Composiciones de éteres de hidratos de carbono catiónicos viscoelásticas.

Composición viscoelástica que comprende agua y por lo menos un éter de hidrato de carbono catiónico a fin decontrolar la viscoelasticidad de la composición,

en la que dicho al menos un éter de hidrato de carbono catiónicocomprende uno o más fragmentos catiónicos y uno o más fragmentos de hidrato de carbono conectados a través deuno o más fragmentos conectores, en la que hidrato de carbono se refiere a un monosacárido, oligosacárido o suderivado que presenta un peso molecular medio ponderal igual o inferior a 3.000 Daltons; cada fragmento conectores un elemento seleccionado del grupo que consiste en grupos hidrocarbilo que presentan de 2 a 30 átomos decarbono y grupos hidrocarbilo sustituidos que presentan de 2 a 30 átomos de carbono; cada fragmento catiónicocomprende uno o más grupos amonio cuaternario; al menos algunos de los fragmentos de hidrato de carbono estánconectados a los fragmentos conectores a través de grupos éter; y el éter de hidrato de carbono catiónicocomprende al menos un hidrófobo, en la que el hidrófobo está enlazado químicamente a un sustituyente en elfragmento catiónico o el fragmento conector a través de un grupo funcional éster, carboxamida, o carboxamidina,siendo la cantidad de dicho éter de hidrato de carbono catiónico en la composición inferior a 15% en peso basada enel peso total de la composición.

Composiciones de éteres de hidratos de carbono catiónicos viscoelásticas.

Campo de la invención La tecnología descrita en la presente invención se refiere de forma general a composiciones viscoelásticas que comprenden derivados de compuestos de amonio cuaternario de hidratos de carbono, y a sus aplicaciones. Más específicamente, los derivados de hidratos de carbono son éteres de hidratos de carbono catiónicos que comprenden uno o más fragmentos catiónicos con grupos amonio cuaternario, uno o más fragmentos de hidratos de carbono, y uno o más fragmentos conectores, en los que al menos alguno de los fragmentos de hidratos de carbono están conectados a los fragmentos conectores a través de grupos éter. Los éteres de hidratos de carbono catiónicos descritos en la presente memoria también se pueden denominar como compuestos de amonio cuaternario de hidratos de carbono.

Se ha descubierto que uno o más éteres de hidratos de carbono catiónicos preferidos imparten una o más propiedades reológicas distintivas y útiles a disoluciones acuosas a concentraciones relativamente bajas de principios activos. Las propiedades reológicas útiles proporcionadas por una o más composiciones preferidas de la presente tecnología incluyen, por ejemplo, viscoelasticidad, mayor viscosidad, comportamiento pseudoplástico, y reducción de la resistencia al avance en líquidos que se mueven. El intervalo potencial de aplicaciones para composiciones de éteres de hidratos de carbono catiónicos de la presente tecnología es amplio. Los ejemplos de aplicaciones incluyen, pero no se limitan a, formulaciones agrícolas, aditivos para la colada, formulaciones para el cuidado personal, limpiadores industriales e institucionales, eliminadores e inhibidores de la incrustación, inhibidores de la corrosión, fluidos hidráulicos, desemulsionantes, espumantes, arcillas orgánicas, espesantes, biocidas, y líquidos de campos de petróleo. El foco particular de la tecnología descrita actualmente se refiere a las capacidades de las composiciones de la presente tecnología para alterar la reología de la disolución, por ejemplo para espesar, gelificar o formar disoluciones viscoelásticas, especialmente en condiciones duras tales como temperatura elevada, presión elevada, intervalos de pH diferentes.

Antecedentes de la invención Se han estudiado y documentado algunos ejemplos de compuestos de amonio bis-cuaternario o cuaternario policatiónico. Por ejemplo, la patente US nº 4.734.277, de Login, presentada el 29 de marzo de 1988, describe la preparación de determinados compuestos bis-cuaternarios al hacer reaccionar aminas terciarias con un epóxido adecuado, tal como epiclorhidrina, y da a conocer que los compuestos de amonio bis-cuaternario resultantes tienen utilidad como aditivos en aplicaciones cosméticas, tales como acondicionadores del cabello, lociones para la piel, etc.

