Смазочная добавка для буровых растворов
Владельцы патента RU 2278889:
Бортов Анатолий Васильевич (RU)
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Бурение" (RU)
Изобретение относится к бурению нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин, а именно к смазочным добавкам для обработки буровых растворов, в том числе утяжеленных. Техническим результатом предлагаемого изобретения является сохранение высоких показателей смазочных и антиприхватных свойств в утяжеленных буровых растворах и одновременно понижение пенообразующей способности. Смазочная добавка для буровых растворов содержит, мас. %: жирные кислоты триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24 60-70, нейтрализующий агент 2-4, замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26 4-26, олигоорганоалкоксисилоксан 5-25, воду остальное. 2 табл.
Изобретение относится к бурению нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин, а именно к смазочным добавкам для обработки буровых растворов, в том числе утяжеленных.
Известно применение в качестве смазочной добавки к буровым растворам смеси [1], состоящей из следующих компонентов, мас.%:
| Жирные кислоты синтетические и/или | |
| природные с С7 | |
| и выше | 20-85% |
| Низшие одноатомные спирты с С2-5, | |
| полиэтиленгликоли, | |
| полипропиленгликоли | 10-40 |
| Неорганические основания и их смеси | |
| в качестве нейтрализующего агента | 1-8 |
| Азотсодержащие органические основания и их смеси | 0,1-20 |
| Вода | Остальное |
Указанный состав малотоксичен, улучшает смазочные свойства бурового раствора (коэффициент трения пары "металл-металл"). Однако буровой раствор, обработанный вышеуказанной композицией, имеет низкие значения антиприхватных (антифрикционных) свойств буровых растворов (высокие значения коэффициента потенциального прихвата - Кп пары "металл - глинистая корка").
Известно применение в качестве смазочной добавки к буровым растворам состава [2], содержащего (мас.%):
| Жирные кислоты с числом углеродных атомов от 16 до 18, | |
| оксиэтилированные 6-12 молями окиси этилена, | 15-40 |
| Жирные кислоты с числом углеродных атомов от 14 до 24 | 50-80 |
| Нейтрализующий агент | 3-6 |
| Вода | Остальное |
Однако известный состав, наряду с высокими показателями смазочных свойств бурового раствора (пара "металл - металл"), обладает недостаточно высокими антиприхватными свойствами на границе пары "металл-глинистая корка").
Наиболее близким аналогом является смазочная добавка к буровым растворам, содержащая мас.% [3]:
| Жирные кислоты триглицеридов с числом | |
| углеродных атомов от 14 до 24 | 50-80 |
| Нейтрализующий агент | 3-6 |
| Замещенные аммонийные соли жирных кислот | |
| с числом углеродных атомов от 10 до 26 | 5-40 |
| Вода | Остальное |
Однако данный состав обладает повышенными пенообразующими свойствами и имеет невысокие значения показателей смазочных свойств в утяжеленных буровых растворах. Указанный состав при применении в буровых растворах требует дополнительной обработки раствора пеногасителями.
Технической задачей предлагаемого изобретения является сохранение высоких показателей смазочных и антиприхватных свойств в утяжеленных буровых растворах и одновременно понижение пенообразующей способности.
Поставленная задача достигается тем, что смазочная добавка для буровых растворов, содержащая жирные кислоты триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24, замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26, нейтрализующий агент и воду, дополнительно содержит олигоорганоалкоксисилоксан, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
| Жирные кислоты триглицеридов | |
| с числом углеродных атомов от 14 до 24 | 60-70 |
| Нейтрализующий агент | 2-4 |
| Замещенные аммонийные соли жирных кислот | |
| с числом углеродных атомов от 10 до 26 | 4-26 |
| Олигоорганоалкоксисилоксан | 5-25 |
| Вода | Остальное |
Олигоорганоалкоксисилоксан представляет собой жидкий полимер из группы олигомерных веществ, применяемых в различных областях промышленности в качестве жидких рабочих сред для различных приборов и механизмов, дисперсионных сред, теплоносителей, разделительных жидкостей и антивспенивателей.
В совокупности с ингредиентами заявляемой смазочной добавки олигоорганоалкоксисилоксан проявил, наряду с известными свойствами, антивспенивающими и смазочными, новое свойство - повышение антиприхватного действия буровых растворов, в том числе утяжеленных, чем и решает поставленную задачу.
Составы заявленной смазочной добавки (примеры 2-5), запредельных и аналога (примеры 1, 6, 7) приведены в таблице 1.
Технологические показатели вышеуказанных смазочных добавок по примерам 1-7 приведены в таблице 2.
Заявленную смазочную добавку получают следующим образом.
В реактор загружают натуральную жиромассу, содержащую жирные кислоты триглицеридов, нагревают, например, до 40-50°С, затем в реактор добавляют расчетное количество нейтрализующего агента (КОН или другой) для частичной нейтрализации свободных кислот, воду. Массу перемешивают в течение 45-90 минут. В процессе перемешивания вводят расчетное количество замещенных аммонийных солей жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26, доводят температуру до 60-70°С и перемешивают в течение 1,5-2,0 часов. К готовому продукту добавляют олигоорганоалкоксисилоксан в количестве 5-25 мас.%, перемешивают в течение 15-30 минут. Готовый продукт сливают в тару.
Пример №1 (таблица 1, состав №4): для приготовления 1 л смазочной добавки берут 700 г натуральной жиромассы, содержащей жирные кислоты триглицеридов, и нагревают до 40-50°С, затем вносят 40 г КОН, 60 г воды. Массу перемешивают в течение 60 мин на лабораторной мешалке. В процессе перемешивания вводят 50 г замещенных аммонийных солей жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26. Смесь нагревают до 60-70°С и перемешивают на лабораторной мешалке 2,0 часа. К готовому продукту добавляют олигоорганоалкоксисилоксан в количестве 150 г, перемешивают в течение 30 минут. Готовый продукт используют для дальнейших исследований. Аналогично готовят и другие составы, приведенные в таблице 1.
