承载液体的制作方法

专利名称：承载液体的制作方法技术领域：本发明涉及承载和减少摩擦的液体，尤其涉及用于钻井和工作金属润滑的液体。钻油井或气井通常包括循环的液体，液体通过钻柱并从钻头上的喷嘴出来，液体通过在钻柱和井孔之间形成的环形通道返回。液体冷却和润滑钻头，并提供静压头以平衡压力，并从钻头移去钻屑。此种液体也用于其它方面，例如地热钻井、水和科研钻井。用于上述目的的含油钻井乳液已使用了多年。该乳液可以是含水的油或含油的水的乳液形式，每种形式通常都有细的分散的固粒悬浮在其中，并含有用于不同目的的各种添加剂，例如，乳化剂，表面活性剂，pH控制剂，杀生物剂，防腐剂，重量和粘度调节剂，氧和硫清除剂，和防流体损失添加剂。传统使用的油是烃油，常常具有芳香烃;近来涉及环境的要求，用于该目的的烃油被大大地脂族化，新近，由于脂族烃不易生物降解，它们的使用越来越受到限制。已经提出许多烃的取代物，这些主要是具有便于被生物降解的官能团的脂肪族材料，例如，酯基。然而，在使用中酯可能被皂化，所带来的问题是气味，粘度提高，形成蜡并且切屑难以从液体中分离。现代技术和生态对钻井液的油相组份的要求必需考虑以下条件。它应是疏水性的和低的极性(以降低粘土和页岩的膨胀)。它应具有尽可能高的闪点，最好是高于100℃。在20℃时粘度至多为20cst(20×10-6m2/s)，最好是从1至12cst，其倾点应低于-15℃，在-5℃和-10℃之间可泵送。它应对CO2和H2S具有低的溶解性。在温度直到250℃，压力直到8000p.s.i.(大约55MPa)和高的pH值(直到每桶10 1b石灰，大约每立方米30kg石灰)条件下能保持物理和化学稳定性，同时在需氧和厌氧条件下能被生物降解。所述材料和它的降解产品对于哺乳动物和海底植物、动物是低毒的，并且气味小。所有这些条件均必须满足，而不降低液体的主要目的，以提供可能的最佳润滑。在EP-A-391251中，提出使用水不溶性的醚作为含水油钻井液组份，醚是由一元醇而制得，该醇具有至少4个碳原子，最佳的是至少6个碳原子。在每个醇基部分具有6，7和至少8个碳原子的对称醚是优选的。所说的醇最好是脂族的、直或支链的，并且可以是不饱和的。所给醚的实例为，正二辛醚，未加规定结构的二(C8)和(C10)醚，以及二-异十三烷基醚。在EP-A-399270中，公开了用于含油水钻井液的类似的醚，提供的实例为，正二癸基和二-异十三烷基醚。然而，上述所有可区别的醚，在钻井液使用中都有缺点。正二辛醚的倾点为-6℃，而正二癸基醚的倾点为+18℃，在实际使用中通常所遇到的温度下它们是难以泵送，或是根本不能泵送的。虽然，二-异十三烷基醚的倾点低于-42℃，但其粘度非常高(在20℃为23.73cst或23.73×10-6m2/s)，使其不能提供钻井液所需要的流变性能。因此，仍然需要一种具有改进技术性能的钻井液，能同时满足目前或可能不久将来的生态要求。第一方面，本发明提供至少一种脂族醚在承载组合物，特别是钻井液中的使用，所述醚的氧原子连接于至少一个具有8至10个碳原子的支链烷基或链烯基(下文描述的分子式Ⅰ的醚)。最好，上述的或每一种醚是分子式ⅡR1-0-R2其中R1为具有8至10个碳原子的支链烷基或链烯基，R2为具有7至12个碳原子的支链烷基或链烯基。最好，R2为具有8至10个碳原子的支链烷基或链烯基。最好，R1和最佳的R2含有9或10个碳原子。最佳的是，R1和R2两者是具有10个碳原子的支链烷基。如同可以是醚的混合物一样，可使用混合醚，如C9-0-C10，以及两个脂族基以不同方式支链的醚，不管是对称或不对称的均可。