CN107750268A - 用于钻井流体的添加剂组合物及其使用方法 - Google Patents

用于钻井流体的添加剂组合物及其使用方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于钻井流体的添加剂组合物，以及增加钻井流体的润滑性并降低摩擦系数的方法。添加剂组合物包含由i)羟基脂肪酸甘油三酯；ii)至少一种二羧酸或其酯或酸酐；iii)和聚亚烷基二醇的反应产物形成的聚合酯。

Description

用于钻井流体的添加剂组合物及其使用方法
本发明涉及一种用于钻井流体的添加剂组合物，以及增加钻井流体的润滑性并降低摩擦系数的方法。添加剂组合物还可以含有进一步提高润滑效果的金属二硫代磷酸盐化合物。
背景技术
在钻井操作期间，钻井流体(也称为钻井泥浆)经常在井筒中循环，以便冷却和润滑钻井设备，将钻屑从井筒中提出并平衡钻井过程中遇到的地下地层压力。钻井流体的一个功能是减少由钻管外部和井和/或套管柱的壁之间的摩擦的引起的与钻杆旋转相关联的相当大的扭矩。通过补偿，深井和高度偏斜或水平井钻井导致增加的摩擦力，增加了对钻井流体的润滑性能的需求。
油或合成基泥浆或逆乳液通常用于钻探溶胀性或坍塌性页岩，盐，石膏，硬石膏或其他蒸发岩层，含硫化氢的地层和高温(大于约华氏300度)井，但是也可以用于穿透地层的其他钻孔。这些非水基钻井流体通常含有油或合成油或其它合成材料或合成流体(“合成”)作为连续相，并且还可以含有通过乳化分散在连续相中的水，使得流体中没有明显的水层。术语“油泥”或“油或合成基泥”通常是指逆油或合成泥浆乳液或逆乳液。所有的油泥浆简单地含有100体积％的油作为液相，也就是说，没有水相内相。逆乳液钻井流体通常可以包含约50:50至95:5体积的油相:水相。
在工业钻井操作中，尝试通过含有各种类型添加剂的油基泥浆溶液来减少摩擦。柴油和其他矿物油也经常用作润滑剂。
发明内容
本文所述的本发明提供了一种用于钻井流体的添加剂组合物，其包含i)至少一种羟基脂肪酸甘油三酯；ii)至少一种二羧酸或其酯或酸酐；和iii)至少一种聚亚烷基二醇的反应产物。
本文所述的本发明进一步提供了添加剂组合物，其中羟基脂肪酸包括2-羟基亚油酸，2-羟基油酸，2-羟基二十四烷酸，2-羟基-15-二十四碳烯酸，2-羟基棕榈酸，10-羟基-2-癸烯酸，3,10-二羟基癸酸，8-羟基辛酸，w-羟基十八碳烯酸，15-羟基亚油酸酯，12-羟基-9-十八碳烯酸，12-羟基硬脂酸，14-羟基-11-二十碳烯酸，11-羟基十六烷酸，15-羟基-十六烷酸或17-羟基-十八烷酸中的一种或多种。
本文所述的本发明进一步提供了添加剂组合物，其中至少一种二羧酸包括脂族酸，芳族酸，二聚酸，三聚酸或脂肪二聚酸中的一种或多种。
本文所述的本发明进一步提供了添加剂组合物，其中二羧酸包括草酸，丙二酸，琥珀酸，戊二酸，己二酸，庚二酸，辛二酸，壬二酸，癸二酸，十一烷二酸，十二烷二酸，马来酸，富马酸，戊烯二酸，愈伤酸和粘康酸，邻苯二甲酸，间苯二甲酸，对苯二甲酸或联苯甲酸。
本文所述的本发明进一步提供了添加剂组合物，其中聚亚烷基二醇包括聚乙二醇或聚丙二醇中的一种或多种。
本文所述的本发明进一步提供了添加剂组合物，其中聚亚烷基二醇包括Mn为200至10,000的聚丙二醇。
本文所述的本发明还提供了添加剂组合物，其中聚亚烷基二醇包括具有小于2000的Mn的聚丙二醇。
本文所述的本发明进一步提供添加剂组合物，其中添加剂组合物包含i)羟基脂肪酸甘油三酯；ii)己二酸；和c)聚丙二醇的反应产物。
本文所述的本发明还提供了添加剂组合物，另外包含金属二烷基二硫代磷酸盐化合物。
本文所述的本发明进一步提供了添加剂组合物，其中金属二烷基二硫代磷酸盐化合物包括二烷基二硫代磷酸锌。
