产生具有低结垢倾向的海水基高温粘弹性表面活性剂流体的方法和组合物专利检索-结垢燃烧器和锅炉专利检索查询-专利查询网

产生具有低 结垢倾向的海 水基高温粘弹性表面活性剂 流体的方法和组合物

阅读：729发布：2020-05-11

专利汇可以提供产生具有低结垢倾向的海水基高温粘弹性表面活性剂流体的方法和组合物专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开的实施例针对产生粘弹性表面活性剂 (VES) 流体的方法，所述VES流体包含脱硫海水。产生所述VES流体的所述方法包含将碱土金属卤化物添加到海水中以产生硫酸盐沉淀物。所述方法另外包含去除所述硫酸盐沉淀物以产生所述脱硫水。所述方法另外包含将VES和纳米颗粒粘度调节剂或聚合物调节剂中的一种或多种添加到所述脱硫海水中。其它实施例针对在高于250℉的温度下维持大于10cP的粘度的VES流体。，下面是产生具有低结垢倾向的海水基高温粘弹性表面活性剂流体的方法和组合物专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种产生包含脱硫海水的粘弹性表面活性剂流体的方法，所述方法包含：
将碱土金属卤化物添加到海水中以产生硫酸盐沉淀物；
去除所述硫酸盐沉淀物以产生所述脱硫海水；
将粘弹性表面活性剂和纳米颗粒粘度调节剂或聚合物粘度调节剂中的一种或多种添加到所述脱硫海水中以产生所述粘弹性表面活性剂流体，其中
所述粘弹性表面活性剂的通式为：
其中R1为具有17至29个碳原子的饱和或不饱和烃基，R2和R3各自独立地选自具有1至6个碳原子的直链或支链烷基或羟烷基，R4选自H、羟基、具有1至4个碳原子的烷基或羟烷基；
k为2至20的整数；m为1至20的整数；并且n为0至20的整数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱土金属卤化物包含一种或多种卤化钙或CaCl2。
3.根据权利要求1所述的方法，其另外包含将CaO添加到所述碱土金属卤化物中以产生硫酸盐沉淀物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘弹性表面活性剂流体包含0.1vol％至
20vol％的粘弹性表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物粘度调节剂的重均分子量为250,000g/mol至40,000,000g/mol，更优选地2,000,000g/mol至8,000,000g/mol。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘弹性表面活性剂流体包含0.001wt％至
5wt％的纳米颗粒粘度调节剂。
7.一种粘弹性表面活性剂流体，其包含：
包含以下通式的粘弹性表面活性剂：
其中R1为具有17至29个碳原子的饱和或不饱和烃基，R2和R3各自独立地选自具有1至6个碳原子的直链或支链烷基或羟烷基，R4选自H、羟基、具有1至4个碳原子的烷基或羟烷基；
k为2至20的整数；m为1至20的整数；并且n为0至20的整数；
至少一种包含0.1至500纳米的粒度的纳米颗粒粘度调节剂；
脱硫海水；和
至少一种稳定用钙盐。
8.根据权利要求7所述的粘弹性表面活性剂流体，其中所述粘弹性表面活性剂包含芥酸酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱。
9.根据权利要求7所述的粘弹性表面活性剂流体，其中所述粘弹性表面活性剂流体包含0.1vol％至20vol％的粘弹性表面活性剂。
10.根据权利要求7所述的粘弹性表面活性剂流体，其中所述粘弹性表面活性剂流体包含1wt％至50wt％的至少一种稳定用钙盐。
11.根据权利要求7所述的粘弹性表面活性剂流体，其中所述纳米颗粒粘度调节剂为非聚合的。
12.根据权利要求7所述的粘弹性表面活性剂流体，其中所述粘弹性表面活性剂流体包含0.001wt％至5wt％的纳米颗粒粘度调节剂。
13.根据权利要求7所述的粘弹性表面活性剂流体，其中所述粘弹性流体在高于或等于
300℉的温度下的粘度大于或等于10cP。
14.一种粘弹性表面活性剂流体，其包含：
包含以下通式的粘弹性表面活性剂：
其中R1为具有17至29个碳原子的饱和或不饱和烃基，R2和R3各自独立地选自具有1至6个碳原子的直链或支链烷基或羟烷基，R4选自H、羟基、具有1至4个碳原子的烷基或羟烷基；
k为2至20的整数；m为1至20的整数；并且n为0至20的整数；
至少一种重均分子量为250,000g/mol至40,000,000g/mol的聚合物粘度调节剂；
脱硫海水；和
至少一种稳定用钙盐。
15.根据权利要求14所述的粘弹性表面活性剂流体，其中所述聚合物粘度调节剂的重均分子量为2,000,000g/mol至8,000,000g/mol。

