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8/9/2019 Us 3229777
1/4
United
S t a t e s P a t e n t
0
1
.
3 , 2 2 9 , 7 7 7
METHOD
OF TRANSPORTING
WATER FROM A
WELL
AS
A SUBSTANTIALLY
STABLE FOAM
R u s s e l l H . R o g e r s , d e c e a s e d ,
l a t e
o f P a l o s P a r k , l l i L ,
b y
E v e l y n R o g e r s ,
e x e c u t r i x ,
P a l o s P a r k , 1 1 ] . , a n d J o h n T .
F o l e y , A t l a n t a , Ga, a s s i g n o r s t o S w i f t 8 ;
C o m p a n y ,
C h i c a g o ,
I l l . ,
a
c o r p o r a t i o n
o f l l l i n o i s
No D r a w i n g . F i l e d M a r . 2 2 , 1 9 6 1 ,
S e r .
N o . 9 7 , 6 9 5
5 C l a i m s . ( C l .
175-71)
The
p r e s e n t i n v e n t i o n
r e l a t e s
i n
g e n e r a l
t o
i m p r o v e d
s u r f a c e - a c t i v e c o m p o s i t i o n s .
More p a r t i c u l a r l y , t h e i n
v e n t i o n i s d i r e c t e d t o c o m p o s i t i o n
w h i c h
i m p a r t e x c e p
t i o n a l foaming c h a r a c t e r i s t i c s i n a q u e o u s s o l u t i o n s e v e n
i f
s a i d s o l u t i o n s
c o n t a i n
f o a m - s u p p r e s s i n g m a t e r i a l s
s u c h
a s ,
f o r
e x a m p l e ,
t h e
w a t e r
n o r m a l l y
e n c o u n t e r e d
i n
t h e
g a s d r i l l i n g o f s u b t e r r a n e a n
f o r m a t i o n s .
Our
i n v e n t i o n
i s a l s o
d i r e c t e d t o
a n
improved method
o f t r a n s p o r t i n g
s u c h
a q u e o u s
s o l u t i o n s c o n t a i n i n g
m uch
o f any s o l u b l e
o r
d i s p e r s a b l e
foam s u p p r e s s i n g
c o n s t i t u e n t
p r e s e n t o u t
o f columns s u c h
a s
t h e b o r e h o l e s i n d r i l l i n g o p e r a t i o n s .
T h e use
o f a i r o r o t h e r g a s a s
a
c i r c u l a t i n g m a t e r i a l
i n
t h e d r i l l i n g o f b o r e
h o l e s
i s h i g h l y a d v a n t a g e o u s
i n
m a n y
a p p l i c a t i o n s . F o r
e x a m p l e ,
p n e u m a t i c
d r i l l i n g i s
e s p e
c i a l l y
u s e f u l
where s h a l l o w b o r e
h o l e s
and
s h o t h o l e s
f o r s e i s m i c p r o s p e c t i n g a r e
d e s i r e d .
T h i s t y p e
o f
d r i l l
i n g c a n
u t i l i z e
l i g h t e r
w e i g h t e q u i p m e n t t h a n i s r e q u i r e d
w h e n l i q u i d d r i l l i n g ? u i d s
a r e
u t i l i z e d and
d o e s aw a y
w i t h
t h e
p r e p a r a t i o n a n d
u t i l i z a t i o n
o f
t h e
d r i l l i n g m u d s .
F u r t h e r m o r e ,
when
d r i l l i n g
t h r o u g h c e r t a i n f o r m a t i o n s ,
l i q u i d
d r i l l i n g
? u i d s
m a y
c a u s e an u n d e s i r e d r u p t u r e
i n
t h e
f o r m a t i o n
d u e
t o
t h e
h y d r o s t a t i c h e a d
o f t h e
l i q u i d .
D e s p i t e t h e
m a n y a d v a n t a g e s
o f a i r o r g a s d r i l l i n g ,
t h e r e
i s
a s e r i o u s l i m i t a t i o n w h i c h , i n m a n y i n s t a n c e s ,
d i s s u a d e s d r i l l i n g o p e r a t o r s from u t i l i z i n g
i t .
T h i s l i m i t a
t i o n i s t h e d i f ? c u l t y
e n c o u n t e r e d wh e n
w a t e r - b e a r i n g
formations
a r e
d r i l l e d .
When h i s
o c c u r s , water
e n t e r s
t h e
b o r e h o l e an d g u m s up
t h e
d r i l l c u t t i n g s . T h e mass
t h e n t e n d s
t o
c o a t
t h e w a l l s o f t h e b o r e h o l e s , t h e
d r i l l
b i t , and
t h e
p i p e s
c a u s i n g
a t l e a s t a
r e d u c t i o n
i n t h e r a t e
o f
d r i l l i n g
a n d
i n
m a n y
i n s t a n c e s ,
a
c o m p l e t e
p l u g g i n g
o f t h e
s y s t e m .
I t i s , t h e r e f o r e ,
a
p r i n c i p a l o b j e c t
o f
o u r
i n v e n t i o n t o
overcome
t h i s
l i m i t a t i o n by p r o v i d i n g an
improved foam
i n g
a g e n t f o r
e f f e c t i v e l y t r a n s p o r t i n g
w a t e r
o u t o f
c o l u m n s
s u c h a s w e l l s .
An
d d i t i o n a l p r i m a r y o b j e c t o f o u r i n
v e n t i o n i s t o p r o v i d e a c o m p o s i t i o n
which e x h i b i t s
e x
c e p t i o n a l f o a m i n g p r o p e r t i e s
w h e n
a d d e d
t o
w a t e r a n d
i s
t h e r e f o r e
e m i n e n t l y
s u i t e d f o r
u s e
i n t r a n s p o r t i n g w a t e r
o u t
o f
w e l l s . A
u r t h e r o b j e c t
o f o u r i n v e n t i o n
i s
t o
p r o v i d e
a n i m p r o v e d method f o r t r a n s p o r t i ng
w a t e r
from
c o l u m n s .
A d d i t i o n a l
o b j e c t s i f
n o t
s p e c i ? c a l l y s e t f o r t h w i l l
b e
come
a p p a r e n t t o t h o s e s k i l l e d i n t h e a r t from t h e
f o l l o w
i n g
d e s c r i p t i o n o f o u r i n v e n t i o n .
