Смазочная добавка для буровых растворов биолуб lvl
Владельцы патента RU 2304604:
Яхшибеков Феликс Рудольфович (RU)
Вахрушев Леонид Петрович (RU)
Воеводин Леонид Иванович (RU)
Малов Владимир Владимирович (RU)
Лушпеева Ольга Александровна (RU)
Лосева Нина Тимофеевна (RU)
Рассадников Владимир Иванович (RU)
Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к смазочным добавкам для буровых растворов. Технический результат изобретения - повышение эффективности смазочной добавки в глинистых и безглинистых буровых растворах. Смазочная добавка для буровых растворов, содержащая природные высшие жирные кислоты, низший одноатомный спирт с С2 по С5 и/или олигомерный полиэтиленгликоль со степенью полимеризации n=2-5, и/или олигомерный полипропиленгликоль с n=1-3, дополнительно содержит оксаль, гидроксид и/или карбонат щелочного металла, и/или моно-, ди-, триэтаноламин, сульфированный рыбий жир при соотношении указанные кислоты: сульфированный рыбий жир 99:1-1:99 при следующем соотношении компонентов добавки, мас.%: указанные кислоты и сульфированный рыбий жир 70-90,9, гидроксид и/или карбонат щелочного металла, и/или моно-, ди-, триэтаноламин 1-8, оксаль 5-25, указанные спирт, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль 1-24. 2 табл.
Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности, к смазочным добавкам для буровых растворов.
Известно применение в качестве смазочных добавок к глинистым буровым растворам композиций природных жирных кислот и олигомерных полиэфиров, выступающих в роли эмульгаторов маслорастворимой фазы. [Смазочная добавка к буровым растворам. Патент РФ 2163615, опубл. 27.02.2001]. Кроме того, существуют смазочные составы, в которых эмульгирующий эффект обеспечиваетется присутствием щелочных нейтрализующих агентов [Смазочная добавка к буровым растворам. Патент РФ 2163616, опубл. 27.02.2001]. В таких композициях смазочный эффект обеспечивается совместным действием природных жирных кислот, их солей, а также гидрофобной углеводородной жидкости.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) по совокупности свойств выбран смазочный состав, включающий природные высшие жирные кислоты, органические и неорганические нейтрализующие агенты, олигомерные полиэфиры и воду [Смазочная добавка к буровым растворам. Патент РФ 2163617, опубл. 27.02.2001]. В данной композиции содержание высших жирных кислот лежит в пределах от 20 до 85% (мас.). Эмульгирующий эффект обеспечивается комбинированным действием органических и неорганических оснований. Однако прототип обладает рядом недостатков:
1. Максимальное содержание высших жирных кислот (ВЖК) в составе прототипа не превышает 85% (мас.), что не обеспечивает достаточно высокого смазочного эффекта в глинистых растворах. Повышение массовой доли жирных кислот в составе прототипа приводит к снижению эмульгирующей активности в результате закономерного уменьшения массовой доли нейтрализующих агентов. При этом снижается коллоидная растворимость смазочной добавки и ухудшается смазочный эффект.
2. Наличие водной фазы в составе прототипа приводит к снижению содержания основного вещества, обладающего смазочным эффектом. Однако снизить массовую долю воды в составе прототипа невозможно, так как ее наличие обуславливает растворимость неорганического нейтрализующего агента, выполняющего основную эмульгирующую функцию.
3. Способность жирных кислот в составе прототипа снижать коэффициент трения на границе "металл - порода" в существенной степени снижена из-за отсутствия стабилизирующего фактора, обеспечивающего нормальную ориентацию гибких углеводородных радикалов в адсорбционных смазочных слоях.
Технический результат изобретения повышение эффективности смазочной добавки в глинистых и безглинистых буровых растворах.
