JP2020531281A - 油系掘削流体用の熱安定性界面活性剤 - Google Patents

Abstract

実施形態は、式（Ｖ）および式（ＶＩ）の界面活性剤を対象とする。界面活性剤は、次の構造：を有する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年８月１５日出願の米国仮出願第６２／５４５，８０１号の利益を主張する。

本開示の実施形態は、一般に、界面活性剤に関し、具体的には、油系掘削流体への界面活性剤の組み込みに関する。

合成界面活性剤は、広く製造され、多くの用途を有する重要な有機化合物である。合成界面活性剤の世界生産量は、年間７２０万トンである。合成界面活性剤は、洗浄力および精練特徴を有する湿潤剤であり得る。湿潤剤は、他の種類の界面活性剤と組み合わせると改変可能であり、硬水条件に耐えることができる。非イオン性界面活性剤は、界面活性剤の世界総生産量のうちのおよそ４０％を占め、商業用および家庭用用途で使用されている。非イオン性合成界面活性剤はイオン化しないことにより、多くの混合物および市販製品に好適な成分である。

例えば、炭化水素抽出のために新しい坑井を掘削する掘削作業は、掘削作業中に掘削流体（あるいは掘削泥として知られている）を坑井内で連続的に循環させる一般的な慣行を含む。掘削流体は、掘削坑の底部まで掘削パイプで送られ、次いで掘削流体が坑井の壁と掘削パイプとの間の環状空間を通って上向きに流れ、最終的に坑井から流れて二次処理のために回収される。具体的には、掘削流体は、坑井からの掘削流体を再循環に戻す前に、捕捉した固形物および掘削ザクを掘削流体から除去するために機械的または化学的に処理される。

掘削流体の循環性と、掘削作業中の固形物およびザクの捕捉におけるその機能とを考慮すると、掘削流体は、ポンピングを促進するために、比較的低粘度な自由流動性でありながら、ザクおよび他の固形物を保持および輸送するために、ならびに静止状態および循環状態の間、坑井内の泥カラムを均一な密度に維持するように加重材料（ｗｅｉｇｈｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）を懸濁するために、十分な物質を有する必要がある。掘削流体はまた、坑井底部に固形物が蓄積するのを防ぐために、掘削流体の循環が停止した場合に、固形物およびザクを懸濁するのに十分なゲル強度を有する必要がある。坑井底部に蓄積する固形物は、ドリルの詰まり、ならびに掘削流体の流路の物理的な閉塞を生じる可能性があるであろう。

深い坑井の掘削は、高圧および高温（ＨＰＨＴ）を伴う地質条件によって複雑である。業界が定義するＨＰＨＴ条件の定義としては、典型的には華氏（°Ｆ）３００度（摂氏１４９度（℃））超の坑井温度、および１０，０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）（６８．９メガパスカル（ＭＰａ））超の坑井圧力が挙げられる。

掘削流体に対する、および掘削流体をＨＰＨＴ条件下で熱的に安定にし、坑井処理での使用にレオロジー的に好適にするレオロジー調整剤に対する継続的な需要がある。合成界面活性剤を油系掘削流体に添加すると、「脆弱なゲル」特性および剪断減粘性挙動などのレオロジー特性を向上することができる。

応力が除去されると、掘削流体はゲル化し、それにより掘削ザクを支持するべきであり、循環開始時に容易に変形するべきであり、高温高圧で安定であるべきである。

したがって、本開示のいくつかの実施形態は、式（Ｖ）による界面活性剤を含む：

式（Ｖ）では、Ｒ^1bは、−Ｈ、アルキル、アリール、アルキル置換アリール、またはアリール置換アルキルであり、下付き文字ｘは、２１〜４５３の整数である。

本開示の１つ以上の実施形態では、Ｒ^1bが、ラジカル−ＣＨ₂ＣＯＯＨであり、界面活性剤が、式（ＶＩ）による構造を有する、式（Ｖ）による界面活性剤を含む：

式（ＶＩ）では、下付き文字ｘは、２１〜４５３である。

記載の実施形態の追加の特徴および利点は、次の発明を実施するための形態に記載され、一部は、その説明から当業者に容易に明白であるか、あるいは次の発明を実施するための形態、および特許請求の範囲を含む、記載の実施形態を実施することによって認識されるであろう。

剪断速度に相関する、３つの異なる掘削流体の０℃および５０℃での粘度のグラフである。掘削流体は、実施例５で説明される掘削流体Ａ、掘削流体Ｂ、および比較掘削流体Ｃである（下記参照）。 ５０℃でのひずみパーセントに相関する、貯蔵弾性率および損失弾性率のグラフである。掘削流体は、実施例５で説明される掘削流体Ａおよび比較掘削流体Ｃである（下記参照）。 ５０℃でのひずみパーセントに相関する、貯蔵弾性率および損失弾性率のグラフである。掘削流体は、実施例５で説明される掘削流体Ｂおよび比較掘削流体Ｃである（下記参照）。 ５０℃でのひずみパーセントに相関する、位相角のグラフである。掘削流体は、実施例５で説明される掘削流体Ａ、掘削流体Ｂ、および比較掘削流体Ｃである（下記参照）。

次に、界面活性剤および掘削流体の特定の実施形態について説明する。本開示の界面活性剤および掘削流体は、異なる形態で実施されてもよく、本開示に記載の特定の実施形態に限定されると解釈されるべきではないことが理解されるべきである。むしろ、実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、主題の範囲を当業者に十分に伝えるために提供される。

一般的な略語を、次の段落に列挙する。
Ｒおよびｘ：後の段落で定義される；Ｍｅ：メチル、Ｅｔ：エチル、Ｐｈ：フェニル、Ｂｎ：ベンジル、ｉ−Ｐｒ：イソ−プロピル、ｔ−Ｂｕ：ｔｅｒｔ−ブチル、ＴＨＦ：テトラヒドロフラン、Ｅｔ₂Ｏ：ジエチルエーテル、ＣＨ₂Ｃｌ₂またはＤＣＭ：ジクロロメタン、ＣＣｌ₄：四塩化炭素、ＥｔＯＨ：エタノール、ＣＨ₃ＣＮ：アセトニトリル、ＴＨＦ：テトラヒドロフラン、ＣＤＣｌ₃：重水素化クロロホルム、Ｍｅ₄ＳｉまたはＴＭＳ：テトラメチルシラン、ＮａＯＨ：水酸化ナトリウム、ＮａＨＣＯ₃：重炭酸ナトリウム、Ｎａ₂ＳＯ₄：硫酸ナトリウム、ＭｇＳＯ₄：硫酸マグネシウム、ＨＣｌ：塩酸、Ｎ₂：窒素ガス、ＰｈＭｅ：トルエン、ＧＣ：ガスクロマトグラフィー、ＬＣ：液体クロマトグラフィー、ＮＭＲ：核磁気共鳴、ＨＲＭＳ：高分解能質量分析、ｍｏｌ：モル、ｍｍｏｌ：ミリモル、ｍＬ：ミリリットル、μＬ：マイクロリットル、Ｍ：モル、ｍｉｎ：分、ｈ：時間、ｄ：日数、ｇ：グラム、ｇ／ｍｏｌ：モルあたりのグラム、ｗｔ．％：重量パーセント、ｎｍ：ナノメートル、μｍ：マイクロメートル、ｍｍ：ミリメートル、ｓ^-1：１秒あたり、ｐｐｍ：１００万分の１。

