図面 (/)

技術 スケーリング傾向の低い海水系高温粘弾性界面活性剤流体を生成するための方法および組成物

出願人 サウジアラビアンオイルカンパニー
発明者 リー,レイミンリアン,フォンチェン,タオ
出願日 2018年6月29日 (2年6ヶ月経過) 出願番号 2020-503857
公開日 2020年9月24日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-528484
状態 未査定
技術分野 地中削孔 さく井用組成物 特定物質の除去
主要キーワード 速度環 水圧破砕 平均運動エネルギー 傾斜後 摩擦圧力 カーボンナノロッド 脱酸プロセス 海水溶液
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年9月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題・解決手段

本開示の実施形態は、粘弾性界面活性剤VES)流体を生成する方法を対象とし、VES流体は脱硫海水を含む。VES流体を生成する方法は、アルカリ土類金属ハロゲン化物を海水に添加して、硫酸沈殿物を生成することを含む。この方法は、硫酸塩沈殿物を除去して、脱硫水を生成することをさらに含む。この方法は、VESおよびナノ粒子粘度調整剤またはポリマー調整剤のうちの1つ以上を脱硫海水に添加することをさらに含む。他の実施形態は、250°F超の温度で10cPより高い粘度を維持するVES流体を対象とする。

概要

背景

粘弾性界面活性剤VES)分子は、溶液中で細長く柔軟なひもミセルを形成する。これらのひも状ミセルは、水分子の限られた運動性を引き起こす三次元ネットワークを形成し、粘弾性ゲルをもたらす。得られた粘弾性ゲルは、VES流体としても知られ、破砕仕上げ酸処理サンドコントロール止水などの炭化水素坑井関連の流体圧入作業で長い間使用されてきた。VES流体は、他の処理流体と比較して、優れたプロパントの懸濁、運搬能力、および非常に低い地層損傷性を示し、流体圧入作業に適している。

特定の炭化水素坑井関連の作業条件では、VES流体を生成するための淡水を容易に入手できない。例えば、深海石油掘削作業および一部の沿岸掘削作業では、淡水の利用は制限されるが、豊富海水を利用できる。このような状況では、大量の淡水を運び込むよりも、海水でVES流体を製造することが望ましい場合がある。しかし、自然海水で生成された流体は、非相溶性イオンが存在するため、圧入作業で使用するには問題がある場合がある。

海水には、地層水、つまり坑井周囲の地中の水と非相溶性のイオンが含まれている。圧入流体と地層水との間の非相溶性は、坑井内および掘削装置上にスケーリングを引き起こす可能性がる。海水には、カルシウムマグネシウムナトリウム塩化物および硫酸塩を含むいくつかのイオンが含まれるが、これらに限定されない。地層水、つまり坑井周辺の水には、多くの場合、バリウム(Ba)およびストロンチウム(Sr)が含まれる。海水は、4,000ミリグラムリットル(mg/L)より高い硫酸塩濃度を有する可能性がある。従来の海水系VES流体を水圧入作業で使用すると、海水中の硫酸塩が、地層水中のバリウムイオンと反応する。この反応により、BaSO4、SrSO4、またはそれらの組み合わせなどの固体硫酸塩沈殿物が生成される。沈殿した硫酸塩は、坑井内および掘削装置上に蓄積する可能性があり、この蓄積は、スケーリングとしても知られている。

スケーリングは、坑井の操業停止を引き起こし、坑井の寿命を短くする可能性がある。スケーリングに対する現在の解決策には、スケーリング発生後の処理が含まれる。これらの処理は、操業コストを増加させ、坑井の生産性を恒久的に低下させる可能性がある。スケール修復は、スケール防止よりも望ましくない。第1に、修復技法により坑井が損傷し、坑井の生産性を恒久的に低下させ、坑井の寿命を短くする場合がある。第2に、スケールの損傷を修理するために掘削操作を停止すると、スケールの損傷が悪化する可能性がある。停止した坑井は圧力を失い、冷却され、さらに多くの硫酸塩スケールを沈殿させる。したがって、過剰な淡水がない環境で効率的に坑井を操業するには、スケーリングを防ぐことが重要である。

さらに、海水から製造された現在のVES流体は、約華氏250度(°F)の最高温度で機能する。250°Fより高い温度では、従来のVES流体の粘度が10センチポアズ(cP)未満に低下し、設計機能が失われる可能性がある。粘度が10cP未満(100s−1の剪断速度で)のVES流体は、流体圧入作業に適さない場合がある。

概要

本開示の実施形態は、粘弾性界面活性剤(VES)流体を生成する方法を対象とし、VES流体は脱硫海水を含む。VES流体を生成する方法は、アルカリ土類金属ハロゲン化物を海水に添加して、硫酸塩沈殿物を生成することを含む。この方法は、硫酸塩沈殿物を除去して、脱硫水を生成することをさらに含む。この方法は、VESおよびナノ粒子粘度調整剤またはポリマー調整剤のうちの1つ以上を脱硫海水に添加することをさらに含む。他の実施形態は、250°F超の温度で10cPより高い粘度を維持するVES流体を対象とする。

目的

一実施形態では、VESは、エルカミドプロピルヒドロキシプロピルスルタインであり、Akzo Nobelが提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

脱硫海水を含む粘弾性界面活性剤流体を生成する方法であって、アルカリ土類金属ハロゲン化物を海水に添加して、硫酸沈殿物を生成することと、前記硫酸塩沈殿物を除去して、前記脱硫海水を生成することと、粘弾性界面活性剤、およびナノ粒子粘度調整剤またはポリマー粘度調整剤のうちの1つ以上を前記脱硫海水に添加して、前記粘弾性界面活性剤流体を生成することとを含み、前記粘弾性界面活性剤は以下の一般式を有し、式中、R1は、17〜29個の炭素原子飽和または不飽和炭化水素基であり、R2およびR3は、それぞれ独立して、1〜6個の炭素原子の直鎖もしくは分岐アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、R4は、H、ヒドロキシル、1〜4個の炭素原子のアルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、kは、2〜20の整数であり、mは、1〜20の整数であり、nは、0〜20の整数である、方法。

