РЕАГЕНТ ДЛЯ ИНВЕРТНЫХ ЭМУЛЬСИОННЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2003 года по МПК C09K7/06 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к инвертным эмульсионным растворам, используемым при строительстве, заканчивании и ремонте скважин.

Известен реагент для инвертных эмульсионных растворов (ИЭР), включающий эмульгатор и побочный продукт или шлам от производства сульфонатной присадки к смазочным маслам, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Шлам от производства сульфонатной присадки - 1,0
Эмульгатор - 0,02-0,1
В качестве эмульгатора используют эмультал или нефтехим (см. RU 2039075, С 09 К 7/06, 1995).

Недостатком этого реагента является наличие большого количества твердой фазы (карбонат кальция 15-40% и гидроксид кальция 3-30%), вызывающей кольматацию пористой среды. Проведение работ по кислотному деблокированию продуктивного пласта требует дополнительных затрат и удлиняет сроки освоения скважин. Кроме того, трудная биологическая разлагаемость нефтехимических продуктов затрудняет использование ИЭР на их основе для проходки и вскрытия горизонтов с питьевой и лечебной водой, а возможные аварийные разливы представляют опасность для загрязнения окружающей среды.

Наиболее близким к предлагаемому является реагент для инвертных эмульсионных растворов, включающий эмульгатор и побочный продукт стадии получения диметилдиоксана производства синтетического каучука (Т80) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Побочный продукт стадии получения диметилдиоксана производства синтетического каучука - 1,0
Эмульгатор - 0,4-0,8
В качестве эмульгатора используют эмультал, окисленый петролатум, СЖК фракции C_5-16, украмин, СМАД, мел, бентонитовую глину (см. SU 1317014, С 09 К 7/06, 1987) и их смеси.

Недостатком известного реагента является то, что обработанный им инвертный эмульсионный раствор обладает недостаточной стабильностью (5-18%) и повышенной фильтрацией (2-16 см³/30 мин при 20^oС), а сам он содержит неоправданно большие концентрации дорогостоящих эмульгаторов. Наряду с этим, Т80 также относится к опасным химическим реагентам с низкой биодеградацией и является потенциальным загрязнителем окружающей среды и продуктивных горизонтов с водой.

Задача изобретения - увеличение устойчивости и снижение фильтрационных потерь ИЭР (в отсутствие твердой фазы) при одновременном повышении их экологической безопасности и снижении расхода дорогостоящих эмульгаторов.

Поставленная задача достигается тем, что реагент для инвертных эмульсионных растворов, содержащий эмульгатор и добавку, в качестве добавки содержит гидрофуз или концентрат фосфатидный - побочные продукты от очистки подсолнечного масла на маслоэкстракционных заводах, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Гидрофуз или концентрат фосфатидный - 1,0
Эмульгатор - 0,001-0,02
Гидрофуз представляет собой устойчивую прямую эмульсию подсолнечного масла (14-20%) в воде (50-70%), стабилизированную фосфатидами (16-30%). По своим физическим характеристикам, в соответствии с ТУ 18 167-94, гидрофуз это вязкая, преимущественно нетекучая мазеобразная масса от светло-желтого до темно-коричневого цвета с характерным запахом подсолнечного масла, плотностью 1025-1087 кг/м³ и температурой замерзания около минус 8^oС.

После высушивания в вакууме (266 кПа) при 70-90^oС гидрофуз превращается в концентрат фосфатидный (Кофос), представляющий собой грязно-серую массу из смеси фосфатидов (50,0-60,0%) и подсолнечного масла (39,0-47,0%) с остаточной влажностью 1,0-3,0%.

Основной составной частью фосфатидов являются фосфатидоэтаноламины или кефалины и фосфатидинхолины или лецитины.

Систематическими исследованиями установлено, что смесь фосфатидов обладает специфическими физико-химическими свойствами, которые выгодно отличают их среди других известных липидов. Это прежде всего касается их дифильного строения. Наличие в молекулах объемной гидрофильной составляющей, образованной полярными остатками фосфорной кислоты и азотистых оснований, придает фосфолипидам способность диспергироваться в воде, а гидрофобные радикалы, образованные длинными алифатическими цепями высших насыщенных и ненасыщенных кислот, придает им сродство к углеводородным растворителям. Именно благодаря этому как в углеводородах, так и в воде они образуют коллоидные растворы с диаметром частиц от 0,1 до 100 мкм. Характерной особенностью этих структур является образование гигантских стержнеподобных мицелл, переплетающихся с образованием в объеме трехмерной сетки, которая по реологическим свойствам напоминает полуразбавленные растворы полимеров. При этом образуется мазеподобная масса с масляными бороздами. Вероятно, вследствие недостаточного объемного заполнения систем и низкой адгезии, адсорбционно-гидратный слой образованный фосфатидами на поверхности капель масляной фазы, легко разрушается и в присутствии углеводородов и небольших количеств эмульгаторов системы переходят в устойчивые обратные эмульсии, стабилизированные смешанным монослоем эмульгатора и углеводородных цепей жирных кислот. Последние обеспечивают не только сродство мицеллярных структур к углеводородной среде, но и эффективное структурирование системы в целом, что и обеспечивает повышенные структурно-механические свойства и низкие фильтрационные потери ИЭР.

Для испытаний использовали гидрофуз и кофос от очистки подсолнечного масла Полтавского маслоэкстракционного завода состава, представленного в табл. 1.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами.

Пример 1. К 100 г гидрофуза от очистки подсолнечного масла добавляют 0,1 г эмультала и перемешивают в течение 8-10 мин на лабораторной мешалке типа "Воронеж" до получения однородной массы. Реагент готов.