Для оценки эффективности предлагаемой смазочной добавки в лабораторных условиях проведены исследования технологических свойств растворов на стандартных приборах в соответствии с методикой контроля параметров буровых растворов РД 39-22-645-81.
Смазочные свойства определяли по коэффициенту трения (Ктр) пары "металл-металл" на приборе фирмы NL Baroid (США) в соответствии с международным стандартом. API R13B (при нагрузке 1,03 МПа, 60 об/мин).
| Таблица 1. | |||||
| Составы смазочных добавок | |||||
| № образца | Жирные кислот триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24 | Нейтрализующий агент | Замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26 | Вода | Олигоорганоалкоксисилоксан |
| 1 | 55 | 5 | 33 | 4 | 3 |
| 2 | 60 | 4 | 26 | 5 | 5 |
| 3 | 65 | 2 | 18 | 8 | 7 |
| 4 | 70 | 4 | 5 | 6 | 15 |
| 5 | 63 | 3 | 4 | 5 | 25 |
| 6 | 62 | 3 | 3 | 5 | 27 |
| 7 | 75 | 5 | 10 | 10 | - |
| Таблица 2. | ||||||||
| Технологические показатели смазочных добавок по примерам 1-7 | ||||||||
| № образца | Содержание смазочных добавок в утяжеленном БР* | 1,0% водный раствор смазочной добавки, ΔКтр | П, см3 | В, % | Тзамера, °С | |||
| ΔКп | ΔКтр | |||||||
| 1,0% | 2,0% | 1,0% | 2,0% | |||||
| 1 | 37,0 | 50,2 | 40,5 | 50,0 | 72,0 | 10 | 5 | 22 |
| 2 | 49,8 | 64,1 | 41,0 | 58,2 | 74,5 | 0 | 0 | 22 |
| 3 | 54,2 | 65,0 | 43,1 | 67,0 | 80,5 | 0 | 0 | 22 |
| 4 | 61,3 | 66,4 | 59,6 | 74,5 | 82,0 | 0 | 0 | 22 |
| 5 | 60,2 | 65,2 | 54,5 | 70,2 | 76,4 | 0 | 0 | 22 |
| 6 | 52,3 | 54,2 | 46,0 | 62,0 | 64,8 | 0 | 0 | 22 |
| 7 | 27,0 | 35,1 | 50,0 | 58,0 | 78,0 | 30 | 15 | 22 |
| *) - Модельный глинистый буровой раствор содержит (мас.%) бентопорошок ПБМВ 10, КМЦ 85/600 0,2, барит 17 и воду остальное. |
Снижение коэффициента трения водных растворов смазочной добавки вычисляли по формуле:
где К трд.в. - коэффициент трения дистиллированной воды;
Kтрi - коэффициент трения водных растворов смазочной добавки различной концентрации.
Для буровых растворов ΔКтр вычисляли аналогично, замеряя коэффициент трения исходного раствора и раствора со смазочной добавкой.
Пенообразующая способность образцов смазочных добавок оценивалась на 1% водных растворах, перемешанных в течение 3 мин при 9500-11000 об/мин. Пенообразующая активность (П, см3) определялась как разность между объемами вспененного раствора после 3 мин отстаивания (Vp) и объемом исходного раствора (200 см3) по формуле: П=Vp-200 см3. Вспениваемость (В, %) водного раствора рассчитывали по формуле
Антиприхватные свойства определяли по коэффициенту потенциального прихвата (Кп) пары "металл - глинистая корка" на приборе Sticking Tester фирмы NL Baroid (США) при давлении 3,34 МПа. Снижение коэффициента дифференциального прихвата труб определяли на приборе Sticking Tester OFI (США) по формуле:
где Кп0 - коэффициент дифференциального прихвата исходного глинистого раствора, Kп1 - коэффициент дифференциального прихвата глинистого раствора, содержащего смазочную добавку.
Сравнительные испытания образцов показали высокую эффективность введения олигоорганоалкоксисилоксанов в рекомендуемых концентрациях (табл.1, 2).Составы сохраняют высокий уровень смазочных свойств водных растворов - ΔКтр изменяется от 74,5 до 82,0%. Снижение коэффициента трения утяжеленных растворов составляет 41,0-54,5% при одном проценте в составе и 58,2-74,5% при двух процентах. Антиприхватные свойства утяжеленных буровых растворов улучшены в 1,9-2,3 раза по сравнению с известными смазочными добавками, величина снижения ΔКп для которых составляет 27,0 и 35,1 в концентрации 1 и 2% соответственно. Предлагаемая смазочная добавка, сохраняя высокие показатели смазочных и антиприхватных свойств, одновременно снижает до нуля пенообразующую способность, что очень важно для применения смазочных добавок при бурении.
Источники информации
1. Патент РФ №2163617, С 09 К 7/02, 2001.
2. Патент РФ №2106382, С 04 К 7/02, 1998.
3. Патент РФ №2230769, С 04 К 7/02, 2002.
Смазочная добавка для буровых растворов, содержащая жирные кислоты триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24, нейтрализующий агент, замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26 и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит олигоорганоалкоксисилоксан при следующем соотношении компонентов, мас.%
| Жирные кислоты триглицеридов с числом углеродных | |
| атомов от 14 до 24 | 60-70 |
| Нейтрализующий агент | 2-4 |
| Замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом | |
| углеродных атомов от 10 до 26 | 4-26 |
| Олигоорганоалкоксисилоксан | 5-25 |
| Вода | Остальное |
