水性瓜爾膠組合物在油田和滑溜水應用中的使用的制作方法

本申請要求于2014年5月12日提交的美國臨時申請號61/991,766的權益，該臨時專利申請的全部內容通過援引方式并入本申請。

發明領域

本發明涉及與油田組合物相關的產品、方法以及過程，并且特別地涉及源自于加工多糖和多糖衍生物(包括瓜爾膠)的工藝水在滑溜水(slickwater)壓裂組合物中的用途。

背景

水力壓裂在石油和天然氣工業中是重要的應用。然而，由于近來政府法規施加的壓力以及傳統上使用的用于壓裂的化學品有可能的健康和安全危害，存在著尋求在水力壓裂流體中使用的可替代的、友好的化學品的需求。

滑溜水壓裂是油田壓裂應用的類型，其使用低粘度的水性流體以便引發、擴大、維持和/或擴展在地下地層的裂縫。總體上，滑溜水流體含有具有足夠的摩阻減低劑的水以最小化井底的管狀的摩阻壓力，這些粘度稍微高于沒有摩阻減低劑的水或鹽水。在滑溜水應用中，需要大體積的水，這在一些區域中是不容易獲得的或者這需要進一步加工并且處理以便在滑溜水應用中使用。

典型地，存在于滑溜水中的摩阻減低劑不會使壓裂流體的粘度增加超過1至2厘泊(cP)。典型地，將高分子量直鏈聚合物如聚丙烯酰胺(PAM)用作摩阻減低劑。經常存在處理這些高分子量聚合物的困難，因為其在被制成漿料時的低水合速率和高粘度。為了避免這些問題，經常將聚丙烯酰胺基聚合物制成乳液，其中將聚合物分散在烴溶劑如礦物油中，并且用表面活性劑穩定化。然而，在與烴溶劑相關的溢出和潛在火災危險的情況下因為烴和表面活性劑的環境毒性這也具有缺點。

因此，對于開發環境友好或提供可持續性益處的具有有效摩阻減低的滑溜水壓裂流體存在需求。

對于開發(列出幾個)在農業(例如，種子提升(seed boosting)、發芽、佐劑)市場、家庭和個人護理市場、工業市場、紙和紙漿工藝市場、采礦市場、以及與火災和粉塵抑制相關的應用中的環境友好并且提供可持續性益處的應用流體也存在需求。

概述

在此描述了與油田組合物和應用、特別地與滑溜水應用有關的溶液。由瓜爾膠片或瓜爾膠粉末作為起點制造瓜爾膠衍生物，如羥丙基瓜爾膠(HPG)、羧甲基瓜爾膠(CMG)、羧甲基羥丙基瓜爾膠(CMHPG)和陽離子瓜爾膠，并且然后將其用水洗滌以去除雜質、副產物和殘余的未反應試劑。這產生了必須處理或加工的大量的工藝水。例如，瓜爾膠衍生物的典型的加工對于每磅所制成的產物產生約5-100磅的工藝水。洗滌水(在下文中又稱為“瓜爾膠加工側流”或“工藝水”)含有瓜爾膠衍生物和/或細粉、以及可以在油田應用如滑溜水應用中使用的其他組分。還應理解，其他多糖可以以相似的方式制造，其中該工藝水含有多糖、多糖衍生物和/或細粉、以及可以在油田應用如滑溜水應用中使用的其他組分。

在一個方面中，在此描述了包含以下項的油田組合物：

-(可任選地)殺生物劑；以及

-水性減摩阻組合物。

該水性減摩阻組合物是，在一個實施例中，通過包括以下步驟的方法制備的：

-用有效量的交聯劑處理多糖顆粒以產生交聯的多糖顆粒；

-將該交聯的多糖顆粒與水接觸；并且

-將該水與該多糖顆粒分離，以獲得該水性減摩阻組合物。

在一個實施例中，該水性減摩阻組合物是來自瓜爾膠加工的側流，即，瓜爾膠加工側流。

在另一個方面中，在此描述了包含壓裂流體組合物的油田組合物，該壓裂流體組合物通過包括至少以下步驟的方法制備：

-將多糖顆粒與水接觸以產生工藝水，并且

-將該工藝水與該多糖顆粒分離，由此所分離的工藝水包含該壓裂流體組合物的至少一部分。

在一個實施例中，在此描述的油田組合物，進一步包含一種或多種殺生物劑、一種或多種表面活性劑、一種或多種結垢抑制劑、一種或多種穩定劑或前述的任一項。

在另一個實施例中，該方法進一步包括用有效量的交聯劑處理該多糖顆粒以產生多糖顆粒的步驟。在另一個實施例中，該方法進一步包括濃縮工藝水的步驟。

在一個實施例中，該壓裂流體組合物是水性摩阻減低流體組合物。在另一個實施例中，該油田組合物是滑溜水組合物。

在還另一個實施例中，該將多糖顆粒與水接觸以產生工藝水的步驟包括：在水中洗滌該多糖顆粒。在一個實施例中，該多糖顆粒是衍生的多糖顆粒。在一個實施例中，該多糖顆粒的特征在于0.001的下限并且3.0的上限的取代基取代度、以及50,000的下限并且5,000,000的上限的重均分子量。

