(57)【要約】  本出願は、水性掘削液系及び水性掘削液系を製造する方法を開示する。一実施形態によれば、掘削液系は、掘削液及び潤滑剤を含み得る。潤滑剤は、廃植物油から合成され得る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性掘削液系であって、
水性掘削液、並びに
植物性アルキルエステル及び植物性遊離脂肪酸を含む合成潤滑剤
を含み、
前記合成潤滑剤が、植物性遊離脂肪酸よりも多くの植物性アルキルエステルを含む、水性掘削液系。
【請求項２】
植物性遊離脂肪酸に対する植物性アルキルエステルの比が、重量で１．５：１〜３：１である、請求項１に記載の水性坑井掘削液系。
【請求項３】
前記植物性アルキルエステルが植物性油から誘導される、請求項１及び２に記載の水性坑井掘削液系。
【請求項４】
前記合成潤滑剤が均質混合物である、請求項１〜３に記載の水性坑井掘削液系。
【請求項５】
前記掘削液系が、ＡＰＩ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  １３Ｂに従って測定した場合、約０．０１〜約０．１０の熱間圧延前（ＢＨＲ）摩擦係数を有する、請求項１〜４に記載の水性坑井掘削液系。
【請求項６】
前記掘削液系が、ＡＰＩ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  １３Ｂに従って測定した場合、約０．０１〜約０．０９の熱間圧延後（ＡＨＲ）摩擦係数を有する、請求項１〜５に記載の水性坑井掘削液系。
【請求項７】
前記系が、前記系の総重量に対して、約０．５重量パーセント（重量％）〜約５重量％の前記合成潤滑剤を含む、請求項１〜６に記載の水性坑井掘削液系。
【請求項８】
水性坑井掘削液系を製造する方法であって、
植物性アルキルエステルと植物性遊離脂肪酸とを混合して合成潤滑剤を製造するステップであって、前記合成潤滑剤が、植物性遊離脂肪酸よりも多く植物性アルキルエステルを含む、ステップと、
前記合成潤滑剤を水性掘削液と混合して、前記水性坑井掘削液系を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項９】
植物性遊離脂肪酸に対する植物性アルキルエステルの比が、重量で約１．５：１〜約３：１である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
廃植物油から前記植物性アルキルエステルを誘導するステップをさらに含む、請求項８及び９に記載の方法。
【請求項１１】
前記合成潤滑剤が均質混合物である、請求項８〜１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記植物性アルキルエステルと植物性遊離脂肪酸とを混合して前記合成潤滑剤を製造するステップが、低剪断においてである、請求項８〜１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記植物性アルキルエステルと植物性遊離脂肪酸を混合して前記合成潤滑剤を製造するステップが、摂氏約４０度（℃）〜約６０℃の温度においてである、請求項８〜１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記植物性アルキルエステル及び植物性遊離脂肪酸が、前記水性掘削液とは別に混合されて、前記合成潤滑剤を製造する、請求項８〜１３に記載の方法。
【請求項１５】
脂肪酸を含む原料油を触媒の存在下で短鎖アルコールでエステル化することから前記植物性アルキルエステルを誘導するステップをさらに含む、請求項８〜１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１８年７月１７日に出願された米国特許出願第１６／０３７，５６９号の優先権を主張し、その全開示は参照により本明細書に組み入れられている。
【技術分野】
【０００２】
本開示の実施形態は、概して、天然資源坑井で利用される材料及び方法に関し、より具体的には、掘削作業で使用するための水性掘削液に関する。
【背景技術】
【０００３】
掘削作業、例えば炭化水素採収のための新たな坑井の掘削としては、作業中に坑井を通して掘削液（又は掘削泥として既知である）を連続的に循環させる一般的な手法が挙げられる。掘削液は、掘削坑の底に至る掘削パイプ内に圧送され、次いで底にて掘削液が坑井壁と掘削パイプとの間の環状空間を通って上向きに流れ、最終的に地表に戻り、坑井から流出し、二次処理のために回収される。掘削中、掘削された地層の部分などの掘削固形物は、掘削液によって坑井の底又はその付近から地表に運搬することができる。地表に戻った後、掘削液は、機械的又は化学的に処理することで捕捉した固形物及び掘削屑を掘削液から除去してから、坑井を通じて再循環させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
掘削液は、回転掘削やコイルドチュービング掘削用途などの様々な掘削用途で使用されて、機能的作業を完了させ、掘削操作を安全で、トラブルがなく、経済的なものとする。掘削液の１つの目的は、掘削中に金属−金属間界面と金属−泥ケーキ間界面との間の潤滑媒体として作用して、ドリルストリングとケーシング又は掘削坑壁との間の摩擦を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従来の水性掘削液、即ち「泥」は、潤滑特性が低く、そのため油性掘削液系と比較して、はるかに高い摩擦係数（ＣＯＦ）を有する。このことは、油性掘削液系と比較して、水性掘削液系の主要な技術的制限の１つである。
【０００６】
多様なタイプの潤滑添加剤を水性掘削液系に添加して、ＣＯＦを低減し、水平又は大偏距坑井掘削用途で発生するトルクと抗力の問題を低減する。水平坑井は、真の垂直から一般に８５°を超える傾斜を持つ高角度坑井である。貯留層内に長い坑井区間を配置することで貯留層の性能を向上させるために、水平坑井が掘削される。大偏距坑井とは、測定された深度と真の垂直深度の比が少なくとも２：１の坑井である。
【０００７】
水平坑井及び大偏距坑井の場合、ＣＯＦが大きくなると、掘削効率が低下し、機器の摩耗とパイプのねじれが増大し、浸透速度が低下し、トルク及び抗力が増大することがあり、このことは他の様々な掘削問題につながる可能性がある。ＣＯＦが高いと、水平坑井及び大偏距坑井の範囲も制限され、大偏距掘削作業に潜在的な障壁が生じることがある。したがって、ＣＯＦ値がより低い掘削液は、水平及び大偏距掘削作業に望ましい。
【０００８】
水性掘削液の摩擦抵抗又はＣＯＦ値を最小限に抑えるために、潤滑添加剤が掘削液系に含まれることが多い。しかし、これらの材料の多くには、その用途に制限がある。従来の潤滑剤の中には、掘削液のＣＯＦを低減して掘削液の性能を向上させる能力が限定されているものがある。潤滑剤の中には、必要な熱的及び化学的安定性を欠いているものがある。これらの従来の潤滑材料のいくつかは、生分解性が低く、毒性が高く、環境に優しくない。したがって、これらの材料は、生態学的に敏感な環境への利用が制限されていた。
