CN105492569A - 生物衍生的单酯作为钻井液 - Google Patents

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/32—Non-aqueous well-drilling compositions, e.g. oil-based
    • C09K8/36—Water-in-oil emulsions

Abstract

本发明涉及单酯基钻井液组合物和用所述组合物钻井孔的方法。在一些方案中，制备这样的单酯基润滑剂的方法利用了生物质前体和/或低价值的费-托产物烯烃和/或醇来生产高价值的单酯基钻井液。在一些实施方案中，这样的单酯基钻井液衍生自FT烯烃和脂肪酸。脂肪酸可来自生物基来源(即生物质，可再生来源)或可衍生自经氧化反应的FT醇。

Description

生物衍生的单酯作为钻井液
相关申请的交叉引用
本申请是2012年11月20日提交的待审美国专利申请号13/682,542的部分继续申请。
发明领域
本发明涉及单酯基钻井液组合物、其制备方法和应用于地层油气采收操作中的方法，其中它们是由至少一种生物衍生的前体和/或费-托产物制成。
背景
采用合成型液体(即单酯基钻井液)作为基础液体的钻井液能够达到96个小时LC50糠虾(Mysidopsisbahia)生物试验结果大于100000ppm。但是，即使有这些生物测定结果它们的工业应用也受到严格限制。
因此，需要一种使用廉价无毒的合成液体作为基础液体的钻井液。本发明通过提供包括以下组分的钻井液得以满足此需求：(a)至少一种钻井液添加剂(例如乳化剂、增粘剂、增重剂和油-润湿剂)和(b)由单酯(多种)组成的廉价无毒的基础液体。
先前已有报道，仲酯可与反相钻井液一起使用，其中所述酯是由C1-C5羧酸与一或多种C3-C22烯烃制成的(参见美国专利号6100223和6191076)。此外，2012年11月20日提交的且全文并入本发明的相关美国专利申请号13/682,542(单酯基润滑剂及其制造方法)提供了更简单有效地制备单酯的方法。
因此，采用以可生物降解和无毒的单酯基钻井液在地层中钻孔的方法，特别是该方法利用了可再生原料且合并有将低值费托(FT)烯烃和醇转化为高值单酯基钻井液时，将是非常有用和所期望的。
在这方面，已发现本发明的由C6-C41羧酸与C8-C84烯烃制备的单酯能为钻井液提供优异性能。特别是，本发明的单酯在高温和高压下比现今市场普遍商售的酯具有更低粘度和极佳静切力。
发明概述
在一个实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物：
其中，R1和R2独立选自C1-C8且R3为C5-C13。
附图简介
图1示出引入单酯基钻井液组合物的单酯的制备方法流程图。
图2(a)示出了单酯的通式，图2(b)示出了己酸辛酯单酯和图2(c)示出了己酸癸酯单酯。
发明详述
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中式I单酯是可生物降解和无毒的。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中式Ⅰ单酯衍生自异构化烯烃。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中R1和R2独立选自C1-C8且R3为C5-C12。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中R1和R2独立选自C1-C5且R3为C5-C8。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中R1和R2独立选自C1-C3且R3为C5-C6。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中式I单酯在100℃温度下的运动粘度为约0.5-2厘沲、40℃温度下为约2-4厘沲和0℃温度下为约4-12厘沲。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中式I单酯的氧化器BN值大于30小时。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中式I单酯的氧化器BN值大于50小时。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中式I单酯的氧化器BN值大于60小时。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中式I单酯的倾点低于约-20℃。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中式I单酯的倾点低于约-60℃。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中钻井液的倾点低于约10℃且40℃下粘度为约1-10厘沲。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中钻井液的10秒静切力为约2磅/100平方英尺-约15磅/100平方英尺。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中钻井液在约93.3℃和约1000psig下的10秒静切力约为2磅/100平方英尺。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中钻井液在约121.1℃和约15000psig下的10秒静切力约为1磅/100平方英尺。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中钻井液在Fann77中呈现表2A所示的流变性能曲线。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中钻井液在Fann77中呈现表2B所示的流变性能曲线。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中钻井液的10分钟静切力为约1磅/100平方英尺-约17磅/100平方英尺。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中R3是C5。