NO175539B - Fremgangsmåte for reversibelt å endre viskositeten til en væske, samt fremgangsmåte for anvendelse av en fortykket væske til å bære faststoffer - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for tilveiebringelse av reversibelt fortykkede væsker for bruk til forskjellige industrielle formål.

Ved mange industrielle prosesser ville det være nyttig å

ha en fremgangsmåte for reversibel fortykning av en væske. Eksempler på disse prosesser er oppslemmingsrørledning-transport av mineraler, fjerning av de faststoffer som dannes under boring av brønner, fjerning av faststoffer dannet under polering og maling av metaller o.s.v. Ved prosesser som disse er det fordelaktig å øke væskens viskositet for å øke dens faststoff-

bærende kapasitet og forhindre utfelling av faststoffene før de når sitt ønskede bestemmelsessted. Den mest vanlige fremgangsmåte for økning av en væskes faststoff-bærende kapasitet er å tilsette en polymer eller et dispergert faststoff såsom en leire som øker væskens viskositet, spesielt ved lave skjærhastigheter. Ved de prosesser som er nevnt ovenfor, er det også nødvendig å fjerne faststoffene fra væsken for enten å bruke væsken om igjen eller bruke faststoffene. Dette gjøres ofte f.eks. ved filt-rering av væsken fra faststoffene, sentrifugering av faststoffene ut av væsken eller lignende fremgangsmåter. Uheldigvis gjør den tilleggs-viskositet som var nyttig ved transport av faststoffene, den ønskede separasjon av faststoffer fra væsken vanskeligere. Hvis viskositeten reduseres ved destruksjon eller fjerning av den polymer eller leire som ble anvendt for økning av væskens viskositet, trenges det dessuten ytterligere polymer eller leire for gjenopprettelse av væskens faststoff-bærende kapasitet. Dessuten kan væsken eller faststoffet være forurenset og forstyrre den videre anvendelse ved det residuum som skyldes anvendelse av polymer eller leire.

I lys av de mangler som foreligger ifølge teknikkens

stand ville det være meget ønskelig å tilveiebringe en fremgangsmåte for forbedring av en væskes faststoff-bærende kapasitet på en måte som lett og hurtig kan reverseres for å hjelpe på fjerningen av faststoffer fra væsken når dette ønskes, og etter at faststoffene er blitt fjernet, for at væskens faststoff-bærende kapasitet lett og hurtig skal gjenopprettes.

Følgelig er den foreliggende oppfinnelse ved ett aspekt en fremgangsmåte for reversibel forandring av en væskes viskositet, omfattende de trinn at man bringer væsken i kontakt med et ionisk, viskoelastisk overflateaktivt middel under økning av væskens viskositet, og bryter viskositeten hos væsken som inneholder det viskoelastiske overflateaktive middel på en slik måte at væsken ikke behøver underkastes en økning i skjærkraft for reduksjon av væskens viskositet, og væskens viskositet kan deretter i det alt vesentlige gjenopprettes. Det henvises til krav 1.

Når et viskoelastisk overflateaktivt middel anvendes for

å gi en væske øket viskositet, kan den viskositet som er tilveiebragt ved det viskoelastiske overflateaktive middel overraskende nok reduseres effektivt (d.v.s. "brytes"), og deretter kan væskens viskositet gjenopprettes uten at det anvendes ytterligere mengder av det viskoelastiske overflateaktive middel. Alternativt, når først viskositeten hos en væske fortykket med

en oppløselig polymer med høy molekylvekt er blitt brutt, kan ikke væskens viskositet gjenopprettes i noen vesentlig grad uten anvendelse av ytterligere mengder polymer. Dessuten er de væsker som anvendes ved den foreliggende oppfinnelse, meget stabile overfor skjærkraft og blir ikke utsatt for noe vesentlig, om i det hele tatt noe, tap av aktivitet ved vedvarende pumping, mens det hos polymert fortykkede væsker blir irreversibel mekanisk degradering og hurtig tap av aktivitet ved vedvarende pumping. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er derfor spesielt egnet for væsker som anvendes i strømningssystemer inneholdende pumper, strømninger med høy hastighet, plutselige ekspansjoner eller kontraksjoner, maleoperasjoner, poleringsoperasjoner og lignende.

Blant de mange anvendelser er væsker som er fortykket ifølge oppfinnelsen egnet til industrielle formål hvor det er ønskelig å anvende en væske med høy faststoffbærende kapasitet. Spesifikt omfatter fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fortykking av væsken med et ionisk, viskoelastisk overflateaktivt middel slik at væsken får.en forbedret faststoff-bærende kapasitet sammenlignet med en ikke-fortykket væske, suspendering av faststoffer i den fortykkede væske og deretter brytning av væskens viskositet slik at faststoffene mer effektivt kan fjernes fra den brutte væske enn fra den fortykkede væske.

Fremgangsmåten for fjerning av faststoffer er spesielt egnet ved en kontinuerlig sirkulasjonsprosess i en lukket sløyfe, f.eks. ved fjerning av faststoffer fra en brønnboringsvæske. Fremgangsmåten tilveiebringer (1) i en del av den lukkede sløyfe en fortykket væske for effektiv bæring av faststoffer, (2) i en annen del av den lukkede sløyfe en virksom og effektiv metode for fjerning av faststoffer etter at væskens viskositet er brutt på en slik måte at det ikke fordres øket skjærkraft for reduksjon av viskositeten og (3) etter fjerning av faststoffene, gjenopprettelse av væskens viskositet og faststoff-bærende kapasitet i enda en annen del av sløyfen. Således kan det utføres en kontinuerlig og effektiv prosess hvor det er unødvendig å tilsette vesentlige mengder, hvis noe, av et viskositets-økende middel til systemet, etter gjentatt bryting og gjenopprettelse av væskens viskositet, for tilveiebringelse av en væske med en funksjonelt effektiv viskositet.