請求項2

前記アルカリ土類金属ハロゲン化物が、ハロゲン化カルシウムまたはCaCl2のうちの1つ以上を含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記アルカリ土類金属ハロゲン化物にCaOを添加して、硫酸塩沈殿物を生成することをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項4

前記粘弾性界面活性剤流体が、0.1体積%〜20体積%の粘弾性界面活性剤を含む、請求項1に記載の方法。

請求項5

前記ポリマー粘度調整剤が、250,000g/mol〜40,000,000g/mol、より好ましくは2,000,000g/mol〜8,000,000g/molの重量平均分子量を有する、請求項1に記載の方法。

請求項6

前記粘弾性界面活性剤流体が、0.001重量%〜5重量%のナノ粒子粘度調整剤を含む、請求項1に記載の方法。

請求項7

粘弾性界面活性剤流体であって、以下の一般式を含む粘弾性界面活性剤であって、式中、R1は、17〜29個の炭素原子の飽和または不飽和炭化水素基であり、R2およびR3は、それぞれ独立して、1〜6個の炭素原子の直鎖もしくは分枝アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、R4は、H、ヒドロキシル、1〜4個の炭素原子のアルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、kは、2〜20の整数であり、mは、1〜20の整数であり、nは、0〜20の整数である、粘弾性界面活性剤と、0.1〜500ナノメートル粒径を含む少なくとも1つのナノ粒子粘度調整剤と、脱硫海水と、少なくとも1つの安定化カルシウム塩とを含む、粘弾性界面活性剤流体。

請求項8

前記粘弾性界面活性剤が、エルカミドプロピルヒドロキシプロピルスルタインを含む、請求項7に記載の粘弾性界面活性剤流体。

請求項9

前記粘弾性界面活性剤流体が、0.1体積%〜20体積%の粘弾性界面活性剤を含む、請求項7に記載の粘弾性界面活性剤流体。

請求項10

前記粘弾性界面活性剤流体が、1重量%〜50重量%の少なくとも1つの安定化カルシウム塩を含む、請求項7に記載の粘弾性界面活性剤流体。

請求項11

前記ナノ粒子粘度調整剤が非ポリマー性である、請求項7に記載の粘弾性界面活性剤流体。

請求項12

前記粘弾性界面活性剤流体が、0.001重量%〜5重量%のナノ粒子粘度調整剤を含む、請求項7に記載の粘弾性界面活性剤流体。

請求項13

前記粘弾性流体が、300°F以上の温度で10cP以上の粘度を有する、請求項7に記載の粘弾性界面活性剤流体。

請求項14

粘弾性界面活性剤流体であって、以下の一般式を含む粘弾性界面活性剤であって、式中、R1は、17〜29個の炭素原子の飽和または不飽和炭化水素基であり、R2およびR3は、それぞれ独立して、1〜6個の炭素原子の直鎖もしくは分枝アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、R4は、H、ヒドロキシル、1〜4個の炭素原子のアルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、kは、2〜20の整数であり、mは、1〜20の整数であり、nは、0〜20の整数である、粘弾性界面活性剤と、250,000g/mol〜40,000,000g/molの重量平均分子量を有する少なくとも1つのポリマー粘度調整剤と、脱硫海水と、少なくとも1つの安定化カルシウム塩とを含む、粘弾性界面活性剤流体。

請求項15

前記ポリマー粘度調整剤が、2,000,000g/mol〜8,000,000g/molの重量平均分子量を有する、請求項14に記載の粘弾性界面活性剤流体。

関連出願の相互参照

0001

本出願は、2017年7月27日に出願された米国特許出願第15/661,596号の優先権を主張し、その開示全体が、参照により本明細書に組み込まれる。

技術分野

0002

本開示は、流体圧入作業で使用される流体に関する。より具体的には、本開示は、水圧破砕作業を含む流体圧入作業で使用される粘弾性界面活性剤流体に関する。

背景技術

0003

粘弾性界面活性剤(VES)分子は、溶液中で細長く柔軟なひもミセルを形成する。これらのひも状ミセルは、水分子の限られた運動性を引き起こす三次元ネットワークを形成し、粘弾性ゲルをもたらす。得られた粘弾性ゲルは、VES流体としても知られ、破砕仕上げ酸処理サンドコントロール止水などの炭化水素坑井関連の流体圧入作業で長い間使用されてきた。VES流体は、他の処理流体と比較して、優れたプロパントの懸濁、運搬能力、および非常に低い地層損傷性を示し、流体圧入作業に適している。

0004

特定の炭化水素坑井関連の作業条件では、VES流体を生成するための淡水を容易に入手できない。例えば、深海石油掘削作業および一部の沿岸掘削作業では、淡水の利用は制限されるが、豊富海水を利用できる。このような状況では、大量の淡水を運び込むよりも、海水でVES流体を製造することが望ましい場合がある。しかし、自然海水で生成された流体は、非相溶性イオンが存在するため、圧入作業で使用するには問題がある場合がある。

