Агрегирующие композиции, композиции модифицированных твердых частиц и способы их получения и применения

Группа изобретений относится к агрегирующим композициям для твердых материалов или субстратов, включая металлоксидные или керамические, металлические, полимерные или пластиковые, растительные твердые материалы или субстраты или другие типы твердых материалов или субстратов, а также к способу применения агрегирующих композиций. Технический результат - улучшение характеристик самоагрегации. Агрегирующая композиция содержит продукты реакции: (а) по меньшей мере одного амина, имеющего общую формулу R¹R²NH, R¹R²R³N, или их смеси и комбинации, где R¹, R² и R³ независимо представляют собой атом водорода или углеводородную группу, содержащую от примерно 1 до 40 атомов углерода и необходимое количество атомов водорода для заполнения валентности, и при этом один или более атомов углерода могут быть заменены одним или более гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или их смесей или комбинаций, и при этом один или более атомов водорода могут быть замещены одним или более одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей, или комбинаций, и (b) по меньшей мере одного соединения, способного взаимодействовать с амином, выбранного из (1) серной кислоты, соляной кислоты, бромистоводородной кислоты, азотной кислоты, борной кислоты, моно-, ди- и полимерных карбоновых кислот, содержащих от 1 до 40 атомов углерода, и их смесей и комбинаций, или (2) по меньшей мере одной кислоты Льюиса, содержащей соединение металла и их смесь или комбинацию, где металл выбран из группы, состоящей из металлов 2-17 групп, и их смесей или комбинаций. Указанная композиция образует частичное, по существу сплошное и/или сплошное покрытие на поверхностях твердых материалов, модифицируя, преобразуя и/или изменяя способность к агрегации и/или дзета-потенциал твердых материалов, так что твердые материалы с указанным покрытием имеют улучшенные характеристики самоагрегации. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл., 36 пр.

 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

1. Область техники

[1] Настоящее изобретение относится к агрегирующим агентам для твердых

материалов или субстратов, включая металлоксидные или керамические твердые материалы или субстраты (природные или синтетические), металлические твердые материалы или субстраты, полимерные или пластиковые твердые материалы или субстраты (природные или синтетические), твердые растительные материалы или субстраты (природные или обработанные) или другие типы твердых материалов или субстратов, а также к способам их получения и применения.

[2] Более конкретно, настоящее изобретение относится к агрегирующим агентам для твердых материалов или субстратов в виде частиц, где агрегирующие агенты модифицируют поверхностные характеристики дисперсных твердых материалов, увеличивая их агрегирующую способность или характеристики агрегации, причем указанные агрегирующие агенты содержат продукты реакции по меньшей мере одного азотсодержащего соединения и по меньшей мере одного соединения, способного взаимодействовать с аминами, а также их смеси или комбинации. Настоящее изобретение также относится к твердым материалам с покрытием или модифицированным твердым дисперсным материалам, способным к самоагрегации, где указанное покрытие содержит агрегирующие агенты согласно настоящему изобретению. Настоящее изобретение также относится к способам агрегации твердых материалов в виде частиц, особенно для применений в подземных работах и для любых других применений, в которых необходима агрегация твердых частиц, содержащих оксид металла, и при этом указанное покрытие содержит агрегирующие агенты согласно настоящему изобретению.

2. Описание области техники

[3] Во многих ситуациях песок, твердые частицы, содержащие оксид металла, или другие материалы в виде частиц или твердые материалы с трудом поддаются консолидации в подземных пластах после их внесения, вследствие неспособности к агрегации, или к слипанию друг с другом, или к образованию агрегированных структур, которые обеспечивают возможность обратного притока пластового флюида через внесенные или закачанные жидкости без выноса твердых частиц обратно на поверхность. Кроме того, возникают другие ситуации, характеризующиеся выносом пластового песка, обусловленные образованием рыхлых структур, и при эксплуатации скважины происходит вынос текучего песка на поверхность.

[4] Несмотря на то, что в настоящее время существуют несколько технологий повышения клейкости таких твердых частиц с помощью агентов для повышения клейкости, в данной области техники существует потребность в других обрабатывающих композициях для обеспечения самоагрегации таких твердых частиц, а также в способах получения самоагрегирующихся твердых частиц.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Агрегирующие композиции

[5] В настоящем изобретении предложены агрегирующие композиции, содержащие продукты реакции по меньшей мере одного азотсодержащего соединения и по меньшей мере одного соединения, способного взаимодействовать с аминами, а также их смеси или комбинации. Азотсодержащие соединения включают: (а) один амин или множество аминов, (b) один эпокси-модифицированный амин или множество эпокси-модифицированных аминов, (с) один олигомерный амин (олигоамин) или множество олигомерных аминов (олигаминов), (d) один эпокси-модифифированный олигоамин или множество эпокси-модифицированных олигоаминов, (е) один полимерный амин (полиамин) или множество полимерных аминов (полиаминов), (f) один эпокси-модифицированный полиамин или множество эпокси-модифицированных полиаминов, (g) один аминосодержащий полимер или множество аминосодержащих полимеров, (h) один эпокси-модифицированный аминосодержащий полимер или множество эпокси-модифицированных аминосодержащих полимеров; (i) один продукт реакции по меньшей мере одндого эпокси-содержащего соединения и по меньшей мере одного азотсодержащего соединения или множество продуктов реакции по меньшей мере одного эпокси-содержащего соединения и по меньшей мере одного азотсодержащего соединения; (j) один биополимер или множество биополимеров, (k) один эпокси-модифицированный биополимер или множество эпокси-модифицированных биополимеров, и (l) смеси или комбинации. Соединение, способное взаимодействовать с амином, может дополнительно включать: (1) кислотосодержащее соединение, которое образует отрицательный заряд при депротонировании, такое как, например, кислотные азотсодержащие соединения или одно кислотное гидроксилсодержащее соединение, или множество кислотных гидроксилсодержащих соединений, (2) один гомо- и смешанный ангидрид кислотных гидроксилсодержащих соединений или множество гомо- и смешанных ангидридов кислотных гидроксилсодержащих соединений; (3) одну кислоту Льюиса или множество кислот Льюиса, (4) одно фосфатсодержащее соединение или множество фосфатсодержащих соединений, или (5) их смеси и комбинации, где фосфатсодержащие соединения используют в сочетании с одним сочетании с одним из других соединений, способных взаимодействовать с амином. Композиции согласно настоящему изобретению могут модифицировать, усиливать и/или изменять агрегирующую способность и/или дзета-потенциал твердых материалов посредством образования частичного или сплошного покрытия на твердых материалах. В некоторых вариантах реализации покрытия являются деформируемыми, что обеспечивает возможность перегруппировки агрегированных частиц, покрытых агрегирующими композициями согласно настоящему изобретению, для более эффективного образования каналов течения через пласт под действием потока флюида. Агрегирующие композиции также могут содержать сшивающий агент. Агрегирующая композиция может дополнительно содержать смолу.

Твердые материалы с покрытием

[6] В настоящем изобретении предложен твердый материал в виде частиц, такой как твердый материал, содержащий оксид металла, обладающий улучшенными характеристиками самоагрегации, причем такие твердые дисперсные материалы содержат частичное или сплошное покрытие, содержащее агрегирующую композицию согласно настоящему изобретению. Улучшенная способность к самоагрегации или агрегации, или модифицированный дзета-потенциал частиц обусловлены поверхностными свойствами твердых дисперсных материалов, имеющих частичное или сплошное покрытие, содержащее агрегирующую композицию согласно настоящему изобретению. Покрытие, образованное на частицах композициями согласно настоящему изобретению, может деформироваться под давлением и обеспечивать улучшенную способность твердых частиц к агрегации.

Субстраты с покрытием

[7] В настоящем изобретении предложен субстрат, имеющий поверхности, частично или полностью покрытые композицией согласно настоящему изобретению, где указанное покрытие является деформируемым, а субстрат идеально подходит для фильтрации мелких и/или других частиц материалов из флюида, особенно из флюидов, используемых при бурении, заканчивании, эксплуатации, гидроразрыве, расклинивании, других процессах интенсификации добычи нефтяной/газовой скважины или в других родственных применениях. Указанные структуры могут представлять собой поверхности пласта, поверхности сетчатых устройств, поверхности керамических структур или структур из керамических волокон, поверхности песка и/или гравия, используемых в структурах гравийной и песочной набивки, причем указанные поверхности частично или полностью покрыты композициями согласно настоящему изобретению. Такие структуры хорошо подходят для фильтрующего материала, используемого в подземных работах с сетками или без них.

Способ обработки

[8] В настоящем изобретении предложен способ модификации, преобразования и/или изменения характеристик агрегации или способности к агрегации, или изменения дзета-потенциала твердого материала, такого как твердое вещество, содержащее оксид металла, мелкие частицы пласта, поверхности пласта и поверхности скважинного оборудования, где указанный способ включает стадию приведения твердого материала в контакт с агрегирующей композицией согласно настоящему изобретению с получением частичного или сплошного покрытия на поверхностях твердого материала. В некоторых вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению закачивают в скважину в виде не прореагировавших компонентов, и при условиях, достаточных для взаимодействия компонентов с образованием продуктов реакции согласно настоящему изобретению и, соответственно, образования частичных или сплошных покрытий на поверхностях твердого материала.

Способы применения способов обработки

Гидроразрыв

[9] В настоящем изобретении предложен способ гидроразрыва пласта, включающий стадию закачивания жидкости для гидроразрыва, содержащей расклинивающий агент, в продуктивный или инжекционный пласт при давлении, достаточном для гидроразрыва пласта и для повышения эффективности добычи или закачивания, причем расклинивающий агент поддерживает в открытом состоянии трещины пласта, образованные при гидроразрыве, и при этом расклинивающий агент содержит твердое вещество в виде частиц, предварительно обработанное агрегирующей композицией согласно настоящему изобретению в условиях, достаточных для образования частичного или сплошного покрытия на поверхностях твердого дисперсного материала. В некоторых вариантах реализации жидкость для гидроразрыва может содержать компоненты агрегирующей композиции, а условия в скважине являются достаточными для взаимодействия указанных компонентов с образованием продуктов реакции согласно настоящему изобретению с последующим образованием частичного или сплошного покрытия на частицах расклинивающего агента и на поверхностях твердых дисперсных материалов.

[10] В настоящем изобретении предложен способ гидроразрыва пласта, включающий стадию закачивания жидкости для гидроразрыва, содержащей расклинивающий агент и агрегирующую композицию согласно настоящему изобретению, в продуктивный или инжекционный пласт при давлении, достаточном для гидроразрыва пласта и для повышения эффективности добычи или закачивания. Указанная композиция обеспечивает модификацию, преобразование и/или изменение агрегирующей способности и/или дзета-потенциала расклинивающего агента, частиц пласта и поверхностей пласта, так что частицы пласта и/или расклинивающего агента агрегируются и/или прилипают к поверхностям пласта.

[11] В настоящем изобретении предложен способ гидроразрыва пласта, включающий стадию закачивания жидкости для гидроразрыва, содержащей агрегирующую композицию согласно настоящему изобретению, в продуктивный пласт при давлении, достаточном для гидроразрыва пласта и для повышения продуктивности. Композиция обеспечивает модификацию способности к агрегации, характеристик агрегации и/или модификацию дзета-потенциала частиц пласта и поверхностей пласта, так что частицы пласта агрегируют и/или прилипают к поверхностям пласта. Указанный способ также может включать стадию закачивания расклинивающего агента, содержащего композицию твердых частиц с покрытием согласно настоящему изобретению, после гидроразрыва, так, что частицы с покрытием поддерживают в раскрытом состоянии трещины пласта и склонны к агрегации с поверхностями пласта и/или частицами пласта, образованными при гидроразрыве.

Бурение

[12] В настоящем изобретении предложен способ бурения, включающий стадию скважинных измерений во время бурения, циркуляции бурового раствора для обеспечения смазывания бурового долота, отвода тепла и удаления шлама, причем буровой раствор содержит агрегирующую композицию согласно настоящему изобретению. Указанная композиция увеличивает способность к агрегации или характеристики агрегации, и/или изменяет дзета-потенциал любых дисперсных материалов, содержащих оксид металла, в буровом растворе или частиц, захваченных в буровой раствор, для повышения эффективности удаления твердых частиц. Указанный способ может быть использован в условиях с избыточным давлением, или в условиях с отрицательным дифференциальным давлением, или в условиях с регулируемым давлением. Указанный способ особенно хорошо оптимизирован для условий с отрицательным дифференциальным давлением или условий с регулируемым давлением.

[13] В настоящем изобретении предложен способ бурения, включающий стадию скважинных измерений во время бурения, циркуляции первого бурового раствора для обеспечения смазывания бурового долота, отвода тепла и удаления шлама. При столкновении с подземной структурой, из которой образуется неприемлемое количество твердых частиц, проводят замену первого бурового раствора на второй буровой раствор, содержащий композицию согласно настоящему изобретению, для обеспечения смазывания бурового долота, отвода тепла и удаления шлама, а также для повышения способности к агрегации или снижения абсолютного значения дзета-потенциала твердых частиц в буровом растворе или частиц, захваченных в буровой раствор, для повышения эффективности удаления твердых частиц. Указанный способ может быть использован в условиях с избыточным давлением, или в условиях с отрицательным дифференциальным давлением, или в условиях с регулируемым давлением. Указанный способ особенно хорошо оптимизирован для условий с отрицательным дифференциальным давлением или условий с регулируемым давлением.

[14] В настоящем изобретении предложен способ бурения, включающий стадию скважинных измерений во время бурения, циркуляции первого бурового раствора для обеспечения смазывания бурового долота, отвода тепла и удаления шлама. При столкновении с подземной структурой, из которой образуется неприемлемое количество твердых частиц, проводят замену первого бурового раствора на второй буровой раствор, содержащий композицию согласно настоящему изобретению, для обеспечения смазывания бурового долота, отвода тепла и удаления шлама, а также для повышения способности к агрегации или снижения абсолютного значения дзета-потенциала твердых частиц в буровом растворе или частиц, захваченных в буровой раствор, для повышения эффективности удаления твердых частиц. После прохождения через структуру, из которой образуется неприемлемое количество твердых частиц, проводят замену второго бурового раствора на первый буровой раствор или третий буровой раствор. Указанный способ может быть использован в условиях с избыточным давлением, или в условиях с отрицательным дифференциальным давлением, или в условиях с регулируемым давлением. Указанный способ особенно хорошо оптимизирован для условий с отрицательным дифференциальным давлением или условий с регулируемым давлением.

Заканчивание

[15] В настоящем изобретении предложен способ заканчивания, включающий стадию циркуляции и/или закачивания жидкости в эксплуатационную скважину, где указанная жидкость содержит агрегирующую композицию согласно настоящему изобретению, которая повышает способность к агрегации или снижает абсолютное значение дзета-потенциала любых твердых частиц в жидкости или частиц, захваченных в жидкость, для повышения эффективности удаления твердых частиц и для снижения способности частиц к закупориванию пласта и/или засорению эксплуатационных труб.

Добыча

[16] В настоящем изобретении предложен способ добычи, включающий стадию циркуляции и/или закачивания жидкости в эксплуатационную скважину, где указанная жидкость содержит агрегирующую композицию согласно настоящему изобретению, которая повышает способность к агрегации или снижает абсолютное значение дзета-потенциала любых твердых частиц в жидкости или частиц, захваченных в жидкость, для повышения эффективности удаления твердых частиц и для снижения способности частиц к закупориванию пласта и/или засорению эксплуатационных труб.

[17] В настоящем изобретении предложен также способ регулирования миграции песка или мелких частиц, включающий стадию закачивания жидкости, содержащей композицию согласно настоящему изобретению, через матрицу в пласт с определенной скоростью и определенным давлением для регулирования поступления или миграции песка и мелких частиц в добываемые флюиды.

[18] В настоящем изобретении предложен также другой способ регулирования поступления песка или мелких частиц, включающий стадию осаждения твердого дисперсного материала с покрытием согласно настоящему изобретению вблизи устройств сетчатого типа и устройств для регулирования поступления песка и мелких частиц, так что песок и/или мелкие частицы притягиваются к указанным частицам с покрытием и не попадают в сетку или устройство сетчатого типа или не засоряют его.