在一個實施例中，該多糖顆粒選自下組，該組包含：瓜爾膠、羧甲基瓜爾膠(CMG)、羥乙基瓜爾膠(HEG)、羥丙基瓜爾膠(HPG)、羧甲基羥丙基瓜爾膠(CMHPG)、陽離子瓜爾膠、陽離子羧甲基瓜爾膠(CMG)、陽離子羥乙基瓜爾膠(HEG)、陽離子羥丙基瓜爾膠(HPG)、或它們的任何組合。在另一個實施例中，該多糖顆粒是選自下組，該組包含：瓜爾膠、羧甲基瓜爾膠(CMG)、羥乙基瓜爾膠(HEG)、羥丙基瓜爾膠(HPG)、羧甲基羥丙基瓜爾膠(CMHPG)、陽離子瓜爾膠、陽離子羧甲基瓜爾膠(CMG)、陽離子羥乙基瓜爾膠(HEG)、陽離子羥丙基瓜爾膠(HPG)、疏水改性瓜爾膠(HM瓜爾膠)、疏水改性羧甲基瓜爾膠(HMCM瓜爾膠)、疏水改性羥乙基瓜爾膠(HMHE瓜爾膠)、疏水改性羥丙基瓜爾膠(HMHP瓜爾膠)、陽離子疏水改性羥丙基瓜爾膠(陽離子HMHP瓜爾膠)、疏水改性羧甲基羥丙基瓜爾膠(HMCMHP瓜爾膠)、疏水改性陽離子瓜爾膠(HM陽離子瓜爾膠)或它們的任何組合。

如在此描述的油田組合物可以進一步包含一種或多種表面活性劑、一種或多種結垢抑制劑、一種或多種防腐劑、一種或多種活化劑、一種或多種穩定劑或前述的任一項。在一些實施例中，多糖顆粒可以是部分溶脹或不完全水合的。

在另一個實施例中，工藝水的特征在于在pH 8與12之間范圍內的pH或者在3與13之間的pH。在一個實施例中，該pH特征為pH 12的上限。在一個實施例中，該pH特征為pH 11的上限。在一個實施例中，該pH特征為pH 10的上限。在一個實施例中，該pH特征為pH 9的上限。在一個實施例中，該pH特征為pH 6的下限。在一個實施例中，該pH特征為pH 7的下限。在一個實施例中，該pH特征為pH 8的下限。如在此描述的組合物可以進一步包含一種或多種表面活性劑、一種或多種結垢抑制劑、一種或多種穩定劑(例如像粘土等)或前述的任一項。在一些實施例中，如描述的方法進一步包括中和工藝水的步驟。有時該工藝水特征為大于約12的pH，在這種情況中為了運送和處理目的希望將pH降低至小于約12。

在另一個方面中，在此描述了處理地下地層的方法，這些方法包括：-提供如在此描述的油田組合物；并且-將該油田組合物引入到穿透該地下地層的井孔中。在一些實施例中，該多糖顆粒是交聯的多糖顆粒。

在一個實施例中，該油田組合物是滑溜水組合物。

在另一個實施例中，該將多糖顆粒與水接觸的步驟包括：在水中洗滌該多糖顆粒。在另一個實施例中，該多糖顆粒可以具有0.001的下限并且3.0的上限的取代基取代度、以及50,000的下限并且5,000,000的上限的重均分子量。

在一個實施例中，該多糖顆粒選自下組，該組包含：天然瓜爾膠、羧甲基瓜爾膠(CMG)、羥乙基瓜爾膠(HEG)、羥丙基瓜爾膠(HPG)、羧甲基羥丙基瓜爾膠(CMHPG)、陽離子瓜爾膠、陽離子羧甲基瓜爾膠(CMG)、陽離子羥乙基瓜爾膠(HEG)、陽離子羥丙基瓜爾膠(HPG)、或它們的任何組合。

在一個實施例中，該將油田組合物引入到穿透地下地層的井孔中的步驟包括在足以產生、擴展或維持在該地下地層中的裂縫的壓力下引入該油田組合物。

該油田組合物還可以進一步包含一種或多種表面活性劑、一種或多種結垢抑制劑、一種或多種穩定劑或前述的任一項。

在另一個方面中，在此描述了處理地下地層的方法，這些方法包括：

-將油田組合物引入到穿透該地下地層的井孔中，

由此，該油田組合物包含在制造多糖或衍生的多糖的過程中獲得的工藝水。

在一些實施例中，該多糖是瓜爾膠。在其他實施例中，該將油田組合物引入到穿透地下地層的井孔中的步驟包括在足以產生、擴展或維持在地下地層中的裂縫的壓力下引入該油田組合物。

在另一個方面中，在此描述了處理地下地層的方法，這些方法包括：

-獲得由包括至少以下步驟的方法制備的油田組合物：

a)將多糖顆粒與水接觸以產生工藝水，并且

b)將該工藝水與該多糖顆粒分離，由此所分離的工藝水包含該油田組合物的至少一部分；并且

-將該油田組合物引入到穿透該地下地層的井孔中。

在一些實施例中，該方法是制造多糖或衍生的多糖的方法。

在還另一個方面中，在此描述了生產應用流體組合物的方法，這些方法包括至少以下步驟：

-將多糖顆粒與水接觸以產生工藝水，并且

-將該工藝水與該多糖顆粒分離，由此所分離的工藝水包含該應用流體組合物的至少一部分。在一些實施例中，該應用流體組合物是農業組合物、采礦組合物、抑制(粉塵、火災等)組合物、個人護理組合物、或家庭護理組合物。