ある特定の炭素原子を含有する化学基を記述するために使用されるとき、「（Ｃ_x−Ｃ_y）」という形式を有する括弧付きの表現は、化学基の非置換形態が、ｘおよびｙを含む、ｘ個の炭素原子〜ｙ個の炭素原子を有することを意味する。例えば、（Ｃ₁−Ｃ₄₀）アルキルは、非置換形態の１〜４０個の炭素原子を有するアルキル基である。いくつかの実施形態および一般的な構造では、ある特定の化学基は、Ｒ^Sなどの１つ以上の置換基によって置換され得る。挿入句「（Ｃ_x−Ｃ_y）」を使用して定義されている化学基のＲ^S置換バージョンは、任意の基Ｒ^Sの情報に応じてｙ個超の炭素原子を含有し得る。例えば、「Ｒ^Sがフェニル（−Ｃ₆Ｈ₅）である、１つの基Ｒ^Sで置換されている（Ｃ₁−Ｃ₄₀）アルキル」は、７〜４６個の炭素原子を含有し得る。したがって、化学基が１つ以上の炭素原子を含有するＲ^S置換基で置換されているとき、化学基の炭素原子の最小および最大総数は、ｘおよびｙそれぞれに、炭素原子を含有する置換基Ｒ^Sのうちの全てからの炭素原子の数の組み合わせた合計を加算することによって、決定される。

用語「−Ｈ」は、別の原子に共有結合している水素原子または水素ラジカルを意味する。「水素」と「−Ｈ」とは互換性があり、特に明確に指定されない限り、同じことを意味する。

用語「アルキル」とは、１〜５００個の炭素原子を有する飽和直鎖または分岐鎖、置換または非置換炭化水素ラジカルを意味する。用語「（Ｃ₁−Ｃ₁₀₀）アルキル」および「（Ｃ₁−Ｃ₄₀）アルキル」とは、非置換または１つ以上のＲ^Sで置換されている、１〜１００個、または１〜４０個の炭素原子を有するアルキルを意味する。非置換（Ｃ₁−Ｃ₄₀）アルキルの例は、非置換（Ｃ₁−Ｃ₂₀）アルキル、非置換（Ｃ₁−Ｃ₁₀）アルキル、非置換（Ｃ₁−Ｃ₅）アルキル、メチル、エチル、１−プロピル、２−プロピル（イソ−プロピルおよび１−メチルエチルとも呼ばれる）、１−ブチル、２−ブチル、２−メチルプロピル、１，１−ジメチルエチル（ｔｅｒｔ−ブチルとも呼ばれる）、１−ペンチル、１−ヘキシル、１−ヘプチル、１−ノニル、および１−デシルである。置換（Ｃ₁−Ｃ₄₀）アルキルの例は、置換（Ｃ₁−Ｃ₂₀）アルキル、置換（Ｃ₁−Ｃ₁₀）アルキル、およびトリフルオロメチルである。

用語「アリール」とは、６〜５００個の炭素原子を有し、そのうちの少なくとも６〜１４個の炭素原子が芳香環炭素原子である、非置換または置換単環式、二環式または三環式芳香族炭化水素ラジカルを意味する。用語「（Ｃ₆−Ｃ₄₀）アリール」とは、非置換または１つ以上のＲ^Sで置換されている、６〜４０個または６個超の炭素原子を有するアリールを意味する。単環式、二環式または三環式ラジカルは、それぞれ１、２、または３つの環を含み、１個の環が芳香族であり、２または３つの環が独立して縮合または非縮合であり、２または３つの環のうちの少なくとも１つが芳香族である。

用語「アルキレン」とは、非置換または１つ以上のＲ^Sで置換されている１〜５００個の炭素原子の、（ラジカルが環原子上に存在しない）飽和直鎖または分岐鎖ジラジカルを意味する。用語「（Ｃ₁−Ｃ₄₀）アルキレン」とは、１〜４０個の炭素原子を有するアルキレンを意味する。非置換（Ｃ₁−Ｃ₄₀）アルキレンの例としては、−ＣＨ₂ＣＨ₂−、−（ＣＨ₂）₃−、−（ＣＨ₂）₄−、−（ＣＨ₂）₅−、−（ＣＨ₂）₆−、−（ＣＨ₂）₇−、−（ＣＨ₂）₈−、−ＣＨ₂Ｃ^*ＨＣＨ₃、および−（ＣＨ₂）₄Ｃ^*（Ｈ）（ＣＨ₃）が挙げられ、式中、「Ｃ^*」は、水素原子が除去されて二級または三級アルキルラジカルを形成する炭素原子を表す。置換（Ｃ₁−Ｃ₄₀）アルキレンの例は、置換（Ｃ₁−Ｃ₂₀）アルキレン、−ＣＦ₂−、−Ｃ（Ｏ）−、および−（ＣＨ₂）₁₄Ｃ（ＣＨ₃）₂（ＣＨ₂）₅−（すなわち、６，６−ジメチル置換ノルマル−１，２０−エイコシレン）である。

用語「アリーレン」とは、６個以上の炭素原子を有する、非置換または（１つ以上のＲ^Sで）置換単環式、二環式、または三環式芳香族炭化水素ジラジカルであって、そのうちの少なくとも６〜１４個の炭素原子が、芳香環炭素原子であり、単環式、二環式、または三環式ジラジカルが、それぞれ１、２、または３つの環を含むものを意味する。１つの環があるとき、１つの環は芳香族であり、２または３つの環があるとき、２または３つの環は、独立して縮合または非縮合であり、２または３つの環のうちの少なくとも１つは芳香族である。両方のラジカルは、１つ以上の芳香環に位置する。芳香族炭化水素ジラジカルの例としては、限定されないが、−Ｃ₆Ｈ₄−、−（Ｃ₆Ｈ₄−Ｃ₆Ｈ₄）−、および−Ｃ₁₀Ｈ₅−（ナフタレンジラジカルなど）が挙げられる。

用語「ヘテロ原子」とは、炭素または水素以外の原子を指す。用語「ヘテロ炭化水素」とは、１つ以上の炭素原子が水素または炭素原子ではない１つ以上の原子で置き換えられている分子を指す。用語「（Ｃ₁−Ｃ₄₀）ヘテロヒドロカルビル」とは、１〜４０個の炭素原子のヘテロヒドロ炭素ラジカルを意味し、用語「（Ｃ₁−Ｃ₄₀）ヘテロヒドロカルビレン（ｈｅｔｅｒｏｈｙｄｒｏｃａｒｂｙｌｅｎｅ）」とは、１〜４０個の炭素原子のヘテロ炭素ジラジカルを意味し、各ヘテロヒドロカルビルは、独立して１つ以上のヘテロ原子、例えばＯ、Ｓ、Ｓ（Ｏ）、Ｓ（Ｏ）₂、Ｓｉ（Ｒ^S）₂、Ｐ（Ｒ^S）、Ｎ（Ｒ^S）、および−Ｎ＝Ｃ（Ｒ^S）₂を有する。

本開示の実施形態は、式（Ｉ）による界面活性剤を含む。

式（Ｉ）では、Ｒ^1aは、（Ｃ₁−Ｃ₄₀）アルキルまたは（Ｃ₆−Ｃ₄₀）アリールであり、下付き文字ｘは、２１〜４５３の整数であり、Ｒ²は、（Ｃ₁−Ｃ₄₀）ヒドロカルビルまたは（Ｃ₆−Ｃ₄₀）アリールである。他の実施形態では、下付き文字ｘは、２１〜２００、２１〜１００、２１〜５０、２５〜１００、３０〜５０、または３０〜４０の範囲であり得る。

