有機化クレイ組成物。
- モノカルボン酸脂肪酸が、約16〜約22個の炭素原子又は任意選択で約16〜約20個の炭素原子又はさらに任意選択で約16〜約18個の炭素原子を有するトール油脂肪酸である、請求項1に記載の有機化クレイ組成物。
- 相乗剤構成成分(i)及び/又は構成成分(ii)のアミンが、約3〜約90個の炭素原子又は任意選択で約3〜約54個の炭素原子又はさらに任意選択で約8〜約37個の炭素原子又はさらに任意選択で約10〜約24個の炭素原子又はさらに任意選択で約14〜約20個の炭素原子を有する飽和又は不飽和モノアミンである、請求項1又は2に記載の有機化クレイ組成物。
- 相乗剤構成成分(i)及び構成成分(ii)のアミンが同一である、請求項1から3のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物。
- アミンが、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミン、アミルアミン、n−ペンチルアミン、イソペンチルアミン、ヘキシルアミン、2−エチルヘキシルアミン、オクチル−アミン、6−メチル−2−ヘプタンアミン、ネオペンチルアミン、デシル−アミン、トリデシルアミン、オクタデシルアミン、オレイルアミン、ココイルアミン、ステアリルアミン、獣脂アミン、ダイズアミン又はC8〜C22のアルキルアミンの混合物のうち少なくとも1種を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物。
- 相乗剤構成成分(i):構成成分(ii)の重量比が、約95:5〜約5:95又は任意選択で、約90:10〜約10:90又はさらに任意選択で約80:20〜約30:70又はさらに任意選択で約70:30〜約50:50又はさらに任意選択で約65:35〜約55:45である、請求項1から6のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物。
- 粘土無機材料を処理するために使用される相乗剤の量が、100グラムの乾燥鉱物粘土又は鉱物粘土混合物に基づいて、約2〜約30グラム、任意選択で約5〜約15グラム、さらに任意選択で約7.5〜約12.5グラムの範囲である、請求項1から7のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物。
- 相乗剤が、少なくとも1種のさらなる材料をさらに含む液体配合物において使用され、任意選択で、少なくとも1種のさらなる材料が、少なくとも1種の脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、芳香脂肪族炭化水素、脂肪族アルコール、芳香族アルコール、芳香脂肪族アルコール、グリコール、グリコールエーテル又はアルキレンカーボネートを含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物。
- 鉱物粘土が、スメクタイト粘土、ホルマイト粘土、任意選択で、セピオライト、アタパルジャイト又はセピオライト及びアタパルジャイトの混合物、ホルマイト粘土及びスメクタイト粘土の混合物、任意選択で、セピオライト及び/又はアタパルジャイト及びスメクタイト粘土の混合物、イライト、バーミキュライト又はゼオライトのうち少なくとも1種を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物。
- スメクタイト粘土が、ヘクトライト、モンモリロナイト、ベントナイト、バイデル石、サポナイト、ステベンス石、フラー土及びそれらの混合物からなる群から選択され、任意選択で、スメクタイト粘土が、ベントナイト又はモンモリロナイトを含む、請求項10に記載の有機化クレイ組成物。
- ホスホニウムカチオンが、構造R1P+(R2)3(式中、R1は、C8〜C24のアルキル又はアリールアルキル基であり、各R2は、同一であっても異なっていてもよく、アリール、アリールアルキル又はC1〜C6のアルキル基であり、任意選択で、少なくとも1つのR2は、アルケニル、アルキニル又はその一置換誘導体を含む)を有し、対イオンが、塩化物、臭化物、ヨウ化物、硫酸、メトキシ硫酸、メチル硫酸、エチル硫酸、スルホン酸、リン酸、ホスホン酸、亜リン酸、カルボン酸又は酢酸のうち少なくとも1種である、請求項1から11のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物。
- アルキル又はアルケニル第四級アンモニウム化合物が、下記式(IIa)を有する塩を含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物。
- 有機第四級アンモニウム化合物が、下記式(III)を有するアルコキシル化第四級アンモニウム塩を含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物。