We
ave
found
t h a t t h e a d d i t i o n
t o a column c o n t a i n
i n g water o f
a
s m a l l b u t e f f e c t i v e amount o f a c e r t a i n
n o v e l
f o a m i n g
c o m p o s i t i o n which . w e h a v e d i s c o v e r e d
( h e r e i n a f t e r more f u l l y
d e s c r i b e d ) w i l l
t r a n s p o r t t h e
w a t e r from
t h e
c o l u m n . T h u s , by p r a c t i c i n g o u r
i n v e n
t i o n ,
w a t e r
t h a t
i s e n c o u n t e r e d
w h e n
d r i l l i n g
a
w e l l w i t h
g a s t h r o u g h w a t e r - b e a r i n g
f o r m a t i o n s
w i l l b e
t r a n s p o r t e d
o u t o f t h e
w e l l
a l o n g w i t h any d i s s o l v e d
o r
d i s p e r s e d
m a t e r i a l s
t h e r e i n .
Moreover,
w h e n added
t o a
w e l l ,
a s
f o r
e x a m p l e
by a d d i n g a s m a l l
amount
o f
t h e
a g e n t
t o
10
15
20
25
60
6 5
3 , 2 2 9 , 7 7 7
P a t e n t e d
J a n .
1 8 ,
1966
i c e
2
t h e
c o m p r e s s e d g a s
( u s u a l l y
a i r )
u s e d
i n
t h e d r i l l i n g
o p
e r a t i o n ,
o u r
s p e c i ? c f o a m i n g
a g e n t w i l l
t r a n s p o r t w a t e r
from t h e
w e l l
w h e n w a t e r - b e a r i n g f o r m a t i o n s a r e en
countered even
i f
t h e w el l c o n t a i n s one or
m o r e
f o a m
s u p p r e s s i n g
m a t e r i a l s s u c h a s c r u d e o i l s , c l a y s , d r i l l c u t
t i n g s
and v a r i o u s e l e c t r o l y t e s .
I n d e e d
a v e r y u n e x p e c t e d
a s p e c t
o f
t h i s
p h a s e
o f
o u r
i n v e n t i o n
l i e s
i n t h e
d i s c o v e r y
t h a t
t h e
a d d i t i o n o f
s m a l l
amounts o f
our
n o v e l com
p o s i t i o n t o
a
column
w i l l
t r a n s p o r t water from
a
s a t u
r a t e d s a l t s o l u t i o n t h e r e i n
( t h e
s a l t u s u a l l y
b e i n g
s o d i u m
c h l o r i d e o r c a l c i u m c h l o r i d e and o f t e n
m i x t u r e s
t h e r e o f ) .
Wh i le
t h e r e a r e
m a n y
foaming
a g e n t s known, a l l do n o t
produce
a fo a m s t a b l e e nou gh t o r emov e water f rom a
l o n g
t u b e
such a s an
o i l
w e l l and most w i l l n o t
foam
water from a s a t u r a t e d s a l t s o l u t i o n . We
h ave t e s t e d
d o z e n s
o f
known f o a m i n g a g e n t s f o r t h i s p u r p o s e
a n d
found l e s s t h a n 1 o f t h e s e t o p o s s e s s
t h i s
p r o p e r t y an d
n o n e
o f t h e m
t o
b e
a s
e f f e c t i v e f o r
t h i s
purpose
a s our
n o v e l
c o m p o s i t i o n .
Addi n g our c o m p o s i t i o n i n amounts
a s s m a l l
a s 0.01%
b y
w e i g h t
o f
t h e W a t e r
p r e s e n t
w i l l v e r y e f f e c t i v e l y
t r a n s
p o r t t h e water out o f t h e column a s a s t a b l e
foam.
S m a l l e r amounts
a r e
e f f e c t i v e
though t o
a l e s s e r
d e g r e e .
L a r g e r amounts
up
t o a b o u t
0.2% by w e i g h t o f
t h e w a t e r
p r e s e n t m a y b e a d v a n t a g e o u s l y a d d e d . More t h a n t h i s
amount i s n o t
g e n e r a l l y r e q u i r e d
e v e n w h e n
foam
s u p
p r e s s i n g m a t e r i a l s
a r e
p r e s e n t b u t c a n b e e f f e c t i v e l y added
up
t o
t h e
p o i n t a t
which v i s c o s i t y becomes
t o o h i g h o r
c o s t t o o
e x c e s s i v e . G e n e r a l l y s p e a k i n g ,
up
t o a b o u t
5
o f t h e
c o m p o s i t i o n ,
b y
w e i g h t o f
t h e
w a t e r
p r e s e n t ,
c o u l d
b e
e f f e c t i v e l y
u s e d .
Th e
optimum amount o f f o a m i n g
a g e n t t o b e u s e d
w i l l
v a r y d i r e c t l y w i t h
t h e v a r i e t y
and
c o n c e n t r a t i o n
o f
c o n t a m i n a n t s
p r e s e n t i n
t h e w e l l .
T h e
n o v e l
c o m p o s i t i o n which
w e
have d i s c o v e r e d t o
b e
e s p e c i a l l y
u s e f u l
f o r
t h e p u r p o s e
o f
t r a n s p o r t i n g w a t e r
out
o f
columns such a s w e l l s i s
a
mixture o f c e r t a i n
p o l y
e t h o x y l a t e d
m o n o h y d r o x y
a l i p h a t i c a l c o h o l s w i t h c e r t a i n
s u r f a c e
a c t i v e m a t e r i a l s
c o m p r i s i n g
a
m i x t u r e
o f a d i
e t h a n o l a m i d e
o f
a h i g h e r f a t t y a c i d
and/
r
a h i g h e r f a t t y
e s t e r , 2 .
p o l y e t h a n o l a m i n e s a l t o f
a n a l k y l a r y l
s u l f o n a t e
a n d
a s o l u b l e s a l t o f a
s u l f a t e d
p o l y e t h o x y l a t e d
a l k y l
p h e n o l h a v i n g
8 l 0
c a r b o n s
i n
t h e
a l k y l
p o r t i o n a n d from
312 m o l e s o f e t h y l e n e
o x i d e
i n
t h e e t h e r
p o r t i o n .