说明书全文

产生具有低 结垢倾向的海 水基高温粘弹性表面活性剂 流体的

方法和组合物

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2017年7月27日提交的美国申请第15/661,596号的优先权，所述申请的全部公开内容在此以引用的方式并入。

技术领域

[0003] 本公开涉及在流体注射操作中使用的流体。更具体地，本公开涉及在包括水力压裂操作的流体注射操作中使用的粘弹性表面活性剂流体。

背景技术

[0004] 粘弹性表面活性剂(VES)分子在溶液中形成细长的柔性蠕虫状胶束。这些蠕虫状胶束形成三维网络，导致水分子的运动受限，从而形成粘弹性凝胶。所得粘弹性凝胶也被称为VES流体，长期以来一直用于与烃井眼相关的流体注射操作，如压裂、完井、酸化、防砂和堵水。与其它处理流体相比，VES流体表现出优异的支撑剂悬浮、承载能力和非常低的地层损坏，使其有利于流体注射操作。

[0005] 在某些与烃井眼相关的操作条件下，淡水不容易供用于产生VES流体。举例来说，深海油钻井操作和一些沿海钻井操作获取淡水的途径有限，但是获取大量海水。在这种情况下，可期望用海水制备VES流体，而不是导入大量淡水。但是，由于存在不相容离子，所以用天然海水产生的流体用于注射操作中可能存在问题。

[0006] 海水含有与地层水(即井眼周围的地下水)不相容的离子。注射流体与地层水之间的不相容性可能导致井眼中和钻井设备上结垢。海水含有几种离子，包括但不限于钙、镁、钠、氯离子和硫酸根。地层水(井眼周围的水)通常含有钡(Ba)和锶(Sr)。海水的硫酸根浓度可大于4,000毫克/升(mg/L)。当常规的海水基VES流体在注水操作中使用时，海水中的硫酸根与地层水中的钡离子反应。此反应产生固体硫酸盐沉淀物，例如BaSO4、SrSO4或其组合。沉淀的硫酸盐可在井眼中和钻井设备上积聚；此积聚也被称为结垢。

[0007] 结垢可能导致井眼关闭并且缩短井眼寿命。目前的结垢解决方案涉及在发生结垢之后的处理。这些处理可增加操作成本并且永久降低井眼生产率。结垢修复不如防止结垢合乎期望。首先，修复技术可能损坏井眼并且永久降低井眼生产率并且缩短井眼寿命。其次，停止钻井操作以修复结垢损坏可能加剧结垢损坏。停止的井眼失去压力并且冷却下来，从而沉淀甚至更多的硫酸盐垢。因此，防止结垢对于在没有过多淡水的环境中操作有效井眼至关重要。

[0008] 另外，目前由海水制备的VES流体在大约250华氏度(℉)的最高温度下操作。在高于250℉的温度下，常规VES流体的粘度可降至低于10厘泊(cP)，从而失去设计功能。粘度低于10cP(在100秒-1的剪切速率下)的VES流体可不适于流体注射操作。发明内容

[0009] 因此，需要一种使用海水产生VES流体的方法，以防止结垢的发生。为了防止结垢的发生，本公开的实施例将海水脱硫，以用于产生用于流体注射操作的流体。此处，脱硫意指从水样中去除全部或部分硫酸根离子。脱硫海水可用于产生VES流体。用脱硫海水制备的VES流体具有相对低的硫酸根浓度，从而抑制BaSO4和SrSO4结垢的形成。

[0010] 本公开的实施例针对产生粘弹性表面活性剂(VES)流体的方法，VES流体包含脱硫海水。产生VES流体的方法包含将碱土金属卤化物添加到海水中以产生硫酸盐沉淀物。方法另外包含去除硫酸盐沉淀物以产生脱硫水。方法另外包含将VES和纳米颗粒粘度调节剂或聚合物粘度调节剂(如聚丙烯酰胺或丙烯酰胺共聚物粘度调节剂)中的一种或多种添加到脱硫海水中。

[0011] VES流体应维持至少高于约10cP的粘度，以适于流体注射操作。常规VES流体在高于250℉的温度下的粘度降低至低于10cP。需要包含海水的VES流体，其可在高于250℉、高于300℉或高于350℉的温度下维持高于约10cP的粘度。

[0012] 本公开的实施例还针对在高于250℉的温度下维持大于10cP的粘度的VES流体。VES流体可包含粘弹性表面活性剂、脱硫海水和至少一种稳定用钙盐。VES流体可另外包含纳米颗粒粘度调节剂或聚合物(如聚丙烯酰胺)粘度调节剂。

