МАСЛЯНАЯ ФАЗА ИНВЕРТНЫХ ЭМУЛЬСИОННЫХ ПРОМЫВОЧНЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ, ЭМУЛЬСИОННЫХ ПРОМЫВОЧНЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ, МОТОРНЫХ, ТРАНСМИССИОННЫХ И СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ, ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ Российский патент 1996 года по МПК C09K7/06 

Минеральные масла являются основой или компонентом в инвертирующих эмульсионных промывочных буровых растворах, моторных маслах, трансмиссионных маслах и смазочных маслах, а также в жидкостях для обработки металлов, охлаждающих жидкостях, охлаждающих смазочных жидкостях и гидравлических жидкостях. Их биологическое расщепление протекает сравнительно медленно и неполностью.

Для инвертирующих эмульсионных промывочных буровых растворов, эмульсионных промывочных буровых растворов, моторных масел, трансмиссионных масел и смазочных масел, а также для жидкостей для обработки металлов, охлаждающих жидкостей, охлаждающих смазочных жидкостей и гидравлических жидкостей применяют преимущественно или частично нефтяные фракции. Чтобы удовлетворить цели применения, их обрабатывают и смешивают с соответствующими присадками. В последнее время по экологическим соображениям требуются биологически лучше расщепляемые продукты. Это особенно важно, если нельзя полностью исключить определенное загрязнение окружающей среды, как при бурении нефти и природного газа. При этом применяют инвертирующие эмульсионные промывочные буровые растворы (эмульсии типа вода в масле) и эмульсионные промывочные буровые растворы (эмульсии типа масло в воде). Большее значение имеют инвертирующие эмульсионные промывочные буровые растворы с углеводородом в качестве дисперсионной фазы. При этом типе промывки добавкой присадок смачивают все твердые вещества, пробуренную буром горную породу, стенки буровой скважины и буровые штанги маслом.

В результате этого достигается очень хорошая стабилизация стенок буровой скважины и снижение до минимума трения во время бурения. Отделенная на земной поверхности буровая мелочь смочена маслом и должна быть удалена отдельно.

При способе разгрузки крупнотоннажных танкеров на "рейде" появляются экологические проблемы, когда шламм буровой мелочи или промывочные растворы попадают в море. При этом шламм буровой мелочи опускается на морское дно, подвергает гидрофобизации там все живые существа, т.е. убивает их в зоне своего распространения. При этом значительным недостатком является плохая биологическая расщепляемость и токсичность применяемых масел. Первоначально применяли дизельное топливо. В последнее время применяют более очищенные, менее токсичные масла с содержанием ниже 0,5% ароматических углеводородов.

Лучшими, биологически расщепляемыми, исходными материалами являются соединения: спирты (европейский патент 0398112), сложные эфиры (европейский патент 0398113). При их испытании выяснено, что относительно токсичности и биологической расщепляемости эти продукты представляют прогресс, однако требования к исходному маслу относительно температуры затвердевания, вязкости, омыляемости и запаха значительно ограничивают их применение.

Данное решение позволяет при помощи ацеталей при выборе альдегидов и спиртов регулировать оптимальные свойства исходных масел. Это особенно важно для температуры застывания в вязкости.

Предметом изобретения является использование ацеталей в качестве масляной фазы в инвертирующих эмульсионных промывочных буровых растворах, эмульсионных промывочных буровых растворах, моторных маслах, трансмиссионных маслах и смазочных маслах, а также в жидкостях для обработки металлов, охлаждающих жидкостях, охлаждающих смазочных жидкостях и гидравлических жидкостях. При этом они заменяют известные до сих пор исходные масла, компоненты масла и минеральные масла полностью или частично.

Ацетали как защитная функция для альдегидов имеют большое значение в препаративной органической химии. Альдегидные группы со спиpтами переводят в ацетали, осуществляют затем в нейтральной и щелочной области различные реакции, также реакции при агрессивных условиях и расщепляют ацеталь в кислой области снова на спирты и альдегид.

Ацетали по изобретению синтезируют отщеплением воды из альдегидов и спиртов в кислой среде. Их известная хорошая стойкость в щелочной среде позволяет устанавливать оптимальную щелочность в инвертирующих эмульсионных промывочных буровых растворах, например, при помощи гидроокиси кальция, что имеет преимущество по сравнению с маслами на основе сложного эфира. Ацетали простой кислотной обработкой можно переводить в биологически очень легко расщепляемые компоненты, если еще необходимо повысить и без того хорошую расщепляемость.

Для получения соединений по изобретению особенно пригодны альдегиды с 1-25 С-атомами. Они могут быть разветвленными или неразветвленными, насыщенными или ненасыщенными и алифатическими или ароматическими. Преимущественно применяют С₁-C₁₀-альдегиды. В качестве спиртов применяют особенно одноатомные спирты с 1-25-С-атомами, преимущественно с 4-20 С-атомами. Они могут быть разветвленными или неразветвленными, насыщенными или ненасыщенными и алифатическими или ароматическими.