0005

海水には、地層水、つまり坑井周囲の地中の水と非相溶性のイオンが含まれている。圧入流体と地層水との間の非相溶性は、坑井内および掘削装置上にスケーリングを引き起こす可能性がる。海水には、カルシウムマグネシウムナトリウム塩化物および硫酸塩を含むいくつかのイオンが含まれるが、これらに限定されない。地層水、つまり坑井周辺の水には、多くの場合、バリウム(Ba)およびストロンチウム(Sr)が含まれる。海水は、4,000ミリグラムリットル(mg/L)より高い硫酸塩濃度を有する可能性がある。従来の海水系VES流体を水圧入作業で使用すると、海水中の硫酸塩が、地層水中のバリウムイオンと反応する。この反応により、BaSO4、SrSO4、またはそれらの組み合わせなどの固体硫酸塩沈殿物が生成される。沈殿した硫酸塩は、坑井内および掘削装置上に蓄積する可能性があり、この蓄積は、スケーリングとしても知られている。

0006

スケーリングは、坑井の操業停止を引き起こし、坑井の寿命を短くする可能性がある。スケーリングに対する現在の解決策には、スケーリング発生後の処理が含まれる。これらの処理は、操業コストを増加させ、坑井の生産性を恒久的に低下させる可能性がある。スケール修復は、スケール防止よりも望ましくない。第1に、修復技法により坑井が損傷し、坑井の生産性を恒久的に低下させ、坑井の寿命を短くする場合がある。第2に、スケールの損傷を修理するために掘削操作を停止すると、スケールの損傷が悪化する可能性がある。停止した坑井は圧力を失い、冷却され、さらに多くの硫酸塩スケールを沈殿させる。したがって、過剰な淡水がない環境で効率的に坑井を操業するには、スケーリングを防ぐことが重要である。

0007

さらに、海水から製造された現在のVES流体は、約華氏250度(°F)の最高温度で機能する。250°Fより高い温度では、従来のVES流体の粘度が10センチポアズ(cP)未満に低下し、設計機能が失われる可能性がある。粘度が10cP未満(100s−1の剪断速度で)のVES流体は、流体圧入作業に適さない場合がある。

0008

したがって、スケーリングの発生を防止する、海水を使用したVES流体を作製する方法が必要である。スケーリングの発生を防止するために、本開示の実施形態は、流体圧入作業用の流体の生成で使用するために海水を脱硫する。ここで、脱硫とは、水サンプルから硫酸イオンのすべてまたは一部を除去することを意味する。脱硫海水は、VES流体の生成に使用できる。脱硫海水で製造されたVES流体は、硫酸塩濃度が比較的低く、BaSO4およびSrSO4のスケーリングの形成を抑制する。

0009

本開示の実施形態は、粘弾性界面活性剤(VES)流体を生成する方法を対象とし、VES流体は脱硫海水を含む。VES流体を生成する方法は、アルカリ土類金属ハロゲン化物を海水に添加して,硫酸塩沈殿物を生成することを含む。この方法は、硫酸塩沈殿物を除去して、脱硫水を生成することをさらに含む。この方法は、VESおよびナノ粒子粘度調整剤またはポリアクリルアミドもしくはアクリルアミドコポリマー粘度調整剤のようなポリマー粘度調整剤のうちの1つ以上を、脱硫海水に添加することをさらに含む。

0010

VES流体を、流体圧入作業に好適である、少なくとも約10cP超の粘度に維持する必要がある。従来のVES流体は、250°Fより高い温度で粘度が10cP未満に低下する。250°F超、300°F超または350°F超の温度で、約10cP超の粘度を維持できる、海水を含むVES流体が必要とされている。

0011

本開示の実施形態は、250°F超の温度で10cPより高い粘度を維持するVES流体も対象とする。VES流体は、粘弾性界面活性剤、脱硫海水、および少なくとも1つの安定化カルシウム塩を含んでもよい。VES流体は、ナノ粒子粘度調整剤またはポリアクリルアミド粘度調整剤のようなポリマー性をさらに含んでもよい。

0012

記載された実施形態のさらなる特徴および利点は、以下の発明を実施するための形態に記載され、一部はその説明から当業者に容易に明白となるか、または以下の発明を実施するための形態、特許請求の範囲、および添付の図面を含む記載された実施形態を実施することによって認識される。

図面の簡単な説明

0013

自然海水および脱硫海水を地層水と混合させた4枚の写真の比較である。(a)1日間300°Fで静置した総体積の80%(体積%)の脱硫海水および20体積%の地層水である溶液を示す。(b)1日間300°Fで静置した80体積%の自然海水および20体積%の地層水である溶液を示す。(c)7日間300°Fで静置した総体積の80%の体積%の脱硫自然海水および20体積%の地層水である溶液を示す。(d)7日間300°Fで静置した総体積の80%の体積%の自然海水および20体積%の地層水である溶液を示す。
(i)ナノ粒子粘度調整剤またはポリマー粘度調整剤を含まないVES流体、および(ii)VES流体1000ガロンあたり約79ポンドアニオン性ポリアクリルアミドポリマー(ppt)を含むVES流体を示す、粘度−温度曲線グラフ表示である。

0014

図面に記載される実施形態は、本質的に例示的なものであり、特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。さらに、図面の個別の特徴は詳細な説明を考慮すれば完全に明白になり、理解されるであろう。