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中R3是C5且R1和R2是C2。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中R3是C5且R1和R2是C3。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中至少一种式I单酯是己酸辛酯、其异构体和它们的混合物混合物。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中至少一种式I单酯是己酸癸酯、其异构体和它们的混合物。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中至少一种式I单酯是己酸辛酯、其异构体和己酸癸酯、其异构体的混合物以及它们的混合物。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中步骤(b)的钻井液包括约20-40wt％的式I单酯。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中钻井液进一步包括：
a.约1.0-约3.0wt％的乳化剂和润湿剂；
b.约0.1-约1.5wt％的有机粘土；
c.约5-约12wt％的水；
d.约1.0-约4.0wt％的盐；
e.约0.1-约1.0wt％的胶乳降滤失剂；
f.约40-约60wt％的增重剂；和
g.约3.0-约9.0wt％的模拟钻井固体物。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中所述钻井液包括选自以下的单酯：己酸己酯和异构体、辛酸己酯和异构体、癸酸己酯和异构体、月桂酸己酯和异构体、棕榈酸己酯和异构体、十六烷酸己酯和异构体、硬脂酸己酯和异构体、己酸辛酯和异构体、辛酸辛酯和异构体，癸酸辛酯和异构体、月桂酸辛酯和异构体、棕榈酸辛酯和异构体，十六烷酸辛酯和异构体、硬脂酸辛酯和异构体、己酸癸酯和异构体、辛酸癸酯和异构体、癸酸癸酯和异构体、月桂酸癸酯和异构体、棕榈酸癸酯和异构体、十六烷酸癸酯和异构体、硬脂酸癸酯和异构体、己酸十二烷酯和异构体、辛酸十二烷酯和异构体、癸酸十二烷酯和异构体、月桂酸十二烷酯和异构体、棕榈酸十二烷酯和异构体、十六烷酸十二烷酯和异构体，硬脂酸十二烷酯和异构体、己酸十四烷酯和异构体、辛酸十四烷酯和异构体、癸酸十四烷酯和异构体、月桂酸十四烷酯和异构体、棕榈酸十四烷酯和异构体、十六烷酸十四烷酯和异构体、硬脂酸十四烷酯和异构体、己酸十六烷酯和异构体、辛酸十六烷酯和异构体、癸酸十六烷酯和异构体、月桂酸十六烷酯和异构体、棕榈酸十六烷酯和异构体、十六烷酸十六烷酯和异构体、硬脂酸十六烷酯和异构体、己酸十八烷酯和异构体、辛酸十八烷酯和异构体、癸酸十八烷酯和异构体、月桂酸十八烷酯和异构体、棕榈酸十八烷酯和异构体、十六烷酸十八烷酯和异构体、硬脂酸十八烷酯和异构体、己酸二十烷酯和异构体、辛酸二十烷酯和异构体、癸酸二十烷酯和异构体、月桂酸二十烷酯和异构体、棕榈酸二十烷酯和异构体、十六烷酸二十烷酯和异构体、硬脂酸二十烷酯和异构体、己酸二十二烷酯异构体、辛酸二十二烷酯和异构体，癸酸二十二烷酯和异构体、月桂酸二十二烷酯和异构体、棕榈酸二十二烷酯和异构体、十六烷酸二十二烷酯和异构体和硬脂酸二十二烷酯和异构体以及它们的混合物。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中所述钻井液进一步包括以下组分：(a)石灰、(b)降滤失剂、(c)包括水和页岩抑制盐的水溶液、(d)油润湿剂、(e)非磺化聚合物、(f)磺化聚合物和(g)非有机粘土。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中至少一种式I单酯的分子质量为从至少约144a.m.u至最多约592a.m.u。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中所述式I单酯衍生自内烯烃。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中所述式I单酯衍生自仲醇。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中所述式I单酯是仲醇单酯。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中所述式I的O(CO)R3基团是不与R1或R2.的末端键合的。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其所述式I单酯不包括衍生自低聚反应的产物。
在一些实施方案中，本发明涉及包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物，其中所述式I单酯不包括衍生自α-烯烃的产物。
在一个实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，包括以下步骤：a)使钻头在井孔底部旋转和b)将钻井液引入所述井孔来拾取钻屑并将至少一部分钻屑带出所述井孔，其中所述钻井液包括：i)至少一种选自乳化剂、润湿剂、增粘剂、增重剂和降滤失剂的添加剂，和ii)一定量的至少一种式I单酯：
其中，R1和R2独立选自C1-C8且R3为C5-C13。
本发明涉及在地层中钻井孔的方法，包括以下步骤：a)使钻头在井孔底部旋转和b)将钻井液引入所述井孔来拾取钻屑并将至少一部分钻屑带出所述井孔，其中所述钻井液包括：i)至少一种选自乳化剂、润湿剂、增粘剂、增重剂和降滤失剂的添加剂，和ii)一定量的至少一种式I单酯，其中所述步骤连续操作。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中式I单酯是可生物降解和无毒的。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中式Ⅰ单酯I衍生自异构化烯烃。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中R1和R2独立选自C1-C8且R3为C5-C12。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中R1和R2独立选自C1-C5且R3为C5-C8。