MX2008006000A - Composiciones viscoelasticas policationicas - Google Patents

Abstract

Se describen aquícomposiciones viscoelásticas que contienen una cantidad efectiva de uno o más compuestos de amonio cuaternarios policatiónicos definidos aleatoriamente o estructuralmente para controlar la viscoelasticidad de lacomposición;en un aspecto, la presente tecnología provee compuestos de amonio cuaternarios policatiónicos que comprenden compuestos bis-cuaternarios, los compuestos bis-cuaternarios de la presente tecnología pueden ser sintéticos o disimétricos, en otro aspecto, la presente tecnología provee fluidos de tratamiento de la perforación del pozo que comprenden agua, y por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico que comprende un compuesto bis-cuaternario, en otro aspecto, la presente tecnología provee carboxilatos policatiónicos;composiciones viscoelásticas preferidas de la presente tecnología mantienen la viscoelasticidad a una temperatura mayor de aproximadamente 80ºC, preferiblemente mayor de aproximadamente 100ºC o 110ºC cuando la cantidad de uno de los compuestos cuaternarios policatiónicos es menor de aproximadamente 10%en peso basado en el peso total de la composición.

Description

COMPOSICIONES VISCOELASTICAS POLICATIONICAS Esta solicitud reclama el beneficio de la Solicitud provisional de E.U.A. pendiente No. 60/734,465, cuyo contenido se incorpora a la presente como referencia.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La tecnología descrita presentemente generalmente se refiere a compuestos de amonio cuaternarios policatiónicos y composiciones viscoelásticas policatiónicas elaboradas con estos. Las composiciones viscoelásticas policatiónicas de la presente tecnología son adecuadas para usarse en una variedad de aplicaciones donde la viscoelasticidad es una característica deseable. Ejemplos de dichas aplicaciones incluyen, por ejemplo, fluidos hidráulicos, des-emulsionantes, espumantes, órgano-arcilla, espesantes, biocidas y fluidos de campos petrolíferos. Una o más composiciones viscoelásticas policatiónicas preferidas de la presente tecnología imparten propiedades reológicas útiles a soluciones acuosas en concentraciones relativamente bajas de ingredientes activos (por ejemplo, compuestos cuaternarios gemelos). Propiedades reológicas útiles provistas por una o más composiciones preferidas de la presente tecnología incluyen, por ejemplo, viscoelasticidad, viscosidad incrementada, adelgazamiento de esfuerzo cortante, y reducción de arrastre en fluidos en movimiento.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Algunos ejemplos de compuestos de amonio cuaternarios policatiónicos o bis-cuaternario se han estudiado y reportado. Por ejemplo, la Patente de E.U.A. No. 4,734,277, para Login, emitida el 29 de marzo de 1988, describe la preparación de ciertos compuestos bis-cuaternarios al reaccionar aminas terciarias con epóxido adecuado, tal como epiclorohidrina, y describe además que los compuestos de amonio bis-cuaternarios resultantes tienen utilidad como un aditivo en aplicaciones cosméticas, tales como acondicionadores del cabello, lociones para la piel, etc. Para otro ejemplo, la Solicitud de Patente Publicada de E.U.A. 2004/0067855, para Hughes, et al., publicada el 8 de abril de 2004, describe ciertos compuestos de amonio cuaternarios catiónico oligomérico o bis-cuaternario útiles en un fluido de tratamiento viscoelástico de perforación de pozos para controlar la viscoelasticidad de ese fluido. Los hidrocarburos tales como aceite, gas natural, etc. se obtienen de una formación geológica subterránea al perforar un pozo que penetra la formación de tiene el hidrocarburo. Esta perforación resultante provee una trayectoria de flujo parcial par el hidrocarburo, aceite típico, para alcanzar la superficie. Con el fin de que viaje el aceite de la formación a la perforación del pozo (y finalmente a la superficie), debe existir una trayectoria de flujo suficientemente libre a través de la formación de roca (por ejemplo, arenisca, carbonatos), que generalmente ocurre cuando los poros de la roca de suficiente tamaño y número están presentes Un impedimento común para la producción de petróleo es el "daño" a la formación, que tapa los poros de la roca e impide el flujo de petróleo Además, el agotamiento de las zonas más cercanas al pozo causa una disminución gradual en la producción Generalmente, las técnicas usadas para incrementar la permeabilidad de la formación y para proveer conductos extendidos a la perforación del pozo son referidas como "estimulación" A veces se usan geles acuosos en diferentes procedimientos de estimulación de pozos Por ejemplo, en un procedimiento de formación de fracturas, que es un tipo de técnica de estimulación del pozo, las grietas o fisuras (fracturas) se crean en formaciones subterráneas Los geles se usan en procedimientos de formación de fracturas como el medio el cual transfiere energía desde el exterior de la formación subterránea a los sitios específicos dentro de la formación subterránea con el fin de crear las fracturas deseadas La energía para crear las fracturas se transfiere primariamente como presión contra la formación, al bombear el fluido de formación de fracturas dentro de la perforación del pozo donde se dirige a porciones deseadas de la formación subterránea Los geles son fluidos relativamente incompresibles, y se ejerce presión contra la formación subterránea hasta que la fuerza sea suficiente para fracturar la formación Una vez que es creada la fractura, la alta viscosidad del gel es importante conforme fluye en las grietas y fisuras recientemente formadas. Conforme el fluido de formación de fracturas fluye en la fractura, este porta consolidación (por ejemplo, partículas pequeñas de arena, materiales cerámicos, u otros materiales duros) en la fractura. Una vez que la fuerza del bombeo del fluido de formación de fracturas se remueve, la consolidación permanece en las fracturas, que previene que las fracturas se cierren. El fluido de formación de fracturas entonces se retira de la perforación del pozo, y esta se prepara para la recuperación de cantidades adicionales de hidrocarburo(s). Una tecnología más arcaica utiliza polímeros de polisacáridos para formar los geles acuosos utilizados como los fluidos de formación de fracturas. A veces, los geles de polisacáridos se entrelazan al usar aditivos tales como titanatos, zirconatos o boratos. Una vez que el procedimiento de formación de fracturas se completa, estos geles normalmente requieren un procedimiento separado para removerlos de la perforación del pozo, que normalmente requiere una cantidad significativa de tiempo y químicos de tratamiento del pozo adicionales. Además, la remoción completa del gel polimérico es rara vez accesible, y el polímero que permanece en la perforación del pozo puede tapar los poros de la formación de roca, previniendo de este modo que el hidrocarburo fluya a través y desde los poros. Gelantes no poliméricos (NPG) son desarrollos tecnológicos más recientes que proveen alternativas a geles de polisacáridos. Los NPG son agentes tensioactivos, y usualmente son compuestos de amonio cuaternarios (catiónicos) o compuestos anfotéricos. Los NPG particularmente deseados forman soluciones viscoelásticas (VES) debido a que ciertas propiedades de VES han probado ser útiles para los procedimientos de estimulación. Dicha propiedad es la capacidad de un VES para soportar las consolidaciones a viscosidades más bajas que una solución polimérica. Otra propiedad útil es la reducción de fricción entre el fluido en movimiento y las superficies con las que hacen contacto. Una característica especialmente útil de los geles VES es que, durante el contacto con los hidrocarburos, los geles rompen con una caída fuerte resultante de la viscosidad. A la viscosidad más baja, ia remoción del fluido de formación de fracturas de la perforación del pozo no requiere químicos adicionales para el tratamiento del pozo, y requiere menos tiempo y equipo que los gelantes poliméricos. Los geles tensioactivos NPG también se pueden romper por otros medios. Además, a diferencia de los gelantes de polisacáridos, los NPG tienen sustancialmente menos tendencia a tapar los poros que producen el hidrocarburo en la formación subterránea. Los NPG también son útiles en otras aplicaciones de tratamiento de pozos. Por ejemplo, pueden reducir la pérdida de fluido de formación de fracturas en las formaciones subterráneas; reducen la producción de agua de los pozos; forman geles para la limpieza de la perforación del pozo; y reducen la fricción entre las soluciones que fluyen y los objetos sólidos. La aplicación de agentes tensioactivos viscoelásticos en fluidos espumados o no espumados usados para fracturar formaciones subterráneas se ha descrito en varias patentes, por ejemplo, EP 0835983 B1 , para Brown et al., emitida el 17 de diciembre de 2003; Patente de E.U.A. No. 5,258,137, para Bonekamp et al., emitida el 2 de noviembre de 1993; Patente de E.U.A. No. 5,551 ,516, PARA Norman et al., emitida el 3 de septiembre de 1996; Patente de E.U.A. No 5,964,295 para Brown et al., emitida el 12 de octubre de 1999; y Patente de E.U.A. No. 5,979,557 para Card et al., emitida el 16 de junio de 1999. El uso de agentes tensioactivos viscoelásticos para agua corta los tratamientos y para acidificación selectiva se discute en la Solicitud de Patente Británica No. GB 2332224 A, para Jones et al., publicada el 16 de junio de 1999; y Chang F. F., Love T., Affeld C. J., Blevins J. B., Thomas R. L. y Fu D. K., "Case study of a novel acid diversión technique in carbonate reservoirs", Sociedad de Ingenieros Petroleros, 56529, (1999). Desarrollos más recientes en este campo se pueden encontrar en la Solicitud de Patente Publicada de E.U.A. No. 2004/0102330 A1 , para Zhou, et al., publicada el 27 de mayo de 2004, que describe la escisión de agentes tensioactivos VES monoméricos; y Solicitud de Patente Publicada de E.U.A. No. 2004/0067855 A1 , para Hughes, et al., publicada el 8 de abril de 2004, que describe agentes tensioactivos VES aniónicos o catiónicos oligoméricos (incluyendo formas diméricas y triméricas). NPG catiónicos convencionales usados en el campo de recuperación de hidrocarburos utilizan alquil aminas con una cadena sencilla de carbonos hidrófobos. Útiles en las aplicaciones de fracturado, las cadenas hidrófobas de NPG catiónicos convencionales preferiblemente y predominantemente son 18 átomos de carbono de longitud, y más preferiblemente más de 18. Un ejemplo de un material comercialmente disponible mencionado es ClearFRAC™, comercialmente disponible de Schlimberger-Doll Research ("Schlumberger," Ridgefield, Connecticut), es decir, cloruro de erucil-N,N-di-(2-hidroxietil)-N.metilamonio (EHMAC), que es afirmado para proveer desempeño a temperaturas de aplicación más altas (hasta aproximadamente 250°F (aproximadamente 121 °C)) de cualquier fluido de formación de fracturas viscoelástico comercialmente disponible actualmente. Este producto según se dice contiene menos de 3% de cadenas de carbono hidrófobo de 18 carbonos o menos. Debido a que el intermedio usado para elaborar EHMAC se debe purificar para eliminar los componentes con cadenas de alquilo de 18 carbonos o menos, los costos para producir EHMAC son sustancialmente mayores que otros materiales catiónicos alquil amina. El alto costo de EHMAC limita el número de procedimientos de estimulación para los cuales se usa en una base repetida. Una alternativa comercialmente disponible para ClearFRAC™ es fluido de formación de fracturas tensioactivo AquaClear™, comercialmente disponible de BJ Services company ("BJ Services", Huston, Texas). También usa una alquilamina cuaternaria, pero es menos costoso debido a que un intermedio extensivamente purificado no se requiere. Sin embrago, la temperatura de aplicación máxima para AquaClear™ es aproximadamente 170°F (aproximadamente 76.7°C), que es sustancialmente menor de 250°F (aproximadamente 121 °C) de ClearFRAC™. Aunque tienen algunas ventajas obvias sobre geles de polisacáridos, geles de NPG convencionales también tienen algunas ventajas.

Una es la limitación de temperatura de los geles tensioactivos NPG convencionales. Conforme la profundidad del pozo se incrementa, la temperatura de la perforación del pozo también se incrementa, y frecuentemente puede exceder los 250°F (aproximadamente 121 °C).