最佳是异构醚混合物。更具体地说，本发明提供二-癸基醚的混合物在承载组合物，特别是钻井液上的使用，至少主要部分的二-癸基是支链，而有利的是至少85%，较佳的是90%，而最佳的是全部是支链。最好连于醚的氧原子的碳原子大体上全部是未被替代的基，即至少95%未被取代。同样有益的是，至少15%的基可取代α-碳原子。最好，主要部分，较佳的是至少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%的基是支链于C-3原子。按照本发明第一方面所用的醚或醚混合物，最好具有，由ASTMD97确定的低于-15℃的倾点，较佳的低于-20℃，最佳的低于-30℃。醚或醚的混合物，最好具有，在20℃下由ASTM D445确定的至多为20cSt的粘度，较佳的为从2至10，最佳的是3至8cSt(m2/s·106)。本发明也提供一种钻井液，它包括一乳液，该乳液包括至少一种由上述分子式Ⅰ所定义的醚，水，至少选自表面活性剂和乳化剂的一个组分，和至少选自粘土，碱土或碱金属的卤化物，和加重料材的一个组分。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的醚构成，或是可包括与醚在一起的其它油。最好，分子式Ⅰ的醚按重量计至少构成40%，较佳的至少构成60%的油相，其它组分包括那些传统使用的，例如，带有单或多官能醇的天然或合成的饱和或不饱和脂肪酸的酯，除分子式Ⅰ以外的醚，任选的烷氧基胺，醚醇，醚酸，醚酯，醚胺，以及矿物油(尽管由于上述的理由这些不是最佳的)。按照本发明所用的醚可以由任何方便的方法制备，它们中的许多已在品业上使用或从文献中可知，例如，威廉逊合成法(例如，合适的醇盐和烷基卤的反应)，将合适的醇加到烯烃中，或最好是，通过使用铝、硫酸或最好是磺酸使合适的醇催化脱水。一种由催化脱水制备醚的最佳方法描述于我们的共同待审批的欧洲申请(申请案号No.91PINT004)，它被引用于此以作为参考。醚的另外一种制备方法是醛化CY至C9支链脂族烯烃原料，氢化所得的醛，蒸馏其产物并回收蒸馏残余物，它特别含有所要求的醚。(由此蒸馏获得的低沸点馏份含有C8至C10的支链脂族醇，它适于作为上段所述的制备醚的原料。)如果希望增加残余物中的醚含量，可以利用EP-A-185477所述的方法，它被引用于此以作参考，该方法包括可选择地裂化蒸馏残余物，并可选择地氢化上述的可选择裂化的残余物，然后对其进行蒸馏，并且回收除去轻醇后剩余的残余物。醚浓度还可进一步提高，即进一步蒸馏低轻醇含量的残余物，回收低沸点含醚的馏分。相应地，在第二方面，本发明提供可获得的包含脂族醚的产品在承载液，特别是钻井液上的使用，并且该产品最好是通过醛化脂族的C7至C9烯烃原料，氢化所得的醛，然后蒸馏，并回收蒸馏残余物而制得的。有利的是，本发明提供了进一步蒸馏所述残余物所得残余物的使用，即残余物已经可选择地被裂化，可选择地被氢化，该残余物形成高醚含量、低轻醇含量的产品。最好是提供该可获得的产品的使用，所述产品最好是通过蒸馏低轻醇含量产品，从其中回收低沸点含醚的馏份，可选择地进一步蒸馏上述馏份并从其中回收中间馏份而获得。有利的是，用烯烃原料可实现醛化，并在合适条件下可获得上述的按照本发明第一实施方案的醚，即分子式Ⅰ的醚并且最好是分子式Ⅱ的醚，可以理解，按照本发明第二实施方案的醚，通常是所述分子式的醚的混合物，通常是与除分子式Ⅰ或Ⅱ以外的醚相混合，并且通常与其它醛化和氢化产品混合。在该产品中，按重量比计，分子式Ⅰ的醚较好的是从25至90%，最好是从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%。