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中R1和R2独立选自C1-C3且R3为C5-C6。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中式I单酯在100℃温度下的运动粘度为约0.5-2厘沲、40℃温度下为约2-4厘沲和0℃温度下为约4-12厘沲。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中式I单酯的氧化器BN值大于30小时。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中式I单酯的氧化器BN值大于50小时。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中式I单酯的氧化器BN值大于60小时。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中式I单酯的倾点低于约-20℃。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中式I单酯的倾点低于约-60℃。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中钻井液的倾点低于约10℃且40℃下粘度约为1-约10厘沲。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中钻井液的10秒静切力约为2磅/100平方英尺-约15磅/100平方英尺。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中钻井液在约93.3℃和约1000psig下的10秒静切力约为2磅/100平方英尺。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中钻井液在约121.1℃和约15000psig下的10秒静切力约为1磅/100平方英尺。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中钻井液在Fann77中呈现表2A所示的流变性能曲线。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中钻井液在Fann77中呈现表2B所示的流变性能曲线。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中钻井液的10分钟静切力为约1磅/100平方英尺-约17磅/100平方英尺。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中R3是C5。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中R3是C5且R1和R2是C2。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中R3是C5且R1和R2是C3。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中至少一种式I单酯是己酸辛酯、其异构体及其混合物。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中至少一种式I单酯是己酸癸酯、其异构体及其混合物。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中至少一种式I单酯是己酸辛酯、其异构体和己酸癸酯、其异构体的混合物以及它们的混合物。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中步骤(b)的钻井液包括约20-40wt％的式I单酯。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中钻井液进一步包括：
a.约1.0-约3.0wt％的乳化剂和润湿剂；
b.约0.1-约1.5wt％的有机粘土
c.约5-约12wt％的水；
d.约1.0–约4.0wt％的盐；
e.约0.1-约1.0wt％的胶乳降滤失剂；
f.约40-约60wt％的增重剂；和
g.约3.0–约9.0wt％的模拟钻井固体物。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中所述钻井液包括选自以下的单酯：己酸己酯和异构体、辛酸己酯和异构体、癸酸己酯和异构体、月桂酸己酯和异构体、棕榈酸己酯和异构体、十六烷酸己酯和异构体、硬脂酸己酯和异构体、己酸辛酯和异构体、辛酸辛酯和异构体，癸酸辛酯和异构体、月桂酸辛酯和异构体、棕榈酸辛酯和异构体，十六烷酸辛酯和异构体、硬脂酸辛酯和异构体、己酸癸酯和异构体、辛酸癸酯和异构体、癸酸癸酯和异构体、月桂酸癸酯和异构体、棕榈酸癸酯和异构体、十六烷酸癸酯和异构体、硬脂酸癸酯和异构体、己酸十二烷酯和异构体、辛酸十二烷酯和异构体、癸酸十二烷酯和异构体、月桂酸十二烷酯和异构体、棕榈酸十二烷酯和异构体、十六烷酸十二烷酯和异构体，硬脂酸十二烷酯和异构体、己酸十四烷酯和异构体、辛酸十四烷酯和异构体、癸酸十四烷酯和异构体、月桂酸十四烷酯和异构体、棕榈酸十四烷酯和异构体、十六烷酸十四烷酯和异构体、硬脂酸十四烷酯和异构体、己酸十六烷酯和异构体、辛酸十六烷酯和异构体、癸酸十六烷酯和异构体、月桂酸十六烷酯和异构体、棕榈酸十六烷酯和异构体、十六烷酸十六烷酯和异构体、硬脂酸十六烷酯和异构体、己酸十八烷酯和异构体、辛酸十八烷酯和异构体、癸酸十八烷酯和异构体、月桂酸十八烷酯和异构体、棕榈酸十八烷酯和异构体、十六烷酸十八烷酯和异构体、硬脂酸十八烷酯和异构体、己酸二十烷酯和异构体、辛酸二十烷酯和异构体、癸酸二十烷酯和异构体、月桂酸二十烷酯和异构体、棕榈酸二十烷酯和异构体、十六烷酸二十烷酯和异构体、硬脂酸二十烷酯和异构体、己酸二十二烷酯异构体、辛酸二十二烷酯和异构体，癸酸二十二烷酯和异构体、月桂酸二十二烷酯和异构体、棕榈酸二十二烷酯和异构体、十六烷酸二十二烷酯和异构体和硬脂酸二十二烷酯和异构体以及它们的混合物。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中所述钻井液进一步包括以下组分：(a)石灰、(b)降滤失剂、(c)包括水和页岩抑制盐的水溶液、(d)油润湿剂、(e)非磺化聚合物、(f)磺化聚合物和(g)非有机粘土。