[19] В вариантах реализации настоящего изобретения предложены композиции, содержащие: (1) агрегирующие композиции, способные образовывать деформируемые частичные или сплошные покрытия на поверхностях пласта, поверхностях частиц пласта, поверхностях твердых частиц скважинных флюидов и/или поверхностях частиц расклинивающего агента, причем указанные покрытия увеличивают способность к агрегации и/или агломерации частиц и поверхностей с образованием кластеров или целиков частиц, имеющих деформируемое покрытие, и (2) композиции для стабилизации и/или усиления агрегации, способные изменять свойства кластеров или целиков с покрытием с образованием консолидированных, стабилизированных и/или более прочных кластеров или целиков. Стабилизированные и/или упрочненные расклинивающие материалы могут быть использованы при гидроразрыве, при создании расклинивающих набивок, при получении реагентов на водной основе, при формировании песчаных набивок, в операциях консолидации пласта для консолидации рыхлых или слабо консолидированных пластов, или в любых других применениях, в которых применим расклинивающий агент, имеющий упрочняющее покрытие (частичное или сплошное), изменяющее дзета-потенциал. Во всех указанных применениях агрегирующие композиции и сшивающие композиции для нанесения покрытий могут быть добавлены в составы для обработки приствольной зоны в любое время во время обработки, а также отдельно или в комбинации. Как правило, сшивающие композиции для нанесения покрытий используют после внесения композиций, изменяющих дзета-потенциал, или после закачивания расклинивающего агента, обработанного композициями, изменяющими дзета-потенциал. В некоторых случаях сшивающие композиции могут быть тщательно смешаны с композицией, изменяющей дзета-потенциал частиц, для проведения обработки однокомпонентной системой. Такая композиция оптимизирована для обеспечения отсроченной консолидации или сшивающего действия, инициируемого действием тепла или определенного времени.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В НАСТОЯЩЕМ ИЗОБРЕТЕНИИИ

[20] Термин «по существу» означает, что указанное свойство находится в пределах 80% от заданного значения. В других вариантах реализации «по существу» означает, что указанное свойство находится в пределах 90% от заданного значения. В других вариантах реализации «по существу» означает, что указанное свойство находится в пределах 95% от заданного значения. В других вариантах реализации «по существу» означает, что указанное свойство находится в пределах 99% от заданного значения. Например, термин «по существу сплошное» в отношении покрытия означает, что покрытие является сплошным по меньшей мере на 80%. В других вариантах реализации термин «по существу сплошное» в отношении покрытия означает, что покрытие является сплошным по меньшей мере на 90%. В других вариантах реализации термин «по существу сплошное» в отношении покрытия означает, что покрытие является сплошным по меньшей мере на 95%. В других вариантах реализации термин «по существу сплошным» в отношении покрытия означает, что покрытие является сплошным по меньшей мере на 99%.

[21] Термин «по существу» означает, что значение находится в пределах примерно 10% от указанного значения. В некоторых вариантах реализации значение находится в пределах примерно 5% от указанного значения. В некоторых вариантах реализации значение находится в пределах примерно 2,5% от указанного значения. В некоторых вариантах реализации значение находится в пределах примерно 1% от указанного значения. В некоторых вариантах реализации значение находится в пределах примерно 0,5% от указанного значения.

[22] Термин «примерно» означает, что значение находится в пределах примерно 10% от указанного значения. В некоторых вариантах реализации значение находится в пределах примерно 5% от указанного значения. В некоторых вариантах реализации значение находится в пределах примерно 2,5% от указанного значения. В некоторых вариантах реализации значение находится в пределах примерно 1% от указанного значения. В некоторых вариантах реализации значение находится в пределах примерно 0,5% от указанного значения.

[23] Термин «буровые растворы» относится к любой жидкости, которую используют в операциях бурения скважины, включая нефтяные и/или газовые скважины, геотермальные скважины, водяные скважины или другие подобные скважины.

[24] Раствор для бурения с положительным дифференциальным давлением означает буровой раствор, имеющий циркулирующую гидростатическую плотность (давление) больше плотности (давления) пласта.

[25] Раствор для бурения с отрицательным дифференциальным давлением и/или регулируемым давлением означает буровой раствор, имеющий циркулирующую гидростатическую плотность (давление), которая меньше или равна плотности (давлению) пласта. Например, если известный пласт на уровне 10000 футов (3048 м) (фактическая вертикальная глубина - TVD) имеет гидростатическое давление 5000 фунт/кв.дюйм (34,47 МПа) или 9,6 фунт/гал, то раствор для бурения с отрицательным дифференциальным давлением имеет гидростатическое давление менее или ровно 9,6 фунт/гал. Большинство растворов для бурения с отрицательным дифференциальным давлением и/или регулируемым давлением содержат по меньшей мере добавку для снижения плотности. Могут быть введены другие добавки, такие как ингибиторы коррозии, модификаторы рН и/или ингибиторы глинистых сланцев.

[26] Термин «стержень расклинивающего агента, островок расклинивающего агента, кластер расклинивающего агента, агрегат расклинивающего агента или агломерат расклинивающего агента» означает, что множество частиц расклинивающего агента агрегированы, объединены в кластер, агломерированы или иным образом соединены друг с другом с образованием дискретных структур.

[27] Термин «подвижный повторно смыкающийся стержень расклинивающего агента, островок расклинивающего агента, кластер расклинивающего агента, агрегат расклинивающего агента или агломерат расклинивающего агента» означает стержень расклинивающего агента, островок расклинивающего агента, кластер расклинивающего агента, агрегат расклинивающего агента или агломерат расклинивающего агента, который способен к изменению положения во время операций гидроразрыва, эксплуатации или закачивания.

[28] Термин «самовосстанавливающийся стержень расклинивающего агента, островок расклинивающего агента, кластер расклинивающего агента, агрегат расклинивающего агента или агломерат расклинивающего агента» означает стержень расклинивающего агента, островок расклинивающего агента, кластер расклинивающего агента, агрегат расклинивающего агента или агломерат расклинивающего агента, который способен к разрушению на части и воссоединению во время операций гидроразрыва, эксплуатации или закачивания.

[29] Термин «амфотерные» относится к поверхностно-активным веществам, которые имеют и положительный, и отрицательный заряды. Суммарный заряд поверхностно-активного вещества может быть положительным, отрицательным или нейтральным, в зависимости от рН раствора.

[30] Термин «анионные» относится к тем вязкоупругим поверхностно-активным веществам, которые обладают суммарным отрицательным зарядом.

[31] Термин «гидроразрыв» относится к процессу и способам разрушения геологического пласта, т.е. горной породы вокруг ствола скважины, посредством закачивания жидкости при очень высоком давлении с целью повышения скорости добычи из углеводородного месторождения. В способах гидроразрыва согласно настоящему изобретению используют в остальном стандартные технологии, известные в данной области техники.

[32] Термин «расклинивающий агент» относится к гранулированному веществу, суспендированному в жидкости для гидроразрыва во время операции гидравлического разрыва, которое служит для предотвращения самопроизвольного смыкания пласта после снятия давления. Расклинивающие агенты, предусмотренные настоящим изобретением, включают, но не ограничиваются ими, стандартные расклинивающие агенты, известные специалистам в данной области техники, такие как песок, песок размером 20-40 меш, песок со смолистым покрытием, спеченный боксит, стеклянный бисер и аналогичные материалы.

[33] Сокращение «RPM» относится к модификаторам относительной проницаемости.

[34] Термин «поверхностно-активное вещество» относится к растворимому или частично растворимому соединению, которое обеспечивает снижение поверхностного натяжения жидкостей или снижение межфазного натяжения между двумя жидкостями, или между жидкостью и твердым веществом посредством самопроизвольного скапливания и ориентации на указанных межфазных поверхностях.

[35] Термин «вязкоупругие» относится к таким вязким жидкостям, которые обладают упругими свойствами, т.е. жидкость по меньшей мере частично возвращается в исходную форму при снятии приложенного напряжения.

[36] Выражение «вязкоупругие поверхностно-активные вещества» или «VES» относится к такому классу соединений, которые могут образовывать мицеллы (сферолитовые, анизометрические, чешуйчатые или жидкие кристаллы) в присутствии противоионов в водных растворах, тем самым придавая жидкости вязкость. Предпочтительны, в частности, анизометрические мицеллы, поскольку их поведение в растворе наиболее близко совпадает с поведением полимера.

[37] Сокращение «VAS» относится к вязкоупругому анионному поверхностно-активному веществу, подходящему для операций гидроразрыва и гидроразрыва, совмещенного с установкой гравийного фильтра. В данном контексте они имеют анионную природу с предпочтительными противоионами калия, аммония, натрия, кальция или магния.

[38] Термин «вспениваемая» означает композицию, которая при смешивании с газом образует стабильную пену.

[39] Термин «слой, подвергаемый гидроразрыву» использован для обозначения слоя или слоев породы, которые предназначены для гидроразрыва за одну операцию гидравлического разрыва. Важно понимать, что «слой, подвергаемый разрыву» может содержать один или более одного слоев или пластов породы, которые обычно определяют по разности проницаемости, типа породы, пористости, размера зерна, модуля Юнга, содержания флюида или любого из многих других параметров. То есть «слой, подвергаемый гидроразрыву» представляет собой слой или слои породы, приведенные в контакт со всеми перфорациями, через которые флюид нагнетают в породу в ходе данной обработки. В одно время оператор может выбрать «слой, подвергаемый гидроразрыву», который содержит водные зоны и углеводородные зоны, и/или зоны высокой проницаемости и низкой проницаемости (или даже непроницаемые зоны, такие как сланцевые зоны) и т.д. Таким образом, «слой, подвергаемый гидроразрыву» может содержать множество областей, которые обычно называют отдельными слоями, пластами, зонами, прожилками, продуктивными зонами и т.д., и указанные термины использованы в их обычном смысле для описания частей слоя, подвергаемого гидроразрыву. Как правило, слой, подвергаемый гидроразрыву, содержит углеводородное месторождение, но указанные способы также могут быть использованы для гидроразрыва водяных скважин, шахт-хранилищ, нагнетательных скважин и т.д. Следует также отметить, что некоторые варианты реализации настоящего изобретения описаны в отношении обычных круглых отверстий (например, образующихся при использовании кумулятивного заряда), обычно имеющих перфорационные каналы. Однако настоящее изобретение также может быть осуществлено на практике в отношении других типов «перфораций», например, отверстий или щелей, вырезанных в трубе гидравлическим способом.

[40] Термин «MSFR» означает максимальную скорость добычи без выноса песка, которая является максимальной скоростью добычи, которая может быть достигнута в скважине, без попутного выноса песка или частиц породы.

[41] Термин «кавитация или образование пор» означает образование полостей вокруг эксплуатационной колонны, обсадной колонны или зацементированной обсадной колонны, т.е. образование некоторого объема, не содержащего песка, вокруг эксплуатационной колонны, обсадной колонны или зацементированной обсадной колонны.

[42] Термин «кавитационный пласт» означает пласт, имеющий поры или полости, окружающие эксплуатационную колонну, обсадную колонну или зацементированную обсадную колонну.

[43] Термин «снижение забойного давления» означает снижение давления, необходимое для движения содержимого, такого как, но не ограничиваясь этим, нефть, газ и/или вод, из пласта или зоны в обсадную колонну, потайную колонну или колонну.

[44] Термин «критическое снижение забойного давления» означает снижение давления, необходимое для выноса твердых частиц пласта, таких как, но не ограничиваясь ими, диоксид кремния, глина, песок и/или мелкие частицы, в обсадную колонну или потайную колонну, или в колонну.

[45] Термин «агрегированный, агломерированный или конгломерированный пласт» означает, что слабо консолидированные, полуконсолидированный или рыхлый пласт обработан агрегирующей, агломерирующей или конгломерирующей композицией, так что указанный пласт является достаточно стабильным для работы при давлении ниже его критического снижения забойного давления без обрушения.

[46] Термин относительное «снижение забойного давления» означает снижение забойного давления на единицу площади продуктивного пласта или зоны.

[47] Термин «мольное отношение» или «молярное отношение» означает отношение, основанное на относительном количестве моль каждого материала или соединения в указанном отношении.

[48] Термин «массовое отношение» означает отношение, основанное на относительной массе каждого материала или соединения в указанном отношении.

[49] Термин «объемное отношение» означает отношение, основанное на относительном объеме каждого материала или соединения в указанном отношении.

[50] Термин «г» означает граммы.

[51] Термин «мол. %» означает молярный процент.

[52] Термин «об. %» означает объемный процент.

[53] Термин «масс. %» означает массовый процент.

[54] Термин «ОП» означает относительную плотность.

[55] Термин «г.т.г.» означает количество галлонов на тысячу галлонов.

[56] Термин «ф.т.г.» означает количество фунтов на тысячу галлонов.

[57] Термин «ф.г.» означает количество фунтов на галлон.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[58] Авторы настоящего изобретения обнаружили, что могут быть получены агрегирующие композиции, которые изменяют, преобразуют и/или модифицируют дзета-потенциал, способность к агрегации и/или агломерации поверхностей твердых материалов. Такие агрегирующие композиции содержат один продукт реакции или множество продуктов реакции: (а) по меньшей мере одного азотсодержащего соединения и (b) по меньшей мере одного соединения, способного взаимодействовать с амином. Азотсодержащие соединения включают: (а) один амин или множество аминов, (b) один эпокси-модифицированный амин или множество эпокси-модифицированных аминов, (с) один олигомерный амин (олигоамин) или множество олигомерных аминов (олигаминов), (d) один эпокси-модифифированный олигоамин или множество эпокси-модифицированных олигоаминов, (е) один полимерный амин (полиамин) или множество полимерных аминов (полиаминов), (f) один эпокси-модифицированный полиамин или множество эпокси-модифицированных полиаминов, (g) один аминосодержащий полимер или множество аминосодержащих полимеров, (h) один эпокси-модифицированный аминосодержащий полимер или множество эпокси-модифицированных аминосодержащих полимеров; (i) один продукт реакции по меньшей мере одндого эпокси-содержащего соединения и по меньшей мере одного азотсодержащего соединения или множество продуктов реакции по меньшей мере одного эпокси-содержащего соединения и по меньшей мере одного азотсодержащего соединения; (j) один биополимер или множество биополимеров, (k) один эпокси-модифицированный биополимер или множество эпокси-модифицированных биополимеров, и (l) смеси или комбинации. Соединение, способное взаимодействовать с амином, включает: (1) кислотосодержащее соединение, которое образует отрицательный заряд при депротонировании, такое как, например, кислотные азотсодержащие соединения или одно кислотное гидроксилсодержащее соединение, или множество кислотных гидроксилсодержащих соединений, (2) один гомо- и смешанный ангидрид кислотных гидроксилсодержащих соединений или множество гомо- и смешанных ангидридов кислотных гидроксилсодержащих соединений; (3) одну кислоту Льюиса или множество кислот Льюиса, (4) одно фосфатсодержащее соединение или множество фосфатсодержащих соединений, или (5) их смеси и комбинации, где фосфатсодержащие соединения используют в сочетании с одним сочетании с одним из других соединений, способных взаимодействовать с амином. Твердые материалы могут включать твердые материалы в виде частиц, твердые материалы, твердые субстраты или их смеси и комбинации. Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что могут быть получены обработанные твердые материалы, причем указанные твердые материалы содержат сплошное или частичное покрытие из по меньшей мере одной агрегирующей композиции согласно настоящему изобретению, которая улучшает агрегирующую способность и/или характеристики агрегации и/или изменяет дзета-потенциал частиц. Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что агрегирующие композиции и/или обработанные твердые материалы могут быть использованы в нефтепромысловых применениях, включая бурение, гидроразрыв, вскрытие пласта, добычу, закачивание, борьбу с поступлением песка или любые другие подземные работы для усиления, изменения, преобразования и/или модификации дзета-потенциалов, способности к агрегации и/или агломерации твердых материалов в пласте, в добытых из пласта флюидах или в жидкостях, закачанных в пласт. Авторы настоящего изобретения обнаружили также, что обработанные твердые материалы или обработанные частицы твердых материалов могут быть использованы для любых других работ, где необходимо увеличить способность частиц к агрегации или в котором необходимо снизить абсолютные значения дзета-потенциала частиц, который является мерой способности к агрегации. Авторы настоящего изобретения обнаружили также, что могут быть получены твердые материалы в виде частиц с покрытием, при этом покрытие является деформируемым, а частицы с покрытием склонны к самоагрегации и налипанию на поверхности, имеющие такое же покрытие или имеющие аналогичные химические и/или физические свойства, что и твердые дисперсные материалы с покрытием. То есть частицы с покрытием имеют сродство к таким композициям, которые увеличивают их способность к самоагрегации и усиливают их способность налипать на поверхность, которая имеет аналогичные химические и/или физические свойства. Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению отличны от известных композиций для модификации способности к агрегации и/или дзета-потенциала частиц, и что указанные частицы с покрытием идеально подходят в качестве расклинивающих агентов, причем указанные частицы имеют измененный дзета-потенциал, изменяющий свойства частиц и обусловливающий притяжение подобных материалов и/или самоагломерацию, или самоагрегацию, и/или налипание на поверхности, имеющие подобные свойства или обработанные подобной агрегирующей композицией. Изменение дзета-потенциала или способности к агрегации обусловливает повышенную адгезию каждой частицы к поверхностям трещин, увеличивая сопротивление трения, действующее на частицы, удерживающее расклинивающий агент в трещине или обусловливающее образование островков или стержней из таких частиц в трещинах пласта, возникших естественным образом или образованных в результате гидроразрыва. Указанные композиции также идеально подходят для уменьшения количества мелких частиц, мигрирующих в набивку трещины, или для снижения неблагоприятного влияния миграции мелких частиц в набивку, подверженную гидроразрыву.