E x c e s s
f r e e a l k y l o l a m i n e o r
a l k a l i w i l l
u s u a l l y b e p r e s e n t b e
c a u s e o f
t h e r e a c t i o n s
i n v o l v e d
i n t h e
p r e p a r a t i o n o f
t h e s e
c o n s t i t u e n t s . On
o u r
n o v e l f o a m i n g c o m p o s i t i o n t h e p o l y
e t h o x y l a t e d m o n o h y d r o x y
a l i p h a t i c a l c o h o l
i s
p r e s e n t
i n
t h e
m i x t u r e i n a major amount. We ave found propor
t i o n s
o f a b o u t 3 . 1 t o a b o u t 4
p a r t s
o f t h e p o l y e t h o x y l a t e d
a l i p h a t i c a l c o h o l
t o
o n e p a r t o f t h e d e s c r i b e d s u r f a c e
a c t i v e m a t e r i a l t o b e e s p e c i a l l y e f f e c t i v e .
More s p e c i ? c a l l y , o u r c o m p o s i t i o n c o n t a i n s
a
m a j o r
amount o f a w a t e r s o l u b l e compound o f t h e f o l l o w i n g
g e n e r a l
t y p e :
w h e r e i n
R
s
a n
a l i p h a t i c
h y d r o c a r b o n
r a d i c a l
c o n t a i n
i n g a t l e a s t 8 c a r b o n s an d n i s
from
a b o u t
9
t o 4 0 .
Espe
c i a l l y u s e f u l a r e t h o s e a l i p h a t i c h y d r o c a r b o n r a d i c a l s d e
r i v e d from
p a r a ? i n i c an d
o l e ? n i c
m a t e r i a l .
S u i t a b l e a r e
t h o s e
a l k y l ,
a n d
a l k y l e n e r a d i c a l s o f s t r a i g h t
a n d
b r a n c h e d
c h a i n h y d r o c a r b o n s h a v i ng
8 - 2 0
c a r b o n s
a n d
b e i n g
s u b s t a n t i a l l y f r e e
o f a v a i l a b l e
h y d r o x y l
a n d
c a r
b o x y l g r o u p s . T h e a b o v e c o n s t i t u e n t i s formed by r e a c t
i n g a
mono-hydroxy
u n s u b s t i t u t e d
s t r a i g h t
o r b r a n c h e d
8/9/2019 Us 3229777
2/4
3 , 2 2 9 , 7 7 7
3
c h a i n a l i p h a t i c a l c o h o l h a v i n g t h e h y d r o x y l g r o u p on a
t e r m i n a l c a r b o n a n d
h a v i n g
8 - 2 0
c a r b o n s w i t h
e t h y l e n e
o x i d e ,
u s i n g a b o u t 1 . 1 5 - 2
m o l e s
o f e t h y l e n e
o x i d e
f o r
e v e r y
c a r b o n
p r e s e n t i n t h e a l c o h o l . Examples o f
mate
r i a l s s u i t a b l e f o r r e a c t i o n
w i t h e t h y l e n e o x i d e
t o form
t h i s c o n s t i t u e n t o f o u r n o v e l c o m p o s i t i o n i n c l u d e t h e
s a t u r a t e d
an d
u n s a t u r a t e d a l i p h a t i c u n - s u b s t i t u t e d
mono
h y d r o x y p r i m a r y a l c o h o l s
s u c h
a s b u t n o t l i m i t e d t o
o c t y l
a l c o h o l , d e c a n o l , u n d e c a n o l , l a u r y l a l c o h o l , t r i d e c y l a l c o
h o l ,
t e t r a d e c y l
a l c o h o l , p e n t a d e c y l a l c o h o l ,
c e t y l
a l c o h o l ,
h e p t a d e c y l
a l c o h o l ,
o l e y l
a l c o h o l ,
o c t a n d e c y l a l c o h o l ,
n o n a d e c y l
a l c o h o l , a r a c h i c a l c o h o l ,
a n d
v a r i o u s a l c o h o l
m i x t u r e s . S i n c e i t
i s
i m p o r t a n t t o
a v o i d
r e a c t i o n s
a t
t h e
d o u b l e
bond
o f
a n
u n s a t u r a t e ,
w e
p r e f e r a b l y e t h o x y l a t e
t h e s a t u r a t e d
a l c o h o l s .
' O u r
p r e f e r r e d
c o m p o s i t i o n i s
p r e p a r e d w i t h
t h e
e t h y l e n e o x i d e - t r i d e c y l a l c o h o l c o n ~
d e n s a t i o n pr o d u c t .
T h e a l c o h o l
and
e t h y l e n e o x i d e
c a n b e
r e a c t e d i n
any
e f f e c t i v e manner. Some o f t h e s e
r e a c t i o n
p r o d u c t s can
b e
p u r c h a s e d .
One m e t h o d
o f p r o d u c i n g t h e
c o n d e n s a
t i o n
p r o d u c t i s
t o c h a r g e t h e d e s i r e d a l c o h o l c o n t a i n i n g
an a l k a l i n e c a t a l y s t i n t o
a
s u i t a b l e r e a c t i o n v e s s e l .
T h e
a l c o h o l - c a t a l y s t
m i x t u r e i s
a g i t a t e d a n d t h e
v e s s e l
i s
h e a t
e d t o a t e m p e r a t u r e o f between a b o u t 80-170 C . T h e
e t h y l e n e o x i d e i s
c h a r g e d
i n t o
t h e m i x t u r e
i n
a
con
t i n u o u s s t r e a m u n t i l
t h e
p r e d e t e r m i n e d d e s i r e d a v e r a g e
m o l e c u l a r w e i g h t o f t h e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t ,
a s
m e a s
u r e d
b y t h e e t h y l e n e o xi d e a b s o r b e d , h a s b e e n a c h i e v e d .
W h e n
t h e
r e a c t i o n
h a s r e a c h e d c o m p l e t i o n ,
t h e
u n r e
a c t e d g a s e s
a r e s t r i p p e d
o f f under v ac u u m a f t e r
which
t h e
c a t a l y s t i s
n e u t r a l i z e d a n d removed b y ? l t r a t i o n .