本文所述的本发明还提供了添加剂组合物，其中添加剂与金属二硫代磷酸盐化合物的比为9:1至1:9。
本文所述的本发明进一步提供了包括所定义的添加剂组合物和石油基烃流体的钻井流体。
本文所述的本发明进一步提供了一种钻井流体，其是油基钻井流体。
本文所述的本发明进一步提供了包含石油基烃流体，合成烃流体或其混合物和添加剂组合物的钻井流体，其中添加剂组合物包含i)至少一种羟基脂肪酸甘油三酯；ii)至少一种二羧酸或其酯或酸酐；和iii)至少一种聚亚烷基二醇的反应产物。
本文所述的本发明进一步提供了一种钻井流体，其中石油基烃流体或合成烃流体包括柴油，煤油，喷气燃料，白油，矿物油，矿质海豹油，氢化油及其组合。
本文所述的本发明还包括钻井流体，其中添加剂组合物以0.5重量％至2.0重量％的量加入钻井流体中。
本文描述的本发明进一步提供了一种润滑钻井流体的方法，包括向钻井流体中加入添加剂组合物，其中添加剂组合物包含i)至少一种羟基脂肪酸甘油三酯；ii)至少一种二羧酸或其酯或酸酐；和iii)至少一种聚亚烷基二醇的反应产物。
本文所述的本发明进一步提供了一种增加含有烃流体的钻井流体的润滑性并降低摩擦系数的方法，该方法包括向烃中加入添加剂组合物，其中添加剂组合物包含i)至少一种羟基脂肪酸甘油三酯；ii)至少一种二羧酸或其酯或酸酐；和iii)至少一种聚亚烷基二醇的反应产物。
本文所述的本发明进一步提供了所述方法，其中井处理流体的摩擦系数降低至少10％。
本文所述的本发明进一步提供了所述方法，其中烃包括石油基烃流体或合成烃流体。
发明详述
下面将通过非限制性说明描述各种优选特征和实施方案。
本文所述的添加剂组合物是由至少一种羟基脂肪酸甘油三酯，二羧酸或其酯或酸酐和聚亚烷基二醇的反应制备的聚合酯。本文所述的添加剂组合物在提高井处理组合物的润滑性和降低摩擦系数中的一个或多个中是有效的。在一些实施方案中，添加剂组合物可以进一步包含硫化烯烃或金属二硫代磷酸盐，其与聚合酯组合起作用以产生协同效应并提供井处理流体增加的润滑性和/或降低的润滑系数。
烃(油)成分
在一个实施方案中，用于本发明的烃基流体包括但不限于合成烃流体，石油基流体，天然烃(非水)流体或其它类似的烃或其混合物或组合。用于本发明的烃流体的粘度范围为约3×10-6至约600×10-6m2/s(3至约600厘沲)。这种烃流体的实例包括聚-α-烯烃，聚丁烯，多元醇酯，生物柴油，植物油或植物油馏分的简单低分子量脂肪酯，醇的简单酯如ExxonChemicals的ExxateTM，植物油，动物油或酯，其他精油，柴油，硫含量低或高的柴油，煤油，喷气燃料，白油，矿物油，矿质海豹油，氢化油如PetroCanadaTM HT-40N或IA-35或由Shell OilCompany生产的类似的油，具有约12至20个碳原子的内烯烃(IO)，具有约14至20个碳原子的线性α-烯烃，具有约12至约20个碳原子的聚α-烯烃，具有约12至约20个碳原子的异构化α-烯烃(IAO)，VM&P Naptha，Linparb，具有13至约16个碳原子的链烷烃，HF-1000(由Sasol，USA生产)，及其混合物或组合。
合适的聚-α-烯烃(PAO)包括但不限于聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯，聚戊烯，聚己烯，聚庚烯，更高级PAO，它们的共聚物，以及它们的混合物。PAO的示例性实例包括MobilChemical Company以SHFTM流体出售的PAO和先前由Ethyl Corporation以ETHYLFLOTM出售的PAO，和目前由Albemarle Corporation以商品名DURASYNTM出售的PAO。这些流体包括被指定为ETHYLFLOTM 162、164、166、168、170、174和180的那些。用于本发明的适合的PAO包括约56％的ETHYLFLOTM现在的DURASYNTM174和约44％的ETHYLFLOTM现在的DURASYNTM168。PAO的其他实例包括基于C10α烯烃的Chevron Phillips等级PAO 2，PAO4，PAO 6和PAO 8以及基于C12α烯烃的PAO 2.5，PAO 5，PAO 7和PAO 9。
