Буровые растворы и способ их получения - RU2708426C2

Чертежи

Описание

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №61/990,371, поданной 8 мая 2014 года, содержание которой полностью включено в настоящее изобретение посредством отсылки.

[0002] В данном изобретении предусматривается буровой раствор, который включает олефины и олигомеры. Более конкретно, буровой раствор характеризуется низкой температурой потери текучести, хорошей биодеградацией и низкой токсичностью.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Буровые растворы смазывают компоненты буровой установки и выносят осколки выбуренной породы на поверхность буровой скважины. Обычные буровые растворы включают углеводороды дизельной и керосиновой фракций с низкой способностью к биодеградации и/или с токсичностью при применении в экологически уязвимых зонах, например, таких как акватория моря. Синтетические буровые растворы ориентированы на улучшение биодеградации, снижение токсичности и температуры потери текучести. Последние изменения в законодательстве в области охраны окружающей среды допускают сброс некоторых классов синтетических буровых растворов, которые соответствуют конкретным критериям экологической безопасности. Эта повышенная необходимость в буровых растворах, которые отвечают строгим требованиям к биодеградации и токсичности, послужила причиной дефицита экологически приемлемых промывочных жидкостей. Даже с учетом описанных выше технологических усовершенствований остается необходимость и стремление иметь буровые растворы с низкой температурой потери текучести и менее загрязняющими окружающую среду свойствами, такими как биодеградация и низкая токсичность.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Буровой раствор содержит линейные олефины, которые включают линейные альфа-олефины и/или линейные олефины с внутренней двойной связью ("внутренние" олефины) с числом атомов углерода от примерно 6 до примерно 30. Олигомеры включают димеры, тримеры, тетрамеры и/или более высокомолекулярные олигомеры олефинов. В этом аспекте число углеродных атомов в олефинах составляет от примерно 4 до примерно 24, а олигомеры включают по меньшей мере около 50 мольных процентов тризамещенного олефина. Температура потери текучести бурового раствора составляет примерно -10°C или ниже, а индекс биодеградации равен примерно 1.0 или менее, индекс токсичности составляет примерно 1.0 или менее, показатель в тесте Marine BODIS (Biodegradability of Insoluble Substances, способность к биологическому разложению нерастворимых веществ) по меньшей мере примерно 60%, температура вспышки примерно 110°C или выше, содержание олефинов 90 вес. % или выше, вязкость ниже, примерно, 4 сСт при 40°C, плотность от примерно 0.78 до примерно 0.83 грамм/мл и коэффициент распределения в системе октанол/вода (log Pow) примерно более 3.

[0005] Способ получения бурового раствора включает олигомеризацию олефинов с числом атомов углерода в молекуле от примерно 4 до примерно 24 с образованием олигомеров, причем олигомеры (олигомерная часть) образуются в присутствии кислотного катализатора. Способ включает также смешение олигомеров с линейными олефинами с образованием бурового раствора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0006] Вышеприведенные и другие аспекты, отличительные признаки и преимущества некоторых аспектов данного способа будут более очевидны на основании приведенных ниже фигур.

[0007] На Фигуре 1 представлена гистограмма индекса токсичности и индекса биодеградации композиций из Примера 1A, Примера 2 и Примера 4;

[0008] На Фигуре 2 представлены кривые зависимости (доза-эффект) токсичности от дозы для композиции из Примера 4 и эталонного материала С1618;

[0009] На Фигуре 3 представлена гистограмма индекса токсичности и индекса биодеградации композиций из Примера 1A, Примера 2, Примера 3 и Примера 5;

[0010] На Фигуре 4 представлена гистограмма индекса токсичности и индекса биодеградации композиций из Примера 1B, Примера 2 и Примера 6;

[0011] На Фигуре 5 представлена гистограмма индекса токсичности и индекса биодеградации композиций из Примера 7, Примера 8 и Примера 9;

[0012] На Фигуре 6 представлена гистограмма индекса токсичности и индекса биодеградации композиций из Примера 9, Примера 11 и Примера 12;

[0013] На Фигуре 7 представлена гистограмма индекса токсичности и индекса биодеградации композиций из Примера 9, Примера 10 и Примера 13; и

[0014] На Фигуре 8 представлена гистограмма индекса токсичности и индекса биодеградации композиций из Примера 7, Примера 2С и Примера 14.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] Нижеприведенное описание предполагается не для ограничения, но дается лишь с целью описать общие принципы примеров осуществления. Объем изобретения следует определять на основании Формулы изобретения.

В данном изобретении предусматривается буровой раствор, пригодный для применения в экологически уязвимых зонах. Буровой раствор проходит предварительную экспертизу в соответствии с рекомендациями OSPAR 2000/4 с учетом поправок, внесенных рекомендациями OSPAR 2008/1 и 2010/4, 2012-05, с показателем по меньшей мере 60% в тесте Marine BODIS в соответствии с руководством OECD (ОЭСР) по тестированию OECD 301A, B, C, D или F и отнесен по классификации OCNS к группе D, либо с минимальной токсичностью в водной среде >100, в другом аспекте >1000, либо с минимальной токсичностью отложений >1,000, а в другом аспекте >10,000, при отсутствии какого-либо предупреждения об изменениях, перечисленных в полных списках разрешенных продуктов Центра научных исследований в области охраны окружающей среды, рыболовства и аквакультуры (CEFAS).

[0016] В другом аспекте предусматривается буровой раствор, пригодный для применения в экологически уязвимых зонах. Буровой раствор проходит предварительную экспертизу в соответствии с рекомендациями OSPAR 2000/4 с учетом поправок, внесенных рекомендациями OSPAR 2008/1 и 2010/4, 2012-05, с показателем по меньшей мере 60% в тесте Marine BODIS в соответствии с руководством ОЭСР по тестированию OECD 301A, B, C, D или F и отнесен по классификации OCNS либо к группе E, с минимальной токсичностью в водной среде >100, в другом аспекте >1000, либо с минимальной токсичностью отложений >1,000, а в другом аспекте >10,000, при отсутствии какого-либо предупреждения об изменениях, перечисленных в полных списках разрешенных продуктов Центра научных исследований в области охраны окружающей среды, рыболовства и аквакультуры (CEFAS).