Anvendt i det foreliggende angir betegnelsen "væske" slike væskeformige materialer som kan ha organisk eller vandig beskaf-fenhet. Fortrinnsvis er væsken en vandig væske. Innbefattet i betegnelsen "vandig væske" er væsker som inneholder uorganiske elektrolytter, såsom vandige oppløsninger av uorganiske salter, vandige alkaliske eller vandige sure oppløsninger, avhengig av det spesielle overflateaktive middel og elektrolytt som anvendes. Andre eksempler på vandige væsker innbefatter blandinger av vann og en væske som er blandbar med vann såsom lavere alkanoler, f.eks. metanol, etanol eller propanol; glykoler og polyglykoler og lignende, forutsatt at slike vann-blandbare væsker anvendes i mengder som ikke i noen betydelig grad og på noen skadelig måte påvirker det viskoelastiske overflateaktive middels fortyknings-effekt på væsken. Emulsjoner av ikke-blandbare væsker i den vandige væske og vandige oppslemminger av faste, partikkel-

formige materialer er også innbefattet. Generelt anvendes imidlertid vann og vandige alkaliske eller vandige sure oppløsninger eller vandige oppløsninger av uorganiske salter (d.v.s. salt-oppløsni.nger) mest fordelaktig som den vandige væske i det foreliggende. Elektrolyttkonsentrasjonen er med fordel mindre enn ca. 75 vekt%, basert på oppløsningen.

Betegnelsen " viskoelastisk overflateaktivt middel" er ment

å innbefatte forbindelser som i store trekk klassifiseres som overf lateaktive midler som kan gi. en væske viskoelastisitet. Viskoelastisitets-egenskapen og tester for bestemmelse av

hvorvidt en væske har viskoelastiske egenskaper er velkjent på området; og det refereres til H.A. Barnes et al., Rheol. Acta,

1975 14, s. 53-60 og S. Gravsholt, Journal of Coll. og Interface Sei., 57 (3) s. 575-6 (1976). Se også N.D. Sylvester et al.,

Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 1979, 14, s. 47. Blant de testmetoder som er spesifisert i disse referanser, består én test som er blitt funnet å være den mest egnede ved bestemmelse av en vandig oppløsnings-viskoelastisitet, av at man roterer opp-løsningen og observerer visuelt om boblene som dannes ved roteringen, trekker seg tilbake etter at roteringen er stoppet.

En eventuell tilbaketrekking av boblene angir viskoelastisitet.

Overflateaktive midler som kan gi en væske viskoelastiske egenskaper, er velkjent på området, og det refereres til disse når det gjelder denne oppfinnelse. Referanser som lærer visko-elastiske overflateaktive midler, er illustrert ved følgende patenter: US-patent 3.361.213, 3.273.107, 3.406.115, 4.061.580

og 4.534.875. Betegnelsen "overflateaktivt middel" anvendes i det foreliggende i sin videste betydning og er ment å innbefatte ethvert molekyl som har en karakteristisk amfifatisk struktur slik at det har den egenskap at det danner kolloidale klaser,

i alminnelighet kalt miceller, i oppløsning.

De viskoelastiske overflateaktive midler er ioniske. Vanligvis omfatter et ionisk, viskoelastisk overflateaktivt middel en overflateaktiv forbindelse som har en hydrofob del kjemisk bundet til en ionisk, hydrofil del (i det følgende omtalt som et "overflateaktivt ion") og en mengde av et mot-ion med den del som kan knyttes til det overflateaktive ion i en tilstrekkelig grad til at det dannes et viskoelastisk overflateaktivt middel. Et ikke-ionisk viskoelastisk overflateaktivt middel omfatter et overflateaktivt molekyl med en hydrofob del kjemisk bundet til en ikke-ionisk, hydrofil del.

Eksempler på ioniske overflateaktive forbindelser er representert ved formelen:

hvor RX(Y<®>) og R±( Z ) representerer overflateaktive ioner med en hydrofob del representert ved R-, og en ionisk, solubiliserende del representert ved den kationiske del (Y) eller den anioniske

del (z<P>) kjemisk bundet til denne. ^ og A<®> er de mot-ioner som er forbundet med de overflateaktive ioner.

Vanligvis er den hydrofobe del (d.v.s. R-^ av det overflateaktive ion hydrokarbyl eller inert substituert hydrokarbyl hvor betegnelsen "inert substituert" angir hydrokarbyl-radikaler med én eller flere substituentgrupper, f.eks. halogengrupper såsom -F, -Cl eller -Br eller kjedebindinger såsom en silisiumbinding (-Si-) , som er inert overfor den vandige væske og komponenter som finnes i denne. Hydrokarbylradikalet er typisk en aralkylgruppe eller et langkjedet alkyl eller inert substituert alkyl, hvilke alkylgrupper vanligvis er rettkjedede og har minst ca. 12, med fordel minst ca. 16, karbonatomer. Representative langkjedede alkyl- og alkenylgrupper innbefatter dodecyl (lauryl), tetradecyl (myristyl) , heksadecyl (cetyl) , oktadecenyl (oleyl), oktadecyl (stearyl), og derivatene av talg, kokosolje og soya. Foretrukkede alkyl- og alkenylgrupper er vanligvis alkyl- og alkenylgrupper med 14-24 karbonatomer, idet oktadecenyl, heksadecyl, erucyl og tetradecyl er de mest foretrukkede.

