使用生物衍生的单酯作为钻井液的方法_3

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的缩合芳控、烷基芳控聚合物、亚氨基二亚胺和聚烷基苯乙締。(聚烷基糞、聚烷基 酪醋和聚甲基丙締酸烷基醋的分子量范围在约2000-约0000)。因为乙締共聚物和异下締聚 合物是无毒的,它们是优选的降凝剂。
[0117] 使用至多约Iwt%的降凝剂。(说明书和权利要求书中所采用的降凝剂重量百分数 是基于合成液重量计,即降凝剂重量除W合成液重量,所得商乘W100%)。优选所用降凝剂 的浓度为0.005-约0.5、更优选约0.01-约0.4、最优选约0.02-约0.3wt%。
[0118] 可调节本发明钻井液的各种性质(如单醋/水比、密度等),W适合任何钻井操作。 例如,通常将钻井液配制成单醋/水的体积比为约100:0-约40:60,密度为约0.化g/1 (7.5 磅/加仑(ppg))至约2.4kg/l(20ppg)。更通常地,钻井液的密度为约1.1-约2.3kg/l(9- 19ppg)。
[0119] 钻井液优选通过将各成分按W下顺序混合来制备:(a)单醋,(b)乳化剂,(c)石灰, (d)降滤失剂,(e)包括水和页岩抑制盐的水溶液,(f)有机白±(当使用时),(g)油润湿剂, 化)增重剂,(i)非横化聚合物,(j)横化聚合物(当使用时),和化)非有机白±(当使用时)。
[0120] II.制备单醋的方法
[0121] 如上所述,本发明另外设及制备上述润滑油组合物的方法。
[0122] 本文所公开的締控可W是通过气变液工艺(G化)精制过程、石化过程、废塑料热解 和其它过程所制备的α-締控,经异构化成内締控随后转化成单醋。使用包括分子筛如SAP0- 39和中孔沸石如SSZ-32及ZSM-23的双键异构化催化剂将α-締控异构化成内締控。
[0123] 参看图1所示的流程图,在一些实施方案中,用于制备上述具有典型润滑基础油粘 度和倾点的单醋物种的方法包括W下步骤:(步骤101)将碳数为C6-C84的内締控(或多种締 控)环氧化W形成环氧化物或环氧化物混合物,(步骤102)通过还原法打开该环氧环W形成 相应的单仲醇,和(步骤103)将仲醇用C6-C"簇酸进行醋化(即经醋化处理)W形成内单醋物 种。通常,包括此单醋物种的润滑油组合物l〇〇°C溫度下的粘度范围为0.5-2厘拖。
[0124] 在一些实施方案中,当形成一定量的单醋物种时,此一定量的单醋物种可W基本 是均质的,或者可W是两或更多种不同的此类单醋物种的混合物。
[0125] 在一些运样的上述方法实施方案中,所用締控是费-托过程的反应产物。在运些或 其它实施方案中,簇酸可W是衍生自通过费-托过程所产生的醇和/或它可W是一个生物衍 生的脂肪酸。
[0126] 在一些实施方案中,締控是α-締控(即,链末端具有双键的締控)。在此实施方案 中,通常需要将締控异构化W使双键内化。运样的异构化反应一般要使用催化剂例如但不 限于结晶娃侣酸盐和类似材料和侣憐酸盐进行催化。(例如参见美国专利2537283、 3211801、3270085、3327014、3304343、3448164、4593146、3723564和 6281404),最后一个专 利所要求保护的是孔径3. 8-5 1的一维孔的.结晶侣憐酸盐基催化剂。
