Многофункциональная твердая смазочная композиция "микан-40" для буровых растворов

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к составам смазочных добавок для буровых растворов. Технический результат изобретения - создание многофункциональной твердой смазочной композиции, которая обладает хорошими смазочными и противоизностыми свойствами, хорошо эмульгируется в растворе, обладает противоприхватными свойствами, служит кольматирующим реагентом для снижения поглощений раствора, не вызывает пенообразования, технологична в применении и хранении в зимних условиях. Многофункциональная твердая смазочная композиция «Микан-40» для буровых растворов содержит жирные кислоты - отработанные растительные масла, нанесенные на тонкоизмельченный природный сорбент мусковит при следующем соотношении компонентов, мас.%: мусковит 40-95, отработанные растительные масла 5-60. 3 табл.

 

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к составам смазочных добавок для буровых растворов.

В последние годы смазочные добавки для буровых растворов из ряда вспомогательных веществ специального назначения, как они ранее классифицировались, уверенно переходят в состав основных реагентов. В первую очередь это вызвано тем, что для бурения наклонных, сильно искривленных и горизонтальных скважин, где потенциально велики энергозатраты на преодоление силы трения колонны труб о стенки скважины, огромное значение придается смазывающей способности буровых растворов. Накоплен определенный промышленный опыт по улучшению смазочных свойств буровых растворов за счет введения различных смазочных добавок. Наиболее эффективными смазочными добавками к буровым растворам являются вещества, содержащие различные карбоновые кислоты, спирты и их производные. Но эти смазки, как правило, вязкие жидкости, использование которых в суровых условиях Крайнего Севера вызывает технологические трудности.

Известна эффективная смазочная добавка Лубри-М (С.А.Рябоконь, Ю.Н.Мойса и др. Смазочная добавка Лубри-М с улучшенными антиприхватными и поверхностно-активными свойствами для бурения на месторождениях НК "ЮКОС-ЭП" - Нефтяное хозяйство, 2002, №11, с.44-46). К недостаткам известной добавки также относятся ее жидкая товарная форма и высокая поверхностная активность, вызывающая значительное снижение плотности бурового раствора (вспенивание). Это требует дополнительного применения пеногасителей.

При строительстве скважин до настоящего времени применялась твердая смазочная добавка графит (Н.Г.Коваленко и др. Использование графита при бурении скважин - РНТС Бурение, 1974, №2, с.17-19), которая не отличается высокой эффективностью, но технологична в применении, устойчива к действию агрессивных сред. В последние годы наблюдается дефицит в снабжении графитом из-за распада союза и нехватки собственных месторождений.

Проведенные исследования показали возможность замены графита на микронизированный мусковит.

Мусковит характеризуется более высокими смазочными и противоизносными свойствами, экологической безопасностью и не оказывает отрицательного влияния на параметры бурового раствора.

Известна смазочная добавка в гранулированной товарной форме серии "Спринт" на основе синтетических жирных кислот (Ю.Н.Мойса и др. Опыт применения смазочной добавки серии "Спринт" в гранулированной товарной форме. - Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 1999, №7-8, с.23-27). Эта добавка обладает хорошими смазочными и противоизносными свойствами, но вызывает вспенивание раствора, что усложняет технологию ее применения.

Известна многофункциональная твердая смазочная композиция для буровых растворов, содержащая жирные кислоты, нанесенные на тонкоизмельченный природный сорбент (US 4356096, 26.10.1982 - наиболее близкий аналог).

Задача изобретения - обеспечение смазочных свойств бурового раствора для профилактики осложнений, улучшения буримости, уменьшения всех видов износа бурильного инструмента, безаварийности проводки скважин.

Технический результат изобретения - создание многофункциональной твердой смазочной композиции, которая обладает хорошими смазочными и противоизностыми свойствами, хорошо эмульгируется в растворе, обладает противоприхватными свойствами, служит кольматирующим реагентом для снижения поглощений раствора, не вызывает пенообразования. Ее применение и хранение в зимних условиях отличается лучшей технологичностью.

Поставленная задача и технический результат достигаются созданием многофункциональной твердой смазочной композиции «Микан-40» для буровых растворов, содержащей жирные кислоты - отработанные растительные масла, нанесенные на тонкоизмельченный природный сорбент мусковит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

мусковит	40-95
отработанные растительные масла	5-60

В качестве отработанных растительных масел могут использоваться отходы, получаемые при использовании соевого, подсолнечного, хлопкового, кукурузного и других масел.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были приготовлены 7 смесей с использованием отработанного соевого масла (таблица 1).