Adicionalmente, la publicación de solicitud de patente US 2004/0067855, de Hughes et al, publicada el 8 de abril de 2004, describe algunos compuestos de amonio bis-cuaternarios o compuestos de amonio cuaternario catiónicos oligoméricos útiles en un líquido viscoelástico de tratamiento de perforaciones de pozos para controlar la viscoelasticidad de dicho líquido.

Los hidrocarburos, tales como el petróleo, gas natural, etc., se obtienen a partir de una formación geológica subterránea mediante la perforación de un pozo que penetra en dicha formación que contiene hidrocarburos. Dicha perforación proporciona una ruta de flujo parcial para que el hidrocarburo, generalmente petróleo, alcance la superficie. Para que el petróleo se desplace desde la formación hasta la perforación de pozo (y finalmente hasta la superficie) , debe existir una ruta de flujo suficientemente libre de obstáculos a través de la formación rocosa (por ejemplo, arenisca, carbonatos) , lo que generalmente ocurre cuando la roca presenta poros de tamaño y número suficientes.

Un obstáculo habitual en la producción de petróleo son los “daños” ocasionados a la formación, que obstruyen los poros de la roca e impiden el flujo del crudo. Además, el agotamiento de las zonas más próximas a la perforación del pozo provoca una disminución progresiva de la producción. Habitualmente, las técnicas utilizadas para aumentar la permeabilidad de la formación y proporcionar conductos prolongados en la perforación del pozo se conocen como “estimulación”. A menudo, en diferentes procesos de estimulación de pozos se utilizan geles acuosos.

Por ejemplo, en un proceso de fractura, que es un tipo de técnica de estimulación de pozos, se generan grietas o fisuras (fracturas) en las formaciones subterráneas. En dichos procesos de fractura se utilizan geles como medios para transferir energía desde el exterior de la formación subterránea a lugares específicos del interior de la misma con el fin de generar las fracturas deseadas. La energía necesaria para generar las fracturas se transfiere principalmente en forma de presión contra la formación, bombeando el líquido de fractura al interior de la perforación del pozo, donde se dirige hacia las partes deseadas de la formación subterránea. Los geles son líquidos relativamente incompresibles, y la presión se ejerce contra la formación subterránea hasta que la fuerza resulta suficiente para fracturar la formación. Una vez creada la fractura, el gel de elevada viscosidad fluye hacia las grietas y fisuras recién formadas. A medida que el líquido de fractura discurre hacia el interior de la fractura, proporciona un agente de sostén (por ejemplo, pequeñas partículas de arena, cerámica u otro material duro) . Una vez que se retira la fuerza de bombeo del líquido de fractura, el agente de sostén permanece en las fracturas, lo que evita que se cierren. A continuación, se extrae el líquido de fractura de la perforación del pozo, y el mismo se prepara para la extracción de cantidades adicionales de hidrocarburos.

La tecnología más antigua utiliza polímeros de polisacáridos para formar los geles acuosos utilizados como líquidos de fractura. A menudo, dichos geles de polisacáridos se reticulan utilizando aditivos tales como titanatos, circonatos o boratos. Normalmente, una vez completado el proceso de fractura, estos geles requieren un proceso independiente para eliminarlos de la perforación del pozo, lo que suele requerir una cantidad significativa de tiempo y sustancias químicas de tratamiento de pozos adicionales. Además, rara vez se consigue la eliminación completa del gel polimérico, y el polímero que permanece dentro de la perforación de pozo puede obstruir los poros de la formación rocosa, impidiendo que los hidrocarburos fluyan a través de los poros y desde los mismos.

Los polisacáridos modificados se han estudiado en diferentes campos de aplicaciones. Por ejemplo, la patente US nº 4.663.159, de Union Carbide Corporation, describe polisacáridos de amonio cuaternario solubles en agua que tienen de 50 a 20.000 unidades que se repiten y sustitución hidrófoba. Presuntamente, los polisacáridos catiónicos de la patente US nº 4.663.159 tienen mayor viscosidad, espumación y preferiblemente propiedades de superficie mejoradas, y poseen utilidad en el cuidado personal, en emulsiones y en limpiadores.

