JPH075882B2 - 水性媒体の粘度を高めるための液状ポリマー含有組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は水性媒体の増粘剤として使用するための液状の
ポリマー含有組成物に関し、より詳細にはブライン（塩
水）の粘度を高めて粘稠化された水性の坑井堀削／処理
液を提供すべく使用できる液状のポリマー含有組成物に
関する。

従来の技術 坑井の堀削／処理液において使用される液体（例えばブ
ライン）中のヒドロキシエチルセルロース（HEC）のよ
うなポリマーは、粘度、固形分の除去および／または濾
過制御を改善するために使用され、過去において多大の
成功をおさめている。しかしながら、これらの乾燥粉末
形体を直接使用すると、“魚眼（fish eyes）”すなわ
ちポリマーの非水和塊が形成されることが知られてお
り、このことは振動篩の目ずまりや産出層の固結などの
作業上の諸問題を引き起こす。これらの問題は油ベース
の液体（例えばディーゼル油やケロシン）のような非溶
剤キャリアー媒体中に分散された溶液、コロイドまたは
他の均質懸濁液の形体のポリマーを添加することにより
最小限に抑えることができる。米国特許4,622,153号に
は、多大の成功をおさめたこのようなHEC配合物の１つ
が開示されている。しかし、上記米国特許に記載の組成
物は、長期間にわって静止状態で貯蔵するとき、若干の
望ましくないHECの沈降および固結（hard packing）を
引き起こすという難点を有している。HECの再分散は特
別の装置を必要としまた時間の浪費でもあるので、一般
に現場堀削、改修（workover）または仕上げ（completi
on）作業にとって好ましくない。

上記米国特許に記載の組成物の他の欠点は、それが粘土
を含むので完全に酸溶解性でないということである。よ
く知られるように、改修および仕上げ作業において使用
される液体の場合、その液体が地層に害を与えることな
く必要に応じて地層から取り出すことができるように酸
溶解性であることが望ましく、ある場合にはそのことが
必須要件である。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、水性媒体の粘稠化に有用な改善され
た、液状の、ポリマー含有組成物を提供することであ
る。

本発明の他の目的は、改善された、水性の坑井堀削／処
理液を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、油田塩水などと混合して粘
稠化された、水性の、坑井堀削／処理液を作ることがで
き且つ本質的に酸溶解性である液状のポリマー含有組成
物を提供することである。

本発明の上記目的ならびに他の目的はここに示した記載
内容および添付の特許請求の範囲から明らかになるであ
ろう。

本発明によれば、真水や油田塩水のような水性媒体を粘
稠化して坑井堀削／処理液（例えば仕上げ液および改修
液）を得るために使用できる液状のポリマー含有組成物
が提供される。この組成物はHEC、油ベース液体または
疎水性液体、および１種またはそれ以上のオキシアルキ
ルホスフェートおよび／またはオキシアルキルアルキル
ホスフェートのアルミニウム塩からなる有効量のゲル化
剤を含有する。油ベース液体は、一般的に言えば、HEC
が実質的に膨潤性とならない炭化水素である。本発明の
特に好適な実施態様では、HECの沈降および固結を防ぐ
のに役立つ界面活性剤が配合される。液状のポリマー含
有組成物は、水性媒体（特に油田塩水）と混合した場合
に、理想的な坑井堀削／処理液を提供する。

問題点を解決するための手段 本発明の新規な、液状の、ポリマー含有組成物は水性媒
体の粘度を高めるために主成分としてヒドロキシエチル
セルロース（HEC）を利用するものである。ヒドロキシ
エチルセルロースはセルロースを水酸化ナトリウムで処
理し、次にエチレンオキシドと反応させることにより高
収率で得られる水溶性の非イオン系ポリマーである。セ
ルロース分子中のアンヒドログルコース単位はそれぞれ
３つの反応性ヒドロキシ基を有する。セルロースの各ア
ンヒドログルコース単位に結合するエチレンオキシドの
平均モル数は、結合された置換基のモル数とみなされ
る。一般に、置換度が高ければ高いほど水溶性が増大す
る。モル置換レベルが1.5程度に低いHECを使用すること
も出来るが、1.8またはそれ以上（特に2.5またはそれ以
上）のモル置換レベルを有するHECを使用する方がより
好適である。選ばれる特定のHECは液状のポリマー組成
物の型、最終的には望まれる坑井堀削／処理液の型に応
じて決定されることが理解されるであろう。例えば米国
特許第3455714号、同各第2879268号および同第3072035
号の各明細書に記載されるような、いわゆる表面処理さ
れたHECが有利に使用できる。この種の表面処理HECは組
成物で優れた分散性を示す。HECは液状のポリマー含有
組成物の全重量を基準にして約25〜約55重量％の量でそ
の組成物中に存在するであろう。