[0017] В другом аспекте буровой раствор отвечает следующим критериям: температура вспышки по меньшей мере 120°C при определении стандартным методом ASTM D 93, кинематическая вязкость при 40°C <3 сантистоксов, и Log Pow >3 в тесте OECD (ОЭСР) 117, и плотность 0.79-0.82 по определению стандартным методом ASTM D 1298 с содержанием олефинов >90%, в соответствии с требованиями Резолюции CONAMA 23/94 (National Council for the Environment, Национального совета по проблемам окружающей среды) и под контролем Brazilian Institute of Environment and Renewable Natural Resources (IBAMA, Бразильского института проблем окружающей среды и возобновляемых природных ресурсов).

[0018] Выражение "экологически безопасный" в целом относится к материалам и/или веществам, которые можно применять в сочетании с и/или которые совместимы с флорой, фауной, морской флорой и фауной и/или т.п. Экологически уязвимые зоны могут включать пресноводные экосистемы, солоноводные экосистемы (морская прибрежная зона), экосистемы умеренного пояса, экосистемы полярных областей (регионы с холодным климатом, такие как Арктический и/или Антарктический регионы), экосистемы влажного тропического леса, экосистемы переувлажненных земель, экосистемы засушливых (аридных) земель и/или т.п. Желательно, чтобы экологически безопасные материалы и/или вещества могли обладать хорошей и/или повышенной способностью к биологическому разложению и/или низкой токсичностью. Буровые растворы, пригодные для применения в экологически уязвимых зонах, могут также быть пригодны для применения в других, менее уязвимых зонах. Согласно одному аспекту буровые растворы соответствуют стандартам и/или превосходят стандарты, установленные для материалов, применяемых в Мексиканском заливе (GMG290000 и TXG330000), например, для бурения на нефть в глубоководной прибрежной зоне, а также стандарты по приемлемости согласно CEFAS (Центр научных исследований в области охраны окружающей среды, рыболовства и аквакультуры).

[0019] Углеводородная основа бурового раствора и/или скважинного флюида в целом относится к любому подходящему веществу и/или материалу, применяемому при бурении и/или прохождении скважины и/или туннеля, например, для добычи и/или извлечения сырой нефти, природного газа, битума, нефтеносных песков, серы, других элементов, других соединений, других минералов и/или т.п. Флюид может применяться в роторном бурении и/или т.п. Буровые растворы могут включать растворы, смеси, эмульсии, глинистые буровые растворы, суспензии и/или т.п. Буровые растворы могут быть преимущественно на углеводородной основе и/или преимущественно на водной основе.

[0020] Буровой раствор (промывочная жидкость) иногда может иметь названия буровая грязь, жидкость для освобождения прихваченных труб, смазочная добавка, циркулирующая жидкость, жидкость закачивания и/или т.п. Промывочная жидкость может смазывать скважинное оборудование, например, такое как бурильная колонна и/или буровое долото. Буровой раствор может также предоставлять носитель и/или транспорт для осколков и/или других остатков выбуренной породы в процессе бурения. Буровой раствор может также образовывать глинистую корку, чтобы предупредить отклонение во вмещающие породы. Буровой раствор может также иметь соответствующую плотность, чтобы обеспечить гидролитическую устойчивость.

[0021] Согласно изобретению предусматривается буровой раствор, который включает линейные олефины и олигомеры. Буровой раствор может включать любое подходящее количество линейного олефина, например, от примерно 0.1 вес. % до примерно 60 вес. %, в другом аспекте от примерно 1 вес. % до примерно 50 вес. %, и в другом аспекте от примерно 10 вес. % до примерно 30 вес. %. Остальная часть бурового раствора может включать любое подходящее количество олигомеров.

[0022] В одном аспекте содержание олефинов в буровом растворе составляет примерно 90 вес. % или более, в другом аспекте примерно 92 вес. % или более и еще в одном аспекте примерно 95 вес. % или более.

[0023] Буровой раствор может также включать линейные альфа-олефины, линейные внутренние олефины, разветвленные олефины, разветвленные внутренние олефины, сложные эфиры, воду, минеральные масла, улучшенные минеральные масла, эмульсии масло-в-воде, эмульсии вода-в-масле, парафины, жирные кислоты или их смеси.

Линейные олефины ("Олефиновый" компонент)

[0024] Линейные олефины включают линейные альфа-олефины и/или линейные внутренние олефины с числом углеродных атомов в молекуле от примерно 6 до примерно 30.

[0025] Термин "олефины" в целом относится к ненасыщенным углеводородам, содержащим по меньшей мере одну двойную связь в молекуле. Термин "альфа-олефины" относится к олефинам, у которых двойная связь находится между концевым и предпоследним углеродным атомом, т.е. на конце углеродной цепи, например, как у окт-1-ена. Выражение "внутренние олефины" относится к олефинам, у которых двойная связь находится не у концевого атома, а между углеродными атомами внутри углеродной цепи, например, как в окт-3-ене. Олефины можно получать любым подходящим способом, например, олигомеризацией, метатезисом, изомеризацией, крекингом, дегидрированием и/или т.п.

[0026] Выражение "линейный альфа-олефин" относится к олефину, имеющему и/или образующему по меньшей мере относительно прямую и/или неразветвленную цепь (степень разветвленности до 50%). В одном аспекте линейный альфа-олефин может включать молекулу любой подходящей длины и/или любого размера, например, с длиной цепи в интервале от примерно C6 и до примерно C80, в другом аспекте от примерно C12 и до примерно C48, в другом аспекте от примерно C16 и до примерно С32, в другом аспекте от примерно С16 и до примерно С24, и в другом аспекте примерно С16. Некоторые примеры продажных линейных альфа-олефинов выпускаются компанией INEOS Oligomers (League City, Texas, U.S.A.) и известны под названиями C14LAO и C1618IO.