[0013] 所描述的实施例的额外的特征和优点将在下面的具体实施方式中予以阐述，并且部分地从那些描述中对本领域技术人员而言将变得显而易见，或者通过实践所描述的实施例(包括下面的具体实施方式、权利要求书以及附图)而被认识

附图说明

[0014] 图1为与地层水混合的天然海水和脱硫海水的四张照片的比较：(a)示出的溶液为已经在300℉下静置一天的80总体积百分比(vol％)的脱硫海水和20vol％的地层水；(b)示出的溶液为已经在300℉下静置一天的80vol％的天然海水和20vol％的地层水；(c)示出的溶液为已经在300℉下静置七天的总vol％为80百分比的脱硫天然海水和20vol％的地层水；(d)示出的溶液为已经在300℉下静置七天的总vol％为80百分比的天然海水和20vol％的地层水。

[0015] 图2为粘度-温度曲线的图形描述，其说明：(i)不具有纳米颗粒粘度调节剂或聚合物粘度调节剂的VES流体，和(ii)每千加仑(ppt)VES流体包含约79磅阴离子聚丙烯酰胺聚合物的VES流体。

[0016] 图式中阐述的实施例在本质上为说明性的，并且不旨在对权利要求书进行限制。此外，鉴于具体实施方式，图式的个别特征将更充分地显而易见和理解。

具体实施方式

[0017] 本公开的实施例针对用于与烃井眼相关的流体注射操作中的VES流体。流体注射操作包括对地下含油气地层的处理，如压裂、完井、酸化、防砂和堵水。本公开总体上涉及包含海水的VES流体以及其配制方法。本公开描述在高于250℉的温度下维持合适粘度的VES流体。在本公开的上下文中，合适粘度为大于或等于约10cP的粘度，如由标题为“《交联水基压裂流体粘性特性测定推荐做法(Recommended practices on measuring the viscous properties of a cross-linked water-based fracturing fluid)》”的美国石油学会推荐做法39(American Petroleum Institute Recommended Practice 39)(“API RP 39”)所测量。为了在被设计成模拟高温和高压地下储层地层中的那些条件的条件下测量VES流体样品的粘度，将52mL流体样品放置到Fann50型粘度计(如Grace M5600 HPHT流变仪)中。根据API RP 39计划并且在约400psi的氮气下，在井底温度下执行测试。井底温度是指测量时井眼中总深度处的温度。API RP 39计划由在100/秒的剪切速率下的连续流体剪切和当流体温度在井底温度的5℉以内时并且每30分钟周期性发生的在100、75、50、25、50、75和100/秒下的一系列剪切斜坡组成。

[0018] 在一个实施例中，方法可包括产生包含脱硫海水的粘弹性流体。方法可包含将碱土金属卤化物添加到海水中以产生硫酸盐沉淀物。方法可另外包含去除硫酸盐沉淀物以产生脱硫海水。方法可另外包含将粘弹性表面活性剂和纳米颗粒粘度调节剂或聚合物粘度调节剂中的一种或多种添加到脱硫海水中。粘弹性表面活性剂可具有通式(I)：

[0019]

[0020] 其中R1为具有17至29个碳原子的饱和或不饱和烃基，R2和R3各自独立地选自具有1至6个碳原子的直链或支链烷基或羟烷基，R4选自H、羟基、具有1至4个碳原子的烷基或羟烷基；k为2至20的整数；m为1至20的整数；并且n为0至20的整数。

[0021] 来自脱硫过程的溶液中残留的钙离子令人惊讶地使粘弹性表面活性剂三维胶束网络稳定，并且在高于或等于250℉的温度下维持至少10cP的合适粘度。

[0022] 在一个或多个实施例中，具有通式I的VES的R1为具有17至29个碳原子的饱和或不饱和烃基。在其它实施例中，R1为具有18至21个碳原子的饱和或不饱和烃基。R1可限于单一链长度或可为混合的链长度，如衍生自天然脂肪和油或石油原料的那些基团。天然脂肪和油或石油原料可包含牛油烷基、硬化牛油烷基、菜籽油烷基、硬化菜籽油烷基、妥尔油烷基、硬化妥尔油烷基、椰油烷基、油烯基、瓢儿菜基(erucyl)、大豆烷基或其组合。

[0023] 在一个实施例中，粘弹性表面活性剂的通式I的R2和R3各自独立地选自具有1至6个碳原子的直链或支链烷基或羟烷基，在其它实施例中具有1至4个碳原子的直链或支链烷基或羟烷基，并且在另一个实施例中具有1至3个碳原子的直链或支链烷基或羟烷基。R4选自H、羟基、具有1至4个碳原子的烷基或羟烷基，并且可选自甲基、乙基、羟乙基、羟基或甲基，但不限于此基团列表。