[0127] 作为此上述异构化方法的例子且如方案1(图3)所示,费-托α-締控(α-締控)可异 构化成相应的内締控随后进行环氧化。然后可通过环氧化物环的还原反应将环氧化物转化 为相应的单仲醇,接着通过与适当簇酸或其酷化衍生物进行醋化(即,二-醋化)。一般需要 将α-締控转化为内締控,因为α-締控、尤其是短链α-締控的单醋往往是固体或蜡。将α-締控 "内化"接着转化为单醋官能团使得所产生的醋中沿链引入了支链,因此降低了分子的对称 性而得W降低预期产物的倾点。将醋内化也可提高氧化和水解稳定性。内醋呈现了令人惊 奇的水解和氧化稳定性,大大优于那些末端醋。将醋内化使得它的空间位阻更大且可能有 助于氧化和水解稳定性。
[0128] 具有极性特征的醋基将进一步提高最终产物的粘度。通过醋基的内化而引入的支 化将增强低溫性能如倾点和浊点。通过增加内締控或醋化所用酸的碳数可W提高粘度。
[0129] 对于环氧化反应(即环氧化步骤),在一些实施方案中,可将上述締控(优选内締 控)与过氧化物(例如Η2化)或过氧酸(例如过氧乙酸)反应来生成环氧化物。(例如参见 D.Swern在Organic Peroxides Vol.II(Wiley-Interscience,New York,1971)355-533页 和B.Plesnicar在Organic Chemistry,Part C(W.Trahanovsky(ed.).Academic Press,New York 1978)的Oxidation第221-253页中所述)。通过高选择性试剂例如四氧化饿(参见 1.5油'〇(16',化6111.1^¥.¥〇1.80,9.187,1980)和高儘酸钟(参见化61(1〇11和1(〇。山在]\^1日1- Catalyzed Oxidation of Organic Compounds,ρρ.162-171和294-296页,Academic Press,New York, 1981中所述)締控可被高效地转化为相应的二醇。
[0130] 对于环氧化物开环成相应的单仲醇的步骤,此步骤是通过使用金属氨化物还原法 或贵金属催化加氨法将环氧化物环还原来完成的。运两个方法在由内环氧化物制备所需仲 醇方面是非常有效的。
[0131] 对于醋化步骤(醋化反应),通常用酸来催化醇与簇酸的醋化反应。适宜的酸包括 但不限于硫酸(参见Munch-Peterson,Org. Synth, ,ν,ρ. 762,1973)、横酸(参见Allen and Sprangler'Org Synth.,Ill,P.203,1955)、盐酸(参见Eliel et al.,0rg Synth.,IV, p . 169,1963)和憐酸(等等)。在一些实施方案中,此步骤中所用的簇酸首先被转化为酷氯 (例如亚硫酷氯或PC13)。或者可直接使用酷氯。当使用酷氯时,不需要酸催化剂且一般会加 入碱如化晚、4-二甲基氨基化晚(DMAP)或Ξ乙胺(TEA)与生成的HC1反应。当使用化晚或 DMAP时,据信运些胺通过生成更易反应的酷化中间体也起催化剂作用。(例如参见化rsh et a 1. ,J. Am .Chem. Soc. , VO 1.92,pp.5432-5442,1970;and Hofle et al., Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,vol.17,p.569,1978)。
[0132] 在一些实施方案中,不管締控的来源如何,上述方法中所用的簇酸衍生自生物质。 在一些运样的实施方案中,运设及一些来自生物质的油(例如,甘油Ξ酸醋)组分的萃取W 及构成油组分的甘油Ξ酸醋的水解从而形成游离簇酸。
[0133] 采用按照方案1、方案2和方案3所示出的合成方案,通过辛醇中间体与己酷氯和癸 酷氯的分别酷化反应将内辛締混合物转化为相应的内单醋衍生物即己酸辛醋和癸酸辛醋。 下面的实施例更详细地解释了本方法。己酸辛醋和癸醋特别适用于钻井液组合物中。
[0。4] 定义和术语