含有醛化产品中并将随后处理的醚，通常是分子式Ⅰ，最好是分子式Ⅱ的不同醚的混合物，它可能与除上述分子式Ⅰ，Ⅱ以外的醚进行混合。本发明进一步提供一种钻井液，它包括具有水相和油相的乳液，其中油相包括可获得的含脂族醚产品，并且该产品最好由上述的醛化和蒸馏方法制得。钻井液最好也包括至少选自乳化剂和表面活性剂中的一个组分，和至少选自粘土、碱土或碱金属卤化物和加重材料中的一个组分。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产品构成，或者是与其他油在一起的产品构成。如果按照本发明的第一或第二方面的钻井液是一种含油水乳液，以油相和未称重水相的总重量为重基计，有利的油相是从5至65%，可取的是从5至50%，轻佳的是从5至30%，最佳的是从5至10%。如果钻井液是一种含水油乳液，以油相和未称重的水相的总重量为重基计，有利的油相是从55至95%，可取的是从75至95%，最佳的是从75至90%。如上所指出的，钻井液最好还包括表面活性剂和/或乳化剂，其种类可能在一定程度上是重叠的。作为表面活性剂可以说明如下，例如，一种非离子表面活性剂，如，醇和烷基酚的聚亚烷基醚的衍生物，在烃链中，最好，具有从3至30个亚烷基，最好是亚乙基，氧基和从8至20个碳原子。可取的是使用聚乙烯氧基衍生物。它具有从5至20，更好的是从5至15个重复单元。所述单元在链中具有从8至18，更好的是从10至16个碳原子的线性或支链伯醇，或具有烷基酚，所述烷基酚具有从6至14个碳原子的直链或支链烷基。最佳的是使用一种乙氧基脂肪醇，在链中具有从5至20，最好是从7至10个乙氧基，和11个碳原子，所述链可以是直链或支链。可以选择阳离子表面活性剂，例如一种咪唑啉衍生物，如强一元酸的脂肪咪唑啉盐，正如美国专利US3585051所描述的一种;或是一种季铵盐，它具有至少一长链烷基或链烯基取代基，例如从8到20个碳原子的一种，剩余的取代基是直至4个碳原子的烷基，特别是甲基，阴离子、例如是氯化物、溴化物、碘化物、磷酸盐、氨基磺酸盐或醋酸盐。乳化剂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，乳化剂是季铵盐，例如一长链的烷基三甲基或二烃基二甲基氯化铵，而最好是脂肪酸与烷氧基化聚铵的季铵反应物，例如是大豆或椰子脂肪酸或其混合物与二亚乙基三胺进行乙氧基化，并接着用氯代甲烷进行季铵化处理所得到的反应产品。本发明的钻井液可包含粘度调节剂，例如，如膨润土那样的粘土，可对其进行处理，例如用胶溶剂或有机盐处理，使其或为亲有机物质的。以未称重的水相和油相的总重为重基计，它合适的比例例如是，直到30%，最好从5至20%。钻井液也可以含有加重剂，例如硫酸钡，以提高液体的比重，例如直到2.5，而更好的是直到1.6。钻井液在水相中也可包含可溶解的碱或碱土金属盐，特别是氯化钙或氯化钾，其用量可直到饱和水相所需量。钻井液也可包含一种防液体损失添加剂，例如疏水褐煤，以助于在井孔壁上形成液体不能透过的薄膜。以油相重量为重基计，其合适的比例例如是，直到7%。以下列实施例说明本发明。实施例1醛化、氢化和蒸馏工业用的支链壬烯混合物。重馏份或底部产品受到蒸汽裂化、氢化和进一步蒸馏，其底部产品回收作为富醚组合物，按重量比，它含有大约60%混合支链的C20醚和大约23%的醚醇。进一步精馏，得到混合的C20醚，最终的沸点为325℃，倾点低于-45℃。实施例2用支链辛烯混合物作为原料，重复实施例1的步骤，得到混合的C18醚，最终的沸点为312℃，倾点低于-45℃。