Таблица 1
Состав	Соотношение компонентов, %
Состав 1	мусковит отходы соевого масла	98 2
Состав 2	мусковит отходы соевого масла	95 5
Состав 3	мусковит отходы соевого масла	80 20
Состав 4	мусковит отходы соевого масла	70 30
Состав 5	мусковит отходы соевого масла	60 40
Состав 6	мусковит отходы соевого масла	50 50
Состав 7	мусковит отходы соевого масла	40 60

Процесс приготовления смазочной композиции заключается в следующем: мусковит заливается в заданном соотношении отходами соевого масла при температуре (20,0±2,0)°С, выдерживается в течение 1 часа при периодическом перемешивании на лабораторной мешалке, высушивается на воздухе и готов к применению в качестве добавки в буровой раствор.

При проведении лабораторных испытаний был использован мусковит по ТУ 5725-001-31894267-02 со следующими характеристиками, приведенными в таблице 2.

Таблица 2
Наименование показателя	Значение
1. Массовая доля слюды, %, не менее	98,0
2. Массовая доля минеральных примесей (кварц, полевой шпат и др.), %, не более	0,5
3. Массовая доля химических компонентов: - оксида кремния, %, не менее - оксида алюминия, %, не менее - оксида калия, %, не менее - оксида суммарного железа, %, не более - оксида магния, %, не более	45,0 35,0 9,0 2,0 1,5
4. Белизна (усл.ед.), не менее	80,0
5. Массовая доля водорастворимых солей, не более	0,3
6. Концентрация водородных ионов в 10%-ой водной суспензии, в пределах	7,0-9,0
7. Массовая доля остатка на сите №0045К, %, не более	5,0
8. Массовая доля частиц с диаметром эквивалентной сферы, %, не менее - мельче 20 мкм - мельче 10 мкм - мельче 5 мкм	60,0 30,0 5,0
9. Плотность, г/см3	2,8
10. Массовая доля влаги, %, не более	1,0

Отходы соевого масла это многотоннажный продукт пищевой промышленности со следующими средними характеристиками:

плотность	от 1,027 до 1,092 г/см3;
кислотное число	от 4,61 до 5,90 мг КОН/г.

В лабораторных условиях измерено влияние на технологические показатели буровых глинистых растворов заявляемого смазочного реагента и известного. При испытаниях использованы аттестованные методики выполнения измерений на стандартных приборах. Коэффициент липкости глинистой корки оценивался на приборе ФСК-2 (Уфимский нефтяной институт), коэффициент трения по тестеру смазочной способности фирмы "ОПТЕ" (США). Результаты испытаний представлены в таблице 3.

Из таблицы 3 видно, что предлагаемый состав смазочной композиции (составы 1, 2, 3) вызывает уменьшение коэффициента липкости корки на 40-70%, коэффициента трения на 28-62% в сравнении с контрольным раствором, для известного раствора это снижение соответственно составляет 30 и 66%. В известном растворе наблюдается пенообразование, о чем свидетельствует понижение его плотности. В растворах с составом по изобретению плотность несколько увеличивается за счет содержания минерального компонента, поверхностная активность отходов соевого масла уменьшается за счет ввода его в состав композиции, пенообразование отсутствует. Кроме того, происходит уменьшение проницаемости глинистой корки (до 23%), чего не наблюдается в известном растворе. Этот фактор позволяет снижать вероятность поглощения раствора в условиях разбуривания высокопроницаемых пород. Растворы с оптимальным соотношением заявляемой смазочной композиции сохраняют свои смазочные, противоприхватные и противоизносные свойства при действии высокой температуры 130°С в течение 3 часов (таблица 3, позиция 3).

В заявляемой смазочной композиции при оптимальном соотношении компонентов происходит синергическое усиление эффективности смазочного и противоприхватного действия отдельных компонентов смеси. Мусковит в качестве сорбента концентрирует жирные кислоты отработанных растительных масел на стенках скважины, уменьшая их липкость, и снижает тем самым опасность прихватов бурильных труб, а также способствует образованию более прочной пленки, служащей буфером между трущимися поверхностями, что в конечном счете снижает износ. Отходы соевого масла, являясь носителями жирных кислот, обеспечивающих смазочный эффект, дополнительно ослабляют связь между пластинками мусковита и позволяют им свободно перемещаться относительно друг друга с небольшими затратами энергии и низким коэффициентом трения.