【０００９】
そのため、周囲の環境への悪影響を最小限に抑えながらＣＯＦを低減する潤滑添加剤を使用した、水性掘削液系が継続して求められている。本開示の実施形態は、植物性脂肪酸及び植物性アルキルエステルを含む、合成潤滑剤を含む水性掘削液系を含む。合成潤滑剤を含む開示された水性掘削液系は、潤滑剤を含まない水性掘削液及び従来の潤滑剤を使用する水性掘削液系と比較して、改善された潤滑特性及び環境に優しい品質を有する。
【００１０】
１つ以上の実施形態によれば、水性掘削液及び合成潤滑剤を含む水性掘削液系が開示される。合成潤滑剤は、植物性アルキルエステル及び植物性遊離脂肪酸を含む。さらなる実施形態において、合成潤滑剤は、植物性遊離脂肪酸よりも多くの植物性アルキルエステルを含む。
【００１１】
１つ以上の実施形態によれば、水性坑井掘削液系を製造する方法も開示されている。この方法は、植物性アルキルエステルと植物性遊離脂肪酸を混合して合成潤滑剤を製造するステップと、合成潤滑剤を水性の掘削液と混合して水性坑井掘削液系を形成するステップとを含む。さらなる実施形態において、合成潤滑剤は、植物性遊離脂肪酸よりも多くの植物性アルキルエステルを含む。
【００１２】
記載した実施形態の追加の特徴及び利点は、以下の発明を実施するための形態で説明され、一部はその説明からから当業者にただちに明らかとなるか、又は以下の発明を実施するための形態及び特許請求の範囲を含む、記載した実施形態を実施することによって認識される。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本出願の具体的な実施形態をここで説明する。しかし、本開示は種々の形態で具体化され得て、本開示に記載する実施形態に限定されるものとして解釈するべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が当業者に主題の範囲を伝えるように提供される。
【００１４】
本開示の実施形態は、水性掘削液用の合成潤滑剤、さらに開示された合成潤滑剤を包含する水性掘削液系に関する。水性掘削液系は、ベース掘削液と、植物性脂肪酸及び植物性アルキルエステルを含む合成潤滑剤との組合せである。
【００１５】
ここで合成潤滑剤の実施形態について詳細に述べる。水性掘削液系の実施形態は、植物性原料油から誘導され得る植物性アルキルエステルを含む。いくつかの実施形態において、アルキルエステルは、メチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル又はイソプロピルエステルを含む、任意の短鎖アルキル基を含み得る。さらなる実施形態において、植物性アルキルエステルは、メチルエステルであり得る。開示された方法によって製造され得るアルキルエステルとしては、飽和遊離脂肪酸、１価不飽和遊離脂肪酸及び多価不飽和遊離脂肪酸の誘導体が挙げられる。飽和脂肪酸には、パルミチン酸（Ｃ１６）が含まれ得る。飽和脂肪酸には、ステアリン酸（Ｃ１８）及びアラキジン酸（Ｃ２０）も含まれ得る。１価不飽和脂肪酸には、オレイン酸（Ｃ１８）が含まれ得る。多価不飽和脂肪酸には、リノール酸（Ｃ１８）が含まれ得る。
【００１６】
植物性原料油としては、植物油が挙げられる。植物油は、植物や種子から抽出されたトリグリセリドである。トリグリセリドは、グリセロールと３個の遊離脂肪酸のエステルである。植物油の製造に使用される植物又は種子の供給源に応じて、植物油には、飽和、１価不飽和、多価不飽和、オメガ３、オメガ６又はオメガ９遊離脂肪酸などの様々な種類の遊離脂肪酸の混合物が含有され得る。植物油は、一般に食品調理に使用される。食品調理に使用され得る、一般に使用される植物油としては、オリーブ油、パーム油、ヒマワリ油、コーン油及びラッカセイ油が挙げられるが、これらに限定されない。植物油は「新鮮植物油」又は「廃植物油」であり得る。「純植物油」とも呼ばれ得る新鮮植物油は、未加工であり、食品調理にも使用されていない。
【００１７】
「使用済み」植物油とも呼ばれる「廃」植物油としては、何らかの方法で処理された、又は食品調理に使用された新規植物油が挙げられる。場合により、廃植物油が次いで何らかの方法でさらに加工又は使用される場合、廃植物油は「リサイクル」植物油とも呼ばれ得る。
【００１８】
廃植物油は、植物油を必要とする用途のための持続可能で安価な植物性原料油として使用され得る。廃植物油は、乳化剤及び潤滑剤として使用され得る。本開示のいくつかの実施形態において、廃植物油は、合成潤滑剤に含まれる植物性アルキルエステルを誘導するための植物性原料油として使用される。したがって、廃植物油から誘導される植物性アルキルエステルを使用して、水性掘削液系で使用される合成潤滑剤が製造され得る。このように使用する場合、合成潤滑剤を含む水性掘削液系は、従来の水性掘削液系と比較して低下したＣＯＦを有し得る。同時に、合成潤滑剤を含む水性掘削液系も環境に優しい可能性がある。
【００１９】
水性掘削液系の実施形態は、トール油から誘導され得る植物性遊離脂肪酸も含む。「液体ロジン」又は「タロール」としても既知であるトール油は、木材パルプ製造のクラフト工程の副生成物である。１つ以上の実施形態において、トール油からの植物性遊離脂肪酸は、１２〜１８個の炭素原子を有するヒドロカルビル基（Ｒ２）を含み得て、他の任意の長鎖不飽和カルボン酸であり得る。いくつかの実施形態において、トール油から誘導され得る植物性遊離脂肪酸は、パルミチン酸、オレイン酸、リノール酸又はこれらの組合せの少なくとも１つを含み得る。いくつかの実施形態において、トール油からの植物性遊離脂肪酸は、Ｃ１８の鎖長及び高い不飽和度を有するリノール酸からの遊離脂肪酸を含む。
【００２０】
ここで、植物性脂肪酸及び植物性アルキルエステルを含む合成潤滑剤を製造する実施形態について詳細に言及する。
【００２１】
合成潤滑剤を製造する実施形態は、植物性原料油を触媒と接触させて、植物性原料油のトリグリセリドを反応させ、遊離脂肪酸とグリセロールの混合物を製造することを含む。いくつかの実施形態において、植物性原料油は、植物油であり得る。さらなる実施形態において、植物性原料油は、具体的には廃植物油であり得る。
【００２２】