实施例31462g异癸醇(由醛化和氢化C9烯烃原料而获得的异构体混合物)和37.5g甲磺酸(占醇重量的2.56%)，在氮气存在下加入反应器，该反应器设有迪安-斯达克榻分水器和冷凝器，然后在搅拌下加热30分钟，直到温度达到220℃。反应混合物在该温度下保持5小时20分钟，排去形成的水。反应混合物冷却到70℃后，加入79克30(重)%的甲醇钠的甲醇溶液，并在65℃下保持2小时30分钟。然后洗涤产品二次，每次在6.5℃下用280g水洗涤30分钟，以除去甲磺酸钠和甲磺酸，接着在160至220℃，100至50mmHg(≈13至6.3KPa)下汽提以除去癸烯、未反应的醇和酯。产品其粘度在20℃下为8.73cSt(8.73×10-6m2/s)，其密度为0.8273，其倾点低于-42℃。实施例4用异辛醇作为原料，遵循实施例3的步骤，并且在165至185℃下使其醚化。在20℃下其粘度为4.20cSt，密度为0.8146，倾点低于-42℃。实施例1至4的产品，其粘度、倾点和生态毒性满足用作钻井液油相的要求。权利要求1.至少一种脂族醚在承载组合物，例如钻井液上的使用，其中，所述醚的氧原子连接于至少一个具有从8至10个碳原子的支链烷基或链烯基上。2.如权利要求1所述的使用，它使用包括至少一种具有如下分子式的醚R1-0-R2(Ⅱ)其中R1代表具有从8至10个碳原子的支链烷基或链烯基，并且R2是具有从7至12个碳原子，最好是从8至10个碳原子的支链烷基或链烯基，在R1和R2中的碳原子数是相同或不同，如果它们是相同，R1和R2的支链的结构是相同或不同。3.按权利要求2所述的使用，其中，R1和R2各代表具有10个碳原子的支链烷基，有利的是使用支链二癸基醚的混合物，最好大部分烷基是二甲基辛基。4.含脂族醚产品在承载组合物，例如钻井液上的使用，所述产品可通过以下步骤制得醛化脂族的C7至C9烯烃原料，氢化所得的醛，蒸馏所得的产品，并回收蒸馏残余物。5.按权利要求4所述的使用，其中，所用的残余物产品由下述步骤制得进一步蒸馏所述蒸馏残余物，所述进一步蒸馏可在对该残余物裂化和/或氢化后进行，此种残余物产品增加了醚含量。6.按权利要求5所述的使用，其中，所用的含醚产品由下述步骤制得蒸馏增加了醚含量的产品，并回收其中低沸点馏分，可选择地进一步蒸馏该馏份，并回收其中的中间馏分。7.一种钻井液，它包括一种按权利要求1至3中任意一项所限定的醚或一种按权利要求4至6中任意一项所限定的产品，水，和可选择地选自表面活性剂和乳化剂的至少一种材料，以及选自a)粘土，b)碱土或碱金属卤化物，和c)加重材料的至少一种材料。8.按照权利要求7所述的钻井液，它是一种含油水乳液，以油相和未称重的水相的总重为重基计，最好油相是从5至65%，从5至50%更好。9.按照权利要求7所述的钻井液，它是一种含水油乳液，以油相和未称重的水相的总重为重基计，油相从55至95%较好，从75至90%更好。10.按权利要求7至9中任意一项所述的钻井液，其中，在权利要求1至3之一中所限定的醚，以油相为重基计，它至少为40%，有利的是至少为60%，最佳的是油相基本由所限定的醚构成。全文摘要具有8至10个碳原子，带有支链的脂族基的醚，特别是支链二癸基醚，可用作钻井泥浆的油相。通过醛化烯烃原料和后续的处理，可获得作为产品的醚。文档编号C07C29/16GK1070938SQ92110459公开日1993年4月14日 申请日期1992年8月15日 优先权日1991年8月16日发明者G·艾伦·戴维, S·托尔 申请人:埃克森化学专利公司