在一些实施方案中，聚丁烯包括但不限于Amoco Chemical Company和ExxonChemical Company分别以商品名INDOPOL和PARAPOL出售的那些。用于本发明的合适的聚丁烯包括Amoco的INDOPOL“L”和“H”系列，例如H-100，H-300，H-6000和H-21000。
在一些实施方案中，多元醇酯包括但不限于新戊二醇，三羟甲基丙烷，季戊四醇，二季戊四醇和二酯如二辛基癸二酸酯(DOS)，二酰基壬二酸酯(DOZ)和二辛基己二酸酯。多元醇酯的示例性实例包括但不限于新戊二醇，三羟甲基丙烷，季戊四醇，二季戊四醇和二酯如二辛基癸二酸酯(DOS)，二酰基壬二酸酯(DOZ)和二辛基己二酸酯。
石油基流体的示例性实例包括但不限于40℃下粘度范围为约3×10-6至约600×10-6m2/s(3至约600厘沲)的白色矿物油，石蜡油和中等粘度指数(MVI)环烷油。白色矿物油的示例性实例包括由Witco Corporation，Arco Chemical Company，PSI和Penreco出售的那些。石蜡油的示例性实例包括可从Exxon Chemical Company获得的溶剂中性油，可从Shell Chemical Company获得的高粘度指数(HVI)中性油和可从Arco Chemical Company获得的溶剂处理的中性油。MVI环烷油的示例性实例包括可从Exxon Chemical Company获得的溶剂萃取的海湾苍色油，可从Shell Chemical Company获得的MVI萃取/酸处理油和Calumet以HYDROCALTM和CALSOLTM出售的环烷油和氢化油如来自PETROCANADATM或Shell OilCompany的HT-40N和IA-35，或其他类似的氢化油。在一些实施方案中，植物油包括但不限于蓖麻油，玉米油，橄榄油，向日葵油，芝麻油，花生油，棕榈油，棕榈仁油，椰仁油，黄油脂肪，低芥酸菜子油，菜籽油，亚麻油，棉籽油，麻子油，其他植物油，改性植物油如交联蓖麻油等，及其混合物。动物油的示例性实例包括但不限于牛脂，貂油，猪油，其它动物油及其混合物。其他精油也会奏效。当然，也可以使用所有上述油的混合物。
羟基脂肪酸组分
本文所述的本发明添加剂组合物是使用i)羟基脂肪酸甘油三酯制备的。合适的羟基脂肪酸可以具有饱和或不饱和的烷基。在一个实施方案中，羟基羧酸中的饱和烷基具有3至40个碳原子，在一个实施方案中具有12至20个碳原子。这些中羟基的数目通常可以是1个或多个，或者在一个实施方案中2个，或在一个实施方案中3个，或在另一个实施方案中为1至3个；并且这些中的羧基数可以在一个实施方案中为1个或多个，在另一个实施方案中为1至10个。
羟基羧酸组分在一个实施方案中包括具有一个羟基和一个羧基的饱和脂肪酸。