0015

本開示の実施形態は、炭化水素坑井関連の流体圧入作業で使用するためのVES流体を対象とする。流体圧入作業には、破砕、仕上げ、酸処理、サンドコントロール、および止水などの地中の石油およびガスを含む地層の処理を含む。本開示は、一般に、海水を含むVES流体およびそれらの配合方法に関する。本開示は、250°Fより高い温度で好適な粘度を維持するVES流体について説明する。本開示の文脈において、好適な粘度は、「Recommended practices on measuring the viscous properties of a cross−linked water−based fracturing fluid」と題された米国石油協会(American Petroleum Institute)の Recommended Practice 39(「API RP 39」)により測定された約10cP以上の粘度である。高温高圧地下貯留層のそれらをシミュレートするために設計された条件下で、VES流体サンプルの粘度を測定するために、52mLの流体サンプルをGrace M5600 HPHTレオメーターなどのFann50型粘度計内に置いた。試験は、API RP39スケジュールに従って、約400psiの窒素下でボトムホール温度において行った。ボトムホール温度とは、測定時の総深さにおけるボーリング孔内の温度を指す。API RP39のスケジュールは、100/秒の剪断速度での連続的な流体剪断と、流体温度がボトムホール温度の5°F内にあると、30分ごとに周期的に発生する100、75、50、25、50、75、および100/秒の一連剪断勾配とからなる。

0016

一実施形態では、方法は、脱硫海水を含む粘弾性流体を生成することを含み得る。この方法は、アルカリ土類金属ハロゲン化物を海水に添加して、硫酸塩沈殿物を生成することを含み得る。この方法は、硫酸塩沈殿物を除去して、脱硫海水を生成することをさらに含み得る。この方法は、粘弾性界面活性剤、およびナノ粒子粘度調整剤またはポリマー粘度調整剤のうちの1つ以上を脱硫海水に添加することをさらに含み得る。粘弾性界面活性剤は、一般式(I)を有してもよく、

0017

0018

式中、R1は、17〜29個の炭素原子飽和または不飽和炭化水素基であり、R2およびR3は、それぞれ独立して、1〜6個の炭素原子の直鎖もしくは分岐アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、R4は、H、ヒドロキシル、1〜4個の炭素原子のアルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、kは、2〜20の整数であり、mは、1〜20の整数であり、nは、0〜20の整数である。

0019

脱酸プロセスから溶液中に残るカルシウムイオンは、粘弾性界面活性剤の三次元ミセルネットワークを驚くほど安定させ、250°F以上の温度で少なくとも10cPの好適な粘度を維持する。

0020

1つ以上の実施形態では、一般式Iを有するVESは、17〜29個の炭素原子の飽和または不飽和炭化水素基であるR1を有する。他の実施形態では、R1は、18〜21個の炭素原子の飽和または不飽和炭化水素基である。R1は、単一鎖長に制限されてもよく、または天然脂肪および油もしくは原料油由来のそれらの基などの混合鎖長を有してもよい。天然油脂または原料油は、獣脂アルキル、硬化獣脂アルキル、菜種アルキル、硬化菜種アルキル、トール油アルキル、硬化トール油アルキル、ココアキルオレイルエルシル大豆アルキル、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。

0021

一実施形態では、粘弾性界面活性剤の一般式(I)のR2およびR3はそれぞれ独立して、1〜6個の炭素原子、他の実施形態では、1〜4個の炭素原子、別の実施形態では、1〜3個の炭素原子の直鎖もしくは分枝アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択される。R4は、H、ヒドロキシル、1〜4個の炭素原子のアルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、メチルエチルヒドロキシエチル、ヒドロキシル、またはメチルから選択することができるが、この基のリストに限定されない。

0022

一般式Iには、変数k、mおよびnがある。一実施形態では、kは、2〜20、他の実施形態では2〜12、別の実施形態では2〜4の整数である。mは、1〜20、他の実施形態では1〜12、別の実施形態では1〜6の整数であり、いくつかの実施形態では、mは、1〜3の整数でもあり得る。最後に、nは、0〜20、0〜12、または0〜6の整数である。いくつかの実施形態では、nは、0〜1の整数である。

0023

一実施形態では、VESは、エルカミドプロピルヒドロキシプロピルスルタインであり、Akzo Nobelが提供するArmovis EHSとして市販されている。VES流体中の様々な量のVESが考えられる。1つ以上の実施形態では、粘弾性界面活性剤流体は、VES流体の全体積に基づいて、0.1体積%〜20体積%の粘弾性界面活性剤を含む。他の実施形態では、粘弾性界面活性剤流体は、0.01体積%〜30体積%、0.1体積%〜25体積%、0.1体積%〜10体積%、0.1体積%〜5体積%、1体積%〜10体積%、または1体積%〜5体積%を含む。

0024

粘弾性界面活性剤流体は、脱硫海水および少なくとも1つの安定化カルシウム塩をさらに含んでもよい。粘弾性界面活性剤流体は、ナノ粒子粘度調整剤またはポリマー粘度調整剤のうちの1つ以上をさらに含んでもよい。ナノ粒子粘度調整剤は、0.1〜500ナノメートル(nm)の粒径を有し得る。ポリマー粘度調整剤は、重量平均分子量(MW)が250,000グラムモル(g/mol)〜40,000,000g/molを有し得るポリアクリルアミドまたはアクリルアミドコポリマー粘度調整剤を含む。

0025

アルカリ土類金属ハロゲン化物を海水に添加すると、海水のカルシウム濃度が増加し、硫酸塩沈殿物が生成される。好適なアルカリ土類金属ハロゲン化物には、非限定的な例として、CaCl2、CaBr2、またはCal2が含まれる。一実施形態では、アルカリ土類金属ハロゲン化物は、脱硫海水溶液の総重量に基づいて、総重量の5パーセント(重量%)〜50重量%の最終濃度まで添加される。他の実施形態において、アルカリ土類金属ハロゲン化物は、脱硫海水溶液の総重量に基づいて、10重量%〜40%、10重量%〜30重量%、20重量%〜50重量%、または30重量%〜40重量%の最終濃度まで添加されてもよい。