本発明組成物を調製する際に使用する油ベースの液体
は、HECの著しい膨潤または増粘を引き起こさない炭化
水素ならいずれであってもよい。油ベースの液体の例と
しては、脂肪族および芳香族炭化水素（特に５〜10個の
炭素原子を含むもの）、ディーゼル油、ケロシン、石油
蒸留物、石油、鉱油などが含まれる。一般的に言えば、
油ベースの液体は無極性であり且つ低い流動点（pour p
oint）を有するであろう。特に好適な油ベース液体は実
質的に芳香族化合物を含まないシール油または白油（ホ
ワイトオイル）のパラフィンベース油である。この種の
油は生物分解性であるので環境的に安全であり、特に沖
合での作業に利用される。油ベース液体は本組成物の全
重量を基準にして約35〜約75重量％、好ましくは約40〜
60重量％の量で本発明組成物中に存在するであろう。

本発明組成物において使用されるゲル化剤は、米国特許
第4316810号明細書に記載のゲル化剤である。上記特許
に示されるように、このゲル化化合物は構造式： 〔式中ａ＝０〜２ ｂ＝１〜３ ｃ＝１〜５ ｄ＝１〜５、そして 、ａ＋ｃの合計は３であり； R₁OおよびR₃Oは３〜10個の炭素原子を含むアルキルオキ
シ、アルケニルオキシまたはアルキニルオキシ基、ある
いはCH₂CH（CH₃）Ｏ、またはCH₂CH₂OまたはOHであり； R₂OおよびR₄Oは３〜10個の炭素原子を含むアルキルオキ
シ、アルケニルオキシまたはアルキニルオキシ基であ
り；そして R₁OおよびR₂Oは互いに異なっていてもよいが一緒に合わ
せて０または３〜20個の炭素原子を含み、そしてR₃Oお
よびR₄Oは互いに異なっていてもよいが一緒に合わせて
０または３〜20個の炭素原子を含む、但しR₁OおよびR₃O
の少なくとも一方はCH₂CH（CH₃）ＯまたはCH₂CH₂Oであ
り、さらにR₁OまたはR₃OのどちらかがCH₂CH（CH₃）Ｏで
もなくCH₂CH₂Oでもない場合、それに結合されるそれぞ
れのR₂OまたはR₄Oは欠失される〕により一般的に表わさ
れる。上記構造式の定義から、「オキシアルキル」とい
う用語の「アルキル」は、直鎖および分枝鎖の、飽和お
よび不飽和脂肪族炭化水素基を含めた包括的な意味で使
用されていることが理解されるであろう。

本発明組成物において使用されるアルミニウムオキシア
ルキルホスフェート塩（すなわちゲル化剤）の量は、本
組成物の全重量を基準にして約0.15〜約６重量％の範囲
であるだろう。好適には、少なくとも約0.25重量％のゲ
ル化剤が油ベースの液体に添加され、最も好ましい組成
物は約0.3〜約２重量％のゲル化剤を含有する。このゲ
ル化剤は前もって製造された塩として添加されるか、ま
たはその場（in situ）で製造される。後者の方法は、
本発明組成物の性状をより良くコントロールすることが
できるので、本発明の増粘用組成物中へのゲル化剤の配
合にとって好適な方法である。

ゲル化剤の現場製造を行う場合、最初に所望量の上記ゲ
ル化剤を得るような量でリン酸エステル前駆体を油ベー
ス液体に加える。その後適量のアルミン酸ナトリウム
を、好ましくは水酸化ナトリウムおよび水と混合した状
態で、油ベース液体に加える。

本発明組成物HECの沈降および固結を最小限に抑えた、
粘土を含まない、液状の、ポリマー含有組成物を提供す
るが、この組成物中に界面活性剤を配合することによっ
てこのような沈降および固結をさらに遅らせることが望
ましい。適当な界面活性剤の非制限的な例としてはソル
ビタン脂肪酸エステル類、例えばソルビタンモノラウレ
ート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノステ
アレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタント
リステアレートなど；ポリオキシエチレンソルビタン脂
肪酸エステル類、例えばポリオキシエチレンソルビタン
モノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパ
ルミテートなど；アルキルアリールスルホネート類；高
分子量脂肪酸エステル類などが含まれる。使用する界面
活性剤の型および量がHECの濃度、ポリマー組成物の貯
蔵期間およびその他のこのような変数に応じて変化する
ことは認識されるであろう。しかしながら、一般的に言
えば、界面活性剤はポリマー組成物の全重量を基準にし
て約0.25〜約４重量％の量で用いられるであろう。