在烷基结构部分中具有线性烷基的那些的具体实例可包括2-羟基戊酸，2-羟基己酸，6-羟基己酸，2-羟基庚酸，7-羟基庚酸，2-羟基辛酸，3-羟基辛酸，8-羟基辛酸，2-羟基壬酸，3-羟基壬酸，9-羟基壬酸，2-羟基癸酸，3-羟基癸酸，10-羟基癸酸，2-羟基十一烷酸，3-羟基十一烷酸，11-羟基十一烷酸，2-羟基月桂酸，3-羟基月桂酸，12-羟基月桂酸，2-羟基十三烷酸，3-羟基十三烷酸，13-羟基十三烷酸，2-羟基肉豆蔻酸，3-羟基肉豆蔻酸，14-羟基肉豆蔻酸，2-羟基十五烷酸，3-羟基十五烷酸，15-羟基十五烷酸，2-羟基棕榈酸，3-羟基棕榈酸，16-羟基棕榈酸，2-羟基十七烷酸，3-羟基十七烷酸，17-羟基十七烷酸，2-羟基硬脂酸，3羟基硬脂酸，4-羟基硬脂酸，5-羟基硬脂酸，6-羟基硬脂酸，7-羟基硬脂酸，8-羟基硬脂酸，9-羟基硬脂酸，10-羟基硬脂酸，11-羟基硬脂酸，12-羟基硬脂酸，13-羟基硬脂酸，14-羟基硬脂酸，15-羟基硬脂酸，16-羟基硬脂酸，17-羟基硬脂酸，18-羟基硬脂酸，2-羟基十九烷酸，3-羟基十九烷酸，19-羟基十九烷酸，2-羟基花生酸，3-羟基花生酸，20-羟基花生酸，3-羟基二十一烷酸，21-羟基二十一烷酸，2-羟基山萮酸，3-羟基山萮酸，3-羟基二十三烷酸，2-羟基二十四烷酸，3-羟基二十四烷酸，2-羟基二十六烷酸，2-羟基三十烷酸和2-羟基三十四烷酸。
在一些实施方案中，羟基脂肪酸可以在烷基结构部分具有支链烷基。具体实例可以包括2-甲基-2-羟基庚酸，2-甲基-3-羟基壬酸，3-甲基-3-羟基壬酸，2-甲基-3-羟基癸酸，2-甲基-3-羟基十一烷酸，3-甲基-3-羟基十一烷酸，2-甲基-2-羟基月桂酸，2-甲基-3-羟基月桂酸，2-甲基-2-羟基十三烷酸，2-甲基-3-羟基十三烷酸，3-甲基-3-羟基十三烷酸，2-甲基-2-羟基肉豆蔻酸，2-甲基-3-羟基肉豆蔻酸，2-甲基-2-羟基十五烷酸，2-甲基-3-羟基十五烷酸，3-甲基-3-羟基十五烷酸，2-甲基-2-羟基棕榈酸，2-甲基-2-羟基十七烷酸，2-甲基-3-羟基十七烷酸，3-甲基-3-羟基十七烷酸，2-甲基-2-羟基硬脂酸，2-甲基-2-羟基十九烷酸，2-甲基-3-羟基十九烷酸和3-甲基-3-羟基十九烷酸。本文也有用的是如下通式的3,3-二烷基-3-羟基丙酸
其中R1表示具有1至25个碳原子的烷基；R2表示具有5至25个碳原子的烷基；并且R1和R2可以相同或不同。作为化合物的具体实例，提及具有如下表1所示的烷基的那些。
表1
在一些实施方案中，羟基-脂肪酸还可以是不饱和脂肪酸，包括2-羟基-3-戊烯酸，4-羟基-3-戊烯酸，4-羟基-4-戊烯酸，5-羟基-2,4-戊二烯酸，4-羟基-2-己烯酸，3-羟基-4-己烯酸，4-羟基-13-十四碳烯酸，16-羟基-6-十六碳烯酸，16-羟基-7-十六碳烯酸，9-羟基-12-十八碳烯酸，(+)-12-羟基-顺式-9-十八碳烯酸，(+)-12-羟基-反式-9-十八碳烯酸，4-羟基-二十一碳烯酸，2-羟基-15-二十四碳烯酸和18-羟基-9,11,13-十八碳三烯酸中的一种或多种。
具有2个或更多羟基的多羟基脂肪酸的具体实例可以包括2,3-二羟基己酸，2,3-二羟基庚酸，2,3-二羟基辛酸，2,3-二羟基壬酸，2,3-二羟基癸酸，2,3-二羟基十一烷酸，2,3-二羟基月桂酸，2,3-二羟基肉豆蔻酸，3,11-二羟基肉豆蔻酸，15-二羟基十五烷酸，2,3-二羟基棕榈酸，15,16-二羟基棕榈酸，2,3-二羟基硬脂酸，6,7-二羟基硬脂酸，7,8-二羟基硬脂酸，8,9-二羟基硬脂酸，9,10-二羟基硬脂酸，10,11-二羟基硬脂酸，11,12-二羟基硬脂酸，12,13-二羟基硬脂酸，11,12-二羟基花生酸；各种二羟基三十烷酸，2,5,16-三羟基十六酸，8,9,16-三羟基十六酸，9,10,16-三羟基十六酸，11,12,15-三羟基十六酸，各种四羟基十六烷酸和9,14-二羟基-10,12-十八碳二烯酸。