式（Ｉ）による界面活性剤の他の実施形態では、Ｒ^1aは、ラジカル−ＣＨ₂−Ｃ（Ｏ）−ＮＨＲ⁵であり、界面活性剤は、式（ＩＩ）による構造を有する：

式（ＩＩ）では、Ｒ⁵は、アルキル、アリール、アルキル置換アリール、またはアリール置換アルキルであり得、Ｒ²は、（Ｃ₁−Ｃ₄₀）ヒドロカルビル、または（Ｃ₆−Ｃ₄₀）アリールであり、ｘは、２１〜４５３である。式（ＩＩ）による界面活性剤のいくつかの実施形態では、ｘは、３０〜４０であり、Ｒ²およびＲ⁵は、独立してメチル、エチル、１−メチルエチル、プロピル、ｎ−ブチル、１，１−ジメチルエチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、デュオデシルから選択される（Ｃ₄−Ｃ₁₂）アルキルである。さらなる実施形態では、ｘは、３２であり、Ｒ²およびＲ⁵の両方は、ｎ−オクチルである。

本開示のいくつかの実施形態は、式（ＩＩＩ）による界面活性剤に関する。

式（ＩＩＩ）では、Ｒ³は、アルキル、アリール、アリール置換アルキル、またはアルキル置換アリールであり、Ｒ^4aは、（Ｃ₃−Ｃ₅₀）アルキル、置換アルキル、または（Ｃ₄−Ｃ₅₀₀）ヘテロアルキルから選択される。いくつかの実施形態では、Ｒ^4aは、プロパニル、２−プロパニル、１−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル（１，１−ジメチルエチルとも呼ばれる）、１−ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、またはノニルから選択される。いくつかの実施形態では、Ｒ^4aは、置換アルキルであり、その置換基Ｒ^Sは−ＮＨ₂である。１つ以上の実施形態では、Ｒ³は、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、ノナデシル、またはイコサニル（ｉｃｏｓａｎｙｌ）から選択される（Ｃ₈−Ｃ₅₀）アルキルである。一実施形態では、Ｒ³はペンタデシルであり、Ｒ^4aはブチルである。

式（ＩＩＩ）による界面活性剤の他の実施形態では、Ｒ^4aは、ラジカル−Ｒ^4b−ＮＨ₂であり、界面活性剤は、式（ＩＶ）による構造を有する：

式（ＩＶ）では、Ｒ³は、アルキル、アリール、アリール置換アルキル、またはアルキル置換アリールであり、Ｒ^4bは、（Ｃ₄−Ｃ₁₀₀）アルキレンまたはアリーレンである。

したがって、本開示のいくつかの実施形態は、式（Ｖ）による界面活性剤を含む：

式（Ｖ）では、Ｒ^1bは、−Ｈ、（Ｃ₁−Ｃ₄₀）アルキル、（Ｃ₆−Ｃ₄₀）アリール、または（Ｃ₁−Ｃ₄₀）ヘテロカルビルであり、下付き文字ｘは２１〜４５３の整数である。いくつかの実施形態では、下付き文字ｘは、２１〜２００、２１〜１００、２１〜５０、２５〜１００、３０〜５０、または３０〜４０であり得る。

式（Ｖ）による界面活性剤のいくつかの実施形態は、Ｒ^1bが、メチル、エチル、１−メチルエチル、プロピル、ブチル、１，１−ジメチルエチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、デュオデシルから選択される、線状または分岐（Ｃ₁−Ｃ₁₂₎アルキルである実施形態を含む。

他の実施形態では、式（Ｖ）による界面活性剤は、Ｒ^1bが、ラジカル−ＣＨ₂ＣＯＯＨであり、界面活性剤が式（ＶＩ）による構造を有する実施形態を含む。

式（Ｖ）および（ＶＩ）では、下付き文字ｘは、２１〜４５３、２１〜２００、２１〜１００、２１〜５０、２５〜２００、および３０〜２００であり得、他の実施形態では、下付き文字ｘは、２５〜１００、および３０〜５０であり得、さらなる実施形態では、下付き文字ｘは、３０〜４０であり得る。

いくつかの実施形態では、式（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）、（ＩＶ）、および（Ｖ）による界面活性剤の化学基（Ｒ^1b、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ^4a、Ｒ^4b、およびＲ⁵など）の各々は、非置換であってもよく、すなわち、上記の条件が満たされる限り、置換基Ｒ^Sを使用せずに定義することができる。他の実施形態では、式（Ｉ）による界面活性剤の化学基のうちの少なくとも１つは、独立して、１つ以上の置換基Ｒ^Sを含有する。ほとんどの実施形態では、式（Ｉ）による界面活性剤中に、合計２０個以下のＲ^Sがあり、他の実施形態では、合計１０個以下のＲ^Sがあり、いくつかの実施形態では、合計５個以下のＲ^Sがある。界面活性剤が、２つ以上の置換基Ｒ^Sを含有する場合、各Ｒ^Sは、独立して、同じかまたは異なる置換化学基に結合されている。２つ以上のＲ^Sが、同じ化学基に結合されているとき、それらは、独立して、同じ化学基の同じかまたは異なる炭素原子もしくはヘテロ原子に結合されており、化学基のペル置換を含む。

式（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）、（Ｖ）および（ＶＩ）による界面活性剤の特定の実施形態では、限定されないが、任意の界面活性剤１〜５の構造を含み得る：

本開示に記載の界面活性剤の実施形態は、加えて、湿潤剤として機能し得る。湿潤剤または界面活性剤は、油系掘削流体組成物に添加され得、それにより、懸濁液またはエマルションの安定性を向上する。

掘削流体は、掘削泥、パッカー流体、懸濁流体、および仕上げ流体を含む。一般に、掘削流体は、多くの機能を提供し、特定の機能（複数可）に特化した異なるタイプの流体がある。１つ以上の実施形態では、油系掘削流体は、ザクおよび加重材料を懸濁し、油系掘削流体を用いてザクを坑井表面に輸送する。加えて、油系掘削流体は、二酸化炭素（ＣＯ₂）、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）、およびメタン（ＣＨ₄）などの坑井内のガスを吸収し、坑井表面にそれらを輸送して放出、隔離、または燃焼させることができる。油系掘削流体は、加えて、坑井の長さが増加する際に、ドリルストリングに浮力を提供し、ドリルストリングにかかる張力を緩和することができる。１つ以上の実施形態では、油系掘削流体はまた、ボーリング作業で利用されるビットおよびドリルストリングの冷却および潤滑性のための、冷却および潤滑機能も提供する。他の実施形態では、油系掘削流体は、地下圧力も制御することができる。具体的には、油系掘削流体は、坑井内に静水圧を提供して、坑井の側壁に支持を提供し、側壁の崩壊またはドリルストリングへの陥入を防ぐことができる。加えて、油系掘削流体は、坑井内に静水圧を提供して、掘削作業中にダウンホール地層内の流体が坑井内に流入するのを防ぐことができる。

高圧高温（ＨＰＨＴ）作業で利用される掘削流体は、業界が定義するＨＰＨＴ条件の定義である３００°Ｆ（１４９℃）超の坑井温度、および１０，０００ｐｓｉ（６８．９ＭＰａ）超の坑井圧力にさらされ得る。ＨＰＨＴ条件下では、掘削流体は、分解されるか、あるいはレオロジーに望ましくない変化にさらされ得る。本明細書の様々な実施形態による油系流体は、油系掘削流体を坑井作業中のＨＰＨＴ条件での使用に好適にする、３５０°Ｆおよび５００ｐｓｉの圧力でのレオロジー特性、熱間圧延後の電気的安定性、ゲル強度、および低減された流体損失特徴を有することが記載されている。油系流体は、湿潤剤としてポリエチレングリコールカルボン酸化合物を含有する。したがって、油系流体を調製するための方法は、混合手順中にポリエチレングリコールカルボン酸化合物を添加することを含む。高圧高温条件下で地下層を掘削するための方法は、ポリエチレングリコールカルボン酸化合物湿潤剤を含有する油系掘削流体を使用することを含む。