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中至少一种式I单酯的分子质量为从至少约144a.m.u至最多约592a.m.u。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中所述式I单酯衍生自内烯烃。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中所述式I单酯衍生自仲醇。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中所述式I单酯是仲醇单酯。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中所述式I的O(CO)R3基团是不与R1或R2的末端键合的。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其所述式I单酯不包括衍生自低聚反应的产物。
在一些实施方案中，本发明涉及在地层中钻井孔的方法，其中所述式I单酯不包括衍生自α-烯烃的产物。
I.单酯基钻井液组合物
本发明的单酯基钻井液可包括一或多种下述组分：
一定量的至少一种式I单酯：
其中R1和R2独立选自C1-C40且R3为C5-C40。
表面活性剂(如乳化剂、润湿剂)、增粘剂、增重剂、降滤失剂和页岩抑制盐也可任选地用于本发明的钻井液中。因为本发明的钻井液旨在是无毒的，这些任选的成分如单酯优选也是无毒的。示例性的乳化剂包括但不限于脂肪酸、脂肪酸皂和脂肪酸衍生物，包括酰胺-胺类、聚酰胺类、多胺类、酯类(如山梨醇单油酸酯聚乙氧化物、山梨醇二油酸酯聚乙氧化物)、咪唑啉类和醇类。
典型的润湿剂包括但不限于卵磷脂、脂肪酸、粗牛油、氧化粗牛油、有机磷酸酯、改性的咪唑啉、改性的酰胺基胺、烷基芳烃硫酸酯、烷基芳烃磺酸酯和多元醇的有机酯。
示例性的增重剂包括但不限于重晶石、氧化铁、gelana、菱铁矿和碳酸钙。
常用的页岩抑制盐为碱金属盐和碱土金属盐。氯化钙和氯化钠是优选的页岩抑制盐。
示例性的增粘剂包括但不限于有机白土(例如锂皂石、膨润土和绿坡缕石)、非有机白土(如蒙脱土(膨润土)、锂皂石、皂石、绿坡缕石和伊利石)、油溶性聚合物、聚酰胺树脂和聚羧酸及皂类。
示例性的降滤失剂包括但不限于沥青类(如沥青和磺化沥青)、胺处理的褐煤和硬沥青。对于打算用于高温环境(如底部孔眼温度超过约204.4℃(400)的场合)的钻井液来说，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烯、聚丁二烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异戊二烯、天然橡胶、丁基橡胶、由至少两种选自苯乙烯、丁二烯、异戊二烯和羧酸乙烯酯的单体构成的聚合物。单一聚合物型降滤失剂或混合物都可用于本发明的钻井液。
任选地，一或多种降凝剂可用于本发明的合成液(即单酯基钻井液)，以降低其倾点。典型的降凝剂包括但不限于乙烯共聚物、异丁烯聚合物、聚烷基萘、蜡-芳烃缩合产物(如蜡-萘缩合产物、酚-蜡缩合产物)、聚烷基酚酯、聚甲基丙烯酸烷基酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烷基化的缩合芳烃、烷基芳烃聚合物、亚氨基二亚胺和聚烷基苯乙烯。(聚烷基萘、聚烷基酚酯和聚甲基丙烯酸烷基酯的分子量范围在约2000-约10000)。因为乙烯共聚物和异丁烯聚合物是无毒的，它们是优选的降凝剂。
使用至多约1wt％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，即降凝剂重量除以合成液重量，所得商乘以100％)。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％。
可调节本发明钻井液的各种性质(如单酯/水比、密度等)，以适合任何钻井操作。例如，通常将钻井液配制成单酯/水的体积比为约100:0-约40:60，密度为约0.9kg/l(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)。
钻井液优选通过将各成分按以下顺序混合来制备：(a)单酯，(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)有机白土(当使用时)，(g)油润湿剂，(h)增重剂，(i)非磺化聚合物，(j)磺化聚合物(当使用时)，和(k)非有机白土(当使用时)。
II.制备单酯的方法
如上所述，本发明另外涉及制备上述润滑油组合物的方法。
本文所公开的烯烃可以是通过气变液工艺(GTL)精制过程、石化过程、废塑料热解和其它过程所制备的α-烯烃，经异构化成内烯烃随后转化成单酯。使用包括分子筛如SAPO-39和中孔沸石如SSZ-32及ZSM-23的双键异构化催化剂将α-烯烃异构化成内烯烃。
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酯物种的方法包括以下步骤：(步骤101)将碳数为C6-C84的内烯烃(或多种烯烃)环氧化以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以形成相应的单仲醇，和(步骤103)将仲醇用C6-C41羧酸进行酯化(即经酯化处理)以形成内单酯物种。通常，包括此单酯物种的润滑油组合物100℃温度下的粘度范围为0.5-2厘沲。
在一些实施方案中，当形成一定量的单酯物种时，此一定量的单酯物种可以基本是均质的，或者可以是两或更多种不同的此类单酯物种的混合物。
在一些这样的上述方法实施方案中，所用烯烃是费-托过程的反应产物。在这些或其它实施方案中，羧酸可以是衍生自通过费-托过程所产生的醇和/或它可以是一个生物衍生的脂肪酸。
在一些实施方案中，烯烃是α-烯烃(即，链末端具有双键的烯烃)。在此实施方案中，通常需要将烯烃异构化以使双键内化。这样的异构化反应一般要使用催化剂例如但不限于结晶硅铝酸盐和类似材料和铝磷酸盐进行催化。(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的一维孔的.结晶铝磷酸盐基催化剂。