在一些实施方案中，羟基脂肪酸可以是2-羟基亚麻酸，2-羟基油酸，2-羟基二十四烷酸，2-羟基-15-二十四碳烯酸，2-羟基棕榈酸，10-羟基-2-癸烯酸，3,10-二羟基癸酸，8-羟基辛酸，w-羟基十八碳烯酸，15-羟基亚油酸酯，12-羟基-9-十八碳烯酸，12-羟基硬脂酸，14-羟基-11-二十碳烯酸，11-羟基十六烷酸，15-羟基-十六烷酸或17-羟基-十八烷酸。在一些实施方案中，羟基脂肪酸可以是12-羟基-9-十八碳烯酸(蓖麻油酸)或12-羟基硬脂酸。在一个实施方案中，羟基脂肪酸是12-羟基-9-十八碳烯酸。
二羧酸组分
适用于本发明的二羧酸可以是脂族，芳族或其组合。合适的酸可以含有2、4或6至20、15、8或6个碳原子，并且在一些实施方案中可以含有2至15、4至15、4至8或甚至6个碳原子。在一些实施方案中，二羧酸包括草酸，丙二酸，琥珀酸，戊二酸，己二酸，庚二酸，辛二酸，壬二酸，癸二酸，十一烷二酸，十二烷二酸，马来酸，富马酸，戊二酸，愈伤酸，粘康酸，邻苯二甲酸，间苯二甲酸，对苯二甲酸，环己烷二羧酸或其组合。在其它实施方案中，列出的一种或多种二羧酸可以从本发明中排除。
在一些实施方案中，本发明二羧酸也可以衍生自上述一种或多种酸的酯或酸酐或这些材料的组合。在一个实施方案中，合适的酯包括较低级烷基酯，例如己二酸二甲酯或己二酸二乙酯。合适的酸酐包括琥珀酸酐，烷基和/或烯基琥珀酸酐，邻苯二甲酸酐和四氢邻苯二甲酸酐。在一些实施方案中，酸是己二酸。可以使用两种或更多种酸的共混物。在一些实施方案中，二羧酸包括二聚酸，三聚酸或脂肪二聚酸。二聚酸和三聚酸是通常用于通过两种或更多种不饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸酯分子的反应获得的产物，其由妥尔油，油酸，低芥酸菜子油或棉子油，通常在粘土催化剂作用下获得。可商购的二聚酸，三聚酸和脂肪二聚酸的实例包括可由BASF获得的和可从Croda获得的PripolTM。
聚亚烷基二醇组分
本文所述的钻井或完井流体组合物使用ii)聚亚烷基二醇组分制备。
合适的聚亚烷基二醇包括衍生自总共具有2至15个碳原子的二元醇或多元醇的聚醚多元醇，在一些实施方案中为与醚(包括具有2至6个碳原子的环氧烷)反应的烷基二醇或二醇，通常为环氧乙烷或环氧丙烷或其混合物。例如，羟基官能聚醚可以通过首先使丙二醇与环氧丙烷反应，随后与环氧乙烷反应来制备。由环氧乙烷产生的伯羟基比仲羟基反应性更高，因此是优选的。有用的商业聚环氧烷包括包含与乙二醇反应的环氧乙烷的聚(乙二醇)和包含与丙二醇反应的环氧丙烷的聚(丙二醇)。各种聚亚烷基二醇通常具有通过测定末端官能团测定的数均分子量(Mn)，其是至少约150，或约600，如约700至约10,000，约1,450至约5,000，或约1,450至约2,500或约1,000，或甚至2,000的平均分子量。
在一些实施方案中，聚亚烷基二醇组分包括聚(丙二醇)，聚(乙二醇)，聚(乙二醇)和聚(丙二醇)的共聚物等，或其组合。在一些实施方案中，聚亚烷基二醇组分包括聚(丙二醇)。
金属硫代磷酸盐化合物
在一些实施方案中，添加剂组合物还包括金属硫代磷酸盐化合物。二烷基二硫代磷酸锌可以描述为伯二烷基二硫代磷酸锌或仲二烷基二硫代磷酸锌，这取决于其制备中使用的醇的结构。在一些实施方案中，本发明组合物包括伯二烷基二硫代磷酸锌。在一些实施方案中，本发明组合物包括仲二烷基二硫代磷酸锌。在一些实施方案中，本发明组合物包括伯和仲二烷基二硫代磷酸锌的混合物。在一些实施方案中，组分(b)是伯和仲二烷基二硫代磷酸锌的混合物，其中伯二烷基二硫代磷酸锌与仲二烷基二硫代磷酸锌的比(基于重量)为至少1:1，甚至至少1:1.2，或甚至至少1:1.5或1:2或1:10。在一些实施方案中，组分(b)是伯和仲二烷基二硫代磷酸锌的混合物，其为至少50重量％伯，或甚至至少60、70、80、或甚至90重量％的伯。在一些实施方案中，组分(b)不含伯二烷基二硫代磷酸锌。