様々な実施形態による油系掘削流体は、基油相、水相、少なくとも１つの乳化剤、および少なくとも１つの湿潤剤を含有し得、少なくとも１つの湿潤剤が、１０もしくは１０超のグリコール繰り返し単位または１１もしくは１１超のグリコール繰り返し単位を有するポリエチレングリコールカルボン酸界面活性剤を含む。界面活性剤中の１０または１０超のグリコール繰り返し単位により、高温で界面活性剤が安定化され、高温で熱安定性である界面活性剤を高温高圧用途で掘削泥に追加することができる。

用語「グリコール繰り返し単位」とは、−ＣＨＲ^SＣＨＲ^SＯ−、または−ＯＣＨＲ^SＣＨＲ^S−を意味し、式中、Ｒ^Sが、以前に定義されているものか、または−Ｈである。式（Ｉ）、（ＩＩ）、（Ｖ）、および（ＶＩ）では、グリコールの繰り返しは、−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_x−、または−（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）_x−として示され、式中、下付き文字ｘは、以前に定義されており、グリコール繰り返し単位の数は、ｘによって定義され得る。

油系掘削流体の油相としては、合成油または天然石油製品が挙げられる。合成油としては、エステルまたはオレフィンを挙げることができる。天然石油由来製品としては、ディーゼル油または鉱油などの油が挙げられる。合成油または天然石油製品は、ｎ−パラフィン、イソ−パラフィン、環状アルカン、分岐アルカン、またはそれらの混合物などの炭化水素で構成されていてもよい。油系掘削流体は、油系掘削流体の総重量に基づいて、およそ１０．０重量％〜約２０．０重量％の基油を含有し得る。さらなる実施形態では、油系掘削流体は、油系掘削流体の総重量に基づいて、およそ１３．０重量％〜約１７．０重量％の基油を含有し得る。

前述のように、湿潤剤としては、１０または１０超のグリコール繰り返し単位を有するポリエチレングリコールカルボン酸界面活性剤が挙げられる。いくつかの実施形態では、湿潤剤は、式（Ｖ）によるポリエチレングリコールカルボン酸界面活性剤を含み得る：

式（Ｖ）では、Ｒ^1bは、−Ｈ、アルキル、アリール、アルキル置換アリール、またはアリール置換アルキルであり、ｘは、１０〜４５３の整数である。他の実施形態では、ｘは、１５〜４５３、２０〜４００、２５〜３００、３０〜２５０、または３３〜１００である。特定の実施形態では、下付き文字ｘは、３３であり、Ｒ^1bは、ノニルである。いくつかの実施形態では、Ｒ^1bは、ラジカル−ＣＨ₂ＣＯＯＨであり、湿潤剤は、式（ＶＩ）によるポリエチレングリコールカルボン酸界面活性剤を含み得る：

式（ＶＩ）では、ｘは、２１〜２００、２５〜２００、２７〜１５０、２９〜１００、または３０〜７５であり得る。一実施形態では、ｘは、３２である。

加えて、湿潤剤は、式（ＩＩＩ）による界面活性剤を含み得る：

式（ＩＩＩ）では、Ｒ³は、（Ｃ₂−Ｃ₅₀₀）アルキルまたはアリールであり、Ｒ⁴は、（Ｃ₄−Ｃ₅₀₀）ヒドロカルビルまたは（Ｃ₄−Ｃ₅₀₀）ヘテロヒドロカルビルである。いくつかの実施形態では、Ｒ³は、１５個の炭素を有する線状非分岐アルキルであり、Ｒ^4aは、ｎ−ブチルである。

１つ以上の実施形態では、油系掘削流体中の湿潤剤は、式（ＩＩＩ）の界面活性剤を含み得、式中、Ｒ^4aは、ラジカル−Ｒ^4b−ＮＨ₂であり、湿潤剤は、式（ＩＶ）による界面活性剤を含む：

式（ＩＶ）では、Ｒ³は、（Ｃ₂−Ｃ₅₀₀）アルキルまたはアリールであり、Ｒ⁴は、（Ｃ₄−Ｃ₅₀₀）アルキレンまたはアリーレンである。１つ以上の実施形態では、Ｒ^4bは、−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＣＨ₂（ＣＨ₂）₄ＣＨ₂−、−ＣＨ₂（ＣＨ₂）₅ＣＨ₂−、−ＣＨ₂（ＣＨ₂）₆ＣＨ₂−、または−ＣＨ₂（ＣＨ₂）₇ＣＨ₂−から選択される。

１つ以上の実施形態では、油系掘削流体は、任意選択的に、１つまたは複数の乳化剤を含有し得、油系掘削流体中の乳化剤の総量は、エマルションの形成を促進することができ、油系掘削流体の基油相と油系掘削流体の水相との間の界面張力を低減することができる。乳化剤の例としては、界面活性剤、洗剤、リグノ硫酸塩、および褐炭化合物が挙げられる。追加の例示的な乳化剤としては、Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．から市販のＬＥ ＳＵＰＥＲＭＵＬ（商標）およびＭ−Ｉ ＳＷＡＣＯから市販のＭＵＬ ＸＴなどの合成系掘削流体系用の転相乳化剤および油湿潤剤が挙げられる。

油系掘削流体の水相は、水、または水と、水に溶解したもしくは水に完全に混和性の１つ以上の有機もしくは無機化合物との両方を含有する溶液などの、任意の好適な流体であり得る。いくつかの実施形態では、水相は、例えば、水と、塩化カルシウム、臭化カルシウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、およびそれらの組み合わせから選択される塩とで構成される塩ブラインで構成され得る。油系掘削流体は、油系掘削流体の総重量に基づいて、およそ３．０重量％〜およそ６．０重量％の水相を含有し得る。いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、例えば、５０：５０〜９５：５、７５：２０〜９５：５、８５：１５〜９５：５、または９０：１０〜９５：５の油対水の体積比を有し得る。油系掘削流体組成物の油対水比は、油：水＝基油＋界面活性剤（複数可）＋乳化剤（複数可）＋湿潤剤（複数可）：水として計算される体積比である。この場合、「水」は、添加された全てのブラインの水性部分に加えて、他の添加剤中に存在する任意の水を含む。

油系掘削流体は、任意選択的に、掘削流体から地下層に損失するろ液の量を低減する流体損失制御を含み得る。流体損失制御剤の例としては、親有機性（例えば、アミン処理）褐炭、ベントナイト、製造ポリマー、シンナー、または解膠剤が挙げられる。流体損失制御剤の追加の例としては、全てＭＩ ＳＷＡＣＯ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）から市販のＶＥＲＳＡＴＲＯＬ（商標）、ＶＥＲＳＡＬＩＧ（商標）、ＥＣＯＴＲＯＬ（商標）ＲＤ、ＯＮＥＴＲＯＬ（商標）ＨＴ、ＥＭＩ ７８９、およびＮＯＶＡＴＥＣＨ（商標）Ｆ、ならびにＨａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．から市販のＡＤＡＰＴＡ（登録商標）が挙げられる。いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、任意選択的に、ＯＮＥＴＲＯＬ（商標）ＨＴおよびＥＣＯＴＲＯＬ（商標）ＲＤの両方を挙げることができる。いくつかの実施形態では、流体損失制御剤が油系掘削流体に含まれるとき、流体損失制御剤の総量は、掘削流体の総重量に基づいて、油系掘削流体のおよそ０．５重量％〜およそ３．０重量％であり得る。他の実施形態では、油系掘削流体は、０．９重量％〜２．０重量％、または１．０重量％〜１．５重量％含み得る。