Actualmente, la tecnología de agentes tensioactivos NPG convencionales fracasa bajo estas condiciones, aunque los geles de polisacáridos continúan funcionando. Otra desventaja es el costo, ya que el costo del material para geles de polisacáridos es sustancialmente inferior a aquel de geles tensioactivos NPG. Otra desventaja todavía de agentes tensioactivos convencionales NPG es su toxicidad al ambiente y su escasa biodegradabilidad. Debido a que las alquilaminas catiónicas no se rompen fácilmente en el ambiente, tienden a acumularse. Los compuestos cuaternarios de alquilamina también son tóxicos para muchas formas de vida, de modo que pueden tener un impacto destructivo, particularmente en ambientes en donde se acumulan. Algunas áreas del mundo han impuesto restricciones reguladores en los químicos con base en su peligrosidad al ambiente. Por ejemplo, en el mar del norte, químicos tales como alquilamina catiónica están restringidos o prohibidos completamente. De este modo, existe la necesidad de gelificantes, en particular, gehficantes viscoelásticos, que pueden proveer todas o casi todas las ventajas de la tecnología de NPG convencional, y que (1) puede proveer propiedades viscoelásticas a temperaturas mayores (más de 80°C o 176°F, y preferiblemente más de 110°C o 230°F), (2) son más amigables al ambiente, y/o (3) son más efectivos en relación al costo La tecnología descrita presentemente trata estas necesidades BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Se ha encontrado sorpresivamente que compuestos de amonio cuaternarios policatiónicos de la tecnología descrita presentemente que tienen por lo menos dos sitios catiónicos conectados a través de un enlazador que se puede usar como ingrediente activo para formar composiciones viscoelásticas con propiedades distintas y útiles Ciertas composiciones viscoelásticas de la presente tecnología se pueden usar, por ejemplo, fluidos de tratamiento de la perforación del pozo, fluidos de perforación, espesantes, fluidos de terminación, fluidos de diversión, y muchas otras aplicaciones donde se desean composiciones acuosas espesadas o gelificadas Por ejemplo, en por lo menos una modalidad, la presente tecnología provee un fluido de tratamiento de la perforación de pozo que comprende agua, y por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico para controlar la viscoelasticidad de la composición, en donde por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico comprende un compuesto bis-cuaternapo de la siguiente fórmula general R2 — N+ - R7 N+ — R5 en donde R2, R3, R y R5 son miembros independientemente seleccionados de (a) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono, o (b) grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono, o alternativamente en donde R2 y R3 son miembros de un anillo heterocíc co, y R y R5 son miembros de un anillo heterocíclico diferente o son independientemente seleccionados de grupo (a) como se define anteriormente o grupo (b) como se define anteriormente, en donde R7 es un miembro seleccionado del grupo que consiste de grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono, y grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono, en donde R1 y R6 son miembros independientemente seleccionados de grupo (a) como se define anteriormente, grupo (b) como se define anteriormente, o (c) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono; en donde por lo menos uno de Ri o R6 es un miembro del grupo (c) como se define antepormente; y en donde A y A2" son independientemente seleccionados del grupo que consiste de: (i) iones inorgánicos cargados negativamente (ii) moléculas orgánicas con uno o más grupos funcionales cargados negativamente; y (iii) grupos funcionales cargados negativamente que son parte de R?-R . Como otro ejemplo, en por lo menos una modalidad, la presente tecnología provee un fluido de tratamiento de la perforación del pozo viscoelástico que comprende agua, y una cantidad efectiva de por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico para controlar la viscoelasticidad del fluido, en donde por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico comprende un compuesto bis-cuaternario disimétrico de la siguiente fórmula general: I I R2 N+ _ R? N+ R5 R1 T Ai" A2~ en donde R2, R3, R4 y R5 se seleccionan independientemente de: (a) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; o (b) grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; o alternativamente en donde R2 y R3 son miembros de un anillo heterocíclico y R4 y R5 son miembros de un anillo heterocíclico diferente o se seleccionan independientemente del grupo (a) como se define anteriormente o grupo (b) como se define anteriormente; en donde R7 es un miembro seleccionado del grupo que consiste de grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono, y grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono, en donde R y R6 son miembros seleccionados independientemente de: grupo (a) como se define anteriormente; grupo (b) como se define anteriormente, o (c) grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos, en donde los grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono y comprenden carboxamidas carboximidas, policarboxamidas, policarboximidas, carboxamidinas, carboximidinas, esteres carboxílicos, esteres policarboxílicos, ácidos carboxílicos, ácidos policarboxílicos, carboxilatos, policarboxilatos, o sus combinaciones; en donde por lo menos uno de R-i, R2 o R3 es diferente de cada uno de R , R5 y y en donde APy A2" se seleccionan independientemente del grupo que consiste de: (i) iones inorgánicos cargados negativamente; (ii) moléculas orgánicas con uno o más grupos funcionales cargados negativamente; y (iii) grupos funcionales cargados negativamente que son parte de R-i, R2, R3, R4, R5, Re o R7. Será apreciado que compuestos bis-cuaternarios de la presente tecnología pueden ser simétricos o disimétricos. Además, grupos hidrocarbilo o hidrocarbilo sustituidos para la tecnología descrita presentemente pueden ser alifáticos, aromáticos, acíclicos o cíclicos. Además, los componentes de compuestos bis-cuaternarios de la presente tecnología se pueden derivar de cualquier fuente de ácido graso adecuada, tal como animal, vegetal o fuentes de hidrocarburo. En algunas modalidades de la presente tecnología, composiciones policatiónicas modificadas se proveen en las cuales las moléculas policatiónicas tienen grupos funcionales químicos adicionales. Por ejemplo, en por lo menos modalidad, un carboxilato policatiónico de la siguiente fórmula general: R3 FU Ri R6 n" A2 en donde R2, R3, R y R5 se seleccionan independientemente de: (a) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; o (b) grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; o alternativamente en donde R2 y R3 son miembros de un anillo heterocíclico y R4 y R5 son miembros de un anillo heterociclico diferente o se seleccionan independientemente del grupo (a) como se define anteriormente o grupo (b) como se define anteriormente; en donde R-i y R6 son miembros independientemente seleccionados de: grupo (a) como se define anteriormente; grupo (b) como se define antepormente, o (c) grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos, en donde los grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono y comprenden carboxamidas, carboximidas, policarboxamidas, policarboximidas, carboxamidinas, carboximidinas, esteres carboxílicos, esteres policarboxílicos, ácidos carboxílicos, ácidos policarboxílicos, carboxilatos, policarboxilatos, o sus combinaciones; en donde R es un anión carboxilato que contiene de aproximadamente 2 a aproximadamente 24 átomos de carbono; y en donde A0 y A2~ se seleccionan independientemente del grupo que consiste de: (i) iones inorgánicos cargados negativamente; (ii) moléculas orgánicas con uno o más grupos funcionales cargados negativamente; y (iii) grupos funcionales cargados negativamente que son parte de R2, R3, R4, R5 o R7. Comparado con agentes tensioactivos viscoelásticos convencionales, una ventaja de por lo menos algunas modalidades de compuestos de amonio cuaternarios policatiónicos ("quats" policatiónicos) de la presente tecnología descrita es que utilizan costo sustancialmente inferior materias primas disponibles cómodamente o fácilmente. Por ejemplo, en por lo menos algunas modalidades, por lo menos uno de R1 o R& se deriva de ácido carboxílico derivado de un aceite animal o vegetal. La cantidad de compuestos de amonio cuaternarios policatiónicos de la presente tecnología en una composición viscoelástica debe ser suficiente para proveer la viscoelasticidad necesaria para la composición y aplicación deseada. Por ejemplo, en algunas modalidades, la cantidad de compuesto de amonio cuaternario policatiónico es de menos de aproximadamente 10% en peso basado en el peso total de la composición viscoelástica. Sistemas comerciales usuales tienden a usar quats policatiónicos en cantidades de 3% a 4% en peso, y ciertas modalidades preferidas de la presente tecnología de está manera ofrecen la ventaja de requerir cantidades más bajas de quats policatiónicos para lograr viscosidades de composición comparables o notablemente más altas. Comparados con agentes tensioactivos VES convencionales, uno o más quats policatiónicos preferidos de la presente tecnología también tienden a tener viscosidades más altas a temperaturas más altas. Prefepblemente la viscoelasticidad de dichas composiciones se pueden mantener a una temperatura de por lo menos aproximadamente 80°C, de manera alternativa a más alta de 80°C, tales como las temperaturas de aproximadamente 85°C, aproximadamente 90°C, aproximadamente 95°C o más alta. Más preferiblemente, la viscoelasticidad de dichas composiciones se puede mantener a una temperatura de por lo menos aproximadamente 100°C, de manera alternativa a más de aproximadamente 100°C. Más preferiblemente la viscoelasticidad de dichas composiciones se puede mantener a una temperatura de por lo menos aproximadamente 1 10°C, de manera alternativa a más de aproximadamente 1 10°C. Por lo tanto, las temperaturas de trabajo útiles de fluidos de tratamiento de la perforación del pozo basadas en la presente tecnología, por ejemplo, se pueden incrementar como las comparadas con las temperaturas de trabajo útiles de fluidos de tratamiento de la perforación basadas en tecnología convencionales. Por lo menos algunas modalidades de geles viscoelásticos de la presente tecnología se pueden preparar al usar métodos en la práctica comercial usual (por ejemplo, combinación de compuestos policatiónicos de la presente tecnología con cloruro de potasio (KCl) o sulfonato de sodio xileno (SXS)), o al usar el ingrediente activo en agua sin aditivos en algunos casos. Además, modalidades preferidas de quats policatiónicos de la presente tecnología son más susceptibles que los compuestos catiónicos de alquilamina convencionales para procedimientos de degradación química natural tales como hidrólisis, entonces se degradan en ambiente más rápido que hacer compuestos catiónicos de alquilamina. Por lo tanto, las modalidades de compuestos químicos preferidos de la presente tecnología se espera que sean menos dañinos desde el punto de vista ambiental y acumulan menos en el ambiente que los hace catiónicos de alquilaminas, por ejemplo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una representación esquemática de por lo menos un compuesto de amonio bis-cuaternario de la presente tecnología que consiste de un fragmento enlazador y dos fragmentos catiónicos, en donde los dos fragmentos catiónicos son el mismo o diferente y se unen aleatoriamente. La figura 2 es una representación esquemática de por lo menos un método de hacer un quat gemelo aleatorio a partir de dos aminas terciarias y un sustrato para proveer el enlazador. La figura 2 también muestra que el enlazador en el quat gemelo puede ser modificado sustancialmente para producir un quat gemelo modificado. La figura 3 es una representación esquemática de por lo menos un compuesto de amonio bis-cuaternario definido estructuralmente de la presente tecnología, en donde los dos fragmentos catiónicos son diferentes. La figura 4 es una representación esquemática de por lo menos un método de una etapa de hacer un compuesto de amonio bis-cuaternario definido estructuralmente de la presente tecnología, en donde el sustrato que provee el enlazador en un epihalohidrina. La figura 5a muestra curvas de flujo de un VES que contiene 3% de EHMAC en 4% de KCl (% p/p). La figura 6a muestra curvas de flujo de un VES que contienen 3% de di-cloruro de estearamidopropildimetil-amonio gemelo (18APDMA-3(OH)-18-APDMA o SAPDMA GQ) en 1.5% de KCl (% p/p). La figura 7a muestra curvas de flujo de VES que contienen 3% de di-cloruro de (cetil/oleil)amidopropil-dimetilamonio gemelo ((16APDMA/18:1 APDMA)-3-(OH)-(16APDMA/18:1 APDMA)) en 15% de KCl (% p/p). La figura 8a muestra curvas de flujo de un VES que contiene 3% de dicloruro oleamidopropildimetilamonio-estearamidopropil-dimetilamonio gemelo disimétrico (18 1 APDMA)-3-(OH)-18-APDMA) en 1 5% de KCl (% p/p) La figura 9a muestra curvas de flujo de un VES que contiene 3% de tolueno sulfonato de cloruro de soyamidopropildimetilamonio-estearamidopropil-dimetilamonio gemelo disimétrico (SoyAPDMA-3-(OH)-18APDMA) en 0 75% de KCl (% p/p) La figura 9b muestra las curvas de flujo de VES que contienen 1 25% de SoyAPDMA-3-(OH)-18APDMA en 1 5% de KCl (p/p) La figura 10a muestra curvas de flujo de un VES que contiene 3% de di-cloruro de amidopropildimetilamonio de semilla de naba altamente erúcica gemelo (HERAPDMA-3-(OH)-HERAPDMA o HERAPDMA GQ) en 0 5% de SXS (% p/p) La figura 10b muestra curvas de flujo de un VES que contiene 2% de HERAPDMA GQ en 1 5% de KCl (% p/p) La figura 11a muestra curvas de flujo de un VES que contiene 3% de behenamidopropildimetilamonio gemelo disimétpco-di-cloruro de amidopropildimetil amonio de semilla de naba altamente erúcico (22APDMA-3-(OH)-HERAPDMA) La figura 12a muestra curvas de flujo de un VES que contiene 4% de BQ disimétrico muestra en la fórmula H en 25% de CaCI2 (% p/p) La figura 12b muestra las curvas de flujo de un VES que contiene 2 5% de BQ disimétrico mostrado en la fórmula H en 25% de CaBr2 (% p/p) La figura 12c muestra curvas de flujo de un VES que contiene 2.75% de BQ disimétrico mostrado en la fórmula H en 6% de CaBr2 (% p/p). La figura 13a muestra curvas de flujo de un VES que contiene 3% de PCC mostrado en la fórmula I en agua desionizada (%p). La figura 14 muestra vesículas de distribución de tamaño relativamente uniforme formado por hidratación de una película de C65-GQ usando 0.1% en peso de CaCI2. La magnificación es 200X. La figura 15 muestra vesículas que se generan a partir de película seca de C65-GQ mediante la hidratación con 0.1 % de sulfonato xileno de sodio.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Definiciones y convenciones Como se usa aquí, el término "acíclico" pertenece a compuestos alifáticos y/o grupos que son lineares o ramificados, pero no cíclicos (también conocido como grupos de "cadena abierta"). Como se usa aqui, el término "acíclico" pertenece a compuestos y/o grupos los cuales tienen un anillo, o dos o más anillos (por ejemplo, espiro, fusionado o con puente), en donde dicho(s) anillo(s) son no aromáticos. Como se usa aquí, el término "aromático" pertenece a compuestos insaturados con por lo menos un anillo cerrado de por lo menos 5 átomos, con todos los átomos del anillo siendo co-planos o casi co-planos y enlazados covalentemente, y con todos los átomos de anillo siento parte de un sistema mesomépco Como se usa aquí, cuando el sustituyente "aromático" es monocíchco, preferiblemente contiene 5 o 6 átomos de anillo, y cuando el sustituyente "aromático" es policíc co, preferiblemente contiene 9 o 10 átomos de anillo contenidos en anillos fusionados Como se usa aquí, los términos "carbo", "carbilo", "hidrocarburo" e "hidrocarbilo", pertenecen a compuestos y/o grupos que tienen solamente átomos de carbono e hidrógeno Como se usa aquí, el término "cíclico" pertenece a compuestos y/o grupos que tienen un anillo, o dos o más anillos (por ejemplo, espiro, fusionado, con puente) Compuestos con un anillo se pueden referir como "monocíclico" o "mononuclear" con lo cual compuestos con dos o más anillos se pueden referir como "pohcíclicos" o "polinucleares" Como se usa aquí, el término "heterocíclico" pertenece a compuestos cíclicos y/o grupos los cuales tienen un anillo heterocíc co, o dos o más anillos heterocíc cos (por ejemplo, espiro, fusionado, con puente), en donde d?cho(s) an?llo(s) pueden ser al?cícl?co(s) o aromát?co(s) Como se usa aquí, el término "anillo heterocíclico" pertenece a un anillo cerrado de aproximadamente 3 a aproximadamente 10 átomos enlazados covalentemente, mas preferiblemente de aproximadamente 3 a aproximadamente 8 átomos enlazados covalentemente, en donde por lo menos uno de los átomos de anillo es un heteroátomo de anillo multivalente, por ejemplo, nitrógeno, fosforo, silicio, oxigeno, y azufre, aunque mas comúnmente nitrógeno, oxígeno, y azufre. Como se usa aquí, el término "hidrófobo" se refiere a segmentos hidrofóbicos de átomos en moléculas que incluyen una cadena de hidrocarburo recta o ramificada de cinco o más átomos de carbono. Como se usa aquí, el término "policatiónico" pertenece a moléculas que tienen dos o más átomos que tienen una carga eléctrica positiva, prefepblemente en todos los pHs. Como se usa aqui, el término "anillo" pertenece a un anillo cerrado de aproximadamente 3 a aproximadamente 10 átomos enlazados covalentemente, más preferiblemente de aproximadamente 5 a aproximadamente 7 átomos enlazados covalentemente. Como se usa aqui, el término "saturado" pertenece a compuestos y/o grupos que no tienen cualquiera de los enlaces dobles carbono-carbono o enlaces triples carbono-carbono. Como se usa aquí, una "reacción de sustitución" se define de acuerdo a IUPAC Compendium of Chemical Terminology como "una reacción, elemental o en etapas, en la cual un átomo o grupo es la totalidad molecular se reemplaza por otro átomo o grupo". Como se usa aquí, el término "insaturado" pertenece a compuestos y/o grupos que tienen por lo menos un enlace doble átomo-átomo o enlace triple carbono-carbono. Como se usa aquí, composición "viscoelástica" (por ejemplo, solución, fluido, o gel), significa que los módulos elásticos G' (o almacenamiento) de la composición son iguales a o más grandes que los módulos perdidos G' medidos usando un reómetro de agitación oscilatoria (tal como un Bohlin CVO 50 o Instrumentos TA AR2000) por lo menos una frecuencia entre 0.0001 Hz y 1 Hz y a 20°C. La medición de estos módulos se describe adicionalmente en "An introduction to Rheology", por H. A. Barnes, J. F. Hutton, y K. Walters, Elsevier, Ámsterdam (1997). La descripción de dichas mediciones en "An Introduction to Rheology" se incorpora aquí para referencia. Aunque la tecnología descrita presentemente se describe aquí junto con una o más modalidades preferidas, se debe entender que no se limita a aquellas modalidades. De lo contrario, la tecnología descrita presentemente incluye todas las alternativas, modificaciones y equivalentes a aquellas modalidades como se pueden incluir dentro de la esencia y alcance de las reivindicaciones anexadas. En un primer aspecto, la tecnología descrita presentemente se relaciona con composiciones viscoelásticas de quats policatiónicos que tienen por lo menos dos sitios catiónicos. Los sitios catiónicos de quats policatiónicos de la presente tecnología son grupos funcionales químicos de amonio cuaternario. Las moléculas de quats policatiónicos también pueden tener otros grupos funcionales químicos. De manera adicional, las moléculas de quats policatiónicos pueden simétricas o disimétricas. Cada grupo funcional catiónico está conectado a otro grupo funcional catiónico por un "enlazador", y un ejemplo de dicho arreglo se ilustra por la figura 1. En más casos, cada enlazador se deriva de una molécula que es capaz de ser sometida a dos o más reacciones de sustitución El enlazador puede ser el sustrato de una molécula en una reacción se sustitución de la molécula con una amina, aunque el enlazador puede por si mismo tener grupos funcionales de amina De acuerdo con por lo menos una modalidad de la presente tecnología, en la reacción de sustitución, un átomo de nitrógeno de una amina llega a estar unido a un átomo de carbono de la molécula del precursor enlazador En está reacción de sustitución, el nitrógeno de amina que forma un enlace con el átomo de carbono del sustrato puede ser referido como el "nucleófilo", mientras el átomo grupo que llega a desprenderse de un átomo del sustrato es llamado el "grupo saliente" Sin embargo, no es necesario para el grupo saliente llegar a ser desprendido del sustrato completamente Es solamente necesario llegar a ser desprendido del átomo de carbono que llega a ser unido del nitrógeno de amina por un número suficiente de moléculas Una persona de experiencia ordinaria en la técnica entenderá que un nitrógeno de amina puede ser capaz de experimentar más de una reacción de sustitución En general, el número de veces que un nitrógeno de amina puede experimentar una reacción de sustitución es igual al número de átomos de hidrógeno unidos al nitrógeno de la amina libre más uno Para propósitos de la discusión en está descripción, el número de veces que una amina de nitrógeno puede participar en una reacción de sustitución es referido como su funcionalidad teórica ("F") (que es diferente de grupos funcionales químicos) Aminas que pueden llegar a ser enlazadoras tienen funcionalidad teórica de aproximadamente 2 o más. Con mezclas de aminas con funcionalidad teórica diferente, una expresión de "funcionalidad promedio" es útil. La funcionalidad promedio es simplemente el equivalente de un grupo reactivo dividido por los moles de moléculas reactivas: Funcionalidad promedio = (equivalentes totales de funcionalidades teóricas)(moles totales) De esta manera, una mezcla molar igual de dimetilamina, con una funcionalidad de 2, y trimetilamina, con una funcionalidad de 1 , tiene una funcionalidad promedio de 1.5. Estos conceptos son importantes para discernimientos en dicho fenómeno como ramificación de cadena y terminación de cadena en casos donde aminas no cuaternarias son enlazadoras, o en quats policatiónicos más altos, donde los quats policatiónicos pueden llegar a tener multi-cadenas y estar altamente en red. Cuando el grupo saliente se carga negativamente, se puede llamar un "nucleófugo". Un nucleófugo puede quedar en la composición viscoelástica de la presente tecnología como el contraión negativo (anión) a un catión de amonio cuaternario. Un nucleofugo también se puede convertir químicamente a otro anión, o se puede intercambiar con aniones de una fuente suministrada externamente. Una carga eléctrica neta de cero se mantiene por la presencia de contraiones (aniones) en una composición policatiónica. Los contraiones para los cationes de amonio cuaternario de la presente tecnología pueden ser uno o más átomos inorgánicos cargados negativamente o grupos funcionales de átomos, y se pueden formar una o más moléculas orgánicas cargadas negativamente. Un enlazador en la molécula de quat policatiónico puede ser hidrofílico, hidrófobo o esencialmente ninguno. La presencia de átomos cargados eléctricamente y/o polares (que son hidrofílicos) e hidrófobo(s) en el enlazador promueve la actividad superficial de la molécula. Enlazadores preferidos son hidrofílicos, en que tienen átomos capaces de la formación de enlaces de hidrógeno con agua u otras moléculas polares. Composiciones viscoelásticas de la presente tecnología, tales como soluciones viscoelásticas (VES) o geles, se pueden preparar por la combinación de quats policatiónicos de la presente tecnología con agua, y opcionalmente con aditivos adicionales, tales como sales inorgánicas, hidrótropos aniónicos o agentes tensioactivos, u otros compuestos orgánicos útiles (tales como ácidos carboxílicos o policarboxílicos). La orden de mezclado usualmente no es particularmente importante para lograr una composición viscoelástica. Usualmente, las soluciones viscoelásticas y geles se preparan a través de la disolución de compuestos gelificantes en soluciones base. Cualquier medio mecánico adecuado para obtener una solución homogénea es aceptable. Las soluciones base normalmente proveen el volumen de las soluciones viscoelásticas o geles, usualmente hasta aproximadamente 90% o más en peso. Las soluciones base pueden comprender agua. Las soluciones base también pueden contener sal(es), y pueden tener hasta aproximadamente 65% en peso de sal. Sales de haluro metálico (o amonio) se usan más comúnmente, pero otras sales acidas minerales inorgánicas también se pueden usar. De manera alternativa, la solución de base puede ser un compuesto orgánico polar disuelto en agua. Ejemplos no exhaustivos de dichos compuestos incluyen ácido salicílico (o sus sales), ácidos itálicos (o sus sales), o ácidos sulfónico orgánicos (o sus sales). Cuando se preparan geles viscoelásticos, frecuentemente se atrapan burbujas de aire en los geles y se deben removidas antes de que las mediciones de viscosidad precisas se puedan hacer. La centrifugación, ultrasonicación en baño de agua caliente, y calentamiento en hornos de entre aproximadamente 70°C y aproximadamente 80°C toda la noche se puede usar para inducir geles libres de burbujas. En por lo menos algunos aspectos, quats policatiónicos de la presente tecnología se pueden proveer en la forma de una solución concentrada en un solvente orgánico (por ejemplo alcoholes, cetonas, o glicol éteres) antes de ser mezclado con agua para hacer una composición viscoelástica acuosa para una aplicación específica. Por ejemplo, cuando se usan como un agente de gelificación, los quats policatiónicos de la presente tecnología primero se pueden disolver en un alcohol, tal como alcohol isopropílico, preferiblemente con algo de agua, para hacer una solución concentrada, en la cual la concentración del ingrediente activo se puede hacer tan alta como sea posible mientras se mantienen las propiedades de manejo deseables, tales como fluidez. Concentraciones adecuadas del compuesto policatiónico pueden variar de aproximadamente 20% a aproximadamente 60%, o más alta en peso. La solución concentrada de compuesto policatiónico después se puede añadir a agua, o una solución acuosa de sal, ácidos orgánicos, etc. con mezclado para hacer una composición viscoelástica (tal como una solución o gel) que contiene una cantidad efectiva de quats policatiónicos de la presente tecnología adecuada para uso en una o más aplicaciones de campo aceitoso. Particularmente cuando se usan como fluidos de la perforación del pozo, composiciones viscoelásticas de la tecnología descrita presentemente son composiciones acuosas generalmente espesas, y preferiblemente comprenden menos de aproximadamente 10% en peso de quats policationicos de la presente tecnología. Por ejemplo, en algunas modalidades, composiciones viscoelásticas pueden comprender de aproximadamente 5% a aproximadamente 8% en peso de quats policatiónicos de la presente tecnología. Más específicamente, composiciones viscoelásticas preferidas de la presente tecnología pueden comprender cualquier cantidad de quats policatiónicos de la presente tecnología de menos de aproximadamente 10% en peso, tal como aproximadamente 8% en peso, aproximadamente 6% en peso, aproximadamente 5% en peso, aproximadamente 4% en peso, aproximadamente 3% en peso, aproximadamente 2.5% en peso, aproximadamente 2% en peso, aproximadamente 1.5% en peso, o aproximadamente 1 % en peso. En algunas modalidades, composiciones viscoelásticas de la presente tecnología comprende por lo menos aproximadamente 1 % en peso de quats policatiónicos, tal como aproximadamente 0.75% en peso, aproximadamente 0.5% en peso, aproximadamente 0.25% en peso, o aproximadamente 0.1% en peso. Algunas composiciones viscoelásticas de la presente tecnología comprenden de aproximadamente 0.1 % en peso a aproximadamente 5% en peso, de aproximadamente 0.25% en peso a aproximadamente 4% en peso, de aproximadamente 0.25% en peso a aproximadamente 3% en peso, o de aproximadamente 1.0% en peso a aproximadamente 2.0% en peso de quats policatiónicos de la presente tecnología. Aditivos, tales como sales inorgánicas (electrolitos), ácidos orgánicos, sales de ácidos orgánicos, poliácidos, sales de poliácidos, diácidos, sales de diácidos, agentes tensioactivos aniónicos, hidrótopos aniónicos, polímeros polianiónicos, o sus combinaciones, se pueden añadir a composiciones viscoelásticas de la presente tecnología que dependen de las demandas de la aplicación particular. Algunos aditivos pueden impartir viscosidades más altas a soluciones viscoelásticas a temperaturas elevadas, como las comparadas con algunos sistemas sin estos aditivos. Sin embargo, los aditivos no requieren en todas las aplicaciones y composiciones de la presente tecnología. Sales inorgánicas que pueden ser útiles como aditivos en composiciones viscoelásticas incluyen, por ejemplo, sales de haluro (predominantemente bromuros y cloruros) de metales alcalinos (tales como sodio, potasio, cesio) o metales alcalinotérreos (tales como calcio y magnesio). Algunas sales inorgánicas preferidas para uso en soluciones viscoelásticas de la presente tecnología incluyen, pero no se limitan a, cloruro de sodio (NaCI), cloruro de potasio (KCl), cloruro de amonio (NH CI), cloruro de calcio (CaCI2), bromuro de sodio (NaBr), bromuro de calcio (CaBr2), y bromuro de zinc (ZnBr2), formiato de potasio (KHCOO), cloruro de cesio (CsCI), bromuro de cesio (CsBr), o sus combinaciones. Ejemplos de otros aditivos pueden incluir ácidos orgánicos (por ejemplo, ácido carboxilico o sulfónico), diácidos, poliácidos, y sales de estos ácidos. Moléculas orgánicas que portan carga(s) negativa(s), usualmente se derivan de ácidos orgánicos se pueden usar para proveer contra-iones orgánicos. Por ejemplo, sales ortoftalato se pueden preparar al mezclar anhídrido o-ftlálico en agua con bases, tales como hidróxidos de metales alcalinos (NaOH o KOH) o aminas terciarias (por ejemplo, trietilamina). Los ácidos orgánicos o sus sales, también pueden estar presentes como grupos colgantes o cadenas de polímeros. Dichos polímeros son preferidos aquí como polímeros poli-aniónicos. Hidrótropos también son útiles en ciertas circunstancias. Ejemplos de hidrótropos adecuados incluyen sulfonato de sodio xileno (SXS), sulfonato de sodio eumeno (SCS), y sulfonato de amonio xileno (AXS). Agentes tensioactivos aniónicos también pueden proveer propiedades deseables junto con ciertos quats policatiónicos de la presente tecnología usados como ingredientes activos. En algunas modalidades preferidas de la presente tecnología para uso como fluidos de tratamiento de la perforación de pozo viscoelásticos en campos aceitosos, dichos fluidos contienen composiciones viscoelásticas como se describe anteriormente, tales como composiciones de agua y por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico de la presente tecnología para controlar la viscoelasticidad de la composición. En algunas modalidades, los fluidos de tratamiento de la perforación del pozo de la presente tecnología además comprenden una consolidación. Consolidaciones adecuadas para uso con la presente tecnología pueden ser, pero sin limitarse a, pequeñas partículas de arena, cerámicas, u otros materiales manejables. Quats policatiónicos de la presente tecnología tienden a tener viscosidades más altas a temperaturas más altas como las comparadas con NPG convencionales. En una o más de las modalidades preferidas, los quats policatiónicos de la presente tecnología proveen viscoelasticidad tal que las composiciones viscoelásticas de la presente tecnología mantienen viscoelasticidad a una temperatura de por lo menos aproximadamente 80°C, o más de aproximadamente 80°C, tal como a temperaturas de aproximadamente 85°C, 90°C, 95°C o más altas. Más preferiblemente, la viscoelasticidad de soluciones viscoelásticas de la presente tecnología se pueden mantener a una temperatura de al menos aproximadamente 100°C, o más de aproximadamente 100°C. Más preferiblemente, la viscoelasticidad de soluciones viscoelásticas de la presente tecnología se puede mantener a una temperatura de por lo menos aproximadamente 110°C, o más de aproximadamente 110°C.