[0027] Термин "внутренние олефины" в целом относится к олефинам с двойной связью между неконцевыми углеродными атомами и/или между углеродными атомами внутри цепи ("внутренними" углеродными атомами). Линейные внутренние олефины включают внутренние олефины от C6 до C30. Примерами внутренних олефинов являются окт-3-ен, гекс-3-ен и дец-3-ен.

[0028] Согласно одному аспекту линейные олефины могут включать винилиденовые изомеризованные олефины. Термин "винилиден" относится к структуре, в которой концевой углеродный атом при двойной углерод-углеродной связи содержит два атома водорода, а внутренний углеродный атом содержит две алкилзамещенных структуры. Винилиденовые олефины могут иметь цепь любой подходящей длины, например, цепь длиной от примерно С6 и до примерно С48, от примерно С12 и до примерно С24, от примерно С16 и до примерно С18, и/или т.п. Желательно, но необязательно, чтобы винилиденовый олефин мог включать гексадецен.

[0029] Винилиденовые олефины можно получать любой подходящим химической реакцией, любым подходящим способом и/или т.п. Согласно одному варианту винилиденовый олефин можно получать димеризацией соответствующей молекулы, например, гекс-1-ена, окт-1-ена, дец-1-ена, в присутствии алкилалюминия в качестве катализатора.

[0030] Изомерные олефины можно получать любой подходящим химической реакцией, любым подходящим способом и/или т.п. Термин "изомеризованный" относится к соединению, структура которого была изменена и/или перегруппирована, так что было получено соединение другого химического строения, но той же самой химической формулы. Например, гексадец-1-ен может изомеризоваться в гексадец-6-ен. Согласно одному варианту катализатор изомеризации может включать оксид металла и/или т.п.

Олигомеры ("Олигомерный компонент")

[0031] Согласно одному аспекту буровой раствор может содержать олигомеры, которые включают олигомерные олефины. Термин "олигомер" в целом относится к молекулам и/или соединениям, содержащим два или более мономеров и/или структурных звеньев, например, от примерно 2 до примерно 20, от примерно 2 и до примерно 10, от примерно 2 и до примерно 5, менее 5 и/или т.п. Термин "мономер" относится к единичным молекулам, соединениям и/или элементарным звеньям, например, таким, как альфа-олефины, линейные олефины, линейные альфа-олефины, внутренние олефины, линейные внутренние олефины, разветвленные внутренние олефины, их смеси и/или т.п. Термин "димер" относится к олигомерам с двумя элементарными звеньями, термин "тример" относится к олигомерам с 3 элементарными звеньями, термин "тетрамеры" относится к олигомерам с 4 элементарными звеньями и термин "пентамеры" относится к олигомерам с 5 элементарными звеньями.

[0032] Олигомеры могут включать мономеры с одинаковой длиной цепи и/или смеси мономеров с различной длиной цепи. Олигомеры могут включать олигомеры, полученные из мономеров с любой подходящей длиной цепи, например, от примерно C4 и до примерно C24, в другом аспекте от примерно C4 и до примерно С18, в другом аспекте от примерно C4 и до примерно С12, в другом аспекте от примерно C6 и до примерно C10, и в другом аспекте примерно C6 или C8.

[0033] Олигомерные олефины могут включать любую подходящую молекулу и/или любое подходящее соединение, например, альфа-олефины, линейные олефины, линейные альфа-олефины, внутренние олефины, линейные внутренние олефины, разветвленные внутренние олефины, их смеси и/или т.п.

[0034] Олигомеры (олигомерный компонент) могут иметь любое подходящее распределение и/или любое количество олигомеров, таких как димеры, тримеры, тетрамеры, более тяжелые олигомеры и/или т.п. Желательно, но необязательно, чтобы олигомерные олефины включали преимущественно димеры, тримеры и тетрамеры соответствующего мономера, например, такие как гекс-1-ен, окт-1-ен, дец-1-ен и/или т.п. Термин "преимущественно" относится в целом к большей части, например, такой, которая больше по меньшей мере примерно 50 вес. %, по меньшей мере 70 вес. %, по меньшей мере примерно 90 вес. % и/или т.п.

[0035] Отношение одного олигомера к другому в смеси олигомерных олефинов может являться любым подходящим отношением, например, соотношение димера и тримера может быть менее чем примерно 1:1, а в другом аспекте это соотношение может более чем примерно 1:1. Согласно одному варианту олигомерные олефины могут включать преимущественно димеры и тримеры окт-1-ена при соотношении димера и тримера больше, чем примерно 1:1.

[0036] Олигомерные олефины могут содержать любое подходящее количество олефина, например, по меньшей мере примерно 30 вес. % димера, по меньшей мере примерно 60 вес. % димера, по меньшей мере примерно 90 вес. % димера, и/или т.п.

[0037] Соотношение олигомеров между собой в смеси олигомерных олефинов может представлять собой любое подходящее соотношение, например, соотношение тримера и тетрамера может быть менее чем примерно 1:1, более чем примерно 1:1 и/или т.п. Согласно одному варианту олигомерные олефины могут включать преимущественно тримеры и тетрамеры гекс-1-ена при соотношении димера и тримера больше, чем примерно 1:1.

[0038] Олигомерные олефины могут содержать любое подходящее количество олефина, например, по меньшей мере примерно 30 вес. % тримера, по меньшей мере примерно 40 вес. % тримера, по меньшей мере примерно 50 вес. % тримера, и/или т.п.

[0039] Выражение "тризамещенный олефин" в целом относится к молекулам, соединениям и/или компонентам, в которых двойная углерод-углеродная связь соединена с тремя углеродными атомами и одним водородным атомом, так что обычно образуется разветвленная структура. Олигомерная часть может включать любое подходящее количество тризамещенных олефинов, например, по меньшей мере примерно 30 вес. %, в другом аспекте по меньшей мере 50 вес. %, в другом аспекте по меньшей мере 60 вес. %, в другом аспекте по меньшей мере 70 вес. %, в другом аспекте по меньшей мере 80 вес. %, и в другом аспекте по меньшей мере 90 вес. %.