這些方法可以進一步包括將該應用流體組合物與一種或多種表面活性劑、一種或多種結垢抑制劑、一種或多種穩定劑、一種或多種殺生物劑、或前述的任一項進行接觸。

附圖簡要說明

圖1是瓜爾膠工藝水的摩阻減低對比時間的圖。

圖2是說明用另外的(新鮮的)水稀釋該瓜爾膠工藝水的影響的圖。

圖3是說明作為對比實例PHPA乳液對于新鮮水的影響的圖。

圖4是說明對應地PHPA乳液對于瓜爾膠工藝水/新鮮水的50/50混合物的影響的圖。

圖5是說明對應地PHPA乳液對于瓜爾膠工藝水/新鮮水的10/90混合物的影響的圖。

圖6是說明伴隨總溶解固體(TDS)的加入，對應地PHPA乳液對于瓜爾膠工藝水/新鮮水的50/50混合物的影響的圖。

詳細說明

如在此使用的，術語“烷基”是指飽和的直鏈、支鏈或環烴基，包括但不限于甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、正己基和環己基。

如在此使用的，術語“芳基”是指包含一個或多個六元碳環的單價不飽和的烴基，在該六元碳環中，不飽和度可由三個共軛雙鍵代表，該六元碳環的一個或多個碳可能被羥基、烷基、烯基、鹵素、鹵烷基或氨基取代，包括但不限于苯氧基、苯基、甲基苯基、二甲基苯基、三甲基苯基、氯苯基、三氯甲基苯基、氨基苯基以及三苯乙烯基苯基。

如在此使用的，術語“亞烷基”是指二價的飽和的直鏈的或支鏈的烴基，像比如亞甲基、二亞甲基、三亞甲基。

如在此使用的，指代有機基團的術語“(Cr-Cs)”，其中r和s各自為整數，表明該基團每個基團可以含有從r個碳原子至s個碳原子。

如在此使用的，術語“表面活性劑”是指當溶解于水性介質中時降低該水性介質的表面張力的化合物。

如在此所使用的，應理解“油田應用流體”是指在石油的加工、提取或處理中使用的任何流體，在一個實施例中它包括在石油生產井中并且圍繞石油生產井使用的流體。一些石油應用流體除其他之外包括但不限于：井處理流體、增產流體、滑溜水流體、鉆井流體、酸化流體、修井流體、完井流體、封隔流體、地下地層處理流體、泥漿倒轉流體、沉積物去除流體(例如、瀝青質、蠟、油)、井孔清潔流體、切削流體、載體流體、載體流體(用于相互溶解)、脫脂流體、壓裂流體、隔離流體、孔廢棄(hole abandonment)流體。

修井流體總體上是在修井作業期間在所鉆探的井中使用的那些流體。該修井作業包括去除管道、更換泵、清理砂或其他沉積物、測井、等。修復還廣泛地包括在制備用于二次或三次開采的現有井中使用的步驟，如加入聚合物、膠束驅油、蒸汽注射、等。將壓裂流體用于石油開采操作，其中處理地下地層以創立用于開采的地層流體的路徑。

滑溜水壓裂是油田壓裂應用的類型，其使用低粘度的水性流體以便引發、擴大和/或擴張在地下地層的裂縫。總體上，滑溜水流體含有具有足夠的摩阻減低劑的水以最小化井底的管狀的摩阻壓力，這些粘度稍微高于沒有摩阻減低劑的水或鹽水。

目前，工藝水或瓜爾膠加工側流總體上不在任何再利用/再循環應用中被使用，但是在經典的水處理工藝中進行處理以滿足排放要求并且然后被排出或船運到廢物處理設施中，在其中將其與其他工業廢物/生活廢物混雜并且經受處理。

已經發現該工藝水中可以在壓裂/鉆探應用中用作用于水力壓裂組合物的組分。雖然不受理論束縛，據信該工藝水含有溶解于其中的足夠的量的瓜爾膠和瓜爾膠衍生物，從而該工藝水(任選地進一步加工的)可以在壓裂/鉆探應用中用做用于水力壓裂組合物的組分。在應用如滑溜水壓裂中，石油和天然氣運營商購買新鮮水并且加入減摩阻聚合物以獲得希望的摩阻減低。已經發現，該工藝水自身提供希望的減摩阻特性，而不需要額外的減摩阻聚合物。該工藝水還可以與其他水源以不同比率一起加入并且如果需要的話與小量的摩阻減低劑一起加入以獲得希望的減摩阻特性。由于這種發現，可以除去工藝水的排放，并且可以將整體水循環變得更可持續。

實施瓜爾膠工藝水用于石油和天然氣應用如滑溜水壓裂具有幾個關鍵的益處，如可以減少或去除瓜爾膠工藝水的排放和/或處理。這可以致使瓜爾膠加工廠的能力增加，可以充當在壓裂中使用的新鮮水的替代品并且替代在滑溜水應用中使用的減摩阻聚合物。

因此，油田組合物可以利用瓜爾膠加工側流或工藝水來制備。此類油田組合物包含壓裂流體以及，在一些實施方式中，可任選地，殺生物劑。該壓裂流體組合物典型地通過包括至少以下步驟的方法制備：-將多糖顆粒與水接觸以產生工藝水，并且-將該工藝水與該多糖顆粒分離，由此所分離的工藝水包含該壓裂流體組合物的至少一部分。在本發明中使用的工藝水可以源自于連續過程流或排出物或分批過程，并且可以由一個洗滌步驟至兩個或更多個洗滌步驟構成。