Затем для получения инвертного эмульсионного раствора полученный реагент постепенно при интенсивном перемешивании вводят в течение 20 мин в 360 мл дизельного топлива. К образовавшейся эмульсии частями (не более 10%) вливают при перемешивании в течение 30 мин 400 мл водной фазы. При установившемся режиме перемешивание продолжают еще 10-20 мин до полной гомогенизации системы и получения инвертной эмульсии с постоянными параметрами, которые определяют в лабораторных условиях. Показатель фильтрации находят по количеству отфильтровавшейся жидкости в см³ за 30 мин. Для данного примера он составляет 3 см³/30 мин. Стабильность оценивают в процентном отношении к общей массе эмульсии по количеству отделившейся углеводородной фазы в течение суток. Для примера 1 она составляет 16%.

Примеры 2-18 готовят аналогично примеру 1, изменены лишь эмульгаторы и количества вводимых компонентов.

Состав предлагаемого реагента и технологические свойства полученных инвертных эмульсионных растворов приведены в табл.2.

В качестве эмульгаторов используют эмультал - смесь сложных эфиров кислот таллового масла (олеиновая, линолевая, линоленовая, смоляные) и триэтаноламина (ТУ 6-14-1035-85), ЭС-2 - продукт взаимодействия кубовых остатков синтетических жирных кислот (СЖК) и декстрамина (ТУ 38201351-81), нефтехим-1 - продукт конденсации полиэтиленполиаминов и кислот легкого таллового масла (ТУ 38201463-86), СМАД-1 - окисленный петролатум, получаемый окислением воздухом смеси высокомолекулярных твердых углеводородов (ТУ 38-1-192-68), украмин - смесь сложных алкилоламидов, получаемых при взаимодействии моноэтаноламина с жирными кислотами гудронов растительных и животных жиров, пеназолин - продукт циклоконденсации СЖК фракции C_17-20 и полиэтиленполиамина, кремнийорганические жидкости типа ГКЖ-11, метил- и этилсиликонаты натрия в виде водно-спиртового раствора (ТУ 6-02-696-76).

В качестве водной фазы используют пластовую воду или водные растворы водорастворимых солей (КСl, NaCl, NaNO₃, КМО₃, CaCl₂ и др.) любой минерализации.

Как следует из данных таблицы, при содержании эмульгатора ниже заявляемого, 0,0009 (пример 6), стабильность эмульсии резко падает. Количество отделившейся углеводородной фазы составляет 18%, а фильтрационные потери увеличиваются до 6 см³/30 мин и сравниваются с таковыми для прототипа. При содержании эмульгатора выше заявляемого предела, 0,025 (пример 5), значения стабильности и фильтрации практически не изменяются. Следовательно, увеличение концентрации эмульгатора выше 0,02 нецелесообразно из экономических соображений.

Таким образом, как видно из данных таблицы, предлагаемый реагент по сравнению с прототипом позволяет получить инвертные эмульсионные растворы, в которых количество эмульгатора снижается в 80-400 раз, стабильность увеличивается в 1,5-8 раз при снижении фильтрации практически до нуля. При этом полученный реагент легко и полностью расщепляется микроорганизмами, не представляет опасности для окружающей среды и может быть использован для приготовления эффективных экологически чистых технологических жидкостей в процессе строительства и ремонта скважин.

Сопоставительный анализ с прототипом указывает на то, что заявляемый реагент отличается от известного введением нового компонента гидрофуза или его обезвоженного аналога, получаемых при очистке подсолнечного масла, т.е. заявляемое решение соответствует критерию "новизна".

Известно использование фасфатидного концентрата растительных масел с содержанием не более 20 мас.% насыщенных триглицеридов (30-90 мас.%) и растительного масла (подсолнечное, рапсовое, кукурузное, льняное, конопляное или их смеси) с содержанием не более 20 мас.% насыщенных триглицеридов (5-65 мас. %) и воды (остальное до 100%) в качестве смазочной добавки для полимер-глинистых буровых растворов [3].

Кофос и сам гидрофуз являются гидрофильными коллоидами.

Эмультал при заявляемых концентрациях 0,005-0,02 мас.% образует неустойчивые эмульсии, которые тут же разрушаются с разделением на отдельные фазы. Только при концентрации, превышающей 0,5%, он образует устойчивые ИЭР с фильтрационными параметрами 16-21 см³ за 30 мин. Поэтому предположить заранее, что при совместном использовании этих компонентов удастся получить инвертные эмульсии с повышенной устойчивостью и низкими фильтрационными параметрами не представлялось возможным.

Источники информации
1. Патент РФ 2039075, кл. С 09 К 7/06, опубл. 95.

2. Авторское свидетельство СССР 1317014, кл. С 09 К 7/06, опубл. 87.

3. Патент РФ 2130475, кл. С 09 К 7/02, опубл. 99.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к инвертным эмульсионным растворам, используемым при строительстве, заканчивании и ремонте скважин. Техническим результатом изобретения является увеличение устойчивости и снижение фильтрационных потерь инвертных эмульсионных растворов в отсутствие твердой фазы при одновременном повышении их экологической безопасности и снижении расхода дорогостоящих эмульгаторов. Реагент для инвертных эмульсионных растворов содержит, мас.ч.: гидрофуз или концентрат фосфатидный - побочные продукты от очистки подсолнечного масла 1,0, эмульгатор 0,001-0,02. 2 табл.

Реагент для инвертных эмульсионных растворов, содержащий эмульгатор и добавку, отличающийся тем, что он в качестве добавки содержит гидрофуз или концентрат фосфатидный - побочные продукты от очистки подсолнечного масла, при следующем соотношении компонентов, мас. ч. :
Гидрофуз или концентрат фосфатидный - 1,0
Эмульгатор - 0,001-0,02