De kationiske, hydrofile deler (grupper), d.v.s. (^) , er vanligvis -onium-ioner hvor betegnelsen "-onium-ioner" angir en kationisk gruppe som er i alt vesentlig fullstendig ionisert i vann over et vidt pH-område, f.eks. pH-verdier på 2-12. Representative -onium-ioner innbefatter kvaternære ammonium-grupper, d.v.s. -N^(R)^.; tertiære sulfonium-grupper, d.v.s. -S (R) kvaternære fosfonium-grupper, d.v.s. -P (R) 3 og lignende, hvor hver R individuelt er et hydrokarbyl eller substituert hydrokarbyl. Dessuten kan primære, sekundære og tertiære aminer, d.v.s. -NH2, -NHR eller -NfR^r også anvendes som den ioniske del hvis pH i den vandige væske som anvendes, er slik at amin-delene vil finnes i ionisk form. En pyridiniumdel kan også anvendes. Med slike kationiske grupper fremstilles det overflateaktive ion i det viskoelastiske overflateaktive middel fortrinnsvis med kvaternært ammonium, d.v.s. -^(R)^, en pyridiniumdel,

en aryl- eller alkaryl- pyridinium-: eller imidazolinium-del, eller tert.-amin-, -N(R)2~grupper hvor hver R uavhengig av de andre er en alkylgruppe eller en hydroksyalkylgruppe med 1-4 karbonatomer, idet hver R fortrinnsvis er metyl, etyl eller hydroksyetyl.

Representative anioniske, solubiliserende deler (grupper)

(Z<®>) innbefatter sulfatgrupper, d.v.s. -0S0-<®>, etersulfatgrupper, sulfonatgrupper, d.v.s. _S03 Q, karboksylatgrupper, fosfatgrupper, fosfonatgrupper og fosfonittgrupper. Med slike anioniske grupper fremstilles det overflateaktive ion i de viskoelastiske overflateaktive midler fortrinnsvis med en karboksylat- eller sulfat-gruppe. For denne oppfinnelses formål er slike anioniske solubiliserende deler mindre foretrukket enn kationiske deler.

Fluoralifatiske forbindelser som passende anvendes ved utførelse av denne oppfinnelse, innbefatter organiske forbindelser representert ved formelen:

hvor R^ er en mettet eller umettet fluoralifatisk del som fortrinnsvis inneholder en F^C-del, og Z er en ionisk del eller en potensielt ionisk del. De fluoralifatiske forbindelser kan være perfluorkarboner. Egnede anioniske og kationiske deler vil bli beskrevet i det følgende. Den fluoralifatiske del inneholder fordelaktig 3-20 karbonatomer hvor alle kan være fullstendig fluorert, fortrinnsvis 3-10 slike karbonatomer. Denne fluor-alif atiske del kan være rettkjedet, forgrenet eller cyklisk, fortrinnsvis rettkjedet, og kan inneholde et tilfeldig karbon-bundet hydrogenatom eller halogenatom som ikke er fluor og kan inneholde et oksygenatom eller et trivalent nitrogenatom bundet kun til karbonatomer i skjelett-kjeden. Mer foretrukket er slike rettkjedede perfluoralifatiske deler representert ved formelen: CF- hvor n er i området 3-10. Mest foretrukket er slike

n 2n+l

rettkjedede perfluoralifatiske deler representert i avsnittene nedenfor.

De fluoralifatiske forbindelser kan være et kationisk perfluorkarbon og er fortrinnsvis valgt blant

hvor X® er et mot-ion beskrevet i det følgende, R" er lavere alkyl inneholdende 1-4 karbonatomer, r er 2-15, fortrinnsvis 2-6 og s er 2-5. Eksempler på andre foretrukne kationiske

perfluorkarboner såvel som fremgangsmåter for fremstilling av dem er slike som er oppregnet i US-patent 3.775.126.

De fluoralifatiske forbindelser kan være et anionisk perfluorkarbon og er fortrinnsvis valgt blant:

hvor p er 2-15, fortrinnsvis 2-6, q er 2-4 og A er et mot-ion beskrevet i det følgende. Eksempler på andre foretrukne anioniske perfluorkarboner såvel som fremgangsmåter for fremstilling av dem er beskrevet i US-patent 3.172.910.

Mot-ionene (d.v.s. X<®> eller A®) som er knyttet til de overflateaktive ioner, er mest passende ionisk ladede, organiske materialer med ionisk karakter som er motsatt det overflateaktive ions, hvilken kombinasjon av mot-ion og overflateaktivt ion gir en vandig væske viskoelastiske egenskaper. Det organiske materiale med anionisk karakter tjener som mot-ion for et overflateaktivt ion med en kationisk, hydrofil del, og det organiske materiale med kationisk karakter tjener som mot-ion for det overflateaktiv ion med en anionisk, hydrofil del. Vanligvis inneholder de foretrukne mot-ioner som oppviser anionisk karakter, en karboksylat-, sulfonat- eller fenoksyd-gruppe hvor en "fenoksyd-gruppe" er ArO<®> og Ar representerer en aromatisk ring eller en inert substituert aromatisk ring. Representanter for slike anioniske mot-ioner som, når de anvendes sammen med et kationisk overflateaktivt ion, kan gi en vandig væske viskoelastiske egenskaper, innbefatter forskjellige aromatiske karboksylater såsom o-hydroksybenzoat, m- eller p-klorbenzoat, metylen-bis-salicylat og 3,4- eller 3,5-diklorbenzoat; aromatiske sulfonater såsom p-toluensulfonat og naftalensulfonat; fenoksyder, spesielt substituerte fenoksyder; og lignende, hvor slike mot-ioner er løselig; eller 4-amino-3,5,6-triklorpikolinat. Alternativt kan de kationiske mot-ioner inneholde et -onium-ion, mest foretrukket en kvaternær ammoniumgruppe. Representative kationiske mot-ioner som inneholder en kvaternær ammoniumgruppe, innbefatter benzyl-trimetylammonium eller alkyltrimetylammonium hvor alkylgruppen kan være oktyl, decyl, dodecyl, erucyl og lignende; og aminer såsom cykloheksylamin og hydroksyetylcykloheksylamin. Det er meget ønskelig å unngå støkiometriske mengder av overflateaktivt middel og mot-ion når alkylgruppen i mot-ionet er stor. Anvendelse av et kation som mot-ion er vanligvis mindre foretrukket enn anvendelse av et anion som mot-ion. Uorganiske mot-ioner, enten de er anioniske eller kationiske, kan også anvendes.

