專(zhuān)利名稱(chēng)：承載液體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及承載和減少摩擦的液體，尤其涉及用于鉆井和工作金屬潤(rùn)滑的液體。
鉆油井或氣井通常包括循環(huán)的液體，液體通過(guò)鉆柱并從鉆頭上的噴嘴出來(lái)，液體通過(guò)在鉆柱和井孔之間形成的環(huán)形通道返回。液體冷卻和潤(rùn)滑鉆頭，并提供靜壓頭以平衡壓力，并從鉆頭移去鉆屑。此種液體也用于其它方面，例如地?zé)徙@井、水和科研鉆井。
用于上述目的的含油鉆井乳液已使用了多年。該乳液可以是含水的油或含油的水的乳液形式，每種形式通常都有細(xì)的分散的固粒懸浮在其中，并含有用于不同目的的各種添加劑，例如，乳化劑，表面活性劑，pH控制劑，殺生物劑，防腐劑，重量和粘度調(diào)節(jié)劑，氧和硫清除劑，和防流體損失添加劑。
傳統(tǒng)使用的油是烴油，常常具有芳香烴;近來(lái)涉及環(huán)境的要求，用于該目的的烴油被大大地脂族化，新近，由于脂族烴不易生物降解，它們的使用越來(lái)越受到限制。已經(jīng)提出許多烴的取代物，這些主要是具有便于被生物降解的官能團(tuán)的脂肪族材料，例如，酯基。然而，在使用中酯可能被皂化，所帶來(lái)的問(wèn)題是氣味，粘度提高，形成蠟并且切屑難以從液體中分離。
現(xiàn)代技術(shù)和生態(tài)對(duì)鉆井液的油相組份的要求必需考慮以下條件。它應(yīng)是疏水性的和低的極性(以降低粘土和頁(yè)巖的膨脹)。它應(yīng)具有盡可能高的閃點(diǎn)，最好是高于100℃。在20℃時(shí)粘度至多為20cst(20×10-6m2/s)，最好是從1至12cst，其傾點(diǎn)應(yīng)低于-15℃，在-5℃和-10℃之間可泵送。它應(yīng)對(duì)CO2和H2S具有低的溶解性。在溫度直到250℃，壓力直到8000p.s.i.(大約55MPa)和高的pH值(直到每桶10 1b石灰，大約每立方米30kg石灰)條件下能保持物理和化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)在需氧和厭氧條件下能被生物降解。所述材料和它的降解產(chǎn)品對(duì)于哺乳動(dòng)物和海底植物、動(dòng)物是低毒的，并且氣味小。所有這些條件均必須滿足，而不降低液體的主要目的，以提供可能的最佳潤(rùn)滑。
在EP-A-391251中，提出使用水不溶性的醚作為含水油鉆井液組份，醚是由一元醇而制得，該醇具有至少4個(gè)碳原子，最佳的是至少6個(gè)碳原子。在每個(gè)醇基部分具有6，7和至少8個(gè)碳原子的對(duì)稱(chēng)醚是優(yōu)選的。所說(shuō)的醇最好是脂族的、直或支鏈的，并且可以是不飽和的。
所給醚的實(shí)例為，正二辛醚，未加規(guī)定結(jié)構(gòu)的二(C8)和(C10)醚，以及二-異十三烷基醚。
在EP-A-399270中，公開(kāi)了用于含油水鉆井液的類(lèi)似的醚，提供的實(shí)例為，正二癸基和二-異十三烷基醚。
然而，上述所有可區(qū)別的醚，在鉆井液使用中都有缺點(diǎn)。正二辛醚的傾點(diǎn)為-6℃，而正二癸基醚的傾點(diǎn)為+18℃，在實(shí)際使用中通常所遇到的溫度下它們是難以泵送，或是根本不能泵送的。雖然，二-異十三烷基醚的傾點(diǎn)低于-42℃，但其粘度非常高(在20℃為23.73cst或23.73×10-6m2/s)，使其不能提供鉆井液所需要的流變性能。