Compuestos de amonio bis-cuaternapos aleatorios Moléculas del compuesto de amonio bis-cuaternapo ("bis-quat") que tienen dos átomos de amonio cuaternario y dos o más hidrófobos son comúnmente llamados compuestos cuaternarios "gemelos", y se pueden referir como GQ en lo sucesivo De acuerdo con algunas modalidades, la tecnología descrita presentemente provee composiciones viscoelásticas que contienen por lo menos un GQ resultante de reacciones de sustitución aleatorio Dicha composición viscoelástica se puede llamar una composición GQ "aleatoria" En el procedimiento de sustitución, los átomos de nitrógeno de amina son cuatermzados y llegan a ser catiónicos La siguiente fórmula ilustra una estructura general de una molécula bis-quat usada en las composiciones bis-quat aleatorias de está modalidad R, R4 En algunas modalidades de las moléculas bis-quat de la presente tecnología que tienen está estructura general, R2, R3, R4 y R5 pueden ser miembros independientemente seleccionados de (a) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; o (b) grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono. Alternativamente, R2 y R3 pueden ser miembros de un anillo heterocíclico, preferiblemente un anillo heterocíclico que contiene 5 o 6 átomos de carbono. En dichas modalidades, R4 y R5 pueden ser miembros de un anillo heterocíclico diferente, o se pueden seleccionar independientemente del grupo (a) como se define anteriormente un grupo (b) como se define anteriormente. Cuando R4 y R5 son miembros de un anillo heterocíclico diferente, este anillo preferiblemente contiene 5 o 6 átomos de carbono. De manera adicional, en algunas modalidades de dichas moléculas bis-quat de la presente tecnología, Ri y R6 pueden ser miembros independientemente seleccionados del grupo (a) como se define anteriormente, grupo (b) como se define anteriormente, o (c) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono. En algunas de dichas modalidades, los grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos de grupo (c) pueden comprender carboxamidas, carboximidas, policarboxamidas, policarboximidas, carboxamidinas, carboximidinas, esteres carboxilicos, esteres policarboxílicos, ácidos carboxílicos, ácidos policarboxílicos, carboxilatos, policarboxilatos, o sus combinaciones. En algunas modalidades preferidas particularmente, por lo menos uno de R-i o R6 es un miembro del grupo (c) y en algunas de dichas modalidades, pueden además comprender un anillo ciclo hidrocarbilo o un anillo heterocíclico. En algunas modalidades, R-\ y R6 ambos se eligen del grupo (c), mientras en otros, solamente R^ o R6 se eligen del grupo (c). En por lo menos una modalidad, R1 se selecciona del grupo (c) y R6 se selecciona del grupo (a) o grupo (b). En por lo menos una modalidad, cada uno de R , R5 y R6 es un grupo hidrocarbilo que tiene de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono o un grupo hidrocarbilo sustituido que tiene de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono. En algunas modalidades preferidas, por lo menos uno de Ri o R6 se deriva de un ácido carboxílico que tiene de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono, y más preferiblemente de, aproximadamente 16 a aproximadamente 22 átomos de carbono. En algunas modalidades particularmente preferidas, el ácido carboxílico se deriva de un aceite animal o vegetal. Cuando por lo menos uno de Ri, R2 o R3 y por lo menos uno de R4, R5 o RQ son hidrófobos, el bis-quat es un quat gemelo (CQ). Los grupos hidrocarbilo de grupos (a), (b) y (c) se pueden arreglar en cualquier combinación racional químicamente, incluyendo alifática, aromática, acíclica o cíclica. En modalidades de la presente tecnología donde cualquiera de R1 a Re se seleccionan del grupo (b), los grupos hidrocarbilo sustituidos del grupo (b) pueden tener uno o más sustituyentes seleccionados de hidroxilo (-OH), alcoxi, ariloxi, éster de carbonato, carbamato, sulfonato, fosfinato, fosfito, fosfato, fosfonato, o sus combinaciones. En algunas de dichas modalidades, los sustituyentes alcoxi o ariloxi tienen la fórmula general -OR, donde R es un grupo hidrocarbilo que tiene de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono. En la producción real, aminas de las cuales los sitios de amonio cuaternario se pueden formar algunas veces son mezclas en donde los sustituyentes R en cada molécula de amina pueden ser similares pero no idénticos. Por ejemplo, aminas derivadas de ácidos grasos de aceite vegetal son normalmente mezclas. Cada uno de los sustituyentes R en las aminas en estas mezclas se conforman para las descripciones anteriores de R Rd Estas mezclas de amina pueden ser muy complejas. El número teórico de combinaciones posibles de pares de amina crece tan rápidamente como el número de clases de aminas excede aproximadamente tres, y llega a ser muy grande como el número de clases de diferentes aminas excede aproximadamente cinco. La función de distribución de producto actual para las combinaciones posibles es una mezcla estadística la cual refleja las poblaciones de varios componentes amina, pero también refleja las reactividades relativas de diferentes componentes. En por lo menos una composición CQ aleatoria de la tecnología descrita actualmente, cada molécula GQ se forma mediante un par de moléculas de amina, de la misma clase o diferente, se establece de manera aleatoria. Mientras no sea estrictamente exacta, dicha composición es llamada "aleatoria" para los propósitos de esta descripción.

En la fórmula proporcionada anteriormente para una estructura general de una molécula bis-quat de la presente tecnología, R7 puede ser un miembro seleccionado de: grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono, o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono. Por ejemplo, en algunas modalidades de la presente tecnología, R7 comprende grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 3 a aproximadamente 8 átomos de carbono o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 3 a aproximadamente 8 átomos de carbono. En modalidades preferidas de este tipo, R7 tiene configuración lineal. Como otro ejemplo, en algunas modalidades de la presente tecnología, R7 comprende grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 9 a aproximadamente 21 átomos de carbono o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 9 a aproximadamente 21 átomos de carbono. En modalidades preferidas de este tipo, R tiene una configuración que comprende una estructura de anillo. En modalidades de la presente tecnología donde cualquiera de R es un grupo hidrocarbilo sustituido, el grupo hidrocarbilo puede tener uno o más sustituyentes seleccionados de hidroxilo, alcoxi, ariloxi, carbonato de éster, carbamato, ácido sulfónico, sulfonato, ácido fosfinico, fosfinato, ácido fosforoso, fosfito, ácido fosfórico, fosfato, fosfonato o sus combinaciones. En algunas modalidades, los sustituyentes alcoxi o ariloxi tienen la fórmula general -OR, donde R es un grupo hidrocarbilo que tiene de aproximadamente 1 o aproximadamente 4 átomos de carbono. Existen varias características que se pueden preferir para R7 como se usan en la presente tecnología. Por ejemplo, en por lo menos algunas modalidades preferidas particularmente, R7 es hidrofílico. Como otro ejemplo, en por lo menos algunas modalidades, R7 es un grupo hidrocarbilo sustituido que no es hidroxialquileno. En varias modalidades de la presente tecnología, R7 se puede derivar de varias fuentes. Por ejemplo R7 se puede derivar de un éster del ácido di-sulfónico de un diol primario, un dio secundario, su derivado, o su combinación. Como otro ejemplo, R se puede derivar de una epihaiohidrina. Además, R7 se puede derivar de un bis-glicidil éter. En por lo menos algunas modalidades, R7 se puede derivar de un hidrocarburo de di-haloalquilo que contiene de aproximadamente 2 a aproximadamente 12 átomos de carbono en los cuales los dos átomos de halógeno se unen a diferentes átomos de carbono saturados primarios o secundarios. En algunas modalidades, el hidrocarburo di-haloalquilo se puede sustituir con uno o más sustituyentes hidroxi, alcoxi o ariloxi adicionales, y preferiblemente los sustituyentes adicionales no se unen a uno de los átomos de carbono que portan halógeno. En alguna modalidades preferidas, hidrocarburo di-haloalquilo se selecciona de: dicloroetano, 1 ,3-dicloro-2-propanol, 1 ,4-dibromobutano, di-(clorometil)bencenos o sus derivados. Los grupos aniónicos A-\ y A2 en la fórmula anterior se seleccionan independientemente y pueden ser: 1) iones inorgánicos cargados negativamente; 2) moléculas orgánicas con grupo(s) funcional(es) cargado(s) negativamente, que pueden ser, pero no limitarse a, carboxilato, sulfonato o fosfato; o 3) grupo(s) funcional(es) cargado(s) negativamente los cuales son parte de R1 ? R2, R3, R4, R5, RT O R7, que pueden ser, pero no limitarse a, carboxilato, sulfonato o fosfato. De acuerdo con por lo menos algunas modalidades de la tecnología descrita presentemente, por lo menos una porción de los hidrófobos en la molécula GQ, preferiblemente por lo menos una porción de los hidrófobos en Ri-Re de la fórmula anterior se deriva de un ácido carboxílico. En por lo menos una modalidad preferida, por lo menos uno de R o Re se deriva de un ácido carboxílico. Ácidos carboxílicos adecuados para uso con la presente tecnología preferiblemente tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono, y más preferiblemente tienen de aproximadamente 16 a aproximadamente 22 átomos de carbono. En por lo menos una modalidad preferida, el ácido carboxílico se deriva de un ácido graso, tal como un aceite animal o vegetal. Ácidos carboxilicos derivados de ácidos grasos usualmente contienen de aproximadamente 8 a aproximadamente 24 átomos de carbono. Ácidos carboxílicos (y sus derivados, incluyendo pero sin limitarse a esteres, carboxamidas, carboxamidinas, anhídridos, cloruros y nitritos de acilo) también se pueden derivar de otras fuentes. Ácidos carboxilicos de otras fuentes ofrecen una variedad más amplia de estructuras que aquellas encontradas en ácidos grasos comunes (frecuentemente cadenas lineares), tales como compuestos cíclicos, aromáticos, y polifuncionales. Ácidos carboxílicos derivados de ácidos no grasos se pueden usar con la presente tecnología cuando sus aspectos estructurales imparten propiedades útiles para las composiciones viscoelásticas. Preferiblemente, por lo menos un hidrófobo se enlaza covalentemente a un sustituyente en el átomo de nitrógeno catiónico a través de un grupo funcional éster, carboxamida o carboxamidina. Hidrófobos también se pueden unir a los fragmentos enlazadores de las moléculas GQ a través de grupos funcionales éster, carboxamida o carboxamidina. No siendo ligado con cualquier teoría, se cree que los agentes tensioactivos en los cuales los hidrófobos están unidos a través de estos grupos funcionales son biodegradables más fácilmente que aquellos en los cuales los hidrófobos se unen como grupos funcionales de hidrocarbilo. Un método accesible fácilmente para la preparación de GQ es por reacciones de sustitución entre m moles de un sustrato y 2m moles de una amina terciaria (que tiene una funcionalidad teórica de 1 ), donde "m" es un número usado aquí para ilustrar la relación de moles de sustrato a moles de amina terciaria, y donde el sustrato tiene 2m equivalentes de grupos funcionales (grupos salientes) que pueden llegar a ser nucleófugos en reacciones de sustitución. La funcionalidad teórica neta del producto es cero, ya que 2m moles de aminas terciarias en los 2m equivalentes de sitios con grupos salientes La formación de un cuarto enlace para el nitrógeno de amina cuaterniza la amina terciana, y así genera un sitio catiónico Cualquier molécula que tiene dos grupos salientes adecuados pueden servir como un sustrato para formar el fragmento enlazador en una molécula GQ Los sustratos preferidos son aquellos en los cuales el enlazador derivado de el sustrato separa los dos átomos de nitrógeno catiónicos por aproximadamente 2 a aproximadamente 12 átomos Sustratos adecuados pueden contener otros grupos funcionales, tales como grupos hidroxilo, mientras no bloqueen la reacción entre la amina y el sustrato Grupos funcionales también pueden llegar a estar unidos a un fragmento enlazador mediante reacciones químicas adicionales consecutivas a las reacciones de cuaternización La figura 2 ilustra dicho método En la figura 2, la molécula de sustrato tiene dos grupos salientes, X y Y, y con la condición de que dos sitios pueden reaccionar con dos moléculas aminas Como nucleófugos en la reacción de sustitución, uno o ambos de X y Y pueden llegar a ser Anion-i (A^ o An?ón2 (A2) para la molécula GQ resultante, pero no necesariamente X y Y pueden reaccionar adicionalmente después de las reacciones de sustitución inicial Por ejemplo, un nucleófugo de alcóxido se puede convertir en un anión de carboxilato mediante la reacción con un anhídrido ácido La figura 2 también muestra que GQ resultante se puede modificar a través de una reacción posterior con [Z], que contiene un grupo funcional Z que se puede unir a GQ, para hacer el GQ modificado Ejemplos de sustratos accesibles fácilmente que pueden formar los fragmentos enlazadores a través de reacciones de sustitución incluyen, pero no se limitan a: • hidrocarburos de di-haloalquilo (cíclicos o acíclicos, alifáticos o aromáticos) que contienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 18 átomos de carbono en los cuales los dos átomos halógenos están unidos a diferentes átomos de carbono saturados primarios o secundarios; • hidrocarburos de di-haloalquilo sustituidos (cíclicos o acíclicos, alifáticos o aromáticos) que contienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 18 átomos de carbono en los cuales los dos átomos de halógeno están unidos a diferentes átomos de carbono saturados primarios o secundarios, y en los cuales el hidrocarburo se sustituye adicionalmente con hidroxilo (-OH); o, alcoxi y ariloxi (-OR, donde R es un grupo hidrocarbilo que tiene de aproximadamente 1 a aproximadamente 24 átomos de carbono), de manera que los sustituyentes adicionales no están unidos a uno de los átomos de carbono que porta halógeno; • esteres del ácido di-sulfónico de dioles primarios, dioles secundarios o sus combinaciones; • epihalodrinas, o • bis-glicidil éteres. Los solventes no son necesariamente para preparar composiciones GQ aleatorias de tecnología descrita presentemente. Sin embargo, composiciones GQ aleatorias preferiblemente se preparan en solventes para ayudar en el procesamiento y manejo. Ejemplos de solventes que se pueden usar en al presente tecnología incluyen, por ejemplo, metanol, etanol, 2-propanol, 1 -propanol, 2-butanona, acetona, glicol éteres y agua. En general, solventes orgánicos con por lo menos solubilidad en agua parcial son adecuados como para no interferir con las reacciones químicas involucradas en hacer los bis-quats o GQ. Muchos de los bi-quats molifican cuando se enfrían alrededor de la temperatura ambiente, entonces los solventes son usualmente preferidos para facilitar su manejo. Generalmente, cuando se hacen GQ aleatorios, la amina (preferiblemente una amidoamina terciaria) o mezcla de amina se puede disolver en una solvente compatible con agua. El agua se puede usar como un co- solvente a niveles de aproximadamente 1 % a aproximadamente 99% en peso de la composición de solvente. Entonces, si se usa un sustrato de epihaiohidrina, el ácido se puede añadir lentamente a la solución en cantidad suficiente para reaccionar con la mitad de equivalentes de la amina terciaria. Una vez que la neutralización parcial de la amina se completa, el sustrato (por ejemplo, epiclorohidrina) se puede añadit a la solución lentamente, usualmente alrededor de un periodo de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 2 horas. La temperatura durante la adición del sustrato es preferiblemente de aproximadamente 25°C a aproximadamente 100°C, y más preferiblemente de aproximadamente 40°C a aproximadamente 70°C. La carga total del sustrato es preferiblemente de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 0.6 moles por mol de amina terciana Preferiblemente, un exceso ligero del sustrato, por ejemplo aproximadamente 0 52 moles por mol de amina terciana, se usa para lograr la cuaternización suficiente tal que niveles bajos de amina libre y sal de amina se presentan en el producto final Después de que la carga del sustrato se completa, el procedimiento se continúa hasta que la reacción del sustrato se completa El grado de reacción de terminación se puede determinar por métodos de valoración, por ejemplo mediante valoración de amina libre residual y niveles de sal de amina, y mediante valoración por contenido de haluro por métodos de nitrato de plata Si es necesario, el sustrato adicional se carga para reducir niveles de amina libre y sal de amina a niveles bajos aceptablemente Niveles bajos aceptablemente son preferiblemente tal que en por lo menos aproximadamente 90% de los equivalentes de amina terciana inicial total cargados se convierten a compuestos de amonio cuaternarios (aproximadamente 90% de conversión molar) Una vez que la reacción se completa, las propiedades tales como concentración de activos y pH se ajustan (si se desea) a través de la adición de solventes adicionales (para activos) y ácidos o bases (para ajuste de pH) Algunos bis-quats de la presente tecnología se pueden usar como los ingredientes activos en composiciones de gelificadas Además de las composiciones gelificadas sólidas no diluidas en agua frecuentemente causan que los sólidos lleguen a ser recubiertos con gel, y la disolución llega a ser difícil y puede requerir calentamiento adicional, mezclado y tiempo La formulación de los bis-quats o GQ de la presente tecnología con solventes orgánicos, o mezclas de solventes orgánicos y agua se prefiere, debido a que provee composiciones líquidas que se disuelven eficientemente cuando se añaden a una solución a ser gelificada o espesada. En ejemplos donde se desean solventes orgánicos mínimos, tales como gelantes sólido altamente activos, técnicas de disolución mecánica, tales como mezclas de alta agitación, se pueden usar para preparar soluciones gelantes. Los siguientes esquemas de reacción específicos además demuestran métodos para la preparación de compuestos bis-cuaternarios aleatorios de la presente tecnología.

Esquema de reacción 1 En este esquema, el enlazador se deriva de 1 ,2-dicloroetano. La amina terciaria es la estearamidopropildimetilamina (SAPDMA) derivada de ácido esteárico y 3-dimetilaminopropil-1 -amina. Los átomos de cloro son nucleófugos, que llegan a ser contra-iones negativos (cloruro) que mantienen una carga eléctrica neta de cero (balance de carga). El producto es un quat gemelo de estearamidopropilo gemelo.