Den spesifikke type og mengde overflateaktivt ion og mot-ion som anvendes for fremstilling av et viskoelastisk overflateaktivt middel, er innbyrdes beslektet og velges slik at kombi-nasjonen gir en vandig væske viskoelastiske egenskaper. Kombi-nasjonene av overflateaktive ioner og mot-ioner som vil danne et viskoelastisk overflateaktivt middel, vil variere og bestemmes lett ved de testmetoder som er beskrevet i det foregående.

Blant de forskjellige overflateaktive ioner og mot-ioner

som kan anvendes ved fremstilling av et viskoelastisk overflateaktivt middel, innbefatter de foretrukne viskoelastiske overflateaktive midler slike som representeres ved formelen:

hvor R' er mettet eller umettet alkyl, og n er et helt tall fra 13 til 23, fortrinnsvis et helt tall fra 15 til 21, som representerer antallet karbonatomer i R', hver R er, uavhengig av de andre thydrogen eller en alkylgruppe, eller alkylaryl, eller en hydroksyalkyl-gruppe med 1-4 karbonatomer, fortrinnsvis er hver R uavhengig av de andre metyl, hydroksyetyl, etyl eller benzyl, og X er o-hydroksybenzoat, m- eller p-halogenbenzoat eller et alkylfenat hvor alkylgruppen fordelaktig har 1-4 karbonatomer. Dessuten kan R-gruppene danne en pyridinium-del. Særlig foretrukne overflateaktive ioner innbefatter cetyltrimetylammonium, oleyltrimetylammonium, erucyltrimetylammonium og cetylpyridinium.

Andre foretrukne overflateaktive forbindelser innbefatter slike som er representert ved formelen:

hvor n er et helt tall fra 3 til 15, fortrinnsvis 3-8, m er et helt tall fra 2 til 10, fortrinnsvis 2-5, R er som tidligere angitt, mest foretrukket metyl og X<®> er som tidligere angitt.

De viskoelastiske overflateaktive midler fremstilles lett ved at man blander den basiske form av det ønskede kationiske overflateaktive ion (eller den sure form av det ønskede anioniske overflateaktive' ion) med den ønskede mengde av den sure form av det ønskede kationiske mot-ion (eller den basiske form av det ønskede anioniske mot-ion). Alternativt kan de ønskede mengder av saltene av det kationiske overflateaktive ion og det anioniske mot-ion (eller ekvimolare mengder av det anioniske overflateaktive ion og det kationiske mot-ion) blandes under dannelse av det ønskede viskoelastiske overflateaktive middel. Se f.eks.

de fremgangsmåter som er beskrevet i US-patent 2.541.816.

Avhengig av det spesifikke overflateaktive ion og mot-ion knyttet til dette, kan mindre enn en støkiometrisk mengde av mot-ionet anvendes for å gi en væske viskoelastiske egenskaper. Når f.eks. det overflateaktive ion er et langkjedet alkyl bundet til et kvaternært ammonium og mot-ionet er salicylat, kan vann og andre vandige væsker effektivt fortykkes ved anvendelse av støkiometriske eller til og med mindre mengder av en elektrolytt som ved dissosiering danner et salicylat-anion, selv om det kan anvendes større enn støkiometriske mengder av elektrolytten.

I mange tilfeller, spesielt når mot-ionet er et uorganisk ion såsom klorid-ion, får en vandig væske imidlertid bare visko-elastiske egenskaper når en elektrolytt anvendes i støkiometrisk overskudd. I slike tilfeller får f.eks. vann kanskje ikke de ønskede viskoelastiske egenskaper ved det overflateaktive middel, mens en saltoppløsning såsom saltvann får de ønskede visko-elastiske egenskaper. Slik som betegnelsen anvendes i det foreliggende, angir "viskoelastisk overflateaktivt middel" bare det overflateaktive ion og den mengde av mot-ion som virkelig anvendes hvis mot-ionet anvendes i støkiometriske eller mindre mengder. Hvis det anvendes mer enn støkiometriske mengder av elektrolytten i forhold til det overflateaktive ion, angir betegnelsen "viskoelastisk overflateaktivt middel" det overflateaktive ion og støkiometriske mengder av mot-ion (d.v.s. det ute-lukker den overskytende mengde, hvis noe, av elektrolytt).

Andre viskoelastiske overflateaktive midler som kan anvendes ved fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse, er beskrevet av D. Saul et al., J. Chem. Soc. Faraday Trans., 1 (1974) 70(1),

s. 163-170; eller C. A. Barker et al., ibid., s. 154-162.

Det viskoelastiske overflateaktive middel anvendes i en mengde som er tilstrekkelig til at viskositeten hos den væske som det anvendes i, økes målbart. Den mengde av det viskoelastiske overflateaktive middel som mest fordelaktig anvendes, vil variere avhengig av mange forskjellige faktorer innbefattende væskens ønskede viskositet, oppløsningens sammensetning og væskens slutt-anvendelse, innbefattende de temperaturer og skjærhastigheter som den strømmende væske vil bli utsatt for. I vandige væsker anvendes det viskoelastiske overflateaktive middel vanligvis i en mengde som er tilstrekkelig til at væskens viskositet er minst ca. 100, fortrinnsvis minst 250, mer foretrukket minst 500, cP ved 25°C målt ved anvendelse av et viskosimeter av typen Brookfield, LVT, spindel nr. 1 ved 6 opm. Vanligvis bestemmes den konsentrasjon av ethvert spesifikt viskoelastisk overflateaktivt middel som anvendes for å gi væsken den ønskede viskositet, med letthet ved eksperimentering. De viskoelastiske overflateaktive midler anvendes i mengder på 0,01-10 vekt%, basert på vekten av det viskoelastiske overflateaktive middel og væske. Det visko-elastiske overflateaktive middel anvendes mer foretrukket i mengder på 0,05-3%, basert på vekten av væsken og det visko-elastiske overflateaktive middel.