Ацетали могут состоять из спиртов и/или альдегидов. Соединения по изобретению можно получать также на основе двухатомных альдегидов, особенно с 2-10 С-атомами, как глиоксаль, диальдегид винной кислоты, диальдегид янтарной кислоты, диальдегид малеиновой кислоты и диальдегид фумаровой кислоты, но преимущественно глиоксаль, с названными спиртами.

На основании хорошей растворимости других присадок, которые улучшают в ацеталях смазочные свойства и остальные свойства, ацетали применяются с очень большим успехом как базовые масла, компоненты масел, замена минеральных масел или компоненты смеси для инвертирующих эмульсионных промывочных буровых растворов, эмульсионных промывочных буровых растворов, моторных масел, трансмиссионных масел и смазочных масел, а также для жидкостей для обработки металлов, охлаждающих жидкостей, охлаждающих смазочных жидкостей и гидравлических жидкостей.

Особым преимуществом ацеталей является то, что они частично смешиваются с нефтяными фракциями и простыми полигликолевыми эфирами, так что ацетали можно применять также вместе с этими соединениями.

Ацетали как компоненты обычно присутствуют в инвертирующих эмульсионных промывочных буровых растворах, эмульсионных промывочных буровых растворах, моторных маслах, трансмиссионных маслах и смазочных маслах, а также в жидкостях для обработки металлов, охлаждающих жидкостях, охлаждающих смазочных жидкостях и гидравлических жидкостях минимально до 0,5 вес. При замене от частичной до полной прежних базовых масел или маслянистой фазы они образуют до 100 вес. этих жидкостей, за исключением эмульсионных промывочных буровых растворов, в которых их количество составляет максимально 50 вес. (остальное вода).

Изобретение поясняется подробнее на основании нижеследующих примеров (см. в конце текста).

Общая инструкция для получения примененных в нижеследующих примерах 1-1Х ацеталей:
3,5 моля альдегида, 14 моль спирта, 500 г н-гексана, хлористого метилена или хлороформа смешивают, перемешивают с 1 г р-толуолсульфокислоты в качестве катализатора и нагревают до кипения. Образующуюся воду подвергают азеотропной перегонке. По окончании образования воды устанавливают щелочную реакцию при помощи раствора метилата Na и затем отгоняют растворитель и неизрасходованный спирт. Ацеталь фильтруют от осажденной соли и по выбору его можно подвергать перегонке.

Физические данные представлены в табл. 1.

Указанные выше величины для точки затвердевания и для вязкости ацеталей показывают широкий диапазон применения этих соединений по изобретению.

Лабораторное испытание ацеталей в качестве заменителей минеральных масел в инвертирующих эмульсионных промывочных буровых растворах. Состав для промывки:
245 мл ацеталя по изобретению помещают в смеситель Наmilton Beach (HB). НВ-смеситель включают на позицию "высокая скорость". Частями добавляют 8 г ^®Тиксогеля (гидрофобированный бентонит фирмы Зюдхеми), 9 г анионного эмульгатора (70%-ного,з додецилбензосульфонат), 3 г катионного эмульгатора) (85% -ного, типа имидазолина) и 10 г СаО. Смесь перемешивают 5 минут. После этого производят добавку частями 105 мл раствора CaCl₂ (20%-ного).

По прошествии еще 10 минут перемешивания вводят 275 г сульфата бария, что повышает плотность промывки на 1,46 г/см³. Еще раз перемешивают общую промывку 20 минут. Затем измеряют реологию (при 50^oC) и потеря воды (25^oC) промывки. После этого производят старение (18 часов при 65,5^oC) и еще раз измерение. Перед старением и после старения определяют электрическую стойкость (ES) в вольтах при помощи Fапп-модели 23 Д.

Ацетали по примерам I-VI основа для инвертирующих эмульсионных промывочных буровых растворов 1-6.

Д сравнительная проба на основе дизельного топлива.

WL "Water Loss" (потеря воды).

SV кажущаяся вязкость (мпуаз сек.).

PV пластическая вязкость (мпуаз сек.).

F^L предел текучести (фунт/100 фут²).

10'' гель (фунт/100 фут²)
10' гель (фунт/100 фут²).

Величины для SY, PY, FL, 10'' гель и 10' гель были определены по АРI Rocommended Practice, Standart Procedure of Field Testing Water-Based Sc Drilling Fluids.

13 B-1(RP 13 B-1), отдел 2, величины для WL по тем же нормам, отдел 3.

Результаты испытаний: инвертирующие эмульсионные промывочные буровые растворы 1-6, перед старением (см. табл. 2) и после старения (см. табл. 3).

Результаты испытаний по сравнению с пробой на основе дизельного топлива показывают, что соединения по изобретению являются заменителями для минеральных масел. Благодаря различным комбинациям альдегидов и спиртов в ацеталях эти продукты как заменитель минерального масла имеют очень большую область применения. Для различных областей применения можно регулировать в очень широком интервале требуемые свойства, особенно точку застывания и вязкость.