T h e d e t e r g e n t
c o n s t i t u e n t
o f o u r compound p r e s e n t
i n
m i n o r p r o p o r t i o n s , w i l l
o r d i n a r l y
c o m p r i s e a b o u t
e q u a l
p a r t s
b y
W e i g h t o f d i e t h a n o l a m i n e , d i - o r t r i - e t h a n o l a m i ne
s a l t o f a n a l k y l a r y l s u l f o n a t e , d i - o r t r i - e t h a n o l a m i ne
s a l t o f
a
s u l f a t e d
p o l y e t h o x y l a t e d
a l k y l p h e n o l h a v i n g
8 - 1 0
c a r b o n s i n t h e a l k y l p o r t i o n a n d f r o m
3 - 1 2 m o l e s
o f
e t h y l e n e o x i d e i n t h e e t h e r p o r t i o n , a n d a d i e t h a n o l
amide o f
a
h i g h e r
f a t t y a c i d a n d / o r
a h i g h e r f a t t y a c i d
e s t e r . Minor amounts o f
g l y c e r i n e
m a y b e p r e s e n t due
t o
f a t
h y d r o l y s i s . I n g e n e r a l , t h e f o u r m a j o r c o m p o n e n t s
o f t h e d e t e r g e n t c o n s t i t u e n t o f o u r f o a m i n g c o m p o s i t i o n
w i l l b e
p r e s e n t
i n a b o u t t h e f o l l o w i n g p e r c e nt a g e s b y
weight
o f t h e c o n s t i t u e n t :
P e r c e n t
Diethanolamine __________________________ _ 25:3
D i -
o r t r i - e t h a n o l a m i n e s a l t o f s u l f a t e d p o l y e t h ~
oxylated a l k y l phenol ___________________ __ 25:3
D i - o r t r i - e t h a n o l a m i n e
s a l t
o f
a l k y l
a r y l
s u l
fonate
________________________________
_
25:3
D i e t h a n o l a m i d e
o f h i g h e r
f a t t y a c i d s
a n d / o r
e s t e r s
___________________________________
20:3
Any
r e m a i n i n g p e r c e n t a g e o f t h i s
c o n s t i t u e n t
i s t h e
g l y c e r i n e s p l i t
o f f i n t h e v a r i o u s f o r m a t i o n r e a c t i o n s .
A l k y l a r y l s u l f o n i c a c i d s w h i c h a r e s u i t a b l e f o r p r e p a
r a t i o n o f t h e d i -
o r
t r i - e t h a n o l a m i n e
s a l t o f an
a l k y l a r y l
s u l f o n a t e
a r e
t h o s e h a v i n g 9 t o 1 4 c a r b o n s
i n t h e a l k y l
p o r t i o n s s u c h
a s ,
b u t
n o t
l i m i t e d
t o d o d e c y b e n z e n e
s u l
f o n i c a c i d , t e t r a d e c y l b e n z e n e s u l f o n i c
a c i d , a n d d o d e c y l
n a p h t h a l e n e s u l f o n i c a c i d . Th e a ' l k y l o l a m i n e
s a l t s
o f
t h e s e a l k y l a r y l s u l f o n i c a c i d s , a r e r e a d i l y
p r e p a r e d
b y
r e a c t i n g ,
f o r
e x a m p l e ,
d i e t h a n o l a m i n e ,
e i t h e r
a l o n e o r
i n
c o m b i n a t i o n w i t h o t h e r
p r o d u c t s s u c h
a s f a t t y a c i d
d i
e t h a n o l a mi d e s , w i t h
t h e
d e s i r e d a l k y l a r y l s u l f o n i c a c i d .
T h e
r e a c t i o n
may a k e 1 / 2
hour
o r mo r e t o go t o comple
t i o n
a n d some
t r a c e
amounts
o f
d i e t h a n o l a m i n e
s u l f a t e
and
a m i n e e s t e r s
m a y
b e p r e s e n t i n t h e ? n a l r e a c t i o n
p r o d u c t .
O c t y l ,
n o n y l a n d
d e c y l
p h e n o l s a r e u s e f u l i n
p r e
p a r i n g t h e d i - a n d / o r
t r i - e t h a n o l a m i n e
s a l t s o f s u l f a t e d
p o l y e t h o x y l a t e d
a l k y l p h e n o l s .
F o r e x a m p l e , t h e d i e t h
a n o l a m i n e
s a l t s o f
t h e s u l f a t e d
e t h o x y l a t e d a l k y l p h e n o l s
employed
a s
a p a r t
o f
t h e l i q u i d d e t e r g e n t
c o n s t i t u e n t
o f
o u r
c o m p o s i t i o n c a n
b e
p r e p a r e d
b y
c o n d e n s i n g e t h y l e n e
1 0
20
2 5
30
3 5
40
45
50
55
60
65
7 0
7 5
4
o x i d e w i t h
a n
a l k y l
p h e n o l
i n t h e p r e s e n c e o f a n a l k a l i n e
c a t a l y s t a n d s u b s e q u e n t l y t r e a t i n g t h e
e t h o x y l a t e d
a l k y l
p h e n o l
w i t h s u l f a m i c
a c i d
o r
o t h e r s u l f a t i n g
a g e n t
a n d
? n a l l y
f o r m i n g
t h e 'd i e t h a n o l a m i n e
s a l t
o f t h e s u l f a t e d
p o l y e t h e r .
S e v e r a l o f t h e s e
e t h o x y l a t e d a l k y l p h e n o l s
a r e
c o m m e r c i a l l y
a v a i l a b l e .
We
r e f e r
t o
u s e
t h e
n o n y l
p h e n o l - e t h y l e n e o x i d e
c o n d e n s a t e i n p r e p a r i n g
t h i s
c o n
s t i t u e n t
o f
o u r
n o v e l m i x t u r e .
T h e
p r e p a r a t i o n
o f com
p o s i t i o n s
o f
t h i s
t y p e
i s s e t f o r t h i n US.
P a t e n t
N o .
2 , 7 5 8 , 9 7 7 , Knowles e t a l . I f t h e e t h e r c o n d e n s a t e s a r e
p u r c h a s e d ,
t h e
d i e t h a n o l a m i n e s a l t o f t h e s u l f a t e d c o n
d e n s a t e i s r e a d i l y p r e p a r e d b y t r e a t i n g t h e e t h e r c o n d e n
s a t e
w i t h a b o u t
10%
e x c e s s o f s u l f a m i c
a c i d
a t
about
I O U - 1 4 5 C . f o r a b o u t 4 h o u r s f o l l o w e d b y r e p l a c e m e n t
o f t h e
ammonia e v o l v e d w i t h
d i e t h a n o l a m i n e .