液状のポリマー含有組成物を調製するに際してゲル化剤
をその場で製造して使用する場合、油ベース液体にリン
酸エステルを加えて撹拌し、次にアルミン酸ナトリウム
溶液を加え、そしてリン酸エステルとアルミン酸ナトリ
ウムとの間の反応が完結するまで適当な時間攪拌を続行
する。この後、場合により界面活性剤を添加して混合物
を攪拌する。次いでHECを添加して所望粘度が得られる
まで剪断力を使って十分に混合する。

本発明組成物は坑井の仕上げ液および改修液のような液
体を調製する場合に特に使用される。この種の液体の調
製において、液状のポリマー含有組成物は適当な水性媒
体と混合される。水性媒体は真水や水道水などであり得
るが、好ましくはアルカリ金属、アルカリ土類金属、第
I B族金属および第II B族金属の水溶性塩、ならびにア
ンモニアや他の陰イオンの水溶性塩のような可溶性塩を
含有する水溶媒体であるだろう。特に、塩化ナトリウム
および／または塩化カルシウムを含有する塩水（ブライ
ン）は、本発明による液状のポリマー含有組成物と混合
されると、優れた坑井改修液となる。水性媒体に溶解さ
れる水溶性塩の量は堀削／処理液の所望密度に応じて変
化するであろう。例えば、この種の液体を調製する場
合、塩化ナトリウムおよび／または塩化カルシウムの飽
和溶液を使用するのが一般的である。液状のポリマー含
有組成物を用いて水性の堀削／処理液を調製するとき、
そのポリマー組成物の量は意図する粘度に応じて変化す
るであろう。望ましい堀削／処理液は、最終混合物が約
0.1〜約２ポンド／バーレル（ppb）のHECを含有するよ
うに、十分な量の液状のポリマー含有組成物と水性媒体
とを混合することによって作ることができる。

本発明をさらに説明するために、以下に非限定的実施例
を掲示する。全ての場合において、使用されるHECはハ
ーキュリーズ社（Hercules,Incorporated）から市販さ
れているナトラゾル（Natrasol）250HHRであった。

実施例１ 酸（15％HCl水溶液）可溶性、液状の、HECポリマー組成
物は油ベース液体としてNo.2ディーゼル油を用いて調製
した。アルミニウムオキシアルキルホスフェート塩は、
上記のように、ナルコケミカル社（Nalco Chemical C
ompany）からASP-162という商標名で市販されているリ
ン酸エステルと、ナルコケミカル社からASP-200という
商標名で市販されているアルミン酸ナトリウムの水酸化
ナトリウム水溶液とを混合することにより、その場で製
造した。下記の表Ｉおよび表IIは種々の配合物（表Ｉ）
およびそれらの流動学的性状（表II）を示す。

実施例２ 実施例１の試料番号２と指定した液状ポリマー組成物を
用いて粘稠化した一連の塩水は、米国特許4,622,153号
に記載の液状ポリマー組成物（従来の液状ポリマー）を
用いて粘稠化した一連の同様の塩水と比較した。試料の
流動学的性状はFANNモデル35A粘度計を使って評価し
た。下記の表III−VIにその結果を示す。

試料番号２と従来と液状ポリマー組成物との見掛粘度の
比較は、両方の組成物が上記の表III−VIに掲示した塩
水類を粘稠化するのに同等の効果があることを示した。

ポリマー含有組成物の酸溶解性を決定するために、試料
番号２の各々2ml試料を、３つの100ml15％HCl水溶液の
それぞれに加えて、加熱しながら攪拌した。全ての場合
に溶質が分配されて溶解が起こり、粘稠でない透明溶液
が残った。従って、本発明による液状のポリマー組成物
（粘土を含まないために完全に酸の溶ける）が従来の液
状ポリマー（粘土を基剤としたゲル化剤を含有し且つ坑
井の改修や仕上げなどの代表的な油田作業において商業
的に上首尾で使用されている）と同様に一般的な油田塩
水を粘稠化するのに効果的であるということは表III-VI
から明白である。先に示したように、液体中の不溶解固
形分は産出地層に害を与えるので、酸溶解性は特に仕上
げ作業において重要な要素である。

実施例３ 界面活性剤を含有しない液状のポリマー組成物（試料
Ａ）中のHECの沈降および固結を遅らせるための界面活
性剤の添加の効果について、本質的に試料Ａと同じ組成
を有するがさらに高分子量脂肪酸エステル界面活性剤
〔ICIからソルパース（Solsperse）6000という商標名で
市販されている〕を含有する液状のポリマー組成物（試
料Ｂ）を用いて比較した。両方の試料は48.9℃（120゜
F）で20日間静止状態で熟成させた。試料ＡではHECの有
意な沈降および固結が起こるが、試料ＢではHECの沈降
または固結がほとんどまたは全く見られないことが観察
された。