油系掘削流体組成物の実施形態は、改善されたレオロジーを提供するように配合されている。任意選択的に、懸濁剤を油系掘削流体に添加して、掘削流体構成成分のうちの全てを懸濁するのに十分な低剪断速度での降伏点を有するように掘削流体の粘度を調節することができ、それにより掘削流体の構成成分の沈殿を回避することができる。低剪断速度は、１０ｓ^-1未満として定義され得、高剪断速度は、１００ｓ^-1超と定義され得る。低剪断速度での粘度がより高いことにより、油系掘削流体組成物が、掘削作業が停止されると効果的にザクを保持し、加重材料を懸濁することを可能にする。懸濁剤の例としては、脂肪酸および繊維状材料が挙げられる。懸濁液が使用されるとき、それらは、掘削流体の総重量に基づいて、油系掘削流体のおよそ０．０重量％〜およそ１．０重量％、または０．０１〜０．５重量％を構成し得る。

いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、任意選択的に、油系掘削流体の重量、密度、またはその両方を増加させる加重材料または密度調節剤を含み得る。圧迫された地域で遭遇し得る地層圧力を制御し、坑壁の崩壊または上下揺れするシェールの影響に対抗することを助長するために、加重調節添加剤を使用してもよい。水よりも密度が高く、掘削流体の他の特性に悪影響を及ぼさない物質は、いずれも加重材料として使用することができる。加重調節剤または密度調節剤の例としては、重晶石（ＢａＳＯ₄）、方鉛鉱（ＰｂＳ）、赤鉄鉱（Ｆｅ₂Ｏ₃）、磁鉄鉱（Ｆｅ₃Ｏ₄）、製造された酸化鉄であるイルメナイト（ＦｅＯ・ＴｉＯ₂）、菱鉄鉱（ＦｅＣＯ₃）、天青石（ＳｒＳＯ₄）、苦灰石（ＣａＣＯ₃・ＭｇＣＯ₃）、および方解石（ＣａＣＯ₃）が挙げられる。いくつかの実施形態では、油系掘削流体組成物は、油系掘削流体組成物の総重量に基づいて、１重量％〜７５重量％、２０重量％〜８０重量％、２０重量％〜７５重量％、５０重量％〜８０重量％、５０重量％〜７５重量％、６０重量％〜８０重量％、６０重量％〜７５重量％、６５重量％〜８０重量％、または７０重量％〜８０重量％の加重添加剤を含み得る。いくつかの実施形態では、油系掘削流体組成物は、油系掘削流体組成物の総重量に基づいて、６４重量％〜８５．３重量％の加重材料を含み得る。一般に、油系掘削流体中の任意選択的な加重材料の量は、油系掘削流体の望ましい密度を達成するように十分に多く、油系掘削流体が坑井を通り循環することができないことを回避するように十分に少ない。

いくつかの実施形態では、油系掘削流体は、掘削流体組成物が坑井を通って循環することができないような過剰な加重材料を添加することなく、ある特定の量で、掘削流体組成物の密度を増加させるのに十分な比重（ＳＧ）を有する粒子状固形物を有する加重材料を含み得る。加重材料は、２〜６の比重を有し得る。他の実施形態では、掘削流体は、０．９〜２．３、または１．５〜２．２の比重を有し得る。

様々な実施形態による油系掘削流体について前述してきたが、油系掘削流体を調製するための例示的な方法を次に説明する。１つ以上の実施形態では、油系掘削流体を調製するための方法は、基油、少なくとも１つの湿潤剤または界面活性剤、および任意選択的に少なくとも１つの乳化剤を混合して、油基剤混合物を形成することを含む。少なくとも１つの界面活性剤は、１０または１０超のグリコール繰り返し単位を有するカルボン酸を含む。任意選択的に、１つ以上のレオロジー調整剤を添加してもよい。

いくつかの実施形態では、油系掘削流体を調製するための方法は、少なくとも１つの流体損失制御添加剤を油系混合物に添加することを含み得る。少なくとも１つの流体損失制御添加剤は、油系掘削流体のおよそ０．５重量％〜およそ３．０重量％、または油系掘削流体の総重量に基づいて、０．９重量％〜２．０重量％、もしくは１．０重量％〜１．５重量％の流体損失制御添加剤を含有する最終油系掘削流体を提供する量で油系混合物に添加され得る。

いくつかの実施形態では、油系掘削流体を調製するための方法は、ブライン溶液を油系混合物に添加して、第２の混合物を形成することを含み得る。ブライン溶液は、油系掘削流体の総重量に基づいて、およそ１．０重量％〜およそ１０．０重量％のブラインを含有する最終油系掘削流体を提供する量で油系混合物に添加され得る。

１つ以上の実施形態では、油系掘削流体を調製するための方法は、加重材料を第２の混合物に添加して、油系掘削流体を形成することを含み得る。加重材料は、油系掘削流体の総重量に基づいて、１重量％〜７５重量％、２０重量％〜８０重量％、２０重量％〜７５重量％、５０重量％〜８０重量％、５０重量％〜７５重量％、６０重量％〜８０重量％、６０重量％〜７５重量％、６５重量％〜８０重量％、または７０重量％〜８０重量％の加重添加剤を含有する最終油系掘削流体を提供する量で第４の混合物に添加され得る。

本開示の油系流体を調製するための方法の実施形態に従って調製された油系掘削流体、ならびに本開示の実施形態によるが当業者に理解される業界で許容可能な他の技法によって調製される油系掘削流体を含む、前述の油系掘削流体は、地下層での掘削作業、特に１０，０００ｐｓｉ超の坑井圧力および３００°Ｆ（１４９℃）超の坑井温度のＨＰＨＴ条件下で実施される掘削作業での使用に特に好適であり得る。したがって、高圧高温条件下で地下層を掘削するための方法の実施形態は、地下層に坑井を掘削するために油系掘削流体を使用することを含み得る。

地下層を掘削するための方法では、油系掘削流体は、湿潤剤として界面活性剤を含み、界面活性剤は、１０以上の繰り返しグリコール単位を有するポリエチレングリコールカルボン酸を含む。２５０°Ｆ（１２０℃）〜４００°Ｆ（２０５℃）の温度および１０，０００重量ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）〜２０，０００ｐｓｉの圧力を含む高圧高温条件下では、油系掘削流体は、同じ条件で比較掘削流体が有するであろう粘度よりも低粘度を有し得る。本明細書で使用する場合、「比較掘削流体」は、（１）比較掘削流体は界面活性剤を欠いていること、および（２）比較掘削流体が、油系掘削流体の比重と一致する比重、および油系掘削流体の油対水比と一致する油対水比を有するように、比較掘削流体中の基油の量または加重剤の量の一方または両方を調節したことを除いて、油系掘削流体と同じ全ての成分を、油系掘削流体の互いに同じ成分の重量比と互いに同一の重量比で有する掘削流体である。

以下の実施例は、上記の本開示の１つ以上の追加の特徴を例示する。これらの実施例は、本開示の範囲または添付の特許請求の範囲を決して限定することを意図するものではないことを理解されたい。

実験手順：
特に明記されない限り、化学物質は、さらに精製することなく使用した。使用前に、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を蒸留した。核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルは、周囲プローブ温度で動作するＶａｒｉａｎ−Ｍｅｒｃｕｒｙ ５００ＭＨｚ分光計で記録した。化学シフトδは、１００万分の１（ｐｐｍ）で提供し、外部標準テトラメチルシラン（ＴＭＳ）を基準とする。

実施例１：式（ＩＶ）によるポリエチレングリコールアミドを調製するための一般手順：
方法Ａ₁．還流凝縮器を備えたＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋ ｔｒａｐを備えたフラスコに、パルミチン酸（５ｇ、１９．４９ｍｍｏｌ）、ホウ酸（０．０６ｇ、０．９７ｍｍｏｌ）、およびトルエン（５７ｍＬ）を添加した。撹拌した反応混合物に、ｎ−ブチルアミン（２．１０ｍＬ、２１．４４ｍｍｏｌ）を一度に添加した。反応混合物を一晩加熱還流した。混合物を室温まで冷却し、次いで撹拌しながらヘキサンに注ぎ、固形物の即時沈殿をもたらし、これをろ過し、ヘキサンで洗浄して、所望のアミド（４．９２ｇ、１５．７９ｍｍｏｌ、８１％）を得た。