Una práctica común en la literatura con respecto a los agentes tensioactivos gemelos es usar una notación condensada para describir el hidrófobo y el enlazador (también referido como "espaciador"). En general, la notación usada es m-n-m, donde m es la longitud de la cadena de carbono hidrófoba en la alquilamina, y n es el número de átomos de carbono en el enlazador. Las modificaciones para está notación se usan en está descripción para describir quats policatiónicos. Se requiere alguna designación para observar que los hidrófobos en los bis-quats en el esquema 1 no son de alquilaminas, más bien son de amidopropildimetilaminas (APDMA). La notación usada posteriormente para este tipo de GQ es 18APDMA-1- 18APDMA. Este ejemplo de notación especifica que ambos hidrófobos tienen 18 átomos de carbono que son parte de una amidopropildimetilaminas, y este enlazador es una cadena de 2 átomos de carbono (etileno).

Esquema de reacción 2 En este esquema, se usa epiclorohidrina para formar el enlazador. Un mol de ácido, el ácido clorhídrico reacciona con un mol de amina terciaria. La epiclorohidrina reacciona con la sal de clorhidrato de amina (a través del grupo funcional de oxirano) y la amina terciaria libre (a través del grupo clorometilo) para formar el GQ. El GQ en este caso se puede representar mediante la notación de 18APDMA-3(OH)18APDMA. El enlazador en este caso tiene 3 átomos de carbono, pero también incluye un grupo hidroxilo, que se indica por (OH). Como en el esquema 1 , los contraiones negativos son cloruro.

ESQUEMA 2 Esquema de reacción 3 Igual que en el esquema de reacción 2, este esquema usa dos moles de amia terciaria con un mol de un ácido, y el enlazador se deriva de epiclorohidrina. Sin embargo, en este esquema de reacción, el ácido es ácido para-toluenosulfónico (PTSA). El resultado de este aspecto de esquema de reacción 3 es que la mitad de contra-iones negativos para este GQ son el anión toluenosulfonato, mientras la otra mitad que requiere alcanzar el balance de carga es cloruro. Contra-iones de sulfonato orgánico, especialmente iones aromáticos, son deseables en algunos casos debido a que imparten propiedades útiles para las composiciones de la presente tecnología, por ejemplo, promueven formación de vesículas.

ESQUEMA 3 La anotación para este GQ también difiere en que en el esquema de reacción 2, debido a que el hidrófobo es oleilo en este caso en lugar de estearilo (C?7H33 en lugar de C?7H35). La presencia de enlaces dobles en ácido grasos y sus derivados comúnmente se nota por el número de átomos de carbono en el ácido graso seguido por un colon seguido por el número de enlaces dobles en la molécula. De está manera el ácido se puede hacer notar por 18:1. Aplicando está anotación a la anotación GQ descrita inicialmente, el GQ del esquema 3 llega a ser 18:1APDMA-3(OH)-18:1APDMA. Los contraiones en GQ no se especifican en la anotación acortada.

Esquema de reacción 4 Este esquema de reacción usa un compuesto diglicidilo para formar el enlazador.

ESQUEMA 4 En este esquema, el compuesto diglicidilo es resorcitol diglicidil éter (RDGE). Para las reacciones de aminas con enlazadores de diglicidilo, las aminas primero se neutralizan completamente con un ácido (usualmente clorhídrico, PTSA o ácido xileno sulfónico). La sal amina entonces reacciona con las funcionalidades oxirano del compuesto diglicidilo para formar el GQ.

Cuando se usa la anotación acortada para GQ de compuestos diglicidilo, una abreviación para el compuesto diglicidilo se usa, es decir, 18APDMA-RDGE- 18APDMA para este GQ (sin indicación se usa para los dos hidroxilos en este caso). Se hace notar que este esquema puede ser útil para producir compuestos libres de sales haluro para el uso de ácido sulfónico para neutralizar las aminas. Otros diglicidil éteres (DGE), tales como trietilenglicol DGE, butanodiol DGE y bisfenol DGE también se pueden usar.

Esquema de reacción 5 ESQUEMA 5 a+b+c = 1 mol 0 El esquema de reacción 5 usa una mezcla de diferentes amidoaminas para hacer una mezcla aleatoria de GQ. En este caso, dos diferentes clases de amidoaminas (estearilo = 18 y oleilo = 18:1 ) se usan en cantidades equimolares. Cuando una mezcla de aminas se usa, la composición del producto es una mezcla estadística determinada por reactividades relativas y concentraciones de diferentes aminas. Cualquier número de amidoaminas diferentes se puede usar, tan grande como los moles totales de amina terciaria son suficientes para reaccionar con 1 mol del sustrato (epiclorohidrina en este esquema). La mezcla de producto de este ejemplo contiene 18APDMA-3(OH)-18APDMA, 18:1APDMA-3(OH)-18APDMA, y 18:1APDMA-3(OH)-18:1APDMA.

Esquema de reacción 6 En este esquema, una amidoamina (estearamidopropildimetilamina) se usa con una bis-hidroxietil-alquilamina para hacer una composición GQ con 1 ,3-dicloro-2-propanol como el sustrato para proveer el enlazador en GQ. Como se discute anteriormente, cuando una mezcla de aminas se usa, la composición de producto es una mezcla estadística determinada por unas reactividades relativas y concentraciones de las aminas diferentes, las cuales se llaman composición GQ aleatoria en la presente tecnología. Cualquier número de amidoaminas y alquilamidas diferentes se puede usar, tan grande como los moles totales de amina terciaria son suficientes para reaccionar con 1 mol del enlazador. El enlazador en este caso (2-hidroxipropil) es el mismo como el que se deriva usando epiclorohidrina como un sustrato. Para anotaciones acortadas, el grupo hidroxietilo se abrevia por HE con un subscripto 2 debido a que existen dos de estos. La mezcla consiste de 18APDMA-3(OH)-18HE2, 18HE2-3(OH)-18-HE2 y 18APDMA-3(OH)-18APDMA. ESQUEMA 6 a+b+c = 1 mol Esquema de reacción 7 Este esquema de reacción muestra un método de preparación de una composición GQ aleatoria de una amidoamina (estearamidopropildimetilamina) y una amina de éster, usando epiclorohidrina como el sustrato. Anotaciones acortadas para aminas de éster es EA, con una suscripción para indicar el número de sustituyentes hidrófobos en el nitrógeno que tienen enlaces éster. Así, IdEA SÍOH^I dEA! es el tercero GQ mostrado en el esquema de reacción 7 en el cual ambos nitrógenos cuaternarios tienen sustituyentes hidrófobos con enlaces de éster.

ESQUEMA 7 Esquema de reacción 8 Como se muestra en el esquema de reacción 8, una composición GQ se prepara a partir del sustrato 1 ,2-dicloroetano y una carboxamidina, 1 -hidroxietil-2-heptadecenilo-2-imidazolina.

ESQUEMA 8 Esquema de reacción 9 En este esquema, un derivado de ácido carboxílico no graso se usa para preparar una composición GQ. Como en el esquema de reacción 2, dos moles de un derivado de ácido graso amidopropildimetilaminas se proveen como las aminas terciarias y el enlazador se deriva de epiclorohidrina. Sin embargo, este bis-quat no se prepara usando HCl, pero en su lugar usando un derivado de ácido dicarboxílico, anhidrido ort-ftálico. Los nucleófugos de la epiclorohidrina en este caso se pueden considerar formalmente por ser un equivalente de cloruro y un equivalente de anión alcóxido (derivado del anillo abierto del oxirano). El anión de alcóxido se "atrapa" por la reacción posterior con anhídrido orto-oftálico para formar el éster medio de ftalato. El anión carboxilato también formado durante este procedimiento provee un equivalente de contraion cargado negativamente a los nitrógenos catiónicos. El equivalente adicional del contraion viene del equivalente de cloruro. Compuestos tales como estos, en los cuales por lo menos una porción de contraion también se une covalentemente a la molécula catiónica, proveen ciertos efectos de desempeño deseados en sus composiciones, tales como solubilidad en agua incrementada, o propiedades viscoelásticas mejorada, gelantes, espesamiento o reducción de arrastre.

ESQUEMA 9 Bis-quats definidos disimétricamente o estructuralmente De acuerdo con por lo menos alguna de las modalidades, la tecnología descrita presentemente provee bis-quats definidos estructuralmente, que pueden ser, por ejemplo, GQ disimétricos o bis-quats no gemelos disimétricos. Como se usa aquí, una composición bis-quat se describe como "definida estructuralmente" si la distribución de los componentes simétricos en la composición policatiónica es diferente de la distribución que se obtiene de otra manera por el procedimiento aleatorio como se describe anteriormente. Como se usa aquí, "distribución de componentes simétricos" significa los pares entre NR1R2R3 y NR4R5R6. Bis-quats definidos estructuralmente de la presente tecnología se pueden formar a través del llamado procedimiento en etapas. Puntos importantes del procedimiento en etapas incluyen por lo menos dos diferentes clases de aminas de funcionalidad teórica 1 que se usan para proveer dos equivalentes de aminas que pueden reaccionar con un mol de un sustrato de funcionalidad teórica 2, y también las reacciones químicas que forman los bis-quats que se conducen en dicha manera que la disimetría o una grado sustancial de la definición estructural en las moléculas del producto se establece. La figura 3 ilustra esquemáticamente tal arreglo disimétrico. Cada uno de los fragmentos catiónicos que se muestran en la figura 3 se pueden derivar de una mezcla de diferentes aminas. Por lo tanto dos mezclas de diferentes aminas se pueden usar para cada uno de fragmentos catiónicos. De acuerdo con por lo menos una modalidad de la presente tecnología, las composiciones de las dos mezclas deben ser diferentes (diferentes en composición química, en concentraciones de componentes similares, o ambos). Cuando las mezclas de aminas se derivan de los aceites de origen natural (vegetal o animal), después muchos de los componentes de ácido graso son idénticos (aunque se pueden presentar en diferentes cantidades). Si dos de las mezclas aminas usadas por fragmentos catiónicos 1 y 2 de la figura 3 difieren solamente en la fuente de sus hidrófobos derivados de ácido graso, entonces es probable que un procedimiento en etapas para la preparación de quats policatiónicos producirá algunos componentes policatiónicos que no son disimétricos. Sin embargo, la distribución de diferentes ácidos grasos es relativamente única para cada fuente. Por ejemplo, ácidos grasos derivados de aceite de soya usualmente incluyen aproximadamente 7 diferentes ácidos grasos. Ácidos grasos de aceite de maíz usualmente incluyen aproximadamente 5 diferentes ácidos grasos, todos de los cuales se encuentran en ácidos grasos de soya, pero en diferentes proporciones. Por lo tanto, si el fragmento catiónico 1 es derivado de soya, mientras el fragmento catiónico 2 es derivado de maíz, entonces la composición bis-quats de los dos contendrá componentes simétricos. Sin embargo, las proporciones de ambos componentes bis-quat disimétricos y simétricos formados por el procedimiento en etapas son diferentes de las proporciones que se obtienen cuando el procedimiento en etapas de la tecnología descrita actualmente no se usa Cuando las aminas se mezclan antes de la cuatermzación, en un procedimiento como se describe anteriormente para la composición GQ aleatoria, resultará una mezcla estadística determinada por las reactividades relativas y concentraciones de las aminas diferentes Una persona de experiencia ordinaria en la técnica también entenderá que mientras una reacción puede ser selectiva sustancialmente por un cierto grupo saliente sobre otro, no es necesario para ser 100% selectiva para los propósitos de la presente tecnología Así, aún cuando las mezclas de amina usadas en el procedimiento en etapas no tienen componentes comunes, es posible que algunas cantidades de compuestos policatiómcos simétricos se formen Por lo tanto, para propósitos de la tecnología descrita presentemente, una composición bis-catiómca se describe como definida estructuralmente si la distribución de los componentes simétricos en la composición po catiónica es diferente de la distribución que puede de otra manera ser obtenida por un procedimiento aleatorio Preferiblemente, las dos mezclas de amina se seleccionan tal que tienen aspectos de distinción significantes, tal como aminas alcoxiladas con aminas sustituidas con dimetilo, o el acido graso derivado de hidrófobos tienen aspectos distinguidos tales como grados de saturación y cantidades de longitudes de cadena de carbono de aproximadamente 18 y más altas El procedimiento en etapas puede aumentar las cantidades de quats po catiónicos disimétricos sobre las que se pueden obtener por el procedimiento aleatorio como se describe anteriormente. De acuerdo con la tecnología descrita presentemente, la definición estructural de las composiciones policatiónicas es usualmente aparente a través de su efecto en propiedades físicas de las composiciones viscoelásticas tal como la tendencia para cristalizar, punto de fusión, solubilidad en agua y otros solventes, y en las propiedades reológicas imparten a sus soluciones. Algunas de todas las propiedades de una composición policatiónica definida estructuralmente normalmente son diferentes de una composición policatiónica definida no estructuralmente hecha de los mismos componentes por un procedimiento aleatorio. Similar al de la molécula bis-quat en una composición aleatoria, la estructura de moléculas bis-quat disimétricas en una o más composiciones bis-quat definidas estructuralmente de la tecnología descrita presentemente se pueden representar por la siguiente fórmula general.

R- FL R2 — N+ - R-, N+- R.< Ri Re Ai" A2" En algunas modalidades de moléculas bis-quat disimétrico de la presente tecnología que tienen esta estructura general R2, R3, R4 y R5 pueden ser miembros independientemente seleccionados de (a) grupos hidrocarbilo que tienen de 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono, o (b) grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono. De manera alternativa, R2 y R3 pueden ser miembros de un anillo heterocíclico, preferiblemente un anillo heterocíclico que contiene 5 o 6 átomos de carbono. En dichas modalidades, R y R5 pueden ser miembros de un anillo heterocíclico diferente, o se pueden seleccionar independientemente del grupo (a) como se define anteriormente o grupo (b) como se define anteriormente. Cuando R4 y R5 son miembros de un anillo heterocíclico diferente, el anillo preferiblemente contiene 5 o 6 átomos de carbono. De manera adicional, en algunas modalidades de dichas moléculas bis-quat disimétricas de la presente tecnología, Ri y RQ pueden ser miembros independientemente seleccionados del grupo (a) como se define anteriormente, grupo (b) como se define anteriormente, o (c) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono. En algunas de dichas modalidades, los grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos del grupo (c) pueden comprender carboxamidas, carboximidas, policarboxamidas, policarboximidas, carboxamidinas, carboximidinas, esteres carboxílicos, esteres policarboxílicos, ácidos carboxílicos, ácidos policarboxílicos, carboxilatos, policarboxilatos, o sus combinaciones. En algunas modalidades preferidas particularmente, por lo menos uno de Ri o RQ es un miembro del grupo (c) y en algunas de dichas modalidades, pueden comprender adicionalmente un anillo ciclo hidrocarbilo o un anillo heterocíclico. En algunas modalidades, R^ y R4 ambos se eligen del grupo (c), mientras en otros, solamente R-\ o Re se eligen del grupo (c). En por lo menos una modalidad, R-\ se selecciona del grupo (c) y R6 se selecciona del grupo (a) o grupo (b). En por lo menos una modalidad, cada uno de R , R5 y R6 es un grupo hidrocarbilo que tiene de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono. En algunas modalidades preferidas, por lo menos uno de Ri o R6 se deriva de un ácido carboxílico que tiene de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono, y más preferiblemente de aproximadamente 16 a aproximadamente 22 átomos de carbono. En algunas modalidades preferidas particularmente, el ácido carboxílico se deriva de un aceite animal o vegetal. Además, en modalidades de moléculas bis-quat disimétricas de la presente tecnología, por lo menos uno de R-i, R2 o R3 es diferente de cada uno de R , R5 y R6. Los grupos hidrocarbilo de grupos (a), (b) y (c) se pueden arreglar en cualquier combinación rotacional químicamente, incluyendo alifáticos, aromáticos, acíclicos o cíclicos. En modalidades de la presente tecnología donde cualquiera de Ri a Re se selecciona del grupo (b), los grupos hidrocarbilo sustituidos del grupo (b) pueden tener uno o más sustituyentes seleccionados de hidroxilo (- OH), alcoxi, aploxi, éster de carbonato, carbamato, sulfonato, fosfmato, fosfito, fosfato, fosfonato, o sus combinaciones En algunas de dichas modalidades, los sustituyentes alcoxi o aploxi tienen la fórmula general -OR, donde R es un grupo hidrocarbilo que tiene de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono En la fórmula proporcionada anteriormente para una estructura general de unas moléculas bis-quat disimétricas de la presente tecnología, R7 pueden ser un miembro seleccionado del grupo que consiste de grupos hidrocarbilo que tienen de 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono, y grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono Por ejemplo, en algunas modalidades de la presente tecnología, R7 comprende grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 3 a aproximadamente 8 átomos de carbono o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de 3 a aproximadamente 8 átomos de carbono En modalidades preferidas de este tipo, R7 tiene una configuración lineal Como otro ejemplo, en algunas modalidades de la presente tecnología, R7 comprende grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 9 a aproximadamente 21 átomos de carbono o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 9 a aproximadamente 21 átomos de carbono En modalidades preferidas de este tipo, R7 tiene una configuración que comprende una estructura de anillo En aún otra modalidad preferida, R7 comprende un anillo o anillos aromáticos sustituidos En modalidades de la presente tecnología donde cualquiera de R7 es un grupo hidrocarbilo sustituido, el grupo hidrocarbilo puede tener uno o más sustituyentes seleccionados de hidroxilo, alcoxi, aploxi, carbonato de éster, carbamato, ácido sulfónico, sulfonato, ácido fosfínico, fosfinato, ácido fosforoso, fosfito, ácido fosfórico, fosfato, fosfonato o sus combinaciones En algunas de dichas modalidades, los sustituyentes alcoxi o aploxi tienen la fórmula general -OR, donde R es un grupo hidrocarbilo que tiene de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono Existen vanas características que se pueden preferir para R7 como se usan en la presente tecnología Por ejemplo, en por lo menos algunas modalidades preferidas particulares, R7 es hidrofílico Como otro ejemplo, en algunas modalidades, R7 es un grupo aromático sustituido Como aún otro ejemplo, en por lo menos alguna de las modalidades, R7 es un grupo hidrocarbilo sustituido que no es un hidroxialquileno En diferentes modalidades de la presente tecnología, R7 se puede derivar de vanas fuentes Por ejemplo, en algunas modalidades preferidas, R7 se deriva de un sustrato incluyendo dos sitios reactivos con diferentes reactividades Como otro ejemplo, R7 se puede derivar de un éster del ácido di-sulfónico de un diol primario, o un diol secundario, o su derivado, o su combinación Como otro ejemplo, R7 se puede derivar de una epilahohidpna Además, R7 se puede derivar de un bis-glicidil éter En por lo menos algunas modalidades, R7 se puede derivar de un hidrocarburo di-haloalquilo que contiene de aproximadamente 2 a aproximadamente 12 átomos de carbono en los cuales los dos átomos de halógeno están unidos a diferentes átomos de carbono saturados primarios y secundarios, y en donde los dos átomos de halógeno tienen diferentes reactividades En algunas modalidades, los dos átomos de halógeno son diferentes En algunas modalidades, el hidrocarburo di-haloalquilo se puede sustituir con uno o más sustituyentes hidroxi, alcoxi o aploxi adicionales, y los sustituyentes adicionales no están unidos a uno de los átomos de carbono que portan halógeno Además, el hidrocarburo di-haloalquilo puede tener un grupo bromoalquilo primario y un grupo cloroalquilo secundario Los grupos aniones A-i y A2 en la fórmula anterior se seleccionan independientemente y pueden ser 1 ) iones inorgánicos cargados negativamente, 2) moléculas orgánicas con grupo(s) func?onal(es) cargado(s) negativamente, que pueden ser, pero no limitarse a, carboxilato sulfonato o fosfato, o 3) grupo(s) func?onal(es) cargado(s) negativamente que son parte de R^ R2, R3, R4, R5, RQ O R , los cuales pueden ser, pero no limitarse a, carboxilato, sulfonato o fosfato Cuando existen una o más cadenas de carbono hidrófobas unidas a cada átomo de nitrógeno cuaternario en la fórmula anterior, el bis-quat es un quat gemelo (GQ) Cuando existe solamente una cadena hidrófoba por dos átomos de nitrógeno cuaternario, el bis-quat es un bis-quat no gemelo Se ha encontrado sorpresivamente que bis-quats no gemelos de la presente tecnología que tienen uno hidrófobo en un átomo de nitrógeno cuaternario y no hidrófobo en el otro átomo de nitrógeno cuaternario exhiben algunas propiedades particularmente útiles y no esperadas. Por ejemplo, estos bis-quats tienen la capacidad de formar geles viscoelásticos alrededor de un intervalo amplio de concentraciones salinas (por ejemplo de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 75% en peso de sal). Las soluciones salinas (salmueras) con concentraciones salinas arriba de aproximadamente 20% en peso tienen densidades sustancialmente más altas que el agua, y se usan en fluidos de servicio de la perforación del pozo para las ventajas que la más alta densidad o concentraciones salinas confieren. Se enseñan algunas composiciones y técnicas de formulación para soluciones de salmuera libres de sólidos para el uso en fluidos de servicio de la perforación del pozo en fluidos de terminación y de trabajo, por Kenneth L. Bridges, SPE Monograph volumen 19 (Sociedad de Ingenieros Petroleros, Richardson, Texas, 2000), el contenido del cual se incorpora aquí para referencia. Dichas soluciones de salmuera se pueden formular a un intervalo de densidades, de aproximadamente 9.7 a aproximadamente 0.038 m3 por kg, para uso en fluidos de terminación acuosa donde su densidad más alta relativa al agua es ventajosa. Por ejemplo, en el procedimiento de terminación del pozo, una transición de un procedimiento de perforación o estimulación se hace como la perforación del pozo se prepara para producir hidrocarburos. El fluido de terminación sirve para controlar las presiones de formación, y también pueden proveer protección contra o remoción del daño de formación.