The
f a t t y
d i e t h a n o l a m i d e
c o m p o n e n t
i s p r e p a r e d b y
h e a t i n g
a n d r e a c t i n g
h i g h e r
f a t t y
a c i d s a n d / o r t h e i r
e s t e r s
w i t h an
e x c e s s
o f
d i e t h a n o l a m i n e .
Whil e g l y c e r i d e
e s t e r s o f t h e f a t t y
a c i d s
a r e p r e f e r r e d a s t h e f a t t y
a c y l
s u p p l y i n g
e l e m e n t , t h e
f a t t y
a c i d s
o r t h e i r
m o n o h y d r o x y
a l i p h a t i c
a l c o h o l
e s t e r s
m a y
b e e m p l o y e d .
The
p r e f e r r e d
f a t t y
a c y l
s u p p l y i n g e l e m e n t i s c o c o n u t
o i l
o r c o c o n u t
o i l
f a t t y a c i d s a s w e l l a s f a t t y m i x t u r e s c o n t a i n i n g a s u b
s t a n t i a l p r o p o r t i o n
o f l a u r i c a c i d and/ r g l y c e r y l
e s t e r s
t h e r e o f . W h i l e o t h e r f a t t y a c i d s
o r
o i l s
m a y b e
e m p l o y e d
t h e foam
s t a b i l i t y
o f t h e foam f o r m e d w h e n u t i l i z i n g o u r
n o v e l
c o m p o s i t i o n
i s somewhat l e s s t h a n where t h e c o c o
n u t
o i l f a t t y a c i d s a r e e m p l o y e d i n p r o d u c i n g t h e a l k y l o l
a m i d e
c o n d e n s a t e .
T h e f o l l o w i n g e x a m p l e s a r e i l l u s t r a t i v e o f
o u r
n o v e l
c o m p o s i t i o n s b u t
a r e
n o t t o b e c o n s i d e r e d l i m i t i n g
a s
t o
t h e i r s c o p e
o t h e r t h a n
a s
i s s e t
f o r t h
i n
t h e a p p e n d e d
c l a i m s :
EXAMPLE
O n e mole
o f
c o c o n u t
o i l was r e a c t e d w i t h s i x m o l e s
o f
d i e t h a n o l a m i n e
by
h e a t i n g
u n d e r
vacuum
a t
1 5 0
1 6 0
C . f o r a p p r o x i m a t e l y ? v e h o u r s . The r e a c t i o n
p r o d u c t
w h i c h
w a s o b t a i n e d a f t e r
c o o l i n g
c o n t a i n e d a b o u t
2 6 %
f r e e
d i e t h a n o l a m i n e .
T o
7 5 p a r t s o f t h i s
c o n d e n s a t e
2 5 p a r t s
o f
d o d e c y l b e n z e n e s u l f o n i c a c i d was a d d e d . The
a c i d i s
a b o u t 8 8 - 9 8 % a c t i v e and c o n t a i n s
s m a l l
amounts
o f s u l f u r i c
a c i d , w a t e r , a n d u n r e a c t e d d o d e c y l b e n z e n e .
The m i x t u r e was a g i t a t e d v i g o r o u s l y f o r
a b o u t
1 / 2 h o u r
o r
u n t i l
n e u t r a l i z a t i o n
o f
t h e s u l f o n i c a c i d
by
t h e
d i
e t h a n o l a m i n e
h a d
o c c u r r e d . The r e s u l t i n g p r o d u c t c o n
t a i n e d
t h e
a p p r o x i m a t e p e r c e n t a g e s o f
t h e
c o m p o n e n t s
a s f o l l o w s :
C o m p o s i t i o n : P e r c e n t
by
w e i g h t
Coconut o i l - d i e t h a n o l a m i n e
condensate _ _ _ _ . 50-55
D i e t h a n o l a m i n e
s a l t
o f
d o d e c y l
b e n z e n e
s u l
f o n a t e ____________________________ _ 25-30
F r e e d i e t h a no l a m i n e __________________ __
5 -10
EXAMPLE
I
1 m o l e
p o l ye t h o x yl a t e d n o n yl p h e n o l , a v e r a g i n g a b o u t
5
m o l e s e t h y l e n e o x i d e i n t h e e t h e r p o r t i o n was r e a c t e d
w i t h a b o u t 1 . 1 m o l e s s u l f a m i c
a c i d a t
a b o u t
1 0 0 - 1 4 5 C .
A f t e r a b o u t
4
h o u r s
t h e a c i d
g r o u p
was n e u t r a l i z e d
w i t h
d i e t h a n o l a m i n e .
A p p r o x i m a t e l y
2 5
p a r t s
b y w e i g h t
o f
t h e
s a l t
o f
t h e e t h e r
s u l f a t e
s o
formed
was
m i x e d
w i t h a b o u t
2 5
p a r t s
b y
w e i g h t o f f r e e
d i e t h a n o l a m i n e , 2 5 p a r t s
b y
w e i g h t
o f t h e d i e t h a n o l a m i n e
s a l t
o f d o d e c y l
b e n z e n e
s u l
f o n a t e
a n d
a b o u t 1 6 p a r t s b y
w e i g h t
o f
t h e d i e t h a n o l
a m i d e
o f
c o c o n u t
o i l .
The r e m a i n i n g p r o p o r t i o n o f t h e
c o m p o s i t i o n
f o r m e d
c o n s i s t s s u b s t a n t i a l l y
o f
g l y c e r i n es p l i t
f r o m
t h e
o i l .
EXAMPLE
I I
2 0 0 g r a m s o f t r i d e c y l a l c o h o l
a c t i o n
v e s s e l
c o n t a i n i n g 0 . 5 % b y
w e i g h t o f
s o d i u m
h y
d r o x i d e a s v a c a t a l y s t .
T h e a l c o h o l - c a t a l y s t
m i x t u r e
wa s
a g i t a t e d
a n d
h e a t e d
t o a b o u t
1 6 0 C . F i f t e e n m o l e s
e t h y l e n e o x i d e
w e r e
c o n t i n u o u s l y
m e t e r e d
i n t o t h e mix
t u r e .
T h e r e a c t i o n
w a s
c o m p l e t e d i n a b o u t 5 h o u r s ,
wer e c har g ed
i n t o a
r e
8/9/2019 Us 3229777
3/4
3 , 2 2 9 , 7 7 7
5
t h e u n r e a c t e d g a s e s
s t r i p p e d
o f f u n d e r vacuum, a n d
t h e
c a t a l y s t n e u t r a l i z e d a n d r e m o v e d .