[式中、Nは、窒素であり、X−は、塩化物、硫酸、メチル硫酸、エチル硫酸、酢酸、ヨウ化物、臭化物、硝酸、水酸化物、リン酸、メトキシ硫酸及びそれらの混合物のうち少なくとも1つを含むアニオンを含み、R1は、C12〜C30の直鎖又は分岐、飽和又は不飽和アルキル又はアルケニル基又は8〜30個の炭素原子を有するアルキル−エステル基を含み、R2は、H−又はC1〜C30の直鎖又は分岐、飽和又は不飽和アルキル又はアルケニル基を含み、R3は、H−、C1〜C4の直鎖又は分岐、飽和又は不飽和アルキル又はアルケニル基又はR4を含み、R4は、−(CR9R10−CR11R12O)yH又は(CR9R10−CR11R12−CR13R14O)yHを含み、ここで、R9、R10、R11、R12、R13及びR14は独立に、H−、CH3−及びCH3CH2−からなる群から選択され、yは、平均で4〜約20である] - アルコキシル化第四級アンモニウム塩が、メチルビス(ポリオキシエチレン[15])ココアルキル第四級アンモニウム塩、メチルビス(ポリオキシエチレン[15])オレイル第四級アンモニウム塩、メチルビス(ポリオキシエチレン[15])オクタデシル第四級アンモニウム塩又はオクタデシルメチル[ポリオキシエチレン(15)]第四級アンモニウム塩又はそれらの混合物のうち少なくとも1種を含み、括弧中の数字が、エチレンオキシド単位の総数を指し、任意選択で、塩が塩化物である、請求項14に記載の有機化クレイ組成物。
- 第四級アンモニウム又はホスホニウム化合物から鉱物粘土又は鉱物粘土混合物に添加される有機カチオン又は種々のカチオンのブレンドの総量が、ベース鉱物粘土又は鉱物粘土混合物のCECの75%〜230%、任意選択で、アルキル又はアルケニル第四級アンモニウム塩についてCECの約80〜約160%及びアルコキシル化第四級アンモニウム塩についてCECの約0〜約70%、さらに任意選択で、アルキル又はアルケニル第四級アンモニウム塩についてCECの約100〜約150%及びアルコキシル化第四級アンモニウム塩についてCECの約13〜約62%、さらに任意選択で、アルキル又はアルケニル第四級アンモニウム塩についてCECの約110〜約140%及びアルコキシル化第四級アンモニウム塩についてCECの約19〜約53%である、請求項1から15のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物。
- 鉱物粘土又は鉱物粘土混合物が、100gの鉱物粘土又は鉱物粘土混合物あたり約15〜約160ミリ当量の有機第四級アンモニウム塩、任意選択で、100gの鉱物粘土又は鉱物粘土混合物あたり約40〜約140ミリ当量の有機第四級アンモニウム塩、さらに任意選択で、100gの鉱物粘土又は鉱物粘土混合物あたり約70〜約120ミリ当量の有機第四級アンモニウム塩を用いて処理される、請求項1から16のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物。
- 炭化水素ベースの又は逆エマルジョン掘削流体ベースの組成物及び請求項1から17のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物を含む掘削流体。
- 約2.85〜約42.80kg/m3(約1〜約15lbs/バレル)の有機化クレイ組成物を含む、請求項18に記載の掘削流体。
- ベース流体が、ディーゼル油、鉱油、ミネラルシールオイル、灯油、燃料油、ホワイトオイル、粗製油、合成オイル、天然オイル、アルファオレフィン、ポリアルファオレフィン、直鎖アルファオレフィン、内部オレフィン、直鎖パラフィン、直鎖アルキルベンゼン及び生分解性オイルのうち少なくとも1種を含む、請求項18又は19のいずれか一項に記載の掘削流体。
- 約95/5〜約40/60の容積(OWR)による油/水比を有する、請求項18から20のいずれか一項に記載の掘削流体。
- 水性内相の水が、ブラインである、請求項18から21のいずれか一項に記載の掘削流体。
- 乳化剤、任意選択で一次及び二次乳化剤、湿潤剤、酸性ガススカベンジャー、増量剤、流体喪失制御添加剤、架橋剤、アルカリ度制御剤、アルカリ度を付与する材料、非粘土レオロジー的添加剤及び/又は腐食抑制剤のうち少なくとも1種をさらに含む、請求項18から22のいずれか一項に記載の掘削流体。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物並びにグリース組成物、塗料配合物、コーティング配合物、接着剤配合物及び不飽和ポリエステル組成物、滑沢剤、金属加工流体、インク、シーラント、ビニルエステル系、アクリル樹脂系、エポキシ樹脂系、ポリウレタン樹脂系、ナノ複合材料、マスターゲル(mastergel)、モールディングコンパウンド、化粧用組成物、洗浄剤、パーソナルケア配合物及びホームケア配合物から選択されるさらなる構成成分を含む組成物。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載の有機化クレイ組成物を含む非水系流体中の親水性ポリマースラリーであって、任意選択で、有機化クレイ組成物が、スラリーの約0.1〜約10重量%、任意選択で、約0.2〜約4重量%を含む、親水性ポリマースラリー。
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