Ejemplos de soluciones de salmuera que pueden ser adecuados para el uso con la presente tecnología pueden contener un tipo de sal, o pueden contener combinaciones o mezclas de sales. Por ejemplo, algunas soluciones de salmuera contienen agua y hasta aproximadamente 25% o aproximadamente 26% en peso de cloruro de sodio, hasta aproximadamente 24% en peso de cloruro de potasio, hasta aproximadamente 47% en peso de bromuro de sodio, hasta aproximadamente 40% en peso de cloruro de calcio, o hasta aproximadamente 66% en peso de bromuro de calcio. Algunos otros ejemplos de soluciones de salmuera contienen combinaciones o mezclas de dos o más sales. Soluciones de salmuera que contienen bromuro de zinc, por ejemplo, preferiblemente también contienen por lo menos una o dos de otras sales, tales como bromuro de calcio y/o cloruro de calcio. Un ejemplo de salmuera que contiene bromuro de zinc para uso en un fluido de terminación es una composición que contiene aproximadamente 52.8% en peso de bromuro de zinc (ZnBr2), aproximadamente 22.8% de bromuro de calcio (CaBr2), y aproximadamente 24.4% de agua, con la solución resultante que tiene una densidad de aproximadamente 19.2 Ib por galón a aproximadamente 60°C. El espesamiento o gelación de soluciones de salmuera pueden impartir ventajas adicionales, tal como fugas de fluido reducidas en la formación y menos daño de formación. Modalidades particularmente preferidas de bis-quats no gemelos de la presente tecnología pueden espesar soluciones de salmuera y forman geles viscoelásticos en niveles de aproximadamente 3% en peso a aproximadamente 10% en peso de bis-quat en peso de la composición. En la presente tecnología, la definición estructural se puede establecer por un procedimiento en etapas, en el cual, en la primera etapa, un equivalente de una amina terciaria (o una mezcla de aminas terciarias) se hace reaccionar selectivamente en un sitio reactivo en el sustrato. Esto crea un compuesto de amonio cuaternario catiónico intermedio en el cual el átomo de nitrógeno cuaternario porta un sustituyente que tiene un nucleófugo, entonces una reacción de sustitución consecutiva después se puede efectuar con un segundo equivalente de una amina terciaria diferente (o una mezcla diferente de aminas terciarias). En la conclusión de la segunda etapa, la composición contiene bis-quats, los cuales son definidos estructuralmente en que, para por lo menos una preponderancia de las moléculas, cada molécula contiene un nitrógeno catiónico derivado de la primera etapa (primer equivalente de amina(s) terciaria(s) y un átomo de nitrógeno catiónico derivado de la segunda etapa (segundo equivalente de amina(s) terciaria(s)). Para efectuar este procedimiento en etapas, es necesario alcanzar selectividad sustancial entre las reacciones con los dos grupos salientes en el sustrato. El sustrato para proveer el fragmento enlazador del compuesto de amonio bis-cuaternario disimétrico de la presente tecnología se puede designar por la siguiente estructura: X ENLAZADOR Y X y Y representan átomos o grupos funcionales de átomos unidos a los átomos de carbono reactivos en el sustrato. Los átomos de carbono son reactivos en que X y Y son nucleófugos adecuados en reacciones de sustitución con aminas terciarias. Además, los sitios reactivos en el sustrato son reactivos a grados diferentes bajo condiciones adecuadas, después una reacción de sustitución puede suceder en un sitio mientras sale de otro sitio reactivo sustancialmente intacto. Por ejemplo, X y Y pueden ser pares diferentes de átomos de halógeno, especialmente cloro y bromo, o cloro y yodo. Grupos cloroalquilo son generalmente menos reactivos que los grupos bromoalquilo o yodoalquilo en reacciones de sustitución, cuando los grupos alquilo son los mismos. Para controlar cuidadosamente las condiciones de reacción para minimizar la reacción en el sitio reactivo que porta un átomo de bromo o yodo se puede efectuar en la primera etapa como se describe anteriormente. En la segunda etapa, la amina adicional se puede hacer reaccionar con el grupo cloroalquilo bajo condiciones suficientes para efectuar está reacción, generando así los bis-quats definidos estructuralmente. Otros factores que también aumentan la selectividad de reacción entre los sitios reactivos en el sustrato Por ejemplo, un carbono primario es generalmente más susceptible para las reacciones de sustitución que un átomo de carbono secundario debido a la hidrancia estépca Un sitio reactivo de bromoalquilo primario generalmente es más reactivo que un grupo bromoalquilo secundario, el cual generalmente es más reactivo que un grupo cloroalquilo secundario (el cual es menos reactivo que un grupo cloroalquilo primario) Así, un grupo bromoalquilo primario se puede hacer reaccionar con selectividad más grande en la presencia de un grupo cloroalquilo secundario más que primario Factores adicionales que afectan reactividades de sustratos en la reacción se sustitución se describen más a través del capitulo 10 de la edición cincuenta de March's Advanced Organic Chemistry, por Michael B Smith y Jerry March (2001 ), el cual se incorpora aquí para referencia Dentro de este capítulo, los grupos salientes son clasificados por su capacidad de llegar a ser un nucleófugo en reacciones de sustitución en átomos de carbono saturados Pares adecuados de X y Y se pueden seleccionar de aquellos clasificados tal que está unida la selectividad de reacción adecuada Para lograr los bis-quats disimétricos descritos aquí, es suficiente que los grupos X y Y se unen a los sitios reactivos que se pueden hacer reaccionar primero a una preponderancia en un sitio seguido por una segunda reacción en el resto de los sitios Una categoría de sustratos preferidos en este procedimiento son las epihalohidpnas En una epihalohidpna, X y Y son un grupo clorometilo y un grupo funcional oxirano Como se ilustra en la figura 4, la reacción selectiva sustancialmente con la funcionalidad oxirano se puede efectuar. En la figura 4, primero, un primer equivalente de amina(s) terciaria(s) se neutraliza con un ácido de modo que solo sales de amonio de hidrógeno terciaria están presentes. Estas sales de amonio entonces se hacen reaccionar con epihalohidrinas a través de la funcionalidad de oxirano. Debido a que, esencialmente, no está presente amina libre, poca o nada de reacción ocurre en el grupo funcional halometilo. Una vez que la reacción entre oxirano y sales de amonio se completa, el segundo equivalente de amina(s) terciaria(s) diferente se hace reaccionar con la composición resultante de la primera etapa. La amina libre reacciona con los grupos funcionales halometilo en está etapa, estableciendo así la definición estructural descrita inicialmente. En la figura 4, X puede ser un átomo de cloro, bromo o yodo. HA es un ácido de neutralización y A" es la base conjugada del ácido. Ejemplos no exhaustivos de ácidos adecuados incluyen haluros de hidrógeno o sus soluciones acuosas; ácidos oxo inorgánicos, tales como ácido nítrico; ácidos alquilsulfónicos, tal como ácido metanosulfónico y ácidos alfa olefina sulfónicos; ácidos alquilarilsulfónicos tal como ácido toluenosulfónico, ácido xilenosulfónico y ácido dodecilbencenosulfónico, y ácidos arilalquilsulfónico. Por ejemplo, a fin de hacer un bis-quat definido disimétricamente o estructuralmente usando una epihaiohidrina como el sustrato, la primera amina terciaria (o mezcla de amina), preferiblemente una amidoamina terciaria, primero se disuelve en un solvente compatible con agua. Se usa agua como un co-solvente en niveles de aproximadamente 1 % a aproximadamente 99% en peso de la composición de solvente. Después se puede añadir ácido lentamente a la solución en cantidad suficiente con todo de la primera amina terciaria. Una vez que la neutralización de la amina se completa, se puede añadir epihaiohidrina a la solución lentamente, usualmente de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 2 horas. La temperatura durante la adición de epihaiohidrina es preferiblemente de aproximadamente 25 a aproximadamente 100°C. La carga total de epihaiohidrina es preferiblemente de aproximadamente 1.0 a aproximadamente 1.2 moles por mol de la primera amina terciaria. Preferiblemente, un exceso ligero de epihaiohidrina, tal como aproximadamente 1.03 moles por mol de la primera amina terciaria, se usa para efectuar la cuaternización más completa para que de está manera los niveles bajos de amina libre y sal de amina estén presentes en el producto final. Después de que la carga de epihaiohidrina se completa, el procedimiento se puede continuar hasta que la reacción de la primera amina se completa. El grado de terminación de la reacción para la primera amina se puede determinar por métodos de valoración, por ejemplo mediante la valoración para niveles de sal de amina y amina libre residual. Si es necesario, la epihaiohidrina adicional se carga para reducir la amina libre y la sal de amina a niveles aceptables. Niveles aceptables para la primera etapa son preferiblemente tal que por lo menos aproximadamente 90% de los equivalentes de amina totales cargados se convierten a compuestos de amonio cuaternarios (aproximadamente 90% de conversión molar). Una vez que la reacción de la primera amina es suficiente, una segunda amina (preferiblemente diferente de la primera amina) se carga lentamente a la solución de la etapa 1 , preferiblemente alrededor de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 4 horas. La cantidad de la segunda amina cargada es aproximadamente un mol por mol de epihaiohidrina. La temperatura durante la adición de la segunda amina es preferiblemente de aproximadamente 25°C a aproximadamente 100°C. Nuevamente, el procedimiento se continua hasta el grado de reacción, como se determina mediante métodos de valoración, es aceptable. Si es necesario, la epihaiohidrina adicional se puede cargar para alcanzar un nivel aceptable de conversión de reactivo, tal como aproximadamente 90% de la conversión molar mínima para compuestos de amonio cuaternarios. Una vez que el grado de conversión es aceptable, las propiedades tales como concentración de activos y pH se pueden ajustar (si se desea) a través de la adición de solventes adicionales (para activos) y ácidos o bases (para ajuste de pH). Los siguientes esquemas de reacción proveen más ilustraciones específicas del procedimiento en etapas y las composiciones definidas estructuralmente de la tecnología descrita presentemente.

Esquema de reacción 10 El esquema de reacción 10 usa los mismos componentes en las mismas relaciones como aquellos en el esquema de reacción 5 descrito anteriormente. El esquema de reacción 5 diferente, que produce una mezcla estadística (es decir, una composición GQ aleatoria) determinada por las reactividades relativas y concentraciones de las diferentes aminas, el esquema de reacción 10 produce la composición GQ definida estructuralmente que contiene una cantidad mucho más alta de 18APDMA-3(OH)-18:1APDMA disimétrico, y mucho menos de 18:1APDMA-3(OH)-18:1APDMA y 18APDMA-3(OH)-18APDMA.

ESQUEMA 10 Dicha composición definida estructuralmente se prefiere frecuentemente, debido a que mientras el componente 18APDMA puede proveer viscoelasticidad superior y viscosidad más alta sobre 18APDMA, 18APDMA-3(OH)-18APDMA es un sólido a aproximadamente 42% en peso de ingredientes activos en una mezcla de agua y 2-propanol, y es más difícil de manejar para hacer soluciones de viscoelasticas o geles. Además, 18APDMA-3(OH)-18APDMA basado en soluciones viscoelásticas tiende a llegar a ser turbio u opaco alrededor de la temperatura ambiente, debido a la tendencia del hidrófobo C18 saturado para causar el bis-quat cristalice. De otra manera, 18:1APDMA-3(OH)-18:1APDMA es una pasta suave de aproximadamente 50% en peso de ingredientes activos en agua y 2-propanol, entonces es más fácil de manejar para hacer soluciones viscoelásticas o geles. 18:1APDMA-3(OH)-18:1APDMA puede proveer geles viscoelásticos claros a temperatura ambiente, pero no proveen viscosidades tal altas como el 18:1APDMA-3(OH)-181APDMA, especialmente a temperaturas más altas. El bis-quat 18:1APDMA-3(OH)-18:1APDMA disimétrico, de otra manera, es un líquido a temperatura ambiente en aproximadamente 50% en peso de solución de ingrediente activo con 2-propanol y agua. Además, sus soluciones viscoelásticas o geles son claras o ligeramente nebulosas a temperatura ambiente y tienen viscosidad más alta que los geles comparables hechos de 18: 1APDMA-3(OH)-18:1APDMA. Una persona con experiencia ordinaria en la técnica entenderá que derivados esteáricos (C18) y de oleilo (C18: 1) disponibles comercialmente usualmente contienen de aproximadamente 5% a aproximadamente 40% (en peso) de otros componentes de ácido graso (que no se representan en el esquema posterior). Si los otros componentes se toman en consideración, las composiciones se definen aún estructuralmente, con cantidades aumentadas de bis-quat 18:1APDMA-3(OH)-18:1APDMA disimétrico.

Esquema de reacción 11 Este esquema de reacción usa los mismos componentes como aquellos en el esquema de reacción 6 descrito anteriormente, el esquema 11 no proporciona la mezcla estadística de bis-quats aleatorios producidos en el esquema 6, pero proporciona un nivel aumentado de 18:1APDMA-3(OH)-18HE2 bis-catiónico, y menos de 18:1APDMA-3(OH)-18HE2 bis-catiónico simétrico y 18:1APDMA-3(OH)-18APDMA. Este esquema también ilustra el uso de ácido para-toluenosulfónico para la producción estructuralmente definida de compuestos bis-catiónicos ESQUEMA 11 De manera similar, el esquema de reacción 7 descrito anteriormente también se puede modificar a un procedimiento de dos etapas, que podrían producir una composición definida estructuralmente con 18EA-I-3(OH)-18APDMA Esquema de reacción 12 El esquema de reacción 12 ilustra el procedimiento para la preparación de una composición bis-quat definida estructuralmente a partir de derivados de alquilamina El derivado de amina cebosa (etoxilato) es una mezcla en la cual las cadenas de alquilo son aquellas que son de origen ceboso animal Por ejemplo, el cebo graso de bovino derivado de amina puede contener cadenas de C-u-C-is, que usualmente contiene combinaciones de 0 a 3 enlaces dobles La otra amina, epcul-dihidroetilamina, es usualmente derivada de aceite reposado altamente erúcico (C22 1 ) Solamente el componente disimétrico aumentado (14-18)HE2-3(OH)-(22 1)HE2, se representa en el esquema posterior ESQUEMA 12 Esquema de reacción 13 El esquema de reacción 13 como se muestra posteriormente ilustra un procedimiento útil particularmente y la composición para composiciones policatiónicas definidas estructuralmente. El primer equivalente de aminas es una mezcla de amidoaminas derivadas de aceite de semilla de naba altamente erúcico (HEAR), que tienen una concentración alta de longitud de cadena de hidrófobo C22:1 , pero también incluye cadenas Ci6-C2o con de 0 a 3 enlaces dobles. La segunda etapa usa una mezcla de amina derivada de aceite de semilla de soya (Soya), que incluye C12-18:i, donde i puede ser de 0 a 3. La composición definida estructuralmente resultante es particularmente deseable debido a que combina un componente de amidoamina HEAR que puede proporcionar propiedades reológicas excelentes para composiciones acuosas cuando se incorporan en un bis-quat, pero tiene un costo alto, con un componente de amidoamina de Soya que tiene un costo bajo y puede proporcionar desempeño moderado cuando se incorpora en bis-quat. En dicha manera, las propiedades del bis-quat definido estructuralmente es superior a una mezcla de dos bis-quats separados basados en amidoamina de HEAR o amidoamina de Soya solamente.