合成潤滑剤で使用する植物性アルキルエステルを誘導する１つ以上の実施形態において、原料油を処理するために、ある量の触媒が必要となり得る。触媒は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド又はその組合せの少なくとも１つを含むことができる。原料油は、水酸化ナトリウムの存在下でメタノールによってエステル化することができる。触媒の量は、滴定法によって求められ得る。滴定法は、原料油１ミリリットル（ｍＬ）を純度９９．２体積％のイソプロピルアルコール１０ｍＬと混合することを含む。次に、約２〜約３滴の指示薬液（フェノールフタレイン又は他の指示薬液）が混合物に添加され得る。次いで、終点を示す、混合物の色のピンクへの変化まで、指示液が撹拌原料油に１滴ずつ添加され得る。この終点が判明した後、混合物を撹拌してピンク色が不変であることが確認され得る。次いで、滴定試験を３回反復して、終点に到達するのに必要な触媒の平均量を算出する。いくつかの実施形態において、アルキルエステルを誘導するために、原料油１リットル（Ｌ）につき約４．０〜約４．５グラム（ｇ）の触媒が必要となり得る。他の実施形態において、植物性アルキルエステルを誘導するために、原料油１Ｌにつき約４．１〜約４．３ｇの触媒が必要であり得る。他の実施形態において、植物性アルキルエステルを誘導するために、原料油１Ｌにつき約４．１８〜約４．２２ｇの触媒が必要であり得る。
【００２３】
水性掘削液系で使用する植物性アルキルエステルを誘導する、さらなる実施形態において、メタノール及びＮａＯＨは、磁気撹拌器を使用して無水条件下（水を用いないことを意味する）で混合され得る。次いで、この混合物が容器内の原料油に添加され得る。次いで、混合物は、磁気撹拌器を使用して約４〜約８時間撹拌されて、相互作用が完了され得る。他の実施形態において、混合物は、約５〜約７時間又は約４〜約６時間又は約６〜約８時間又は約６時間撹拌され得る。次いで、全反応生成物を一定期間（一晩）にわたって静的条件に維持して、容器底部でのグリセロール及びスラッジの沈降が完了され得る。
【００２４】
いくつかの実施形態において、初期沈降段階中に、エステル層の副生成物から多少のエマルジョンが形成され得る。このようなエマルジョンは、容器を加熱することによって分解され得る。いくつかの実施形態において、容器は約７０℃〜約９０℃又は約８０℃で加熱され得る。他の実施形態において、エマルジョンは、酢酸を容器に添加することによって分解され得る。いくつかの実施形態では、１リットルの原料油につき酢酸約１０ｍＬの添加により、エマルジョンの形成が分解及び防止され得る。次いで、上部の透明なエステル化油は、ゆっくりとデカントされ、磁気撹拌器で撹拌しながら水を使用して数時間洗浄され得る。エステル化油及び洗浄水は、静的条件下で一晩維持されて、油相及び水相が分離され得る。次いで、分離された油相をゆっくりとデカントして水相から除去する。いくつかの実施形態において、この洗浄ステップは、複数回（２回）反復され得る。
【００２５】
洗浄後、洗浄したエステル化油は次に加熱される。いくつかの実施形態において、エステル化油は、約７０℃〜約９０℃の温度で加熱される。他の実施形態において、エステル化油は８０℃まで加熱される。いくつかの実施形態において、エステル化油は、ホットプレート及び磁気撹拌器を使用して動的条件下で加熱され、処理された植物油から水及びメタノールがさらに除去されると、残留水又は短鎖アルコールを実質的に含み得ない、洗浄及び加熱された植物性アルキルエステルが生じる。
【００２６】
合成潤滑剤を製造するいくつかの実施形態において、植物性遊離脂肪酸は、トール油から誘導され得る。いくつかの実施形態において、トール油は、Ｋｒａｔｏｎ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＳＹＬＦＡＴ  ＦＡ１トール油脂肪酸などの商業的供給源から入手され得る。
【００２７】
いくつかの実施形態において、植物性アルキルエステル及び植物性遊離脂肪酸は、合成潤滑剤が合成潤滑剤を含むように混合される。いくつかの実施形態において、植物性遊離脂肪酸に対する植物性アルキルエステルの比は、マッドバレルで１．５：１〜３：１であり得る。他の実施形態において、植物性アルキルエステル及び植物性遊離脂肪酸は、マッドバレルで約２：１〜約３：１の植物性遊離脂肪酸に対する植物性アルキルエステルの比で合成潤滑剤中に存在する。体積換算では、この比は８：４〜７：３（ミリリットル対ミリリットル）として表すことができる。一実施形態では、体積比は、ミリリットルで７．５：３．５であり得る。
【００２８】
いくつかの実施形態において、植物性アルキルエステル及び植物性遊離脂肪酸は、混合されて、低剪断にて合成潤滑剤を製造する。「低エネルギー混合」とも呼ばれる低剪断混合とは、混合工程中に粒径を低減せずに生成物を全体的に混合することを示す。
【００２９】
いくつかの実施形態において、植物性アルキルエステル及び植物性遊離脂肪酸は、摂氏約４０度（℃）〜約６０℃の温度で混合される。他の実施形態において、植物性アルキルエステル及び植物性遊離脂肪酸は、約４０℃〜約５０℃、約５０℃〜約５６℃又は約５０℃の温度で混合される。
【００３０】
上述したように、廃植物油は食品調理に使用した植物油を含み得るため、廃植物油は不純物を含み得る。そのような不純物には、焼けた及び焼けていない食品残留物が含まれ得る。いくつかの実施形態において、廃植物油は、食品産業、具体的にはレストランから入手され得る。
【００３１】
合成潤滑剤を製造するいくつかの実施形態は、植物性原料油及び触媒を接触させる前に、第１の濾過ステップを含み得る。植物性原料油が廃植物油であるいくつかの実施形態において、植物性原料油が濾過されて、廃植物油に存在する不純物が除去され得る。濾過ステップを含むそのような実施形態において、濾過セルを使用して不純物が除去されて、植物性原料油が製造され得る。いくつかの実施形態において、濾過セルは、５μｍを超える不純物を除去するために、サイズ５マイクロメートル（μｍ）の濾紙又は５μｍ未満のサイズを含み得る。濾過中、濾過セルに一定の圧力が印加され得る。約５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）〜約２０ｐｓｉが濾過セルに印加され得る。他の実施形態において、約５ｐｓｉ〜約１０ｐｓｉが濾過セルに印加され得る。他の実施形態において、他の濾過媒体及び吸着剤が使用され得る。他の濾過媒体及び吸収剤としては、廃植物油から不純物及び過剰な水を除去することができる、任意の濾過媒体又は吸収剤が挙げられる。いくつかの実施形態において、マルチセル濾過装置を使用して、不純物が除去され、植物性原料油が製造され得る。
【００３２】
ここで、合成潤滑剤を含む水性掘削液系を製造する実施形態について詳細に言及する。
【００３３】
上述したように、従来の潤滑材料は、水性掘削液系で使用され、水性掘削液のＣＯＦ値を低減する。しかし、厳しい環境法規制の増加により、これらの材料は限られた数の用途でしか使用することができない。したがって、業界では、一般に使用される水性掘削液の潤滑特性を強化するために、環境に優しく高性能な潤滑剤が必要とされている。
【００３４】
水性掘削液系の実施形態は、上述の合成潤滑剤を含む。いくつかの実施形態において、水性掘削液系は、水性掘削液系の総重量に対して５重量パーセント（重量％）未満の合成潤滑剤を含む。他の実施形態において、水性掘削油系は、水性掘削液系の総重量に対して約０．５重量％〜約５重量％の合成潤滑剤を含む。さらなる実施形態において、水性掘削油系は、水性掘削液系の総重量に対して約１重量％〜約５重量％、約２重量％〜約５重量％、約３重量％〜約５重量％、約２重量％〜約４重量％又は約３重量％の合成潤滑剤を含む。