EXAMPLE IV
A i x t u r e o f i n g r e d i e n t s was p r e p a r e d c o n t a i n i n g 4
p a r t s b y w e i g h t o f t h e r e a c t i o n
p r o d u c t
o f E x a m p l e
I I I ,
a n d o n e
p a r t o f
t h e s u r f a c e
a c t i v e
m i x t u r e p r e p a r e d
i n
Example
I I .
A f o o t t u b u l a r column
h a v i n g
a 2 1 / 2
i n s i d e
d i a m e t e r
and c o n t a i n i n g 950 c c . water w a s used
t o t e s t t h e
water
t r a n s p o r t i n g
e f f e c t i v e n e s s
o f
our com
p o s i t i o n s .
T h e w a t e r had d i s s o l v e d t h e r e i n ,
a b o u t
4 . 0
g .
s o d i u m c h l o r i d e , 1 . 0 g . s o d i u m b i c a r b o n a t e , 2 . 0 g . c a l c i u m
s u l f a t e , 2 . 0 g . c a l c i u m c h l o r i d e ,
1 . 0
g . magnesium c h l o r i d e ,
50 g .
o f a 10% b e n t o n i t e s u s p e n s i o n
and
1 0 c c . No.
2 d i e s e l
f u e l .
2 . 0
g .
o f o u r above m i x t u r e
o f i n g r e d i e n t s
w a s m i x e d
i n t o t h i s
s o l u t i o n
and
t h e
m i x t u r e p o u r e d i n t o
t h e
c o l u m n .
Air wa s i n t r o d u c e d i n t o
t h e
column a t t h e bottom t h e r e o f ,
a t
t h e
r a t e o f 1 . 1 c . f . m .
and a f t e r
20 m i n u t e s
a e r a t i o n , 1 5 9
c c . o f
Water i n
t h e form o f a
s u b s t a n t i a l l y
s t a b l e foam
had b e e n c a r r i e d
o u t
t h e
t o p
o f
t h e c o l u m n .
T h e t e s t
was r e p e a t e d i n
t h e same
w a t e r c o m p o s i t i o n u s i n g
t h e
t r i d e c y l
e t h y l e n e o x i d e
a d d u c t
a l o n e , t h e
s u r f a c e
a c t i v e
m i x t u r e
o f
E x a m p l e I I a l o n e , a n d d i f f e r e n t p r o p o r t i o n s o f
t h e
m i x t u r e
o f
i n g r e d i e n t s
o f Examples I I and I I I . T a b l e
I s e t s
f o r t h t h e
d a t a c o m p i l e d :
T a b l e I
P e r c e n t V o l .
H2O
A g e n t
A d d e d
A d l c t l e g i ,
l y R e c o v e r e d ,
. 2 cc.
Product
of
E x . III _______________________ . 0.2
6 8 . 0
g r g d g c t g f E x . f I I I ] _ - _ ? . I . _ _ _ _ .
0 . 2
N o n e
5
r0
not 0
x.
___
_
1 5 7 ? ,
P r o d u c t o f
E X .
I L . - - - i 190
8 0 %
Product o f E x .
I I I - - .
_
} 0 2 1 5 9 0
20 Product of Ex.
IL-.-
_ ' '
6 5 %
Product
o f E x . I I I _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . } 0 2 6 0 O
35
Product
of
Ex.
II
___________________
_
'
EXAMPLE V
Soybean o i l a n d an e x c e s s o f
diethanolamine
w a s
heated
a t 310 F . f o r 4 hours a t 26 vacuum. 51.85% o f t h e
amide c o n d e n s a t e t h u s
formed
an d c o o l e d t o a b o u t 1 0 0
F .
was m ixed
f o r a b o u t
1 5
m i n u t e s
w i t h 17.3% d o d e c y l
n a p h t h a l e n e
s u l f o n i c
a c i d . 1 9 . 0 % o f t h e t r i e t h a n o l a m i n e
s a l t o f p o l y e t h o x y l a t e d o c t y l
p h e n o l
was
a d d e d t o
and
t h e e n t i r e
m i x t u r e a g i t a t e d f o r
a b o u t 1 5 m i n u t e s . T o t h i s
m i x t u r e
was
added
11.85%
d i e t h a n o l a m i n e .
T h e e n t i r e
b a t c h w a s heated t o 1 5 0 F . a n d m i x e d f o r
1 / 2
hour a t
a t m o s p h e r i c p r e s s u r e . T h e t e m p e r a t u r e
was m a i n t a i n e d
a t a b o u t 1 5 0 F .
an d
mixing c o n t i n u e d a t
5
vacuum f o r
1 / 2
hour
a t
which
t i m e
a l l
t h e
a m mon ia
t h a t
h ad
e v o l v e d
h a d b e e n d r i v e n o f f
a n d r e p l a c e d b y d i e t h a n o l a m i n e .
EXAMPLE
VI
E x c e s s d i e t h a n o l a m i n e
and t a l l o w wer e h e a t e d t o
320
F .
f o r
6
h o u r s
a t
26 vacuum. T o 51.85% o f t h e ami d e
c o n d e n s a t e t h u s
formed
was added
17.3%
t e t r a d e c y l b e n
z e n e s u l f o n i c a c i d , 19.0% d i e t h a n o l a m i n e s a l t o f p o l y
e t h o x y l a t e d d e c y l p h e n o l a n d 1 1 . 8 5 i e t h a n o l a m i n e b y
t h e
p r o c e d u r e
o u t l i n e d i n
Example
V .
EXAMPLE VII
P o l y e t h o x y l a t e d a l c o h o l s
w e r e p r e p a r e d
i n
a c c o r d a n c e
w i t h
t h e
p r o c e d u r e o f E x a m p l e I I I
u s i n g
t h e f o l l o w i n g
a l c o h o l s
and amounts o f
e t h y l e n e o x i d e :
T a b l e
I I
M o l s e t h y l e n e o x i d e
(a) Lau r y l
alcohol
___________________________
_ 15
(b) T r i d e c y l
alcohol
_________________________
_
2 0
(c) Lau r y l
alcohol
__________________________
_ 2
( d )
C e t y l
alcohol ___________________________
_ 2 5
(e)
O l e y l
alcohol ___________________________
_
2 8
( f )
Stearyl alcohol __________________________ _ - 4 0
(g) Octyl alcohol
___________________________
_ 12
10
1 5
20
25
30
35
40
45
6
EXAMPLE I I I
R e p r e s e n t a t i v e
c o m p o s i t i o n s
w e r e p r e p a r e d u s i n g d i f
f e r e n t c o m b i n a t i o n s
a n d p r o p o r t i o n s
o f
p o l y e t h o x y l a t e d
a l c o h o l s
and
o t h e r
s u r f a c e
a c t i v e
c o m p o s i t i o n s a s f o l l o w s :
S a m p l e C o m p o s i t i o n
(A) _______________
..