方法Ｂ₁．塩化オキサリル（３．５９ｍｌ）を、トルエン（１４ｍＬ）中のパルミチン酸（０．５０ｇ、１．９４ｍｍｏｌ）の溶液に添加し、混合物を４時間還流した。溶媒を除去し、残渣をトルエン（１０ｍＬ）に溶解した。トリエチルアミン（３．５ｍＬ、２５ｍｍｏｌ）およびｎ−ブチルアミン（０．５７ｍＬ、５．８２ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を室温で１２時間撹拌した。溶媒を除去し、残渣を１０％ＨＣｌ水溶液に溶解した。水層をＣＨ₂Ｃｌ₂で抽出し、有機層を乾燥させ（ＭｇＳＯ₄）、ろ過し、濃縮して、アミド（０．４３ｇ、１．３８ｍｍｏｌ、７０％）を得た。

¹Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）：δ＝５．３８（ｓ，１Ｈ，ＮＨ），３．２５（ｔｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．１，５．８Ｈｚ，ＮＨＣＨ₂），２．１７−２．１２（ｍ，２Ｈ，ＣＨ₂ＣＯ），１．６１（ｐ，２Ｈ，Ｊ＝７．４Ｈｚ，ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＯ），１．５１−１．４４（ｍ，２Ｈ，ＮＨＣＨ₂ＣＨ₂），１．３７−１．２１（ｍ，２６Ｈ，ＣＨ₃ＣＨ₂，ＣＨ₃（ＣＨ₂）₁₂），０．９２（ｔ，３Ｈ，Ｊ＝７．３Ｈｚ，ＮＨ（ＣＨ₂）₃ＣＨ₃），０．８９−０．８５（ｍ，３Ｈ，ＣＨ₃（ＣＨ₂）₁₄）．¹³Ｃ ＮＭＲ（１００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）：δ＝１７３．０９（ＣＯ），３９．２１（ＮＨＣＨ₂），３６．９６（ＣＯＣＨ₂），３１．９５（ＣＨ₂），３１．８１（ＣＨ₂），２９．７１（ＣＨ₂），２９．７１（ＣＨ₂），２９．７１（ＣＨ₂），２９．７１（ＣＨ₂），２９．７１（ＣＨ₂），２９．６７（ＣＨ₂），２９．６３（ＣＨ₂），２９．５１（ＣＨ₂），２９．３８（ＣＨ₂），２９．３３（ＣＨ₂），２５．８８（ＣＨ₂），２２．７１（ＣＨ₂），２０．０９（ＣＨ₂），１４．１６（ＣＨ₃），１３．７７（ＣＨ₃）．

実施例２：式（Ｉ）および（ＩＩ）によるポリエチレングリコールアミドを調製するための一般手順：
塩化オキサリル（０．４８ｍＬ、２．８７ｍｍｏｌ）およびトリエチルアミン（０．５５ｍＬ、３．９２ｍｍｏｌ）を使用して、ポリエチレングリコールカルボン酸（０．２ｇ、０．１３ｍｍｏｌ）およびＮ−オクチルアミン（０．０４ｍＬ、０．２６ｍｍｏｌ）から式（ＩＶ）（方法Ｂ₁）に記載のアミドについてよるポリエチレングリコールＮ−オクチルアミドを調製した。ポリエチレングリコールＮ−オクチルアミドを７３％の収率（０．１６ｇ、０．０９ｍｍｏｌ）で得た。

¹Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）：δ＝８．０６（ｂｒ，２Ｈ，２ＮＨ），４．１８（ｓ，４Ｈ，２ＣＨ₂ＣＯ），３．６７−３．６５（ｍ，１２８Ｈ，（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）₃₂），２．９９−２．９５（ｍ，４Ｈ，２ＣＨ₂ＮＨ），１．７８−１．７４（ｍ，４Ｈ，２ＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ），１．３４−１．２２（ｍ，２０Ｈ，２（ＣＨ₂）₅ＣＨ₃），０．９０−０．８５（ｍ，６Ｈ，２ＣＨ₂ＣＨ₃）．¹³Ｃ ＮＭＲ（１００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）：δ＝１７２．３０（ＣＯ），７１．２０（ＣＯＣＨ₂），７０．６１（ＯＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ），４０．１６（ＣＨ₂ＮＨ），３１．７５（ＣＨ₂），２９．０８（ＣＨ₂），２９．０１（ＣＨ₂），２７．６７（ＣＨ₂），２６．６０（ＣＨ₂），２２．６１（ＣＨ₂），１４．１０（ＣＨ₃）．

実施例３：ポリエチレングリコールノニルエーテルを調製するための一般手順
水素化ナトリウム（ＮａＨ）（０．０６２ｇ、２．６ｍｍｏｌ）をＴＨＦ（２０ｍＬ）中のポリエチレングリコール（３ｇ、２ｍｍｏｌ、１５００ｇ／ｍｏｌ）の溶液に添加した。室温で３０分間撹拌した後、臭化ノニル（０．４５ｍＬ、２．４ｍｍｏｌ）をゆっくり添加し、混合物を室温で一晩撹拌した。メタノールを添加し、溶媒を減圧下で除去し、次いで残渣をＣＨ₂Ｃｌ₂に溶解した。有機層を水で洗浄し、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄）で乾燥させ、ろ過し、真空下で濃縮し、残渣を最小量のＣＨ₂Ｃｌ₂に溶解し、撹拌下でヘキサンを添加した。沈殿物をろ過により回収し、ヘキサンで洗浄して、ポリエチレングリコールノニルエーテル（２．８２ｇ、１．７４ｍｍｏｌ、８７％）を得た。

¹Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）：δ＝３．８０−３．５５（ｍ，１３８Ｈ，（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）₃₄，ＣＨ₂ＣＨ₂ＯＨ），３．５０−３．３５（ｍ，４Ｈ，ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ，ＣＨ₂ＯＨ），２．５９−２．５６（ｍ，１Ｈ，ＯＨ），１．５７−１．３２（ｍ，４Ｈ，ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ），１．２８−１．２４（ｍ，１０Ｈ，（ＣＨ₂）₅ＣＨ₃），０．８８−０．８４（ｍ，３Ｈ，ＣＨ₂ＣＨ₃）．

方法Ａ₂．臭化テトラブチルアンモニウム（０．２９ｇ、０．９２ｍｍｏｌ）、ポリエチレングリコールノニルエーテル（２．７８ｇ、１．７１ｍｍｏｌ、１６２６ｇ／ｍｏｌ）、および過マンガン酸カリウム（２．１６ｇ、１３．６９ｍｍｏｌ）を、ＣＨ₂Ｃｌ₂（９５ｍＬ）、酢酸（３．８ｍＬ）、および水（５６Ｌ）の混合物中で２４時間還流した。溶液を冷却し、１ＭのＨＣｌ（９５ｍＬ）を添加し、続いて亜硫酸ナトリウム（２．４３ｇ）を添加した。水相をＣＨ₂Ｃｌ₂で抽出した。組み合わせた有機抽出物をＭｇＳＯ₄で乾燥させ、ろ過し、溶媒を除去した。残渣を最小量のＣＨ₂Ｃｌ₂に溶解し、撹拌下でヘキサンを添加した。沈殿物をろ過により回収し、ヘキサンで洗浄して、式（Ｖ）による界面活性剤（２．６０ｇ、１．５８ｍｍｏｌ、９３％）を得た。