[0040] В другом аспекте олигомеры могут включать преимущественно димеры и тримеры окт-1-ена при соотношении димеров и тримеров выше, чем примерно 1:1; при этом указанные олигомеры включают по меньшей мере примерно 90 вес. % димера; указанные олигомеры включают преимущественно тримеры гекс-1-ена с содержанием тримера выше 30 вес. %; указанные олигомеры включают преимущественно тримеры гекс-1-ена с содержанием тримера выше 40 вес. %; указанные олигомеры включают преимущественно тримеры гекс-1-ена с содержанием тримера выше 50 вес. %.

[0041] В другом аспекте буровой раствор может включать примерно 50 вес. % олигомеров и 50 вес. % C14 линейного олефина; температура потери текучести бурового раствора составляет примерно -20°C или ниже; температура потери текучести бурового раствора составляет примерно -25°C или ниже; минимальная температура вспышки бурового раствора равна 120°C; плотность бурового раствора составляет 0.79-0.82 грамм/мл; и вязкость бурового раствора составляет менее 3 сСт при 40°C.

[0042] В другом аспекте буровой раствор может включать линейные олефины, которые содержат от примерно 5 вес. % до примерно 95 вес. % олефинов с длиной цепи в интервале примерно от С12 и примерно до С48. Олигомеры могут включать по меньшей мере примерно 50 вес. % тризамещенных олефинов.

[0043] В другом аспекте буровой раствор может иметь представленное ниже распределение по числу углеродных атомов и по олефинам.

Способ получения бурового раствора

[0044] Способ получения бурового раствора включает олигомеризацию олефинов с числом углеродных атомов от примерно 4 углеродных атомов и до примерно 24 углеродных атомов с образованием олигомеров; и смешение олигомеров с линейными олефинами.

[0045] Способ включает олигомеризацию линейных альфа-олефинов, линейных внутренних олефинов, разветвленных альфа-олефинов, разветвленных внутренних олефинов, их смесей и/или т.п. Исходный материал для стадии олигомеризации может включать молекулы и/или мономеры с любой подходящей длиной цепи, например, с длиной цепи от примерно C4 и до примерно C24, в другом аспекте от примерно C4 и до примерно C12, в другом аспекте от примерно C6 и до примерно C10, и в другом аспекте от примерно C6 и до примерно C8.

[0046] Олигомерные олефины можно получать любым подходящим химическим синтезом, способом и/или т.п. Согласно одному варианту олигомерные олефины можно получать и/или они могут образовываться при использовании катализаторов кислотного типа. Кислотные катализаторы могут включать материалы и/или вещества с примерным pH ниже 7.0, действующие в качестве акцепторов электронов (кислоты Льюиса), и/или т.п. Термин "катализаторы" в целом относится к материалам и/или веществам, которые изменяют и/или влияют на скорость химической реакции и/или превращение, например, за счет снижения энергии активации и/или ускорения реакции. Катализаторы могут быть гомогенными, гетерогенными и/или т.п. Желательно, чтобы катализаторы участвовали в реакции, но не расходовались в ней. Катализаторы олигомеризации могут включать серную кислоту, алкилалюминий, галиды металлов, трифторид бора и/или т.п.

[0047] Согласно одному аспекту в процессе с применением катализатора кислотного типа в качестве катализатора используют трифторид бора и промоторную систему, содержащую по меньшей мере одно(-и) протонное(-ые) соединение(-ия) или некую комбинацию протонных и апротонных промоторов; бутан-1-ол или пропан-1-ол являются конкретными примерами протонных промоторных соединений, а бутилацетат является примером апротонного промотора, применяемого в комбинации со спиртовым промотором.

[0048] На стадии олигомеризации могут применяться кислотные катализаторы, такие как трифторид бора, промотируемые протонным сокатализатором, апротонным сокатализатором и их смесями. Согласно одному аспекту в качестве кислотных катализаторов в данном процессе применяют трифторид бора, промотируемый алкоксилатом спирта, например таким, как 2-метоксиэтанол или 1-метоксипропан-2-ол. На стадии олигомеризации могут образовываться олигомеры с любым подходящим распределением молекул и/или соединений, например, преимущественно димеры и тримеры окт-1-ена с отношением димера к тримеру, превышающем отношение примерно 1:1. Желательно, не необязательно, чтобы процесс мог также включать стадию очистки олигомеров с тем, чтобы содержание димера составляло по меньшей мере 90 вес. %. Для очистки можно применять любые подходящие стадию, способ и/или процесс, например, дистилляцию, экстракцию и адсорбцию.

[0049] В другом аспекте на стадии олигомеризации могут образовываться олигомеры с любым подходящим распределением молекул и/или соединений, например, преимущественно тримеры и тетрамеры гекс-1-ена с отношением тримера к тетрамеру, превышающем отношение примерно 1:1. Желательно, не необязательно, чтобы способ мог также включать стадию очистки олигомеров с тем, чтобы содержание тримера составляло по меньшей мере 90 вес. %. Для очистки можно применять любые подходящие стадию, способ и/или процесс, например, дистилляцию, экстракцию и адсорбцию. В процессе можно применять любой из катализаторов в зависимости от буровых растворов по данному описанию, например, гетерогенный твердый кислотный катализатор. Твердый кислотный катализатор может представлять собой любой подходящий материал, например, полимерную смолу.

[0050] Согласно одному аспекту в способе с применением катализатора кислотного типа в качестве катализатора используют трифторид бора и промоторную систему, содержащую по меньшей мере одно(-и) протонное(-ые) соединение(-ия) или некую комбинацию протонных и апротонных промоторов; бутан-1-ол или пропан-1-ол являются конкретными примерами протонных промоторных соединений, а бутилацетат является примером апротонного промотора, применяемого в комбинации со спиртовым промотором.

[0051] Желательно, если на стадии олигомеризации в присутствии твердых кислотных катализаторов образуются и/или получаются преимущественно димеры и тримеры окт-1-ена с отношением димера к тримеру, превышающем отношение примерно 1:1. Материалы и/или соединения, полученные с применением твердого кислотного катализатора, также можно очищать с тем, чтобы содержание димера в олигомерах составляло по меньшей мере 90 вес. %.