[0024] 通式I具有变量k、m和n。在一个实施例中，k为2至20的整数，在其它实施例中为2至12的整数，并且在另一个实施例中为2至4的整数。m为1至20的整数，在其它实施例中为1至
12的整数，在另一个实施例中为1至6的整数，并且在一些实施例中，m还可为1至3的整数。最后，n为0至20、0至12、或0至6的整数。在一些实施例中，n为0至1的整数。

[0025] 在一个实施例中，VES为芥酸酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱，可作为Armovis EHS商购，由阿克苏诺贝尔(Akzo Nobel)提供。预期在VES流体中各种量的VES。在一个或多个实施例中，按VES流体的总体积计，粘弹性表面活性剂流体包含0.1vol％至20vol％的粘弹性表面活性剂。在其它实施例中，粘弹性表面活性剂流体包含0.01vol％至30vol％；0.1vol％至25vol％；0.1vol％至10vol％；0.1vol％至5vol％；1vol％至10vol％；或1vol％至5vol％。

[0026] 粘弹性表面活性剂流体可另外包含脱硫海水和至少一种稳定用钙盐。粘弹性表面活性剂流体可另外包含纳米颗粒粘度调节剂或聚合物粘度调节剂中的一种或多种。纳米颗粒粘度调节剂的粒度可为0.1至500纳米(nm)。聚合物粘度调节剂含有聚丙烯酰胺或丙烯酰胺共聚物粘度调节剂，其重均分子量(MW)可为250,000克/摩尔(g/mol)至40,000,000g/mol。

[0027] 将碱土金属卤化物添加到海水中增加海水的钙浓度，并且将产生硫酸盐沉淀物。借助于非限制性实例，合适的碱土金属卤化物包括CaCl2、CaBr2或CaI2。在一个实施例中，按脱硫海水溶液的总重量计，添加碱土金属卤化物至5总重量百分比(wt％)至50wt％的最终浓度。在其它实施例中，按脱硫海水溶液的总重量计，可添加碱土金属卤化物至10wt％至
40％；10wt％至30wt％；20wt％至50wt％；或30wt％至40wt％的最终浓度。

[0028] 碱土金属卤化物通常在水中的溶解度高。举例来说，CaCl2在20℃水中的最大溶解度为745克每升(g/L)。相比之下，CaSO4在水中的溶解度相对较低。硫酸钙在20℃水中的最大溶解度为2.1g/L。CaCl2和CaSO4的相对溶解度意味着，当将足够的CaCl2添加到含有硫酸根离子的溶液中时，CaSO4将从溶液中脱落或沉淀。化学方程式1示出此化学反应。

[0029]

[0030] 比较CaCl2和CaSO4的相对溶解度的另一种方式为查看它们的溶解度表达式和溶解积常数。溶解积常数(Ksp)为溶解在水溶液中的物质的平衡常数。物质的Ksp越高，物质越易溶。Ksp可表达为饱和溶液中解离离子浓度的乘积。举例来说，CaSO4的Ksp可表达为Ksp＝[Ca2+ 2- 2+ 2-][SO4 ]，其中[Ca ]和[SO4 ]表示饱和时的离子浓度。

[0031] 在一个或多个实施例中，将CaO与碱土金属卤化物一起添加。添加的CaO增加海水的Ca2+浓度，因此沉淀出更多的CaSO4。CaO的解离也为放热反应；反应产生的热量也可用于促进钙离子的溶解。

[0032] 必须去除CaSO4沉淀物以产生脱硫水。在一个实施例中，通过过滤去除CaSO4沉淀物。在其它实施例中，通过过滤、离心、絮凝、附聚、凝结或聚结中的一种或多种去除CaSO4沉淀物。

[0033] 产生包含脱硫海水的粘弹性表面活性剂流体的方法可另外包含将VES和纳米颗粒粘度调节剂或聚合物调节剂(包括聚丙烯酰胺粘度调节剂)中的一种或多种添加到脱硫海水中。通常，VES流体在高于250℉的温度下分解并且失去粘度。VES流体为粘性的，因为整个流体中都具有三维VES胶束结构。在高于250℉的温度下，VES流体系统的动能增加到三维VES胶束网络失去热力学稳定性的程度。在实施例中，通式(I)的VES与纳米颗粒粘度调节剂或聚合物粘度调节剂中的一种或多种一起使三维VES胶束网络在高于250℉的温度下稳定。