【００３５】
いくつかの実施形態において、植物性アルキルエステル及び植物性遊離脂肪酸は、混合されて、低剪断にて合成潤滑剤を製造する。さらなる実施形態において、植物性アルキルエステル及び植物性遊離脂肪酸は、水性の掘削液とは別に混合されて合成潤滑剤が製造され、合成潤滑剤は続いて水性掘削液と混合されて、水性掘削液系が製造される。
【００３６】
さらに、水性掘削液系の実施形態は、水性掘削液を含む。水性掘削液の実施形態は、非分散掘削液、分散掘削液、塩水掘削液又はポリマー掘削液を含み得る。非分散掘削液は、通常、トップホール掘削に使用され得る、単純なゲル−水掘削液を含み得る。非分散掘削液は、塩化カリウム及びベントナイトを含有し得る。いくつかの実施形態において、水性掘削液は低固体非分散（ＬＳＮＤ）掘削液でもあり得る。ＬＳＮＤ掘削液の基本成分としては、通常、淡水、ベントナイトなどのゲル化物質、苛性ソーダ、ソーダ灰及び凝集剤が含まれる。分散掘削液は、粘土粒子を解膠してより高密度の泥におけるレオロジー制御を改善するように設計された化学分散剤で処理されている。水性掘削液は、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化ナトリウム（ＣａＣｌ２）又はその組合せを含み得る。
【００３７】
水性掘削液には水が含まれる。水は、淡水、濾過水、蒸留水、海水、塩水、生成水、地層ブライン、合成ブライン若しくは他の種の水又は水の組合せのうちの１つ以上を含み得る。１つ以上の実施形態において、水性掘削液は、水性掘削液の総重量に対して７０重量％〜９８重量％の水を含む。様々な実施形態において、水性掘削液は、水性掘削液の総重量に対して７０重量％〜９５重量％の水、７５重量％〜９８重量％の水、７５重量％〜９５重量％の水、８０重量％〜９８重量％の水、水８０重量％〜９５重量％の水、８５重量％〜９８重量％の水又は水８５重量％〜９５重量％の水を含む。
【００３８】
水性掘削液系は、少なくとも１種の固相成分を含み得る。水性掘削液系の固相成分としては、加重材料、デンプン、ソーダ灰、ベントナイト、石灰、亜硫酸ナトリウム、他の固相成分又はこれらの固相成分の組合せが含まれ得るが、これらに限定されない。固相成分すべてが、水性掘削液系の総固形分を共に構成している。いくつかの実施形態において、水性掘削液系は、水性掘削液組成物の総重量に対して、５０重量％以下の総固形分を有し得る。又は、他の実施形態において、水性掘削液系は、水性掘削液系の総重量に対して２５重量％以下又は１０重量％以下の固形分を有し得る。
【００３９】
水性掘削液系は、水性掘削液系の特性及び特徴を向上させるために、任意に１種以上の添加剤を含み得る。添加剤としては、乳化剤、流体損失制御添加剤、増粘剤（粘度制御剤）、アルカリ化合物、摩擦低減剤又はその組合せが含まれるが、これらに限定されない。水性掘削液系は、任意にｐＨ緩衝剤、電解質、グリコール、グリセロール、分散助剤、腐食防止剤、消泡剤及び他の添加剤又はその組合せも含み得る。実施形態において、水性掘削液系は、非ニュートン流体レオロジーを水性掘削液系に付与して、坑井の表面への岩石切削屑の持上げ及び運搬を容易にする増粘剤を任意に含み得る。増粘剤には、キサンタンガムポリマー（ＸＣポリマー）、ベントナイト、ポリアクリルアミド、ポリアニオン性セルロース又はその組合せが含まれ得るが、これらに限定されない。さらなる実施形態において、水性掘削液系は、「レブダスト（ｒｅｖ  ｄｕｓｔ）」として一般に既知の、微粉砕された変性カルシウムモンモリロナイト粘土などの摩擦低減材料を任意に含み得る。さらなる実施形態において、水性掘削液系は、「ｓｏｌｔｅｘ」として一般に既知の、アスファルトスルホン酸ナトリウムを任意に含み得る。他の実施形態において、水性掘削液系は、約０重量％〜２重量％、０．５重量％〜２重量％、０．５重量％〜１．５重量％、０．５重量％〜１重量％、１重量％〜２重量％、１重量％〜１．５重量％又は１．５重量％〜２重量％の添加剤を含み得る。
【００４０】
水性掘削液系は、少なくとも１種のｐＨ調整剤を任意に含み得る。実施形態において、水性掘削液系は、少なくとも１種のアルカリ化合物を任意に含み得る。アルカリ化合物としては、石灰（水酸化カルシウム又は酸化カルシウム）、ソーダ灰（炭酸ナトリウム）、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、他の強塩基又はこれらのアルカリ化合物の組合せが含まれ得るが、これらに限定されない。アルカリ化合物は、掘削作業中に水性掘削液系が遭遇する、例えばＣＯ２又はＨ２Ｓなどのガスと反応して、ガスが水系掘削液組成物の成分を加水分解することを防止し得る。他の実施形態において、水性掘削液系は、０．１重量％〜１重量％、０．１重量％〜０．８重量％、０．１重量％〜０．６重量％、０．１重量％〜０．４重量％、０．１重量％〜０．２重量％、０．２重量％〜１重量％、０．２重量％〜０．８重量％、０．２重量％〜０．６重量％、０．２重量％〜０．４重量％、０．４重量％〜１重量％、０．４重量％〜０．８重量％、０．４重量％〜０．６重量％、０．６重量％〜１重量％、０．６重量％〜０．８重量％又は０．８重量％〜１重量％のｐＨ調整剤を含み得る。
【００４１】
実施形態において、合成潤滑剤を含む水性掘削液系は、７〜１２、７〜１０．５、７〜１０、９〜１２、９〜１０．５、９〜１０、９．５〜１２、９．５〜１０．５、９．５〜１０、７．５〜９、７．５〜９．５又は１０〜１２のｐＨを有し得る。いくつかの実施形態において、合成潤滑剤を含む水性掘削液系は、９〜１０．５のｐＨを有し得る。
【００４２】
いくつかの実施形態において、合成潤滑剤を含む水性掘削液系は、加重材料を含み得る。いくつかの実施形態において、加重材料は、掘削液組成物が坑井を通って循環できないような過剰な加重材料を添加せずに、ある量によって掘削液組成物の密度を上昇させるのに十分な比重（ＳＧ）を有する粒子状固形物であり得る。加重材料は、２〜６の比重（ＳＧ）を有し得る。加重材料には、重晶石（最小ＳＧ：４．２０）、赤鉄鉱（最小ＳＧ：５．０５）、炭酸カルシウム（最小ＳＧ：２．７〜２．８）、菱鉄鉱（最小ＳＧ：３．８）、イルメナイト（最小ＳＧ：４．６）、他の加重材料又はこれらの加重材料の任意の組合せが含まれるが、これらに限定されない。合成潤滑剤を含む水性掘削液系の実施形態は、掘削液系の密度を上昇させて掘削液系に坑井を支持させて、ダウンホール地層内での液の坑井への流入を防止可能にするために十分な量の加重添加剤を含み得る。水性掘削液系に存在する加重剤の量は、必要な系の密度によって変わる。水性掘削液系の必要な密度が高いほど、系内の加重剤の量が多くなる。他の実施形態において、水性掘削液系は、１重量％〜５０重量％、１重量％〜４０重量％、１重量％〜３０重量％、１重量％〜２０重量％。１重量％〜１０重量％、１重量％〜５重量％、５重量％〜５０重量％、５重量％〜４０重量％、５重量％〜３０重量％、５重量％〜２０重量％、５重量％〜１０重量％、１０重量％〜５０重量％、１０重量％〜４０重量％、１０重量％〜３０重量％、１０重量％〜２０重量％、２０重量％〜５０重量％、２０重量％〜４０重量％、２０重量％〜３０重量％、３０重量％〜５０重量％、３０重量％〜４０重量％又は４０重量％〜５０重量％の加重剤を含み得る。いくつかの実施形態において、掘削液系の密度は、６５ポンド／立方フィート（ｐｃｆ）〜１６０ｐｃｆ又は７０ｐｃｆ〜９０ｐｃｆであり得る。