Смазочная добавка для буровых растворов, содержащая природные высшие жирные кислоты, низший одноатомный спирт с С2 по С5 и/или олигомерный полиэтиленгликоль со степенью полимеризации n=2-5, и/или олигомерный полипропиленгликоль с n=1-3, отличается тем, что она дополнительно содержит оксаль, гидроксид и/или карбонат щелочного металла, и/или моно-, ди-, триэтаноламин, сульфированный рыбий жир при соотношении указанные кислоты:сульфированный рыбий жир 99:1-1:99 при следующем соотношении компонентов добавки, мас.%:
| указанные кислоты и сульфированный рыбий жир | 70-90,9 |
| гидроксид и/или карбонат щелочного металла, | |
| и/или моно-, ди-, триэтаноламин | 1-8 |
| оксаль | 5-25 |
| указанные спирт, полиэтиленгликоль, | |
| полипропиленгликоль | 1-24 |
В ходе лабораторных испытаний проводились измерения коэффициента трения (kтр.) буровых растворов, обработанных новой смазочной добавкой (исследования проводились на приборе фирмы Baroid (США), который позволяет получить полную картину поведения буровых растворов в условиях постоянно возрастающей нагрузки от 0,34 до 4,13 МПа с фиксацией для каждого образца своей предельной нагрузки (Рmax), при которой достигается полное разрушение смазочного слоя. Прочность смазочного слоя характеризуется величиной показателя эффективности смазочного действия (ЭСД), имеющего смысл удельного коэффициента трения смазочной пленки, для которой предельная нагрузка составляет 1 МПа. ЭСД вычисляется по следующей формуле:
ЭСД=kтр./Рmax
Новая смазочная добавка БИОЛУБ LVL имеет, по сравнению с прототипом, следующие преимущества.
Во-первых, массовая доля высших жирных кислот (ВЖК) в составе смазочной добавки может быть повышена до 90% (мас.), что сопровождается значительным улучшением смазочной способности. Действительно, введение 0,5% новой смазочной добавки в 1,5-2 раза улучшает смазочные свойства как глинистого, так и безглинистого раствора, по сравнению с аналогичными добавками прототипа (табл.1, 2, опыты №№1, 2, 6). Повышение массовой доли смазочной добавки до 1 мас.% приводит к некоторому снижению эффекта: новая смазочная композиция работает в 1,5 раза эффективнее прототипа.
Во-вторых, в составе новой смазочной композиции присутствует сульфированный рыбий жир (СРЖ), обладающий свойствами эффективного эмульгатора в неводных средах.
Поэтому новый смазочный состав практически не содержит воды, что обеспечивает его высокую эффективность в глинистых и безглинистых растворах. Так, коэффициент трения буровых растворов, содержащих 0,5% новой смазочной добавки, с различными массовыми соотношениями между жирными кислотами и триглицеридом (от ВЖК:СРЖ=99:1 до ВЖК:СРЖ=1:99), в 1,2-1,6 раза ниже коэффициента трения глинистого раствора, содержащего 0,5% прототипа (табл.1, 2 опыты 3, 4, 6).
В-третьих, оксаль в составе новой смазочной добавки создают "каркасный" эффект, ориентируя углеводородные радикалы в направлении нормали к трущимся поверхностям и обеспечивая наибольшую толщину смазочного адсорбционного слоя. В результате этого даже значительное снижение массовой доли жирных кислот в составе новой смазочной добавки (до 70% (мас.) обеспечивает высокий уровень смазочной активности буровых растворов обоих типов: смазочные свойства раствора, обработанного 0,5% новой смазочной добавки с пониженным содержанием ВЖК, в 1,6 раза выше по сравнению с раствором, содержащим 0,5% прототипа (табл.1, 2 опыт 5, 6).
Таким образом, проведенные эксперименты показали значительное технологическое превосходство новой смазочной добавки БИОЛУБ LVL по сравнению с прототипом.
