由源自生物質(zhì)的油制備鉆井液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及由源自生物質(zhì)的油制備鉆井液的方法。更具體地，本發(fā)明涉及由源自 天然存在的生物質(zhì)的油類和脂類制備長鏈酯（estolide)形式的鉆井液的方法。
[0002] 本申請要求2014年10月17日提交的名稱為"活化的EU-2沸石及其應(yīng)用"的韓 國專利申請No. 10-2014-0141074的優(yōu)先權(quán)，在此其全文以引用的方式并入本申請。
【背景技術(shù)】
[0003] 雖然煉油廠已嚴(yán)格管理，但石油資源仍然是污染地球環(huán)境的最大來源。石油資源 的提取導(dǎo)致沉積在地球深處的石油儲(chǔ)備（如S、N、重金屬、芳烴等）暴露至地球表面。通過 精煉石油資源生產(chǎn)的潤滑劑具有低生物降解性，當(dāng)其被引入生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，很可能極大地影 響生態(tài)系統(tǒng)。實(shí)踐中，由于化學(xué)品的使用，生態(tài)失調(diào)頻繁發(fā)生。石油泄漏、化學(xué)品泄漏或無 聲油泄露（silent-oil-spills)頻繁地影響生態(tài)系統(tǒng)。
[0004] 因此，已作出努力用環(huán)保材料代替石油資源，具有代表性的環(huán)保材料為源自生物 質(zhì)的油類和脂類。
[0005] 源自生物質(zhì)的油類和脂類是通過（例如）種植樹木、使樹木結(jié)果并且擠壓水果 得到的初級產(chǎn)品。由于源自生物質(zhì)的油類和脂類中的碳原子來自于地球大氣中已經(jīng)存在 的C0 2，因此，與源自化石碳的礦物油相反，源自生物質(zhì)的油類和脂類不會(huì)導(dǎo)致地球大氣 中C02的增加，相反，通過地球的自凈化，減少了地球大氣的C0 2水平，有助于總C02的減排 (reduction)。因此，源自生物質(zhì)的油類和脂類有益于地球的自凈化，并且參與總C0 2的減 排（reduction)，這可以提高礦物燃料可容許的使用。
[0006] 以往鉆井液是基于柴油，但對環(huán)境問題的認(rèn)知導(dǎo)致目前的法律規(guī)定要求鉆井液由 100%的環(huán)保材料組成。對于柴油，即使全球范圍內(nèi)僅以低至幾個(gè)百分比的比例使用，依法 規(guī)定也要使用源自生物質(zhì)的環(huán)保柴油。此外，該比例日趨增加。
[0007] 鉆井液（也稱為鉆孔泥漿、鉆井泥漿、或者就稱為泥漿），在鉆井過程中被栗送通 過鉆柱，在鉆頭噴嘴處噴出。然后，鉆井液攜帶粉碎的或切開的巖石（肩）向上通過鉆柱與 被鉆出的孔壁之間的環(huán)形空間，再向上穿過地面套筒，在此其出現(xiàn)在地面。鉆井液的主要功 能包括：（i)攜帶出鉆肩、（ii)保持鉆頭和鉆柱冷卻、（iii)潤滑鉆柱、以及（iv)對抗鉆井 的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)壓力以防止鉆井壁坍塌。
[0008] 鉆井液大致分為油基泥漿和合成基液。油基泥漿是這樣的泥漿，其基液包含柴油、 礦物油或其它油，不含合成材料。合成基液是這樣的泥漿，其基液為由化學(xué)材料通過反應(yīng)制 備的合成油。例如，可以在金屬茂催化劑的存在下使一種或多種烯烴單體低聚從而制備合 成基液（美國專利No. 5198012和No. 6054415,以及美國專利申請No. 2011/0251445)。對 此，通過直鏈α-烯烴方法制備的商業(yè)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 -烯烴的比例為65/35。
[0009] -般而言，鉆井液應(yīng)當(dāng)表現(xiàn)出對其功能而言必要的特定物理性質(zhì)。例如，密度（比 重）是與液體柱恰好能夠模擬冰層內(nèi)巖層靜態(tài)應(yīng)力的功能相關(guān)的物理性質(zhì)，其隨深度而變 化。假設(shè)傾點(diǎn)高，在低溫條件下（深海鉆探、極地區(qū)域的石油鉆探等）鉆井液的粘度急劇增 大，非常容易過度稠化。閃點(diǎn)低的鉆井液存在穩(wěn)定性問題。此外，當(dāng)鉆井液粘度過低時(shí)，不 能實(shí)現(xiàn)其固有的將碎肩浮起并輸送至地面的功能。另一方面，粘度過高則鉆井液難以栗送。 因此，需要對鉆井液的粘度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。然而，這些性能有時(shí)趨于相互抵消（例如，一種 性能的改善可能伴隨著另一種性能的劣化），因此，單一鉆井液很難同時(shí)滿足需要的多種性 能。
[0010] 隨著關(guān)于鉆探工作條件和環(huán)境污染的規(guī)定變得越來越嚴(yán)格，要求鉆井液不僅要發(fā) 揮其固有的性能，而且還不能導(dǎo)致人體和環(huán)境出現(xiàn)問題。然而，傳統(tǒng)技術(shù)很難使對環(huán)境的負(fù) 面影響最小化，例如非生物降解性和/或毒性。原油來源不可避免保留著的雜質(zhì)，如多環(huán)芳 烴、過渡金屬、硫、氮、鹵素等，例如，油基鉆井液需要額外的設(shè)備或工藝以除去這些雜質(zhì)。合 成基鉆井液，特別是烯烴的低聚產(chǎn)物，具有排出用于反應(yīng)的催化劑（例如三氟化硼等）作為 有毒物質(zhì)的潛在問題。但是，美國環(huán)保局（USEPA)實(shí)行對生物降解性、沉積物毒性、重金屬 和多環(huán)芳香烴含量等規(guī)定施行嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。