【００４３】
水性掘削液系の実施形態に含まれる合成潤滑剤は、水性掘削液系の潤滑性を上昇させ、掘削作業中のドリルストリングと坑井との間の摩擦を低下させ得る。合成潤滑剤を含む水性掘削液系の摩擦係数の減少により、ドリルストリングと坑井との間で受ける摩擦が低下する。摩擦係数は、標準の潤滑係数試験に従って測定され得る。具体的には、掘削液業界で一般的に使用される潤滑性試験装置（ＯＦＩ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｉｎｃ．（ＯＦＩＴＥ）、テキサス州ヒューストン）が利用され得る。いくつかの実施形態において、水性掘削液系は、ＡＰＩ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  １３Ｂに従って測定した場合、約０．０１〜約０．１０の熱間圧延前（ＢＨＲ）摩擦係数を有する。他の実施形態において、掘削液系は、約０．０１〜約０．１、約０．０１〜約０．０８、約０．０２〜約０．１、約０．０２〜約０．０８、約０．０３〜約０．１、約０．０３〜約０．０８、約０．０１〜約０．０５、約０．０１〜約０．０４、約０．０１〜約０．０３又は約０．０２５〜約０．０３５又は約０．０３のＢＨＲ摩擦係数を有する。いくつかの実施形態において、水性掘削液系は、ＡＰＩ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  １３Ｂに従って測定した場合、約０．０１〜約０．１０の熱間圧延後（ＡＨＲ）摩擦係数を有する。他の実施形態において、掘削液系は、約０．０１〜約０．１、約０．０１〜約０．０８、約０．０２〜約０．１、約０．０２〜約０．０８、約０．０３〜約０．１、約０．０３〜約０．０８、約０．０１〜約０．０５、約０．０１〜約０．０４、約０．０１〜約０．０３又は約０．０２５〜約０．０３５又は約０．０３のＡＨＲ摩擦係数を有する。
【００４４】
いくつかの実施形態において、水性掘削液系は、均質混合物である。そのような実施形態において、均質混合物は、植物性アルキルエステル及び植物性遊離脂肪酸が混合されて、水性掘削液系が固形物を含まないことを意味する。当分野で既知であるように、固形物は、液体脂肪酸をベース掘削液に添加すると、水性掘削液系中で形成され得る。これらの固形物の形成は、脂肪酸が掘削液系中で均一に分布できず、不均一な掘削液系を生じることに起因し得る。掘削液系中での固形物の形成は、掘削液系の主要な要件である、掘削液系の均質性を変化させる。したがって、掘削液系がこれらの固形物を含有する場合、それは掘削液系の許容される形態ではない。
【００４５】
合成潤滑剤を含む水性掘削液系は、掘削作業での使用に適合し得る。実施形態において、合成潤滑剤を含む水性掘削液系は、ボーリング作業でビット及びドリルストリングを冷却及び潤滑するための潤滑機能を提供する。合成潤滑剤は、水性掘削液系に潤滑性の向上を付与し、それによって掘削作業中のドリルストリング、パイプ及び坑井間の潤滑性を向上させて摩擦を低減する。坑井を掘削する方法は、合成潤滑剤を含む水性掘削液系の存在下で坑井内にてドリルを操作することを含む。
【００４６】
試験方法
【００４７】
粘度
水性掘削液系の粘度は、ＯＦＩ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｉｎｃ．製のＯＦＩＴＥモデル９００粘度計などの標準油田粘度計を使用して、２００８年３月に公開され、２０１７年に最終審査及び認証されたＡＰＩ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  Ｆｏｒ  Ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ（ＲＰ  １０Ｂ）で規定された試験方法に従って測定され得る。粘度は、１００平方フィートあたりの重量ポンド（ｌｂｆ／１００ｆｔ  ２）の単位での剪断応力として報告され得る。粘度計は、水性掘削液系の剪断速度を測定するためにも使用され得る。粘度は、熱間圧延前（ＢＨＲ）と熱間圧延後（ＡＨＲ）の両方で、６００回転毎分（ｒｐｍ）、３００ｒｐｍ、２００ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、６ｒｐｍ及び３ｒｐｍの剪断速度で測定され得る。熱間圧延は、エージングセル内で２１２°Ｆ（１００℃）〜２５０°Ｆ（１２１℃）及び５００ｐｓｉにて１６時間行われ得る。
【００４８】
ゲル強度
【００４９】
ゲル強度は、水性掘削液系が静的状態に維持される定義された期間の後に低下した剪断速度にて測定した、水性掘削液系の剪断応力を示す。低下した剪断速度における組成物の剪断応力は、３ｒｐｍなどの低下させたｒｐｍで操作された、ＯＦＩ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｉｎｃ製のＯＦＩＴＥモデル９００粘度計などの標準油田粘度計を使用して、２００８年３月に公開され、２０１７年に最終審査及び認証された  ＡＰＩ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  Ｏｎ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｇｅｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｏｆ  Ｃｅｍｅｎｔ  Ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｓ（ＲＰ  １０Ｂ−６／ＩＳＯ  １０４２６−６：２００８）に記載された試験方法に従って測定され得る。ゲル強度を測定するために、組成物を粘度計のスピンドルと接触させ、粘度計を６００回転毎分（ｒｐｍ）で操作することによって、水性掘削液系を最初に撹拌する。その後、粘度計を一定期間（期間）オフにする。１０秒ゲル強度の場合、期間は１０秒であり、１０分のゲル強度の場合、期間は１０分である。ゲル強度を測定するための他の期間が、ゲル強度の測定値に対して基準時間として使用され得ることが理解されるべきである。その間、組成物は静止して静止状態となる。期間が終了すると、粘度計は３ｒｐｍなどの低速で再びオンになり、低下した剪断速度を生成する。次いで、粘度計の読み取り値が得られる。水性掘削液系のゲル強度は、１００平方フィートあたりの重量ポンド（ｌｂｆ／１００ｆｔ２）の単位で報告される。