還在此描述了處理地下地層的方法，這些方法包括：-提供如在此描述的油田組合物；并且-將該油田組合物引入到穿透該地下地層的井孔中。

在一個實施例中，處理地下地層的方法包括

-將油田組合物引入到穿透該地下地層的井孔中，

由此，該油田組合物包含在制造多糖或衍生的多糖的過程中獲得的工藝水。將該油田組合物典型地到井孔中典型地在足以產生、擴展或維持在地下地層中的裂縫的壓力下進行。

在另一個實施例中，處理地下地層的方法包括：

-獲得由包括至少以下步驟的方法制備的油田組合物：

a)將多糖顆粒與水接觸以產生工藝水，并且

b)將該工藝水與該多糖顆粒分離，由此所分離的工藝水包含該油田組合物的至少一部分；并且

-將該油田組合物引入到穿透該地下地層的井孔中。

在此進一步描述了生產油田組合物的方法，這些方法包括以下步驟：

-獲得至少部分地通過以下步驟制備的水性減摩阻組合物：

-用有效量的交聯劑處理多糖顆粒以產生交聯的多糖顆粒；

-將該交聯的多糖顆粒與水接觸

-將該水與該多糖顆粒分離，該水形成該水性減摩阻組合物的全部或一部分；并且

-將該水性摩阻減低劑與一種或多種表面活性劑、一種或多種結垢抑制劑、一種或多種穩定劑、一種或多種殺生物劑、或前述的任一項進行接觸。

在一個實施例中，該瓜爾膠工藝水是從所洗滌的多糖顆粒中去除的水(包括是小微粒的細粉)。多糖衍生物和瓜爾膠工藝水或加工側流的制備將在以下詳細討論。

典型地，在一個實施例中為瓜爾膠的多糖和多糖衍生物的制備包括將呈半干燥、干燥或粉末形式的多糖或瓜爾膠與陽離子化試劑在水(或水與水可混溶溶劑如醇介質的混合物)中反應，其中該水或混合物含有催化劑，如堿或引發劑。在一個實施例中，該瓜爾膠是CMHPG或者HPG。

在另一個實施例中，呈半干燥、干燥或粉末形成形式的多糖或瓜爾膠在水可混溶的或不可混溶的溶劑如醇介質中(有或沒有陽離子化試劑或衍生化試劑)反應。這隨后是用或不用堿性堿或引發劑的處理或純化。在一個實施例中，該醇介質是水性醇漿料，其提供以便提供瓜爾膠的至少輕微的溶脹而同時保持懸浮的瓜爾膠顆粒的完整性的水。可以在進行該方法中使用基于水性溶劑體系的總重量按重量計最高10％、20％、30％、50％或60％的水量。

在一個實施例中，該多糖粉末、典型地瓜爾膠特征為10微米(μm)至500微米的平均粒徑。在另一個實施例中，該多糖粉末特征為10微米至100微米的平均粒徑。在還另一個實施例中，該多糖粉末特征為10微米至50微米的平均粒徑。在一個實施例中，該多糖粉末的特征在于具有30微米的下限、在另一個實施例中具有20微米的下限、并且在另一個實施例中10微米的優選的下限的平均粒徑。在一個實施例中，該多糖粉末的特征在于具有500微米的上限、在另一個實施例中具有250微米的上限、并且在另一個實施例中100微米的優選的上限的平均粒徑。

在一個實施例中，這些多糖片、典型地瓜爾膠片特征為具有10mm上限的平均粒徑。在另一個實施例中，這些多糖片、典型地瓜爾膠片特征為具有8微米(μm)上限的平均粒徑。在另一個實施例中，這些多糖片特征為具有5微米(μm)上限的平均粒徑。在另一個實施例中，這些多糖片特征為具有2微米(μm)上限的平均粒徑。在另一個實施例中，這些多糖片特征為具有1微米(μm)上限的平均粒徑。在另一個實施例中，這些多糖片特征為具有0.7微米(μm)上限的平均粒徑。在另一個實施例中，這些多糖片特征為具有0.5微米(μm)上限的平均粒徑。在另一個實施例中，這些多糖片特征為具有0.2微米(μm)上限的平均粒徑。

在一個實施例中，這些多糖片、典型地瓜爾膠片特征為具有10mm上限的平均粒徑。在另一個實施例中，這些多糖片、典型地瓜爾膠片特征為具有8微米(μm)上限的平均粒徑。在另一個實施例中，這些多糖片特征為具有7微米(μm)上限的平均粒徑。在另一個實施例中，這些多糖片特征為具有5微米(μm)上限的平均粒徑。在另一個實施例中，這些多糖片特征為具有2微米(μm)上限的平均粒徑。在另一個實施例中，這些多糖片特征為具有1微米(μm)上限的平均粒徑。

在另一個實施例中，這些多糖片、典型地瓜爾膠片特征為具有0.1微米(μm)下限的平均粒徑。在還另一個實施例中，這些多糖片、典型地瓜爾膠片特征為具有0.2微米(μm)下限的平均粒徑。在一個實施例中，這些多糖片特征為具有0.3微米(μm)下限的平均粒徑。在另一個實施例中，這些多糖片特征為具有0.5微米(μm)下限的平均粒徑。在一個實施例中，這些多糖片特征為具有0.7微米(μm)下限的平均粒徑。在一個實施例中，這些多糖片特征為具有0.9微米(μm)下限的平均粒徑。