在包括金属二硫代磷酸盐的实施方案中，其以约1:1至约15:1的聚合酯与金属二硫代磷酸盐的比存在于添加剂组合物中，并且在另一个实施方案中为约1:1至10:1，在另一个实施方案中为约2:1至约9:1。
其它添加剂
油基钻井泥浆可以进一步包含某些常规组分和添加剂。
在一些实施方案中，可以使用触变增稠和胶凝剂，例如亲有机物质的粘土。使用的粘土可以是具有大量碱交换能力的那些。各种这样的材料是本领域技术人员已知的，包括怀俄明州膨润土，蒙脱石，锂蒙脱石，绿坡缕石，伊利石，富勒土，白垩石，皂石，蛭石，沸石等。通常使用怀俄明膨润土和锂蒙脱石。油基泥浆配方的亲有机物质的粘土含量与油泥的密度成反比变化。亲有机物质的粘土含量可以在低密度下约25至30磅/桶(ppg)，至高密度下几乎为0。在一些实施方案中，使用约2至约15磅粘土每桶泥浆的量。如本领域技术人员所熟知的，所需的悬浮度或孔清洁度将对粘土浓度产生影响。
乳化剂、转化和润湿剂，包括通常使用的那些，包括脂肪酸，松香酸，妥尔油酸的碱金属和碱土金属盐，合成乳化剂如烷基芳族磺酸盐，芳族烷基磺酸盐，长链硫酸盐，氧化的妥尔油，羧基化-2-烷基咪唑啉，咪唑啉盐，酰氨基胺，烷氧基酚，聚烷氧基醇，烷基酚，高分子量醇等。
可适用于本发明的润湿剂包括粗妥尔油，氧化粗妥尔油，表面活性剂，有机磷酸酯，改性咪唑啉和酰氨基胺，烷基芳族硫酸盐和磺酸盐等，以及这些的组合或衍生物。和NS是由M-I L.L.C.制造和分销的市售润湿剂的实例，可用于本发明。Silwet L-77，L-7001，L7605和L-7622是由Union Carbide Chemical CompanyInc.制造和分销的市售表面活性剂和润湿剂的实例。
流体损失控制剂通常通过在钻井时涂覆钻孔壁来起作用。可用于本发明的合适的流体损失控制剂包括改性褐煤，沥青化合物，通过腐殖酸与酰胺或聚亚烷基多胺反应制备的亲有机物质腐殖酸盐，以及其它无毒流体损失添加剂。通常，流体损失控制剂以流体重量计小于约10％，优选小于约5％的量加入。
其它添加剂可以包括腐蚀抑制剂，例如，基于有机羧酸的铵盐，倾向于形成膜的所述盐，或在有色金属腐蚀保护的情况下在杂环芳族化合物上；抗氧化剂或稳定剂，例如基于胺，另外常规的乳化剂；抗静电剂；茂金属如二茂铁；润滑性改进剂，如特定脂肪酸，烯基琥珀酸酯，双(羟烷基)脂肪胺，羟基乙酰胺或蓖麻油；染料(标记)，流体损失添加剂(例如聚合物)，用于调节密度的物质，流变改性剂和积聚滤饼的物质(例如膨润土或粘土)或石灰。
本发明提供一种润滑钻井流体的方法。该方法包括以下步骤：向钻井流体中加入i)至少一种羟基脂肪酸甘油三酯；ii)至少一种二羧酸或其酯或酸酐；和iii)至少一种聚亚烷基二醇的反应产物。
本发明还提供了一种制备添加剂组合物的方法，所述添加剂组合物用于增加润滑性并降低钻井流体的摩擦系数。该方法包括混合各组分直到它们基本上或完全溶解的步骤。组合物组分的添加顺序并不过分限制。任选的添加剂可以与其它组分同时混合或稍后混合。在一个实施方案中，存在添加剂组合物的组分，使得羟基脂肪酸和二羧酸的当量酸基与聚亚烷基二醇中的羟基的总比为约0.3至约2.5，在一个实施方案中为约0.4至约1.5。
在一些实施方案中，任选的添加剂包括上述那些中的任何一种。在一些实施方案中，可以加入这些任选的添加剂，使得它们在总组合物中存在的范围为约0、0.01、0.1或甚至0.25重量％。
本发明还提供了增加钻井流体的润滑性和降低摩擦系数的方法，包括向钻井流体中加入添加剂组合物，该添加剂组合物包含i)至少一种羟基脂肪酸甘油三酯；ii)至少一种二羧酸或其酯或酸酐；和iii)至少一种聚亚烷基二醇的反应产物。在该方法中，在一些实施方案中，摩擦系数可以降低至少5％，或至少10％，或至少20％，或约5％至约95％，或10％至约85％，或甚至约25％至约75％。