【００５０】
レオロジー
【００５１】
水性掘削液系のレオロジーは、ビンガムの塑性流動挙動に基づいてモデル化され得る。特に、水性掘削液系は、より小さい剪断応力にて剛体として挙動するが、より大きい剪断応力にて粘性流体として流動し得る。水性掘削液系のレオロジー挙動は、３ｒｐｍ、６ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、２００ｒｐｍ、３００ｒｐｍ又は６００ｒｐｍで操作されるＦＡＮＮ（登録商標）モデル３５粘度計を使用して、剪断応力、剪断速度又は両方を測定することによって達成され得る、異なる剪断速度における組成物に対する剪断応力を測定することによって求められ得る。水性掘削液系のレオロジーは、ビンガム塑性レオロジーモデルのパラメータである、塑性粘度（ＰＶ）及び降伏点（ＹＰ）から評価され得る。ＰＶは、組成物の固形物間の機械的相互作用に起因する流動に対する組成物の抵抗に関連があり、無限の剪断速度に外挿された組成物の粘度を表す。ＰＶは、加重材料などの水性掘削液系中の固形物の種類と濃度を反映している。より小さいＰＶが好ましい。水性掘削液系のＰＶは、スピンドル速度３００回転毎分（ｒｐｍ）及び６００ｒｐｍにて「ＦＡＮＮ」モデル３５粘度計を使用して、組成物の剪断応力を測定し、式３（式３）に従って、６００ｒｐｍの粘度測定値から３００ｒｐｍの粘度測定値を差し引くことによって推定され得て、式３は後で示す。水性掘削液系について求めたＰＶ値は、本開示ではセンチポアズ（ｃＰ）の単位で示す。
ＰＶ＝（６００ｒｐｍにおける粘度）−（３００ｒｐｍにおける粘度）  式３
【００５２】
水性掘削液系のＹＰ未満の剪断応力では、水性掘削液系は剛体として挙動し、水性掘削液系のＹＰより大きい剪断応力では、水性掘削液系は粘性流体として流動する。即ち、ＹＰは、流体を静的状態から移動させるために必要な応力の量を表す。ＹＰは、ビンガム塑性レオロジーモデルを剪断速度ゼロに外挿することによって求められる。水性掘削液系のＹＰは、式３によるＰＶから、式４（式４）に従って３００ｒｐｍにて測定した剪断応力からのＰＶを差し引くことによって概算され得て、式４は後で示す。
ＹＰ＝（３００ｒｐｍ読み取り値）−ＰＶ  式４
【００５３】
ＹＰは、１００平方フィートあたりの重量ポンド（ｌｂｆ／１００ｆｔ２）など、面積あたりの力として表される。水性掘削液系のＰＶ及びＹＰを測定及び決定する方法は、一般に掘削液に従来使用されている方法と矛盾がない。
【００５４】
ＡＰＩスパート損失試験
【００５５】
スパート損失は、コンピーテントで支配的なフィルタケーキの堆積前にフィルタ媒体を通過する液体の瞬間的な体積、即ち「スパート」）の測定値である。「コンピーテント」なフィルタケーキは、変形中に元の厚さを維持するものである。水性掘削液系のスパート損失は、２００８年３月に発行され、２０１７年に最終審査及び認証されたＡＰＩ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ（ＲＰ  １０Ｂ）に規定される試験方法に従って測定され得る。
【００５６】
ＡＰＩ流体損失テスト
【００５７】
ＡＰＩ流体損失は、周囲温度及び１００ｐｓｉの差圧における水性掘削液系の静的濾過挙動の測定値である。水性掘削液系の流体損失は、２００８年３月に発行され、２０１７年に最終審査及び認証されたＡＰＩ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ（ＲＰ  １０Ｂ）に規定される試験方法に従って測定され得る。
【００５８】
ＡＰＩフィルタケーキ厚
【００５９】
フィルタケーキ厚は、フィルタケーキの厚さの測定値である。水性掘削液系のフィルタケーキ厚は、２００８年３月に発行され、２０１７年に最終審査及び認証されたＡＰＩ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ（ＲＰ  １０Ｂ）に規定される試験方法に従って測定され得る。
【実施例】
【００６０】
以下の実施例は、本開示の１つ以上のさらなる特色を例示する。これらの実施例は、本開示の範囲又は添付の特許請求の範囲を限定することを決して意図するものではないことが理解されるべきである。
【００６１】
合成潤滑剤の潤滑効果を比較するために、５種類のＫＣｌポリマー水性掘削液系を調製した。第１の掘削液系である比較例Ａは、潤滑剤を添加していない掘削液である。第２の掘削液系である比較例Ｂは、２％の廃植物油のエステルを含む掘削液系である。第３の掘削液系である実施例Ｃは、１％の脂肪酸を含む掘削液系である。第４の掘削液系である実施例Ｄは、開示された合成潤滑剤を用いた掘削液系である。最後に、第５の掘削液系である実施例Ｅは、比較潤滑剤を用いた掘削液系である。各実施例の配合を表１に示し、以下の対応する段落で説明する。
【表１】
2021530600.tif 000002
【００６２】
比較例Ａ
【００６３】
表１に示し、上述したように、比較例Ａの配合は、潤滑剤が添加されていない。この掘削液系は、水３３２ｍＬ、ソーダ灰０．２５ｇ、ベントナイト５ｇ、ポリアニオン性セルロース３ｇ（ＨａｌｌｉｂｕｒｔｏｎからＰＡＣ−Ｒとして市販）、ＸＣポリマー１ｇ及びＫＣｌ  ２０ｇを合わせて調製した。
【００６４】
比較例Ｂ
【００６５】
表１に示し、上述したように、比較例Ｂの配合は、廃植物油から誘導した２％脂肪酸エステルを含む。この掘削液系は、水３３２ｍＬ、ソーダ灰０．２５ｇ、ベントナイト５ｇ、ポリアニオン性セルロース３ｇ、ＸＣポリマー１ｇ、ＫＣｌ  ２０ｇ及び廃植物油から誘導したメチルエステル７ｍＬを合わせて調製した。
【００６６】
メチルエステルを調製するために、使用した廃野菜の供給源は、レストランからの植物油及び調理油を使用した。廃植物油は、コーン油、ヒマワリ油、パーム油、カノーラ油及びラッカセイ油を含むが、これらに限定されない使用済み植物油の混合物であった。
【００６７】
次に、廃植物油に存在する食品及びその他の内容物を濾別して、原料廃油から不純物を除去し、濾過された原料油を製造した。この濾別ステップを行うために、低圧濾過セルを使用して、廃植物油中に存在する焼けた及び焼けていない食品残留物を含む不純物を除去した。低圧濾過セルには、５μｍを超える不純物を除去するためのサイズ５μｍ以下の濾紙が含まれていた。ある量の廃植物油を迅速に濾過するために、低圧セルに対して約５〜約１０ｐｓｉの一定圧力を維持した。
【００６８】
次いで、原料廃油をエステル化して、アルキルエステル生成物及びトリグリセリドを製造した。エステル化ステップは、磁気撹拌器を使用して乾燥条件下で廃植物油１リットルにつきＮａＯＨ約４．２２ｇを混合し、容器内の原料油に添加することによって行った。次いで、混合物を磁気撹拌器を使用して６時間撹拌して、相互作用を完了させた。次いで、全反応生成物を静的条件下で一晩放置して、容器底部でのグリセロール及びスラッジの沈降を完了させた。初期沈降段階の間、エステル層にエマルジョン形成副生成物が存在するために、あるエマルジョンが形成された場合は、容器を加熱して約８０℃で分解させるか、又は原料油１リットルにつき酢酸約１０ｍＬを添加することにより、油を分解させてエマルジョンの形成を防止した。