Инвертирующий эмульсионный промывочный буровой раствор с небольшой плотностью, например, ниже 1,20 г/см³ для установления более высокой вязкости углеводородной фазы может содержать ацетали, алкильные остатки которых относительно длинные. Но если требуется бурение с высокими плотностями, например, выше 2,0 г/см³, то рекомендуют ацетали с низшими алкильными остатками.

Тем самым можно устанавливать вязкость углеводородной фазы, которая лежит ниже вязкостей применяемых обычно минеральных масел и практически приравниваются к воде. Инвертирующие эмульсионные промывочные буровые растворы на основе низковязких ацеталей имеют более низкую вязкость и более низкую разность вязкостей земной поверхности (около 20^oC) и забоя скважины на больших глубинах (например, 150^oC), чем вязкость на основе минерального масла. Практически можно составлять оптимальные инвертирующие эмульсионные промывочные буровые растворы для определенных глубин и пластов.

Испытание смазочного действия ацеталей в качестве замены минерального масла в инвертирующих эмульсионных промывочных буровых растворах производят при помощи "Extreme Pressure" "ЕР" Lubri city Testes" Part N 212-1 фирмы N L Baroios, N L Industries Inc.

Измеряют относительную смазочную способность промывочных жидкостей при экстремальном давлении. Измеряют времена в различных смазочных средах при одинаковом моменте вращения, при которых задает вращающееся относительно испытываемого узла испытываемое кольцо. В качестве сравнительных жидкостей применяют инвертирующие эмульсионные промывочные буровые растворы 1-6 и Д, а также водно-основной промывочный буровой раствор с 4% бентонита, вес которого с тяжелым шпатом был повышен до плотности 1,46 г/см³. Водно-основной промывочный буровой раствор не содержит углеводородной добавки.

Результаты испытаний смазки:
1. С водноосновным промывочным буровым раствором заедание при 300 дюйм/фунт происходило приблизительно через 30 секунд, II. Промывки 1-6 и Д показали сравнительно хорошие смазочные действия, и при 300 дюйм/фунт через 5 минут еще не происходило никакого заедания.

Инвертирующие эмульсионные промывочные буровые растворы на основе ацеталей по изобретению значительно отличаются по смазочному действию от водноосновных промывочных буровых растворов. Их можно сравнить с инвертирующими эмульсионными промывочными буровыми растворами на основе дизельного топлива. Ацетали и в этом отношении являются хорошими заменителями для фракций минеральных масел как дизельное топливо.

Сравнительное испытание удельного поверхностного напряжения ацеталей и других масел.

Испытание осуществляют при помощи весов для определения износа вследствие истирания по Рейхардту (фирма Зоммер унд Ринге, Берлин). При этом методе испытания измеряют удельное поверхностное напряжение.

В таблице 4 приведено удельное поверхностное напряжение дизельного топлива, ^®Shell-Gravex 915 (смешанноосновное базовое масло фирмы Шелл, около 50% парафиновой основы и около 50% нафтеновой основы), изобутиральдегидди-2-этилгексилацеталя и ацетальдегидди-п-октилацеталя (см. в конце текста).

Чем выше удельное поверхностное напряжение, при котором смазка разрушается, тем лучше смазочное действие жидкости. Результаты показывают, что ацетали по изобретению очень хорошо пригодны как основа или компонент состава смазочного средства.

Испытание биологической расщепляемости:
Испытание биологической расщепляемости осуществляют в модифицированном штормовом тесте ОЕСД 301В, полное расщепление через СО₂ измерение. Данные в процентах относятся к теоретически возможному количеству СО₂, измерение CO₂ производили в течение 28 дней (см. табл. 5).

Испытание биологической расщепляемости изобутиральдегид-дибутилацетали производят по модифицированному ОЕСД-Screening тесту 301 Е 12.

Испытываемое вещество в среднем 95% (в пересчете на активное вещество) достигает требуемого предельного значения 70% ДОС-снижения-(полное расщепление до СО₂- и Н₂O-минимализации).

Ацетали по изобретению отличаются легкой биологической расщепляемостью и менее токсично действуют на микроорганизмы. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3

Ацетали используют при замене минерального масла, компоненты масла или основного масла в инвертирующих эмульсионных промывочных буровых раствора, эмульсионных промывочных буровых растворах, моторных, трансмиссионных и смазочных маслах, а также в жидкостях для обработки металлов, охлаждающих жидкостях, охлаждающих смазочных жидкостях и гидравлических жидкостях. В противоположность обычным минеральным маслам ацетали показывают хорошую биологическую расщепляемость и они менее токсичны. 2 табл.

Масляная фаза инвертных эмульсионных промывочных буровых растворов, эмульсионных промывочных буровых растворов, моторных, трансмиссионных и смазочных масел, жидкостей для обработки металлов, охлаждающих смазочных жидкостей и гидравлических жидкостей на основе углеводородов, отличающаяся тем, что в качестве углеводородов используют ацетали на основе одноатомных альдегидов с 1-25 атомами углерода и одноатомных спиртов с 1-25 атомами углерода или ацеталей на основе диальдегидов с 2-10 атомами углерода и одноатомных спиртов с 1-25 атомами углерода.