[0052] Согласно одному аспекту способ может включать также стадию изомеризации винилиденовых олефинов. Винилиденовые олефины могут иметь подходящую длину цепи, например, длину цепи от примерно С12 и до примерно С24. Желательно, чтобы в процессе изомеризации образовывались линейные олефины. Винилиденовые олефины могут включать, например, гексадецен.

[0053] Согласно одному варианту способ может включать также стадию димеризации окт-1-ена, катализируемую алкилалюминием, с образованием винилиденовых олефинов.

[0054] В одном аспекте способ включает предоставление линейных олефинов, содержащих от примерно 5 вес. % до примерно 95 вес. % олефинов с длиной цепи от примерно С12 и до примерно С48. Линейные олефины могут включать по меньшей мере примерно 50 вес. % тризамещенных олефинов. Способ может включать также стадию смешения линейных олефинов с олигомерами.

Характеристики бурового раствора

[0055] Буровой раствор может иметь любую подходящую температуру потери текучести, например, по меньшей мере примерно 0°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -10°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -15°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -20°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -25°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -30°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -35°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -40°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -45°C или ниже, и в другом аспекте, по меньшей мере примерно -50°C или ниже. Термин "температура потери текучести" в целом относится к самой низкой температуре, при которой жидкость застывает и/или еще продолжает течь.

[0056] Линейные олефины могут иметь любую подходящую температуру потери текучести, например, по меньшей мере примерно -10°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -20°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -30°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -40°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -50°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -60°C или ниже, и в другом аспекте, по меньшей мере примерно -65°C или ниже.

[0057] Олигомеры могут иметь любую подходящую температуру потери текучести, например, по меньшей мере примерно 15°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно 0°C или ниже, в другом аспекте, по меньшей мере примерно -9°C или ниже, и в другом аспекте, по меньшей мере примерно -15°C или ниже.

[0058] Желательно, но необязательно, чтобы линейные олефины могли действовать и/или функционировать как депрессант температуры потери текучести и/или как понижающий агент, например, для снижения температуры потери текучести бурового раствора ниже температуры потери текучести индивидуального (чистого) другого компонента бурового раствора по меньшей мере примерно на 2°C, в другом аспекте по меньшей мере на 5°C, в другом аспекте по меньшей мере на 10°C, и в другом аспекте по меньшей мере на 20°C.

[0059] Буровой раствор может иметь любую подходящую вязкость, например, от примерно 0.1 сантистокса до примерно 20 сантистоксов, в другом аспекте от примерно 1.0 сантистокса до примерно 10 сантистоксов, и в другом аспекте от примерно 1.4 сантистокса до примерно 6.0 сантистоксов при проведении измерений при 40°C.

[0060] Согласно одному варианту индекс биодеградации бурового раствора может быть меньше и равен примерно 1.0 по определению см.: United States Environmental Protection Agency NPDES 2012 (National Pollution Discharges Elimination System) General Permit for New and Existing Sources and New Discharges in the Offshore Subcategory of the Oil and Gas Extraction Category for the Western Portion of the Outer Continental Shelf of the Gulf of Mexico (GMG290000 and TXG330000) [Общее разрешение для новых и существующих источников (загрязнений) и новых сбросов объектов нефтегазодобычи в прибрежной морской зоне в Западной части внешнего континентального шельфа Мексиканского залива от NPDES 2012 (Национальной системы ликвидации загрязнений) Агентства по охране окружающей среды США (GMG290000 и TXG330000)], Протокол определения деградации неводных основных жидкостей методом закрытого сосуда в тест-системе Marine для оценки биодеградации, модифицированный метод 11734:1995 Международной организации по стандартизации (ISO, ИСО)]. В тесте для оценки биодеградации сравнивают буровой раствор с эталонным образцом внутренних олефинов, в котором 65 мольных процентов составляют олефины, молекулы которых содержат 16 атомов углерода, а 35 мольных процентов составляют олефины, молекулы которых содержат 18 атомов углерода.

[0061] Индекс биодеградации можно определять по приведенному ниже уравнению, где параметры в числителе и знаменателе выражены в процентах, а приемлемым результатом является значение 1.054 или менее.

[0062] Желательно, чтобы индекс биодеградации бурового раствора был меньше или равен примерно 1.0, в другом аспекте менее или равен примерно 0.95, в другом аспекте менее или равен примерно 0.9, и в другом аспекте менее или равен примерно 0.85. Биодеградация может происходить анаэробными путями и/или способами.

[0063] Все принципы и полное содержание U.S. Environmental Protection Agency's Final NPDES 2012 General Permit for New and Existing Sources and New Discharges in the Offshore Subcategory of the Oil and Gas Extraction Category for the Western Portion of the Outer Continental Shelf of the Gulf of Mexico (GMG290000 and TXG330000) [последнего Общего разрешения для новых и существующих источников и новых сбросов объектов нефтегазодобычи в прибрежной морской зоне в Западной части внешнего континентального шельфа Мексиканского залива от NPDES 2012 (Национальной системы ликвидации загрязнений) Агентства по охране окружающей среды США (GMG290000 и TXG330000)] со всеми дополнениями и/или указаниями и метод 11734:1995 Международной организации по стандартизации полностью включены в настоящее изобретение посредством отсылки.

[0064] В одном аспекте буровой раствор может иметь повышенную способность к биологическому разложению по меньшей мере примерно на 5 процентов по сравнению со способностью к биологическому разложению как одних линейных олефинов, так и одних олигомеров, в другом аспекте по меньшей мере примерно на 10 процентов по сравнению со способностью к биологическому разложению как одних линейных олефинов, так и одних олигомеров, в другом аспекте по меньшей мере примерно на 15 процентов по сравнению со способностью к биологическому разложению как одних линейных олефинов, так и одних олигомеров, в другом аспекте по меньшей мере примерно на 20 процентов по сравнению со способностью к биологическому разложению как одних линейных олефинов, так и одних олигомеров, в другом аспекте по меньшей мере примерно на 25 процентов по сравнению со способностью к биологическому разложению как одних линейных олефинов, так и одних олигомеров, в другом аспекте по меньшей мере примерно на 30 процентов по сравнению со способностью к биологическому разложению как одних линейных олефинов, так и одних олигомеров.