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-烯烃(α-烯烃)可异构化成相应的内烯烃随后进行环氧化。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，接着通过与适当羧酸或其酰化衍生物进行酯化(即，二-酯化)。一般需要将α-烯烃转化为内烯烃，因为α-烯烃、尤其是短链α-烯烃的单酯往往是固体或蜡。将α-烯烃“内化”接着转化为单酯官能团使得所产生的酯中沿链引入了支链，因此降低了分子的对称性而得以降低预期产物的倾点。将酯内化也可提高氧化和水解稳定性。内酯呈现了令人惊奇的水解和氧化稳定性，大大优于那些末端酯。将酯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。
具有极性特征的酯基将进一步提高最终产物的粘度。通过酯基的内化而引入的支化将增强低温性能如倾点和浊点。通过增加内烯烃或酯化所用酸的碳数可以提高粘度。
对于环氧化反应(即环氧化步骤)，在一些实施方案中，可将上述烯烃(优选内烯烃)与过氧化物(例如H2O2)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OrganicPeroxidesVol.II(Wiley-Interscience,NewYork,1971)355-533页和B.Plesnicar在OrganicChemistry,PartC(W.Trahanovsky(ed.),AcademicPress,NewYork1978)的Oxidation第221-253页中所述)。通过高选择性试剂例如四氧化锇(参见M.Schroder,Chem.Rev.vol.80,p.187,1980)和高锰酸钾(参见Sheldon和Kochi在Metal-CatalyzedOxidationofOrganicCompounds,pp.162-171和294-296页,AcademicPress,NewYork,1981中所述)烯烃可被高效地转化为相应的二醇。
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氢化物还原法或贵金属催化加氢法将环氧化物环还原来完成的。这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。
对于酯化步骤(酯化反应)，通常用酸来催化醇与羧酸的酯化反应。适宜的酸包括但不限于硫酸(参见Munch-Peterson,Org.Synth.,V,p.762,1973)、磺酸(参见AllenandSprangler,OrgSynth.,III,p.203,1955)、盐酸(参见Elieletal.,OrgSynth.,IV,p.169,1963)和磷酸(等等)。在一些实施方案中，此步骤中所用的羧酸首先被转化为酰氯(例如亚硫酰氯或PCl3)。或者可直接使用酰氯。当使用酰氯时，不需要酸催化剂且一般会加入碱如吡啶、4-二甲基氨基吡啶(DMAP)或三乙胺(TEA)与生成的HCl反应。当使用吡啶或DMAP时，据信这些胺通过生成更易反应的酰化中间体也起催化剂作用。(例如参见Fershetal.,J.Am.Chem.Soc.,vol.92,pp.5432-5442,1970；andHofleetal.,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,vol.17,p.569,1978)。
在一些实施方案中，不管烯烃的来源如何，上述方法中所用的羧酸衍生自生物质。在一些这样的实施方案中，这涉及一些来自生物质的油(例如，甘油三酸酯)组分的萃取以及构成油组分的甘油三酸酯的水解从而形成游离羧酸。
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酰氯和癸酰氯的分别酰化反应将内辛烯混合物转化为相应的内单酯衍生物即己酸辛酯和癸酸辛酯。下面的实施例更详细地解释了本方法。己酸辛酯和癸酯特别适用于钻井液组合物中。
定义和术语
除非有相反的明示，下列术语将用于整个说明书且具有以下的含义。
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”。
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。这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。
术语“降滤失剂”包括但不限于，沥青类(例如沥青质和磺化沥青质)、胺处理的褐煤和天然沥青。对于旨在在高温环境下使用的钻井液(例如当井底的温度超过约204.4℃(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烯、聚丁二烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异戊二烯、天然橡胶、丁基橡胶、至少两种选自苯乙烯、丁二烯、异戊二烯和羧酸乙烯酯单体构成的聚合物。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。
术语“有机粘土”或“增粘剂”是指II(Baker-Hughes)有机膨润土、锂蒙脱石、绿坡缕石和海泡石。膨润土和锂蒙脱石是片状粘土，将提高粘度、动切力并累积成薄滤饼以帮助减少流体损失。许多聚合物可用于不含水的流体。这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、磺化聚苯乙烯聚合物、苯乙烯丙烯酸酯、脂肪酸和二聚-三聚体酸的组合。
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，一般是基于咪唑啉或酰胺(例如Baker-Hughes)，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”。
术语“盐”是指用来使钻井液或盐水具有合适密度的CaCl2。CaCl2可与包括NaCl、CaBr2和ZnBr2的其它盐水调混.。CaCl2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。
术语“增重剂”是指用来提高钻井液密度的重晶石(硫酸钡)(例如MICROMAX)。其它的增重剂是赤铁矿(氧化铁)、四氧化锰和碳酸钙。这些增重材料增加了钻井液的外相密度。
术语“胶乳降滤失剂”是指(Goodyear)聚合物。