0026

アルカリ土類金属ハロゲン化物は、一般に水への溶解度が高い。例えば、CaCl2は、20°Cの水で745グラム/リットル(g/L)の最大溶解度を有する。対照的に、CaSO4は、水への溶解度が比較的低い。硫酸カルシウムは、20°Cの水で2.1g/Lの最大溶解度を有する。CaCl2およびCaSO4の相対溶解度は、硫酸イオンを含む溶液に十分なCaCl2を添加すると、CaSO4が溶液から降下するか、または沈殿することを意味する。化学反応式1はこの化学的性質を示す。

0027

0028

CaCl2およびCaSO4の相対溶解度を比較する別の方法は、それらの溶解度式および溶解度積定数を調べることである。溶解度積定数(Ksp)は、水溶液に溶解する物質平衡定数である。物質のKspが高いほど、物質の溶解度は高くなる。Kspを、飽和溶液中の解離イオンの濃度の積として表すことができる。例えば、CaSO4のKspは、Ksp=[Ca2+][SO42−]で表すことができ、[Ca2+]および[SO42−]は、飽和時のイオン濃度を表す。

0029

1つ以上の実施形態において、CaOが、アルカリ土類金属ハロゲン化物とともに添加される。添加されたCaOは、海水のCa2+濃度を増加させるため、したがって、より多くのCaSO4を沈殿させる。CaOの解離発熱反応であり、反応から発生した熱は、カルシウムイオンの溶解を促進するのにも役立つ。

0030

CaSO4沈殿物の除去は、脱硫水を生成するために必要である。一実施形態では、CaSO4沈殿物は、濾過により除去される。他の実施形態では、CaSO4沈殿物は、濾過、遠心分離、線状沈殿、凝集凝固、または合体のうちの1つ以上によって除去される。

0031

脱硫海水を含む粘弾性界面活性剤流体を生成する方法は、VESおよびナノ粒子粘度調整剤またはポリアクリルアミド粘度調整剤を含むポリマー調整剤のうちの1つ以上を脱硫海水に添加することをさらに含み得る。一般に、VES流体は、250°Fより高い温度で分解し、粘度を失う。VES流体は、流体全体が三次元のVESミセル構造であるため、粘性がある。250°F超の温度で、VES流体システム運動エネルギーは、三次元VESミセルネットワークが熱力学的安定性を失うポイントまで増加する。実施形態において、一般式(I)のVESは、ナノ粒子粘度調整剤またはポリマー粘度調整剤のうちの1つ以上と共に、250°Fより高い温度で三次元VESミセルネットワークを安定させる。

0032

海水から硫酸塩を除去することにより、スケーリングのコストおよびリスクなしでVES流体の配合に水を使用できる。過剰のアルカリ土類金属ハロゲン化物を海水に添加することにより、溶液中の硫酸塩がカルシウムと結合して沈殿する。この固体CaSO4は、沈殿すると水から除去できる。脱硫水は、地層水に導入されたときにスケーリングを引き起こすことなく、VES流体で使用できる。

0033

塩水に添加されたすべてのカルシウムが、硫酸塩との会合反応で消費されるわけではない。過剰なカルシウムが溶液中に残っている。この塩化カルシウムは、VESを安定させる第2の機能を果たす。高温では、VESによって形成されたひも状ミセルが、カルシウムなどのアルカリ土類金属でより安定する。理論に制限されることなく、カルシウムイオンは、三次元ミセルネットワークを強化できると考えられている。

0034

粘弾性流体の粘度は、印加される歪みの応力もしくは速度、または剪断速度によって変化し得る。剪断変形の場合、剪断速度または剪断応力の増加に伴って流体の粘度が下がることが非常に一般的である。この現象は、「ずり減粘性」として知られている。界面活性剤は、流体中に粘弾性を生じさせることができ、ずり減粘挙動を示し得る。例えば、粘弾性流体がポンプを通過するか、または回転ドリルビット付近にあるとき、粘弾性流体は、より高い剪断速度環境にあり、粘度は低下し、結果として摩擦圧力が低くなり、ポンピングエネルギーが節約される。剪断応力が除去されると、流体は、より高い粘度の状態に戻り、プロパントを移送して配置する働きをする。

0035

高温では、流体中の分子の平均運動エネルギーは増加し、VESミセル構造およびミセル間の引力により多くの破壊を引き起こす。これは、流体の全体的な粘度を低下させ得る。一般的に言えば、温度の上昇は、一定の応力下で等しい歪みを与えるのに必要な時間の対数的減少相関する。換言すれば、より低い温度よりもより高い温度で粘弾性材料を等距離延伸することは、より少ない労力を要する。ナノ粒子およびポリマーのうちの1つ以上を流体へ添加することと組み合わせたアルカリカルシウム安定化塩の存在は、高温でのVES流体粘度をさらに改善し得る。

0036

1つ以上の実施形態では、VES流体は、ナノ粒子粘度調整剤で強化されて、VES流体の粘度を強化させることができる。理論に制限されることなく、選択されたナノ粒子はVESミセルと結合して、より効率的に三次元ミセルネットワークを形成すると考えられている。選択されたナノ材料の存在により、VES流体での相互接続および凝集ミセル形態が強化され得る。VES増強添加剤は、ファンデルワールス力により、流体中の複数のVESミセルに同時に付着し、VESミセルの三次元ネットワークを強化する可能性がある。このようにして、全体的な流体粘度を増加することができる。ナノ粒子粘度調整剤を追加すると、VES流体の粘度が増加して、必要なVESの量が減少する。

0037

ナノ粒子粘度調整剤には、ナノ材料、つまり、1〜100ナノメートル(nm)の規模単位サイズを有する材料が含まれる。ナノ材料には、非限定的な例として、ナノ粒子、ナノチューブナノロッドナノドット、またはそれらの組み合わせが含まれる。1つ以上の実施形態では、ナノ粒子粘度調整剤は、カーボンナノチューブカーボンナノロッド、ZnO、ZrO2、TiO2、Zr、Ti、Ce、Al、B、Sn、Ca、Mg、Fe、Cr、Siの化合物、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、ナノ粒子粘度調整剤は、非ポリマー性であってもよい。