[0011]由生物質(zhì)制造燃料油如汽油或柴油的各種方法是已知的，但是還沒有將生物質(zhì)應(yīng) 用于鉆探油。生物質(zhì)包含少量引起環(huán)境污染的組分，并且僅包含碳、氫、氧，因此認(rèn)為其對防 止環(huán)境污染而言是有利的。相應(yīng)于原油需求的增加，由于經(jīng)常在寒冷地區(qū)開展鉆探工作，需 要改善鉆井液的低溫特性（尤其是傾點(diǎn)）。另外，仍然有必要改善鉆井液的基本性能（例如 閃點(diǎn)、比重、粘度等）。
[0012] 由于長鏈酯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，自出現(xiàn)伊始即被認(rèn)為適合用作潤滑油（V類，酯基油）。然 而，首次制備的源自甘油三酯的長鏈酯，盡管其具有良好的傾點(diǎn)（PP 9°C至-36°c )，但是由 于其氧化穩(wěn)定性差（RPV0T 29至52分鐘），因此不能直接用作潤滑液。然而，由于提供了一 種用于改善氧化穩(wěn)定性的技術(shù)，其通過以油酸作為進(jìn)料，并采用部分氫化和添加劑來提高 氧化穩(wěn)定性，因而有很大可能性長鏈酯將可用作高品質(zhì)潤滑油基油和化妝品的原料。
[0013] 與石油基I類、II類和III類基油相比，常規(guī)長鏈酯在粘度指數(shù)、氧化穩(wěn)定性和熱 穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢，并且適用于生產(chǎn)高品質(zhì)潤滑油基油（Vis.大于100)。
[0014] 對于鉆井液的功能，所制造的這種用作潤滑油的常規(guī)長鏈酯的分子量過大。例如， 其性質(zhì)包括40°C的粘度、比重、閃點(diǎn)等，都不符合鉆井液要求的標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)長鏈酯，無論是 直接由甘油三酯制備的，或者使用油酸作為唯一的進(jìn)料制備的，都是具有32或更多個(gè)碳原 子的重質(zhì)烴，因此不能用作柴油類鉆井液。普通長鏈酯產(chǎn)物（如潤滑油基油）可作為鉆井 液。然而，這些重質(zhì)烴，雖然具有良好的潤滑性，但是由于其摩擦熱傳遞性和粘度高，因而不 被認(rèn)為是高質(zhì)量的鉆井液。
[0015] 本發(fā)明的技術(shù)目標(biāo)是由源自生物質(zhì)的油類制備新型鉆井液，其為長鏈酯的形式， 并且顯示出與常規(guī)鉆井液類似的性能。如此制得的長鏈酯保留了常規(guī)長鏈酯優(yōu)異的生物降 解性和低溫特性，因此其能夠用作優(yōu)質(zhì)鉆井液。在由于天氣和環(huán)境問題禁止使用源自礦物 油的鉆井液時(shí)，由源自生物質(zhì)的油類或脂類生產(chǎn)的鉆井液將是一個(gè)很好的替代品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明提供了一種由源自生物質(zhì)的油類制備鉆井液的方法，其中幾乎不包含對環(huán) 境造成污染的組分。
[0017] 另外，本發(fā)明提供了一種長鏈酯形式的鉆井液，其通過使輕質(zhì)酸與源自生物質(zhì)的 油類的混合脂肪酸反應(yīng)而產(chǎn)生，并且在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)的長鏈酯產(chǎn)物完全不同。
[0018] 根據(jù)一方面，本發(fā)明提供了一種制備鉆井液的方法，其包括以下步驟：a)由源自 生物質(zhì)的油制備混合脂肪酸；b)使步驟a)的混合脂肪酸與輕質(zhì)酸發(fā)生長鏈酯反應(yīng)得到長 鏈酯；以及c)使用醇對步驟b)的長鏈酯進(jìn)行酯化以獲得鉆井液。
[0019] 在本發(fā)明一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，生物質(zhì)是動(dòng)物生物質(zhì)、植物生物質(zhì)、或它們的 組合。在此，所述動(dòng)物生物質(zhì)選自魚油、牛油、豬油、羊油、黃油及其組合構(gòu)成的組，所述植物 生物質(zhì)選自葵花籽油、芥花油、棕櫚油、玉米種子油、棉籽油、菜籽油、亞麻籽油、紅花籽油、 燕麥油、橄欖油、棕櫚油、杏仁油、扁桃仁油、鱷梨油、橄欖油、山茶油、米糠油、棉籽油、花生 油、核桃油、菜籽油、米糠油、亞麻籽油、芝麻油、大豆油、蓖麻油、可可脂、棕櫚仁油及其組合 構(gòu)成的組。
[0020] 在本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)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、或它們的組合，并且混合脂肪酸中各脂肪酸的長度在4到24個(gè)碳 原子的范圍內(nèi)。
[0021 ] 在本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述混合脂肪酸可以是通過脫脂化反應(yīng)來源 于生物質(zhì)甘油三脂的脂肪酸。
[0022] 在本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述脂肪酸可以為棕櫚脂肪酸餾出物（PFAD) 或大豆脂肪酸餾出物（SFAD)，二者均源自生物質(zhì)。
[0023] 在