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土。
术语“非有机粘土”是指未经胺处理使粘土从水造浆转变为到油造浆的粘土。
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。泥浆密度通常以每加仑的磅数(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。
术语“石灰”是指生石灰(CaO)、生石灰的前体和水合生石灰(如熟石灰(Ca(OH)2)。
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这些表面(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的术语“界面”是指任何两个不混溶相之间的界面，术语“表面”表示其中一个相为气相通常为空气时的界面。
术语“润滑剂”是指被引入到两个移动表面之间以降低它们之间的摩擦力和磨损的物质(在操作条件下通常为流体)。用作车用机油的基础油通常由美国石油学会划分为矿物油(I、II和III类)或合成油(IV和V类)。参见美国石油学会(API)出版物编号1509。
术语“倾点”是指流体能够倾倒出或流动的最低温度。例如参见ASTM国际标准测试方法D5950-96、D6892-03以及D97。结果以℃报告。许多市售基础油都有倾点规格。当基础油具有低倾点时，该基础油似乎也具有其它的良好低温性能，例如低浊点、低冷滤点和低温起动粘度。
术语“浊点”是指由于形成晶体而使流体开始相分离的温度。例如参见ASTM国际标准测试方法D5773-95、D2500、D5551和D5771。
术语“厘沲”，简写为“cSt”，是流体(例如润滑剂)运动粘度的单位，其中1厘沲等于1平方毫米每秒(1cSt＝1mm2/s)。例如参见ASTM标准指南和测试方法D2270-04、D445-06、D6074和D2983。
关于本文中所描述的分子和/或分子片段“Rn”是指烃基，其中“n”为指数，分子和/或分子片段可为直链的和/或支化的。
术语“Cn”描述的是烃分子或片段(例如烷基)，其中“n”为整数，“n”表示在该片段或分子中的碳原子数。
前缀“生物”是指与生物来源的可再生资源有关，例如通常为除化石燃料以外的资源。
术语“内烯烃”是指具有非端位碳碳双键(C＝C)的烯烃(即链烯烃)。它与具有端位碳碳双键的“α-烯烃”不同。
术语“I类基础油”是指包含少于90％饱和物和/或多于0.03％硫且采用美国石油学会出版物1509的表E-1中指定的ASTM方法测定的粘度指数大于或等于80且小于120的基础油。
术语“II类基础油”是指包含多于或等于90％饱和物和少于0.03％硫且采用美国石油学会出版物1509的表E-1中指定的ASTM方法测定的粘度指数大于或等于80且小于120的基础油。
术语“II+类基础油”是指粘度指数大于或等于110且小于120的II类基础油。
术语“III类基础油”是指包含多于或等于90％饱和物和少于或等于0.03％硫且采用美国石油学会出版物1509的表E-1中指定的ASTM方法测定的粘度指数大于或等于120的基础油。
术语“费托衍生的”是指产物、馏分或原料来源于或是产自于费托过程的某些阶段。
术语"石油衍生的"是指产物、馏分或进料来源于石油原油蒸馏步骤的塔顶蒸气料流和不挥发残留部分的渣油燃料。石油衍生的产物、馏分或进料可来自于气田凝析油。
术语“高链烷属蜡“是指具有高含量，通常多于40wt％、但可多于50wt％、甚至多于75wt％且小于100wt％或99wt％正构链烷烃的蜡。高链烷属蜡的例子包括疏松石蜡、脱油疏松石蜡、精制脚子油、含蜡润滑剂提余油、正构链烷烃蜡、NAO蜡、产自化工厂工艺过程的蜡、脱油的石油衍生蜡、微晶蜡、费托蜡和它们的混合物。
短语“衍生自高链烷属蜡”是指源自或由高链烷属蜡在某些阶段生产的产品、馏分或原料。
术语“芳族“是指包含至少一组共享连续离域电子云原子的任何烃类化合物，其中在所述原子组中离域电子数对应于4n+2的Huckel规则(例如，n＝1时为6电子等)。典型的例子包括但不限于苯、联苯、萘等。
短语“具有环烷属官能团的分子”是指具有单环或稠合多环饱和烃基或包含单环的或稠合多环饱和烃基作为一或多个取代基的任何分子。所述环烷基可任选地被一或更多个如1-3个取代基取代。代表性的例子包但不限定于环丙烷、环丁烷、环己烷、环戊烷、环庚烷、十氢化萘、八氢化萘、(十五烷-6-基)环己烷、3,7.10-三环烷基十五烷、十氢-1-(十五烷-6-基)萘等。
短语“具有单环烷基官能团的分子”是指具有3-7个环碳的单环饱和烃基的任何分子或是被具有3-7个环碳的单环饱和烃基取代的任何分子。所述环烷基可任选被一或更多个如1-3个取代基取代。代表性的例子包括但不限于环丙烷、环丁烷、环己烷、环戊烷、环庚烷、(十五烷-6-基)环己烷等。
短语“具有多环烷基官能团的分子”是指具有两或更多个稠环的稠多环饱和烃环基的任何分子、被具有两或更多个稠环的一或更多个稠多环饱和烃环基取代的任何分子或被多于一个的具有3-7个环碳的单环饱和烃基团取代的任何分子。所述稠多环饱和烃环基通常是两个稠环。所述环烷基可任选地被一或更多个如1-3个取代基所取代。代表性的例子包括，但不限定于十氢化萘、八氢并环戊二烯、3,7,10-三环己基十五烷、十氢-1-(十五烷-6-基)萘等
术语“运动粘度”是指重力下流体流动阻力的度量。许多基础油、由其制备的润滑剂组合物以及设备的正确操作与所用流体的合适粘度相关。采用ASTMD445-06测定运动粘度，结果用mm2/s报告。
术语“粘度指数(VI)”是一个经验性的无单位数值，表明温度变化对油的运动粘度的影响。采用ASTMD2270-04测定粘度指数。
术语“氧化器BN”是测量润滑基础油在模拟应用中的响应。数值高或吸收一升氧的时间长表示氧化稳定性良好。氧化器BN可借助Dornte-型氧吸收设备测量(参见R.W.Dornte“OxidationofWhiteOils”，IndustrialandEngineeringChemistry，Vol.28，p26，1936)，在340、一大气压纯氧条件下进行测量。以100g油吸收1000mlO2所用时间(小时)报告结果。在氧化器BN试验中，每100g油使用0.8ml催化剂，催化剂是可溶性金属-环烷酸盐混合物，模拟所用曲轴箱油的平均金属分析值。添加剂包是每100g油样含80mmol双多亚丙基苯基二硫代磷酸锌。