[0034] 通过从海水中去除硫酸盐，水可用于VES流体的配制中，而没有结垢的成本和风险。通过将过量的碱土金属卤化物添加到海水中，溶液中的任何硫酸根将与钙缔合并且沉淀出来。此固体CaSO4一旦沉淀就可从水中去除。然后脱硫水可用于VES流体中，而在引入地层水中时不导致结垢。

[0035] 在与硫酸根的缔合反应中，并非所有添加到盐水中的钙都被消耗掉。过量的钙残留在溶液中。此氯化钙起到使VES稳定的第二功能。在高温下，由VES形成的蠕虫状胶束对碱土金属(如钙)更稳定。在不受理论限制的情况下，据信钙离子可加强三维胶束网络。

[0036] 粘弹性流体的粘度可随着所施加的应力或应变率或剪切速率而变化。在剪切变形的情况下，流体粘度随着剪切速率或剪切应力的增加而下降为非常常见的。此现象被称为“剪切稀化”。表面活性剂可引起流体中的粘弹性，并且可表现出剪切薄化行为。举例来说，当粘弹性流体穿过泵或者处于旋转钻头附近时，粘弹性流体处于更高的剪切速率环境中，并且粘度被降低，从而导致低摩擦压力并且节省泵送能量。当去除剪切应力时，流体恢复至更高的粘度条件，起到运输和放置支撑剂的作用。

[0037] 在高温下，流体中的分子平均动能增加，导致VES胶束结构和胶束之中吸引力的更多破坏。这可降低流体的总体粘度。一般而言，温度的增加与在恒定压力下赋予相等的应变需要的时间的对数减少相关。换句话说，与在较低的温度下相比，在较高的温度下使粘弹性材料伸展相等的距离需要更少的功。碱钙稳定用盐的存在与将纳米颗粒和聚合物中的一种或多种添加到流体中的结合可另外改善在高温下的VES流体粘度。

[0038] 在一个或多个实施例中，可通过用纳米颗粒粘度调节剂增强VES流体以增加VES流体的粘度。在不受理论限制的情况下，据信所选择的纳米颗粒与VES胶束缔合以更有效地形成三维胶束网络。所选择的纳米材料的存在可使VES流体中互连和聚集的胶束形态增强。增强VES的添加剂可通过范德华力同时附着到流体中的多个VES胶束上，从而加强VES胶束的3维网络。这样，可增加总体流体粘度。纳米颗粒粘度调节剂的添加增加VES流体的粘度并且降低所需的VES量。

[0039] 纳米颗粒粘度调节剂包括纳米材料，即单位尺寸为一至一百纳米(nm)的标度的材料。借助于非限制性实例，纳米材料包括纳米颗粒、纳米管、纳米棒、纳米点或其组合。在一个或多个实施例中，纳米颗粒粘度调节剂包含碳纳米管、碳纳米棒、ZnO、ZrO2、TiO2、Zr、Ti、Ce、Al、B、Sn、Ca、Mg、Fe、Cr、Si或其组合的化合物。在一些实施例中，纳米颗粒粘度调节剂可为非聚合的。

[0040] 在一个或多个实施例中，VES流体包含0.001wt％至5wt％的纳米颗粒粘度调节剂。在其它实施例中，VES流体包含0.01wt％至3wt％；0.01wt％至1.5wt％；0.01wt％至1wt％；
0.03wt％至1wt％；或0.05wt％至1wt％的纳米颗粒粘度调节剂。

[0041] 聚合物粘度调节剂可包含聚丙烯酰胺均聚物或者与几乎零的量的丙烯酸酯基团的共聚物；聚丙烯酰胺聚合物或者与通过水解形成的丙烯酸酯基团和丙烯酰胺基团的混合物的共聚物；或包含丙烯酰胺、丙烯酸或其它单体的共聚物。

[0042] 聚丙烯酰胺具有选自包含羧酸根、硫酸根、磺酸根、磷酸根或膦酸根的基团中的至少一种成员的官能团。经取代的聚丙烯酰胺可具有选自包含羧酸根、硫酸根、磺酸根、磷酸根或膦酸根的基团中的至少一种成员的多于一种官能团。

[0043] 在一个或多个实施例中，可用聚合物粘度调节剂增强VES流体以增加VES流体的粘度。在不受理论限制的情况下，据信所选择的聚丙烯酰胺可通过范德华力与流体中的多个VES胶束相互作用。这加强VES胶束的三维网络。更强的三维网络导致粘度增加。聚合物粘度调节剂的添加增加VES流体的粘度并且降低所需的VES量。

[0044] 在本公开的一个或多个实施例中，聚合物粘度调节剂的重均分子量(MW)为250,000g/mol至40,000,000g/mol。在其它实施例中，聚合物粘度调节剂的MW为2,000,000g/mol至8,000,000g/mol。