0038

1つ以上の実施形態では、VES流体は、0.001重量%〜5重量%のナノ粒子粘度調整剤を含む。他の実施形態では、VES流体は、0.01重量%〜3重量%、0.01重量%〜1.5重量%、0.01重量%〜1重量%、0.03重量%〜1重量%または0.05重量%〜1重量%のナノ粒子粘度調整剤を含む。

0039

ポリマー粘度調整剤は、ほぼゼロの量のアクリレート基を有するポリアクリルアミドホモポリマーもしくはコポリマー加水分解によって形成されたアクリレート基およびアクリルアミド基の混合物を有するポリアクリルアミドポリマーもしくはコポリマー、またはアクリルアミドアクリル酸もしくはその他のモノマーを含むコポリマーを含んでもよい。

0040

ポリアクリルアミドは、カルボン酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩リン酸塩、またはホスホン酸塩を含む基の少なくとも1つの員から選択される官能基を有する。置換ポリアクリルアミドは、カルボン酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩、リン酸塩、またはホスホン酸塩を含む基の少なくとも1つの員から選択される2つ以上の官能基を有してもよい。

0041

1つ以上の実施形態では、VES流体を、ポリマー粘度調整剤で強化して、VES流体の粘度を増加させてもよい。理論に制限されることなく、選択されたポリアクリルアミドは、ファンデルワールス力により、流体中の複数のVESミセルと相互作用した可能性があると考えられる。これにより、VESミセルの三次元ネットワークが強化される。より強力な三次元ネットワークにより、粘度が増加する。ポリマー粘度調整剤を添加すると、VES流体の粘度が増加し、必要なVESの量が減少する。

0042

本開示の1つ以上の実施形態では、ポリマー粘度調整剤は、250,000g/mol〜40,000,000g/molの重量平均分子量(MW)を有する。他の実施形態では、ポリマー粘度調整剤は、2,000,000g/mol〜8,000,000g/molのMWを有する。

0043

いくつかの実施形態では、追加の界面活性剤をVES流体に添加してもよい。追加の界面活性剤または複数の界面活性剤を添加すると、様々な温度、圧力、またはその他の様々な坑井条件で粘度が増加されるか、または三次元ミセルネットワークが強化され得る。そのような界面活性剤は、非限定的な例として、カチオン性界面活性剤アニオン性界面活性剤非イオン性界面活性剤両性界面活性剤双性イオン界面活性剤、またはそれらの組み合わせを含み得る。

0044

後続の例では、VES流体は、自然発生の海水または脱硫海水から製造される。自然発生の海水をアラビア湾から得た。他の場所からの海水も同様の働きをした。自然発生の海水の溶解固形分含有量を、表1に記載する。

0045

0046

脱硫海水は、自然発生の海水に塩化カルシウムを添加することにより生成された。CaCl2を、CaCl2添加の海水1リットル当たり(すなわち、CaCl2添加後の海水体積1リットル当たり)0.334キログラムのCaCl2の割合で海水に添加した。海水に硫酸イオンがなかった場合は、得られた溶液は、3.02MのCa2+濃度になったであろう。以下に示す計算から、Caイオンのごく一部のみが「消費」されてCaSO4沈殿物を形成したが、Caイオンのほとんどは、3Mに非常に近い濃度で溶液中に残った。

0047

いくつかの参考文献(例えば、D.R. Linde(編)、「CRCHandbook of Chemistry and Physics」、第83版、CRC Press、2002年)によると、CaSO4のKspは、4.93x10−5M2である。Ksp=[Ca2+][SO42−]CaSO4の溶解度式によると、Ca2+の濃度が3Mより高い場合、SO42−の濃度は、1.63x10−5Mを超えることはできない。したがって、3Mより高いカルシウム濃度を有する脱硫海水溶液は、1.64x10−5M未満の硫酸塩濃度(または約2mg/L未満の硫酸塩)を有していなければならない。これは、表1により、約1.54x10−2Mのカルシウム濃度および約4.31x10−2Mの硫酸塩濃度を有する自然発生の海水と比較される。

0048

実施例1および比較例Aは、地層水を含む。つまり、坑井周辺の地層から取得した水である。地層水の溶解固形分含有量を表2に詳細に記載する。

0049

0050

実施例1
実施例1は、80体積%の脱硫海水を20体積%の地層水と組み合わせることにより調製された。得られた溶液を300°Fで7日間静置した。その溶液を1日目および7日目に撮影した。1日目からの写真を図1Aに示し、7日目からの写真を図1Cに示す。
比較例A
比較例Aは、80体積%の自然海水(未処理)を20体積%の地層水と組み合わせることにより調製された。得られた溶液を300°Fで7日間静置した。その溶液を1日目および7日目に撮影した。1日目からの写真を図1Bに示し、7日目からの写真を図1Dに示す。

0051

図1から理解することできるように、比較例Aでは白色沈殿物が現れたが、実施例1では現れなかった。比較例Aの沈殿物の量は、7日間にわたって増加したが、実施例1では7日後に沈殿物は発生しなかった。これは、実施例1における脱硫海水の使用が、BaSO4スケールのようなスケールの形成を防止できることを実証している。