[59] В случае бурения, композиции согласно настоящему изобретению могут быть использованы для нанесения покрытия на пласт и обломки пласта во время бурения, поскольку частица склонна к самоагрегации и/или налипанию на подобным образом модифицированные поверхности пласта. Преимущество самоагрегации также заключается в сниженной склонности шлама к засорению или закупориванию сеток. Дополнительные преимущества заключаются в образовании покрытия на стенках пласта из композиции согласно настоящему изобретению в процессе бурения, что приводит к консолидации пласта и консолидации или агрегации мелких или твердых частиц в буровом растворе для предотвращения изменения реологических свойств бурового раствора и повышения эквивалентной циркуляционной плотности (ЭЦП).

Композиции

[60] Настоящее изобретение в широком смысле относится к агрегирующим композициям, содержащим продукты реакции по меньшей мере одного азотсодержащего соединения и по меньшей мере одного соединения, способного взаимодействовать с аминами, а также их смеси или комбинации. Азотсодержащие соединения включают: (а) один амин или множество аминов, (b) один эпокси-модифицированный амин или множество эпокси-модифицированных аминов, (с) один олигомерный амин (олигоамин) или множество олигомерных аминов (олигаминов), (d) один эпокси-модифифированный олигоамин или множество эпокси-модифицированных олигоаминов, (е) один полимерный амин (полиамин) или множество полимерных аминов (полиаминов), (f) один эпокси-модифицированный полиамин или множество эпокси-модифицированных полиаминов, (g) один аминосодержащий полимер или множество аминосодержащих полимеров, (h) один эпокси-модифицированный аминосодержащий полимер или множество эпокси-модифицированных аминосодержащих полимеров; (i) один продукт реакции по меньшей мере одндого эпокси-содержащего соединения и по меньшей мере одного азотсодержащего соединения или множество продуктов реакции по меньшей мере одного эпокси-содержащего соединения и по меньшей мере одного азотсодержащего соединения; (j) один биополимер или множество биополимеров, (k) один эпокси-модифицированный биополимер или множество эпокси-модифицированных биополимеров, и (l) смеси или комбинации. Соединение, способное взаимодействовать с амином, включает: (1) одно кислотное гидроксилсодержащее соединение или множество кислотных гидроксилсодержащих соединений, (2) один гомо- и смешанный ангидрид кислотных гидроксилсодержащих соединений или множество гомо- и смешанных ангидридов кислотных гидроксилсодержащих соединений; (3) одну кислоту Льюиса или множество кислот Льюиса, (4) одно фосфатсодержащее соединение или множество фосфатсодержащих соединений, или (5) их смеси или комбинации, где фосфатсодержащие соединения используют в сочетании с одним из других соединений, способных взаимодействовать с амином. В некоторых вариантах реализации композиции согласно настоящему изобретению также могут содержать продукты реакции фосфатсодержащего соединения в комбинации с кислотным гидроксилсодержащим соединением и/или кислотой Льюиса. В других вариантах реализации композиции также могут содержать: (а) продукты реакции по меньшей мере одного кислотного гидроксилсодержащего соединения и по меньшей мере одного азотсодержащего соединения; (b) продукты реакции по меньшей мере одной кислоты Льюиса и по меньшей мере одного азотсодержащего соединения; (с) продукты реакции по меньшей мере одного кислотного гидроксилсодержащего соединения и по меньшей мере одной кислоты Льюиса с по меньшей мере одним азотсодержащим соединением; (d) продукты реакции по меньшей мере одного кислотного гидроксилсодержащего соединения и по меньшей мере одного фосфатсодержащего соединения с по меньшей мере одним азотсодержащим соединением; (е) продукты реакции по меньшей мере одной кислоты Льюиса и по меньшей мере одного фосфатсодержащего соединения с по меньшей мере одним азотсодержащим соединением; (f) продукты реакции по меньшей мере одного кислотного гидроксилсодержащего соединения, по меньшей мере одной кислоты Льюиса и по меньшей мере одного фосфатсодержащего соединения с по меньшей мере одним азотсодержащим соединением; или (g) их смеси и комбинации; и (h) продукт реакции по меньшей мере одного фосфатсодержащего соединения и по меньшей мере одного азотсодержащего соединения. Агрегирующая композиция согласно настоящему изобретению усиливает, модифицирует, преобразует и/или изменяет поверхности твердых материалов или их части, усиливая, модифицируя, преобразуя и/или изменяя химические и/или физические свойства поверхностей. Усиленные, модифицированные, измененные и/или преобразованные свойства обеспечивают взаимопритяжение указанных поверхностей или притяжение поверхностей к материалам, имеющим аналогичные химические и/или физические свойства. В случае частиц, содержащих частицы оксида металла, таких как частицы диоксида кремния, оксида алюминия, диоксида титана, оксида магния, оксида циркония, других оксидов металлов или оксидов, содержащих смесь указанных оксидов металлов (природных или синтетических), композиции образуют сплошное или частичное покрытие на поверхностях указанных частиц. Покрытие может взаимодействовать с поверхностями посредством химических и/или физических взаимодействий, включая, без ограничения, химические связи, водородные связи, электростатические взаимодействия, дипольные взаимодействия, взаимодействия гиперполяризуемости, когезию, адгезию, слипание, механическую адгезию и любые другие химические и/или физические взаимодействия, которые обеспечивают возможность образования покрытия на частицах. Частицы с покрытием имеют более высокую способность к агрегации или агломерации, чем частицы без покрытия. Таким образом, частицы до обработки могут быть легкосыпучими, тогда как после нанесения покрытия они не являются легкосыпучими, а склонны к скапливанию, агрегации или агломерации. В тех случаях, в которых композиция, используемая для покрытия поверхностей геологического пласта, содержит структуры синтетических оксидов металлов и/или частицы, содержащие оксиды металлов, указанные частицы не только склонны к агрегации друг с другом, но и склонны к налипанию на породу с покрытием или структурные поверхности с покрытием.

Обработанные структуры и субстраты

[61] Настоящее изобретение в широком смысле относится также к структурам и субстратам, обработанным композицией согласно настоящему изобретению, где указанные структуры и субстраты включают поверхности, которые частично или полностью покрыты композицией согласно настоящему изобретению. Структуры или субстраты могут быть керамическими или металлическими, или волокнистыми. Структуры или субстраты могут быть спряденными, такими как стекловата или стальная шерсть, или могут быть ячеистыми, такими как каталитические преобразователи или подобные структуры, которые содержат каналы, обеспечивающие принудительное течение жидкости через проделанные отверстия, так что частицы, находящиеся в жидкости, принудительно приводят в контакт с субстратом или структурными поверхностями. Такие структуры или субстраты идеально подходят в качестве фильтров для частиц или противопесочных фильтров.

Способы обработки твердых дисперсных материалов

[62] Настоящее изобретение в широком смысле относится к способу обработки поверхностей, содержащих оксиды металлов, включающему стадию приведения в контакт твердого материала, такого как материал, содержащий оксид металла, с композицией согласно настоящему изобретению. Композиция образует частичное или сплошное покрытие на поверхностях материалов, модифицируя, изменяя и/или преобразуя свойства поверхностей, так что указанные поверхности становятся способными взаимодействовать с подобным образом обработанными поверхностями с образованием агломерированных и/или агрегированных структур. Обработка может быть предназначена для покрытия непрерывных поверхностей и/или поверхностей твердых частиц. При обработке обоих вариантов частицы впоследствии способны не только к самоагрегации, но и к агрегации, агломерации и/или налипанию на непрерывные поверхности с покрытием. Такие композиции могут быть использованы в составах для гидроразрыва, в буровых растворах, в составах для заканчивания, в добываемых флюидах, для борьбы с поступлением песка или гравия или для любого другого внутрискважинного применения. Кроме того, частицы с покрытием согласно настоящему изобретению могут быть использованы в жидкостях для гидроразрыва. Кроме того, структуры, сетки или фильтры, покрытые композициями согласно настоящему изобретению, могут быть использованы для притяжения и удаления мелких частиц, которые модифицированы композициями согласно настоящему изобретению. Кроме того, в некоторых применениях компоненты агрегирующих композиций могут быть использованы в не прореагировавшей форме, при условии, что условия в скважине достаточны для взаимодействия компонентов с образованием агрегирующих композиций согласно настоящему изобретению и для образования частичного или сплошного покрытия на частицах или поверхностях в скважине.

Способ гидроразрыва и/или расклинивания

[63] Настоящее изобретение в широком смысле относится к способам гидроразрыва пласта, включающим стадию закачивания жидкости для гидроразрыва, содержащей композицию согласно настоящему изобретению, в продуктивный пласт при давлении, достаточном для гидроразрыва пласта. Композиция модифицирует способность к агрегации и/или дзета-потенциал частиц пласта и поверхностей пласта в процессе гидроразрыва, так что частицы пласта агрегируют и/или налипают на поверхности пласта и друг на друга, повышая эффективность гидроразрыва и увеличивая продуктивность пласта, подвергаемого гидроразрыву. Композиция согласно настоящему изобретению также может быть использована на стадии предварительной набивки для модифицирования поверхностей пласта, так что во время гидроразрыва поверхности пласта имеют предварительное покрытие. Подготовительная стадия включает закачивание жидкости в пласт до начала обработки для инициации образования трещины и для обработки поверхности пласта жидкостями, предназначенными для защиты пласта. Помимо применения композиции в составе жидкости для гидроразрыва, жидкость для гидроразрыва также может содержать частицы, предварительно обработанные композицией согласно настоящему изобретению, при этом обработанные частицы действуют в качестве расклинивающего агента для поддержания открытых трещин пласта после гидроразрыва. Если жидкость для гидроразрыва содержит также указанную композицию, то частица расклинивающего агента с покрытием прилипает к поверхностям пласта сильнее, чем частица расклинивающего агента без покрытия.

[64] В альтернативном варианте реализации настоящего изобретения жидкость для гидроразрыва содержит частицы, покрытые композицией согласно настоящему изобретению, в качестве расклинивающего агента. В указанном варианте реализации частицы обладают большей способностью к самоагрегации и склонны к агрегации в тех местах, которые наиболее необходимо поддерживать открытыми. Во всех применениях гидроразрыва, включающих расклинивающие агенты, имеющие покрытие или приобретающие покрытие из композиции согласно настоящему изобретению в процессе гидроразрыва, расклинивающие агенты с покрытием обладают улучшенной способностью проникновения в пласт и свойствами слипания. Указанные свойства улучшенного проникновения и слипания или адгезии обусловлены не только разностью химического состава поверхности частиц в сравнении с химическим составом поверхности необработанных частиц, но и способностью к деформации самого покрытия. Таким образом, авторы настоящего изобретения полагают, что при закачивании указанных частиц в пласт покрытие деформируется, обеспечивая возможность проникновения частиц в определенное положение, а при сбросе давления частицы остаются на месте в результате взаимодействия покрытия с поверхностью и вследствие релаксации деформированного покрытия. Кроме того, авторы настоящего изобретения полагают, что измененная способность частиц к агрегации приводит к увеличению плотности частиц расклинивающего агента в тех областях пласта, которые наиболее восприимчивы к проникновению расклинивающего агента, что приводит к повышению степени расклинивания пласта.

Способ бурения

[65] Настоящее изобретение в широком смысле также относится к способу бурения, включающему стадию скважинных измерений во время бурения, циркуляции бурового раствора для обеспечения смазывания бурового долота, отвода тепла и удаления шлама, причем буровой раствор содержит композицию согласно настоящему изобретению, которая повышает агрегирующую способность или снижает абсолютное значение дзета-потенциала всех твердых частиц в буровом растворе или частиц, захваченных в буровой раствор, для повышения эффективности удаления твердых частиц.

[66] Настоящее изобретение также в широком смысле относится к способу бурения, включающему стадию скважинных измерений во время бурения, циркуляции первого бурового раствора для обеспечения смазывания бурового долота, отвода тепла и удаления шлама. При обнаружении подземной структуры, которая обеспечивает образование неприемлемого количества твердых частиц, включая твердые вещества, содержащие оксид металла, проводят замену первого бурового раствора на второй буровой раствор, содержащий композицию согласно настоящему изобретению, для обеспечения смазывания бурового долота, отвода тепла и удаления шлама, а также для повышения агрегирующей способности или снижения абсолютного значения дзета-потенциала всех твердых частиц, включая твердые частицы, содержащие оксид металла, в буровом растворе или частиц, захваченных в буровой раствор, для повышения эффективности удаления твердых частиц.

[67] Настоящее изобретение также в широком смысле относится к способу бурения, включающему стадию скважинных измерений во время бурения, циркуляции первого бурового раствора для обеспечения смазывания бурового долота, отвода тепла и удаления шлама. При обнаружении подземной структуры, которая обеспечивает образование неприемлемого количества твердых частиц, включая твердые вещества, содержащие оксид металла, проводят замену первого бурового раствора на второй буровой раствор, содержащий композицию согласно настоящему изобретению, для обеспечения смазывания бурового долота, отвода тепла и удаления шлама, а также для повышения агрегирующей способности или дзета-потенциала всех твердых частиц, включая твердые частицы, содержащие оксид металла, в буровом растворе или частиц, захваченных в буровой раствор, для повышения эффективности удаления твердых частиц. После прохождения через структуру, которая обеспечивает образование неприемлемого количества твердых частиц, содержащих оксиды металлов, проводят замену второго бурового раствора на первый буровой раствор или третий буровой раствор.

Способ добычи

[68] Настоящее изобретение в широком смысле относится также к способу добычи, включающему стадию циркуляции и/или закачивания жидкости в скважину, где указанная жидкость содержит композицию согласно настоящему изобретению, которая повышает агрегирующую способность или снижает абсолютное значение дзета-потенциала любых твердых частиц, включая твердые частицы, содержащие оксид металла, в жидкости или частиц, захваченных в жидкость, для повышения эффективности удаления твердых частиц и для снижения способности частиц к закупориванию пласта и/или засорению эксплуатационных труб.

МАТЕРИАЛЫ, ПОДХОДЯЩИЕ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В НАСТОЯЩЕМ ИЗОБРЕТЕНИИ

Амины

[69] Подходящие амины включают, без ограничения, любой амин, способный взаимодействовать с кислотным гидроксилсодержащим соединением, кислотой Льюиса или их смесями и комбинациями и с фосфатсодержащими соединениями, при их наличии, с образованием деформируемого покрытия на поверхности, содержащей оксид металла. Иллюстративные примеры таких аминов включают, без ограничения, любой амин общей формулы R¹R²NH, R¹R²R³N, или их смеси или комбинации, их олигомерные и/или полимерные производные, или их смеси или комбинации, где R¹, R² и R³ независимо представляют собой атом водорода или углеводородную группу, содержащую от примерно 1 до 40 атомов углерода и необходимое количество атомов водорода для заполнения валентности, и при этом один или более атомов углерода могут быть заменены одним или более гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы, или их смесей или комбинаций, и при этом один или более атомов водорода могут быть замещены одним или более одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода, или их смесей, или комбинаций. Иллюстративные примеры аминов, подходящих для применения согласно настоящему изобретению, включают, без ограничения, анилин и алкиланилины или смеси алкиланилинов, пиридины и алкилпиридины или смеси алкилпиридинов, пиррол и алкилпирролы или смеси алкилпирролов, пиперидин и алкилпиперидины или смеси алкилпиперидинов, пирролидин и алкилпирролидины или смеси алкилпирролидинов, индол и алкилиндолы или смеси алкилиндолов, имидазол и алкилимидазол или смеси алкилимидазола, хинолин и алкилхинолин или смесь алкилхинолина, изохинолин и алкилизохинолин или смесь алкилизохинолина, пиразин и алкилпиразин или смесь алкилпиразина, хиноксалин и алкилхиноксалин или смесь алкилхиноксалина, акридин и алкилакридин или смесь алкилакридина, пиримидин и алкилпиримидина или смесь алкилпиримидина, хиназолин и алкилхиназолин или смесь алкилхиназолина, или их смеси или комбинации.