工业应用
在一些实施方案中，本文所述的添加剂组合物可用于钻井流体中以增加钻井流体的润滑性，并且在一些实施方案中，以降低钻井流体的摩擦系数。在一些实施方案中，钻井流体是油基钻井流体。在钻井之后，添加剂组合物还可以清除地层中的碎屑和残留物，从而可以完井并准备生产。
本文所述的本发明添加剂组合物可以存在于钻井流体中，其量在一个实施方案中为约0.5重量％至约3重量％，在一个实施方案中为约1重量％至约3重量％，在一个实施方案中为至少约1重量％，或至少约2重量％。
所描述的每种化学成分的量不包括可以通常存在于商业材料中的任何溶剂，即以活性化学为基础，除非另有说明。然而，除非另有说明，否则本文所述的每种化学或组合物均应解释为商业级材料，其可含有异构体，副产物，衍生物和通常理解存在于商业级中其它这种材料。
已知上述材料中的一些可能在最终制剂中相互作用，使得最终制剂的组分可能与最初添加的组分不同。例如，金属离子(例如，洗涤剂的)可迁移到其它分子的其它酸性或阴离子位。由此形成的产品，包括以其预期用途使用本发明组合物形成的产品可能不容易描述。然而，所有这些改变和反应产物都包括在本发明的范围内；本发明包括通过混合上述组分而制备的组合物。
实施例
本发明将通过以下实施例进一步说明，这些实施例阐述了特别有利的实施方案。虽然提供了这些实施例来说明本发明，但是它们并不旨在限制本发明。
根据表1所示的配方制备基于油的钻井泥浆。然后根据下表2-4中列出的配方制备润滑组合物。使用由OFI Testing Equipment，Inc.制造的EP Lubricity Tester(润滑性测试机)评估润滑流体的润滑性，其中流体的流体阻力通过在两个硬化钢表面之间施加150英寸-磅的力(相当于5,000至10,000psi-34,500到69,000kPa)-流体上的压力)，块和环以60rpm旋转5分钟。表3至5列出了油基泥浆和本发明制剂在21℃下的摩擦系数。
表2钻井泥浆
表3
*本发明添加剂A是i)蓖麻油的聚合酯，ii)己二酸和iii)PPG的反应产物
**所有值均为重量百分数
表4
*本发明组合物B与本发明组合物A相同，但还包括二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)，其中组合物A:ZDDP比为1.95:1、1:0.7和1:0.23
**所有值均为重量百分数
表5
*组合物B与本发明组合物A相同，但还包含ZDDP，其中组合物A:ZDDP比为6:1、1:1或1:9的比。
*1重量％PnB醚
*＊*所有值都是重量百分数
如表4和5所示，可以看出，向添加剂组合物中加入金属二烷基二硫代磷酸盐提供协同效应，从而降低摩擦系数以及增加摩擦系数降低的百分数，其量大于仅含有金属二烷基二硫代磷酸盐的组合物或仅添加剂组合物。添加PnB醚作为溶剂会降低润滑组合物的粘度，同时不会对摩擦系数的降低产生不利影响。
上文提到的每个文件通过引用并入本文，包括要求优先权的任何先前申请，无论是否具体列出。提及任何文件不是承认该文件符合现有技术或构成任何管辖范围内的技术人员的一般知识。除了在实施例中，或者另外明确说明的，本说明书中规定材料量，反应条件，分子量，碳原子数等的所有数值应被理解为被“约”修饰。应当理解，本文的上限和下限量、范围和比限度可以独立地组合。类似地，本发明每个元素的范围和量可以与任何其它元素的范围或量一起使用。