除非本文另外指出，与本发明结合使用的科学和技术术语将具有本领域普通技术人员在本领域中通常理解的含义。此外，除非上下文另有要求，单数术语应当包括复数并且复数术语应当包括单数。更具体地，如在本说明书和所附权利要求中使用，单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数对象，除非上下文另有明确说明。因此，例如提及“一种脂肪酸”包括多种脂肪酸和类似物。此外，在说明书和所附的权利要求中提供的范围包括两个端点和两端点之间的所有点。因此，2.0-3.0的范围包括2.0、3.0和2.0至3.0之间所有点。此外，表示数量、百分比或比例的所有数值以及说明书和权利要求书中使用的其它数值都应当理解为在所有情况下都可由术语“约”进行改动。本文所用术语“包括”及其语法变体意为非限制性的，以使列表中的项目不排除其它可被替换或添加到所列项目的类似项目。本文所用术语“包括”是指包括下列所述术语识别的要素或步骤，但任何这些元素或步骤并不是排它性的，且实施方案可包括其他要素或步骤。
实施例
提供以下实施例来展示本发明的具体实施方案。本领域的技术人员应当明白在以下实施例中公开的方法仅代表本发明示例性实施方案，但本领域技术人员依据本公开内容应当了解所述具体实施方案可做许多变化且仍可获得相似或类似的结果而不脱离本发明的精神和范围。
实施例1
辛烯环氧化成环氧辛烷
采用下述通用步骤(方案1)将购自AldrichChemical公司的2-辛烯、3-辛烯和4-辛烯的混合物(1:1:1混合物)按如下步骤进行环氧化。在搅拌和冰浴条件下向509g(2.95mol)的77％mCPBA(间氯过氧苯甲酸)于2000ml正己烷中的溶液内用加料漏斗滴加入265g(2.36mol)2-辛烯、3-辛烯和4-辛烯(1:1:1)的混合物，历时60分钟。将得到的反应混合物0℃下搅拌2小时。然后，移除冰浴并使反应搅拌过夜。随后将得到的乳状溶液过滤以除去其中所形成的间氯苯甲酸。然后将滤液用10％碳酸氢钠水溶液洗涤。有机层用无水硫酸镁干燥，同时搅拌1小时。在大气压和67-71℃下蒸出有机溶剂(正己烷)。留余溶液的IR和NMR分析以及GCMS谱证实存在环氧化物混合物和少量残留正己烷。此溶液用于下一步骤(环氧化物还原为相应的仲醇)而不用进一步想方设法地除去残留己烷。环氧化物有一点挥发性，必须小心防止旋转蒸发器上蒸馏或冷凝时的任何显著损失。也可使用1:1.5份的甲酸/过氧化氢溶液实现环氧化。
实施例2
2,3-环氧辛烷还原为仲辛醇
按下述步骤将实施例1制备的含少量残留己烷的环氧辛烷在THF(四氢呋喃)中用氢化锂铝进行还原。将实施例1的产物分成两等份，每份各自在无水THF中用氢化锂铝进行还原。若实施例1中的辛烯全部转化为环氧化物，则每份假定包含1.18mol(151.3g)环氧辛烷。因此，将56g(1.48mol)氢化铝锂于1000ml无水THF中的悬浮液在配有顶部搅拌器和回流冷凝器的3L三颈反应瓶中冰浴冷却至0℃。经一个密封的滴液漏斗向该悬浮液中滴加两份环氧辛烷混合物之一份(假定151.3g；1.18mol)，同时搅拌。加完后，经滴液漏斗加入另外的100mlTHF。反应混合物0℃下继续搅拌2小时。然后移去冰浴并使反应继续搅拌过夜。然后将反应物加热至回流一小时左右，以确保还原反应完成。通过小份检查用NMR和IR监测反应进程。一旦反应完成，热源替换为冰浴，反应进行后处理，先用500ml的THF稀释，然后在强搅拌下经滴液漏斗加入550ml15％NaOH溶液且不让反应温度升到室温以上(非常缓慢加入)。持续加入直到所有的灰色溶液转化乳状溶液，再继续搅拌30分钟。停止搅拌，将溶液完全分离成透明液体相和白色细沉淀物。过滤混合物，滤液经无水MgSO4干燥，然后在旋转蒸发器中浓缩以除去溶剂THF，得到2-辛醇、3-辛醇和4-辛醇混合物，为无色粘稠油状物，室温下静置几天后变为软蜡状物质。还原反应得到132g的醇或是说实施例1和2所述的两个反应收率为86％，第二份环氧辛烷的还原反应得到类似结果，总收率为84％。通过小规模的Pd/C催化剂上温和加氢也可实现还原，
实施例3
用己酰氯酯化辛醇：己酸辛酯的合成
如方案3所示，按下述步骤将实施例2中制备2-辛醇、3-辛醇和4-辛醇的混合物用己酰氯作为酯化剂进行酯化。在配有顶部搅拌器和回流冷凝器的3L三颈圆底反应瓶中，向130.5g(1mol)辛醇混合物于1000ml环己烷中的溶液内加入126.5g(1.25mol)三乙胺和6.5g(0.05mol)4-N,N-二甲基氨基吡啶(DMAP)。冰浴冷却混合物，0℃左右继续搅拌约15分钟。向搅拌的冷溶液中，经滴液漏斗滴加入148g(1.1mol)己酰氯，历时45分钟。所有己酰氯加完后，反应继续搅拌并缓慢升温至室温。然后将反应回流并用NMR和IR分析监测。反应完成后，将得到的乳白奶油状溶液进行后处理，加水直到所有的固体消失形成澄清溶液(两相溶液)。在分液漏斗分离两相溶液，有机相用水和盐水洗涤并保存。水相用乙酸乙酯萃取。乙酸乙酯萃取液用盐水洗涤并与有机相合并。将含有酯的有机相用无水MgSO4干燥、过滤并在旋转蒸发器中浓缩，得到218g酯混合物(96％收率)，为浅橙色油状物。将产物通过15cm×5cm硅胶柱并用己烷冲洗。在旋转蒸发器上除去己烷，得到无色油状物产物(回收214g)。
实施例4
H 3 PO 4 作为催化剂进行己酸的酯化
按如下所示步骤，辛醇的混合物还用己酸在甲苯中以磷酸作为催化剂进行酯化。反应装置由配有顶部搅拌器、带Dean-Stark分水器的回流冷凝器和加热套的1L三颈反应烧瓶构成。反应容器中装入50g(0.38mol)辛醇混合物、66g(0.57mol)己酸、5g的85％磷酸和250ml甲苯。将混合物加热(～110℃)回流6小时并维持搅拌下回流过夜。加入更多克数的85％的H3PO4并将反应物继续在搅拌下回流直到观察到不再有水形成(通过Dean-Stark分水器中收集的水位来指示)。反应总计搅拌约36小时。然后将反应冷却并在旋转蒸发器上除去甲苯，然后在乙醚中萃取，并用温水充分清洗(4x500ml)，接着用300ml饱和碳酸氢钠溶液漂洗以除去任何残留的酸(有机和无机)和用盐水溶液(300ml)漂洗。将乙醚萃取物用无水MgSO4,干燥、过滤和在旋转蒸发器中浓缩以除去乙醚。反应得到76g浅黄色油。将油通过10cm×4cm硅胶柱除去任何残留的酸。最终纯化步骤后，回收73g所期望的酯(己酸辛酯)，为无色甜味油。采用相同的合成步骤，合成己酸癸酯，收率类似。
实施例5
己酸辛酯和己酸癸酯的润滑性能
下表示出了己酸辛酯和己酸癸酯的润滑性能。