[70] Подходящие амины, способные образовывать деформируемое покрытие на твердых частицах, поверхностях и/или материалах, включают, без ограничения, гетероциклические ароматические амины, замещенные гетероциклические ароматические амины, или их смеси, или комбинации, где заместители замещенных гетероциклических ароматических аминов представляют собой углеводородные группы, содержащие от примерно 1 до 40 атомов углерода и необходимое количество атомов водорода для заполнения валентности, и при этом один или более атомов углерода могут быть заменены одним или более гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или их смеси, или комбинации, и при этом один или более атомов водорода могут быть замещены одним или более одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей, или комбинаций. В некоторых вариантах реализации амины, подходящие для применения согласно настоящему изобретению, включают, без ограничения, анилин и алкиланилины или смеси алкиланилинов, пиридины и алкилпиридины или смеси алкилпиридинов, пиррол и алкилпирролы или смеси алкилпирролов, пиперидин и алкилпиперидины или смеси алкилпиперидинов, пирролидин и алкилпирролидины или смеси алкилпирролидинов, индол и алкилиндолы или смеси алкилиндолов, имидазол и алкилимидазол или смеси алкилимидазолов, хинолин и алкилхинолин или смеси алкилхинолинов, изохинолин и алкилизохинолин или смеси алкилизохинолинов, пиразин и алкилпиразин или смеси алкилпиразинов, хиноксалин и алкилхиноксалин или смеси алкилхиноксалинов, акридин и алкилакридин или смеси алкилакридинов, пиримидин и алкилпиримидин или смеси алкилпиримидинов, хиназолин и алкилхиназолин или смеси алкилхиназолинов, или их смеси или комбинации.

Полиамины

[71] Подходящие амины включают, без ограничения, любой полиамин, способный взаимодействовать с кислотным гидроксилсодержащим соединением, кислотой Льюиса или их смесями и комбинациями и с фосфатсодержащими соединениями, при их наличии, с образованием деформируемого покрытия на твердых поверхностях. Иллюстративные примеры таких полиаминов включают, без ограничения, любое соединение, содержащее две или более аминогрупп общей формулы -NR¹R², где R¹ и R² независимо представляют собой атом водорода или углеводородную группу, содержащую от примерно 1 до 20 атомов углерода и необходимое количество атомов водорода для заполнения валентности, и при этом один или более атомов водорода могут быть заменены одним или более гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или их смеси, или комбинации, и при этом один или более атомов водорода могут быть замещены одним или более одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей, или комбинаций.

Полимерные амины

[72] Подходящие полимеры для применения в композициях согласно настоящему изобретению, которые способны взаимодействовать с соединением, взаимодействующим с амином, таким как кислотное гидроксилсодержащее соединение, кислота Льюиса или их смеси и комбинации, а также с фосфатсодержащими соединениями, при их наличии, с образованием деформируемого покрытия на твердых материалах, включают, без ограничения, любой полимер, содержащий повторяющиеся звенья, которые содержат аминогруппу или азотсодержащую гетероциклическую группу, или их смеси. Иллюстративными примерами являются полимеры, которые содержат одну или множество аминогрупп общей формулы -NR¹R², как описано выше, где указанные соединения включают, без ограничения, пиррол, замещенный пиррол, пиридины, замещенные пиридины, хинолины, замещенные хинолины, анилины, замещенные анилины, пиперидины, замещенные пиперидины, пирролидины, замещенные пирролидины, имидазолы, замещенные имидазолы, пиразины, замещенные пиразины, пиримидины, замещенные пиримидины, хиназолины, замещенные хиназолины или их смеси, или комбинации. Иллюстративные примеры повторяющихся звеньев включают, без ограничения, гетероциклический ароматический виниловый мономер, где гетероатомы представляют собой атом азота или комбинацию атома азота и других гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, кислорода, фосфора, серы, германия, или их смеси и комбинации. Полимеры могут быть гомополимерами циклических или ароматических азотсодержащих виниловых мономеров, или сополимерами любых этиленненасыщенных мономеров, которые сополимеризуют с циклическим или ароматическим азотсодержащим виниловым мономером. Иллюстративные циклические или ароматические азотсодержащие виниловые мономеры включают, без ограничения, винилпирролы, замещенные винилпирролы, винилпиридины, замещенные винилпиридины, винилхинолины или замещенные винилхинолины, виниланилины или замещенные виниланилины, винилпиперидины или замещенные винилпиперидины, винилпирролидины или замещенные винилпирролидины, винилимидазол или замещенный винилимидазол, винилпиразин или замещенные винилпиразины, винилпиримидин или замещенный винилпиримидин, винилхиназолин или замещенный винилхиназолин, или их смеси, или комбинации. Иллюстративный пиридиновый мономер включает 2-винилпиридин, 4-винилпиридин или их смеси, или комбинации. Иллюстративные гомополимеры включают поли-2-винилпиридин, поли-4-винилпиридин и их смеси или комбинации. Иллюстративные сополимеры включают сополимеры 2-винилпиридина и 4-винилпиридина, сополимеры этилена и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеры 4-винилпиридина и 4-винилпиридин-N-оксида, сополимеры 4-винилпиридина и стирола, сополимеры 4-винилпиридина и N,N-диметиламинопропилметакрилата, сополимеры стирола и N,N-диметиламинопропилметакрилата, полимеры пропилена и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеры акриловой кислоты и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеры метакриловой кислоты и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеры акрилатов и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина, сополимеры метакрилатов и 2-винилпиридина и/или 4-винилпиридина и их смеси или комбинации. Все указанные мономеры также могут содержать заместители. Кроме того, во всех указанных виниловых мономерах или этиленненасыщенных мономерах один или более атомов углерода может быть заменен одним или более гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, кислорода, фосфора, серы или их смеси или комбинации, и при этом один или более атомов водорода может быть заменен одним или более одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей, или комбинаций. Конечно, все указанные мономеры содержат в своей структуре по меньшей мере один атом азота и/или кислоту Льюиса. Другие полимеры включают, без ограничения, любой полимер, содержащий повторяющиеся звенья, полученные из гетероциклического или гетероциклического ароматического винилового мономера, в котором гетероатомы представляют собой атомы азота или комбинацию атомов азота и других гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, кислорода, фосфора, серы, германия и/или их смесей. Полимеры могут быть гомополимерами циклических или ароматических азотсодержащих виниловых мономеров, или сополимерами любых этиленненасыщенных мономеров, которые сополимеризуют с циклическим или ароматическим азотсодержащим виниловым мономером. Иллюстративные циклические или ароматические азотсодержащие виниловые мономеры включают, без ограничения, винилпирролы, замещенные винилпирролы, винилпиридины, замещенные винилпиридины, винилхинолины или замещенные винилхинолины, виниланилины или замещенные виниланилины, винилпиперидины или замещенные винилпиперидины, винилпирролидины или замещенные винилпирролидины, винилимидазол или замещенный винилимидазол, винилпиразин или замещенные винилпиразины, винилпиримидин или замещенный винилпиримидин, винилхиназолин или замещенный винилхиназолин, или их смеси, или комбинации. Примеры сомономеров для виниловых полимеров: стирол, акриламиды, акрилаты, метакрилаты и т.д.

[73] Олигомеры и/или полимеры согласно настоящему изобретению обычно имеют средневесовую молекулярную массу от примерно 500 до 1000000. В других вариантах реализации средневесовая молекулярная масса составляет от примерно 500 до 500000. В других вариантах реализации средневесовая молекулярная масса составляет от примерно 500 до 100000. В других вариантах реализации средневесовая молекулярная масса составляет от примерно 500 до 50000. В других вариантах реализации средневесовая молекулярная масса составляет от примерно 500 до 20000. В других вариантах реализации средневесовая молекулярная масса составляет от примерно 500 до 5000. Во всех случаях средневесовую молекулярную массу и природу мономера, образующего олигомеры и/или полимеры согласно настоящему изобретению, оптимизируют для конкретных поверхностей, которые обрабатывают указанными композициями.

Биоолигомеры и/или биополимеры

[74] Подходящие биоолигомеры и биополимеры включают, без ограничения, хитозаны, полипептиды, содержащие по меньшей мере одну аминокислоту, выбранную из группы, состоящей из лизина, триптофана, гистидина, аргинина, аспарагина, глутамина и их смесей и комбинаций, белоксодержащие желатины и их смеси и комбинации.

Фосфатсодержащие соединения

[75] Подходящие фосфатсодержащие соединения включают, без ограничения, любую фосфорную кислоту, полифосфорную кислоту, другие фосфорные кислоты, метиленфосфоновые кислоты и фосфатный сложный эфир, способный взаимодействовать с подходящим амином с образованием композиции, которая образует деформируемое покрытие на поверхности, содержащей оксид металла, или частично или полностью покрывает материал в форме частиц. Иллюстративные примеры таких фосфатных сложных эфиров включают, без ограничения,любые фосфатные сложные эфиры общей формулы P(O)(OR⁴)(OR⁵)(OR⁶), или их смеси или комбинации, их олигомерные и/или полимерные производные, где группы R⁴, R⁵ и R⁶ независимо представляют собой атом водорода или углеводородную группу, содержащую от примерно 1 до 40 атомов углерода и необходимое количество атомов водорода для заполнения валентности, и при этом один или более атомов углерода могут быть заменены на один или более гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или их смесей или комбинаций, и при этом один или более атомов водорода могут быть замещены одним или более одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей или комбинаций. Иллюстративные примеры фосфатных сложных эфиров включают, без ограничения, фосфатный сложный эфир алканолов, имеющий общую формулу (O)(OH)_x(OR⁷)_y, его олигомерные и/или полимерные производные, где х+у=3 и группы R⁷ независимо представляют собой атом водорода или углеводородную группу, содержащую от примерно 1 до 40 атомов углерода и необходимое количество атомов водорода для заполнения валентности, и где один или более атомов углерода могут быть заменены одним или более гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или их смеси или комбинации, и при этом один или более атомов водорода могут быть замещены одним или более одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей, или комбинаций, такой как этоксифосфат, пропоксифосфат или высшие алкоксифосфаты или их смеси, или комбинации. Другие иллюстративные примеры фосфатных сложных эфиров включают, без ограничения, фосфатные сложные эфиры алканоламинов, имеющие общую формулу N[R⁸OP(O)(OH)₂]₃, их олигомерные и/или полимерные производные, где R⁸ независимо представляют собой линкерные группы, иногда упоминаемые как двухвалентные углеводородные группы (что означает, что такие группы связаны с двумя различными группами, например, метилен -СН₂-, этилен -СН₂СН₂- и т.д.), содержащие от примерно 1 до 40 атомов углерода и необходимое количество атомов водорода для заполнения валентности, и при этом один или более атомов углерода могут быть заменены одним или более гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы, или их смесей или комбинаций, и при этом один или более атомов водорода могут быть замещены одним или более одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода, или их смесей и комбинаций, включая трифосфатный сложный эфир триэтаноламина, или их смеси или комбинации. Другие иллюстративные примеры фосфатных сложных эфиров включают, без ограничения, фосфорную кислоту, полифосфорную кислоту, фосфатные сложные эфиры гидроксилированных ароматических соединений, такие как фосфатные эфиры алкилированных фенолов, такие как нонилфенилфосфатный эфир, фенольные фосфатные эфиры или нонилфенолэтоксилат-фосфатные эфиры. Другие иллюстративные примеры фосфатных сложных эфиров включают, без ограничения, фосфатные сложные эфиры триэтаноламина, олеилового спирта, 2-этилгексанола, фосфатные сложные эфиры диолов и полиолов, такие как фосфатные сложные эфиры этиленгликоля, пропиленгликоля или высших гликолевых структур, фосфатные сложные эфиры этоксилированных спиртов, таких как этоксилированный дециловый спирт, фосфорная кислота децилоктилового эфира, поли(окси-1,2-этандиил)-альфа-тридецил-омега-гидроксифосфат и т.п. Фосфатные сложные эфиры этоксилированного децилового спирта доступны в продаже под названием Phosphated DA-4 и DA-6 у компании Manufacturers Chemicals, LLC. Фосфорная кислота децилоктилового спирта доступна в продаже под названием Crodafos 810A-LQ-(RB) у компании Croda Europe Limited. Поли(окси-1,2-этандиил)-альфа-тридецил-омега-гидроксифосфаты доступны в продаже под названием Crodafos T5A-LQ-(RB) у компании Croda Europe Limited. Другие иллюстративные фосфатные эфиры включают любой фосфатный эфир, который может взаимодействовать с амином и образовывать покрытие на подложке, образуя деформируемое покрытие, усиливающее способность подложки к агрегации.

[76] Кроме того, мономерный или олигомерный фосфатный сложный эфир в более широком смысле может включать любой полимер, содержащий фосфатные группы, включая органические и неорганические полифосфаты, в том числе циклические и линейные фосфаты. Важно, что композиции на основе амина, в целом, более эффективны на материалах из оксидов металлов, таких как песок (диоксид кремния), с отрицательным или частично отрицательным зарядом, по сравнению с карбонатом кальция (известняк) или другими положительно или частично положительно заряженными материалами. В некоторых вариантах реализации полимерные фосфаты без аминного компонента могут быть использованы для эффективного связывания и агломерации положительно заряженных материалов. Может также присутствовать небольшое количество амина (например, для снижения растворимости в воде), но количество фосфатных групп должно быть в избытке, чтобы молекулы имели суммарный отрицательный заряд для связывания положительно заряженных поверхностей. Кроме того, авторы изобретения полагают, что могут быть использованы N-оксидные группы для агломерации любого типа поверхности, поскольку они являются полярными, а не истинно заряженными по своей природе, и могут притягиваться к положительно или отрицательно заряженным поверхностям.

[77] Иллюстративные примеры таких метиленфосфоновых кислот включают, без ограничения, любые метиленфосфоновые кислоты общей формулы:

R⁹R¹⁰N-CH₂-P(O)(OH)₂

или их смеси или комбинации, их олигомерные и/или полимерные производные, где группы R⁹ и R¹⁰ независимо представляют собой атом водорода или углеводородную группу, содержащую от примерно 1 до 40 атомов углерода и необходимое количество атомов водорода для заполнения валентности, и при этом один или более атомов углерода могут быть заменены одним или более гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы, или их смесей или комбинаций, и при этом один или более атомов водорода могут быть замещены одним или более одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода, или их смесей и комбинаций. Подходящие метиленфосфоновые кислоты, способные взаимодействовать с аминами с образованием деформируемого покрытия на твердых материалах, включают, без ограничения, аминоэтилэтаноламин-трис(метиленфосфоновую кислоту); диэтилентриамин-пента(метиленфосфоновую кислоту); бис(гексаметилентриамино)-пента(метиленфосфоновую кислоту) и т.п.

Эпоксидные соединения

[78] Подходящие эпоксидные соединения для взаимодействия с аминами с образованием эпокси-модифицированных аминов, эпокси-модифицированных аминных олигомеров и/или эпокси-модифицированных аминных полимеров включают, без ограничения, любое соединение, которое может взаимодействовать с первичными, вторичными, гетероциклическими аминами и/или третичными аминами. Иллюстративные примеры включают эпоксидные соединения общих формул:

где R^z представляет собой углеводородную группу, содержащую от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода, где один или более атомов углерода могут быть заменены на атомы кислорода, и где Rzz представляет собой линкерную группу, выбранную из группы, состоящей из линейных, разветвленных и/или циклических углеводородных линкерных групп, ароматических линкерных групп, алкарильных линкерных групп, аралкильных линкерных групп, содержащих от 1 до 40 атомов углерода, где один или более атомов углерода могут быть заменены на атомы кислорода, или их смеси и комбинации. Иллюстративные примеры эпоксидных соединений, содержащих две эпоксидные группы, включают, без ограничения, эпоксидные соединения следующих формул:

где j представляет собой целое число, имеющее значение от 1 до примерно 20 атомов углерода, где один или более атомов углерода представляют собой атомы кислорода, и i представляет собой целое число, имеющее значение от примерно 1 до примерно 20 атомов углерода, где один или более атомов углерода могут быть заменены на атомы кислорода, или их смеси и комбинации. Иллюстративные примеры конкретных эпоксидных соединений, содержащих две эпоксидные группы, включают, без ограничения, эпоксидные соединения следующих формул:

или их смеси и комбинации, где 1 представляет собой целое число, имеющее значение от 1 до примерно 100. Иллюстративные примеры конкретных эпоксидных соединений, содержащих множество эпоксидных групп, включают, без ограничения, эпоксидные соединения следующих формул:

или их смеси и комбинации, где k представляет собой целое число, имеющее значение от примерно 10 до примерно 100000, и притом полимерное эпоксидное соединение может содержать не содержащие эпоксида повторяющиеся звенья.

[79] Также могут быть использованы подходящие силановые эпоксидные соединения. Такие соединения взаимодействуют с алкилпиридинами, поливинилпиридинами и третичными аминами, модифицируя указанные амины. Силановые эпоксидные соединения, содержащие алкокси-группы, взаимодействуют с аминами через эпоксидную группу, а затем алкокси-группа силана гидролизуется с образованием силанольных групп (SiOH). Затем силанольные группы доступны для связывания с силанольными группами твердых материалов, таких как диоксид кремния (SiO₂) или песок. Иллюстративные примеры силановых эпоксидных соединений включают, без ограничения, 3-глицидоксипропилтриметоксисилан и 3-глицидоксипропилтриэтоксисилан производства компании Wacker Chemie AG, Мюнхен, Германия; и 3-глицидоксипропилметилдиметоксисилан, 3-гдицидоксипропилметилдиэтоксисилан и 3-глицидоксипропилтриэтоксисилан производства компании Shin-Etsu, Токио, Япония, другие силановые эпоксидные соединения или их смеси и комбинации.