[0045] 在一些实施例中，可将额外的表面活性剂添加到VES流体中。添加额外的一种或多种表面活性剂可在不同温度、压力或其它各种井眼条件下增加粘度或增强三维胶束网络。借助于非限制性实例，这类表面活性剂可包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂、两性离子表面活性剂或其组合。

[0046] 实例

[0047] 在随后的实例中，VES流体由天然存在的海水或脱硫海水制备。天然存在的海水获自阿拉伯海湾(Arabian Gulf)。来自其它地点的海水也有类似的作用。天然存在的海水的溶解固体含量在表1中列出。

[0048] 表1

[0049] 溶质浓度硼 <1mg/L
钡 <1mg/L
钙 618mg/L
铁 <1mg/L
镁 2,108mg/L
钾 595mg/L
硅 <1mg/L
钠 18,451mg/L
锶 11mg/L
氯化物 30,694mg/L
硫酸盐 4,142mg/L
碳酸盐 <1mg/L
碳酸氢盐 150mg/L
总溶解固体 56,800mg/L

[0050] 通过将氯化钙添加到天然存在的海水中来产生脱硫海水。以每升添加CaCl2的海水(即，在添加CaCl2之后的每升海水体积)0.334千克CaCl2的速率将CaCl2添加到海水中。如果海水中没有硫酸根离子，那么所得溶液的Ca2+浓度将为3.02M。根据以下所示的计算，仅“消耗”极小部分的Ca离子以形成CaSO4沉淀物，而大多数Ca离子仍处于浓度非常接近3M的溶液中。

[0051] 根据一些参考文献(例如，D.R.Linde(编),“《化学及物理CRC手册(CRC Handbook of Chemistry and Physics)》”,第83版,CRC出版社(CRC Press),2002)，CaSO4的Ksp为4.93×10-5M2，其中Ksp＝[Ca2+][SO42-]。根据CaSO4的溶解度表达式，如果Ca2+的浓度大于3M，那么SO42-的浓度不可超过1.63×10-5M。因此，钙浓度大于3M的脱硫海水溶液的硫酸根浓度必须-5小于1.64×10 M(或小于约2mg/L的硫酸根)。将其与根据表1的天然存在的海水进行比较，钙浓度大约为1.54×10-2M，并且硫酸根浓度大约为4.31×10-2M。

[0052] 实例1和比较例A包含地层水。即，从井眼周围的地层中取水。地层水的溶解固体含量在表2中详细列出。

[0053] 表2

[0054]溶质浓度
钠 78,100mg/L
钾 3,889mg/L
镁 1,830mg/L
钙 24,900mg/L
锶 2,000mg/L
钡 3,832mg/L
氯化物 160,000mg/L
硫酸盐 190mg/L

[0055] 实例1

[0056] 通过将80vol％的脱硫海水与20vol％的地层水组合来制备实例1。将所得溶液在300℉下静置七天。在第一天和第七天对溶液拍照。从第一天开始的照片在图1A中示出并且从第七天开始的照片在图1C中示出。

[0057] 比较例A

[0058] 通过将80vol％的天然海水(未处理)与20vol％的地层水组合来制备比较例A。将所得溶液在300℉下静置七天。在第一天和第七天对溶液拍照。从第一天开始的照片在图1B中示出并且从第七天开始的照片在图1D中示出。

[0059] 如从图1可看出，白色沉淀物在比较例A中出现，但是在实例1中没有出现。比较例A中的沉淀物的量在七天内增加，而实例1中在七天后没有沉淀物形成。这表明在实例1中使用脱硫海水能够防止如BaSO4结垢的结垢形成。

[0060] 在350℉下在110分钟内，比较用脱硫水制备的两种VES流体的粘度。粘度通过API RP 39使用Fann50型粘度计进行测量。

[0061] 比较例B

[0062] 通过将50毫升(mL)的脱硫海水与2.5mL的VES组合来制备比较例B。比较例B的粘度通过API RP 39用Fann50粘度计进行测量。这些粘度测量值在图2中示出。

[0063] 实例2

[0064] 通过将0.5克(g)的疏水改性的阴离子-聚丙烯酰胺三元共聚物(由法国爱森(SNF Floerger)以商标名FP9515SH商购)添加到比较例B中来制备实例2。实例2的粘度通过API RP 39用Fann50粘度计进行测量。这些粘度测量值在图2中示出。