因此，仍然需要一種具有改進(jìn)技術(shù)性能的鉆井液，能同時(shí)滿足目前或可能不久將來(lái)的生態(tài)要求。
第一方面，本發(fā)明提供至少一種脂族醚在承載組合物，特別是鉆井液中的使用，所述醚的氧原子連接于至少一個(gè)具有8至10個(gè)碳原子的支鏈烷基或鏈烯基(下文描述的分子式Ⅰ的醚)。最好，上述的或每一種醚是分子式ⅡR1-0-R2其中R1為具有8至10個(gè)碳原子的支鏈烷基或鏈烯基，R2為具有7至12個(gè)碳原子的支鏈烷基或鏈烯基。最好，R2為具有8至10個(gè)碳原子的支鏈烷基或鏈烯基。最好，R1和最佳的R2含有9或10個(gè)碳原子。最佳的是，R1和R2兩者是具有10個(gè)碳原子的支鏈烷基。
如同可以是醚的混合物一樣，可使用混合醚，如C9-0-C10，以及兩個(gè)脂族基以不同方式支鏈的醚，不管是對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)的均可。最佳是異構(gòu)醚混合物。
更具體地說(shuō)，本發(fā)明提供二-癸基醚的混合物在承載組合物，特別是鉆井液上的使用，至少主要部分的二-癸基是支鏈，而有利的是至少85%，較佳的是90%，而最佳的是全部是支鏈。最好連于醚的氧原子的碳原子大體上全部是未被替代的基，即至少95%未被取代。同樣有益的是，至少15%的基可取代α-碳原子。最好，主要部分，較佳的是至少70%的基是二甲基辛基，例如，3，4-，3，5，-3，6-，3，7-，4，5-，4，6-，和4，7-二甲基辛基。最好，40-60%的基是支鏈于C-3原子。
按照本發(fā)明第一方面所用的醚或醚混合物，最好具有，由ASTMD97確定的低于-15℃的傾點(diǎn)，較佳的低于-20℃，最佳的低于-30℃。醚或醚的混合物，最好具有，在20℃下由ASTM D445確定的至多為20cSt的粘度，較佳的為從2至10，最佳的是3至8cSt(m2/s·106)。
本發(fā)明也提供一種鉆井液，它包括一乳液，該乳液包括至少一種由上述分子式Ⅰ所定義的醚，水，至少選自表面活性劑和乳化劑的一個(gè)組分，和至少選自粘土，堿土或堿金屬的鹵化物，和加重料材的一個(gè)組分。
乳液可以是含油水乳液或最好是含水油乳液。油相的工作材料基本上由分子式Ⅰ的醚構(gòu)成，或是可包括與醚在一起的其它油。最好，分子式Ⅰ的醚按重量計(jì)至少構(gòu)成40%，較佳的至少構(gòu)成60%的油相，其它組分包括那些傳統(tǒng)使用的，例如，帶有單或多官能醇的天然或合成的飽和或不飽和脂肪酸的酯，除分子式Ⅰ以外的醚，任選的烷氧基胺，醚醇，醚酸，醚酯，醚胺，以及礦物油(盡管由于上述的理由這些不是最佳的)。
按照本發(fā)明所用的醚可以由任何方便的方法制備，它們中的許多已在品業(yè)上使用或從文獻(xiàn)中可知，例如，威廉遜合成法(例如，合適的醇鹽和烷基鹵的反應(yīng))，將合適的醇加到烯烴中，或最好是，通過(guò)使用鋁、硫酸或最好是磺酸使合適的醇催化脫水。一種由催化脫水制備醚的最佳方法描述于我們的共同待審批的歐洲申請(qǐng)(申請(qǐng)案號(hào)No.91PINT004)，它被引用于此以作為參考。