[80] Моноэпоксидные соединения, диэпоксидные соединения и их смеси могут быть приведены во взаимодействие с атомом азота ароматического гетероциклического амина с образованием сопряженного 3,4-диена и циклического амина или пиридоновой структуры. Сопряженный 3,5-диен может быть затем дополнительно приведен во взаимодействие с фосфатным соединением, кислотной гидроксильной группой, ангидридом или кислотой Льюиса. Кроме того, некоторые атомы азота ароматических гетероциклических аминов могут быть приведены в неполное взаимодействие с эпоксидным соединением, а затем остальные атомы азота ароматического гетероциклического амина могут быть приведены во взаимодействие с фосфатным соединением, кислотным гидроксилсодержащим соединением, ангидридом или кислотой Льюиса. Подходящие эпоксидные соединения, способные взаимодействовать с атомами азота ароматического гетероциклического амина с образованием деформируемого покрытия на твердых материалах, включают С8-С10 глицидиловый эфир (Erisys GE-7); С12-С14 глицидиловый эфир (Erisys GE-7); бутилглицидиловый эфир; диглицидиловый эфир бисфенола А; эпоксидную смолу DER 330, другие подобные соединения и их смеси или комбинации.

Кислотные гидроксильные соединения

[81] Подходящие кислотные гидроксильные соединения, способные взаимодействовать с аминами с образованием деформируемого покрытия на твердых материалах, включают, без ограничения, неорганические кислоты, органические кислоты или их смеси и комбинации. Иллюстративные примеры неорганических кислот включают фосфорную кислоту, серную кислоту, соляную кислоту, бромистоводородную кислоту, азотную кислоту, борную кислоту или их смеси и комбинации. Иллюстративные органические кислоты включают, без ограничения, монокарбоновые кислоты, дикарбоновые кислоты, полимерные карбоновые кислоты и их смеси и комбинации, где указанные карбоновые кислоты содержат от примерно 1 до примерно 40 атомов углерода. Иллюстративные примеры монокарбоновых кислот или ангидридов включают муравьиную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту, лимонную кислоту, янтарную кислоту, малеиновую кислоту, адипиновую кислоту, трикарбаллиловую кислоту, дикислоту 1550 компании Westvaco, Tenax 2010 компании Westvaco, меллитовую кислоту и их гомо- или смешанные ангидриды, или их смеси и комбинации. Иллюстративные кислоты Льюиса представляют собой хлорид цинка, хлорид титана (IV), хлорид олова (IV), бромид алюминия, хлорид алюминия, трихлорид бора и трифторид бора. В некоторых вариантах реализации олигомерные амины и/или полимерные амины могут быть приведены во взаимодействие с комбинацией фосфатных соединений и нефосфатных соединений, поскольку продукты реакции могут включать продукты реакции фосфатного соединения с олигомерными аминами и/или полимерными аминами, а также продукты реакции нефосфатного соединения с олигомерными аминами и/или полимерными аминами.

Кислотные соединения Льюиса

[82] Подходящие кислотные соединения Льюиса, способные взаимодействовать с аминами с образованием деформируемого покрытия на твердых материалах, включают, без ограничения, соединения металлов, способные взаимодействовать с аминами, полиаминами, полимерными аминами, или их смесями и комбинациями, с образованием деформируемого покрытия на твердых материалах. Соединения металлов выбраны из группы, состоящей из соединений металлов 2-17 групп. Соединения металлов 2 группы включают соединения Be, Mg, Са, Sr и Ва. Соединения металлов 3 группы включают соединения Sc, Y, La и Ас. Соединения металлов 4 группы включают соединения Ti, Zr, Hf, Се и Th. Соединения металлов 5 группы включают соединения V, Nb, Та и Pr. Соединения металлов 6 группы включают соединения Cr, Mo, W, Nd и U. Соединения металлов 7 группы включают соединения Mn, Тс, Re и Pm. Соединения металлов 8 группы включают соединения Fe, Ru, Os и Sm. Соединения металлов 9 группы включают соединения Со, Rh, Ir и Eu. Соединения металлов 10 группы включают соединения VNi, Pd, Pt и Gd. Соединения металлов 11 группы включают соединения Cu, Ag, Au и Tb. Соединения металлов 12 группы включают соединения Zn, Cd, Hg и Dy. Соединения металлов 13 группы включают соединения Al, Ga, In, Tl и Но. Соединения металлов 14 группы включают соединения Si, Ge, Sn, Pb и Er. Соединения металлов 15 группы включают соединения As, Sb, Bi и Tm. Соединения металлов 16 группы включают соединения Yb. Соединения металлов 17 группы включают соединения Lu. Альтернативно, соединения металлов включают соединения щелочноземельных металлов, соединения легких металлов, соединения переходных металлов, соединения лантаноидных металлов, соединения актиноидных металлов и их смеси или комбинации. Соединения металлов могут быть в форме галогенидов, оксигалогенидов, тетрагалогенборанов (например, BF₄^-), карбонатов, оксидов, сульфатов, гидросульфатов, сульфитов, гидросульфитов, гексагалогенфосфатов, фосфатов, гидрофосфатов, фосфитов, гидрофосфитов, нитратов, нитритов, карбоксилатов (например, формиатов, ацетатов, пропионатов, бутиноатов, цитратов, оксалатов или высших карбоксилатов), гидроксидов, соединений с любым другим противоимоном и их смесей или комбинаций.

Сшивающие агенты

[83] Подходящие органические сшивающие агенты включают, без ограничения, полиглицидиловые простые эфиры, такие как, например, диглицидиловые эфиры и триглицидиловые эфиры или высшие полиглицидиловые эфиры; углеводород-дигалогениды; бисфенол А; полиизоцианаты, такие как, например, диизоцианаты и триизоцианаты или другие высшие полиизоцианаты; диацилазиды; хлорангидрид циануровой кислоты; дикислоты; поликислоты; имидилированные ди- и поликарбоновые кислоты; ангидриды; карбонаты; полиэпоксиды, такие как, например, диэпоксиды или другие высшие полиэпоксиды; полиальдегиды, такие как, например, диальдегиды или другие высшие полиальдегиды; полиизотиоизоцианаты, такие как, например, диизотиоцианаты или другие высшие полиизотиоизоцианаты; поливинилсульфоны, такие как, например, дивинилсульфоны или другие высшие поливинилсульфоны; силаны; и другие подобные органические сшивающие агенты, или их смеси, или комбинации.

[84] Подходящие силановые сшивающие соединения, особенно алкоксисилановые соединения, могут быть использованы для сшивания соединений, содержащих гидроксильные группы, особенно гидроксильные группы, образованные в продуктах реакции аминов с аминореактивными соединениями, такими как органические кислоты, ангидриды, фосфатные сложные эфиры или метиленфосфоновая кислота, с образованием силанольных групп, способных взаимодействовать с силанольными группами на твердых материалах. Таким образом, указанные силановые соединения не только сшивают агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению, но и могут способствовать прикреплению агрегирующих композиций согласно настоящему изобретению к твердым материалам. Иллюстративные примеры силановых сшивающих соединений включают, без ограничения, триацетоксиэтилсилан, 1,2-бис(триэтоксисилил)этан, 3-метакрилоксипропил-триметоксисилан, метакрилоксиметил-триметоксисилан, 3-изоцианатопропил-триметоксисилан, глицидоксипропил-триэтоксисилан, выпускаемые компанией Wacker Chemie AG в Мюнхене, Германия; п-стирилтриметоксисилан, винилтриметоксисилан, бис(триэтоксисилилпропил)тетрасульфид, KBE-9007, KBM-9659 и Х-12-967С, выпускаемые компанией Shin-Etsu в Токио, Япония, другие силаны или их смеси и комбинации. Сшивающие агенты могут быть использованы для повышения агломерирующей силы композиции или для закрепления/усиления прочности на сжатие.

Смолы

[85] Композиции, описанные в настоящем документе, также могут содержать смолы. Смолы, подходящие для применения в композициях и способах, описанных в настоящем документе, могут включать все смолы, известные в данной области техники, которые могут образовывать затвердевшую, отвержденную массу. В подземных операциях закрепления широко используют многие подходящие смолы, и некоторые подходящие смолы включают двухкомпонентные эпоксидные смолы, новолачные смолы, полиэпоксидные смолы, фенолоальдегидные смолы, мочевиноальдегидные смолы, уретановые смолы, фенольные смолы, фурановые смолы, смолы на основе фурана/фурфурилового спирта, фенольные/латексные смолы, фенолоформальдегидные смолы, сложные полиэфирные смолы и их гибриды и сополимеры, цианатные сложные эфиры, полиуретановые смолы и их гибриды и сополимеры, акрилатные смолы и их смеси.

[86] Некоторые подходящие смолы, такие как эпоксидные смолы, могут быть отверждены с помощью внутреннего катализатора или активатора, так что при закачивании в скважину они могут отверждаться только по истечении времени и под действием температуры. Для других подходящих смол, таких как фурановые смолы, обычно необходим катализатор с замедленным действием или внешний катализатор для облегчения активации полимеризации смол, если температура отверждения является низкой (т.е. менее 250°F (121°С)), но они отверждаются по истечении времени и под действием температуры, если температура пласта составляет более примерно 250°F (121°С), предпочтительно более примерно 300°F (149°С). Эпоксидная смола может быть предпочтительна при использовании способов согласно настоящему изобретению в пластах, имеющих температуру от примерно 65°F до примерно 350°F (18°С-177°С), а фурановая смола может быть предпочтительна при использовании способов согласно настоящему изобретению в пластах, имеющих температуру более примерно 300°F (149°С).

[87] Специалисты в данной области техники при прочтении настоящего описания могут выбрать подходящую смолу для применения в вариантах реализации композиций и способов, описанных в настоящем документе, и определить необходимость использования катализатора для инициации отверждения. Как и в случае сшивающих агентов, могут быть использованы смолы и/или смеси смол/катализаторов для повышения агломерирующей силы композиции или для закрепления/усиления прочности на сжатие.

Гидрофобные агенты

[88] Гидрофобные агенты могут быть приведены во взаимодействие с амином или полиамином с образованием деформируемого покрытия на твердых материалах. Подходящие гидрофобные агенты представляют собой органические галогениды, такие как 1-бромгексадекан, 1-хлоргексадекан, 1-бромтетрадекан, 1-брододекан, 1-бромоктан и т.п.

Соединения, повышающие клейкость

[89] Соединения, повышающие клейкость, могут быть смешаны или приведены во взаимодействие до или после с агрегирующими агентами согласно настоящему изобретению. Подходящие соединения и способы повышения клейкости описаны в US 5853048; 7258170 В2 и US 2005/0277554 А1. Композиции, повышающие клейкость, или связующие агенты включают полиакрилатные сложноэфирные полимеры, полиамиды, фенольные и эпоксидные соединения. Соединения, повышающие клейкость, могут быть получены взаимодействием поликислоты с поливалентным ионом, таким как кальций, алюминий, железо или т.п. Аналогично, можно осуществить взаимодействие полиорганофосфатов, полифосфонатов, полисульфатов, поликарбоксилатов или полисиликатов с поливалентным ионом с получением соединения, повышающего клейкость. В некоторых вариантах реализации агент, повышающий клейкость, представляет собой продукт реакции конденсации поликислот и полиаминов. Примерами поликислот являются С36 двухосновные кислоты, тримерные кислоты, синтетические кислоты, полученные из жирных кислот, малеинового ангидрида и акриловых кислот. Полиамины могут включать этилендиамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин, N-(2-аминоэтил)пиперазин и т.п.

Глимы

[90] Подходящие глимы включают, без ограничения, диметиловый эфир диэтиленгликоля, диметиловый эфир этиленпропиленгликоля, диметиловый эфир дипропиленгликоля, диэтиловый эфир диэтиленгликоля, диэтиловый эфир пропиленгликоля, диэтиловый эфир дипропиленгликоля, гликолевый эфир ЕВ (2-бутоксиэтанол), метиловый эфир дипропиленгликоля, или их смеси или комбинации. В некоторых вариантах реализации глим представляет собой диметиловый эфир дипропиленгликоля, выпускаемый под названием Proglyme компанией Novolyte Technologies of Independence, штат Огайо. Метиловый эфир дипропиленгликоля выпускает компания Dow Chemical под названием Dowanol DPM.

Этоксилированные спирты

[91] Подходящие этоксилированные спирты представляют собой этоксилированный изотридеканол и а-гексил-w-гидрокси-поли(окси-1,2-этандиил). Этоксилированный изотридеканол доступен в продаже под названием этоксилаты Novel TDA-3, TDA-4 или TDA-6 Ethoxylates у компании SASOL, а-гексил-w-гидрокси-поли(окси-1,2-этандиил) доступен в продаже под названием этоксилат Novel 6-3 у компании SASOL.

Сложные эфиры

[92] Подходящие сложные эфиры включают, без ограничения, сложные эфиры монокарбоновых кислот формулы R^aCOOR^b, сложные эфиры дикарбоновых кислот формулы R^cOOC-R^aa-COOR^c, сложные эфиры поликарбоновых кислот формулы R^bb-(COOR^d)_n, и их смеси или комбинации. В указанных формулах R^a, R^b, R^c и R^d являются одинаковыми или различными углеводородными группами (линейными, разветвленными, насыщенными, ненасыщенными, арильными, алкарильными, арилалкильными или их смесями и комбинациями), имеющими одинарную линкерную связь и содержащими от 1 до 20 атомов углерода, R^aa и R^bb представляют собой линкерные углеводородные группы, имеющие две или более линкерных связей и содержащие от 3 до 20 атомов углерода, и где n представляет собой целое число, имеющее значение от 3 до 1000. Во всех углеводородных группах один или более атомов углерода могут быть заменены атомами кислорода. Иллюстративные примеры сложного эфира включают диметил-R-2-метилглутарат, выпускаемый компанией Rhodia под названием Rhodiasolv Iris.

Алкилпиридины

[93] Подходящие алкилпиридины включают, без ограничения, 2-моно(углеводород)пиридин, 3-моно(углеводород)пиридин, 4-моно(углеводород)пиридин, 2,3-ди(углеводород)пиридин, 2,4-ди(углеводород)пиридин, 2,5-ди(углеводород)пиридин, 2,6-ди(углеводород)пиридин, 3,4-ди(углеводород)пиридин, 3,5-ди(углеводород)пиридин, три(углеводород)пиридины, тетра(углеводород)пиридины, пента(углеводород)пиридины и их смеси или комбинации, где углеводородные группы могут быть линейными, разветвленными, насыщенными, ненасыщенными, арильными, алкарильными, арилалкильными или их смесями и комбинациями, содержащими от 1 до 20 атомов углерода, где один или более атомов углерода могут быть заменены атомами кислорода. Алкилпиридины являются подходящими растворителями для поливинилпиридинов. Иллюстративные примеры алкилпиридинов включают РАР-220 производства компании Vertellus Specialties Inc.

Носители

[94] Подходящие носители для применения в настоящем изобретении включают, без ограничения, низкомолекулярные спирты, содержащие от 1 до 5 атомов углерода, где один или более атомов углерода могут представлять собой кислород, или их смеси или комбинации. Иллюстративные примеры включают метанол, этанол, пропанол, изопропиловый спирт, бутанол, изобутанол, пентанол, изопентанол, неопентанол, этиленгликоль или их смеси или комбинации.

Твердые материалы

[95] Подходящие твердые материалы, подходящие для нанесения покрытий из композиций согласно настоящему изобретению, включают, без ограничения, оксиды металлов и/или керамические материалы, природные или синтетические материалы, металлы, пластики и/или другие полимерные твердые вещества, твердые материалы, полученные из растений, или любые другие твердые материалы, которые находят или могут находить применение в подземных операциях, или их смеси или комбинации. Оксиды металлов включают любые твердые оксиды металлического элемента периодической системы элементов. Иллюстративные примеры оксидов металлов и керамических материалов включают оксиды актиния, оксиды алюминия, оксиды сурьмы, оксиды бора, оксиды бария, оксиды висмута, оксиды кальция, оксиды церия, оксиды кобальта, оксиды хрома, оксиды цезия, оксиды меди, оксиды диспрозия, оксиды эрбия, оксиды европия, оксиды галлия, оксиды германия, оксиды иридия, оксиды железа, оксиды лантана, оксиды лития, оксиды магния, оксиды марганца, оксиды молибдена, оксиды ниобия, оксиды неодима, оксиды никеля, оксиды осмия, оксиды палладия, оксиды калия, оксиды прометия, оксиды празеодима, оксиды платины, оксиды рубидия, оксиды рения, оксиды родия, оксиды рутения, оксиды скандия, оксиды селена, оксиды кремния, оксиды самария, оксиды серебра, оксиды натрия, оксиды стронция, оксиды тантала, оксиды тербия, оксиды теллура, оксиды тория, оксиды олова, оксиды титана, оксиды таллия, оксиды тулия, оксиды ванадия, оксиды вольфрама, оксиды иттрия, оксиды иттербия, оксиды цинка, оксиды циркония, керамические структуры, полученные из одного или более из указанных оксидов, а также смешанные оксиды металлов, содержащие два или более из вышеперечисленных оксидов металлов. Иллюстративные примеры растительных материалов включают, без ограничения, оболочку семенных растений, такую как скорлупа грецких орехов, скорлупу ореха-пекана, скорлупу арахиса, скорлупу других твердых скорлуп семенных растений, измельченную древесину или другие волокнистые целлюлозные материалы, или их смеси, или комбинации.