【００６９】
次に、エステル化ステップの間に製造されたアルキルエステル生成物及びトリグリセリドを分離した。これらの生成物を分離するために、完全に沈降させた後、上部の透明なエステル化油をゆっくりとデカントし、磁気撹拌器で撹拌しながら水を使用して数時間洗浄した。次いで、エステル化油及び洗浄水を静的条件下で一晩放置して、油相と水相を効果的に分離させた。分離した油相をゆっくりとデカントして、水相から除去した。次に、この洗浄工程を３回反復した。
【００７０】
最後に、アルキルエステル生成物を脱水した。最終洗浄後、洗浄したエステル化油を動的条件下でホットプレート及び磁気撹拌器を使用して８０℃まで１２時間加熱し、アルキルエステル生成物から水及びメタノールをさらに除去して、メチルエステルを製造した。
【００７１】
比較例Ｃ
【００７２】
表１に示し、上述したように、比較例Ｃの配合は、１％の植物性脂肪酸を含む。この掘削液系は、水３３２ｍＬ、ソーダ灰０．２５ｇ、ベントナイト５ｇ、ポリアニオン性セルロース３ｇ、ＸＣポリマー１ｇ、ＫＣｌ  ２０ｇ及び市販植物性脂肪酸であるＫｒａｔｏｎ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるＳｙｌｆａｔ  ＦＡ１  ３．５ｍＬを合わせて調製した。
【００７３】
実施例Ｄ
【００７４】
表１に示し、上述したように、実施例Ｄの配合は、開示された合成潤滑剤を含む。この掘削液系は、水３３２ｍＬ、ソーダ灰０．２５ｇ、ベントナイト５ｇ、ポリアニオン性セルロース３ｇ、ＸＣポリマー１ｇ、ＫＣｌ  ２０ｇ及び合成潤滑剤１０．５ｍＬを合わせて調製した。合成潤滑剤は、以下の段落の方法に従って調製した。
【００７５】
合成潤滑剤を調製するために、最初に、実施例Ｂで上述した方法に従ってメチルエステルを調製した。遊離脂肪酸の供給源は、主にリノール酸からなる、鎖長Ｃ１８で不飽和度の高いリノール酸から主になる、トール油脂肪酸であった。ここで、トール油はＫｒａｔｏｎ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＳＹＬＦＡＴ  ＦＡ１トール油脂肪酸であった。合成潤滑剤を製造するために、メチルエステルと遊離脂肪酸を、３．５ミリリットルに対する７．５ミリリットルの体積比（マッドバレルで２：１の比としても表すことができる）で混合した。ホットプレートを使用して、メチルエステルと遊離脂肪酸を約２００〜３００ｒｐｍの速度及び５０℃の温度にて混合して、均一なブレンドを生成した。次に、合成潤滑剤１０．５ｍＬを残りの成分と混合して、表１の調合に従って水性掘削液系を製造した。
【００７６】
比較例Ｅ
【００７７】
合成潤滑剤を含有する掘削液のレオロジー特性を比較するために、従来の市販潤滑剤（「比較潤滑剤」）を使用した。表１に示し、上述したように、比較例Ｅの配合は、３％の比較潤滑剤を含む。この掘削液系は、水３３２ｍＬ、ソーダ灰０．２５ｇ、ベントナイト５ｇ、ポリアニオン性セルロース３ｇ、ＸＣポリマー１ｇ、ＫＣｌ  ２０ｇ及び比較潤滑剤１０．５ｍＬを合わせて調製した。ここで使用した比較潤滑剤は、Ｂｒｉ−Ｃｈｅｍ  Ｓｕｐｐｌｙ，Ｌｔｄ．から供給されたＲａｄｉａｇｒｅｅｎ  ＥＭＥ  Ｓａｌｔであった。
【００７８】
水性掘削液サンプルの比較
【００７９】
各実施例は、開示された試験方法に従って、スパート損失、流体損失、フィルタケーキ厚、ＢＨＲ及びＡＨＲについて試験した。５種類の掘削液系それぞれのＢＨＲ及びＡＨＲに関する摩擦係数（ＣＯＦ）値は、Ｏｆｉｔｅ潤滑性メータを使用し、標準として脱イオン水を使用して測定した。粘度は、熱間圧延前（ＢＨＲ）と熱間圧延後（ＡＨＲ）の両方で、６００ｒｐｍ、３００ｒｐｍ、２００ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、６ｒｐｍ及び３ｒｐｍの剪断速度で測定した。熱間圧延は、エージングセル内で２５０°Ｆ（１２１℃）及び５００ｐｓｉにて１６時間行った。測定したＣＯＦ値を表２に示す。これらの値を使用して、合成潤滑剤と比較潤滑剤の効果を比較した。５つの実施例に対するこれらの各テストの結果を表２に示す。
【表２】
2021530600.tif 000003
【００８０】
表２に与えた結果によって示されるように、比較例Ａ、Ｂ及びＥ及び実施例Ｄは、スパート損失、流体損失又はフィルタケーキ厚さについて同等の値を有する。また、表２に示す結果は、潤滑剤を含まない掘削液である比較例Ａの摩擦係数（ＣＯＦ）が０．３０と測定されたことを示す。比較例Ａを使用して、各潤滑剤の潤滑効果を測定した。第一に、潤滑剤として２％の廃植物油のエステルを有する比較例Ｂは、ベース掘削液の潤滑性の改善にほとんど効果を示さなかった（比較例Ａ）。潤滑剤の量を３％に増加しても、潤滑性の向上には効果がない。このことは、比較例ＢのＢＨＲ及びＡＨＲが、比較例Ａの０．３１及び０．３０と比較してそれぞれ０．２８と０．１７であったことから明らかである。
【００８１】
第二に、潤滑剤として１％脂肪酸を使用した比較例Ｃでは、結果が、この潤滑剤が潤滑性を改善することと、実施例Ａの０．３１及び０．３のＢＨＲ及びＡＨＲをそれぞれ０．０３及び０．０２（比較例Ｃ）まで低下させることに有効であり得ることを示しているように思われる。しかし、比較例Ｃで使用される潤滑剤を選択することに関して他の問題があると思われる。ベース掘削液配合に液体脂肪酸を添加すると、掘削液系中に白色固形物が形成された。これは、比較例Ｃで潤滑剤の添加量を１％から３％に増加させると、より多くの固形物が形成されるためである。この観察結果は、比較例Ｃの脂肪酸が掘削液系中で均一に分布することができず、不均一な掘削液系を生じることに起因し得る。掘削液系中での固形物の形成は、掘削液の主要な要件である、掘削液系の均一性を変化させる。掘削液に添加され得るいずれの添加剤も、レオロジー、均質性、濾過制御特性などの基本的な掘削液の特性及び品質を変化させないことが重要である。したがって、掘削液系の表面に浮遊する白色固形物を生成した比較例Ｃは、掘削液系の許容可能な形態ではない。
【００８２】
第三に、実施例Ｄは、対照液の均一性を維持又は保持しながら、改善された潤滑効果を、それぞれ０．０３及び０．０３１のＢＨＲ及びＡＨＲと共に示した。これらの結果は、開示された合成潤滑剤が、潤滑剤を含まない掘削液（比較例Ａ）と比較して、摩擦を約１０分の１まで低下させることに直接の影響を有することを示している。さらに実施例Ｄは、不均一系を生成する固形物が形成されなかったため、掘削液の品質に悪影響を及ぼさない。したがって、廃植物油から誘導されたアルキルエステルが、植物性遊離脂肪酸を掘削液系全体に分散させる役割を果たし、その結果、均一な水性掘削液系が生じることが明らかである。
