[发明专利]摩擦降低聚合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时申请序号61/790578的权益，所述申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开内容属于摩擦降低聚合物和它们在处理地下岩层和海水注入应用中的用途的领域。

背景

在油气井的钻井、完井和激发中，往往在高压和高流率下将井处理流体泵送至井孔中。当流体以高流率(数千GPM)泵送通过系统时，存在显著量的摩擦阻力，这导致大的能量需求。

为了减少井处理流体和井孔衬里之间的摩擦，已将摩擦压力降低添加剂与处理流体结合，并在泵送期间将它们加入，以降低泵压。例如，通常用于激发通过井孔渗透的地下区域的烃生产的一类井处理是水力压裂。水力压裂，也称为压裂(或破碎)，用于在低-渗透性的储层中引发生产并在较老的生产井中再-激发生产。在水力压裂中，将流体组合物以有效引起周围岩层破碎的压力注入井内。压裂用于打通已经存在于岩层中的破裂并产生新的破裂两者。

水溶性聚合物可用作井处理流体中的摩擦降低剂，以减少湍流，并降低流体中由于当流体通过系统泵送时的摩擦所引起的能量损失。这些处理方式往往被称为“光滑水处理或光滑水压裂”。常规的聚丙烯酰胺聚合物提供有效的摩擦降低。

概述

本文描述的是摩擦降低聚合物，所述聚合物包含两种或更多种重复单元，其中至少一种重复单元为丙烯酸或丙烯酰胺单体且至少一种重复单元为选自乙烯基醇、乙烯基酯和乙烯基醚的乙烯基单体。还提供包含所述聚合物的井处理流体，以及用于减少井处理流体中摩擦损失的方法和处理地下岩层的方法，例如水力压裂和海水注入应用中。

可通过参考本公开内容的多个特征和其中包括的实例的以下详细描述来更为容易地理解本公开内容。

详述

本文公开的是摩擦降低聚合物，所述聚合物包含以下重复单元：i)丙烯酸或丙烯酰胺单体和ii)选自乙烯基酯、乙烯基醇和乙烯基醚(包括它们的水解衍生物)的乙烯基单体。示例性的聚合物可用于提供水力压裂应用中摩擦相关的能量损失的减少。聚合物包括相当数量的可容易改性的活性基团部分。所述聚合物可最低限度上或实质上用各种官能团衍生，以按需改变物理性质。

本文中使用的术语“一个聚合物”、“多个聚合物”、“聚合的”和类似的术语以本领域技术人员理解的它们的普通含义使用，因此可在本文中用于表示或描述含有重复单元的大分子(或一组这样的大分子)。可按多种方式形成聚合物，包括通过将单体聚合和/或通过将前体聚合物的一个或多个重复单元化学改性。聚合物可以为包含两种或更多种不同重复单元的“共聚物”，所述共聚物通过例如将两种或更多种不同单体共聚合形成，和/或通过将前体聚合物的一个或多个重复单元化学改性形成。

在示例性实施方案中，可将所述聚合物用于降低由于例如湍流中的水性流体和管材(例如管道、盘管等)和/或岩层之间的摩擦引起的能量损失。在示例性实施方案中，可将所述聚合物加入至光滑水处理中，激发流体的浓度为约0.1-约5加仑/1000加仑，或约0.25-约2.5加仑/1000加仑。在示例性实施方案中，取决于所期望的应用，所述聚合物可以为阴离子、阳离子、两性或非离子。在示例性实施方案中，所述聚合物可包括亲水部分、疏水部分或它们的组合。

在示例性实施方案中，摩擦降低聚合物包含两种或更多种重复单元，其中至少一种重复单元为丙烯酸或丙烯酰胺单体且至少一种重复单元为选自乙烯基醇、乙烯基酯和乙烯基醚单体的乙烯基单体。

在示例性实施方案中，丙烯酸或丙烯酰胺单体选自丙烯酸和取代的丙烯酸，例如甲基丙烯酸。在示例性实施方案中，丙烯酸或丙烯酰胺单体选自丙烯酰胺和取代的丙烯酰胺，例如甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等。

在示例性实施方案中，所述乙烯基单体是乙烯基醇。在示例性实施方案中，所述乙烯基单体为乙烯基酯，例如乙酸乙烯基酯、丙酸乙烯基酯、丁酸乙烯基酯、戊酸乙烯基酯、己酸乙烯基酯、新癸酸的乙烯基酯等等。在示例性实施方案中，所述乙烯基单体为乙烯基醚，例如乙烯基甲基醚、乙烯基乙基醚、乙烯基丙基醚等等。

在示例性实施方案中，所述聚合物完全水解。在示例性实施方案中，所述聚合物部分水解。在示例性实施方案中，所述聚合物的乙烯基酯部分或完全水解为乙烯基醇。本领域普通技术人员受益于本公开内容将认识到用于将所述聚合物水解至期望的水解程度的适当水解方法。