ESQUEMA 13 Compuestos policatiónicos modificados De acuerdo con otra modalidad, la presente tecnología provee composiciones policatiónicos modificados en los cuales las moléculas policatiónicas tienen grupos funcionales químicos adicionales, que, por ejemplo, pueden ser aniónicos en algunos grupos pH. Estas composiciones policatiónicas modificadas se pueden obtener por reacciones químicas consecutivamente realizadas en moléculas policatiónicas formadas fácilmente o usualmente con la formación de moléculas policatiónicas. Composiciones policatiónicas modificadas que tienen un grado sustancial de definición estructural, son especialmente deseadas en la presente tecnología. Por ejemplo, un grupo de compuestos policatiónicos modificados que provee propiedades útiles son carboxilatos policatiónicos ("PCC"). Un PCC se puede formar mediante la acilación de un compuesto policatiónico con un anhídrido de ácido dicarboxílico. El compuesto policatiónico debe tener un grupo funcional hidroxilo (o grupos), tal como el grupo hidroxilo formado a través de la cuaternización de aminas terciarias con una epihaiohidrina. El nuevo producto tiene componentes policatiónicos originales más un enlace de éster nuevo y un ácido carboxílico y grupo funcional de anión carboxilato. Ya que un anhídrido ácido reacciona con agua y otros materiales, aquellos deben ser sustancialmente removidos antes de la acilación de inicio del compuesto policatiónico. El grupo de ácido libre generado por la acilación es preferiblemente neutralizado, pero no necesariamente. PCC de la presente tecnología demuestra resultados inesperados y útiles, y pueden reducir grandemente o eliminar completamente el requerimiento para sales, agentes tensioactivos catiónicos, u otros aditivos. El uso de PCC en composiciones viscoelásticas de la presente tecnología puede ser particularmente deseable en aplicaciones cuando las sales no son disponibles, o cuando la contaminación de suelo posible con sales no es aceptable. En por lo menos una modalidad usando un PCC de la presente tecnología, una composición viscoelástica se provee que comprende agua y una cantidad efectiva de pos lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico para controlar la viscoelasticidad de la composición, en donde al menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico comprende un compuesto de amonio cuaternario policatiónico funcional de carboxilato. En por lo menos una modalidad preferida, el compuesto de amonio cuaternario policatiónico funcional de carboxilato se produce al convertir por lo menos un nucleófugo de alcóxido en un compuesto de amonio cuaternario a un grupo carboxilato con un anhídrido ácido. En por lo menos una modalidad, un carboxilato policatiónico de la presente tecnología tiene la siguiente fórmula general: R3 R4 I I R2 — N+ - R7 N+ — R5 i Re A A2- En la estructura general expuesta anteriormente, R7 es preferiblemente un anión carboxilato que contiene de aproximadamente 2 a aproximadamente 24 átomos de carbono. Ri hasta R6 se pueden seleccionar de acuerdo con las descripciones expuestas anteriormente por otros tipos de compuestos bis-cuaternarios gemelos de la presente tecnología. Por ejemplo, en por lo menos alguna de las modalidades, R2, R3, R4 y R5 se pueden seleccionar independientemente de: (a) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; o (b) grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono. De manera alternativa, R2 y R3 pueden ser miembros de un anillo heterocíclico, y R4 y R5 pueden ser miembros de un anillo heterocíclico diferente o se pueden seleccionar independientemente del grupo (a) como se define anteriormente o grupo (b) como se define anteriormente. En algunas modalidades, R-i y R6 pueden ser miembros independientemente seleccionados de grupo (a) como se define anteriormente; grupo (b) como se define anteriormente, o (c) grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos, en donde los grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono y comprenden carboxamidas, carboximidas, policarboxamidas, policarboximidas, carboxamidinas, carboximidinas, esteres carboxílicos, éster policarboxílico, ácidos carboxílicos, ácidos policarboxílicos, carboxilatos, o sus combinaciones. En algunas modalidades preferidas, por lo menos uno de RT o R6 es un miembro del grupo (c), y puede comprender adicionalmente un anillo ciclo hidrocarbilo o un anillo heterociclico. En carboxilatos policatiónicos de la presente tecnología, aniones Ap y A2~ se pueden seleccionar independientemente de: (i) iones inorgánicos cargados negativamente, (ii) moléculas orgánicas con uno o más grupos funcionales cargados negativamente; o (iii) grupos funcionales cargados negativamente que son parte de R2, R3, R4, R5 o R7. en algunas modalidades preferidas particularmente, Ap o A2" es un grupo funcional cargado negativamente que es parte de R7 La preparación de un PCC de la presente tecnología se puede iniciar con un precursor, tal como un po -quat catiónico definido estructuralmente o aleatorio preparado por los métodos descritos anteriormente Si un solvente de alcohol se ha usado en la preparación del precursor, el solvente de alcohol se debe remover mediante la destilación, la evaporación de película delgada, o cualquier otro de los métodos adecuados para la remoción de solvente volátiles Preferiblemente, el precursor se prepara en un solvente no alcohólico, tal como acetona o metil etil cetona ("MEK") El agua contenida en la solución de precursor se debe remover La remoción del agua ("secado") se puede efectuar mediante destilación azeotrópica del solvente de la solución de precursor Preferiblemente, la destilación se continua hasta que el contenido de agua es aproximadamente 0 5% o menos de la concentración del ingrediente activo (% en peso) El solvente seco se puede añadir para reemplazar el solvente y el agua se remueve durante el procedimiento de secado en una base de peso igual a fin de mantener la concentración del ingrediente activo El contenido de agua se puede determinar por valoración de Karl-Fisher Una vez que la solución del precursor se seca, un mol de anhídrido de ácido dicarboxíhco se puede cargar a la solución Si el PCC se provee como una amina terciaria, entonces la amina terciana se puede cargar en este punto, también Si el PCC se provee como una sal metálica, o una amina que puede reaccionar con la funcionalidad de anhídrido se usa, la neutralización del carboxilato se puede obtener después de que la etapa de acilación se completa en el la etapa de ajuste de pH. La mezcla se puede calentar de aproximadamente 30°C a aproximadamente 100°C para facilitar la disolución y reacción del anhídrido ácido La terminación de la reacción de acilación se puede determinar mediante valoración Como será bien entendida por aquella persona con experiencia en la técnica, la valoración específica requerida depende de la forma del carboxilato, que puede ser forma acida o salina Una vez que la acilación se completa (preferiblemente aproximadamente 90%, de conversión molar al éster), propiedades tales como concentración de activos y pH se pueden ajustar (si se desea) a través de la adición de solventes (para activos) y ácidos o bases (para ajuste de pH) El esquema de reacción 9 anterior muestra un PCC ejemplar que se obtiene usualmente con la formación de la molécula pohcatiónica Un método alternativo de preparación de este PCC es preparar el GQ como en el esquema de reacción 2, y después el acilato del grupo hidroxilo con anhídrido orto-ftá co en una etapa separada Se emplea un anhídrido en ambos métodos, y cualquiera de los solventes usados deben ser secos y no reaccionar con el anhídrido Aplicaciones ejemplares de composiciones quat po catiónicos Compuestos pohcatiómcos de la presente tecnología son adecuados para una amplia variedad de aplicaciones donde las composiciones acuosas espesadas y gehficadas se desean, incluyendo en la agricultura, limpiadores, cuidado personal, desinfectantes, transferencia genética, etc Por ejemplo, insecticidas rociados algunas veces utilizan aditivos para minimizar el flujo de aspersión Algunas composiciones policatiónicas de la presente tecnología se pueden usar como agentes de control de flujo para reducir el flujo de aspersión Para otro ejemplo, los geles formados de las composiciones policatiónicas de la presente tecnología se pueden usar para suspender pesticidas granulares, y otros agentes insolubles en agua Es conocido que ciertos insecticidas se pueden usar en forma acida o salina acida, tal como herbicida del ácido 2,4-d?clorofenox?acét?co Un pesticida ácido se puede incorporar en un procedimiento para la preparación de composiciones policatiómcas de la presente tecnología, tal que el ácido del insecticida provee por lo menos una porción de contraión a los sitios catiónicos Dichas composiciones son multipropósito, ya que el gel viscoso se adherirá a las hojas de las plantas objetivo para suministrar más eficientemente el componente herbicida Dichas composiciones también se pueden formular con compuestos orgánicos menos volátiles y otros ingredientes inertes (que se liberan en el ambiente) que están en productos comerciales usuales Algunas composiciones po cationicas de la presente tecnología se pueden usar en limpiadores y geles limpiadores para mejorar el contacto en superficies verticales Por ejemplo, quats policatiómcos de la presente tecnología pueden sustituir polisacápdos en geles limpiadores como aquellos descritos en la patente de E U A No 2004/0097385, para Chen, et al , publicada en 20 de mayo, 2004, o se puede usar para hacer composiciones de limpieza viscoelásticas estables de fase como aquellas descritas en patente de E U A No 5,833,764, para Arder, et al , emitida el 10 de noviembre, 1998, para drenajes abiertos Algunas composiciones po catiómcas de la presente tecnología se pueden usar en composiciones de cuidado personal, tal como jabones de gel, champú y acondicionadores Algunas modalidades de composiciones policatiómcas de la presente tecnología pueden formar soluciones viscoelásticas acuosas estables en agua En algunas modalidades, dichas soluciones viscoelásticas son claras, en lugar de turbias, opacas o nacaradas, que puede resultar en propiedades aestéticas aumentadas en composiciones de cuidado personal Algunas modalidades de composiciones po catiónicas de la presente tecnología pueden proveer o aumentar las propiedades de acondicionamiento en composiciones de cuidado personal para la piel y/o cabello, tal como, capacidad de enjuague, combabihdad (en cabello húmedo o seco), sensación (en cabello y/o piel), y destamzar, y control estático Con respecto a composiciones de cuidado personal específicas, algunas modalidades de composiciones policatiómcas de la presente tecnología se pueden usar para sustraer algunos de todos los agentes tensioactivos en soluciones de agente tensioactivo viscoelástico acuoso para la limpieza del cabello o piel como se describe en la patente de E U A No 5,965,502, para Balzer, emitida el 12 de octubre, 1999. En por lo menos una modalidad, la composición de cuidado personal usando quats policatiónicos de la presente tecnología pueden comprender una composición viscoelástica clara que comprende agua y por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico que comprende un compuesto bis-cuaternario de la fórmula general: R3 4 I I R2 — N+ - R N+ — R5 I I RT R6 En la formulación anterior, R2, R3, R y R5 pueden ser miembros independientemente seleccionados de: (a) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; o (b) grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono. De manera alternativa, R2 y R3 pueden ser miembros de un anillo heterocíclico, y R4 y R5 pueden ser miembros de un anillo heterocíclico diferente o se seleccionan independientemente del grupo (a) como se define anteriormente o grupo (b) como se define anteriormente. En la estructura quat policatiónica, R7 puede ser un miembro seleccionado del grupo que consiste de grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono, y grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono. De manera adicional, Ri y R6 pueden ser miembros seleccionados independientemente del grupo (a) como se define anteriormente; grupo (b) como se define anteriormente; o (c) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono. Por lo menos uno de Ri o R6 debe ser un miembro del grupo (c) como se define anteriormente. Además, los aniones, Ap y A2" se pueden seleccionar independientemente de: (i) iones inorgánicos cargados negativamente; (ii) moléculas orgánicas con uno o más grupos funcionales cargados negativamente; o (iii) grupos funcionales cargados negativamente que son parte de R-i, R2, R3, R4, R5, RQ O R7. La capacidad de soluciones viscoelásticas usando quats policatiónicos de la presente tecnología para formar suspensiones estables que tienen material particulado suspendido aquí también es benéfico en el área de cuidado personal. Ejemplos de particulados incluyen, por ejemplo, pero sin limitarse a, agentes anti-caspa, abrasivos (por ejemplo nogal triturado, cascara de albaricoque, sílice, celulosa), agentes bloqueadores solares (por ejemplo, óxido de zinc), pigmentos y tintas, abrillantadores, y materiales micro-encapsulados (por ejemplo, vitaminas, minerales, fragancias, perlas de polímero), se pueden usar en la formación de suspensión viscoelástica en composiciones de cuidado personal. Agentes blanqueadores tales como peróxido de hidrógeno se pueden gelificar usando compuestos policatiónicos de la presente tecnología para hacer composiciones blanqueadoras acuosas espesantes. Por ejemplo, patente de E.U.A. No. 4,800,036, emitida el 24 de enero, 1989 y patente europea No. EP 0298172, emitida el 1 1 de enero, 1989, ambas para Rose, et al., muestran composiciones blanqueadoras espesadas con agente tensioactivo viscoelástico. Algunos quats policatiónicos de la presente tecnología se pueden usar para dichas aplicaciones. Algunos compuestos cuaternarios de la presente tecnología también tienen propiedades bactericidas. Las propiedades espesantes y viscoelásticas de composiciones viscoelásticas de la presente tecnología se pueden relacionar con la formación de vesícula, u otros fenómenos. Como se muestra en las figuras 14 y 15, algunos quats policatiónicos de la presente tecnología tienen formación de vesícula demostrada. Como se conoce en la técnica, micelas demuestran una variedad de formas, tales como varillas o gusanos. Una característica clave de micelas es que el agente tensioactivo que compone las micelas está orientado tal que las porciones hidrofílicas de las moléculas forman la superficie exterior alrededor de una región del núcleo interna, en la cual las porciones hidrófobas del residuo de moléculas. Los radios del núcleo son aproximadamente igual a la longitud de cadena hidrófoba extendida totalmente. El número promedio de moléculas de agente tensioactivo en una micela es el número de agregación, y puede variar de varias moléculas a alrededor de un ciento para agentes tensioactivos catiónicos usualmente. Las micelas son estructuras dinámicas en equilibrio con moléculas de agente tensioactivo libre en solución. El intercambio de moléculas de agente tensioactivo dentro y fuera de las micelas con alta frecuencia. Debido a que las micelas son también pequeñas para ser observadas por microscopio de luz, se usa el microscopio electrónico. La formación de vesícula puede proveer propiedades útiles adicionales diferentes de espesamiento. Las vesículas son más o menos auto-montajes de agentes tensioactivos esféricos. Esencialmente, una vesícula es una estructura laminar bicapa en la cual los bordes son enrollados alrededor y unidos uno con otro para formar una esfera. Las vesículas pueden tener múltiples bicapas, que crean esferas concéntricas. El núcleo de una vesícula es un compartimiento que contiene el solvente acuoso usado para disolver el agente tensioactivo inicialmente, pero esencialmente libre de moléculas de agente tensioactivo. Las vesículas se pueden manipular en una manera que el compartimiento interno se usa como un portador para otras moléculas. El número de moléculas de agente tensioactivo que contiene vesículas es mucho más grande que en las micelas, usualmente de 10 a aproximadamente 1000 veces más grande. Además, aunque las vesículas también son estructuras dinámicas, la velocidad de intercambios de moléculas de agente tensioactivo es mucho más lenta que en las micelas. Como describe Zana las vesículas en la página 26 Dynamics of Surfactant Sel-Assemblies (2005), "el tiempo de vida de una vesícula debe ser extremadamente largo y las vesículas probablemente pueden ser consideradas como "congeladas" en la escala de tiempos de laboratorio (semanas a meses o años)". Muchas vesículas son suficientemente grandes para ser observadas bajo un microscopio de luz.

Cualquier otro aspecto de vesículas es que una vesícula tiene un interior y un exterior. El interior incluye algo de la fase acuosa, y posiblemente otras moléculas disueltas en el agua. Las vesículas se pueden usar para suministrar moléculas a atrapadas en ambientes que no pueden tener acceso debido a inestabilidades químicas, etc. En contraste, el interior de una micela está en un "estado casi líquido" de acuerdo con la página 14 de Dynamics of Surfactant Self-Assemblies, por Zana. La formación de vesículas espontáneas se ha observado para GQ y PCC de la tecnología descrita presentemente bajo un microscopio de luz (ilustrado en las figuras 14 y 15). La formación de vesículas se ha observado cuando compuestos policatiónicos se exponen a soluciones salinas diluidas o soluciones diluidas de agente tensioactivo aniónico. PCC se han observado para formar vesículas de agua desionizada. En el área de transferencia del gen, las vesículas son análogos sintéticos de liposomas - esencialmente vesículas biológicas de origen natural. Las vesículas sintéticas se pueden infusionar con, por ejemplo, moléculas de fármaco. Las vesículas entonces se pueden usar para suministrar el fármaco como parte de tratamiento. Vesículas catiónicas se han encontrado que son útiles en terapia genética para el suministro de material genético. Sin embargo, alquilamina convencional y compuestos catiónicos eteramina exhiben toxicidad para muchos organismos que limitan su uso in vivo, mientras compuestos catiónicos derivados de esteramida son menos tóxicos, pero menos estables. Los quats policatiónicos de amidoaminas de la presente tecnología han demostrado formación de vesículas y pueden ser menos tóxicos que los quats de alquilamina pero más estables que quats derivados de esteramina. Además de los fluidos de fracturación como se describieron al principio en está solicitud, algunos compuestos de la presente tecnología se pueden usar en otros fluidos de recuperación de hidrocarburos en el campo de aceite, que incluyen, por ejemplo otros fluidos de estimulación (tal como fluidos de acidificación), fluidos de perforación, espesantes, fluidos de terminación, fluidos de diversión, etc. En aplicaciones de campo de aceite, la acidificación es un procedimiento de bombeo de ácido en la perforación del pozo para remover el daño de formación u otros materiales de manera que la producción se aumenta. En este procedimiento, los ácidos espesantes son deseables debido a que proveen más acidificación eficiente en cierto tipo de zonas subterráneas, por ejemplo, formaciones de permeabilidad alta. Otras aplicaciones de acidificación usan emulsiones invertidas de ácido acuoso en un aceite, por ejemplo, diesel o queroseno. Algunos compuestos policatiónicos de la tecnología descrita presentemente como se describe anteriormente se pueden usar como espesantes ácidos o para formar emulsiones invertidas con ácido o aceite. Ciertas composiciones de quat policatiónico de la presente tecnología se pueden usar en fluidos de perforación. La clase especial de fluidos de perforación usados para perforar más pozos más profundos es llamada lodos de perforación debido a su consistencia espesa. Los lodos de perforación normalmente requieren propiedades adicionales para llegar a ser fluidos de perforación simples que pueden prevenir el daño a la formación subterránea, prevenir la corrosión y fatiga de tubería de perforación, y permitir la adquisición de información acerca de la formación para ser perforada. Los fluidos y lodos de perforación se pueden subclasificar de acuerdo al número de características, tales como alcalinidad de fase de fluido, fase continua de agua o aceite, etc. Además de los quats policatiónicos de la presente tecnología, la composición de lodo de perforación puede además incluir los ingredientes tradicionales tales como bactericidas, inhibidores, emulsionantes, pérdida de fluido y agentes de control de viscosidad, aditivos de control de esquisto. Los fluidos de perforación basados en agua usan varios polímeros como espesantes para incrementar la viscosidad de fluidos de perforación y mejorar la capacidad de los fluidos para remover cortes. Algunos quats policatiónicos de la tecnología descrita presentemente se pueden usar para dichos fluidos o lodos de perforación. Los espesantes adecuados para uso en fluidos de perforación basado en aceite incluyen organoarcillas. Existen arcillas tratadas con varios compuestos para hacer estas compatibles con fluidos orgánicos. Cuando se colocan en fluidos de perforación basados en aceite, estos espesan el fluido, mejorando la capacidad de los fluidos para llevar los cortes a la superficie. Algunas composiciones policatiónicas de la presente tecnología se pueden usar como composiciones de tratamiento para hacer organoarcillas. Algunos fluidos de perforación son agua en emulsiones aceitosas. Estas emulsiones frecuentemente incluyen salmueras que pueden ajustar la densidad del fluido de perforación. Controlando la densidad del fluido de perforación es importante prevenir el daño de formación y pérdida de fluido de perforación. Los fluidos de perforación de alta densidad proveen soporte para la formación circundante que, bajo nuestra presión, puede colapsar en el pozo de sondeo si los fluidos de densidad más baja se usan. La preparación adicional y recuperación de hidrocarburos entonces pueden ser más complicadas. La fuerza de electrolito alto de salmueras de alta densidad también puede reducir la permeación de fluidos de la perforación del pozo en la formación (que debe ser recuperada), y pueden reducir la hidratación de esquisto y arcilla en la formación. Algunos quats policatiónicos de la presente tecnología se pueden usar para espesamiento o emulsionamiento de las salmueras en los fluidos de perforación. Durante las operaciones de perforación, la formación subterránea y entubado de perforación del pozo entra en contacto con una variedad de materiales los cuales pueden tener efectos adversos en operaciones adicionales o producción de hidrocarburos. La tubería de entubación necesita ser cimentada y el cemento necesita adherirse para la formación y varios materiales usados en el fluido de perforación pueden prevenir esto. Los fluidos de terminación se usan para lavar estos materiales de la formación. Ya que la densidad de los fluidos de terminación pueden afectar la perforación del pozo similarmente a los fluidos de perforación anteriores, una variedad de salmueras u otros materiales se usan Hidrocarburos, olefinas etc , se circulan para remover los lodos basados en aceite Las pildoras ge ficadas se añaden para empujar estos materiales a través del pozo Las propiedades de formación del gel de ciertos compuestos policatiónicos de la presente tecnología pueden proveer composiciones para estas aplicaciones Además, la pildoras ge ficadas se empujan a través del pozo con otros fluidos tales como salmueras, que pueden requerir modificación de viscosidad Algunos compuestos pohcatiómcos de la presente tecnología han mostrado proveer dicha modificación de viscosidad a una variedad de salmueras y agua Otra función del fluido de terminación es remover la materia particulada y remanentes de otros materiales usados en la operación de perforación del entubado, tal como aditivo para la tubería Los vanos materiales añadidos a la tubería pueden desechar la formación y causa de daño a las zonas de producción Como estos materiales se remueven de las uniones en la columna de tubería, pueden sedimentar fuera en la zona de producción Para la viscosificación del fluido de terminación, está clase de establecimiento se puede minimizar Además, la torta del filtro formada durante la operación de perforación frecuentemente requiere tratamientos especiales, tales como enzimas o peróxido de hidrógeno, para efectuar suficiente remoción Algunas composiciones de compuesto policatiónico de la presente tecnología pueden proveer composiciones útiles, nuevas o mejoradas para la formulación de tratamientos de remoción de torta del filtro Algunos fluidos de terminación tales como aquellos que usan bromuro de zinc, bromuros/cloruros de cesio, o salmueras de formiato son muy caros Con el fin de obtener la limpieza requerida/remoción de desechos, los volúmenes más grandes son convenientemente requeridos Algunos compuestos policatiónicos de la presente tecnología se pueden usar como agentes de gelificación para estos compuestos caros para disminuir el volumen requerido por la disminución de la cantidad de salmueras caras que gotean en la formación subterránea (frecuentemente causando formación de daño) Las formaciones subterráneas tienen diferentes propiedades, tales como diferente permeabilidad, que pueden afectar las maneras en las cuales las materias fluyen dentro y fuera de las formaciones Ciertos químicos pueden alterar la permeabilidad para la formación de geles que pueden transportar la materia de bloqueo a través de zonas más porosas El transporte de materia entonces se divierte a otras zonas, de las cuales el hidrocarburo se puede recuperar, o en cuyos tratamientos adicionales se pueden aplicar (por ejemplo acidificación) Algunos compuestos policatiónicos de la presente tecnología se pueden usar como agentes de gelificación en dichos fluidos de diversión Ciertas composiciones policatiómcas de la presente tecnología también se pueden usar como aditivos para vanos procedimientos en recuperación de hidrocarburo, por ejemplo, en control de pérdida de fluido, inhibición de corrosión, inhibición de escala, estabilización de arcilla, reducción de arrastre, demulsificación, control de hidrato gaseoso, etc. Aditivos de pérdida de fluido, o agentes de reducción de filtrado, frecuentemente se usan para minimizar la pérdida de fluidos de procedimiento en las formaciones durante varios procedimientos, por ejemplo perforación o fracturación. Esto ayuda a evitar ciertos tipos de daño de formación y reduce lo caro de pérdida de fluidos de procedimiento, algunos de los cuales tienen costo alto. Convencionalmente, la prevención de pérdida de fluidos se puede dividir en tres categorías mediante mecanismos, donde (1 ) partículas macroscópicas tapan los poros de formación para formar una torta de filtro con pemeabilidad reducida, (2) partículas microscópicas forman un gel en la capa límite entre los fluidos y la formación porosa, y (3) una resina química se inyecta y se cura irreversiblemente en la formación. Algunos compuestos policatiónicos de la presente tecnología se pueden usar como aditivos de pérdida de fluido que pueden formar un gel en la capa secundaria para prevenir la pérdida de fluido. La corrosión y deposición de escala son dos de los problemas más costosos en industrias de aceite. La corrosión puede ocurrir no justo en la estimulación y operaciones de recuperación, pero en las operaciones de transporte y refinamiento también. Algunos compuestos de amonio cuaternarios policatiónicos de la presente tecnología pueden proveer composiciones útiles, nuevas o mejoradas para la inhibición de corrosión a través de varias operaciones relacionadas con hidrocarburo.