[0135] 除非有相反的明示,下列术语将用于整个说明书且具有W下的含义。
[0136] 术语"钻井液"是钻孔钻入地球操作中所使用的指任意的若干液态和气态流体和 液体与固体的混合物(固体悬浮液,液体、气体和固体混合物和乳液的形式)。通常可用"钻 井泥浆"一词替代,虽然对更复杂和明确定义的"泥浆"更倾向于保留术语"钻井液"。
[0137] 术语"流变性",是指对物质形变和流动的研究。钻井液的流变性测量包括塑性粘 度(PV)、动切力(YP)和静切力。运些测量的信息可用来确定井眼清洗效率、系统压力损失、 循环当量密度,波动和抽汲压力和钻头水力参数。
[0138] 术语"降滤失剂"包括但不限于,渐青类(例如渐青质和横化渐青质)、胺处理的褐 煤和天然渐青。对于旨在在高溫环境下使用的钻井液(例如当井底的溫度超过约204.4°C (400华氏度)),降滤失剂优选是聚合物型降滤失剂。示例性的聚合物型降滤失剂包括但不 限于聚苯乙締、聚下二締、聚乙締、聚丙締、聚下締、聚异戊二締、天然橡胶、下基橡胶、至少 两种选自苯乙締、下二締、异戊二締和簇酸乙締醋单体构成的聚合物。本发明的钻井液中可 使用单一的聚合物型降滤失剂或混合物。
[0139] 术语"有机粘上"或"增粘剂"是指CAUBG-G化⑩Η (Baker-Hu曲es)有机膨润±、 裡蒙脱石、绿坡缕石和海泡石。膨润±和裡蒙脱石是片状粘±,将提高粘度、动切力并累积 成薄滤饼W帮助减少流体损失。许多聚合物可用于不含水的流体。运些聚合物提高流体的 携带能力且也起到降滤失添加剂的作用。它们包括:弹性体增粘剂、横化聚苯乙締聚合物、 苯乙締丙締酸醋、脂肪酸和二聚-Ξ聚体酸的组合。
[0140] 术语"乳化剂和润湿剂"是指一级乳化剂是很强的脂肪酸基表面活性剂,它们通常 需要石灰激活和建立稳定的乳液。二级乳化剂通常称为润湿剂,一般是基于咪挫嘟或酷胺 (例如0MNI-M化⑩,Baker-Hu曲eS),并且不需要石灰激活。它们被设计成油润湿固体且亦 称为乳化油。为配制稳定的油包水混合物,表面活性剂的使用是必需的。表面活性剂可降低 表面张力和乳化内部水相和"油湿"固体。在实际操作中,根据所期望的应用,乳化剂分类为 "一级'或"二级'。
[0141] 术语"盐"是指用来使钻井液或盐水具有合适密度的化Cl2。化Cl2可与包括化C1、 CaBn和Zn化2的其它盐水调混.。化C12盐水的乳化作为合成基泥浆的内相是一个重要的用 途,因为当钻探水敏感的页岩区时盐水提供了渗透井壁稳定性。
[0142] 术语"增重剂"是指用来提高钻井液密度的重晶石(硫酸领)(例如MICR0MAX了)。其 它的增重剂是赤铁矿(氧化铁)、四氧化儘和碳酸巧。运些增重材料增加了钻井液的外相密 度。
[0143] 术语"胶乳降滤失剂"是指P1 iol i te? (Goodyear)聚合物。
[0144] 术语"模拟钻井固体物"是指用来模拟所钻地层颗粒物的粉末状粘±。
[0145] 术语"非有机粘上"是指未经胺处理使粘±从水造浆转变为到油造浆的粘±。
[0146] 术语"泥浆重量"或"密度"是指用来平衡和控制井下地层压力和促进井眼稳定性 的泥浆液性质。泥浆密度通常W每加仑的磅数(磅/加仑)报告。由于大部分钻井液至少包含 少量空气/气体,最精确测量密度的方法是与加压泥浆平衡。
[0147] 术语"石灰"是指生石灰(化0)、生石灰的前体和水合生石灰(如熟石灰(化(0H)2)。
[0148] 术语"表面活性剂"是指当低浓度存在于体系时具有吸附在体系表面或界面上并 明显改变运些表面(或界面)的表面或界面自由能的物质。上述表面活性剂定义中使用
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