Para otro ejemplo, la patente US nº 5.384.334, de Amerchol Corporation, describe alquilglucósidos alcoxilados que tienen sustituyentes de éter que contienen nitrógeno cuaternario, que presuntamente poseen utilidad catiónica combinada con suavidad extrema para la piel y el cabello, y son presuntamente adecuados para composiciones estables y procesos para el cuidado personal.

La patente US nº 5.387.675, de Rhone-Poulenc Specialty Chemicals Co., se refiere a composiciones espesantes catiónicas hidrófobas modificadas, que presuntamente tienen múltiples usos como espesantes, y son particularmente adecuadas para uso en productos para el cuidado personal y en la recuperación del petróleo. Describe éteres de alquilamonio cuaternario solubles en agua de polisacáridos o polioles (por ejemplo polialcohol vinílico, polietilenglicol, y glicerol) , en los que el grado de sustitución de los éteres es de aproximadamente 0, 001 a aproximadamente 0, 5.

Un problema asociado con al menos algunos de los polisacáridos catiónicos modificados de la técnica anterior es que los hidroxilos glucosídicos o los alquilglucósidos en estos polisacáridos catiónicos son grupos químicamente lábiles, sujetos a hidrólisis. Las velocidades de hidrólisis son específicamente pronunciadas en condiciones acuosas, aumentando la velocidad de hidrólisis a medida que disminuye el pH. Puesto que muchos de los usos de las composiciones viscoelásticas son en condiciones acuosas, y algunas aplicaciones... [Seguir leyendo]

1. Composición viscoelástica que comprende agua y por lo menos un éter de hidrato de carbono catiónico a fin de controlar la viscoelasticidad de la composición, en la que dicho al menos un éter de hidrato de carbono catiónico comprende uno o más fragmentos catiónicos y uno o más fragmentos de hidrato de carbono conectados a través de uno o más fragmentos conectores, en la que hidrato de carbono se refiere a un monosacárido, oligosacárido o su derivado que presenta un peso molecular medio ponderal igual o inferior a 3.000 Daltons; cada fragmento conector es un elemento seleccionado del grupo que consiste en grupos hidrocarbilo que presentan de 2 a 30 átomos de carbono y grupos hidrocarbilo sustituidos que presentan de 2 a 30 átomos de carbono; cada fragmento catiónico comprende uno o más grupos amonio cuaternario; al menos algunos de los fragmentos de hidrato de carbono están conectados a los fragmentos conectores a través de grupos éter; y el éter de hidrato de carbono catiónico comprende al menos un hidrófobo, en la que el hidrófobo está enlazado químicamente a un sustituyente en el fragmento catiónico o el fragmento conector a través de un grupo funcional éster, carboxamida, o carboxamidina, siendo la cantidad de dicho éter de hidrato de carbono catiónico en la composición inferior a 15% en peso basada en el peso total de la composición.

2. Composición según la reivindicación 1, en la que cada uno de los uno o más fragmentos de hidrato de carbono deriva de un elemento seleccionado del grupo que consiste en azúcares, azúcares reducidos, sus derivados, y sus combinaciones.

3. Composición según la reivindicación 1, en la que cada uno de los uno o más fragmentos de hidrato de carbono deriva de un compuesto seleccionado del grupo que consiste en sacarosa, glucosa, fructosa, lactosa, maltosa, gliceraldehído, dihidroxiacetona, eritrosa, ribosa, ribulosa, xilosa, xilulosa, galactosa, manosa, sedoheptulosa, ácido neuramínico, dextrina, manitol, sorbitol, gliceroles, sacarosa, ácido glucónico, ácido glucurónico, sus derivados, y sus mezclas.

4. Composición según la reivindicación 1, en la que cada uno de los uno o más fragmentos de hidratos de carbono comprende tres o más grupos hidroxilo, grupos hidroxilo alcoxilados, grupos hidroxilo alquilados, o una combinación de los mismos.

5. Composición según la reivindicación 1, en la que al menos uno de los uno o más fragmentos catiónicos comprende al menos un hidrófobo.

6. Composición según la reivindicación 1, en la que el hidrófobo deriva de un ácido carboxílico que presenta de 13 a 40 átomos de carbono.