La deposición de escala también ocurre en varias operaciones en la industria del petróleo. Las escalas pueden contener carbonatos de calcio y hierro, sulfatos de bario y estroncio, óxidos y sulfuros de fierro, y sales de magnesio. Los inhibidores de escala pueden actuar como inhibidores termodinámicos mediante la reacción o formación de complejo con sustancias de formación a escala para un equilibrio químico es establecido que suprime el crecimiento del cristal. Poliaminas, cuaternarios, aminosuífonatos y aminofosfonatos son algunos ejemplos de clases químicas de inhibidores a escala. Los agentes tensioactivos también pueden actuar como inhibidores a escala al suprimir la adherencia de cristales a superficies metálicas. Algunos compuestos policatiónicos de la presente tecnología proveen inhibidores a escala útiles, nuevos o mejorados. Algunos compuestos policatiónicos de la presente tecnología proveen inhibidores a escala útiles, nuevos o mejorados en cada una de estas clases. Es conocido que el hinchamiento debido a la hidratación de la arcilla o esquisto en formaciones subterráneas es una de las causas más importantes para la inestabilidad del pozo de sondeo. Las arcillas se pueden hinchar como un resultado de la hidratación superficial, o de presión osmótica debido a los gradientes de concentración de catión entre la arcilla y el agua circundante. Algunos compuestos policatiónicos de la presente tecnología proveen estabilizadores de arcilla útiles y nuevos que pueden inhibir o reducir la hidratación de esquisto. En el campo de aceite, los aditivos químicos que pueden reducir el arrastre se usan, por ejemplo, en líneas de tuberías para transportación de líquido, en aplicaciones de perforación y en fracturación. El arrastre en un fluido como este que fluye a través de tuberías o debajo de los pozos de sondeo limita las presiones que pueden estar unidas, incrementan las demandas de equipos y costos, e incrementan las demandas de energía. Ciertos agentes tensioactivos catiónicos se conocen por ser agentes de reducción de arrastre, y la viscoelasticidad es también frecuentemente asociada con reducción de arrastre. Los polímeros también se usan como reductores de arrastre, pero cuando estos se usan, un problema serio en la efectividad de reductores de arrastre es la degradación de cadena de polímeros mediante esfuerzo de corte en flujo turbulento. Algunos compuestos policatiónicos de la presente tecnología proveen reductores de arrastre que no sufren de degradación mediante esfuerzo de corte. Cuando el aceite se produce, más de esto ocurre emulsificado con agua. Los demulsificadores químicos se usan para separara el agua de hidrocarburos antes de la transportación. En refinerías, el aceite crudo es algunas veces emulsificado en agua fresca, seguido por la demulsificación, para reducir el contenido de sales del aceite crudo. Algunas composiciones policatiónicas de la presente tecnología pueden proveer composiciones útiles, nuevas y mejoradas que se pueden usar como demulsificadores. Además, las composiciones policatiónicas de la tecnología presente también pueden funcionar como inhibidores de hidrato gaseoso, como inhibidores de cristal o a través de otros mecanismos. Hidratos gaseosos son tipos de clatratos en los cuales el agua e hidrocarburos forman compuestos de adición cristalinos. El compuesto huésped, agua, forma cristales, y el compuesto extraño, hidrocarburos tales como metano, se mantienen en espacios libres entre los cristales de agua. Hidratos gaseosos se pueden formar en líneas de tubería, formando depósitos sólidos que reducen el diámetro de tubería o aún atascarlas. Algunos quats policatiónicos de la presente tecnología pueden inhibir la formación de hidratos gaseosos. La tecnología presente será mejor entendida para referencia a los siguientes ejemplos. Estos ejemplos se proveen para describir modalidades específicas de la invención y para demostrar como trabajan. Para proveer estos ejemplos específicos, los inventores no limitan el alcance de la invención. Será entendido por aquellos de experiencia ordinaria en la técnica que el alcance total de la invención incluye la materia objeto definida por las reivindicaciones que concluyen está especificación, y cualquiera de los equivalentes de las reivindicaciones.

EJEMPLOS EJEMPLO 1 Síntesis de SovAPDMA-3(OH)-18APDMA definido estructuralmente Se carga un matraz de vidrio de 5 cuellos de 1000 ml con aproximadamente 40 g de agua desionizada (DI), aproximadamente 91.4 g de 2-propanol, 179 g de estearamidopropildimetilamina (SAPDMA) (482.5 mmol) y 91.8 g de dihidrato de ácido para-toluenosulfónico ("PTSA") (482.5 mmol). La mezcla se mezcla y calienta a aproximadamente 50°C. Aproximadamente 46 g (497 mmol) de epiclorohidrina se añaden al reactor gota a gota durante 2 horas con el reactor aún a aproximadamente 50°C. El valor de pH de la mezcla de reacción cargada es de aproximadamente 4.5 (cuando la adición de epiclorohidrina inicia) a aproximadamente 4.85 (cuando la adición finaliza). Después de mantener la mezcla de reacción a aproximadamente 50°C durante 2 horas adicionales, el pH llega a ser 5.17. La temperatura de la solución entonces se incrementa a aproximadamente 70°C. Se añade gota a gota aproximadamente 173 g (482.5 mmol) de soyamidopropildimetilaminas (SoyAPDMA) al reactor. El valor de pH de la solución de reacción se monitorea para que el pH no exceda 8.0. La carga de SoyAPDMA se completa en 30 minutos, y el pH nunca excede 7.0 durante este tiempo. La solución se mantiene a aproximadamente 70°C durante 2 horas. La solución de reacción entonces se enfría y se deja reposar toda la noche antes de muestrear la amina libre y clorhidrato de amina como sigue. La valoración con KOH seguida por HCl revela que la mezcla de reacción tiene un contenido de sal amina (como el cloruro) de aproximadamente 4%. La amina libre no se puede valorar debido a que el tosilato interfiere con la valoración de HCl. En cambio, aproximadamente 5 g de epiclorohidrina se añade para consumir la sal amina que no reacciona. La mezcla de reacción se mantiene durante aproximadamente 2 horas a aproximadamente 70°C, y después se valoran nuevamente. El contenido resultante de sal amina (como cloruro) es aproximadamente 2%. La mezcla de reacción se enfría, y su valor de pH es 6.8. Varias gotas de HCl al 20% se añaden hasta que el pH es aproximadamente 6. Análisis de sólidos en un balance de humedad muestran un contenido de sólidos de aproximadamente 60.2%. Este ejemplo produce un quat gemelo definido estructuralmente (GQ) en el cual una mezcla de amina se satura y el otro se insatura grandemente.

EJEMPLO 2 Síntesis de HERAPDMA-GQ simétrico Se añaden aproximadamente 119 g de 2-propanol y 177.4 g de amidopropil-N,N-dimetilamina de semilla de naba erúcica (HERAPDMA) a un matraz de 5 cuellos de 1000 ml. Una mezcla de aproximadamente 24.3 g de una solución de HCl al 37% en peso y 5.7 g de agua se añaden al matraz gota a gota alrededor de aproximadamente 15 minutos con agitación vigorosa y enfriamiento con aire para minimizar el calentamiento. Al final de la adición, la temperatura de solución alcanza 55°C, y el pH es 7.2. El pozo de embudo de adición se enjuaga con agua, después epiclorohidrina se añade durante un periodo de 90 minutos, y el pH se monitorea continuamente. La temperatura de la solución cuando la adición de epiclorohidrina inicia es de aproximadamente 50°C. la temperatura de la solución de reacción se eleva a aproximadamente 67°C alrededor de la primera hora y después se mantiene aquí por aproximadamente 45 minutos, después del cual la temperatura comienza a caer. Después se provee calentamiento para incrementar la temperatura a aproximadamente 70°C, y el calentamiento se mantiene durante 4 horas antes de ser apagado. Una muestra de la solución de reacción resultante se valora para clorhidrato de amina y libre de amina. El resultado muestra que la solución de reacción contiene 4.0% de sal y 3.07% de amina libre en peso basada en el peso total de la muestra de solución. Se añaden unos 10 g adicionales de epiclorohidrina. Después la solución de reacción se mantiene a 70°C por aproximadamente 2 horas, el calor se regresa. Después de otras 2 horas, la solución resultante se muestrea para amina libre y sal de amina nuevamente. Esto contiene aproximadamente 2% de amina libre y sal de amina combinada (1.01 % y 0.98% respectivamente, el valor de pH es aproximadamente 6.7. Varias gotas de HCl al 20% se añaden para ajustar el pH a aproximadamente 5.5.

EJEMPLO 3 Síntesis de HERAPDMA-PCC 167 g del producto del ejemplo 2 que contienen 100 g (118 mmol) de HERAPDMA-GQ se retira agua y solvente alcohol mediante su destilación de la solución bajo vacío en un evaporador rotatorio de película delgada. Tres porciones de solvente MEK (100 g) se destilan de la mezcla para obtener un nivel de agua de 0.3% (determinado por valoración Kart-Fisher). Después, aproximadamente 17.5 g (118 mol) se anhídrido oftálico se añaden a la mezcla con aproximadamente 12 g (121 mmol) de trietilamina. La mezcla después se mantiene a reflujo a aproximadamente 88°C durante una hora. El anhídrido se disuelve dentro de los primeros 15 minutos y una solución clara se obtiene. Después la mezcla se mantiene a reflujo a aproximadamente 88°C durante una hora, la solución se enfría. Una pequeña muestra se toma y el solvente se evapora a partir de la muestra. El espectro IR del residuo claramente muestra una señal de éster pero no se detecta la señal de anhídrido. La mezcla de reacción se coloca nuevamente en un evaporador rotatorio de película delgada y la trietilamina en exceso y una porción de MEK se remueve. Una mezcla espesa, turbia se obtienen que después se diluye con aproximadamente 45 g de metanol para obtener una solución ámbar clara con un contenido de sólidos de aproximadamente 50.1 %. Está solución entonces se usa para la preparación de geles viscoelásticos.

EJEMPLO 4 Síntesis de un bis-quat HERAPDMA no gemelo Aproximadamente 50.6 g de agua, 84.2 g de 2-propanol, t 145.8 g de HERAPDMA se añaden a un matraz de 5 cuellos con agitación, nitrógeno, reflujo y una prueba de pH. Después, aproximadamente 40 g de HCl al 37% se añade lentamente a la mezcla con agitación vigorosa. La mezcla de reacción se calienta a 50°C, y después aproximadamente 38.3 g de epiclorohidrina se añade lentamente durante un periodo de aproximadamente 45 minutos. La mezcla de reacción entonces se mantiene a aproximadamente 50°C durante 2 horas, y después se calienta adicionalmente a aproximadamente 70°C. Aproximadamente 41.1 g de trietilamina (TEA) después se carga lentamente a la mezcla de reacción a través del embudo de adición. El valor de pH de la mezcla de reacción se monitorea cercanamente para asegurar que no excede 8.0. La adición de TEA se completa en aproximadamente 30 minutos, y el valor de pH no excede 7.8. La mezcla de reacción entonces se mantiene a aproximadamente 70°C durante 2 horas antes de iniciar el muestreo para la amina libre y clorhidrato de amina. El muestreo muestra que la mezcla de reacción resultante contiene 3.2% de amina libre y 2.1 % de clorhidrato de amina (como HERAPDMA y su sal). Después, otros 5 g de epiclorohidrina se añaden a la mezcla de reacción. La mezcla de reacción se mantiene por otra hora a 70°C, y después se muestrea para la amina libre y la sal amina nuevamente. El resultado es esencialmente no cargado y muestra que la mezcla contiene aproximadamente 3.1% de amina y 2.0% de sal. La mezcla de reacción se enfría, y su pH se ajusta a 5.5 con varias gotas de HCl al 20% a 40°C. El bis-quat HERAPDMA no gemelo producido se puede representar por la siguiente fórmula: EJEMPLO COMPARATIVO 5 En esta comparación, las 13 soluciones viscoelásticas se hacen a partir de quats policatiónicos de la presente tecnología (compuesto 1-8 posteriores), y se comparan nuevamente con una solución viscoelástica que contiene producto VES catiónico comercialmente disponible de Schlumberger ClearFRAC™ (EHMAC). La estructura molecular de EHMAC se muestra en la fórmula A.

Los 8 compuestos de la presente tecnología que se usan en está prueba son como siguen- Compuesto 1 di-cloruro de estearamidopropildimetilamonio gemelo (18APDMA-3(OH)-18-APDMA o SAPDMA GQ) (ilustrado en la fórmula B) Compuesto 2 di-cloruro de (cet?l/ole?l)am?doprop?ld?met?lamon?o gemelo (16 APDMA/18 1APDMA)-3(OH)-(16APDMA/18 1APDMA) (Ilustrado en la fórmula C, donde R= C1 H29 y C16H31 (lineal) Compuesto 3 di-cloruro de oleamidopropildimetilamonio-estearamidopropil- dimetilamomo gemelo disimétrico (18 1APDMA -3-(OH)-18- APDMA) (ilustrado en la fórmula D, donde R = C16H33 (lineal) y R2=C?6H31 (lineal)) Compuesto 4 Tolueno sulfonato de cloruro de soyamidopropildimetilamonio- estearamidopropil-dimetilamonio gemelo disimétrico (SoyAPDMA-3(OH)-18APDMA) (Ilustrado en la fórmula E, donde R?=C16H33) (lineal)) SoyAPDMA es una mezcla casi de (en el orden de cantidades disminuidas) 18 2APDMA, 18 1APDMA, 16APDMA, 18 3APDMA, 18APDMA Compuesto 5 di-cloruro de amidopropildimetilamonio de semilla da naba altamente erucico gemelo (HERAPDMA-3-(OH)-HERAPDMA o HERAPDMA GQ), (ilustrado en la formula F, donde R se deriva de aceite de semilla de naba altamente arúcico, en el cual por lo menos 40% de cadenas de acido graso son erucilo) Componentes comunes de HERAPDMA incluyen 22 1APDMA, 18 2APDMA, 18 1APDMA y 18 3APDMA Compuesto 6 Behenamidopropildimetilamino gemelo disimétpco-di-cloruro de amidopropildimetilamonio de semilla de naba altamente erúcico (22APDMA-3(OH)-HERAPDMA) (ilustrado en la fórmula G, donde R- se deriva de aceite de semilla de naba altamente erúcico, en el cual 40% de cadenas de ácido graso son erucilo, y R2=C20H41 (lineal)) Componentes comunes de HERAPDMA incluyen 22 1APDMA, 18 2APDMA, 18 1APDMA y 18 3APDMA Compuesto 7 Amidopropildimetilamonio de semilla de naba altamente erucico bis-cuaternapo disimétrico (BQ)- cloruro de tpetilamonio (ilustrado en la fórmula H, donde R-i se deriva de aceite de semilla de naba altamente erúcico, en el cual por lo menos 40% de cadenas de ácido graso son epculo) Componentes comunes de HERAPDMA incluyen 22 1APDMA, 18 2APDMA, 18 lAPDMA y 18 3APDMA Compuesto 8 Sal tpetilamino de éster medio de ftalato de di-cloruro de amidopropildimetilamonio de semilla de naba bis-altamente erúcico de carboxilato po catiónico (PCC) (ilustrada en la fórmula I, donde R se deriva de aceite de semilla de naba altamente erúcico, en el cual por lo menos 40% de cadenas de ácido graso son erucilo) Componentes comunes de HERAPDMA incluyen 22 1APDMA, 18 2APDMA, 18 1APDMA y 18 3APDMA El cuadro posterior resume los geles viscoelásticos preparados y probados en este ejemplo. Un gel viscoelástico se hace conteniendo EHMAC. De manera adicional, un gel viscoelástico se hace de cada uno de los compuestos 1 , 2, 3, 6 y 8. Dos geles viscoelásticos, que difieren en el porcentaje en peso del gelante y el aditivo, se hacen usando cada uno de los compuestos 4 y 5. Tres geles viscoelásticos, que difieren en el porcentaje en peso de gelante y el aditivo, se hacen usando el compuesto 7. Cada gel viscoelástico se prepara mediante la adición de porcentajes en peso especificados del compuesto (gelante) y aditivo a una solución de electrolito en una copa mezcladora. La mezcla entonces se mezcla con un mezclador Waring de trabajo comercial por aproximadamente 1 a aproximadamente 3 minutos. Las mezclas se hacen a temperatura ambiente, pero la energía mecánica del procedimiento de mezclado tiene a calentarla ligeramente. El gel resultante contiene una cantidad más grande de aire de entrada, que se remueve antes de la prueba de reología mediante centrifugación, ultrasonicación calentada, o combinaciones de ambas. El nivel de electrolito para cada composición viscoelástica se enlista en el cuadro posterior. En soluciones para geles viscoelásticos, agua de grifo se puede usar en lugar del solvente. Las soluciones de electrolito se preparan al mezclar las sales con agua y agitación durante algunos minutos. La solución viscoelástica que contiene EHMAC se prepara de acuerdo con ia descripción de US 5,551 ,516 para Norman et al, columna 10, párrafo 35, hasta la columna 12, párrafo 40. La concentración salina óptima para viscosidad más alta con solución viscoelástica EHMAC se determina por ser de aproximadamente 4% de HCl.

