МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ТВЕРДАЯ СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ "МИКАН-40" ДЛЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2007 года по МПК C09K8/35 

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.%:

мусковит40-95отработанные растительные масла5-60

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 1СоставСоотношение компонентов, %Состав 1мусковит
отходы соевого масла98
2Состав 2мусковит
отходы соевого масла95
5Состав 3мусковит
отходы соевого масла80
20Состав 4мусковит
отходы соевого масла70
30Состав 5мусковит
отходы соевого масла60
40Состав 6мусковит
отходы соевого масла50
50Состав 7мусковит
отходы соевого масла40
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 2Наименование показателяЗначение1. Массовая доля слюды, %, не менее98,02. Массовая доля минеральных примесей (кварц, полевой шпат и др.), %, не более0,53. 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
1,54. Белизна (усл.ед.), не менее80,05. Массовая доля водорастворимых солей, не более0,36. Концентрация водородных ионов в 10%-ой водной суспензии, в пределах7,0-9,07. Массовая доля остатка на сите №0045К, %, не более5,08. Массовая доля частиц с диаметром эквивалентной сферы, %, не менее
- мельче 20 мкм
- мельче 10 мкм
- мельче 5 мкм 
 
60,0
30,0
5,09. Плотность, г/см³2,810. Массовая доля влаги, %, не более1,0

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

плотностьот 1,027 до 1,092 г/см³;кислотное числоот 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 суспензийСостав раствораТехнологические показателиρ,
кг/м³Т, сCHC_1/10, дПаФ, см³/30 минК,
ммϕ_скη
мПа·сτ₀, дПарНnϕ_трK'×10^-6,
мкм²123456789101112131. Раствор с известным            составом:            глинопоршок - 5%;100019,04,0/9,020,01,50,355,011,09,80,600,2014,5спринт (гран.) - 2%;            вода - 93%.            2. Растворы с заявляемым            составом:            2.1. глинопоршок - 5%;104120,512,2/20,019,51,50,305,35,09,800,800,509,0состав 1 - 4%;            вода - 91%.            2.2. глинопоршок - 5%;            состав 2 - 4%;104020,08,0/19,220,01,50,305,533,59,780,530,4310.5вода - 91%.            2.3. глинопоршок - 5%;            состав 3 - 4%;104020,08,0/19,220,01,20,305,533,59,780,850,428,5вода - 91%.            2.4. глинопоршок - 5%;            состав 4 - 4%;103016,09,6/20,120,01,30,274,04,89,740,850,4010,7вода - 91%.            2.5. глинопоршок - 5%;            состав 6 - 4%;103518,012,0/28,017,51,10,254,8-9,650,800,3311,3вода - 91%.            2.6. глинопоршок - 5%;            состав 5 - 4%;103819,431,1/38,316,81,00,155,533,59,450,530,2312,1вода - 91%.            2.7. глинопоршок - 5%;            состав 7 - 4%;103717,510,0/25,017,01,00,205,032,09,400,500,2215,5вода - 91%.            3. Растворы с заявляемым            составом после            термостатирования при 130°С            3 часа:104019,23,6/6,222,01,60,257,59,69,330,800,3111,53.1. глинопоршок - 5%;            состав 1 - 4%;            вода - 91%.            3.2. глинопоршок - 5%;            состав 2 - 4%;104023,07,2/12,517,01,00,2010,519,29,230,790,2911,77вода - 91%.            4. Контрольный раствор:            глинопорошок - 5%;103015,413,9/20,622,01,50,503,020,49,890,400,5914,6вода - 95%.            Примечание - ρ - плотность; Т - условная вязкость; СНС - статическое напряжение сдвига; Ф - фильтрация; К - толщина корки; ϕ_ск - коэффициент липкости корки; η - пластическая вязкость; τ₀ - динамическое напряжение сдвига; рН - водородный показатель; n - показатель нелинейности; ϕ_тр - коэффициент трения; К' - проницаемость корки

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.

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.%:

Мусковит40-95Отработанные растительные масла5-60