[0065] 如从图2可看出，在高于或等于300℉的所有温度下，实例2的粘度比比较例B的粘度更大。另外，实例2的粘度从未下降至低于10cP。在第一剪切斜坡之后，实例2的粘度为比较例B的粘度的3.8倍。在第二剪切斜坡之后，实例2的粘度为比较例B的粘度的3.6倍。在60分钟之后，实例2的粘度为比较例B的粘度的3.0倍。与不含聚丙烯酰胺的VES流体相比，含有聚丙烯酰胺三元共聚物的VES流体的粘度在高于250℉的温度下维持更高的速度。

[0066] 实例3

[0067] 通过将12ppt(1ppt＝0.12克/升)的多壁碳纳米管添加到比较例B中来制备实例3。碳纳米管商业上购自Cheap Tubes Inc，并且95重量％的碳纳米管的长度为30nm至50nm。

[0068] 实例3的粘度用Fann50型粘度计在100秒-1的剪切速率下从室温至约350℉进行测量。实例3的流体粘度在约350℉下(在100秒-1的剪切速率下)为约140cP。在另一个测试中，比较例B的流体粘度在100秒-1的剪切速率下为约90cP。因此，由于碳纳米管引起在350℉下的粘度增加超过50％。

[0069] 本公开的主题详细地并且参考本公开的具体实施例，应注意的是，本文所公开的各种细节不应被视为暗示这些细节涉及作为本文所述的各个实施例的基本组分的元件，甚至是在本说明书所附的图式中的每一个中说明特定元件的情况下也是如此。另外，显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下可以进行修改和变化，包括但不限于在所附权利要求中限定的实施例。更具体地，尽管本公开的一些方面被标识为特别有利，但是设想本公开不必限于这些方面。

[0070] 本公开的第一方面针对一种产生包含脱硫海水的粘弹性表面活性剂流体的方法，所述方法包含：将碱土金属卤化物添加到海水中以产生硫酸盐沉淀物；去除所述硫酸盐沉淀物以产生所述脱硫海水；将粘弹性表面活性剂和纳米颗粒粘度调节剂或聚合物粘度调节剂中的一种或多种添加到所述脱硫海水中以产生所述粘弹性表面活性剂流体，其中所述粘弹性表面活性剂的通式为：

[0071]

[0072] 其中R1为具有17至29个碳原子的饱和或不饱和烃基，R2和R3各自独立地选自具有1至6个碳原子的直链或支链烷基或羟烷基，R4选自H、羟基、具有1至4个碳原子的烷基或羟烷基；k为2至20的整数；m为1至20的整数；并且n为0至20的整数。

[0073] 本公开的第二方面针对根据第一方面所述的方法，其中所述碱土金属卤化物包含卤化钙。

[0074] 本公开的第三方面针对根据第一或第二方面所述的方法，其中所述碱土金属卤化物包含CaCl2。

[0075] 本公开的第四方面针对根据第一至第三方面中任一项所述的方法，其中所述硫酸盐沉淀物包含CaSO4沉淀物。

[0076] 本公开的第五方面针对根据第一至第四方面中任一项所述的方法，其中所述聚合物粘度调节剂包含聚丙烯酰胺粘度调节剂。

[0077] 本公开的第六方面针对根据第一至第五方面中任一项所述的方法，其中所述去除步骤包含过滤、离心、絮凝、附聚、凝结、聚结或其组合。

[0078] 本公开的第七方面针对根据第一至第六方面中任一项所述的方法，其中将CaO与所述碱土金属卤化物一起添加以产生硫酸盐沉淀物。

[0079] 本公开的第八方面针对根据第一至第七方面中任一项所述的方法，其中所述粘弹性表面活性剂包含芥酸酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱。

[0080] 本公开的第九方面针对根据第一至第八方面中任一项所述的方法，其中所述粘弹性表面活性剂流体包含0.1vol％至20vol％的粘弹性表面活性剂。

[0081] 本公开的第十方面针对根据第一至第九方面中任一项所述的方法，其中所述聚合物粘度调节剂包含非离子聚丙烯酰胺、丙烯酰胺共聚物、聚丙烯酰胺基三元共聚物、聚丙烯酰胺基四元共聚物、疏水改性的丙烯酰胺基聚合物，或其组合。

[0082] 本公开的第十一方面针对根据第一至第十方面中任一项所述的方法，其中所述聚合物粘度调节剂的重均分子量为250,000g/mol至40,000,000g/mol，更优选地2,000,000g/mol至8,000,000g/mol。

[0083] 本公开的第十二方面针对根据第一至第十一方面中任一项所述的方法，其中所述纳米颗粒粘度调节剂为非聚合的。

[0084] 本公开的第十三方面针对根据第一至第十二方面中任一项所述的方法，其中所述纳米颗粒粘度调节剂包含碳纳米管、ZnO纳米材料、ZrO2纳米材料、TiO2纳米颗粒或其组合。