La viscosidad de exploración es la viscosidad a 90°C y una velocidad de corte de 100 seg"1. Esto es referido a como la viscosidad de exploración, debido a que el criterio de guía para gelantes de valoración para procedimientos de fracturación es la viscosidad de su gel a aproximadamente 85°C y una velocidad de corte de 100 seg"1. El requerimiento de viscosidad aceptada generalmente para un VES bajo estas condiciones es aproximadamente 100 cP (0.1 Pa s). Experimentos de corte oscilatorio de amplitud pequeña (SAOS) se usan para medir propiedades elásticas de cada uno de las composiciones viscoelásticas referenciadas en el cuadro posterior. En este experimento, se usa cadenas pequeñas impuestas sinusoidales para esfuerzo medido sinusoidal y así causa la formación de estructuras inducidas de corte de agregados gelantes La teoría y métodos se describen en detalle en Dynamics of Surfactant Self-Assemblies (Capítulo 9, sene de ciencia de agente tensioactivo volumen 125, editor Raúl Zana) Cada una de las composiciones viscoelásticas probadas se observan por poseer propiedades elásticas, es decir, el valor del modulo de almacenamiento elástico (G') es igual a o mayor que el valor de los módulos de pérdida de viscosidad (G") en una característica de frecuencia para cada composición Mediciones de las relaciones entre velocidad de corte, viscosidad y temperatura que se hace para cada gel viscoelástico para crear curvas de flujo El reómetro usado para cada una de las pruebas es un AR2000 de TA Instruments La geometría usada es un cilindro concéntrico DIN La viscosidad se mide (aproximadamente cada 10 segundos) como la velocidad de corte es escalonada de 0 0015 a 150 seg'1 alrededor de un periodo de aproximadamente 3 minutos mientras la temperatura se mantiene constante Una curva de flujo se obtiene a tres temperaturas (es decir, 30°C, 60°C y 90°C) para cada muestra Las figuras referenciadas en el cuadro anterior ilustran las curvas de flujo basadas en aquellas mediciones Como se indica en el cuadro anterior, cada una de las composiciones viscoelasticas de la presente tecnología (con compuestos 1 -8) proveen viscosidad más alta que EHMAC bajo las condiciones de exploración de los resultados ilustrados en las figuras 5a-13a también revelan propiedades inesperadas y útiles conferidos por varias de las modalidades de estas invenciones, incluyendo, por ejemplo: • pequeña o no disminución en la viscosidad a temperatura incrementada a través del intervalo medido; • requerimientos inferiores de ingrediente activo gelante; • menor o sin requerimiento para aditivos; o •solubilidad y espesamiento de soluciones de concentraciones salinas altas. Haciendo referencia a la figura 6a, el compuesto 1 de la presente tecnología (SAPDMA GQ) demuestra viscosidad más baja inesperada en curvas a 30°C vs 60°C y 90°C. La viscosidad a 90°C de solución viscoelástica SAPDMA GQ que excede de VES de benckmark (ilustrado en la figura 5a) por más de 100% a través del intervalo de velocidades de corte. La figura 7a muestra que el VES de compuesto 2 ((16APDMA/18:1APDMA)-3-(OH)-(16APDMA/18:1APDMA)) demuestra una temperatura esperada-perfil de viscosidad (disminución de viscosidad con incremento de temperatura). La viscosidad de GQ VES a 90°C (ilustrado en la figura 7a) excede la viscosidad de 3% de EHMAC VES a 90°C (ilustrado en la figura 5a) a través del intervalo de velocidades de corte. La figura 8a muestra que el VES del compuesto 3 (18:1APDMA-3-(OH)-18APDMA) demuestra inesperadamente sensibilidad de temperatura muy pequeña de 30°C a 90°C. Este GQ VES disimétrico tiene viscosidad comparable al VES del compuesto 1 (SAPDMA GQ) a concentraciones y temperaturas iguales, como se muestra por las figuras 6a y 8a. Sin embargo, diferente de SAPDMA GQ, que es un sólido aún en 45% de activos en alcohol/agua, este GQ disimétrico del compuesto 3 es un liquido claro a 60% de activos en alcohol y agua. Nuevamente, la viscosidad de este VES excede el de EHMAC VES sustancialmente. La figura 9a muestra las curvas de flujo de la primera solución viscoelástica preparada a partir del compuesto 4 (SoyAPDMA-3-(OH)-18APDMA), que es una solución GQ al 3% en 0.75% de KCl (% p/p). Este VES muestra un perfil de viscosidad similar al VES del compuesto 3 (ilustrado en las figuras 8a y 9a). Sin embargo, el beneficio de un requerimiento de sal inferior (KCl) se alcanza en un compuesto 4 a través del uso de ácido tolueno sulfónico en lugar de ácido clorhídrico en la síntesis. Este VES con el compuesto 4 usa menos del 20% de la cantidad de KCl requerido por EHMAC VES (ilustrado en la figura 5a), aún alcanza resultados superiores sobre EHMAC VES. Similar al compuesto 3. El compuesto 4 se obtiene en un líquido manejable fácilmente en 60% de activos. La figura 9b muestra las curvas de flujo de la segunda solución viscoelástica del compuesto 4, que contiene 1.25% de GQ en 1.5% de solución de KCl (% p/p). Este segundo VES usando el compuesto 4 demuestra un requerimiento inferior sustancialmente para el gelante cuando 1.5% de KCl en peso se usa. Este VES del compuesto 4 requiere menos de 45% de gelante y 50% menos de cloruro de potasio para obtener un perfil de viscosidad superior al de EHMAC benchmark (¡lustrado en las figuras 5a y 9b). La figura 10a muestra las curvas de flujo de la primera solución viscoelástica preparada a partir del compuesto 5 (HERAPDMA GQ), que contienen 3% de GQ en 0.5% de solución de sulfonato de sodio xileno (SXS) (% p/p). HERAPDMA GQ es un líquido en 60% de activos. Un beneficio inesperado demostrado en este perfil de viscosidad es una sensibilidad más baja a temperatura de aproximadamente 30°C a aproximadamente 90°C. El segundo VES basado en HERAPDMA GQ (compuesto 5) usa 1.5% de KCl en lugar de SXS, y también se usa 2/3 de la cantidad de gelante usado en el EHMAC VES. Las curvas de flujo de este VES se muestra en la figura 10b. Nuevamente, el perfil de viscosidad de este VES muestra solamente pequeños cambios de viscosidad a través del intervalo de temperatura de aproximadamente 30°C a aproximadamente 90°C. La figura 11 a muestra las curvas de flujo para la solución viscoelástica preparada de compuesto 6 (22APDMA-3-(OH)-HERAPDMA), que contienen 3% de GQ en una solución de HCl al 2% (% p/p). Este VES basado en el compuesto 6 provee la viscosidad más del triple que de EHMAC VES a 90°C a través del intervalo de velocidades de corte en la figura 5a y 1 1a). La figura 12a muestra las curvas de flujo de la primera solución viscoelástica preparada a partir de bis quat (BQ) del compuesto 7, que contiene 4% de BQ en una solución de CaCI2 al 25% (% p/p). La densidad de CaCI2 al 25% a 25°C es aproximadamente 1.24 g/ml. Las curvas de flujo en la figura 12a muestra que el compuesto hidrófobo-bis-cuaternario único de la presente tecnología provee propiedades VES útiles en soluciones con concentraciones de sal más altas que se usan para el VES de GQ de la presente tecnología o el gelante EHMAC. Este ejemplo demuestra que BQ hidrófobos únicos disimétricos pueden conferir propiedades VES en salmueras de alta densidad, que son comúnmente usados en fluidos de servicio de perforación de pozo para los beneficios de su densidad y/o efectos de sal, donde el EHMAC VES normalmente caerá. Las curvas de flujo de un segundo VES de BQ del compuesto 7 se muestran en la figura 12b, que demuestran una viscosidad más alta que aquella mostrada en la figura 12a. El segundo VES que contiene BQ al 2.5% en solución de CaBr2 al 25% (% p/p) usa menos gelante que el de la figura 12a y una salmuera de alta densidad diferente (CaBr2 al 25% tiene una densidad de aproximadamente 1.2 g/m a 25°C). El espesamiento de las soluciones de concentración de sal alta se pueden usar para un número de operaciones además de la fracturación, como se describe inicialmente en está descripción. Haciendo referencia a la figura 12c, las curvas de flujo de un tercero VES preparado de BQ del compuesto 7 demuestra que, además de las soluciones de concentración de sal alta, BQ hidrófobo único disimétrico puede proveer propiedades de espesamiento útiles a través de un amplio intervalo de concentración salina. En este VES, una solución de CaBr2 al 6% se usan, las cuales tienen una densidad de solamente aproximadamente 1.05 g/ml a 25°C. Una salmuera clara de alta densidad viscoelástica, gelificada también se prepara a partir del compuesto 7, que contiene BQ al 4% en una solución de ZnBr2 al 52.8%, CaBr2 al 22.8%, y agua al 24.4%, y tiene una densidad de aproximadamente 19 Ib. por galón a 70°C. las mediciones de viscosidad se obtienen en está solución como los componentes de salmuera son dañinos al reómetro. La figura 13a muestra las curvas de flujo de un VES preparado del compuesto 8, que es un PCC. Este VES contiene PCC° al 3% en peso de agua desionizada y sin sal u otro aditivo se añade. Las curvas de flujo de este VES muestra resultados útiles e inesperados, debido a que se elimina completamente el requerimiento de sales, agentes tensioactivos catiónicos u otros aditivos. El perfil de viscosidad para este VES también demuestra cambios muy pequeños en la viscosidad sobre el intervalo de temperatura de aproximadamente 30°C a aproximadamente 90°C, y es por lo menos 100% más alto que el de EHMAC VES (ilustrado en las figuras 5a y 13a). Estudiando las curvas de flujo de las soluciones viscoelásticas que contienen compuestos 1-8 de la presente tecnología colectivamente, la insensibilidad relativa de viscosidad a temperaturas a través del intervalo medido sugiere que dichas composiciones deben proveer propiedades de espesamiento útiles de pozo anterior del intervalo medido, especialmente en vista del grado al cual excede 100 cP de objetivo de viscosidad bajo las condiciones de exploración. La invención se ha descrito anteriormente en términos completos, claros y concisos como para permitir que cualquier persona con experiencia en la técnica a la cual pertenece, para practicar la misma. De debe entender que lo anterior describe modalidades preferidas de la invención y que las modificaciones se pueden hacer a está sin desviarse del alcance de las invención expuesta en las siguientes reivindicaciones.

Claims (10)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN
2. REIVINDICACIONES 1.- Un fluido de tratamiento para la perforación de pozos que comprende agua, y por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico para controlar la viscoelasticidad de la composición, en donde por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico comprende un compuesto bis-cuaternario de la siguiente fórmula general:
3. R3 R4 I I R2 — N+ - R7 N+ — R5 I I Ri Re A0 A2" en donde R2, R3, R4 y R5 son miembros independientemente seleccionados de: (a) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente
4. 4 átomos de carbono; y (b) grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; o alternativamente en donde R2 y R3 son miembros de un anillo heterocíclico, y R4 y R5 son miembros de un anillo heterocíclico diferente o son independientemente seleccionados del grupo (a) como se define anteriormente o grupo (b) como se define anteriormente; en donde R7 es un miembro seleccionado del grupo que consiste de grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono, y grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono; en donde Ri y R6 son miembros independientemente seleccionados del grupo que consiste de: grupo (a) como se define anteriormente; grupo (b) como se define anteriormente, o (c) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono; en donde por lo menos uno de R-\ o RQ es un miembro del grupo (c) como se define anteriormente; y en donde AP y A2" son independientemente seleccionados del grupo que consiste de: (i) iones inorgánicos cargados negativamente (ii) moléculas orgánicas con uno o más grupos funcionales cargados negativamente; y (iii) grupos funcionales cargados negativamente que son parte de R^ R2, R3, RA, RS, Re y Ry. 2.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque R2 y R3 son miembros se un anillo heterocíclico, en donde el anillo heterocíclico contiene 5 o 6 átomos de carbono. 3.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque R y R5 son miembros de un anillo heterocíclico, en donde el anillo heterocíclico contiene 5 o 6 átomos de carbono. 4.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos uno de Ri o RQ es un miembro del grupo (c), y además comprende un anillo ciclo hidrocarbilo o un anillo heterocíclico.
5. 5 - El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos del grupo (c) comprenden carboxamidas carboximidas, po carboxamidas, pohcarboximidas, carboxamidinas, carboximidinas, esteres carboxílicos, esteres policarboxílicos, ácidos carboxíhcos, ácidos policarboxílicos, carboxilatos, pohcarboxilatos, o sus combinaciones
6. 6 - El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico es menos de aproximadamente 10% en peso basado en el peso total de la composición
7. 7 - El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el fluido mantienen viscoelasticidad a una temperatura mayor de aproximadamente 110°C
8. 8 - El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los grupos hidrocarbilo sustituidos del grupo (b) tienen uno o más sustituyentes de hidroxi, alcoxi, aploxi, éster de carbonato, carbamato, sulfonato, fosfinato, fosfito, fosfato, fosfonato y sus combinaciones
9. 9 - El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los grupos hidrocarbilo sustituidos para R7 tiene uno o más sustituyentes seleccionados del grupo que consiste de hidroxilo, alcoxi, anloxi, carbonato de éster, carbamato, acido sulfónico, sulfonato, ácido fosfinico, fosfinato, ácido fosforoso, fosfito, ácido fosfonto, fosfato, fosfonato y sus combinaciones
10. 10.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos uno de Ri o R6 se deriva de un ácido carboxílico que tiene de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono. 11.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque R7 es hidrofílico. 12.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque R7 comprende grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 3 a aproximadamente 8 átomos de carbono o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 3 a aproximadamente 8 átomos de carbono. 13.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque R7 comprende grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 9 a aproximadamente 12 átomos de carbono o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 9 a aproximadamente 21 átomos de carbono. 14.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque R7 tiene una configuración que comprende un anillo. 15.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente por lo menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste de sales inorgánicas, ácidos orgánicos; sales de ácidos orgánicos, poliácidos, sales de poliácidos, diácidos, sales de diácidos, agentes tensioactivos aniónicos, hidrótopos aniónicos y sus combinaciones. 16.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque la sal inorgánica se selecciona del grupo que consiste de cloruro de sodio, cloruro de potasio, cloruro de amonio, cloruro de calcio, bromuro de sodio, bromuro de calcio, bromuro de zinc, formiato de potasio, cloruro de cesio, bromuro de cesio y sus combinaciones. 17.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque Ri se selecciona del grupo (c) y Rß se selecciona del grupo (a) o grupo (b). 18.- Un fluido viscoelástico de tratamiento de la perforación de pozos que comprende agua, y una cantidad efectiva de por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico para controlar la viscoelasticidad del fluido, en donde por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico comprende un compuesto bis-cuaternario disimétrico de la siguiente fórmula general: I I R2 N+ _ R? N+ R5 I I en donde R2, R3, R y R5 se seleccionan independientemente del grupo que consiste de: (a) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; y (b) grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; o alternativamente en donde R2 y R3 son miembros de un anillo heterocíclico, y R y Rs son miembros de un anillo heterocíclico diferente o son independientemente seleccionados del grupo (a) como se define anteriormente o grupo (b) como se define anteriormente; en donde R7 es un miembro seleccionado del grupo que consiste de grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono, y grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono; en donde R1 y R6 son miembros independientemente seleccionados del grupo que consiste de: grupo (a) como se define anteriormente; grupo (b) como se define anteriormente, y (c) grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos, en donde los grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono y comprenden carboxamidas, carboximidas, policarboxamidas, policarboximidas, carboxamidinas, carboximidinas, esteres carboxílicos, esteres policarboxílicos, ácidos carboxílicos, ácidos policarboxílicos, carboxilatos, policarboxilatos, o sus combinaciones; en donde por lo menos uno de R1, R2 o R3 es diferente de cada uno de R , R5 y RQ; y en donde Ap y A2" se seleccionan independientemente del grupo que consiste de: (i) iones inorgánicos cargados negativamente; (¡i) moléculas orgánicas con uno o más grupos funcionales cargados negativamente; y (¡ii) grupos funcionales cargados negativamente que son parte de R-i , R , R3, R4, R5, R6 o R7. 19.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque la cantidad de por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico es de menos de aproximadamente 10% en peso basado en el peso total de la composición. 20.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque por lo menos uno de Ri o R6 es un miembro del grupo (c), y además comprende un anillo ciclo hidrocarbilo o un anillo heterocíclico. 21.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 8, caracterizado además porque el fluido mantienen la viscoelasticidad a una temperatura de más de aproximadamente 100°C. 22.- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 1 8, caracterizado además porque comprende por lo menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste de sales inorgánicas, ácidos orgánicos; sales de ácidos orgánicos, poliácidos, sales de poliácidos, diácidos, sales de diácidos, agentes tensioactivos aniónicos, hidrótopos aniónicos, polímeros polianiónicos y sus combinaciones. 23.- Ei fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque la sal inorgánica se selecciona del grupo que consiste de cloruro de sodio, cloruro de potasio, cloruro de amonio, cloruro de calcio, bromuro de sodio, bromuro de calcio, bromuro de zinc, formiato de potasio, cloruro de cesio, bromuro de cesio y sus combinaciones. 24- El fluido de tratamiento de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque R-i se selecciona del grupo (c) y R6 se selecciona del grupo (a) o grupo (b) 25 - Un carboxilato policatiónico de la siguiente fórmula general R3 R4 I I R2 — N+ - R7 N+ — R5 I I i Re A0 A2" en donde R2, R3, R y R5 se seleccionan independientemente del grupo que consiste de (a) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono, y (b) grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono, o alternativamente en donde R2 y R3 son miembros de un anillo heterocíclico, y R y Rs son miembros de un anillo heterocíclico diferente o son independientemente seleccionados del grupo (a) como se define anteriormente o grupo (b) como se define anteriormente, en donde R-\ y R6 son miembros independientemente seleccionados del grupo que consiste de grupo (a) como se define anteriormente, grupo (b) como se define anteriormente, y (c) grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos, en donde los grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono y comprenden carboxamidas, carboximidas, pohcarboxamidas, po carboximidas, carboxamidinas, carboximidinas, esteres carboxíhcos, esteres policarboxí cos, ácidos carboxílicos, ácidos policarboxílicos, carboxilatos, pohcarboxilatos, o sus combinaciones; en donde R7 es un anión carboxilato que contiene de aproximadamente 2 a aproximadamente 24 átomos de carbono; y en donde AP y A2" se seleccionan independientemente del grupo que consiste de: (i) iones inorgánicos cargados negativamente; (ii) moléculas orgánicas con uno o más grupos funcionales cargados negativamente; y (iii) grupos funcionales cargados negativamente que son parte de R2, R3, R , R5 o R7. 26.- El carboxilato policatiónico de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque por lo menos uno de R-i o RQ es un miembro del grupo (c), y además comprende un anillo ciclo hidrocarbilo o un anillo heterocíclico. 27.- El carboxilato policatiónico de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque AP y A " es un grupo funcional cargado negativamente que es parte de R7. 28.- Una composición de recuperación de hidrocarburo que comprende agua, y por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico para controlar la viscoelasticidad de la composición, en donde por lo menos un compuesto de amonio cuaternario policatiónico comprende un compuesto bis-cuaternario de la siguiente fórmula general: R3 R4 R2 — N+ - R7 N+ — R Ai- A, en donde R2, R3, R y R5 son miembros independientemente seleccionados de: (a) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; y (b) grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; o alternativamente en donde R2 y R3 son miembros de un anillo heterocíclico, y R y R5 son miembros de un anillo heterocíclico diferente o son independientemente seleccionados del grupo (a) como se define anteriormente o grupo (b) como se define anteriormente; en donde R7 es un miembro seleccionado del grupo que consiste de grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono, y grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono; en donde Ri y Rß son miembros independientemente seleccionados del grupo que consiste de: grupo (a) como se define anteriormente; grupo (b) como se define anteriormente, y (c) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono o grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono; en donde por lo menos uno de Ri o Rß es un miembro del grupo (c) como se define anteriormente; y en donde Ap y A2" son independientemente seleccionados del grupo que consiste de: (i) iones inorgánicos cargados negativamente (ii) moléculas orgánicas con uno o más grupos funcionales cargados negativamente; y (iii) grupos funcionales cargados negativamente que son parte de RL R2, R3, R4, R5, R6 o R7. 29.- Una composición de recuperación de hidrocarburo que comprende la siguiente fórmula general: R3 R4 I I R2 — N+ - R7 N+ — R5 I I en donde R2, R3, R4 y R5 se seleccionan independientemente del grupo que consiste de: (a) grupos hidrocarbilo que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; y (b) grupos hidrocarbilo sustituidos que tienen de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono; o alternativamente en donde R2 y R3 son miembros de un anillo heterocíclico, y R4 y R5 son miembros de un anillo heterocíclico diferente o son independientemente seleccionados del grupo (a) como se define anteriormente o grupo (b) como se define anteriormente; en donde R1 y R6 son miembros independientemente seleccionados del grupo que consiste de: grupo (a) como se define anteriormente; grupo (b) como se define anteriormente; y (c) grupo hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos, en donde los grupos hidrocarbilo o grupos hidrocarbilo sustituidos tienen de aproximadamente 13 a aproximadamente 40 átomos de carbono y comprenden carboxamidas, carboximidas, policarboxamidas, policarboximidas, carboxamidinas, carboximidinas, esteres carboxílicos, esteres policarboxílicos, ácidos carboxílicos, ácidos policarboxílicos, carboxilatos, policarboxilatos, o sus combinaciones; en donde R7 es un anión carboxilato que contiene de aproximadamente 2 a aproximadamente 24 átomos de carbono; y en donde A-i" y A2" se seleccionan independientemente del grupo que consiste de: (i) iones inorgánicos cargados negativamente; (ii) moléculas orgánicas con uno o más grupos funcionales cargados negativamente; y (¡ii) grupos funcionales cargados negativamente que son parte de R2, R3, R4, R5 o R7.