醚的另外一種制備方法是醛化CY至C9支鏈脂族烯烴原料，氫化所得的醛，蒸餾其產(chǎn)物并回收蒸餾殘余物，它特別含有所要求的醚。(由此蒸餾獲得的低沸點(diǎn)餾份含有C8至C10的支鏈脂族醇，它適于作為上段所述的制備醚的原料。)如果希望增加殘余物中的醚含量，可以利用EP-A-185477所述的方法，它被引用于此以作參考，該方法包括可選擇地裂化蒸餾殘余物，并可選擇地氫化上述的可選擇裂化的殘余物，然后對(duì)其進(jìn)行蒸餾，并且回收除去輕醇后剩余的殘余物。醚濃度還可進(jìn)一步提高，即進(jìn)一步蒸餾低輕醇含量的殘余物，回收低沸點(diǎn)含醚的餾分。
相應(yīng)地，在第二方面，本發(fā)明提供可獲得的包含脂族醚的產(chǎn)品在承載液，特別是鉆井液上的使用，并且該產(chǎn)品最好是通過(guò)醛化脂族的C7至C9烯烴原料，氫化所得的醛，然后蒸餾，并回收蒸餾殘余物而制得的。
有利的是，本發(fā)明提供了進(jìn)一步蒸餾所述殘余物所得殘余物的使用，即殘余物已經(jīng)可選擇地被裂化，可選擇地被氫化，該殘余物形成高醚含量、低輕醇含量的產(chǎn)品。最好是提供該可獲得的產(chǎn)品的使用，所述產(chǎn)品最好是通過(guò)蒸餾低輕醇含量產(chǎn)品，從其中回收低沸點(diǎn)含醚的餾份，可選擇地進(jìn)一步蒸餾上述餾份并從其中回收中間餾份而獲得。
有利的是，用烯烴原料可實(shí)現(xiàn)醛化，并在合適條件下可獲得上述的按照本發(fā)明第一實(shí)施方案的醚，即分子式Ⅰ的醚并且最好是分子式Ⅱ的醚，可以理解，按照本發(fā)明第二實(shí)施方案的醚，通常是所述分子式的醚的混合物，通常是與除分子式Ⅰ或Ⅱ以外的醚相混合，并且通常與其它醛化和氫化產(chǎn)品混合。
在該產(chǎn)品中，按重量比計(jì)，分子式Ⅰ的醚較好的是從25至90%，最好是從60至90%，具有的醚醇、醇和醛直到40%，酯直到15%，并且其他官能脂族分子直到15%。
含有醛化產(chǎn)品中并將隨后處理的醚，通常是分子式Ⅰ，最好是分子式Ⅱ的不同醚的混合物，它可能與除上述分子式Ⅰ，Ⅱ以外的醚進(jìn)行混合。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種鉆井液，它包括具有水相和油相的乳液，其中油相包括可獲得的含脂族醚產(chǎn)品，并且該產(chǎn)品最好由上述的醛化和蒸餾方法制得。
鉆井液最好也包括至少選自乳化劑和表面活性劑中的一個(gè)組分，和至少選自粘土、堿土或堿金屬鹵化物和加重材料中的一個(gè)組分。
乳液可以是含油水乳液或最好是含水油乳液。油相的工作材料基本上是由含醚的醛化產(chǎn)品構(gòu)成，或者是與其他油在一起的產(chǎn)品構(gòu)成。
如果按照本發(fā)明的第一或第二方面的鉆井液是一種含油水乳液，以油相和未稱(chēng)重水相的總重量為重基計(jì)，有利的油相是從5至65%，可取的是從5至50%，輕佳的是從5至30%，最佳的是從5至10%。
如果鉆井液是一種含水油乳液，以油相和未稱(chēng)重的水相的總重量為重基計(jì)，有利的油相是從55至95%，可取的是從75至95%，最佳的是從75至90%。
如上所指出的，鉆井液最好還包括表面活性劑和/或乳化劑，其種類(lèi)可能在一定程度上是重疊的。
作為表面活性劑可以說(shuō)明如下，例如，一種非離子表面活性劑，如，醇和烷基酚的聚亞烷基醚的衍生物，在烴鏈中，最好，具有從3至30個(gè)亞烷基，最好是亞乙基，氧基和從8至20個(gè)碳原子?？扇〉氖鞘褂镁垡蚁┭趸苌铩Ｋ哂袕?至20，更好的是從5至15個(gè)重復(fù)單元。所述單元在鏈中具有從8至18，更好的是從10至16個(gè)碳原子的線性或支鏈伯醇，或具有烷基酚，所述烷基酚具有從6至14個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基。最佳的是使用一種乙氧基脂肪醇，在鏈中具有從5至20，最好是從7至10個(gè)乙氧基，和11個(gè)碳原子，所述鏈可以是直鏈或支鏈。