[0065] Согласно одному аспекту индекс токсичности бурового раствора меньше чем или равен примерно 1.0 по определению методом E1367-99 Протокола испытаний Американского общества по испытанию материалов (ASTM), как того требует Общее разрешение для новых и существующих источников и новых сбросов объектов нефтегазодобычи в прибрежной морской зоне в Западной части внешнего континентального шельфа Мексиканского залива от NPDES 2012 (Национальной системы ликвидации загрязнений) Агентства по охране окружающей среды США (GMG290000 и TXG330000), где используется 10-дневный тест на токсичность буровых растворов по методу осаждения Leptocheirus Plumulosus. В этом токсикологическом тесте буровой раствор сравнивается с эталонным образцом внутренних олефинов, содержащих 65 мольных процентов олефинов С16 и 35 мольных процентов олефинов С18.

[0066] Индекс токсичности можно определять по приведенному ниже уравнению исходя из вес. %, причем значение 1.054 или ниже является приемлемым результатом и LC₅₀ обозначает концентрацию в миллиграммах на литр, требующуюся для того, чтобы уничтожить половину модельной популяции тестируемого субъекта (организма).

[0067] Желательно, чтобы индекс токсичности бурового раствора была менее чем или равен примерно 1.0, в другом аспекте менее чем или равен примерно 0.95, в другом аспекте менее чем или равен примерно 0.9, и в другом аспекте менее чем или равен примерно 0.85, и/или т.п. Все принципы и полное содержание описания метода Е1367-99 Протокола испытаний Американского общества по испытаниям материалов полностью включены в настоящее описание посредством отсылки.

[0068] Согласно одному аспекту буровой раствор может иметь пониженную токсичность по меньшей мере примерно на 5 процентов по сравнению как с токсичностью одних линейных олефинов, так и с токсичностью одних олигомеров, в другом аспекте по меньшей мере примерно на 10 процентов по сравнению как с токсичностью одних линейных олефинов, так и с токсичностью одних олигомеров, по меньшей мере примерно на 15 процентов по сравнению как с токсичностью одних линейных олефинов, так и с токсичностью одних олигомеров, по меньшей мере примерно на 20 процентов по сравнению как с токсичностью одних линейных олефинов, так и с токсичностью одних олигомеров, по меньшей мере примерно на 25 процентов по сравнению как с токсичностью одних линейных олефинов, так и с токсичностью одних олигомеров, и по меньшей мере примерно на 30 процентов по сравнению как с токсичностью одних линейных олефинов, так и с токсичностью одних олигомеров.

[0069] Согласно одному аспекту, при отсутствии какого-либо предупреждения об изменениях, в соответствии с рекомендациями OSPAR 2000/4 с изменениями и дополнениями OSPAR 2008/1, 2010/4 и 2012/5, буровой раствор по классификации OCNS может быть отнесен к группе D или к группе E разрешенных продуктов, перечисленных в полном списке Центра научных исследований в области охраны окружающей среды, рыболовства и аквакультуры (CEFAS).

[0070] Согласно одному варианту буровой раствор отвечает минимальным критериям для применения в соответствии с требованиями Резолюции 23/94 Национального совета по проблемам окружающей среды и под контролем Бразильского института проблем окружающей среды и возобновляемых природных ресурсов (IBAMA), которая включает протокол испытания биодеградации и токсичности по определению в последнем Общем разрешении NPDES 2012 (Национальной системы ликвидации загрязнений) Агентства по охране окружающей среды США для новых и существующих источников и новых сбросов объектов нефтегазодобычи в прибрежной морской зоне в Западной части внешнего континентального шельфа Мексиканского залива (GMG290000 и TXG330000), как уже указывалось в данном описании.

[0071] Без связи с какой-либо теорией можно сказать, что обычно соединения с более высокой молекулярной массой, например, олефины С18, имеют более низкую (слабую) способность к биологическому разложению, так как молекула больше и микробу для ее расщепления (переваривания) требуется больше времени. Обычно показатель токсичности соединений с более высокой молекулярной массой выше (больше), так как соединения с небольшой молекулярной массой разлагаются на соединения, являющиеся токсичными при попадании в организм микроба. Так как большие по размеру молекулы расщепляются с образованием больших остаточных молекул, этим большим молекулам труднее попасть в организм микроба, результатом чего лучший показатель токсичности.

[0072] Неожиданно оказалось, что линейные олефины в смеси с олигомерами проявляют повышенную биодеградацию и пониженную токсичность. Без связи с какой-либо теорией можно сказать, что тризамещенные и/или разветвленные молекулы могут предоставить множество мест для атаки и/или расщепления микробами, что способствует повышенной биодеградации, тогда как остаточные молекулы достаточно велики, чтобы иметь пониженную токсичность.

[0073] Неожиданно оказалось, что в случае линейных олефинов с большим числом углеродных атомов в молекуле, содержащих, например, по меньшей мере 20 вес. % C24, наблюдается "хорошая" биодеградация. Также неожиданностью стало то, что олигомеры с небольшим числом атомов углерода в молекуле, например, содержащие по меньшей мере 50 вес. % C14, показывают удовлетворительные индексы токсичности.

[0074] Желательно, чтобы буровой раствор или жидкие компоненты бурового раствора не включали и/или не содержали полициклических ароматических углеводородов и/или полиядерных ароматических углеводородов, например, таких как жидкие вещества, получаемые в процессе синтеза или на стадиях синтеза. Линейные олефины могут включать некоторое минимальное количество и/или иметь некоторое минимальное содержание полициклических ароматических углеводородов и/или полиядерных ароматических углеводородов, например, менее примерно 0.00001 грамм полициклических ароматических углеводородов на грамм основы бурового раствора (уровень, соответствующий критерию), примерно 0 грамм полициклических ароматических углеводородов на грамм основы бурового раствора по определению Методом 1654А, опубликованным в Methods for the Determination of Diesel, Mineral and Crude Oils in Offshore Oil and Gas Industry Discharges (Методах определения дизельных, минеральных масел и сырой нефти в отходах морской нефтегазодобычи).