Волокна и органические материалы в виде частиц

Не подверженные эрозии волокна

[96] Подходящие нерастворимые или не подверженные эрозии волокна включают, без ограничения, природные волокна, синтетические волокна или их смеси и комбинации. Иллюстративные примеры природных волокон включают, без ограничения, абаку, целлюлозу, шерсть, такую как шерсть альпаки, кашмирская шерсть, мохер или ангорская шерсть, верблюжья шерсть, кокосовое волокно, хлопок, лен, коноплю, джут, рами, шелк, сизаль, волокна виссон, собачью шерсть, шерсть овцебыка, шерсть яка, шерсть кролика, капок, кенаф, рафию, бамбуковое волокно, ананасное лубяное волокно, асбестовые волокна, стеклянные волокна, целлюлозные волокна, волокна древесной массы, их обработанные аналоги или их смеси и комбинации. Иллюстративные примеры синтетических волокон включают, без ограничения, регенерированные целлюлозные волокна, волокна из ацетата целлюлозы, сложные полиэфирные волокна, акриловые волокна, оптические волокна, полиамидные и сложные полиэфирные волокна, полиэтиленовые волокна, полипропиленовые волокна, шелковые волокна, эзлоновые волокна, волокна BAN-LON® (зарегистрированная торговая марка Joseph Bancroft & Sons Company), базальтовые волокна, углеродные волокна, волокна CELLIANT® (зарегистрированная торговая марка Hologenix, LLC), волокна из ацетата целлюлозы, волокна из триацетата целлюлозы, волокна CORDURA® (зарегистрированная торговая марка INVISTA, подразделения частной компании Koch Industries, Inc.), кримпленовые (сложные полиэфирные) волокна, кубеновые волокна, медно-аммиачные волокна Rayon, волокна Dynel, волокна Elasterell, эластолефиновые волокна, стеклянные волокна, волокна GOLD FLEX® (зарегистрированная торговая марка Honeywell), волокна INNEGRA S™ (торговая марка Innegra Technologies LLC), арамидные волокна, такие как волокна KEVLAR® (зарегистрированная торговая марка DuPont), волокна KEVLAR® КМ2 (зарегистрированная торговая марка DuPont), волокна LASTOL® (зарегистрированная торговая марка DOW Chemicals Company), волокна Lyocell, волокна М5, модакриловые волокна, волокна Modal, волокна NOMEX® (зарегистрированная торговая марка DuPont), нейлоновые волокна, такие как волокна из нейлона 4, волокна из нейлона 6, волокна из нейлона 6-6, полиолефиновые волокна, поли(п-фениленсульфидные) волокна, полиакрилонитрильные волокна, полибензимидазольные волокна, полидиоксаноновые волокна, сложные полиэфирные волокна, волокна Qiana, волокна Rayon, поливинилиденхлоридные волокна, такие как волокна Saran, волокна из поли(триметилентерефталата), такие как волокна Sorona, волокна из спандекса или эластана, волокна Taklon, волокна Technora, волокна THINSULATE® (зарегистрированная торговая марка 3М), волокна Twaron™ (торговая марка Teijin Aramid), волокна из ультравысокомолекулярного полиэтилена, волокна из синдиотактического полипропилена, волокна из изотактического полипропилена, волокна из поливинилового спирта, волокна из ксантата целлюлозы, волокна из поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазола), полиимидные волокна, другие синтетические волокна или их смеси и комбинации. Указанные волокна могут дополнительно или альтернативно образовывать трехмерную сеть, упрочняющую расклинивающий агент и ограничивающую его обратный приток. Не эродируемые частицы и волокна

[97] Могут быть использованы подходящие твердые органические полимерные материалы в виде частиц, включая, без ограничения, полимерные материалы в виде частиц из целлюлозы, акриловой кислоты, арамидов, акрилонитрила, полиамидов, винилидена, олефинов, диолефинов, сложного полиэфира, полиуретана, винилового спирта и винилхлорида. Предпочтительные композиции, обеспечивающие требуемую химическую активность и/или характеристики разложения, могут быть выбраны из искусственного шелка, ацетатных, триацетатных, хлопковых, шерстяных (целлюлозная группа); нейлона, акриловых, модакриловых, нитрильных, сложных полиэфирных, Saran, спандекс, Vinyon, олефиновых, виниловых (синтетическая полимерная группа), искусственных белковых, каучуковых (белковая и каучуковая группа) и их смесей. Наиболее предпочтительны частицы сложного полиэфира и полиамида, имеющие достаточную молекулярную массу, такие как Dacron^® и нейлон, соответственно, а также их смеси. Также могут быть использованы композиционные частицы, содержащие природные и/или синтетические материалы с подходящими характеристиками. Например, подходящие композиционные частицы могут содержать структуру из ядра и оболочки, где материал оболочки и материал ядра разрушаются в течение различных требуемых периодов времени. Соединения или композиции, используемые в качестве органического полимерного материала согласно настоящему изобретению, не обязательно должны быть чистыми, и могут быть использованы имеющиеся в продаже материалы, содержащие различные добавки, наполнители и т.д. или имеющие покрытия, при условии, что такие компоненты не ухудшают требуемую активность. Содержание органического полимерного материала в виде частиц, т.е. его концентрация, изначально создаваемая в жидкости, может составлять от 0,02 процента до примерно 10 процентов по массе жидкости. Однако наиболее предпочтительно, диапазон концентрации составляет от примерно 0,02 процента до примерно 5,0 процентов по массе жидкости.

[98] Размер и форма частиц, хотя и являются важными, могут в значительной степени варьироваться, в зависимости от соображений затрат времени и транспортировки. В некоторых вариантах реализации при использовании частиц органического полимера неправильной или сферической формы, размер частиц может составлять от 80 меш до 2,5 меш (Tyler), предпочтительно от 60 меш до 3 меш. Волокна и/или пластинки указанных полимерных материалов предпочтительны для обеспечения их подвижности и способности к переносу. В случае применения волокон органического полимера, волокна, используемые в соответствии с настоящим изобретением, также могу иметь широкий диапазон размеров и свойств. В данном контексте термин «волокна» относится к структурам или массам, таким как волокна из природного или синтетического материала(-ов), в которых один из размеров существенно больше двух других размеров, которые по меньшей мере одинаковы по размеру, и дополнительно включает смеси таких материалов, имеющих множество различных размеров и типов. В других вариантах реализации длина отдельных волокон может варьироваться в сторону повышения, начиная с примерно 1 мм. Практические ограничения оборудования для обращения, смешивания и закачивания для применения в скважине в настоящее время ограничивают практическое применение волокон до длины примерно 100 мм. Соответственно, в других вариантах реализации диапазон длины волокон может составлять от примерно 1 мм до примерно 100 мм или около того. В других вариантах реализации длина может составлять от по меньшей мере примерно 2 мм до примерно 30 мм. Аналогично, диаметр волокон предпочтительно варьируется в сторону увеличения, начиная с примерно 5 мкм. В других вариантах реализации диаметр составляет от примерно 5 мкм до примерно 40 мкм. В других вариантах реализации диаметр составляет от примерно 8 мкм до примерно 20 мкм, в зависимости от модуля волокна, как подробнее описано ниже. Предпочтительно отношение длины к диаметру (исходя из круглого поперечного сечения волокна) более 50. Однако волокна могут иметь многочисленные формы, от простых круглых или овальных форм поперечного сечения до более сложных форм, таких как трехдольная, цифра восемь, звездообразная, прямоугольная в сечении или т.п. Предпочтительно используют, в целом, прямые волокна с круглым или овальным поперечным сечением. Могут быть использованы изогнутые, извитые, разветвленные, спиралеобразные, полые, фибриллированные и другие трехмерные геометрические формы волокон. Также волокна могут быть изогнуты крючком с одного или обоих концов. Плотность волокон и пластинок не является критичной и предпочтительно варьируется от 1 до 4 г/см³ или более.

[99] Специалистам в данной области техники понятно, что разделение между компонентом «пластинки», с одной стороны, и «волокнами», с другой стороны, является произвольным, при этом пластинки отличают от волокон, в частности, наличием двух размеров сравнимой величины, которые существенно больше третьего размера; а волокна, как указано выше, обычно имеют один размер существенно больше двух других размеров, одинаковых по величине. В данном контексте термины «пластинка» или «пластинки» используют в их обычном смысле, подразумевая плоскость или протяженность в двух определенных направлениях, а не в одном направлении, при этом подразумевают также смеси разных типов и размеров. В целом, могут быть использованы стружки, диски, пластинки, пленки и полоски полимерного материала(-ов). Термин «аспектное отношение» обычно понимают как отношение одного размера, в частности, размера поверхности, к другому размеру. В данном контексте указанное выражение используют для обозначения отношения диаметра площади поверхности наибольшей стороны сегмента материала, рассматривая или принимая площадь поверхности такого сегмента за круг, к толщине материала (усредненной). Соответственно, пластинки, используемые согласно натоящему изобретению, имеют среднее аспектное отношение от примерно 10 до примерно 10000. В некоторых вариантах реализации среднее аспектное отношение составляет от 100 до 1000. В других вариантах реализации пластинки имеют более 5 мкм в наименьшем направлении, и размеры пластинки, которые могут быть использованы согласно настоящему изобретению, составляют, например, 6 мм × 2 мм × 15 мкм.

[100] В особенно предпочтительном аспекте настоящего изобретения размер частиц органического полимерного дисперсного материала может быть изменен или подобран так, чтобы ускорить или замедлить взаимодействие или разрушение желатинизированной суспензии в трещине. Так, например, из общего содержания дисперсного материала 20 процентов могут составлять более крупные частицы, например, более 100 мкм, и 80 процентов - более мелкие, указанные 80 процентов частиц имеют размер менее 20 мкм. Такое смешивание в желатинизированной суспензии, вследствие факторов, связанных с площадью поверхности, может обеспечивать разное время завершения реакции или разрушения дисперсного материала, и, следовательно, время завершения разложения или разрушения геля, по сравнению со временем, обеспечиваемым различным распределением частиц по размеру.

[101] Жидкие суспензии, используемые согласно настоящему изобретению, содержащие твердые материал в виде частиц, например, волокна или волокна и/или пластинки, могут быть получены любым подходящим способом или в любой последовательности или порядке. Таким образом, суспензия может быть получена смешиванием в любом порядке на поверхности и посредством добавления в подходящих пропорциях компонентов жидкости или суспензии в процессе обработки во время закачивания. Суспензии также могут быть смешаны за пределами рабочей площадки. В случае некоторых материалов, с трудом поддающихся диспергированию, волокна следует «смочить» подходящей жидкостью, такой как вода или скважинный флюид, до или во время смешивания с жидкостью для гидроразрыва для обеспечения более качественной загрузки волокон. Должны быть использованы хорошие технологии смешивания во избежание «комкования» материала в виде частиц.

Эродируемые частицы и волокна

[102] Подходящие растворимые, разлагаемые или эродируемые расклинивающие агенты включают, без ограничения, водорастворимые твердые вещества, твердые вещества, растворимые в углеводородах, или их смеси и комбинации. Иллюстративные примеры водорастворимых твердых веществ и твердых веществ, растворимых в углеводородах, включают, без ограничения, соль, карбонат кальция, воск, растворимые смолы, полимеры или их смеси и комбинации. Иллюстративные соли включают, без ограничения, карбонат кальция, бензойную кислоты, материалы на основе нафталина, оксид магния, бикарбонат натрия, хлорид натрия, хлорид калия, хлорид кальция, сульфат аммония или их смеси и комбинации. Иллюстративные полимеры включают, без ограничения, полимолочную кислоту (PLA), полигликолевую кислоту (PGA), сополимер молочной кислоты/гликолевой кислоты (PLGA), полисахариды, крахмалы или их смеси и комбинации. В данном контексте «полимеры» включают гомополимеры и сополимеры указанного мономера с одним или более сомономерами, включая привитые, блок и статистические сополимеры. Полимеры могут быть линейными, разветвленными, звездообразными, сшитыми, дериватизованными и т.д., по необходимости. Растворимые или эродируемые расклинивающие агенты могут быть выбраны так, чтобы они имели такой же или другой размер и форму, как размер и форма частиц расклинивающего агента, в случае необходимости облегчения отделения от расклинивающего агента. Формы частиц растворимого, разлагаемого или эродируемого расклинивающего агента могут включать, например, сферы, стержни, пластины, ленты и т.п., и их комбинации. В некоторых применениях могут быть использованы пучки растворимых, разлагаемых или эродируемых волокон или волокнистых, или деформируемых материалов.

[103] Растворимые, разлагаемые или эродируемые расклинивающие агенты могут быть способны к разложению в жидкости для гидроразрыва на водной основе или во флюиде скважины, например, волокна из полимолочной кислоты (PLA), полигликолевой кислоты (PGA), поливинилового спирта (PVOH) и др. Растворимые, разлагаемые или эродируемые волокна могут быть получены из материала или покрыты материалом, который становится адгезивным при температурах подземного пласта. Растворимые, разлагаемые или эродируемые волокна, используемые в одном из вариантов реализации, могут иметь длину до 2 мм при диаметре 10-200 мкм, в соответствии с главным условием, что отношение между любыми двумя из трех размеров должно быть больше 5 к 1. В другом варианте реализации растворимые, разлагаемые или эродируемые волокна могут иметь длину более 1 мм, например, 1-30 мм, 2-25 мм или 3-18 мм, например, примерно 6 мм; и они могут иметь диаметр 5-100 мкм и/или примерно 0,1-20 денье, предпочтительно примерно 0,15-6 денье. Указанные растворимые, разлагаемые или эродируемые волокна предназначены для улучшения способности расклинивающего агента к переносу в жидкости для обработки приствольной зоны при сниженном содержании полимеров для увеличения вязкости жидкости или поверхностно-активных веществ. Поперечное сечение растворимого, разлагаемого или эродируемого волокна не обязательно должно быть круглым, и волокна не обязательно должны быть прямыми. При использовании фибриллированных растворимых, разлагаемых или эродируемых волокон диаметр отдельных фибрилл может быть гораздо меньше, чем вышеуказанный диаметр волокна.

ДИАПАЗОНЫ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА И СВОЙСТВА

[104] Варианты реализации агрегирующих композиций согласно настоящему изобретению содержат:

от примерно 5 масс. % до примерно 95 масс. % агрегирующих соединений согласно настоящему изобретению.

[105] В некоторых вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению содержат:

от примерно 10 масс. % до примерно 90 масс. % агрегирующих соединений согласно настоящему изобретению.

[106] В других вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению содержат:

от примерно 20 масс. % до примерно 80 масс. % агрегирующих соединений согласно настоящему изобретению.

[107] В других вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению содержат:

от примерно 30 масс. % до примерно 70 масс. % агрегирующих соединений согласно настоящему изобретению.

[108] В других вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению содержат:

от примерно 40 масс. % до примерно 60 масс. % агрегирующих соединений согласно настоящему изобретению.

[109] В других вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению дополнительно содержат:

от примерно 5 масс. % до примерно 50 масс. % носителя,

где массовый процент увеличивать общее значение до более 100 массовых процентов.

[110] В других вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению дополнительно содержат:

от примерно 10 масс. % до примерно 40 масс. % носителя,

где массовый процент увеличивать общее значение до более 100 массовых процентов.

[111] В других вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению дополнительно содержат:

от примерно 10 масс. % до примерно 30 масс. % носителя,

где массовый процент увеличивать общее значение до более 100 массовых процентов.

[112] В других вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению дополнительно содержат:

от примерно 10 масс. % до примерно 25 масс. % носителя,

где массовый процент увеличивать общее значение до более 100 массовых процентов.

[113] В других вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению дополнительно содержат:

от примерно 1 масс. % до примерно 30 масс. % глима,

где массовый процент увеличивать общее значение до более 100 массовых процентов.

[114] В других вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению дополнительно содержат:

от примерно 1 масс. % до примерно 25 масс. % глима,

где массовый процент увеличивать общее значение до более 100 массовых процентов.

[115] В других вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению дополнительно содержат:

от примерно 1 масс. % до примерно 20 масс. % глима,

где массовый процент увеличивать общее значение до более 100 массовых процентов.