如本文所使用的，与“包含”，“含有”或“由...表征”同义的过渡术语“包括”是包容性的或开放式的，并且不排除另外未引用的元素或方法步骤。然而，在本文的“包括”的每个叙述中，该术语还意欲包括作为替代实施方案的短语“基本上由......组成”和“由......组成”，其中“由…...组成”排除了未指定的任何元素或步骤，“基本上由......组成”允许包括不实质影响所考虑的组合物或方法的基本和新特征的另外未引用元素或步骤。

Claims (20)

1.一种用于钻井流体的添加剂组合物，其包含i)至少一种羟基脂肪酸甘油三酯；ii)至少一种二羧酸或其酯或酸酐；和iii)至少一种聚亚烷基二醇的反应产物。
2.根据权利要求1的添加剂组合物，其中羟基脂肪酸包括2-羟基亚油酸，2-羟基油酸，2-羟基二十四烷酸，2-羟基-15-二十四碳烯酸，2-羟基棕榈酸，10-羟基-2-癸烯酸，3,10-二羟基癸酸，8-羟基辛酸，w-羟基十八碳烯酸，15-羟基亚油酸酯，12-羟基-9-十八碳烯酸，12-羟基硬脂酸，14-羟基-11-二十碳烯酸，11-羟基十六烷酸，15-羟基十六烷酸或17-羟基十八烷酸中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2的添加剂组合物，其中所述至少一种二羧酸包括脂族酸，芳族酸，二聚酸，三聚酸或脂肪二聚酸中的一种或多种。
4.根据权利要求3的添加剂组合物，其中二羧酸包括草酸，丙二酸，琥珀酸，戊二酸，己二酸，庚二酸，辛二酸，壬二酸，癸二酸，十一烷二酸，十二烷二酸，马来酸，富马酸，戊烯二酸，愈伤酸和粘康酸，邻苯二甲酸，间苯二甲酸，对苯二甲酸或联苯甲酸。
5.根据权利要求1至4中任一项的添加剂组合物，其中聚亚烷基二醇包括聚乙二醇或聚丙二醇中的一种或多种。
6.根据权利要求5的添加剂组合物，其中聚亚烷基二醇包括具有200至10,000的Mn的聚丙二醇。
7.根据权利要求5的添加剂组合物，其中聚亚烷基二醇包括具有小于2000的Mn的聚丙二醇。
8.根据权利要求1的添加剂组合物，其中润滑剂组合物包含：
a)i)羟基脂肪酸甘油三酯；ii)己二酸；和c)聚丙二醇的反应产物。
9.根据权利要求1至8中任一项的添加剂组合物，其还包含金属二硫代磷酸盐化合物。
10.根据权利要求9的添加剂组合物，其中金属二硫代磷酸盐化合物包括二烷基二硫代磷酸锌。
11.根据权利要求10的添加剂组合物，其中添加剂与金属二硫代磷酸盐化合物的比为9:1至1:9。
12.一种钻井流体，其包含如权利要求1所述的添加剂组合物和石油基烃流体。
13.根据权利要求12的钻井流体，其是油基钻井流体。
14.一种钻井流体，包含：
a)石油基烃流体、合成烃流体或其混合物；和
b)添加剂组合物，其包含以下物质的反应产物：
i)至少一种羟基脂肪酸甘油三酯；
ii)至少一种二羧酸或其酯或酸酐；和
iii)至少一种聚亚烷基二醇。
15.根据权利要求14的钻井流体，其中石油基烃流体或合成烃流体包括柴油，煤油，喷气燃料，白油，矿物油，矿质海豹油，氢化油及其组合。
16.根据权利要求14或15的钻井流体，其中添加剂组合物以0.5重量％至2.0重量％的量存在于钻井流体中。
17.一种润滑钻井流体的方法，包括：
向钻井流体中加入包含i)至少一种羟基脂肪酸甘油三酯；ii)至少一种二羧酸或其酯或酸酐；和iii)至少一种聚亚烷基二醇的反应产物的添加剂组合物。
18.一种增加含有烃流体的钻井流体的润滑性和降低摩擦系数的方法，包括向烃中加入包含i)至少一种羟基脂肪酸甘油三酯；ii)至少一种二羧酸或其酯或酸酐；和iii)至少一种聚亚烷基二醇的反应产物的添加剂组合物。
19.根据权利要求18的方法，其中井处理流体的摩擦系数以至少5％的量减少。
20.根据权利要求18的方法，其中烃包括石油基烃流体或合成烃流体。
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