Som nevnt, kan det viskoelastiske overflateaktive middel fremstilles under anvendelse av mer enn støkiometriske mengder av en elektrolytt med en ionisk karakter motsatt av det overflateaktive ions og som kan knyttes til det overflateaktive ion som et mot-ion (f.eks. et organisk mot-ion). Anvendelsen av ytterligere elektrolytt som er oppløselig i den væske som inneholder det viskoelastiske overflateaktive middel, vil også gjøre at væsken kan opprettholde sin viskositet ved høyere temperatur og/eller øke den fortykkede væskes motstandsdyktighet overfor tilstedeværelse av oljer eller andre materialer som ikke er oppløselige i vann såsom hydrokarboner som kan komme i kontakt med væsken, såvel som forskjellige vann-oppløselige materialer såsom de lavere alkoholer og lignende. Det er f.eks. mulig at den fortykkede væske kan inneholde olje eller annet organisk materiale i en konsentrasjon på 0,05-80 vekt%, basert på den totale vekt av den fortykkede væske og olje eller annet organisk materiale. Vanligvis er det en tendens til at væskens visko-elastiske egenskaper, og følgelig viskositeten, tapes eller reduseres i betydelig grad i nærvær av slike materialer. Væsker som inneholder det viskoelastiske overflateaktive middel og overskytende mengder av elektrolytt, er i stand til å opprettholde sine viskoelastiske egenskaper i lengre tidsrom enn en lignende væske som ikke inneholder de overskytende mengder av elektrolytt. Fluorerte viskoelastiske overflateaktive midler er mer motstands-dyktig overfor tilstedeværelse av organiske materialer og kan motstå tilsetning av mange organiske materialer i mengder på opp til 80 vekt%, mest foretrukket opp til 20 vekt%, basert på vekten av den fortykkede væske (d.v.s. væsken og det fluorerte overflateaktive middel).

Vanligvis foretrekkes elektrolytter (innbefattende salter, syrer og baser) som ved dissosiering danner organiske ioner med det overflateaktive ion under dannelse av et viskoelastisk overflateaktivt middel. For eksempel kan olje-motstandsdyktigheten og/eller temperatur-motstandsdyktigheten hos en væske inneholdende et viskoelastisk overflateaktivt middel med et kationisk og/eller temperatur-motstandsdyktigheten hos en væske som inneholder et viskoelastisk overflateaktivt middel med et kationisk overflateaktivt ion, ofte økes ved anvendelse av en organisk elektrolytt som ved dissosiering danner et anion. Eksempler på slike anioniske organiske elektrolytter innbefatter alkalimetallsaltene av forskjellige aromatiske karboksylater, f.eks. natriumsalicylat og kaliumsalicylat og dinatrium-metylen-bis-(salicylat); alkalimetall-ar-halogenbenzoater, f.eks. natrium-p-klorbenzoat, kalium-m-klorbenzoat, natrium-2,4-diklorbenzoat og kalium-3,5-diklorbenzoat; aromatiske sulfonsyrer såsom p-toluen-sulfonsyre og alkalimetallsaltene derav; naftalensulfonsyre; substituerte fenoler og alkalimetallsalter derav, f.eks. ar, ar-diklorfenoler, 2,4,5-triklorfenol, t-butylfenol, t-butyl-hydroksyfenol, etylfenol og lignende.

Alternativt kan motstandsdyktigheten overfor olje og/eller temperatur hos en væske som inneholder et viskoelastisk overflateaktivt middel med et anionisk overflateaktivt ion, ofte økes ved anvendelse av en kationisk organisk elektrolytt som ved dissosiering danner et kation. Selv om kationiske organiske elektrolytter er mindre foretrukket enn de forannevnte anioniske organiske elektrolytter, innbefatter eksempler på egnede elektrolytter de kvaternære ammoniumsalter såsom alkyltrimetyl-ammoniumhalogenider og alkyltrietyl-ammoniumhalogenider hvor alkylgruppen kan inneholde 4-22 karbonatomer og halogenidet fordelaktig er klorid; aryl- og aralkyl-trimetyl-ammoniumhalogenider såsom fenyltrimetyl- og benzyltrimetyl-ammoniumklorid; alkyltrimetyl-fosfoniumhalogenider og lignende.

Fortrinnsvis er elektrolytten det samme eller danner det samme ion som det som er knyttet til det overflateaktive ion i det viskoelastiske overflateaktive middel som den vandige væske inneholder, f.eks. anvendes alkalimetallsalicylat fordelaktig som tilleggs-elektrolytt når det viskoelastiske overflateaktive middel opprinnelig har et salicylat-mot-ion. De mest foretrukne organiske elektrolytter er alkalimetallsaltene av et aromatisk karboksylat, f.eks. natriumsalicylat. Man må imidlertid også være klar over at elektrolytten kan være forskjellig fra det mot-ion som anvendes.

Konsentrasjonen av elektrolytten som fordres i væsken for økning av den temperatur overfor hvilken væsken vil opprettholde sine viskoelastiske egenskaper, og følgelig sin viskositet, er avhengig av mange forskjellige faktorer innbefattende den bestemte væske, det bestemte viskoelastiske overflateaktive middel og elektrolytten (f.eks. organisk elektrolytt) som anvendes, og den ønskede oppnådde viskositet. Vanligvis vil konsentrasjonen av elektrolytten fordelaktig være i området 0,1-20, fortrinnsvis 0,5-5, mol pr. mol av det viskoelastiske overflateaktive middel.

De væsker som er egnet ved denne oppfinnelse som oppviser de ønskede reversible viskositets-økende egenskaper, fremstilles ved at man blander de ønskede mengder av det viskoelastiske overflateaktive middel og, hvis anvendt, ytterligere elektrolytt under dannelse av en væskeformig oppløsning. De resulterende oppløsninger er stabile og kan oppbevares i lange tidsrom. Væskene kan også inneholder additiver for at væsken skal kunne anvendes for tallrike industrielle formål, såsom bore-, kompletterings-, overhalings- og frakturerings-væsker, skjære-væsker, rørledningsanvendelser, oppslemmingstransport, fjern-varmeanvendelser og lignende.