方法Ｂ₂．ポリエチレングリコールノニルエーテル（０．７５ｇ、０．４６ｍｍｏｌ、１６２６ｇ／ｍｏｌ）、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１−オキシル（０．０１４ｇ、０．０９ｍｍｏｌ）、および硝酸（０．０１８ｍＬ、７０％）を、ジクロロメタン（３．５ｍＬ）中酸素雰囲気下で１２時間４０℃で加熱した。水を添加し、水層をジクロロメタンで抽出した。有機抽出物をＭｇＳＯ₄で乾燥させ、ろ過し、溶媒を除去して、式（Ｖ）による界面活性剤（０．７３ｇ、０．４４ｍｍｏｌ、９７％）を得た。

¹Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）：δ＝４．１６（ｓ，２Ｈ，ＣＨ₂ＣＯ），３．６７−３．６４（ｍ，１３２Ｈ，（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）₃₃），３．４６−３．４２（ｍ，２Ｈ，ＣＨ₂Ｏ），１．６２−１．５３（ｍ，４Ｈ，ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ），１．３６−１．２０（ｍ，１０Ｈ，（ＣＨ₂）₅ＣＨ₃），０．８９−０．８５（ｍ，３Ｈ，ＣＨ₂ＣＨ₃）．¹³Ｃ ＮＭＲ（１００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）：δ＝１７１．５６（ＣＯ），７１．３５（ＣＯＣＨ₂），７０．５８（ＯＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ），６９．０４（ＯＣＨ₂ＣＨ₂），３１．９０（ＣＨ₂），２９．６６（ＣＨ₂），２９．５８（ＣＨ₂），２９．５１（ＣＨ₂），２９．３０（ＣＨ₂），２６．１１（ＣＨ₂），２２．７０（ＣＨ₂），１４．１４（ＣＨ₃）．

実施例４：式（ＶＩ）による界面活性剤であるポリエチレングリコールジカルボン酸の合成：
式（Ｖ）（方法Ａ₂）による界面活性剤について記載のように、ＣＨ₂Ｃｌ₂（１００１ｍＬ）、酢酸（３９．９０ｍＬ）、および水（６００ｍＬ）の混合物中の臭化テトラブチルアンモニウム（３．１３ｇ、９．７０ｍｍｏｌ）および過マンガン酸カリウム（１７．０６ｇ、１０８ｍｍｏｌ）の存在下で、ポリエチレングリコール（２７ｇ、１８ｍｍｏｌ、１５００ｇ／ｍｏｌ）から式（ＶＩ）による界面活性剤を調製した。ジカルボン酸を７７％の収率（２１．１７ｇ、１３．８６ｍｍｏｌ）で得た。

式（Ｖ）（方法Ｂ₂）による界面活性剤について記載のように、ジクロロメタン（１０ｍＬ）中の２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１−オキシル（０．０８ｇ、０．５３ｍｍｏｌ）および硝酸（０．１ｍＬ、７０％）の存在下でポリエチレングリコール（２ｇ、１．３３ｍｍｏｌ、１５００ｇ／ｍｏｌ）から式（ＶＩ）による界面活性剤を調製した。ジカルボン酸を９２％の収率（１．８７ｇ、１．２２ｍｍｏｌ）で得た。

¹Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）：δ＝４．１６（ｓ，４Ｈ，２ＣＯＣＨ₂），３．６９−３．６４（ｍ，１２８Ｈ，（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）₃₂）．¹³Ｃ ＮＭＲ（１００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）：δ＝１７１．４０（ＣＯ），７１．３０（ＣＨ₂ＣＯＯＨ），７０．５６（ＯＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）．

実施例５
ポリエチレングリコールカルボン酸（「ＰＥＧ酸」）界面活性剤を含有する掘削流体の物理的およびレオロジー特性を、業界標準の湿潤剤を含有する掘削流体のものと比較するために、３つの掘削流体を調製した。ＰＥＧ酸界面活性剤は、次の構造を有した：

３つの掘削流体は、油系流体配合物用に特別に調整された、３つの独自の乳化剤および液体損失制御剤のブレンドを含む、Ｍ−Ｉ ＳＷＡＣＯ ＲＨＡＤＩＡＮＴ（商標）系に基づいていた。掘削流体Ａは、ＳＵＲＥＷＥＴ（登録商標）をＰＥＧ酸界面活性剤に置き換え、ＳＵＲＥＭＵＬ（登録商標）の量を低減して調製した。第２の掘削流体である掘削流体Ｂは、掘削流体中のＳＵＲＥＷＥＴ（登録商標）をＰＥＧ酸界面活性剤に置き換え、ＳＵＲＥＭＵＬ（登録商標）の量を低減して調製した。掘削流体Ｂは、掘削流体Ａよりも２０％多いＰＥＧ酸界面活性剤を有し、また炭酸マグネシウムアルミニウム（ＭｇＡｌＣＯ₃）を含んだ。比較掘削流体である掘削流体Ｃは、湿潤剤としてＳＵＲＥＷＥＴ（登録商標）、および乳化剤としてＳＵＲＥＭＵＬ（登録商標）を使用して調製した。

３つの掘削流体は、次の成分を使用して配合した：Ｓｈｅｌｌから入手可能な合成油掘削系流体Ｓａｒａｌｉｎｅ １８５Ｖ；Ｍ−Ｉ ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能なアミドアミン乳化剤ＳＵＲＥＭＵＬ（登録商標）；Ｍ−Ｉ ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能な湿潤剤ＳＵＲＥＷＥＴ（登録商標）；Ｍ−Ｉ ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能な非水性流体系中での使用のための乳化剤ＭＵＬ ＸＴ；Ｍ−Ｉ ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能なフィルターケーキ形成およびろ過制御を補助するためのヘクトライト粘土粘性付与剤ＶＥＲＳＡＧＥＬ ＨＴ；Ｍ−Ｉ ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能な油および合成系掘削流体系中での使用のために設計されたアミン処理タンニンろ過制御添加剤ＯＮＥ−ＴＲＯＬ（商標）ＨＴ；Ｍ−Ｉ ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能な油および合成系掘削流体系中での使用のために設計されたろ過制御添加剤ＥＣＯＴＲＯＬ ＲＤ；ならびにＭ−Ｉ ＳＷＡＣＯ，ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能な重晶石（ＢａＳＯ₄）加重剤。

表１を参照すると、次のように、磁気攪拌棒を使用して、３０．８ｇ、２５．６ｇ、２５．７ｇの量で３つの掘削流体を調製した。３つの掘削流体についての配合および他の成分の量を、表１に提供する。掘削流体を調製するために、最初にステージ１で１０分間、基油、乳化剤、および湿潤剤を一緒に混合し、次いでステージ２で、粘度調整剤およびレオロジー調整剤を添加し、さらに２０分間混合した。次に、ステージ３で、流体損失制御添加剤を添加し２０分間混合し、続いてステージ４でブラインおよび淡水、ステージ５で重晶石を添加し、それぞれ３０分間および４０分間混合した。ステージ２では、シンナーとしてＭｇＡｌＣＯ₃を掘削流体Ｂに添加した。使用された基油および重晶石の量は、比較掘削流体のそれぞれの特性と同一の２．２０の比重および９０．０の油／水比を提供するように、ＰＥＧ酸界面活性剤の配合がわずかに異なった。

掘削流体は、混合後１７時間静置し、次いで垂れおよび流体分離について検査し、その後レオロジーを測定した。流体分離および垂れを視覚的に検査し、垂れはまた、マイクロスパチュラを泥に挿入して泥が上部から底部まで同様のテクスチャー（硬いかまたは柔らかい）であるかどうかを調べ、固形物の分離および沈殿があるかどうかも調べた。固形物の分離および沈殿があった場合、泥は、上部が柔らかく見え、底部が硬くなるであろう。