在一個實施例中，所使用的醇介質或溶劑是以下醇：包括但不限于具有2至4個碳原子的一元醇如乙醇、異丙醇、正丙醇和叔丁醇。在一個實施例中，該醇是異丙醇。在該方法中使用的堿性堿是堿金屬氫氧化物或氫氧化銨、典型地氫氧化鈉。所使用的堿性堿的量可以基于所使用的多糖、瓜爾膠或瓜爾膠衍生物的重量按重量計從約10％變化到約100％并且典型地從約20％變化到50％。

在一些實施例中，使用交聯劑在加工期間部分地并且臨時交聯瓜爾膠鏈，從而減少在一個或多個洗滌步驟期間被瓜爾膠吸收的水的量。在一個實施例中使用硼砂(四硼酸鈉)，其中交聯過程在堿性條件下發生并且是可逆的，從而允許產物在酸性條件下水合。將衍生的片的水分含量維持在相對低的水平、典型地小于或等于約90重量百分比的水分含量簡化了經洗滌的衍生的片的處理和研磨。在不存在交聯的情況下，經洗滌的衍生的片的水分含量是相對高的，而且處理并且進一步加工高水分含量的片是困難的。在最終用途應用之前，例如作為增稠劑用于水性個人護理組合物如洗發劑中，典型地將該經交聯的瓜爾膠分散在水中并且然后通過調節瓜爾膠分散體的pH逆轉硼交聯，以允許瓜爾膠溶解從而形成粘性水溶液。

在一些實施例中，這些交聯劑包括但不限于銅化合物、鎂化合物、乙二醛、鈦化合物、鈣化合物、鋁化合物、對苯醌、二羧酸和其鹽化合物和磷酸鹽化合物。

反應后，通過沉降例如但不限于離心或者過濾(對于片和粉末工藝二者)分離所獲得的產物。然而，在此分離之前，可以發生中間步驟以純化該產物，如洗滌。可以使用一個或多個洗滌步驟。在一個實施例中，在洗滌操作中純化該產物包括用水或水/溶劑混合物的第一洗滌步驟和/或用稀釋或未稀釋的水溶劑混合物(例如，溶劑法)的第二洗滌步驟。

在另一個實施例中，這些中間步驟包括一次或多次水性溶液洗滌，包括但不限于第一水洗滌以及第二水洗滌。任選地，可以使用第三水洗滌。水可以是純凈水、去離子水、自來水或非加工的水(例如，分離工藝)。一個或多個洗滌步驟還可以是反復的過程的一部分，其例如可以是重復洗滌然后離心/過濾的組合步驟至少一次。

一個或多個洗滌步驟可以在任何合適的工作容器中進行。每個洗滌步驟可以作為分批法例如像在攪拌的混合容器中進行或者作為連續法例如像在洗滌柱中進行，在該洗滌柱中衍生的瓜爾膠片的流與并流或逆流的水性洗滌介質接觸。

在一個實施例中，可以通過將瓜爾膠或衍生的瓜爾膠與水性介質接觸并且然后將水性洗滌介質與瓜爾膠或衍生的瓜爾膠顆粒物理分離來用水性介質洗滌該產物，其中該水性介質處于工藝水或排出物(或瓜爾膠加工側流)的形式。在一些實施例中，該工藝水可以含有殘余反應物、痕量的最終產物、和/或雜質，如副產物和未反應試劑。例如，在反應過程后，在過濾系統中將這些溶脹的片脫水，搖動這些片以便從這些固體中去除洗滌排出物(固液分離)。在一個實施例中，該過濾系統使用網篩以便與比絲網篩孔小的顆粒一起去除所有的工藝水。將液體從固體瓜爾膠顆粒中去除可以通過例如離心力、重力或壓力梯度進行。實例包括篩過濾、高流速離心篩分、離心篩、沉降式離心機和類似物。在一個實施例中，從約100篩目(150微米)至約500篩目(25微米)的篩孔。在其他實施例中，篩孔可以高是最大700篩目或更大。

在一些實施例中，然后在洗滌柱(例如，水力洗滌柱)中洗滌瓜爾膠(包括天然和衍生的瓜爾膠)，在該洗滌柱中與瓜爾膠一起引入另外的水或水性溶液。進行這個操作以便進一步清洗或純化加工的瓜爾膠。在一些實施例中，在洗滌柱中洗滌后在過濾系統中再次使瓜爾膠-水混合物脫水。在一些實施例中，在洗滌柱中洗滌加工的瓜爾膠隨后是在過濾系統中脫水的步驟的步驟被認為是一個“洗滌步驟”。

在一個示例性實施例中，在反應過程后立即由過濾獲得工藝水或瓜爾膠加工側流，并且在一個或多個洗滌步驟后獲得更多的工藝水，并且最終，在干燥/研磨過程之前在最終的離心后獲得最終的工藝水。典型地，在第一洗滌后，該工藝水可以主要含有雜質，如鹽和副產物；在第二洗滌(和隨后的洗滌)后，該工藝水含有更少的雜質和更多溶解或增溶的瓜爾膠。