表1
酯 粘度100℃ 粘度40℃ 粘度0℃ 倾点℃ BN氧化器
己酸辛酯 0.9cSt. 2.2cSt. 5.8cSt. <-60 64hrs
己酸癸酯 1.2cSt. 3.1cSt. 10.8cSt. <-60 N/A
N/A定义为“未得到数据”。
实施例6
氧化器BN试验
采用氧化器BN试验通过测定给定量酯吸收1升氧需要多少时间来评价己酸辛酯混合物的氧化稳定性。己酸辛酯显示出64小时的优异氧化稳定性(见上文表1)。
实施例7
由实施例4的酯制备钻井液
通过下述步骤制备本发明的反相乳化钻井液：(a)先用混合机将166.0g来自实施例4的酯(己酸辛酯)搅拌约1分钟和(b)然后依次加入下列组分(每加一种材料后连续混合约1分钟)：(i)16.0g的乳化剂和润湿剂(Baker-Hughes)和(ii)3.0g有机粘土(Baker-Hughes)。随后将46.0g水加入到上述混合物中并混合约10分钟。接着，将以下材料依次加入，每加一种材料后混合约5分钟：(i)300.3g粉状重晶石(一种无毒增重剂)、(ii)17.2g脱水氯化钙(为水相提供盐度，而不使水润湿重晶石)、(iii)4.0g胶乳降滤失剂(Goodyear)和(iv)40.0g粉状粘土以模拟钻探岩层颗粒。钻井液的最终密度是14磅/加仑(约1.7kg/L)。
实施例8
由实施例4的酯制备钻井液
通过下述步骤制备本发明的乳化钻井液：(a)先用混合机将168.076g来自实施例4的酯(己酸辛酯)搅拌约1分钟和(b)然后依次加入下列组分(每加一种材料后连续混合约1分钟)：(i)12.0的乳化剂和润湿剂(Baker-Hughes)和(ii)2.5g有机粘土(Baker-Hughes)。随后将48.3g水加入到上述混合物中并混合约10分钟。接着，将以下材料依次加入，每加一种材料后混合约5分钟：(i)300.3g粉状重晶石(一种无毒增重剂)、(ii)17.2g脱水氯化钙(为水相提供盐度，而不使水润湿重晶石)、(iii)2.0g胶乳降滤失剂(Goodyear)和(iv)40.0g粉状粘土以模拟钻探岩层颗粒。钻井液的最终密度是14磅/加仑(约1.7kg/L)。
实施例9
实施例7钻井液的流变性
按照RecommendedPractice-StandardProcedureforFieldTestingDrillingFluids,APIRecommendedPractice13B-2(RP13B-2),SecondEdition,Dec.1,1991所述步骤，在FanniX77仪(FannInstrumentCompany,Houston,TX)中评价实施例7钻井液的流变性。表2A中给出了所测结果。这些结果表明，实施例4的酯可以用来制备令人满意的钻井液，且高温(200°F和更高)下具有意外低的静切力。
表2A
N/A定义为“未得到数据”。
实施例10
实施例8钻井液的流变性
按照RecommendedPractice-StandardProcedureforFieldTestingDrillingFluids,APIRecommendedPractice13B-2(RP13B-2),SecondEdition,Dec.1,1991所述步骤，在FanniX77仪(FannInstrumentCompany,Houston,TX)中评价实施例8钻井液的流变性。表2B中给出了所测结果。这些结果表明，实施例4的酯可以用来制备令人满意的钻井液，且高温(200°F和更高)下具有意外低的静切力。
表2B
N/A定义为“未得到数据”。
单酯在Fann77试验中所产生的流变特性曲线是独特和不同的。不同(独特)之处在于200和250及高压下低的静切力。配方显示在仪器中未见沉降。此外，静切力很平且没有逐渐上升。本身的好处是长时间停止钻井后启动循环所需的泵压减小。
上述所有公开案、专利案及专利申请案系以引用的方式全部并入本文中，引用的程度就如同已特定地及个别地将各个公开案、专利案或专利申请案以引用的方式并入一般。
本发明范围不受本文所述具体实施方案的限制，旨在对本发明各个方面的单一示例，且功能等效的方法和组分都在本发明范围内。实际上，根据前面的描述和附图，本发明的各种修改，本文示出和描述方案的增补，对本领域技术人员而言将变得显而易见。这样的修改旨在落入所附权利要求的范围之内。

Claims (18)

1.包括一定量的至少一种式I单酯的钻井液组合物：:
其中，R1和R2独立选自C1-C8且R3为C5-C13。
2.权利要求1的组合物，其中式I单酯是可生物降解和无毒的。
3.权利要求1的组合物，其中式I单酯衍生自异构化烯烃。
4.权利要求1的组合物，其中R1和R2独立选自C1-C5且R3为C5-C8。
5.权利要求1的组合物，其中R1和R2独立选自C1-C3且R3为C5-C6。
6.权利要求1的组合物，其中式I单酯在100℃温度下的运动粘度为约0.5-2厘沲，在40℃温度下的运动粘度为约2-4厘沲，和在0℃温度下的运动粘度为约4-12厘沲。
7.权利要求1的组合物，其中式I单酯的氧化器BN值大于30小时。
8.权利要求1的组合物，其中式I单酯的倾点低于约-30℃和浊点低于约-30℃。.
9.权利要求1的组合物，其中钻井液的倾点低于约10℃且40℃下粘度为约1-约10厘沲。
10.权利要求1的组合物，其中钻井液的10秒静切力约在2磅/100平方英尺-约15磅/100平方英尺之间。
11.权利要求1的组合物，其中钻井液的10分钟静切力约在1磅/100平方英尺-约17磅/100平方英尺之间。
12.权利要求1的组合物，其中R3是C5。
13.权利要求1的组合物，其中R3是C5且R1和R2是C2。
14.权利要求1的组合物，其中R3是C5且R1和R2是C3。
15.权利要求1的组合物，其中至少一种式I单酯是己酸辛酯、其异构体和它们的混合物。
16.权利要求1的组合物，其中至少一种式I单酯是己酸癸酯、其异构体和它们的混合物。
17.权利要求1的组合物，其中钻井液包括约20-40wt％的式I单酯。
18.权利要求1的组合物，其中所述钻井液进一步包括：
a.约1.0-约3.0wt％的乳化剂和润湿剂；
b.约0.1-约1.5wt％的有机粘土；
c.约5-约12wt％的水；
d.约1.0–约4.0wt％的盐；
e.约0.1-约1.0wt％的胶乳降滤失剂；
f.约40-约60wt％的增重剂；和
g.约3.0-约9.0wt％的模拟钻井固体物
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