[0075] Аналогично, буровой раствор, включающий как линейные олефины, так и олигомеры, может включать или содержать некоторое минимальное количество полициклических ароматических углеводородов, или полиядерных ароматических углеводородов, например, менее примерно 0.00001 грамм на грамм основы бурового раствора, примерно 0 грамм полициклических ароматических углеводородов на грамм основы бурового раствора.

[0076] В другом аспекте буровой раствор характеризуется минимальным значением LC50 30,000 ppm, объемным отношением для фракции взвешенных тонкодисперсных частиц (SPP) бурового раствора в морской воде при экспозиции 96 часов, определенным на ракообразных Mysidopsis bahia или Mysis relicta, как описано в Приложении 2 к Подразделу A Части 435 - Тест на токсичность буровых растворов (ЕРА Метод 1619) в 40 CFR Часть 435.

[0077] Согласно одному варианту линейные олефины не являются изомеризованными и/или гидрированными (насыщенными). В альтернативном варианте олефины могут быть изомеризованными и/или гидрированными.

ПРИМЕРЫ

[0078] Нижеприведенные примеры иллюстрируют получение и тестирование основы буровых растворов с использованием компонента, улучшающего показатели токсичности. Индекс биодеградации и индекс токсичности количественно определяли по сравнению с эталонным образцом и в соответствии с протоколом испытаний NPDES по данному описанию. Распределение по числу углеродных атомов анализировали хроматографическими методами. Распределение олефинов анализировали методами ядерного магнитного резонанса.

ПРИМЕР 1

[0079] Продукт в Примере 1А получали олигомеризацией окт-1-ена с применением трифторида бора в качестве катализатора и 2-метоксиэтанола в качестве промотора в соответствии с патентом США 5,068,487, принадлежащим Theriot. Содержание и принципы, изложенные в патенте США 5,068,487, принадлежащем Theriot, полностью вводятся в данное изобретение посредством отсылки. Затем полученный продукт перегоняли, удаляли непрореагировавший мономер и остальной продукт собирали, получали продукт, обозначенный как Пример 1А. Продукт из Примера 4 получали смешением 50 вес. % продукта из Примера 1А и 50 вес. % продукта из Примера 2А с образованием продукта Пример 4. Продукт из Примера 2A (C14LAO) представляет собой продажный линейный альфа-олефин от компании INEOS Oligomers, League City, Texas, U.S.A. В Таблице 1 дается анализ продуктов из Примера 1А, Примера 2А и их смесь, представленная как Пример 4.

[0080] На Фигуре 1 представлена гистограмма как индекса токсичности, так и индекса биодеградации для каждого из следующих продуктов: Пример 1А, Пример 2А и Пример 4, где значение ниже 1.054 считают приемлемым или "проходным". Неожиданно оказалось, что индекс токсичности продукта из Примера 4 ниже (лучше), чем индекс токсичности как продукта из Примера 1А, так и продукта из Примера 2А. Также наблюдается заметное улучшение индекса биодеградации продукта из Примера 4 по сравнению с прогнозированным индексом деградации.

[0081] На Фигуре 2 представлены кривые зависимости доза-эффект для токсичности продукта из Примера 4 и соответствующего эталонного образца, применяемого для расчета индекса токсичности согласно описанному выше протоколу испытания NPDES. На кривой зависимости доза-эффект для Примера 4 видно, что эффект (отклик) лучше соответствует пробит-анализу согласно стандарту ЕРА для Eco токсикологических расчетов.

ПРИМЕР 2

[0082] Продукт из Примера 5 получали, смешивая 20 вес. % продукта из Примера 1А и 20 вес. % продукта из Примера 2А с 60 вес. % продукта из Примера 3 с образованием продукта из Примера 5. Материалы под названием "Пример" 2A (C14LAO) и "Пример 3" (C1618IO) выпускаются компанией INEOS Oligomers, League City, Texas, U.S.A. В таблице 2 представлены данные для материалов, применявшихся для получения продукта из Примера 5.

[0083] На Фигуре 3 представлена гистограмма как индекса токсичности, так и индекса биодеградации для каждого из следующих продуктов: Пример 1А, Пример 2А, Пример 3 и Пример 5, где значение ниже 1.054 считают приемлемым или "проходным" значением. Неожиданно оказалось, что индекс токсичности продукта из Примера 5 лучше (ниже), чем индекс токсичности продукта из Примера 1А и из Примера 2А и аналогичен значениям для продукта из Примера 3. Также наблюдается заметное улучшение (снижение) индекса биодеградации продукта из Примера 5 по сравнению с прогнозированным индексом деградации.

ПРИМЕР 3

[0084] Продукт из Примера 1B получали олигомеризацией окт-1-ена с применением трифторида бора в качестве катализатора и 2-метоксиэтанола в качестве промотора в соответствии с патентом США 5,068,487, принадлежащим Theriot. Содержание и принципы, изложенные в патенте США 5,068,487, принадлежащем Theriot, полностью вводятся в данное изобретение посредством отсылки. Затем полученный продукт перегоняли, удаляли непрореагировавший мономер и остальной продукт собирали, получали продукт, обозначенный как Пример 1B. Продукт из Примера 6 получали смешением 50 вес. % продукта из Примера 1B и 50 вес. % продукта из Примера 2B с образованием продукта из Примера 6. Материал, обозначенный как "Пример 2B" (C14LAO), выпускается компанией INEOS Oligomers, League City, Texas, U.S.A. В Таблице 3 представлены данные для продуктов из Примера 1B, Примера 2B и из Примера 6.

[0085] На Фигуре 4 представлена гистограмма как индекса токсичности, так и индекса биодеградации для каждого из следующих продуктов: Пример 1B, Пример 2B, и Пример 6, где значение ниже 1.054 считают приемлемым или "проходным" значением. Неожиданно оказалось, что индекс токсичности продукта из Примера 6 ниже (лучше), чем индекс токсичности продукта из Примера 1B и из Примера 2B. Также наблюдается заметное улучшение (снижение) индекса биодеградации продукта из Примера 6 по сравнению с прогнозированным индексом деградации.