將這種工藝水或瓜爾膠加工側流在油田組合物、尤其滑溜水應用中用作組分。該工藝水可以形成減摩阻組合物的一部分或全部。

在一個實施例中，該多糖是刺槐豆膠。刺槐豆膠或角豆膠是角豆樹(長角豆(Ceratonia siliqua)的種子的精制胚乳。對于這種類型的膠而言，半乳糖與甘露糖的比率是約1:4。在一個實施例中，該多糖是塔拉膠。塔拉膠源自于塔拉樹的精制的種子膠。半乳糖與甘露糖的比率是約1:3。

在一個實施例中，該多糖是多聚果糖。果聚糖是包含通過β-2,6鍵連接、與通過β-2,1鍵分支的5元環的多聚果糖。果聚糖展示出138℃的玻璃化轉變溫度并且是以微粒形式可獲得的。在1-2百萬的分子量下，密集填充的球狀顆粒的直徑是約85nm。

在一個實施例中，該多糖是黃原膠。感興趣的黃原膠是漢生膠和黃原膠凝膠。漢生膠是由野油菜黃單胞菌(Xanthomonas campestris)產生的多糖膠并且含有D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡糖醛酸作為主要己糖單位，它還含有丙酮酸，并且是部分乙酰化的。

在一個實施例中，本發明的多糖是衍生的或非衍生的瓜爾膠。瓜爾膠來自瓜爾豆膠，在豆科植物四棱葉瓜爾豆(Cyamopsis tetragonolobus)的種子中發現的粘液。將水溶性部分(85％)稱為“瓜爾糖”，它由通過(1,6)鍵聯附接的(1,4)-β-D吡喃甘露糖基單元與α-D-吡喃半乳糖基單元的直鏈組成。D-半乳糖與D-甘露糖在瓜爾糖中的比率是約1:2。

用于制作瓜爾豆膠的瓜爾膠種子由一對堅韌的、非脆性的胚乳部分(以下稱為“瓜爾豆片(guar split)”)構成，脆性的胚胎(胚芽)夾在這些胚乳部分之間。在脫殼之后，將這些種子劈開，通過過篩將胚芽(種子的43％-47％)去除。這些片典型地含有約78％-82％的半乳甘露聚糖多糖以及少量的一些蛋白質材料、無機鹽、不溶于水的膠、和細胞膜、連同一些殘余的種皮和種胚。

在一個實施例中，該多糖選自瓜爾膠或衍生瓜爾膠。

在一個實施例中，該多糖是選自下組，該組包含：瓜爾膠、羧甲基瓜爾膠(CMG)、羥乙基瓜爾膠(HEG)、羥丙基瓜爾膠(HPG)、羧甲基羥丙基瓜爾膠(CMHPG)、陽離子瓜爾膠、陽離子羧甲基瓜爾膠(CMG)、陽離子羥乙基瓜爾膠(HEG)、陽離子羥丙基瓜爾膠(HPG)、陽離子羧甲基羥丙基瓜爾膠(CMHPG)、疏水改性瓜爾膠(HM瓜爾膠)、疏水改性羧甲基瓜爾膠(HMCM瓜爾膠)、疏水改性羥乙基瓜爾膠(HMHE瓜爾膠)、疏水改性羥丙基瓜爾膠(HMHP瓜爾膠)、陽離子疏水改性羥丙基瓜爾膠(陽離子HMHP瓜爾膠)、疏水改性羧甲基羥丙基瓜爾膠(HMCMHP瓜爾膠)、疏水改性陽離子瓜爾膠(HM陽離子瓜爾膠)或它們的任何組合。

在優選的實施例中，該多糖選自下組，該組包含：瓜爾膠(即，天然瓜爾膠)、羧甲基瓜爾膠(CMG)、羥乙基瓜爾膠(HEG)、羥丙基瓜爾膠(HPG)、羧甲基羥丙基瓜爾膠(CMHPG)、陽離子瓜爾膠、陽離子羧甲基瓜爾膠(CMG)、陽離子羥乙基瓜爾膠(HEG)、陽離子羥丙基瓜爾膠(HPG)、或它們的任何組合。在還另一個更優選的實施例中，該多糖選自羥丙基瓜爾膠(HPG)、羧甲基羥丙基瓜爾膠(CMHPG)、陽離子羥丙基瓜爾膠(HPG)、陽離子羧甲基羥丙基瓜爾膠(CMHPG)或它們的任何組合。

在此描述的組合物還可以含有陽離子、陰離子、兩性或兩性離子型表面活性劑，如以下更詳細地描述的。

這些粘彈性表面活性劑包含兩性離子型表面活性劑和/或兩性表面活性劑和陽離子型表面活性劑。兩性離子型表面活性劑具有在分子中不管pH的永久帶正電的部分以及在堿性pH下帶負電的部分。陽離子型表面活性劑具有不管pH的帶正電的部分。兩性表面活性劑在某個pH范圍內(例如，典型地微酸性)既具有帶正電的部分又具有帶負電的部分，在某個pH范圍內(例如，典型地微堿性)只有帶負電的部分并且在不同的pH范圍內(例如，典型地適度酸性)只有帶正電的部分。

在一個實施例中，該陽離子表面活性劑選自i)某些季鹽以及ii)某些胺、iii)氧化胺、iv)以及它們的組合。

這些季鹽具有以下結構式:

其中R₁是烷基、烷基芳烷基、烷氧基烷基、烷基氨基烷基或烷基酰胺基烷基的疏水部分。R₁具有從約18至約30個碳原子并且可以是支鏈或直鏈的并且飽和或不飽和的。代表性的長鏈烷基包括十八烯基(油烯基)、十八烷基(硬脂基)、二十二碳烯基(芥基)以及牛脂、椰子、大豆和油菜籽油的衍生物。優選的烷基和烯基是具有從約18至約22個碳原子的烷基和烯基。

R₂、R₃以及R₅，獨立地是具有從1至約30個碳原子的脂肪族基團或者具有從7至約15個碳原子的芳香族基團。該脂肪族基團典型地具有從1至約20個碳原子、更典型地從1至約10個碳原子、并且最典型地從1至約6個碳原子。代表性的脂肪族基團包含烷基、烯基、羥烷基、羧烷基、以及羥烷基-聚氧化烯。該脂肪族基團可以是支鏈或直鏈的并且飽和或不飽和的。優選的烷基鏈是甲基和乙基。優選的羥烷基是羥乙基和羥丙基。優選的羧烷基是乙酸酯和丙酸酯。優選的羥烷基-聚氧化烯是羥乙基-聚氧乙烯和羥丙基-聚氧丙烯。芳香族部分的實例包括環狀基團、芳基、以及烷芳基。優選的烷芳基是芐基。

X是合適的陰離子，比如Cl^-、Br^-、以及(CH₃)₂SO₄^-。

具有以上結構的代表性季鹽包含甲基聚氧乙烯(12-18)十八烷基氯化銨(octadecanammonium chloride)、甲基聚氧乙烯(2-12)椰油烷基氯化銨(cocoalkylammonium chloride)、以及異三癸基氧丙基(isotridecyloxypropyl)聚氧乙烯(2-12)甲基氯化銨。

這些胺具有以下結構式：

其中R₁、R₂、和R₃是如以上所定義的。

具有以上結構的代表性胺包括聚氧乙烯(2-15)椰油烷基胺、聚氧乙烯(12-18)牛脂烷基胺、以及聚氧乙烯(2-15)油胺。

選取的兩性離子型表面活性劑由以下結構式表示：

其中R₁是如以上所述的。R₂和R₃獨立地為具有從1至約30個碳原子的脂肪族部分或具有從7至約15個碳原子的芳香族部分。該脂肪族部分典型地具有從1至約20個碳原子、更典型地從1至約10個碳原子、并且最典型地從1至約6個碳原子。該脂肪族基團可以是支鏈或直鏈的并且飽和或不飽和的。代表性的脂肪族基團包含烷基、烯基、羥烷基、羧烷基、以及羥烷基-聚氧化烯。優選的烷基鏈是甲基和乙基。優選的羥烷基是羥乙基和羥丙基。優選的羧烷基是乙酸酯和丙酸酯。優選的羥烷基-聚氧化烯是羥乙基-聚氧乙烯或羥丙基-聚氧丙烯。R₄是具有1至4個碳原子的鏈長度的烴基(例如亞烷基)。優選的是亞甲基或亞乙基。芳香族部分的實例包括環狀基團、芳基、以及烷芳基。優選的芳烷基是芐基。

選取的兩性離子型表面活性劑的具體實例包含以下結構：

其中R₁是如以上所述的。

其他代表性的兩性離子型表面活性劑包括二羥乙基牛脂甘氨酸酯、油酰胺丙基甜菜堿、以及芥基酰胺丙基甜菜堿。

選取的在本發明的粘彈性表面活性劑流體中有用的兩性表面活性劑由以下結構式表示：

其中R₁、R₂、和R₄是如以上所述的。

兩性表面活性劑的具體實例包括具有以下結構式的那些：

其中R₁是如以上所述的。X⁺是在酸性介質中與羧酸根基團或氫原子相關聯的無機陽離子，如Na⁺、K⁺、NH₄⁺。

在可替代的實施例中，在此描述的油田組合物可以包括(在或者該產品中、制作過程中)各種其他添加劑。非限制性實例包含穩定劑、增稠劑、腐蝕抑制劑、礦物油、酶、離子交換劑、螯合劑、分散劑、粘土(例如膨潤土和凹凸棒石)等。

在一個實施例中，該工藝水由以下溶解或分散(作為細粉)在水中的各項構成：(i)多糖(自然或天然的瓜爾膠)、衍生的多糖(例如，衍生的瓜爾膠)、或其組合，(ii)鹽(例如，NaCl)。(i)多糖(自然或天然的瓜爾膠)、衍生的多糖(例如，衍生的瓜爾膠)、或其組合存在的量在一個實施例中具有(按工藝水的重量計)3wt％的上限，在另一個實施例中具有2wt％的上限，在另一個實施例中具有1wt％的上限，在另一個實施例中具有0.8wt％的上限，在另一個實施例中具有0.6wt％的上限，在另一個實施例中具有0.5wt％的上限，在另一個實施例中具有0.4wt％的上限，在另一個實施例中具有0.3wt％的上限，在另一個實施例中具有0.2wt％的上限，在另一實施例中具有0.1wt％的上限。