В России создана сырьевая база мусковита мирового значения, причем в настоящее время в стране наблюдается явный кризис в сфере спроса и потребления мусковита и других слюд, обусловленный кризисом в потребляющих отраслях отечественной промышленности (А.В.Ткачев и др. Сырьевая база мусковита России: перспективы освоения и развития - Минеральные ресурсы России. - Экономика и управление, 2002, №3, с.10-17).

Отходы растительного масла также образуются в значительных количествах на территории Москвы и Московской области. Приготовлена опытная партия смазочной композиции заявляемого состава для проведения опытно-промышленных испытаний в качестве смазочной добавки в буровые растворы при строительстве скважин.

Таблица 3 Влияние смазочных композиций на технологические показатели глинистых суспензий
Состав раствора	Технологические показатели
ρ, кг/м3	Т, с	CHC1/10, дПа	Ф, см3/30 мин	К, мм	ϕск	η мПа·с	τ0, дПа	рН	n	ϕтр	K'×10-6, мкм2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1. Раствор с известным
составом:
глинопоршок - 5%;	1000	19,0	4,0/9,0	20,0	1,5	0,35	5,0	11,0	9,8	0,60	0,20	14,5
спринт (гран.) - 2%;
вода - 93%.
2. Растворы с заявляемым
составом:
2.1. глинопоршок - 5%;	1041	20,5	12,2/20,0	19,5	1,5	0,30	5,3	5,0	9,80	0,80	0,50	9,0
состав 1 - 4%;
вода - 91%.
2.2. глинопоршок - 5%;
состав 2 - 4%;	1040	20,0	8,0/19,2	20,0	1,5	0,30	5,5	33,5	9,78	0,53	0,43	10.5
вода - 91%.
2.3. глинопоршок - 5%;
состав 3 - 4%;	1040	20,0	8,0/19,2	20,0	1,2	0,30	5,5	33,5	9,78	0,85	0,42	8,5
вода - 91%.
2.4. глинопоршок - 5%;
состав 4 - 4%;	1030	16,0	9,6/20,1	20,0	1,3	0,27	4,0	4,8	9,74	0,85	0,40	10,7
вода - 91%.
2.5. глинопоршок - 5%;
состав 6 - 4%;	1035	18,0	12,0/28,0	17,5	1,1	0,25	4,8	-	9,65	0,80	0,33	11,3
вода - 91%.
2.6. глинопоршок - 5%;
состав 5 - 4%;	1038	19,4	31,1/38,3	16,8	1,0	0,15	5,5	33,5	9,45	0,53	0,23	12,1
вода - 91%.
2.7. глинопоршок - 5%;
состав 7 - 4%;	1037	17,5	10,0/25,0	17,0	1,0	0,20	5,0	32,0	9,40	0,50	0,22	15,5
вода - 91%.
3. Растворы с заявляемым
составом после
термостатирования при 130°С
3 часа:	1040	19,2	3,6/6,2	22,0	1,6	0,25	7,5	9,6	9,33	0,80	0,31	11,5
3.1. глинопоршок - 5%;
состав 1 - 4%;
вода - 91%.
3.2. глинопоршок - 5%;
состав 2 - 4%;	1040	23,0	7,2/12,5	17,0	1,0	0,20	10,5	19,2	9,23	0,79	0,29	11,77
вода - 91%.
4. Контрольный раствор:
глинопорошок - 5%;	1030	15,4	13,9/20,6	22,0	1,5	0,50	3,0	20,4	9,89	0,40	0,59	14,6
вода - 95%.
Примечание - ρ - плотность; Т - условная вязкость; СНС - статическое напряжение сдвига; Ф - фильтрация; К - толщина корки; ϕск - коэффициент липкости корки; η - пластическая вязкость; τ0 - динамическое напряжение сдвига; рН - водородный показатель; n - показатель нелинейности; ϕтр - коэффициент трения; К' - проницаемость корки

Многофункциональная твердая смазочная композиция для буровых растворов, содержащая жирные кислоты, нанесенные на тонкоизмельченный природный сорбент, отличающаяся тем, что она содержит в качестве указанного сорбента мусковит, в качестве жирных кислот - отработанные растительные масла при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мусковит	40-95
Отработанные растительные масла	5-60