Betegnelsen "brytning" som anvendt her,

angir en målbar reduksjon i viskositeten hos væsken inneholdene det viskoelastiske overflateaktive preparat. Viskositeten hos væsker fortykket med viskoelastiske overflateaktive midler kan brytes på mange forskjellige måter. For eksempel kan vandige væsker fortykket med viskoelastiske overflateaktive midler inneholdende hydrokarbyl eller inert substituert hydrokarbyl, brytes ved tilsetning av effektive mengder av et blandbart eller ikke-blandbart hydrokarbon eller substituert hydrokarbon såsom metanol, etanol, isopropanol, (d.v.s. lavere alkoholer), aceton, metyletyl-keton, trikloretylen, toluen, xylen, mineraloljer, glykoler, glykoletere og lignende. Vandige væsker inneholdende de fluor-ali.fati.ske forbindelser som viskoelastiske overf lateaktive komponenter kan effektivt brytes ved anvendelse av lavere alkoholer (d.v.s. alkoholer med 1-3 karbonatomer) såsom isopropanol. Mengden av hydrokarbon eller substituert hydrokarbon som må tilsettes for å bryte viskositeten hos den fortykkede væske, er avhengig av det spesifikke viskoelastiske overflateaktive middel som anvendes og konsentrasjonen av det såvel som det spesifikke hydrokarbon eller substituerte hydrokarbon som anvendes. For eksempel kan så lite som 0,1 vekt%, basert på vekten av den fortykkede væske, toluen tilsettes til væsken for å bryte dens viskositet, mens mer enn 75 vekt% etylenglykol kanskje må tilsettes for å bryte den samme fortykkede væske. I de fleste tilfeller vil hydrokarbonet eller det substituerte hydrokarbon fordelaktig velges slik at det vil bryte viskositeten når det tilsettes i én mengde på 0,1-50, fortrinnsvis 0,2-20, mer foretrukket 0,2-10 vekt%, basert på vekten av væsken.

Andre fremgangsmåter for å bryte de viskoelastiske overflateaktive preparater innbefatter forandring av væskens pH, oppvarming eller avkjøling av systemet til over eller under den temperatur ved hvilken væsken mister sin viskoelastisitet, eller forandring av sammensetningen av viskoelastiske overflateaktive midler. Selv om anvendelse av større skjærkraft enn hva de overflateaktive miceller kan motstå også kan anvendes for å bryte de viskoelastiske egenskaper som væsken har fått ved det overflateaktive middel, er ikke anvendelse av overdreven skjærkraft et praktisk hjelpemiddel for reduksjon av væskens viskositet. Man må være klar over at mer enn ett hjelpemiddel for å bryte de viskoelastiske overflateaktive preparater kan anvendes samtidig. Fortrinnsvis brytes væskens viskositet ved at man bringer den fortykkede væske i kontakt med en effektiv mengde av hydrokarbon eller substituert hydrokarbon. For slike preparater som inneholder viskoelastiske overflateaktive preparater bestemt for anvendelse over et vidt temperaturområde, er temperaturvariasjon ikke det beste hjelpemiddel for å bryte det viskoelastiske overflateaktive middel.

Gjenopprettelse av viskositeten hos den industrielle væske kan utføres ved anvendelse av mange forskjellige teknikker. Med betegnelsen "gjenopprettelse av viskositet" menes at viskositeten i den væske som er blitt brutt, kan økes uten at det er nødvendig å tilveiebringe ytterligere viskoelastisk overflateaktivt middel til væsken. Således angir betegnelsen "reversibel brytning"

anvendt ved henvisning til fluider ved denne oppfinnelse, den gjentatte brytning og hovedsakelige gjenopprettelse av viskositet hos den opprinnelige væske. Eksempler på teknikker egnet til reversering av brytningsprosessen eller gjenopprettelse av væskens viskositet innbefatter fjerning av det forannevnte hydrokarbon under anvendelse av teknikker såsom påføring av vakuum og/eller tilføring av varme til væsken. Det vil si at hydrokarbonet kan fjernes fra væsken ved at man utsetter væsken for betingelser slik at hydrokarbonet fordamper. Av denne grunn er det mest ønskelig å anvende et hydrokarbon ved brytningsprosessen som har et ganske høyt damptrykk under fjernings-betingelsene. Hydrokarboner kan også fjernes ved at man absorberer hydrokarbonet under anvendelse av et passende absorpsjonsmateriale (d.v.s. et materiale som fjerner hydrokarbonet men ikke vesentlige mengder av det viskoelastiske overflateaktive preparat). For eksempel kan hydrokarbonet fjernes under anvendelse av polymer-perler, kolonner inneholdende slike perler, karbon, kolloidalt silisiumdioksyd osv. Andre fremgangsmåter for gjenopprettelse av den brutte væskes viskositet innbefatter gjenopprettelse av pH, eller oppvarming eller avkjøling av systemet til det punkt ved hvilket viskoelastisiteten gjenopprettes .

Ved ett aspekt av den foreliggende oppfinnelse kan en væske inneholdende et viskoelastisk overflateaktivt middel anvendes for fjerning av suspendert partikkelformig materiale ved bore-operasjoner såsom boring av oljebrønner uten noen betydelig dødtid eller tap av væske. Spesifikt kan den fortykkede væske anvendes for transport av faststoffene og væskens viskositet kan deretter brytes, hvorved det muliggjøres lettvint fjerning av faststoffene fra væsken ved konvensjonelle teknikker såsom filt-rering. Den brutte væskes viskositet kan deretter gjenopprettes og anvendes på nytt. Det henvises til krav 8.