0052

脱硫水で製造された2つのVES流体の粘度を、350°Fで110分間にわたって比較した。粘度は、Fann50型粘度計を使用してAPI RP 39により測定した。
比較例B
比較例Bは、50ミリリットル(mL)の脱硫海水を2.5mLのVESと組み合わせることにより調製された。比較例Bの粘度は、API RP 39によりFann50粘度計で測定された。これらの粘度測定値を図2に示す。
実施例2
実施例2は、0.5グラム(g)の疎水変性アニオン性ポリアクリルアミドターポリマー(SNF Floergerにより商品FP9515SHとして市販されている)を比較例Bに添加することにより調製された。実施例2の粘度は、API RP 39によりFann50粘度計で測定された。これらの粘度測定値を図2に示す。

0053

図2から理解することできるように、実施例2は、300°F以上のすべての温度にわたって比較例Bよりも高い粘度を有していた。さらに、実施例2の粘度は、決して10cP未満に低下しなかった。最初の剪断傾斜後、実施例2の粘度は、比較例Bの粘度の3.8倍であった。2回目の剪断傾斜後、実施例2の粘度は、比較例Bの粘度の3.6倍であった。60分後、実施例2の粘度は、比較例Bの粘度の3.0倍であった。ポリアクリルアミドターポリマーを含むVES流体の粘度は、ポリアクリルアミドを含まないVES流体よりも250°Fを超える温度でより高い速度を維持した。
実施例3
実施例3は、12ppt(1ppt=0.12グラム/リットル)の多層カーボンナノチューブを比較例Bに添加することにより調製された。カーボンナノチューブは、Cheap Tubes Inc.から購入されて、95重量%のカーボンナノチューブは、30nm〜50nmの長さを有する。

0054

実施例3の粘度は、100s−1の剪断速度で、室温から約350°FまでFann50型粘度計で測定された。実施例3の流体粘度は、約350°Fで約140cP(100s−1の剪断速度で)であった。別の試験では、比較例Bの流体粘度は、100s−1の剪断速度で約90cPであった。したがって、カーボンナノチューブによる粘度の強化は、350°Fで50%を超えた。

0055

本開示の主題を詳細に、およびその具体的な実施形態を参照して説明したが、本明細書に開示される様々な詳細は、本明細書に付随する図面の各々に特定の要素が例示されている場合であっても、これらの詳細が本明細書に記載された様々な実施形態の必須構成要素である要素に関することを意味するものではないことに留意すべきである。さらに、添付の特許請求の範囲で定義される実施形態を含むが、これらに限定されない本開示の範囲から逸脱することなく、修正および変更が可能であることは明らかである。より具体的には、本開示のいくつかの態様が本明細書において特に有利であると特定されるが、本開示は必ずしもこれらの態様に限定されないことが考えられる。

0056

本開示の第1の態様は、脱硫海水を含む粘弾性界面活性剤流体を生成する方法を対象とし、この方法は、アルカリ土類金属ハロゲン化物を海水に添加して硫酸塩沈殿物を生成することと、硫酸塩沈殿物を除去して、脱硫海水を生成することと、粘弾性界面活性剤、およびナノ粒子粘度調整剤またはポリマー粘度調整剤のうちの1つ以上を脱硫海水に添加して、粘弾性界面活性剤流体を生成することとを含み、粘弾性界面活性剤は以下の一般式を有し、

0057

0058

式中、R1は、17〜29個の炭素原子の飽和または不飽和炭化水素基であり、R2およびR3は、それぞれ独立して、1〜6個の炭素原子の直鎖もしくは分岐アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、R4は、H、ヒドロキシル、1〜4個の炭素原子のアルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、kは、2〜20の整数であり、mは、1〜20の整数であり、nは、0〜20の整数である。

0059

本開示の第2の態様は、アルカリ土類金属ハロゲン化物がハロゲン化カルシウムを含む、第1の態様の方法を対象とする。

0060

本開示の第3の態様は、アルカリ土類金属ハロゲン化物がCaCl2を含む、第1または第2の態様の方法を対象とする。

0061

本開示の第4の態様は、硫酸塩沈殿物がCaSO4沈殿物を含む、第1〜第3の態様のうちのいずれか1つの方法を対象とする。

0062

本開示の第5の態様は、ポリマー粘度調整剤が、ポリアクリルアミド粘度調整剤を含む、第1〜第4の態様のうちのいずれか1つの方法を対象とする。

0063

本開示の第6の態様は、除去ステップが、濾過、遠心分離、線状沈殿、凝集、凝固、合体、またはそれらの組み合わせを含む、第1〜第5の態様のうちのいずれか1つの方法を対象とする。

0064

本開示の第7の態様は、CaOがアルカリ土類金属ハロゲン化物と共に添加されて、硫酸塩沈殿物を生成する、第1〜第6の態様のうちのいずれか1つの方法を対象とする。

0065

本開示の第8の態様は、粘弾性界面活性剤が、エルカミドプロピルヒドロキシプロピルスルタインを含む、第1〜第7の態様のうちのいずれか1つの方法を対象とする。

0066

本開示の第9の態様は、粘弾性界面活性剤流体が、0.1体積%〜20体積%の粘弾性界面活性剤を含む、第1〜第8の態様のうちのいずれか1つの方法を対象とする。

0067

本開示の第10の態様は、ポリマー粘度調整剤が、非イオン性ポリアクリルアミド、アクリルアミドコポリマー、ポリアクリルアミド系ターポリマー、ポリアクリルアミド系テトラポリマー、疎水変性アクリルアミド系ポリマーまたはそれらの組み合わせを含む、第1〜第9の態様のうちのいずれか1つの方法を対象とする。

0068

本開示の第11の態様は、ポリマー粘度調整剤が、250,000g/mol〜40,000,000g/mol、より好ましくは、2,000,000g/mol〜8,000,000g/molの重量平均分子量を有する、第1〜第10の態様のうちのいずれか1つの方法を対象とする。