ПРИМЕР 4

[0086] Продукты из Примера 7, Примера 8 и Примера 9 получали олигомеризацией гекс-1-ена в присутствии трифторида бора в качестве катализатора и промоторной системы, содержащей по меньшей мере одно(-и) протонное(-ые) соединение(-я) или некую комбинацию протонных и апротонных промоторов согласно нижеприведенным патентам, в которых иллюстрируется лишь малая толика из множества известных методов получения олигомеров: см., например, патенты США №№3,682,823; 3,763,244; 3,769,363; 3,780,123; 3,798,284; 3,884,988; 3,097,924; 3,997,621; 4,045,507; и 4,045,508. Бутан-1-ол или пропан-1-ол представляют собой конкретные примеры протонных промоторов, а бутилацетат является примером апротонного промотора, применяемого в комбинации со спиртовым промотором, например, описанным в патенте США №3,997,621. В Таблице 4 представлены данные для 3 продуктов, полученных в этих процессах после отгонки остатков непрореагировавшего мономера. Продукт из Примера 9 применяли для получения как продукта из Примера 12, так и продукта из Примера 13.

[0087] На Фигуре 5 представлена гистограмма как индекса токсичности, так и индекса биодеградации для каждого из следующих продуктов: продукта из Примера 7, продукта из Примера 8 и продукта из Примера 9, причем значение ниже 1.054 полагают приемлемым или "проходным" значением. Неожиданно, продукты из всех трех примеров показали токсичность отложений, которой не предполагали. Конкретно, продукт из Примера 7, где индекс токсичности отложений был значительно ниже, чем предполагали на основании общепринятых представлений. Кроме того, для данных наблюдалась четкая закономерность данных, которая также была неожиданной.

[0088] Продукт из Примера 12 получали смешением нижеуказанных компонентов в соотношении: 20 вес. % продукта из Примера 9 и 80 вес. % материала, обозначенного "Пример 11" (C1618IO), который выпускает компания INEOS Oligomers в League City, Texas, U.S.A. В Таблице 5 представлены данные для продуктов, применявшихся для получения продукта из Примера 12.

[0089] На Фигуре 6 показана гистограмма как для индекса токсичности, так и для индекса биодеградации каждого из следующих продуктов: продукт из Примера 9, продукт из Примера 10 и продукт из Примера 12, причем значение ниже 1.054 полагают приемлемым или "проходным" значением. Неожиданно оказалось, что продукт из Примера 12 по своим характеристикам превзошел отдельные компоненты, составляющие эту смесь.

[0090] Продукт из Примера 13 получали, смешивая продукт из Примера 9 (40 вес. %) и продукт из Примера 10 (C16LAO) (60 вес. %). В Таблице 6 представлены данные для материалов, применявшихся для получения продукта из Примера 13. Материал под названием "Пример 10" выпускается компанией INEOS Oligomers в League City, Texas, U.S.A.

[0091] На Фигуре 7 показана гистограмма как для индекса токсичности, так и для индекса биодеградации каждого из следующих продуктов: продукт из Примера 9, продукт из Примера 10 и продукт из Примера 13, причем значение ниже 1.054 полагают приемлемым или "проходным" значением. Неожиданно оказалось, что продукт из Примера 13 по своим характеристикам превзошел отдельные компоненты, составляющие эту смесь.

[0092] Продукт из Примера 14 получали смешением компонентов в следующем соотношении: 70 вес. % продукта из Примера 7 и 30 вес. % материала под названием Пример 2С (С 14 LAO), выпускаемого компанией INEOS Oligomers в League City, Texas, U.S.A. В Таблице 7 приводятся данные для материалов, применявшихся для получения продукта из Примера 14.

[0093] На Фигуре 8 показана гистограмма индекса токсичности каждого из следующих продуктов: продукт из Примера 7, продукт из Примера 2С и продукт из Примера 14, причем значение ниже 1.054 полагают приемлемым для "проходного" значения. Неожиданно оказалось, что продукт из Примера 14 по своим характеристикам превзошел отдельные компоненты, составляющие эту смесь.

[0094] Хотя изобретение, раскрываемое в настоящей заявке, описано с использованием конкретных вариантов, конкретных примеров и их применения, многочисленные модификации и варианты могут быть сделаны специалистами в данной области техники в пределах объема изобретения, определяемого Формулой изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к буровым растворам и способу их получения. Технический результат – низкая температура потери текучести, биодеградация и низкая токсичность буровых растворов. Способ получения бурового раствора включает олигомеризацию гекс-1-ена с образованием олигомеров, включающих тримеры и тетрамеры гекс-1-ена с отношением тримера к тетрамеру более чем 1:1 и содержанием тримеров более чем 30 вес.%, причем олигомеры образованы в присутствии катализаторов кислотного типа; смешивание указанных олигомеров с линейными олефинами, которые включают линейные альфа-олефины и/или линейные внутренние олефины с числом атомов углерода от 6 до 30. Буровой раствор, полученный указанным выше способом, содержит линейные олефины, которые включают линейные альфа-олефины и/или линейные внутренние олефины с числом углеродных атомов от 6 до 30; и олигомеры, которые включают димеры, тримеры, тетрамеры и/или более тяжелые олигомеры олефинов, где указанные олигомеры включают тримеры и тетрамеры гекс-1-ена с отношением тримера к тетрамеру более чем 1:1 и содержанием тримеров более чем 30 вес.% и где указанные олигомеры включают по меньшей мере 50 мольных процентов тризамещенного олефина. При этом буровой раствор имеет температуру потери текучести -10°С или ниже, индекс биодеградации 1.0 или ниже, индекс токсичности 1.0 или ниже, показатель в тесте Marine BODIS по меньшей мере 60%, температуру вспышки 110°С или выше, содержание олефинов 90 вес.% или выше, вязкость менее 4 сСт при 40°С, плотность от 0.78 до 0.83 г/мл и коэффициент распределения в системе октанол/вода log Pow выше 3. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 8 ил., 7 табл., 14 пр.

Формула