由源自生物质的油制备钻井液的方法

文档序号:9762352阅读:389来源:国知局
由源自生物质的油制备钻井液的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及由源自生物质的油制备钻井液的方法。更具体地,本发明涉及由源自 天然存在的生物质的油类和脂类制备长链酯(estolide)形式的钻井液的方法。
[0002] 本申请要求2014年10月17日提交的名称为"活化的EU-2沸石及其应用"的韩 国专利申请No. 10-2014-0141074的优先权,在此其全文以引用的方式并入本申请。
【背景技术】
[0003] 虽然炼油厂已严格管理,但石油资源仍然是污染地球环境的最大来源。石油资源 的提取导致沉积在地球深处的石油储备(如S、N、重金属、芳烃等)暴露至地球表面。通过 精炼石油资源生产的润滑剂具有低生物降解性,当其被引入生态系统时,很可能极大地影 响生态系统。实践中,由于化学品的使用,生态失调频繁发生。石油泄漏、化学品泄漏或无 声油泄露(silent-oil-spills)频繁地影响生态系统。
[0004] 因此,已作出努力用环保材料代替石油资源,具有代表性的环保材料为源自生物 质的油类和脂类。
[0005] 源自生物质的油类和脂类是通过(例如)种植树木、使树木结果并且挤压水果 得到的初级产品。由于源自生物质的油类和脂类中的碳原子来自于地球大气中已经存在 的C0 2,因此,与源自化石碳的矿物油相反,源自生物质的油类和脂类不会导致地球大气 中C02的增加,相反,通过地球的自净化,减少了地球大气的C0 2水平,有助于总C02的减排 (reduction)。因此,源自生物质的油类和脂类有益于地球的自净化,并且参与总C0 2的减 排(reduction),这可以提高矿物燃料可容许的使用。
[0006] 以往钻井液是基于柴油,但对环境问题的认知导致目前的法律规定要求钻井液由 100%的环保材料组成。对于柴油,即使全球范围内仅以低至几个百分比的比例使用,依法 规定也要使用源自生物质的环保柴油。此外,该比例日趋增加。
[0007] 钻井液(也称为钻孔泥浆、钻井泥浆、或者就称为泥浆),在钻井过程中被栗送通 过钻柱,在钻头喷嘴处喷出。然后,钻井液携带粉碎的或切开的岩石(肩)向上通过钻柱与 被钻出的孔壁之间的环形空间,再向上穿过地面套筒,在此其出现在地面。钻井液的主要功 能包括:(i)携带出钻肩、(ii)保持钻头和钻柱冷却、(iii)润滑钻柱、以及(iv)对抗钻井 的基础结构压力以防止钻井壁坍塌。
[0008] 钻井液大致分为油基泥浆和合成基液。油基泥浆是这样的泥浆,其基液包含柴油、 矿物油或其它油,不含合成材料。合成基液是这样的泥浆,其基液为由化学材料通过反应制 备的合成油。例如,可以在金属茂催化剂的存在下使一种或多种烯烃单体低聚从而制备合 成基液(美国专利No. 5198012和No. 6054415,以及美国专利申请No. 2011/0251445)。对 此,通过直链α-烯烃方法制备的商业化Chevron共混物主要包含1-十六碳烯(C16)和 1-十八碳烯(C18)的混合物,C16/C18 α -烯烃的比例为65/35。
[0009] -般而言,钻井液应当表现出对其功能而言必要的特定物理性质。例如,密度(比 重)是与液体柱恰好能够模拟冰层内岩层静态应力的功能相关的物理性质,其随深度而变 化。假设倾点高,在低温条件下(深海钻探、极地区域的石油钻探等)钻井液的粘度急剧增 大,非常容易过度稠化。闪点低的钻井液存在稳定性问题。此外,当钻井液粘度过低时,不 能实现其固有的将碎肩浮起并输送至地面的功能。另一方面,粘度过高则钻井液难以栗送。 因此,需要对钻井液的粘度进行适当调整。然而,这些性能有时趋于相互抵消(例如,一种 性能的改善可能伴随着另一种性能的劣化),因此,单一钻井液很难同时满足需要的多种性 能。
[0010] 随着关于钻探工作条件和环境污染的规定变得越来越严格,要求钻井液不仅要发 挥其固有的性能,而且还不能导致人体和环境出现问题。然而,传统技术很难使对环境的负 面影响最小化,例如非生物降解性和/或毒性。原油来源不可避免保留着的杂质,如多环芳 烃、过渡金属、硫、氮、卤素等,例如,油基钻井液需要额外的设备或工艺以除去这些杂质。合 成基钻井液,特别是烯烃的低聚产物,具有排出用于反应的催化剂(例如三氟化硼等)作为 有毒物质的潜在问题。但是,美国环保局(USEPA)实行对生物降解性、沉积物毒性、重金属 和多环芳香烃含量等规定施行严格的标准。
[0011]由生物质制造燃料油如汽油或柴油的各种方法是已知的,但是还没有将生物质应 用于钻探油。生物质包含少量引起环境污染的组分,并且仅包含碳、氢、氧,因此认为其对防 止环境污染而言是有利的。相应于原油需求的增加,由于经常在寒冷地区开展钻探工作,需 要改善钻井液的低温特性(尤其是倾点)。另外,仍然有必要改善钻井液的基本性能(例如 闪点、比重、粘度等)。
[0012] 由于长链酯的结构特点,自出现伊始即被认为适合用作润滑油(V类,酯基油)。然 而,首次制备的源自甘油三酯的长链酯,尽管其具有良好的倾点(PP 9°C至-36°c ),但是由 于其氧化稳定性差(RPV0T 29至52分钟),因此不能直接用作润滑液。然而,由于提供了一 种用于改善氧化稳定性的技术,其通过以油酸作为进料,并采用部分氢化和添加剂来提高 氧化稳定性,因而有很大可能性长链酯将可用作高品质润滑油基油和化妆品的原料。
[0013] 与石油基I类、II类和III类基油相比,常规长链酯在粘度指数、氧化稳定性和热 稳定性方面具有优势,并且适用于生产高品质润滑油基油(Vis.大于100)。
[0014] 对于钻井液的功能,所制造的这种用作润滑油的常规长链酯的分子量过大。例如, 其性质包括40°C的粘度、比重、闪点等,都不符合钻井液要求的标准。常规长链酯,无论是 直接由甘油三酯制备的,或者使用油酸作为唯一的进料制备的,都是具有32或更多个碳原 子的重质烃,因此不能用作柴油类钻井液。普通长链酯产物(如润滑油基油)可作为钻井 液。然而,这些重质烃,虽然具有良好的润滑性,但是由于其摩擦热传递性和粘度高,因而不 被认为是高质量的钻井液。
[0015] 本发明的技术目标是由源自生物质的油类制备新型钻井液,其为长链酯的形式, 并且显示出与常规钻井液类似的性能。如此制得的长链酯保留了常规长链酯优异的生物降 解性和低温特性,因此其能够用作优质钻井液。在由于天气和环境问题禁止使用源自矿物 油的钻井液时,由源自生物质的油类或脂类生产的钻井液将是一个很好的替代品。