7. Composición según la reivindicación 1, en la que el fragmento conector es hidrófilo.

8. Composición según la reivindicación 1, en la que el fragmento conector comprende grupos hidrocarbilo que presentan de 3 a 8 átomos de carbono, o grupos hidrocarbilo sustituidos que presentan de 3 a 8 átomos de carbono.

9. Composición según la reivindicación 8, en la que el fragmento conector presenta una configuración lineal.

10. Composición según la reivindicación 1, en la que el fragmento conector comprende grupos hidrocarbilo que presentan de 9 a 21 átomos de carbono, o grupos hidrocarbilo sustituidos que presentan de 9 a 21 átomos de carbono.

11. Composición según la reivindicación 10, en la que el fragmento conector presenta una configuración que comprende un anillo.

12. Composición según la reivindicación 1, en la que los grupos hidrocarbilo sustituidos para el fragmento conector presentan uno o más sustituyentes seleccionados del grupo que consiste en hidroxilo, alcoxi, ariloxi, aminas, ácido sulfónico, sulfonato, ácido fosfínico, fosfinato, ácido fosforoso, fosfito, ácido fosfórico, fosfato, fosfonato, sus derivados y sus combinaciones.

13. Composición según la reivindicación 1, en la que el fragmento conector deriva de un derivado de hidrato de carbono.

14. Composición según la reivindicación 13, en la que el fragmento conector deriva de una epihalohidrina.

15. Composición según la reivindicación 1, en la que la cantidad total de todos los compuestos de amonio cuaternario en la composición es inferior a 10% en peso sobre la base del peso total de la composición.

16. Composición según la reivindicación 1, que comprende además al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste en sales inorgánicas, ácidos orgánicos, sales de ácidos orgánicos, poliácidos, sales de poliácidos, diácidos, sales de diácidos, tensioactivos aniónicos, hidrótropos aniónicos, sus derivados, y sus combinaciones.

17. Composición según la reivindicación 16, en la que la sal inorgánica se selecciona del grupo que consiste en cloruro de sodio, cloruro de potasio, cloruro de amonio, cloruro de calcio, bromuro de sodio, bromuro de calcio, bromuro de cinc, formiato de potasio, cloruro de cesio, bromuro de cesio, y sus combinaciones.

18. Composición según la reivindicación 1, que es un líquido de tratamiento de perforación de pozo para procesos de estimulación de recuperación de hidrocarburos.

19. Composición según la reivindicación 18, que es un líquido de terminación de salmuera y comprende además una 10 cantidad suficiente de sales metálicas.

20. Procedimiento para tratar una perforación de pozo para mejorar la recuperación de hidrocarburos, que comprende aplicar a la perforación de pozo un líquido de tratamiento de la perforación de pozo para procesos de estimulación de recuperación de hidrocarburos, que comprende agua y una cantidad suficiente de al menos un éter 15 de hidrato de carbono catiónico, en el que dicho al menos un éter de hidrato de carbono catiónico comprende uno o más fragmentos catiónicos y uno o más fragmentos de hidrato de carbono conectados a través de uno o más fragmentos conectores, en el que hidrato de carbono se refiere a un monosacárido, oligosacárido o derivado del mismo que presenta un peso molecular medio ponderal igual o inferior a 3.000 Daltons; cada fragmento conector es un elemento seleccionado del grupo que consiste en grupos hidrocarbilo que presentan de 2 a 30 átomos de

carbono y grupos hidrocarbilo sustituidos que presentan de 2 a 30 átomos de carbono; cada fragmento catiónico comprende uno o más grupos de amonio cuaternario; al menos algunos de los fragmentos de hidrato de carbono están conectados a los fragmentos conectores a través de grupos éter; y el éter de hidrato de carbono catiónico comprende al menos un hidrófobo, en el que el hidrófobo está enlazado químicamente a un sustituyente en el fragmento catiónico o el fragmento conector a través de un grupo funcional éster, carboxamida, o carboxamidina.

21. Procedimiento según la reivindicación 20, en el que el líquido de tratamiento de la perforación de pozo mantiene la viscoelasticidad a una temperatura superior a 110ºC.