| Таблица 1. | ||||
| Смазочные свойства безглинистого биополимерного раствора, обработанного различными смазочными составами БИОЛУБ LVL (Биополимер - 0,25%; КМЦ - 0,9%; вода - остальное) | ||||
| № | Смазочный состав, % (мас.) | Концентрация смазки, % (мас.) | Коэффициент трения | Эффективность смазочного действия, МПа-1 |
| ВЖК - 90 | 0,5 | 0,018 | 0,0044 | |
| 1 | СРЖ -0,9 | |||
| Пропиленгликоль - 3,1 | 1,0 | 0,013 | 0,0031 | |
| Гидроксид натрия - 1 | ||||
| Оксаль - 5 | ||||
| ВЖК - 90 | 0,5 | 0,018 | 0,0044 | |
| 2 | СРЖ -0,9 | |||
| Пропиленгликоль 3,1 | 1,0 | 0,014 | 0,0033 | |
| Карбонат натрия - 1 | ||||
| Оксаль - 5 | ||||
| ВЖК - 79,20 | 0,5 | 0,025 | 0,0048 | |
| 3 | СРЖ - 0,80 | |||
| Смесь полиэтиленгликолей* - 13 | 1,0 | 0,02 | 0,006 | |
| Гидроксид калия - 1 | ||||
| Карбонат натрия - 1 | ||||
| Оксаль - 5 | ||||
| ВЖК - 0,83 | 0,5 | 0,034 | 0,0082 | |
| 4 | СРЖ - 79,20 | |||
| Этанол - 5 | 1,0 | 0,018 | 0,0044 | |
| Триэтаноламин -5 | ||||
| Оксаль - 10 | ||||
| ВЖК - 69,3 | 0,5 | 0,025 | 0,006 | |
| 5 | СРЖ - 0,7 | |||
| Пропиленгликоль - 2 | 1,0 | 0,022 | 0,0053 | |
| Триэтаноламин -3 | ||||
| Оксаль - 25 | ||||
| 6 | Прототип | 0,5 | 0,04 | 0,0097 |
| 1,0 | 0,02 | 0,0048 | ||
| * триэтиленгликоль 20 мас.%, тетраэтиленгликоль 20 мас.%, пентаэтиленгликоль 60 мас.% |
| Таблица 2. | ||||
| Смазочные свойства глинистого раствора, обработанного различными смазочными составами БИОЛУБ LVL (Плотность - 1,05 г/см3) | ||||
| № | Смазочный состав, % (мас.) | Концентрация смазки, % (мас.) | Коэффициент трения | Эффективность смазочного действия, МПа-1 |
| ВЖК - 90 | 0,5 | 0,029 | 0,007 | |
| 1 | СРЖ -0,9 | |||
| Пропиленгликоль - 3,1 | 1,0 | 0,025 | 0,006 | |
| Гидроксид натрия - 1 | ||||
| Оксаль - 5 | ||||
| ВЖК - 90 | 0,5 | 0,031 | 0,0075 | |
| 2 | СРЖ -0,9 | |||
| Пропиленгликоль 3,1 | 1,0 | 0,025 | 0,006 | |
| Карбонат натрия - 1 | ||||
| Оксаль - 5 | ||||
| ВЖК - 79,20 | 0,5 | 0,024 | 0,0053 | |
| 3 | СРЖ - 0,80 | |||
| Смесь полиэтиленгликолей* - 13 | 1,0 | 0,022 | 0,0058 | |
| Гидроксид калия - 1 | ||||
| Карбонат натрия - 1 | ||||
| Оксаль - 5 | ||||
| 4 | ВЖК - 0,83 | 0,5 | 0,038 | 0,0092 |
| СРЖ - 79,20 | ||||
| Этанол - 5 | 1,0 | 0,030 | 0,0073 | |
| Триэтаноламин - 5 | ||||
| Оксаль - 10 | ||||
| ВЖК - 69,3 | 0,5 | 0,031 | 0,0075 | |
| 5 | СРЖ - 0,7 | |||
| Пропиленгликоль - 2 | 1,0 | 0,025 | 0,0061 | |
| Триэтаноламин -3 | ||||
| Оксаль - 25 | ||||
| 6 | Прототип | 0,5 | 0,043 | 0,01 |
| 1,0 | 0,038 | 0,0092 |
Смазочная добавка для буровых растворов, содержащая природные высшие жирные кислоты, низший одноатомный спирт с C2 no C5 и/или олигомерный полиэтиленгликоль со степенью полимеризации n=2-5, и/или олигомерный полипропиленгликоль с n=1-3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксаль, гидроксид и/или карбонат щелочного металла, и/или моно-, ди-, триэтаноламин, сульфированный рыбий жир при соотношении указанные кислоты:сульфированный рыбий жир 99:1-1:99 при следующем соотношении компонентов добавки, мас.%:
| указанные кислоты и сульфированный рыбий жир | 70-90,9 |
| гидроксид и/или карбонат щелочного металла, | |
| и/или моно-, ди-, триэтаноламин | 1-8 |
| оксаль | 5-25 |
| указанные спирт, полиэтиленгликоль, | |
| полипропиленгликоль | 1-24 |