Ved en meget foretrukket utførelsesform ifølge dette aspekt ved oppfinnelsen kan oljebrønn-borevæsker såsom slike som inneholder store mengder saltoppløsning, resirkuleres på en virksom og effektiv måte. Således fortykkes oljebrønn-borevæsker ved ovennevnte fremgangsmåte, de fortykkede væsker anvendes til å bære borespon til overflaten, viskositeten brytes, faststoffer fjernes ved anvendelse av konvensjonelle hjelpemidler såsom vibrerings-sikter, hydrosykloner eller sentrifuger, væskene underkastes viskositets-gjenopprettelse og resirkuleres for videre bruk.

De følgende eksempler er gitt for å illustrere oppfinnelsen. Alle prosentandeler og deler er på vektbasis dersom ikke annet er angitt.

Eksempel 1

En fortykket saltoppløsning-utformning fremstilles ved at man bringer 350 ml av en saltoppløsning inneholdende 1557 kg kalsiumklorid/kalsiumbromid pr. m , i kontakt med 3 g av et viskoelastisk overflateaktivt preparat omfattende 1,5 g talg-trimetylammoniumklorid i 1,5 g av en blanding av isopropanol og vann. Til utformningen tilsettes 5 g av et leire/kvarts-fast-stoffstøv som er en etterligning av borespon og selges kommer-sielt som "Rev Dust A" av Millwhite Corp., Houston, Texas. Denne prøve betegnes som prøve nr. 1.

På lignende måte, men for sammenligningsformål, fremstilles en fortykket saltoppløsning-utformning inneholdende leire/kvarts-støv og 1 g av en hydroksyetylcellulose-polymer snarere enn et viskoelastisk overflateaktivt preparat. Denne prøve betegnes

som prøve nr. C-l.

Evnen hos den væske som inneholder det viskoelastiske overflateaktive middel til å brytes, bearbeides og gjenopprettes, er illustrert ved anvendelse av den følgende fremgangsmåte: Trinn A: Viskositet hos prøve nr. 1 og C-l uten faststoffer måles under anvendelse av et viskosimeter av typen Fann 35 ved ca. 24°C. Viskositetene måles ved forskjellige skjærhastigheter som varierer fra 3 til 600 opm.

Trinn B: Viskositeten hos prøve nr. 1 og C-l med faststoffer til stede måles som i trinn A.

Trinn C: Hver av prøvene nr. 1 og C-l filtreres ved at man anbringer 200 ml væske i en celle, påfører et trykk på

689 kPa med nitrogengass og måler mengden væske som passerer gjennom filtrerpapir av typen Whatman 50 i løpet av et tidsrom.

Trinn D: Til hver av prøvene tilsettes 45 dråper trikloretylen, som er et brytemiddel for det viskoelastiske overflateaktive middel. Prøvenes viskositet måles som beskrevet i det foregående, men ved ca. 29°C.

Trinn E: Hver av prøvene filtreres som beskrevet i trinn C.

Trinn F: Brytemidlet fjernes fra prøvene bearbeidet i trinn E ved at man vakuum-destillerer hver prøve ved 25°C under anvendelse av en laboratoriekolbe, destillasjonsapparatet og tørris-avkjølt vannlås knyttet til en vakuumpumpe og videre vakuum-destillerer hver prøve i 5 min. ved 65°C. Viskositeten hos hver prøve bestemmes som beskrevet i det foregående ved henholdsvis 27,5 og 27°C.

Resultatene er oppført i tabell I.

Dataene i tabell I angir at det er vanskelig å filtrere

en fortykket prøve (d.v.s. Trinn C). Imidlertid kan den fortykkede prøves viskositet brytes (d.v.s. Trinn D), prøven filtreres med letthet (d.v.s. Trinn E) og viskositeten kan i det vesentlige gjenopprettes (d.v.s. Trinn F).

Eksempel 2

Til 100 g av en 0,01N vandig cetyltrimetylammoniumklorid-oppløsning, som oppviser en viskositet i likhet med vann, tilsettes 0,22-0,34 g 50% aktivt anionisk overflateaktivt middel (dodekyldifenyloksyd-disulfonat) i vann, og oppløsningen blir sterkt viskøs. Når man imidlertid tilsetter 0,59 g av det 50%ige aktive anioniske overflateaktive middel til oppløsningen, blir oppløsningens viskositet lik vanns og systemet blir ugjennomsiktig (d.v.s. nesten like mengder av anioniske og kationiske overflateaktive midler er til stede). Tilsetning av 0,85-0,92 g anionisk overflateaktivt middel tilveiebringer en viskøs opp-løsning.

Eksemplet illustrerer.at et stort overskudd av ett overflateaktivt middel ikke gir væsken noen viskositet. Således er det tilveiebragt et middel for brytning av en fortykket væske. Eksemplet illustrerer også at en ekvivalent mengde av anionisk

og kationisk overflateaktivt middel tilveiebringer et hjelpemiddel for brytning av væsken hvis det er ønskelig å fjerne det overflateaktive middel.

Eksempel 3

En væske som anvendes i fortykket tilstand ved høy temperatur kan reversibelt brytes ved at væsken underkastes en lavere temperatur. En simulert borevæske fremstilles ved at man bringer 1,5% cetylmetyl-bis-hydroksyetylammoniumklorid i kontakt i en vandig væske med 1701 kg CaB^ pr. m 3. Væskens viskositet ved 85°C målt under anvendelse av rotasjons-viskosimeteret av typen Haake Rotovisco modell RV-3 med et målesystem av typen NV kopp og lodd ved 170 sek 1 er 169 cP, mens viskositeten ved 25°C er 62 cP.