[0085] 本公开的第十四方面针对根据第一至第十三方面中任一项所述的方法，其中所述纳米颗粒粘度调节剂包含纳米级Zr化合物、Ti化合物、Ce化合物、Zn化合物、Al化合物、B化合物、Sn化合物、Mg化合物、Fe化合物、Cr化合物、Si化合物或其组合。

[0086] 本公开的第十五方面针对根据第一至第十四方面中任一项所述的方法，其中所述粘弹性表面活性剂流体包含0.001wt％至5wt％的纳米颗粒粘度调节剂。

[0087] 本公开的第十六方面针对一种粘弹性表面活性剂流体，其包含：包含以下通式的粘弹性表面活性剂：

[0088]

[0089] 其中R1为具有17至29个碳原子的饱和或不饱和烃基，R2和R3各自独立地选自具有1至6个碳原子的直链或支链烷基或羟烷基，R4选自H、羟基、具有1至4个碳原子的烷基或羟烷基；k为2至20的整数；m为1至20的整数；并且n为0至20的整数；至少一种包含0.1至500纳米的粒度的纳米颗粒粘度调节剂；脱硫海水；和至少一种稳定用钙盐。

[0090] 本公开的第十七方面针对一种粘弹性表面活性剂流体，其包含：包含以下通式的粘弹性表面活性剂：

[0091]

[0092] 其中R1为具有17至29个碳原子的饱和或不饱和烃基，R2和R3各自独立地选自具有1至6个碳原子的直链或支链烷基或羟烷基，R4选自H、羟基、具有1至4个碳原子的烷基或羟烷基；k为2至20的整数；m为1至20的整数；并且n为0至20的整数；至少一种重均分子量为250,000g/mol至40,000,000g/mol的聚合物粘度调节剂；脱硫海水；和至少一种稳定用钙盐。

[0093] 本公开的第十八方面包括第十六或第十七方面，其中所述粘弹性表面活性剂包含芥酸酰胺丙基羟丙基磺基甜菜碱。

[0094] 本公开的第十九方面包括第十六至第十八方面中任一项，其中所述粘弹性表面活性剂流体包含0.1vol％至20vol％的粘弹性表面活性剂。

[0095] 本公开的第二十方面包括第十六至第十九方面中任一项，其中所述粘弹性表面活性剂流体包含1wt％至50wt％的至少一种稳定用钙盐。

[0096] 本公开的第二十一方面包括第十七至第二十方面中任一项，其中所述聚合物粘度调节剂包含非离子聚丙烯酰胺、丙烯酰胺共聚物、聚丙烯酰胺基三元共聚物、聚丙烯酰胺基四元共聚物、疏水改性的丙烯酰胺基聚合物，或其组合。

[0097] 本公开的第二十二方面包括第十六至第二十一方面中任一项，其中所述聚合物粘度调节剂的重均分子量为2,000,000g/mol至8,000,000g/mol。

[0098] 本公开的第二十三方面包括第十六或第十八至第二十方面中任一项，其中所述纳米颗粒粘度调节剂为非聚合的。

[0099] 本公开的第二十四方面包括第十六、第十八至第二十或第二十三方面中任一项，其中所述纳米颗粒粘度调节剂包含碳纳米管、ZnO纳米材料、ZrO2纳米材料、TiO2纳米材料或其组合。

[0100] 本公开的第二十五方面包括第十六、第十八至第二十或第二十三至第二十四方面中任一项，其中所述纳米颗粒粘度调节剂包含纳米级Zr化合物、Ti化合物、Ce化合物、Zn化合物、Al化合物、B化合物、Sn化合物、Mg化合物、Fe化合物、Cr化合物、Si化合物或其组合。

[0101] 本公开的第二十六方面包括第十六、第十八至第二十或第二十三至第二十五方面中任一项，其中所述粘弹性表面活性剂流体包含0.001wt％至5wt％的纳米颗粒粘度调节剂。

[0102] 本公开的第二十七方面包括第十六、第十八至第二十或第二十三至第二十六方面中任一项，其中所述粘弹性流体在高于或等于300℉的温度下的粘度大于或等于10cP。

[0103] 除非另有定义，否则本公开中所使用的所有技术和科学术语都具有与本领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。说明书中使用的术语仅仅是为了描述特定实施例，并且不旨在进行限制。如说明书和所附权利要求书中所使用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一”和“所述”旨在同样包括复数形式。

[0104] 对于本领域技术人员来说显而易见的是，可在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，对所述的实施例进行各种修改和变化。因此，旨在本说明书覆盖所描述的各种实施例的修改和变化，其条件是，这类修改和变化落在所附权利要求书以及其等效物的范围内。

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