0069

本開示の第12の態様は、ナノ粒子粘度調整剤が非ポリマー性である、第1〜第11の態様のうちのいずれか1つの方法を対象とする。

0070

本開示の第13の態様は、ナノ粒子粘度調整剤が、カーボンナノチューブ、ZnOナノ材料、ZrO2ナノ材料、TiO2ナノ粒子、またはそれらの組み合わせを含む、第1〜第12の態様のうちのいずれか1つの方法を対象とする。

0071

本開示の第14の態様は、ナノ粒子粘度調整剤が、ナノサイズのZr化合物Ti化合物、Ce化合物、Zn化合物Al化合物B化合物、Sn化合物、Mg化合物、Fe化合物Cr化合物Si化合物、またはそれらの組み合わせを含む、第1〜第13の態様のうちのいずれか1つの方法を対象とする。

0072

本開示の第15の態様は、粘弾性界面活性剤流体が、0.001重量%〜5重量%のナノ粒子粘度調整剤を含む、第1〜第14の態様のうちのいずれか1つの方法を対象とする。

0073

本開示の第16の態様は、粘弾性界面活性剤流体を対象とし、この粘弾性界面活性剤流体は、以下の一般式を含む粘弾性界面活性剤であって、

0074

0075

式中、R1は、17〜29個の炭素原子の飽和または不飽和炭化水素基であり、R2およびR3は、それぞれ独立して、1〜6個の炭素原子の直鎖または分枝アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、R4は、H、ヒドロキシル、1〜4個の炭素原子のアルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、kは、2〜20の整数であり、mは、1〜20の整数であり、nは、0〜20の整数である粘弾性界面活性剤と、0.1〜500ナノメートルの粒径を含む少なくとも1つのナノ粒子粘度調整剤と、脱硫海水と、少なくとも1つの安定化カルシウム塩とを含む。

0076

本開示の第17の態様は、粘弾性界面活性剤流体を対象とし、この粘弾性界面活性剤流体は、以下の一般式を含む粘弾性界面活性剤であって、

0077

0078

式中、R1は、17〜29個の炭素原子の飽和または不飽和炭化水素基であり、R2およびR3は、それぞれ独立して、1〜6個の炭素原子の直鎖または分枝アルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、R4は、H、ヒドロキシル、1〜4個の炭素原子のアルキルまたはヒドロキシアルキル基から選択され、kは、2〜20の整数であり、mは、1〜20の整数であり、nは、0〜20の整数である粘弾性界面活性剤と、250,000g/mol〜40,000,000g/molの重量平均分子量を有する少なくとも1つのポリマー粘度調整剤と、脱硫海水と、少なくとも1つの安定化カルシウム塩とを含む。

0079

本開示の第18の態様は、粘弾性界面活性剤がエルカミドプロピルヒドロキシプロピルスルタインを含む、第16または第17の態様を含む。

0080

本開示の第19の態様は、粘弾性界面活性剤流体が、0.1体積%〜20体積%の粘弾性界面活性剤を含む、第16〜第18の態様のうちのいずれか1つを含む。

0081

本開示の第20の態様は、粘弾性界面活性剤流体が、1重量%から50重量%の少なくとも1つの安定化カルシウム塩を含む、第16〜第19の態様のうちのいずれか1つを含む。

0082

本開示の第21の態様は、ポリマー粘度調整剤が、非イオン性ポリアクリルアミド、アクリルアミドコポリマー、ポリアクリルアミド系ターポリマー、ポリアクリルアミド系テトラポリマー、疎水変性アクリルアミド系ポリマー、またはそれらの組み合わせを含む、第17〜第20の態様のうちのいずれか1つを含む。

0083

本開示の第22の態様は、ポリマー粘度調整剤が、2,000,000g/mol〜8,000,000g/molの重量平均分子量を有する、第16から第21の態様のうちのいずれか1つを含む。

0084

本開示の第23の態様は、ナノ粒子粘度調整剤が、非ポリマー性である、第16または第18〜第20の態様のうちのいずれか1つを含む。

0085

本開示の第24の態様は、ナノ粒子粘度調整剤が、カーボンナノチューブ、ZnOナノ材料、ZrO2ナノ材料、TiO2ナノ材料、またはそれらの組み合わせを含む、第16、第18〜第20、または第23の態様のうちのいずれか1つを含む。

0086

本開示の第25の態様は、ナノ粒子粘度調整剤が、ナノサイズのZr化合物、Ti化合物、Ce化合物、Zn化合物、Al化合物B化合物、Sn化合物、Mg化合物、Fe化合物、Cr化合物、Si化合物、またはそれらの組み合わせを含む、第16、第18〜第20、または第23〜第24の態様のうちのいずれか1つを含む。

0087

本開示の第26の態様は、粘弾性界面活性剤流体が、0.001重量%〜5重量%のナノ粒子粘度調整剤を含む、第16、第18〜第20、または第23〜第25の態様のうちのいずれか1つを含む。

0088

本開示の第27の態様は、粘弾性流体が、300°F以上の温度で10cP以上の粘度を有する、第16、第18〜第20、または第23〜第26の態様のうちのいずれか1つを含む。

0089

他に定義されない限り、本開示で使用される全ての技術および科学用語は、当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定することを意図するものではない。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「1つの(a)」、「1つの(an)」、および「その(the)」は、文脈上他に明白に示されていない限り、複数形も含むことが意図される。

実施例

0090

当業者には、特許請求される主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態に対して様々な修正および変更がなされ得ることが明らかであろう。したがって、本明細書は、本明細書に記載された様々な実施形態の改変および変形を包含するが、かかる改変および変形は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内に入るものとすることが意図される。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