(B)
________________ _
(C)________________ _
(D)________________ _
(E)
________________
_
3 5 0
p a r t s
p r o d u c t o f
E x .
VII
( c ) .
1 0 0 p a r t s
p r o d u c t
o f
E x . V .
3 1 0
p a r t s
p r o d u c t o f E x . I I I .
1 0 0 p a r t s p r o d u c t
o f
E x . V I .
3 7 5 p a r t s p r o d u c t o f E x . VII
1 ? ) .
1 0 0 p a r t s
p r o d u c t
o f E x . I I .
4 0 0
p a r t s p r o d u c t
o f
E x . VII
( g ) .
1 0 0 p a r t s p r o d u c t o f
E x . I I .
4 0 0 p a r t s
p r o d u c t
o f .
E x .
V I - I ( b ) .
1 0 0
p a r t s
p r o d u c t
o f
E x . I I .
S a m p l e s A-E n a m o u n t s o f 0 . 0 1 % , 1 . 0 % , 0 . 5 % , 0 . 2 % ,
2%,
r e s p e c t i v e l y , b y
W e i g h t
o f
t h e
w a t e r
w e r e e a c h a d d e d
t o a column
c o n t a i n i n g w a t e r h a v i n g f o a m - s u p p r e s s i n g
a g e n t s
t h e r e i n
( s i m i l a r t o t h a t s e t
o u t i n E x . I V ) .
Com
p r e s s e d
a i r
was
b l o w n
i n t o t h e
column and
t h e
e f f e c t i v e
n e s s o f
t h e s a m p l e s t o
t r a n s p o r t
water
from
t h e
w e l l w a s
n o t e d .
A l l
s a m p l e s ,
w e r e v e r y e f f e c t i v e foaming a g e n t s ,
a l t h o u g h a v a r i a t i o n i n e f f e c t i v e n e s s
was
n o t e d , t h e s a m
p l e s c o n t a i n i n g t h e p r o d u c t o f E x . I I p r o d u c i n g t h e m o s t
s t a b l e
f o a m s .
O b v i o u s l y , m a n y
m o d i ? c a t i o n s
and v a r i a t i o n s o f t h e
i n v e n t i o n a s
h e r e i n b e f o r e
s e t f o r t h may e m a d e without
d e p a r t i n g f r o m
t h e s p i r i t a n d
s c o p e h e r e o f , a n d
t h e r e f o r e
o n l y s u c h
l i m i t a t i o n s
s h o u l d b e imposed a s a r e i n d i c a t e d
i n t h e a p p e n d e d c l a i m s .
We
l a i m :
1 .
I n t h e m e t ho d o f t r a n s p o r t i n g w a t e r from w e l l s a s a
s u b s t a n t i a l l y s t a b l e f o a m ,
t h e
i m p r o v e m e n t
c o m p r i s i n g :
c o n t a c t i n g t h e
w a t e r
i n
a W e l l w i t h a s m a l l
amount
o f a
c o m p o s i t i o n
c o n t a i n i n g
3 . 1 - 4
p a r t s
b y
w e i g h t ,
o f
a w a t e r
s o l u b l e compound o f
t h e
f o r m u l a R ( O C H 2 C I I 2 ) , , O H ,
wherein
R
s an
a l i p h a t i c
hydrocarbon
r a d i c a l
o f
a t l e a s t
8 c a r b o n s and
n i s from a b o u t
9-40 and
1
p a r t , by
w e i g h t ,
o f a m i x t u r e , i n a b o u t e q u a l p r o p o r t i o n s , o f : a f a t t y d i
e t h a n o l a m i d e , an a l k y l o l a m i n e s a l t
o f
an a l k y l a r y l
s u l
f o n a t e ,
a n
a l k y l o l a m i n e s a l t o f a
s u l f a t e d
p o l y e t h o x y l a t e d
a l k y l p h e n o l
h a v i n g
8 - 1 0
c a r b o n s
i n t h e
a l k y l
p o r t i o n a n d
3 - 1 2
e t h y l e n e o x i d e g r o u p s i n t h e e t h e r po r t i o n , and d i
e t h a n o l a m i n e ; a n d c i r c u l a t i n g g a s i n
t h e
s o - t r e a t e d w e l l .
2 . I n
t h e
me t hod
o f
t r a n s p o r t i n g water
from w e l l s a s
a s u b s t a n t i a l l y s t a b l e f o a m , t h e i m p r o v e m e n t c o m p r i s i n g :
c o n t a c t i n g t h e
w a t e r
i n a w e l l w i t h a t l e a s t a b o u t 0.01%
by w e i g h t
o f
t h e
W a t e r ,
o f
a
c o m p o s i t i o n c o n t a i n i n g 3 . 1 - 4
p a r t s b y w e i g h t ,
o f
t h e r e a c t i o n
p r o d u c t o f
a monohy
d r o x y
a l i p h a t i c
a l c o h o l
h a v i n g
a
l e a s t
8
c a r b o n s
w i t h
from
a b o u t 1 . 1 5 - 2 m o l e s o f
e t h y l e n e
o x i d e p e r c a r b o n atom
i n
t h e a l c o h o l ,
a n d 1
p a r t by w e i g h t , o f
a m i x t u r e
o f
a b o u t 17-23% c o c o n u t o i l
d i e t h a n o l a m i d e , a b o u t
22- 2 8%
p o l y e t h a n o l a m i n e
s a l t
o f a n
a l k y l b e n z e n e
s u l f o n a t e
hav
i n g 9 - 1 4 c a r b o n s
i n
t h e a l k y l p o r t i o n ,
a b o u t
22-28%
p o l y e t h a n o l a m i n e
s a l t
o f a
s u l f a t e d
p o l y e t h o x y l a t e d
a l k y l p h e n o l
h a v i n g 8 - 1 0 c a r b o n s i n
t h e
a l k y l
p o r t i o n
a n d
3 - 1 2 e t h y l e n e o x i d e g r o u p s i n t h e e t h e r
p o r t i o n , a n d
a b o u t 22- 2 8% d i e t h a n o l a m i n e ; and
a e r a t i n g s a i d s o
t r e a t e d
W e l l .