実施例４ エクソン社（Exxon）からメントール28（Mentor）とい
う商標名で市販されている実質的に芳香族物質を含まな
い鉱油53.44重量％、ASP-166という商標名で市販されて
いるリン酸エステル0.48重量％、ASP-200という商標名
で市販されているアルミン酸ナトリウム／水酸化ナトリ
ウム溶液0.08重量％、ソルスパース6000という商標名で
市販されている高分子量脂肪酸エステル界面活性剤1.00
重量％、およびHEC45.00重量％を一緒に混合することに
より液状のポリマー含有組成物を調製した。こうして得
られた配合物は48.9℃（120_゜Ｆ）で１週間静止状態で
熟成させた後沈降または固結を全く示さずに自由流動性
であり、さらに１週間後も流動性のままであった。この
組成物を用いて10ppg NaClブラインおよび11.6ppg CaCl
₂ブラインを効果的に粘稠化した。この実施例は、本発
明が環境的に安全であり、粘土を含まず、酸分散性であ
る塩水増粘用組成物の調製を可能にすることを示してい
る。本発明による液状のポリマー含有組成物は最小限の
沈降または固結を示して安定であるので、HECが沈降お
よび固結を示す配合物（一般には利用し得ない煩わしい
混合装置を必要とする）よりも一層容易に貯蔵し且つ使
用することが可能である。

本発明はその精神または本質的な特徴から逸脱すること
なく他の特定な形へ具体化されうる。従って、本実施態
様は全ての点において例示を目的とするものであって、
何らの制限も受けない。本発明の範囲は前述の内容より
むしろ添付の特許請求の範囲によって示され、それ故特
許請求の範囲の内容およびその均等範囲に含まれる全て
の変更は本発明に包含されるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド・アール・シエイムス アメリカ合衆国，テキサス州，ヒユースト ン，ハリス・カントリー，ピー・オー・ボ ツクス 1675

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水性媒体の粘度を高めるための液状、流動
   状、水分散性のポリマー含有組成物であって、 ヒドロキシエチルセルロースと、 液体脂肪族および芳香族炭化水素から選ばれる油ベース
   液体と、 該組成物の0.15〜6.0重量％の、次の一般式 で表わされ、式中、 ａ＝０〜２ ｂ＝１〜３ ｃ＝１〜５ ｄ＝１〜５ で、ａ＋ｂ＝３であり、 R₁OとR₃Oは炭素原子数３〜10個のアルキルオキシ、アル
   ケニルオキシ、アルキニルオキシ基またはCH₂CH₂O、CH₂
   CH（CH₃）ＯまたはOHであり、 R₂OとR₄Oは炭素原子数３〜10個のアルキルオキシ、アル
   ケニルオキシ、アルキニルオキシ基であり、 R₁OとR₂Oは互に同一でも異なってもよく両方で０または
   ３〜20個の炭素原子を有し、 R₃OとR₄Oは互に同一でも異なってもよく両方で０または
   ３〜20個の炭素原子を有するものであり、 ただしR₁OとR₃OのどちらかがCH₂CH（CH₃）ＯでもCH₂CH₂
   Oでもない場合にはそれに結合するそれぞれのR₂Oおよび
   R₄Oは欠落し、また、R₁O、R₂O、R₃O、R₄Oの少なくとも
   １つはその炭素原子数が少なくとも６である アルミニウムオキシアルキルホスフェート、アルミニウ
   ムオキシアルキルオキシアルキルフォスフェート、アル
   ミニウムオキシアルキルアルキルフォスフェートからな
   る群から選ばれる少なくとも１個の化合物であるゲル化
   剤 からなる組成物。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の組成物であ
   って、ヒドロキシエチルセルローズの沈降および固結を
   遅らせるのに充分な量の界面活性剤を含有する組成物。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項に記載の組成物であ
   って、ヒドロキシエチルセルローズが全組成物の約25〜
   約55重量％含有される組成物。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項に記載の組成物であ
   って、ゲル化剤が全組成物の約0.3〜約２重量％含有さ
   れている組成物。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項に記載の組成物であ
   って、油ベース液体が全組成物の約35〜約75重量％含有
   される組成物。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第２項に記載の組成物であ
   って、界面活性剤が全組成物の約0.25〜約４重量％の量
   で含有される組成物。
7. 【請求項７】特許請求の範囲第１項に記載の組成物であ
   って、油ベース液体が石油、ディーゼル油、ケロシン、
   鉱油またはこれらの混合物である組成物。
8. 【請求項８】特許請求の範囲第６項に記載の組成物であ
   って、油ベース液体が実質的に芳香族物質を含まない鉱
   油である組成物。