(ii)鹽存在的量在一個實施例中具有(按工藝水的重量計)1wt％的上限，在另一個實施例中具有0.7wt％的上限，在另一個實施例中具有0.5wt％的上限，在另一個實施例中具有0.3wt％的上限，在另一個實施例中具有0.2wt％的上限，具有0.1wt％的上限，在另一個實施例中具有0.2wt％的上限，具有0.05wt％的上限，在另一個實施例中具有0.2wt％的上限，在另一實施例中具有0.01wt％的上限。

在另一個實施例中，該工藝水進一步由(任選地)以下溶解或分散(作為細粉)在水中的在用來制造多糖或衍生的多糖(例如，瓜爾膠或衍生的瓜爾膠)的方法中使用的一種或多種如下組分構成：(iii)交聯劑(例如乙二醛或硼砂)、(iv)二元醇或多元醇(例如，丙二醇)、(v)堿劑(例如，NaOH)、(vi)酸或其鹽(例如，乙醇酸的鹽，如乙醇酸鈉)、(vii)表面活性劑或(viii)它們的組合。一種或多種另外的組分可以存在的量在一個實施例中具有(按工藝水的重量計)1wt％的上限，在另一個實施例中具有0.7wt％的上限，在另一個實施例中具有0.5wt％的上限，在另一個實施例中具有0.3wt％的上限，在另一個實施例中具有0.2wt％的上限，具有0.1wt％的上限，在另一個實施例中具有0.2wt％的上限，具有0.05wt％的上限，在另一個實施例中具有0.2wt％的上限，在另一實施例中具有0.01wt％的上限。

在一個實施例中，該工藝水進一步由一種或多種交聯劑(例如乙二醛或硼砂)組成，其在用來制造多糖或衍生的多糖(例如，瓜爾膠或衍生的瓜爾膠)的方法中使用時溶解或分散(作為細粉)在水中。

在一個實施例中，該工藝水進一步由一種或多種二元醇或多元醇(例如，丙二醇)組成，其在用來制造多糖或衍生的多糖(例如，瓜爾膠或衍生的瓜爾膠)的方法中使用時溶解或分散(作為細粉)在水中。

在一個實施例中，該工藝水進一步由一種或多種堿劑(例如，NaOH)組成，其在用來制造多糖或衍生的多糖(例如，瓜爾膠或衍生的瓜爾膠)的方法中使用時溶解或分散(作為細粉)在水中。

在一個實施例中，該工藝水進一步由一種或多種酸或其鹽(例如，乙醇酸的鹽，如乙醇酸鈉)組成，其在用來制造多糖或衍生的多糖(例如，瓜爾膠或衍生的瓜爾膠)的方法中使用時溶解或分散(作為細粉)在水中。

在一個實施例中，該工藝水進一步由一種或多種陽離子型表面活性劑組成，其在用來制造多糖或衍生的多糖(例如，瓜爾膠或衍生的瓜爾膠)的方法中使用時溶解或分散(作為細粉)在水中。在一個實施例中，該陽離子型表面活性劑選自i)某些季鹽以及ii)某些胺、iii)氧化胺、iv)以及它們的組合。

實例

實例1.參照圖1，瓜爾膠工藝水的減摩阻特性；工藝水顯示出60％-65％的摩阻減低。觀察到不存在或存在極小由于pH的影響，即在pH 7和pH 10下相同的行為。工藝水的減摩阻特性與對于基于聚丙烯酰胺的減摩阻流體(FR)的減摩阻特性是相似的。觀察到加入另外的FR沒有改變，即，增加工藝水的減摩阻特性。

實例2：參照圖2，觀察到在不同稀釋水平(用新鮮水)下的摩阻減低。觀察到，當用新鮮水稀釋到75/25工藝水/新鮮比率時，存在摩阻減低上的輕微增加。進一步稀釋導致如在圖2中示出的摩阻減低上的降低。

實例3：參照圖3，示出了可商購的FR，“PHPA乳液”(陰離子聚丙烯酰胺)，的對比實例，其顯示出約65％的摩阻減低。參照圖4，加入PHPA乳液沒有改進50/50瓜爾膠工藝水/新鮮水的減摩阻益處。參照圖5，加入PHPA乳液改進了10/90瓜爾膠工藝水/新鮮水比率的減摩阻益處。

與陰離子FR相容的工藝水

實例4：參照圖6，示出了，伴隨總溶解固體(TDS)的加入，對應地PHPA乳液對于瓜爾膠工藝水/新鮮水的50/50混合物的影響。該混合物甚至在與高TDS鹽水混合時良好地起作用。它與高TDS鹽水是相容的。加入另外的FR沒有改變摩阻減低

瓜爾膠工藝水顯示出與典型的陰離子摩阻減低劑可比較的良好的摩阻減低。在寬泛的pH范圍內起作用并且似乎獨立于pH。來自工藝水的瓜爾膠加工側流的特征在于大于pH 12的pH，并且為了危險等級目的可任選地可能需要被部分中和。可以改變產物pH以便符合希望的特性如產物穩定性和顧客要求。總體上觀測到瓜爾膠加工側流被用作摩阻減低劑或用作摩阻減低劑的一部分，或者在滑溜水應用流體中與陰離子減摩阻應用相容。沒有觀測到通過將陰離子FR加入到工藝水中的益處。瓜爾膠加工測流似乎與高總溶解固體(TDS)鹽水相容。

應理解，除以上明確地討論的那些實施例之外的實施例和等效物也在本發明的精神和范圍之內。因此，本發明不限于以上說明而是由所附權利要求書限定。