掘削流体の粘度は、応力およびひずみを制御したＤｉｓｃｏｖｅｒｙ Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒを使用して試験した。使用した形状は、試料中に重晶石が存在することに起因して、２５ｍｍの粗いステンレス鋼平行プレートであった。間隙は、３００μｍに設定した。特に明記されない限り、剪断速度に相関する粘度測定は、０℃および５０℃で、０．００４〜２０００ｓ^-1で実行した（図１参照）。力が印加されなかったとき、３つの掘削流体はゲル化し、掘削固形物および重晶石などの加重材料を保持するのに十分な強度であった。剪断速度実験は、流体の有用な粘度情報、および流体の剪断がゼロであるか、あるいはずり減粘であるかを提供する。剪断速度実験はまた、掘削流体が変形する剪断速度も示した。

粘度試験、ひずみ％、垂れ、および流体分離試験の結果を、表２〜４に提供する。

表２では、掘削流体ＡおよびＢは、０℃で粘弾性挙動を保持し、低および高剪断速度で掘削流体Ｃよりも低粘度を有した。したがって、低温で高粘度を有することにより、掘削中だけでなく、掘削を開始するために過剰な力を必要とするであろうため、掘削流体ＡおよびＢはまた、低温掘削作業にも好適であると考えられ、掘削流体Ｃよりも良好な掘削流体であろう。

図１では、掘削流体Ａ、Ｂ、および比較Ｃは、それらの配合および試験温度に関係なく、ずり減粘挙動を呈した。しかしながら、５０℃では、掘削流体ＡおよびＢは、１０．２２ｓ^-1の低剪断速度でより高粘度を有し、したがって、掘削流体は静止している間比較掘削流体Ｃよりも良好に固形物を保持することが可能である。加えて、掘削流体ＡおよびＢは、掘削流体Ｃと比較すると、およそ半分のひずみで変形した。掘削流体ＡおよびＢは、脆弱なゲルの特徴を示し、不安定にするためにより少ないエネルギーを必要とする。表３の結果は、１０．２２ｓ−¹の剪断速度では、掘削流体ＡおよびＢが、掘削流体Ｃよりも高粘度を示したという点で図１と相関関係がある。１７０ｓ^-1では、掘削流体Ｂは、掘削流体Ｃよりも低粘度を示したが、掘削流体Ａはわずかに高粘度を有した。

表３では、粘度は、流体の垂れの可能性を反映している。粘度が高いほど、より良好なゲル比を提供する。掘削流体Ａは、１７０ｓ^-1の剪断速度で比較掘削流体Ｃよりもわずかに高粘度を有し、低剪断速度で比較掘削流体Ｃおよび掘削流体Ｂの両方よりも高粘度を有した。掘削流体Ａの粘度はまた、剪断速度の増加とともにより速く減少し、高剪断速度で比較掘削流体Ｃに近づき、掘削流体Ｂとほぼ同じひずみで変形した。

掘削流体ＡおよびＢは、垂れを示さず、掘削流体Ａは、調製後１７時間静置した後も流体分離を示さなかった。表４および図２〜３に示されるように、掘削流体ＡおよびＢの両方は、掘削流体Ｃが必要とするひずみの半分で変形し、したがって、循環を開始するのにより少ない力を必要とする。加えて、図３に示されるように、掘削流体Ｂは、掘削流体Ｃよりも低いひずみでより流動的（Ｇ”＞Ｇ’）になり、それにより、循環中により少ない力を必要とした。図４では、掘削流体Ａおよび掘削流体Ｂの位相角はまた、これらの掘削流体が、掘削流体Ｃよりも低いひずみでより流動的になることも確認した。

これらの初期試験結果は、掘削流体ＡおよびＢが、高温で、比較掘削流体Ｃよりも、低剪断速度では高粘度を有するが、高剪断速度では低粘度を有し、静止している間より良好に固形物を保持するであろうことを示した。低温での掘削流体ＡおよびＢの掘削流体Ｃよりも低粘度により、これらの掘削流体が、掘削流体Ｃよりも循環を開始に必要な力および循環中に必要な力がより少ないため、これらの掘削流体はまた、低温掘削作業にも好適である。

図２〜４では、線形粘弾性領域を特定するために、０．０１％〜１００００のひずみ％から、ひずみ％に相関する貯蔵弾性率（Ｇ’）、損失弾性率（Ｇ”）、および位相角測定を、ラジアン秒^-1の一定周波数で、ならびに０℃および５０℃の温度で監視した。試験では、小さな増分振動（時計回り、次いで反時計回り）の応力を泥に印加し、その結果生じるひずみ（変形など）応答を監視することを含む。また、これらの測定値を使用して、分散構造の強度（沈殿安定性）および弾力性を同定することもできた。

掘削流体Ａ中に湿潤剤が少なく、より環境に優しい掘削流体になっていることに留意するべきである。加えて、高温で静止したときの掘削流体Ａは、掘削流体Ｃおよび掘削流体Ｂよりも粘性が高く、それにより掘削流体Ａが他の掘削流体よりも良好にザクおよび他の粒子状物質を保持することが可能である。

界面活性剤の様々な態様が記載されており、かかる態様は様々な他の態様と関連して利用され得ることが理解されるべきである。

第１の態様では、本開示は、式（Ｖ）の界面活性剤を提供する：

式（Ｖ）では、Ｒ^1bは、−Ｈ、アルキル、アリール、アルキル置換アリール、またはアリール置換アルキルであり、下付き文字ｘは、２１〜４５３の整数である。

第２の態様では、本開示は、下付き文字ｘが、２１〜２００である、第１の態様による界面活性剤を提供する。

第３の態様では、本開示は、Ｒ^1b線状または分岐（Ｃ₁−Ｃ₁₂）アルキルが、メチル、エチル、１−メチルエチル、プロピル、ブチル、１，１−ジメチルエチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、デュオデシルから選択される、第１の態様または第２の態様の界面活性剤を提供する。

第４の態様では、本開示は、Ｒ^1bが、ラジカル−ＣＨ₂ＣＯＯＨであり、界面活性剤が、式（ＶＩ）による構造を有する、第１〜第３の態様の界面活性剤を提供する。

式（ＶＩ）では、下付き文字ｘは、第１〜第３の態様の式（Ｖ）で定義される。

第５の態様では、本開示は、下付き文字ｘが、３０〜４０である、第１〜第４の態様の界面活性剤を提供する。

第３の態様では、本開示は、Ｒ^1b が、メチル、エチル、１−メチルエチル、プロピル、ブチル、１，１−ジメチルエチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、デュオデシルから選択される線状または分岐（Ｃ ₁ −Ｃ ₁₂ ）アルキルである、第１の態様または第２の態様の界面活性剤を提供する。

Claims (5)

1. 

   式中、
   Ｒ^1bは、−Ｈ、アルキル、アリール、アルキル置換アリール、またはアリール置換アルキルであり、
   ｘは、２１〜４５３の整数である、式（Ｖ）の界面活性剤。
2. ｘは、２１〜２００である、請求項１に記載の界面活性剤。
3. Ｒ^1b線状または分岐（Ｃ₁−Ｃ₁₂）アルキルが、メチル、エチル、１−メチルエチル、プロピル、ブチル、１，１−ジメチルエチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、デュオデシルから選択される、請求項１に記載の界面活性剤。
4. Ｒ^1bが、ラジカル−ＣＨ₂ＣＯＯＨであり、前記界面活性剤が、式（ＶＩ）による構造を有し、
   

   

   式中、ｘは、式（Ｖ）で定義される、請求項１に記載の界面活性剤。
5. ｘは、３０〜４０である、請求項１に記載の界面活性剤。

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