[116] В других вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению дополнительно содержат:

от около 1 масс. % до около 20 масс. % этоксилированного спирта, имеющего значение ГЛБ от примерно 6 до примерно 10,

где массовый процент увеличивать общее значение до более 100 массовых процентов.

[117] В других вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению дополнительно содержат:

от около 1 масс. % до около 10 масс. % этоксилированного спирта, имеющего значение ГЛБ от примерно 6 до примерно 10,

где массовый процент увеличивать общее значение до более 100 массовых процентов.

[118] В других вариантах реализации агрегирующие композиции согласно настоящему изобретению дополнительно содержат:

от около 1 масс. % до около 8 масс. % этоксилированного спирта, имеющего значение ГЛБ от примерно 6 до примерно 10,

где массовый процент увеличивать общее значение до более 100 массовых процентов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Продукты реакции с кислотными гидроксилсодержащими соединениями и/или кислотами Льюиса

[119] В следующих примерах представлены агрегирующие композиции, содержащие (а) продукты реакции между аминами и кислотными гидроксилсодержащими соединениями и/или кислотами Льюиса, или их смеси и комбинации, (b) продукты реакции полиаминов и кислотных гидроксилсодержащих соединений и/или кислот Льюиса, или их смеси и комбинации, (с) продукты реакции полимерных аминов и кислотных гидроксилсодержащих соединений и/или кислот Льюиса, или их смеси и комбинации, (d) поперечно-сшитые продукты реакции, (е) продукты реакции аминов и эпоксисодержащих соединений, (f) продукты реакции между продуктами реакции амина и эпоксида с кислотными гидроксилсодержащими соединениями и/или кислотами Льюиса, или их смеси и комбинации, (е) их смеси или комбинации.

Пример 1 - АС1

[120] 92,00 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков), 46,00 г гликолевого эфира ЕВ и 46,00 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 16,22 г 50 масс. % водного раствора лимонной кислоты и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС1, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[121] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,02 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,43 г АС1. АС1 постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. Затем обработанную композицию песка перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость. К песку, агломерированному с помощью АС1, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС1, был бежевого цвета, и при переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС1, медленно опускался в виде единого целого.

Пример 2 - АС2

[122] 92,12 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков), 22,77 г метанола и 46,00 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. В то же время 10 г борной кислоты растворяли в 101,7 г метанола с получением 9,0 масс. % раствора борной кислоты в метаноле. Затем в пластиковом шприце взвешивали 25,89 г 9,0 масс. % раствора борной кислоты и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС2, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[123] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,04 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,45 г АС2. АС2 постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo.

[124] В конечном итоге воронка исчезала, песок загустевал и опускался на дно стакана в процессе перемешивания. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость. К песку, агломерированному с помощью АС2, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС2, был бежевого цвета, и при переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС2, медленно опускался в виде единого целого.

Пример 3 - АС3

[125] 92,03 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков), 58,03 г метанола и 34,02 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 18,87 г 40 масс. % водного раствора аминоэтилэтаноламин-трис(метиленфосфоновой кислоты) и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС3, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[126] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,04 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,56 г АС3. АС3 постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo.

[127] В конечном итоге воронка исчезала, песок загустевал и падал на дно стакана в процессе перемешивания. Затем смесь перемешивали еще 60 секунд и декантировали жидкость. К песку, агломерированному с помощью АС3, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС3, был бежевым. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС3, медленно опускался и представлял собой единое целое.

Пример 4 - АС4

[128] 92,05 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков), 46,32 г метанола и 46,32 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 23,59 г 48% водного раствора диэтилентриамин-пента(метиленфосфоновой кислоты) и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС4, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[129] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,03 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,47 г АС4. АС4 постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo.

[130] В конечном итоге воронка исчезала, песок загустевал и падал на дно стакана в процессе перемешивания. Затем композицию перемешивали еще 60 секунд и декантировали жидкость. К песку, агломерированному с помощью АС4, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 секунд и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС4, был бежевым. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС4, медленно опускался и представлял собой единое целое.

Пример 5 - АС5

[131] 40,04 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков), 70,11 г РАР-220, 40,94 г метанола и 40,19 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 23,50 г 5 М водного раствора ZnCl₂ и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт обозначали АС5.

[132] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,00 г песка 20/40. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,4 г АС5. Смесь постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора ZnCl₂, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость. К песку, агломерированному с помощью АС5, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора ZnCl₂, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза.

Сравнительный пример 1 - СЕ1

[133] 40,02 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков), 70,08 г РАР-220, 42,84 г метанола и 40,44 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 16,04 г Alpha 2240 и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт обозначали СЕ1.

[134] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,0 г песка 20/40. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,4 г СЕ1. Смесь постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. Затем композицию перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость. К песку, агломерированному с помощью СЕ1, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза.

Пример 6 - Испытание силы вдавливания

[135] Силу вдавливания в ньютонах промытого агломерированного песка 20/40 измеряли с помощью испытательного стенда с ручным маховиком Shimpo модели FGS-100Н, оснащенного расширительным программным обеспечением для Excel Toriemon USB. Скорость отбора образцов составляла 10 раз в секунду. Первоначальная сила составляла 0,25 Н. Для регулирования скорости вращения маховика на уровне 60 уд./мин. использовали программное обеспечение TempoPerfect Metroneme. Результаты испытания представлены в таблице 1.

[136] Сила вдавливания для примера 5 (АС5) была более чем в два раза выше силы для сравнительного примера (СЕ1).

Пример 7 - АС7

[137] 92,03 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков), 46,03 г метанола и 46,03 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 14,76 г дикислоты 1550 производства компании Westvaco и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС7, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[138] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,06 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,44 г АС7. АС7 постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. В конечном итоге воронка исчезала, песок загустевал и падал на дно стакана в процессе перемешивания. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость. К песку, агломерированному с помощью АС7, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС7, был бежевым. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС7, медленно опускался и представлял собой единое целое.

Пример 8 - АС8

[139] 92,03 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков), 7,62 г Dowanol ЕВ и 46,17 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. В то же время растворяли 29,17 г Tenax 2010 в гливолевом эфире ЕВ с получением 28,28 масс. % раствора Tenax 2010 в Dowanol ЕВ. Затем в пластиковом шприце взвешивали 53,75 г 28,28 масс. % раствора Tenax 2010 в Dowanol ЕВ и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС8, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[140] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,03 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,45 г АС8. АС8 постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. В конечном итоге воронка исчезала, песок загустевал и падал на дно стакана в процессе перемешивания. Смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость. К песку, агломерированному с помощью АС8, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 секунд и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС8, был бежевым без выраженного запаха. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС8, медленно опускался и представлял собой единое целое.

Пример 9 - АС9

[141] 92,02 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков), 37,81 г метанола и 46,01 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. В то же время 30,00 г малеиновой кислоты растворяли в 50,09 г метанола с получением 37,46 масс. % раствора малеиновой кислоты в метаноле. Затем в пластиковом шприце взвешивали 13,12 г 37,46 масс. % раствора малеиновой кислоты в метаноле и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС9, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[142] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,09 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,46 г АС9. АС9 постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. В конечном итоге воронка исчезала, песок загустевал и падал на дно стакана в процессе перемешивания. Смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость. К песку, агломерированному с помощью АС9, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС9, был бежевым. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС9, медленно опускался и представлял собой единое целое.

Пример 10 - АС10

[143] 92,05 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков) и 46,40 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. В то же время 13,03 г янтарной кислоты растворяли в 139,25 г метанола с получением 8,56 масс. % раствора янтарной кислоты в метаноле. Затем в пластиковом шприце взвешивали 53,18 г 8,56 масс. % раствора янтарной кислоты в метаноле и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС10, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета с минимальным запахом.

[144] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,09 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,46 г АС10. Смесь постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. В конечном итоге воронка исчезала, песок загустевал и падал на дно стакана в процессе перемешивания. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость. К агломерированному песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС10, был бежевым. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС10, медленно опускался и представлял собой единое целое.

Пример 11 - АС11

[145] 92,04 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков) и 46,40 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. В то же время 13,08 г адипиновой кислоты растворяли в 140,11 г метанола с получением 8,53 масс. % раствора адипиновой кислоты в метаноле. Затем в пластиковом шприце взвешивали 72,28 г 8,53 масс. % раствора адипиновой кислоты в метаноле и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС11, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[146] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,01 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,42 г АС11. Смесь постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. Воронка исчезала после добавления 7 мл смеси Reilline 400 и адипиновой кислоты, и песок оседал на дно стакана в процессе перемешивания. Затем композицию перемешивали еще 60 секунд и декантировали жидкость. К песку, агломерированному с помощью АС11, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС11, был бежевым. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС11, медленно опускался и представлял собой единое целое.

Пример 12 - АС12

[147] 92,01 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков), 25,58 г метанола и 46,02 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. В то же время 25,60 г трикарбаллилловой кислоты растворяли в 70,44 г метанола с получением 26,65 масс. % раствора карбаллиловой кислоты в метаноле. Затем в пластиковом шприце взвешивали 27,91 г 26,65 масс. % раствора карбаллиловой кислоты в метаноле и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС12, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета со сладким запахом.

[148] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,05 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,43 г АС12. Смесь постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. Воронка исчезала после добавления 5 мл продукта реакции Reilline 400 и карбаллиловой кислоты в метаноле и этиленгликоле, и песок оседал на дно стакана после добавления 5 мл продукта реакции Reilline 400 и карбаллиловой кислоты в процессе перемешивания. Затем композицию перемешивали еще 60 секунд и декантировали жидкость. К песку, агломерированному с помощью АС12, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС12, был бежевым. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС12, медленно опускался и представлял собой единое целое.

Пример 13 - АС13

[149] 92,05 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков), 35,89 г метанола и 46,00 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. В то же время растворяли 14,19 г моногидрата п-толуолсульфоновой кислоты в 18,04 г метанола с получением 44,03 масс. % раствора моногидрата п-толуолсульфоновой кислоты в метаноле. Затем в пластиковом шприце взвешивали 18,28 г 44,03 масс. % раствора моногидрата п-толуолсульфоновой кислоты в метаноле и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС13, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[150] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,04 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,43 г АС13. Смесь постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. Вскоре воронка исчезала, и песок оседал на дно стакана в процессе перемешивания. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость. К песку, агломерированному с помощью АС13, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС13, был бежевым. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС13, медленно опускался и представлял собой единое целое.

Пример 14 - АС14

[151] 92,05 г Reilline 400 (гомополимера 4-этенилпиридина, имеющегося в продаже у компании Vertellus Specialties Inc. и других поставщиков), 43,36 г метанола и 46,03 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. В то же время 21,72 г ледяной уксусной кислоты растворяли в 21,74 г метанола с получением 49,98 масс. % раствора ледяной уксусной кислоты в метаноле. Затем в пластиковом шприце взвешивали 5,08 г 49,98 масс. % раствора ледяной уксусной кислоты в метаноле и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС14, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[152] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,03 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,41 г АС14. АС14 постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. Вскоре воронка исчезала, и песок оседал на дно стакана в процессе перемешивания. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость.

[153] К песку, агломерированному с помощью АС14, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС14, был бежевым. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС14, медленно опускался и представлял собой единое целое.

Пример 15 - АС15

[154] 92,03 г НАР-310 производства компании Vertellus Specialties Inc., 46,21 г гликолевого эфира Dowanol DPM и 46,05 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 16,24 г 50,0 масс. % водного раствора лимонной кислоты и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС15, представлял собой черную непрозрачную жидкость.

[155] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,08 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,45 г АС15. АС15 постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. Воронка исчезала после добавления 5,45 г АС 15, и песок оседал в процессе перемешивания. При перемешивании добавляли остальные 10 г АС15. Затем композицию перемешивали еще 60 секунд и декантировали жидкость.

[156] К песку, агломерированному с помощью АС15, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 секунд и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС15, был черным с сильным запахом алкилпиридина. На следующий день при переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС 15, медленно опускался как единое целое.

Пример 16 - АС16

[157] 92,06 г НАР-310 производства компании Vertellus Specialties Inc., 37,85 г метанола и 46,00 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Вязкость НАР-310, измеренная с помощью вискозиметра Brookfield DV-II Pro, оснащенного небольшим пробоотборником, баней с циркуляцией и шпинделем S-34, составляла 6899 сП при 25°С. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. В то же время 30,06 г малеиновой кислоты растворяли в 50,05 г метанола с получением 37,52 масс. % раствора малеиновой кислоты в метаноле. Затем в пластиковом шприце взвешивали 13,09 г 37,5 масс. % водного раствора малеинового ангидрида и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС16, представлял собой черную непрозрачную жидкость.

[158] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,00 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,48 г АС16. АС16 постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. Воронка исчезала после добавления 4,26 г АС16 в процессе перемешивания. При перемешивании добавляли остальные 11,22 г АС16. Затем смесь перемешивали еще 60 секунд и декантировали жидкость.

[159] К песку, агломерированному с помощью АС16, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 секунд и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС16, был черным. При переворачивании флакона на следующей день, песок, агломерированный с помощью АС16, медленно оседал в виде одного куска, затем распадался на два куска.

Пример 17 - АС17

[160] 92,06 г НАР-310 производства компании Vertellus Specialties Inc., 46,75 г гликолевого эфира Dowanol DPM и 46,00 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Вязкость НАР-310, измеренная с помощью вискозиметра Brookfield DV-II Pro, оснащенного небольшим пробоотборником, баней с циркуляцией и шпинделем S-34, составляла 6899 сП при 25°С. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 14,84 г дикислоты 1550 производства компании Westvaco и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС 17, представлял собой черную непрозрачную жидкость с сильным запахом алкилпиридина.

[161] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,00 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,48 г АС17. АС17 постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. Воронка исчезала после добавления 5,02 г АС17. При перемешивании добавляли остальные 10,46 г АС17. Затем смесь перемешивали еще 60 секунд и декантировали жидкость.

[162] К песку, агломерированному с помощью АС17, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 секунд и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС17, был черным. При переворачивании флакона на следующей день, песок, агломерированный с помощью АС 17, медленно оседал в виде одного куска, затем распадался на два куска, и каждый кусок рассыпался.

Пример 18 - АС18

[163] 46,02 г НАР-310 и 46,03 г РАР-220 производства компании Vertellus Specialties Inc., 46,38 г метанола и 46,22 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 14,80 г дики слоты 1550 производства компании Westvaco и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный АС18, представлял собой черную непрозрачную жидкость.

[164] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,06 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,48 г АС18. АС18 постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. Воронка исчезала после добавления 2,54 г АС18 в процессе перемешивания. Затем добавляли остальные 12,94 г АС18. Затем смесь перемешивали еще 60 секунд и декантировали жидкость.

[165] К песку, агломерированному с помощью АС18, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 секунд и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью АС18, был черным. На следующий день при переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АС18, медленно опускался как единое целое, затем рассыпался.

Сравнительный пример 2 - СЕ2

[166] 92,05 г НАР-310 производства компании Vertellus Specialties Inc., 46,03 г метанола и 46,07 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Вязкость НАР-310, измеренная с помощью вискозиметра Brookfield DV-II Pro, оснащенного небольшим пробоотборником, баней с циркуляцией и шпинделем S-34, составляла 6899 сП при 25°С. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Органическую кислоту не добавляли. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный СЕ2, представлял собой черную непрозрачную жидкость.

[167] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,04 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,43 г СЕ2. СЕ2 постепенно добавляли в воронку из песка и 2 масс. % раствора KCl, которые перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. Воронка исчезала после добавления 6,4 г СЕ2, и песок оседал на 1/4 дюйма (0,64 см) в процессе перемешивания. При перемешивании добавляли остальные 9,03 г СЕ2. Затем композицию перемешивали еще 60 секунд и декантировали жидкость.

[168] К агломерированному песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 секунд и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. При последнем промывании содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. Песок, агломерированный с помощью СЕ2, был черным. При переворачивании флакона на следующей день, песок, агломерированный с помощью СЕ2, медленно оседал в виде одного куска, затем распадался на два куска, и затем каждый кусок рассыпался.

Пример 19 - Сравнительное испытание вдавливания

[169] Силу вдавливания (г) измеряли при 25°С с помощью анализатора ТА HD Plus Texture производства компании Texture Technologies Corp. Испытательным режимом было вдавливание, скорость до испытания составляла 3,0 мм/с, экспериментальная скорость составляла 2,0 мм/с, скорость после испытания составляла 10 мм/с, измеряемым параметром было расстояние, расстояние составляло 10,0 мм, и усилие включения составляло 5,0 г. 2 мас. % раствор KCl декантировали, и каждый агломерированный песок с размером частиц 100 меш переносили в форму или емкость, где его прессовали при давлении 500 футо-фунтов (69 кгс*м) с помощью пресса Carver. Для каждого образца получали четыре значения вдавливания, которые затем усредняли. Результаты испытания представлены в таблице 2.