【００８３】
最後に、比較潤滑剤を含む比較実施例Ｅは、０．１１及び０．０９のＢＨＲ及びＡＨＲ測定値を示し、これは実施例Ｄの値である０．０３及び０．０３１をそれぞれはるかに下回っていた。したがって、これらの結果から、合成潤滑剤を含む実施例Ｄは、水性掘削液系における比較潤滑剤を上回って改善された結果の改善を示すことが明らかである。
【００８４】
さらに、開示された試験方法に従って、各実施例のレオロジー特性について試験を行った。５つの実施例に対するこれらの各テストの結果を表３に示す。比較例Ｃは、掘削液が不均一であったため、そのレオロジー特性は試験できなかった。比較例Ｃにおけるこの不均一性は、配合中の脂肪酸によって生じた。
【表３】
2021530600.tif 000004
【００８５】
表３に示すように、比較例Ａ、Ｂ及びＥ並びに実施例Ｄのレオロジー特性も同等であった。これらの結果により、比較例Ｂ及びＥ並びに実施例Ｄの潤滑剤が、潤滑剤を含まない元の掘削液配合（比較例Ａ）の濾過制御特性及びレオロジーに同様の影響を有することが説明される。
【００８６】
したがって、表２〜３の結果及び上記の考察に基づいて、開示された合成潤滑剤によって、掘削液系の摩擦係数が低減されることにより掘削液系の潤滑性が改善されることと、掘削液系の均一性がなお維持されることとの適切なバランスが実現されることが明らかである。
【００８７】
ある特性に対応する任意の２つの定量値は、その特性の範囲を構成し得て、所与の特性の提示した定量値すべてから形成される範囲の組合せすべてが、本開示において検討されることを理解されたい。組成物又は配合中の化学構成成分の組成範囲は、いくつかの実施形態において、その構成成分の異性体の混合物を含有するとして認識されるべきである。実施例が様々な組成物の組成範囲を与え、特定の化学組成の異性体の総量が範囲を構成できることが認識されるべきである。
【００８８】
以下の特許請求の範囲の１つ以上が、「ｗｈｅｒｅ」という用語を移行句として利用することに留意されたい。本技術を定義する目的のために、この用語は、構造の一連の特徴の記述を導入するために使用されるオープンエンドな移行句として特許請求の範囲に導入され、より一般的に使用されるオープンエンドなプレアンブル用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様に解釈すべきであることに留意されたい。
【００８９】
本開示の主題を詳細に、かつ具体的な実施形態を参照して説明してきたが、本開示に記載された様々な詳細事項が、本明細書に付随する各図面に特定の要素が示されている場合であっても、これらの詳細事項が本開示に記載された様々な実施形態の必須構成要素である要素に関連することを示唆するとして解釈すべきでないことに留意されたい。むしろ、添付された特許請求の範囲は、本開示の幅及び本開示に記載の様々な実施形態の対応する範囲の唯一の表現として解釈されるべきである。さらに、特許請求された主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく、記載した実施形態に様々な変更及び変形がなされ得ることは、当業者には明らかであるはずである。したがって、本明細書は、様々な記載した実施形態の変更及び変形が添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内に入るならば、そのような変更及び変形を網羅するものである。
【００９０】
本開示は、１つ以上の非限定的な態様を含む。第１の態様は、水性掘削液と、植物性アルキルエステル及び植物性遊離脂肪酸を含む合成潤滑剤であって、植物性遊離脂肪酸よりも多くの植物性アルキルエステルを含む、合成潤滑剤とを含む、水性掘削液系を含み得る。
【００９１】
第２の態様は、植物性遊離脂肪酸に対する植物性アルキルエステルの比が重量で１．５：１〜３：１である、第１の態様を含み得る。
【００９２】
第３の態様は、植物性アルキルエステルが植物性油から誘導される、第１又は第２の態様のいずれかを含み得る。
【００９３】
第４の態様は、合成潤滑剤が均質混合物である、第１〜第３の態様のいずれかを含み得る。
【００９４】
第５の態様は、ＡＰＩ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  １３Ｂに従って測定した場合、掘削液系が約０．０１〜約０．１０の熱間圧延前（ＢＨＲ）摩擦係数を有する、第１〜第４の態様のいずれかを含み得る。
【００９５】
第６の態様は、ＡＰＩ  Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  １３Ｂに従って測定した場合、掘削液系が約０．０１〜約０．０９の熱間圧延後（ＡＨＲ）摩擦係数を有する、第１〜第５の態様のいずれかを含み得る。
【００９６】
第７の態様は、系が、系の総重量に対して、約０．５重量パーセント（重量％）〜約５重量％の合成潤滑剤を含む、第１から第６の態様のいずれかを含み得る。
【００９７】
第８の態様は、水性坑井掘削液系を製造する方法であって、植物性アルキルエステルと植物性遊離脂肪酸を混合して合成潤滑剤を製造するステップであって、合成潤滑剤が植物性遊離脂肪酸よりも多くの植物性アルキルエステルを含む、ステップと、合成潤滑剤を水性掘削液と混合して、水性坑井掘削液系を形成するステップとを含む、方法を含み得る。
【００９８】
第９の態様は、植物性遊離脂肪酸に対する植物性アルキルエステルの比が重量で約１．５：１〜約３：１である、第８の態様を含み得る。
【００９９】
第１０の態様は、廃植物油から植物性アルキルエステルを誘導するステップをさらに含む、第８又は第９の態様のいずれかを含み得る。
【０１００】
第１１の態様は、合成潤滑剤が均質混合物である、第８〜第１０の態様のいずれかを含み得る。
【０１０１】
第１２の態様は、植物性アルキルエステルと植物性遊離脂肪酸とを混合して合成潤滑剤を製造するステップが、低剪断においてである、第８〜第１１の態様のいずれかを含み得る。
【０１０２】
第１３の態様は、植物性アルキルエステルと植物性遊離脂肪酸とを混合して合成潤滑剤を製造するステップが、摂氏約４０度（℃）〜約６０℃の温度においてである、第８〜第１２の態様のいずれかを含み得る。
【０１０３】
第１４の態様は、植物性アルキルエステル及び植物性遊離脂肪酸が水性掘削液とは別に混合されて、合成潤滑剤を製造する、第８〜第１３の態様のいずれかを含み得る。
【０１０４】
第１５の態様は、触媒の存在下で脂肪酸を含む原料油を短鎖アルコールでエステル化することから植物性アルキルエステルを誘導するステップをさらに含む、第８〜第１４の態様のいずれかを含み得る。
【国際調査報告】
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