3 .
I n t h e
g a s d r i l l i n g o f w e l l s
w h e r e i n w a t e r b e a r i n g
f o r m a t i o n s a r e
e n c o u n t e r e d ,
t h e
i m p r o v e m e n t
c o m p r i s i n g
a d d i n g t o t h e w e l l a t
l e a s t
a b o u t 0.01%
by w e i g h t
o f t h e
w a t e r
o f a
foaming
a g e n t c o n s i s t i n g o f
4 p a r t s
o f
a
W a t e r
s o l u b l e
compound
o f
t h e
f o r m u l a
wherein
x i s from 8-20 and
n
i s from
9-40
an d 1 p a r t
o f
a
m i x t u r e
o f a b o u t 17-23% c o c o n u t
o i l d i e t h a n o l
a m i d e , a b o u t
22-28%
d i e t h a n o l a m i n e s a l t o f d o d e c y l
b e n z e n e
s u l f o n a t e , a b o u t 22- 2 8% d i e t h a n o l a m i n e s a l t
o f
a
s u l f a t e d
n o n y l ph e n o l - e t h y l e n e o x i d e c o n d e n s a t e h a v i n g
3-12 e t h y l e n e
o x i d e g r o u p s ,
a n d
a b o u t 2 2 2 8 % d i e t h a n o l
8/9/2019 Us 3229777
4/4
3 , 2 2 9 , 7 7 7
7
a m i n e ; a n d c i r c u l a t i n g g a s i n
s a i d
w e l l w h e r e b y
s u b s t a n
t i a l amounts o f s a i d
w a t e r
w i l l b e t r a n s p o r t e d o u t
o f
s a i d
w e l l a s
a s u b s t a n t i a l l y s t a b l e foam.
4 . T h e
m e t ho d o f
c l a i m
3
wherein x
i s 1 3 a n d n i s
15-26.
5 .
In t h e
m e t h o d
of
t r a n s p o r t i n g w a t e r
f ro m
a well
a s a s u b s t a n t i a l l y s t a b l e
f o a m ,
t h e
improvement c o m p r i s
i n g
a d d i n g t o s a i d
w e l l
a foam
p r o d u c i n g amount o f a
c o m p o s i t i o n c o n t a i n i n g 3 . 1 - 4
p a r t s
b y w e i g h t o f
w a t e r
s o l u b l e compound o f t h e f o r m u l a R(OCH2CH2),,OH,
where R
s
an a l i p h a t i c
h y d r o c a r b o n
r a d i c a l
o f a t l e a s t
8 c a r b o n s
and
n i s from 9-40
and
1 p a r t by w e i g h t
o f
a
m i x t u r e i n a b o u t
e q u a l p a r t s b y
w e i g h t
o f :
a f a t t y
d i e t h a n o l a m i d e , a n a l k y l o l a m i n e s a l t
o f
a n
a l k y l a r y l
s u l
f o n a t e ,
an a l k y l o l a m i n e
s a l t o f a s u l f a t e d
p o l y e t h o x y l a t e d
a l k y l p h e n o l , a n d d i e t h a n o l a m i n e .
R e f e r e n c e s C i t e d by t h e E x a m i n e r
UNITED STATES
PATENTS
Re.
2 3 , 8 4 0
6 /1 9 5 4
Vitale
e t a 1
_________
__
252-152
1,970,578
8 / 1 9 3 4
Schoeller e t a 1 .
____
__ 260-458
2 , 7 5 8 , 9 7 7 8 / 1 9 5 6
Knowles
e t a l .
____ __
252-161
2 ,766,212
10/1956
G r i fo
____________
_
252-152
10
1 5
20
8
2 , 8 5 5 , 3 6 7 10/1958 Buck _____________ _ 252-138
3,073,387 1/1963 D u n n i n g e t a l
_______ __
175-71
3 , 0 7 6 , 5 0 8
2/1963 Li s san t __________ _
252-855
OTHER
REFERENCES
M u r r a y e t
a l . :
W a t e r S t i l l Poses
Tou g h
P robl em i n
D r i l l i n g
w i t h
A i r ,
a r t i c l e
i n t h e O i l
and
G a s
J o u r n a l ,
v o l .
5 5 , J u n e
1 0 ,
1 9 5 7 ,
p a g e s
1 0 5 , 1 0 7 ,
1 1 0
a n d 1 1 1 .
M c C u t c h e o n : S o a p a n d C h e m i c a l S p e c i a l i t i e s , F e b r u a r y
1 9 5 8 , pages
5 6 ,
61
a n d 6 2 .
R a n d a l l e t a l . : S t e a r a t e s , Foaming A g e n t s Combat Wa
t e r
i n A i r o r
Gas
D r i l l i n g ,
a r t i c l e i n T h e O i l and Gas
J o u r
n a l , Nov.
3 ,
1 9 5 8 ,
p a g e s
7 8
t o 8 3 .
G r a y :
C h e m i c a l s
i n D r i l l i n g M u d s ,
a r t i c l e
i n
The
O i l
a n d Gas J o u r n a l , v o l . 5 6 , December 1 5 , 1 9 5 8 , p a g e s 9 7 .
175-7
.
S c h w a r t z e t a l . : S u r f a c e A c t i v e A g e n t s a n d D e t e r g e n t s ,
p u b l i s h e d 1 9 5 8 b y I n t e r s c i e n c e P u b l i s h e r s
I n c . , New Y o r k ,
V o l .
I I , p a g e 3 1 6 .
Dunning e t
a l . :
Foaming A g e n t s a n d
C u r e
f o r W a t e r
L o g g e d W e l l s ,
a r t i c l e
i n
t h e
P e t r o l e u m E n g i n e e r , Novem
b e r
1 9 5 9 ,
p a g e s B28 t o
B 3 3 .
2 5 2 - 8 5 5 .
JULIUS
GREENWALD, r i m a r y
E x a m i n e r .