Eksempel 4

En fortykket vandig væske fremstilles ved at man løser opp soya-bis(2-hydroksyetyl)amin i vann slik at det oppnås en konsentrasjon av aktivt overflateaktivt middel på 1%. Væskens pH forandres under anvendelse av saltsyre. I pH-området 4,8-5,7 observeres maksimal fortykning. Ved høyere og lavere pH-områder oppviser væsken lav viskositet. Ved tilsetning av natrium-hydroksyd, og alternativt saltsyre, kan systemets viskositet gjenopprettes og brytes.

Eksempel 5

En fortykket vandig væske fremstilles og inneholder 99,5% vann, 0,23% cetyltrimetylammoniumsalicylat og 0,23% natriumsalicylat. Væsken er klar og oppviser viskoelastiske egenskaper. Til denne væske tilsettes toluen i inkrementelle mengder. Etter at en mengde toluen er tilsatt slik at konsentrasjonen av toluen er ca. 0,1%, blir væsken ugjennomsiktig og de viskoelastiske egenskaper tapes.

Ca. 20 g av den brutte væske behandlet på denne måte ledes gjennom en kolonne under anvendelse av et trykk på ca. 68,9 kPa. Kolonnen er et kobber-rør med diameter 1,3 mm med lengde 70 cm

og er fylt med ca. 50 g av en ensartet blanding av 80% 20-40

mesh silikasand og 20% styren/divinylbenzen-kopolymer-suspen-sjonsperler med en partikkelstørrelse i området 200 ym. Væske som passerer gjennom kolonnen er tykkere enn den brutte væske, men uklar. Væsken ledes gjennom kolonnen annen gang under anvendelse av et trykk på 413 kPa. Væske som passerer gjennom kolonnen, er klar og oppviser viskoelastiske egenskaper.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for reversibel forandring av en væskes viskositet, karakterisert ved at den omfatter: å bringe væsken i kontakt med et ionisk, viskoelastisk overflateaktivt middel representert ved følgende formler: R1(Z")A<+> eller R1(Y<+>)X~ hvor R-^ er en hydrofob del, Z~ er en anionisk solubiliserende del kjemisk bundet til R1#*A<+> er et mot-ion knyttet til Z; Y<+> er en kationisk solubiliserende del kjemisk bundet til R^ og X~ er et mot-ion knyttet til Y<+>; å bryte viskositeten til væsken som inneholder det visko- elastiske overflateaktive middel ved

(1) å bringe væsken i kontakt med en effektiv mengde av et blandbart eller ublandbart hydrokarbon eller substituert hydrokarbon, eller

(2) å modifisere væskens pH-verdi eller temperatur, slik at væsken ikke trenger å bli utsatt for en økning i skjærkraft for å redusere viskositeten til væsken, og viskositeten til væsken kan deretter i alt vesentlig gjenopprettes.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den viskoelastiske forbindelse er en fluoralifatisk forbindelse.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at væsken inneholder en støkio-metrisk overskytende mengde av en elektrolytt som fordres for funk-sjon som et mot-ion basert på mengden av det overflateaktive ion.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at væsken er en vandig væske og det overflateaktive preparat anvendes i en mengde slik at den vandige væske inneholder 0,01-10 vekt% av det viskoelastiske overflateaktive middel, basert på vekten av det viskoelastiske overflateaktive middel og den vandige væske.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at væskens viskositet i det vesentlige gjenopprettes ved at væsken utsettes for betingelser slik at hydrokarbonet eller det substituerte hydrokarbon fordamper eller absorberes under anvendelse av et egnet absorpsjonsmateriale.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at hydrokarbonet er en alkohol med 1-3 karbonatomer.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det tilsettes ytterligere overflateaktivt preparat til væsken etter at dens viskositet i det vesentlige er gjenopprettet.

8. Fremgangsmåte for anvendelse av en fortykket væske til å bære faststoffer, karakterisert ved- å fortykke væsken med en mengde av et ionisk,viskoelastisk overflateaktivt middel, hvor væsken er en vandig væske og det visko-elastiske overflateaktive middel er representert ved formelen: R1(Z")A<+> eller R]_(Y<+>)X~ hvor R-|_ er en hydrofob del, Z~ er en anionisk solubiliserende del kjemisk bundet til R,, A<+> er et mot-ion knyttet til Z, Y<+> er en kationisk solubiliserende del kjemisk bundet til R,, og X- er et mot-ion knyttet til Y<+> for å tilveiebringe væsken med en forbedret faststoffbærende kapasitet i forhold til en ufortykket væske, å bringe nevnte fortykkede væske i kontakt med faststoffer slik at faststoffene suspenderes i den fortykkede væske, å bryte viskositeten til væsken ved (1) å bringe nevnte væske i kontakt med en effektiv mengde av et blandbart eller ublandbart hydrokarbon eller substituert hydrokarbon, eller (2) å modifisere væskens pH eller temperatur, uten behov for øket skjærkraft, å fjerne faststoffene fra den reduserte viskositetsvæske, og - å gjenopprette viskositeten i nevnte væske ved å fjerne brytetrinn-hydrokarbonene eller -betingelsene fra nevnte væske.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at viskositeten er brutt på en slik måte at væskens viskositet i det vesentlige kan gjenopprettes uten at man behøver tilveiebringe ytterligere viskoelastisk overflateaktivt middel til væsken.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at væsken er en vandig væske og det viskoelastiske overflateaktive middel er en fluoralifatisk forbindelse.

11. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 8 til 10, karakterisert ved at væsken inneholder en mengde av en elektrolytt som overstiger den støkiometriske mengde av elektrolytt som fordres basert på mengden av det overflateaktive ion.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at det viskoelastiske overflateaktive middel anvendes i en slik mengde at den vandige væske inneholder 0,01-10 vekt% av det viskoelastiske overflateaktive middel basert på vekten av det viskoelastiske overflateaktive middel og den vandige væske.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 10, karakterisert ved at væskens viskositet i det vesentlige gjenopprettes ved at væsken utsettes for betingelser slik at hydrokarbonet eller det substituerte hydrokarbon fordamper eller absorberes under anvendelse av et egnet absorpsjonsmateriale.