【发明内容】

[0016] 本发明提供了一种由源自生物质的油类制备钻井液的方法,其中几乎不包含对环 境造成污染的组分。
[0017] 另外,本发明提供了一种长链酯形式的钻井液,其通过使轻质酸与源自生物质的 油类的混合脂肪酸反应而产生,并且在结构上与传统的长链酯产物完全不同。
[0018] 根据一方面,本发明提供了一种制备钻井液的方法,其包括以下步骤:a)由源自 生物质的油制备混合脂肪酸;b)使步骤a)的混合脂肪酸与轻质酸发生长链酯反应得到长 链酯;以及c)使用醇对步骤b)的长链酯进行酯化以获得钻井液。
[0019] 在本发明一个示例性的实施方案中,生物质是动物生物质、植物生物质、或它们的 组合。在此,所述动物生物质选自鱼油、牛油、猪油、羊油、黄油及其组合构成的组,所述植物 生物质选自葵花籽油、芥花油、棕榈油、玉米种子油、棉籽油、菜籽油、亚麻籽油、红花籽油、 燕麦油、橄榄油、棕榈油、杏仁油、扁桃仁油、鳄梨油、橄榄油、山茶油、米糠油、棉籽油、花生 油、核桃油、菜籽油、米糠油、亚麻籽油、芝麻油、大豆油、蓖麻油、可可脂、棕榈仁油及其组合 构成的组。
[0020] 在本发明另一个示例性实施方案中,所述混合脂肪酸可以包含至少80重量%的 C16脂肪酸、C18脂肪酸、或它们的组合,并且混合脂肪酸中各脂肪酸的长度在4到24个碳 原子的范围内。
[0021 ] 在本发明另一个示例性实施方案中,所述混合脂肪酸可以是通过脱脂化反应来源 于生物质甘油三脂的脂肪酸。
[0022] 在本发明另一个示例性实施方案中,所述脂肪酸可以为棕榈脂肪酸馏出物(PFAD) 或大豆脂肪酸馏出物(SFAD),二者均源自生物质。
[0023] 在
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