可以選擇陽(yáng)離子表面活性劑，例如一種咪唑啉衍生物，如強(qiáng)一元酸的脂肪咪唑啉鹽，正如美國(guó)專(zhuān)利US3585051所描述的一種;或是一種季銨鹽，它具有至少一長(zhǎng)鏈烷基或鏈烯基取代基，例如從8到20個(gè)碳原子的一種，剩余的取代基是直至4個(gè)碳原子的烷基，特別是甲基，陰離子、例如是氯化物、溴化物、碘化物、磷酸鹽、氨基磺酸鹽或醋酸鹽。
乳化劑可以是脂肪族胺烷氧基酯，芳香族烷氧基酯，或醚胺烷氧基酯。然而最好，乳化劑是季銨鹽，例如一長(zhǎng)鏈的烷基三甲基或二烴基二甲基氯化銨，而最好是脂肪酸與烷氧基化聚銨的季銨反應(yīng)物，例如是大豆或椰子脂肪酸或其混合物與二亞乙基三胺進(jìn)行乙氧基化，并接著用氯代甲烷進(jìn)行季銨化處理所得到的反應(yīng)產(chǎn)品。
本發(fā)明的鉆井液可包含粘度調(diào)節(jié)劑，例如，如膨潤(rùn)土那樣的粘土，可對(duì)其進(jìn)行處理，例如用膠溶劑或有機(jī)鹽處理，使其或?yàn)橛H有機(jī)物質(zhì)的。以未稱(chēng)重的水相和油相的總重為重基計(jì)，它合適的比例例如是，直到30%，最好從5至20%。
鉆井液也可以含有加重劑，例如硫酸鋇，以提高液體的比重，例如直到2.5，而更好的是直到1.6。
鉆井液在水相中也可包含可溶解的堿或堿土金屬鹽，特別是氯化鈣或氯化鉀，其用量可直到飽和水相所需量。
鉆井液也可包含一種防液體損失添加劑，例如疏水褐煤，以助于在井孔壁上形成液體不能透過(guò)的薄膜。以油相重量為重基計(jì)，其合適的比例例如是，直到7%。
以下列實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1醛化、氫化和蒸餾工業(yè)用的支鏈壬烯混合物。重餾份或底部產(chǎn)品受到蒸汽裂化、氫化和進(jìn)一步蒸餾，其底部產(chǎn)品回收作為富醚組合物，按重量比，它含有大約60%混合支鏈的C20醚和大約23%的醚醇。進(jìn)一步精餾，得到混合的C20醚，最終的沸點(diǎn)為325℃，傾點(diǎn)低于-45℃。
實(shí)施例2用支鏈辛烯混合物作為原料，重復(fù)實(shí)施例1的步驟，得到混合的C18醚，最終的沸點(diǎn)為312℃，傾點(diǎn)低于-45℃。
實(shí)施例31462g異癸醇(由醛化和氫化C9烯烴原料而獲得的異構(gòu)體混合物)和37.5g甲磺酸(占醇重量的2.56%)，在氮?dú)獯嬖谙录尤敕磻?yīng)器，該反應(yīng)器設(shè)有迪安-斯達(dá)克榻分水器和冷凝器，然后在攪拌下加熱30分鐘，直到溫度達(dá)到220℃。反應(yīng)混合物在該溫度下保持5小時(shí)20分鐘，排去形成的水。
反應(yīng)混合物冷卻到70℃后，加入79克30(重)%的甲醇鈉的甲醇溶液，并在65℃下保持2小時(shí)30分鐘。然后洗滌產(chǎn)品二次，每次在6.5℃下用280g水洗滌30分鐘，以除去甲磺酸鈉和甲磺酸，接著在160至220℃，100至50mmHg(≈13至6.3KPa)下汽提以除去癸烯、未反應(yīng)的醇和酯。
產(chǎn)品其粘度在20℃下為8.73cSt(8.73×10-6m2/s)，其密度為0.8273，其傾點(diǎn)低于-42℃。
實(shí)施例4