[170] СЕ2 агломерировали без органической кислоты или фосфатного сложного эфира. Алкилпиридины в СЕ2 протонированы водой на стадиях промывания и декантации 2 масс. % раствором KCl. АС15 и АС16 протонированы органической кислотой. При протонировании органической кислотой наблюдали более высокую силу вдавливания.

Эпокси-модифицированные амины

Пример 20 - АЕ1

[171] В лабораторном стакане смешивали 33 г аминоэтилпиперазина, 50 г диглицидилового эфира бисфенола А и 150 г метанола и перемешивали при 300 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo в течение ночи, и обозначали эпокси-модифицированный аминный продукт реакции АЕ1.

[172] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время 14 мл АЕ1 постепенно добавляли в воронку из перемешиваемого песка в 2 масс. % растворе KCl, который перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. При добавлении АЕ1 к песку в растворе KCl воронка исчезала. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость с песка.

[173] К песку, агломерированному с помощью АЕ1, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. На последней стадии промывания содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АЕ1, медленно опускался в виде одного или двух кусков, в отличие от необработанного песка, которые оседал в виде отдельных песчинок.

Пример 21 - АЕ2

[174] В колбу помещали 50 г РАР 220, 30 г диглицидилового эфира бисфенола А и 25 г RhodiaSolv IRIS, закрывали и помещали на водяную баню при 180°F (82°С) на ночь. Затем реакционную смесь переносили в лабораторный стакан, в который добавляли 80 г метанола и 80 г этиленгликоля, и перемешивали смесь при 300 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. К смеси медленно добавляли 4 г фосфатного сложного эфира и продолжали перемешивание в течение 1 часа, и обозначали продукт реакции АЕ2.

[175] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время 14 мл АЕ2 постепенно добавляли в воронку из перемешиваемого песка в 2 масс. % растворе KCl, который перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. При добавлении АЕ2 к песку в растворе KCl воронка исчезала. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость с песка.

[176] К песку, агломерированному с помощью АЕ2, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. На последней стадии промывания содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АЕ2, медленно опускался и представлял собой единое целое, в отличие от необработанного песка, которые оседал в виде отдельных песчинок.

Пример 22 - АЕ3

[177] В лабораторный стакан добавляли 25 г АЕ1 и 25 г этиленгликоля и перемешивали смесь при 300 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. Затем медленно добавляли 4 г фосфатного сложного эфира и продолжали перемешивание в течение 1 часа (АЕ3).

[178] В лабораторном стакане объемом 250 мл взвешивали 50 г песка с размером частиц 20/40 меш. К песку добавляли 50 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время 3,5 мл АЕ3 постепенно добавляли в воронку из перемешиваемого песка в 2 масс. % растворе KCl, который перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. При добавлении АЕ3 к песку в растворе KCl воронка исчезала. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость с песка.

[179] К песку, агломерированному с помощью АЕ3, добавляли 50 мл 2 масс. % раствора KCl , перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. На последней стадии промывания содержимое выливали во флакон объемом 8 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью АЕ3, медленно опускался и представлял собой единое целое, в отличие от необработанного песка, которые оседал в виде отдельных песчинок.

[180] В следующих примерах представлены агрегирующие композиции, содержащие (а) полимеры, содержащие N-оксидные мономерные звенья, (b) полимеры, содержащие продукты реакции N-оксидных мономерных звеньев и кислот Льюиса, (с) поперечно-сшитые полимеры, содержащие N-оксидные мономерные звенья, и (d) их смеси или комбинации.

Полимеры и олигомеры, содержащие N-оксидные группы и четвертичные группы

[181] В следующих примерах представлены агрегирующие композиции, содержащие (а) полимеры, содержащие N-оксидные мономерные звенья, (b) полимеры, содержащие продукты реакции N-оксидных мономерных звеньев и кислот Льюиса, (с) поперечно-сшитые полимеры, содержащие N-оксидные мономерные звенья, и (d) их смеси или комбинации.

Пример 23 - Р1

[182] 92,03 г 25 масс. % раствора поли-4-винилпиридина, частично окисленного на 15%, 46,11 г гликолевого эфира ЕВ и 46,19 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Степень окисления частично окисленного на 15% поли-4-винилпиридина измеряли с помощью ЯМР. Концентрацию частично окисленного на 15% поли-4-винилпиридина измеряли с помощью термогравиметрического анализа (ТГА). Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 18,65 г фосфатированого DA-6 производства компании Manufacturing Chemicals LLC и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение 90 минут. Готовый продукт, обозначенный Р1, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[183] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,00 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 18,71 г Р1, а затем постепенно добавляли его в воронку из перемешиваемого песка в 2 масс. % растворе KCl, который перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. При добавлении Р1 к песку в растворе KCl воронка исчезала. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость с песка. К песку, агломерированному с помощью Р1, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. На последней стадии промывания содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью Р1, медленно опускался и представлял собой единое целое. Песок, агломерированный с помощью Р1, был бежевым и рыхлым. Песок, агломерированный с помощью Р1, образовывал пригодный для формования или повторного формования агломерат, которые легко менял форму в зависимости от скорости перемешивания или крутящего момента, действующего на песок, агломерированный с помощью Р1.

Пример 24 - Р2

[184] 165,61 г 25 масс. % раствора поли-4-винилпиридина, частично окисленного на 15%, 9,28 г гликолевого эфира ЕВ и 9,26 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 16,00 г Alpha 2240 производства компании Weatherford и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение 90 минут. Готовый продукт представлял собой прозрачную жидкость темно-янтарного цвета. Смесь обозначали Р2.

[185] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,01 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,41 г Р2. Р2 постепенно добавляли в воронку из песка в 2 масс. % растворе KCl, который перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. При добавлении Р2 к песку в водном растворе KCl воронка исчезала. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость. К песку, агломерированному с помощью Р2, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. На последней стадии промывания содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью Р2, медленно опускался и представлял собой единое целое. Песок, агломерированный с помощью Р2, представлял собой бежевый рыхлый песок и образовывал пригодный для формования или деформации агломерат, которые легко менял форму в зависимости от скорости перемешивания или крутящего момента, действующего на песок, агломерированный с помощью Р2.

Пример 25

[186] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200,02 г песка 20/40. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время в пластиковом шприце взвешивали 15,44 г Р2 и постепенно добавляли его в воронку из песка в 2 масс. % растворе KCl, который перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. При добавлении Р2 к песку в водном растворе KCl воронка исчезала. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость.

[187] К песку, агломерированному с помощью Р2, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. На последней стадии промывания содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью Р2, медленно опускался и представлял собой единое целое. Песок, агломерированный с помощью Р2, представлял собой бежевый рыхлый песок и образовывал пригодный для формования или деформации агломерат, которые легко менял форму в зависимости от скорости перемешивания или крутящего момента, действующего на песок, агломерированный с помощью Р2.

Пример 26 - Р3

[188] 165,64 г 25 масс. % раствора поли-4-винилпиридина, частично окисленного на 29%, 9,37 г гликолевого эфира ЕВ и 10,11 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Степень окисления частично окисленного на 29% поли-4-винилпиридина измеряли с помощью ЯМР. Концентрацию раствора частично окисленного на 29% поли-4-винилпиридина измеряли с помощью термогравиметрического анализа (ТГА). Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 16,03 г Alpha 2240 производства компании Lubrizol Oilfield Solutions и медленно вводили по стенке стакана. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный Р3, представлял собой прозрачную жидкость темно-янтарного цвета.

Пример 27 - Р4

[189] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время 14 мл 25 масс. % раствора частично окисленного на 15% поли-4-винилпиридина (Р4) постепенно добавляли в воронку из перемешиваемого песка в 2 масс. % растворе KCl, который перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. При добавлении указанного раствора к песку в растворе KCl воронка исчезала. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость с песка. К песку, агломерированному с помощью Р4, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. На последней стадии промывания содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью Р4, медленно опускался и представлял собой единое целое, в отличие от необработанного песка, которые оседал в виде отдельных песчинок.

Пример 28 - Р5

[190] В лабораторном стакане объемом 400 мл взвешивали 200 г песка с размером частиц 100 меш. К песку добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl. В то же время 14 мл 25 масс. % раствора частично окисленного на 29% поли-4-винилпиридина (Р5) постепенно добавляли в воронку из перемешиваемого песка в 2 масс. % растворе KCl, который перемешивали при 450 об./мин. с помощью верхней мешалки Calframo. При добавлении Р5 к песку в растворе KCl воронка исчезала. Затем смесь перемешивали еще 60 с и декантировали жидкость с песка. К песку, агломерированному с помощью Р5, добавляли 200 мл 2 масс. % раствора KCl, перемешивали в течение 60 с и декантировали жидкость. Указанную стадию промывания повторяли еще два раза. На последней стадии промывания содержимое выливали во флакон объемом 16 унций (473 мл), заливали дополнительным количеством 2 масс. % раствора KCl и закрывали крышкой. При переворачивании флакона песок, агломерированный с помощью Р5, медленно опускался и представлял собой единое целое, в отличие от необработанного песка, которые оседал в виде отдельных песчинок.

Смолы и сшивающие агенты

[191] Пример 29 - R1.

[192] 120 г гомополимера 4-этенилпиридина, 33 г диметил-2-метилглутарата и 33 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 6,5 г уксусной кислоты и медленно вводили в стакан. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный 1R, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[193] Пример 30 - R2

[194] К 9,5 г R1 добавляли 0,5 г фенольной резольной смолы с смешивали в колбе до образования однородного раствора. Готовый продукт, обозначенный R2, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[195] Пример 31 - Измерение прочности на сжатие

[196] Агломерировали 25 г песка с размером частиц 100 меш, используя 5 мл R2 в 50 мл 2% растворе KCl, затем 1 раз промывали, используя 50 мл 2% KCl. Затем 20 г полученного образца помещали в цементную форму размером 1 дюйм (2,56 см) и прессовали до 500 фунт/кв. дюйм (3,45 МПа) с получением однородного образца. Полученный образец погружали в 2% раствор KCl, который помещали на водяную баню при 180°F (82°С) на 3 дня. Затем образец охлаждали до комнатной температуры, вынимали из формы и измеряли прочность на сжатие с помощью прибора TA-HDPlus компании Texture Technologies. Измеренная прочность на сжатие составляла 1100 фунт/кв.дюйм (0,78 МПа).

[197] Пример 32 - R3

[198] К 8,5 г раствора, имеющего такой же состав, как АС 16, добавляли 1,5 г диглицидилового эфира бисфенола А и встряхивали смесь до образования однородного раствора. Полученный продукт в виде темно-черного однородного раствора обозначали R3.

[199] Пример 33 - Измерение прочности на сжатие

[200] Затем 40 г песка с размером частиц 100 меш в 40 мл 2% раствора KCl агломерировали, используя 2,8 мл R3, затем 3 раза промывали, используя 40 мл 2% раствора KCl. Затем 20 г полученного образца помещали в цементную форму размером 1 дюйм (2,56 см) и прессовали до 500 фунт/кв. дюйм (3,45 МПа) с получением однородного образца. Полученный образец погружали в 2% раствор KC1, который помещали на водяную баню при 180°F (82°С) на 1 день. Затем образец вынимали из формы и сразу измеряли прочность на сжатие. Измеренная прочность на сжатие составляла 546 фунт/кв.дюйм (0,78 МПа).

[201] Пример 34 - R4

[202] 92 г гомополимера 4-этенилпиридина, 46 г гликолевого эфира и 46 г этиленгликоля взвешивали в лабораторном стакане объемом 400 мл. Указанные компоненты перемешивали с помощью верхней мешалки Calframo в течение 10 минут при 300 об./мин. Затем в пластиковом шприце взвешивали 2,2 г уксусной кислоты и медленно вводили в стакан. Смесь перемешивали в течение еще 90 минут. Готовый продукт, обозначенный R4, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[203] Пример 35 - R5

[204] К 9,75 г R4 добавляли 0,25 г 1,6-дибромгексана и встряхивали смесь до образования однородного раствора. Готовый продукт, обозначенный R5, представлял собой прозрачную жидкость янтарного цвета.

[205] Пример 36 -

[206] Агломерировали 25 г песка с размером частиц 100 меш, используя 5 мл R5 в 50 мл 2% растворе KCl, затем 1 раз промывали, используя 50 мл 2% KCl. Затем 20 г полученного образца помещали в цементную форму размером 1 дюйм (2,56 см) и прессовали до 500 фунт/кв. дюйм (3,45 МПа) с получением однородного образца. Полученный образец погружали в 2% раствор KCl, который помещали на водяную баню при 180°F (82°С) на 1 день. Затем образец вынимали из формы и сразу измеряли прочность на сжатие. Измеренная прочность на сжатие составляла 113 фунт/кв. дюйм (0,78 МПа).

[207] Все ссылки, цитируемые в настоящем документе, включены посредством ссылки. Несмотря на то, что настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты его реализации, специалисты в данной области техники при прочтении настоящего описания могут увидеть изменения и модификации, которые могут быть сделаны без отклонения от общей идеи и объема настоящего изобретения, описанного выше и заявленного далее.

1. Агрегирующая композиция, содержащая:

продукты реакции:

(а) по меньшей мере одного амина, имеющего общую формулу R¹R²NH, R¹R²R³N, или их смеси и комбинации, где R¹, R² и R³ независимо представляют собой атом водорода или углеводородную группу, содержащую от примерно 1 до 40 атомов углерода и необходимое количество атомов водорода для заполнения валентности, и при этом один или более атомов углерода могут быть заменены одним или более гетероатомами, выбранными из группы, состоящей из бора, азота, кислорода, фосфора, серы или их смесей или комбинаций, и при этом один или более атомов водорода могут быть замещены одним или более одновалентными атомами, выбранными из группы, состоящей из фтора, хлора, брома, йода или их смесей, или комбинаций, и

(b) по меньшей мере одного соединения, способного взаимодействовать с амином, выбранного из (1) серной кислоты, соляной кислоты, бромистоводородной кислоты, азотной кислоты, борной кислоты, моно-, ди- и полимерных карбоновых кислот, содержащих от 1 до 40 атомов углерода, и их смесей и комбинаций, или (2) по меньшей мере одной кислоты Льюиса, содержащей соединение металла и их смесь или комбинацию, где металл выбран из группы, состоящей из металлов 2-17 групп, и их смесей или комбинаций,

причем указанная композиция образует частичное, по существу сплошное и/или сплошное покрытие на поверхностях твердых материалов, модифицируя, преобразуя и/или изменяя способность к агрегации и/или дзета-потенциал твердых материалов, так что твердые материалы с указанным покрытием имеют улучшенные характеристики самоагрегации.

2. Композиция по п. 1, дополнительно содержащая:

по меньшей мере один из полиглицидиловых эфиров, галогенуглеводородов, бисфенола A, полиизоцианатов, диацилазидов, цианурхлорида, дикислот, поликислот, имидилированных ди- и поликарбоновоых кислот, ангидридов, карбонатов, полиэпоксидов, полиальдегидов, полиизотиоцианатов, поливинилсульфонов, силановых сшивающих соединений или их смеси или комбинации.

3. Композиция по п. 2, в которой глицидиловый эфир или диглицидиловый эфир выбраны из диглицидилового эфира бисфенола A, бутилглицидилового эфира, C₈-C₁₀ глицидилового эфира, C₁₂-C₁₄ глицидилового эфира и их смесей или комбинаций.

4. Композиция по п. 1, дополнительно содержащая:

продукт реакции аминов, полиаминов и/или аминных полимеров и фосфорсодержащих соединений.

5. Композиция по п. 1, в которой указанный твердый материал выбран из группы, состоящей из природных или синтетических оксидов металлов и/или керамических материалов, металлов, сланца, пластиков, полимерных твердых частиц, твердых материалов, полученных из растений, и их смесей или комбинаций.

6. Композиция по п. 1, в которой указанные продукты реакции дополнительно содержат смолу.

7. Композиция по п. 6, в которой смола содержит по меньшей мере одну из двухкомпонентных эпоксидных смол, новолачных смол, полиэпоксидных смол, фенолоальдегидных смол, мочевиноальдегидных смол, уретановых смол, фенольных смол, фурановых смол, смол на основе фурана/фурфурилового спирта, фенольных/латексных смол, фенолоформальдегидных смол, сложных полиэфирных смол и их гибридов и сополимеров, цианатных сложных эфиров, полиуретановых смол и их гибридов и сополимеров, акрилатных смол и их смесей.

8. Композиция по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере одно соединение, повышающее клейкость, или гидрофобно модифицированное соединение.

9. Композиция по п. 1, в которой указанное соединение, способное взаимодействовать с амином, дополнительно содержит по меньшей мере одно фосфатсодержащее соединение или множество фосфатсодержащих соединений, в сочетании с одним из других соединений, способных взаимодействовать с амином.

10. Способ изменения агрегирующего потенциала или способности твердого материала к агрегации, включающий стадию приведения твердого материала в контакт с композицией по п. 1.