用異辛醇作為原料，遵循實(shí)施例3的步驟，并且在165至185℃下使其醚化。在20℃下其粘度為4.20cSt，密度為0.8146，傾點(diǎn)低于-42℃。
實(shí)施例1至4的產(chǎn)品，其粘度、傾點(diǎn)和生態(tài)毒性滿足用作鉆井液油相的要求。
權(quán)利要求
1.至少一種脂族醚在承載組合物，例如鉆井液上的使用，其中，所述醚的氧原子連接于至少一個(gè)具有從8至10個(gè)碳原子的支鏈烷基或鏈烯基上。
2.如權(quán)利要求1所述的使用，它使用包括至少一種具有如下分子式的醚R1-0-R2(Ⅱ)其中R1代表具有從8至10個(gè)碳原子的支鏈烷基或鏈烯基，并且R2是具有從7至12個(gè)碳原子，最好是從8至10個(gè)碳原子的支鏈烷基或鏈烯基，在R1和R2中的碳原子數(shù)是相同或不同，如果它們是相同，R1和R2的支鏈的結(jié)構(gòu)是相同或不同。
3.按權(quán)利要求2所述的使用，其中，R1和R2各代表具有10個(gè)碳原子的支鏈烷基，有利的是使用支鏈二癸基醚的混合物，最好大部分烷基是二甲基辛基。
4.含脂族醚產(chǎn)品在承載組合物，例如鉆井液上的使用，所述產(chǎn)品可通過(guò)以下步驟制得醛化脂族的C7至C9烯烴原料，氫化所得的醛，蒸餾所得的產(chǎn)品，并回收蒸餾殘余物。
5.按權(quán)利要求4所述的使用，其中，所用的殘余物產(chǎn)品由下述步驟制得進(jìn)一步蒸餾所述蒸餾殘余物，所述進(jìn)一步蒸餾可在對(duì)該殘余物裂化和/或氫化后進(jìn)行，此種殘余物產(chǎn)品增加了醚含量。
6.按權(quán)利要求5所述的使用，其中，所用的含醚產(chǎn)品由下述步驟制得蒸餾增加了醚含量的產(chǎn)品，并回收其中低沸點(diǎn)餾分，可選擇地進(jìn)一步蒸餾該餾份，并回收其中的中間餾分。
7.一種鉆井液，它包括一種按權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所限定的醚或一種按權(quán)利要求4至6中任意一項(xiàng)所限定的產(chǎn)品，水，和可選擇地選自表面活性劑和乳化劑的至少一種材料，以及選自a)粘土，b)堿土或堿金屬鹵化物，和c)加重材料的至少一種材料。
8.按照權(quán)利要求7所述的鉆井液，它是一種含油水乳液，以油相和未稱(chēng)重的水相的總重為重基計(jì)，最好油相是從5至65%，從5至50%更好。
9.按照權(quán)利要求7所述的鉆井液，它是一種含水油乳液，以油相和未稱(chēng)重的水相的總重為重基計(jì)，油相從55至95%較好，從75至90%更好。
10.按權(quán)利要求7至9中任意一項(xiàng)所述的鉆井液，其中，在權(quán)利要求1至3之一中所限定的醚，以油相為重基計(jì)，它至少為40%，有利的是至少為60%，最佳的是油相基本由所限定的醚構(gòu)成。
全文摘要
具有8至10個(gè)碳原子，帶有支鏈的脂族基的醚，特別是支鏈二癸基醚，可用作鉆井泥漿的油相。通過(guò)醛化烯烴原料和后續(xù)的處理，可獲得作為產(chǎn)品的醚。
文檔編號(hào)C07C29/16GK1070938SQ92110459
公開(kāi)日1993年4月14日 申請(qǐng)日期1992年8月15日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月16日
發(fā)明者G·艾倫·戴維, S·托爾 申請(qǐng)人:?？松瘜W(xué)專(zhuān)利公司