СМАЗОЧНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ БИОЛУБ LVL Российский патент 2007 года по МПК C09K8/35 

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 жир70-90,9гидроксид и/или карбонат щелочного металла, и/или моно-, ди-, триэтаноламин1-8оксаль5-25указанные спирт, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль1-24

В ходе лабораторных испытаний проводились измерения коэффициента трения (k_тр.) 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 (Р_max), 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=k_тр./Р_max

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 тренияЭффективность смазочного действия, МПа^-1 ВЖК - 900,50,0180,00441СРЖ -0,9     Пропиленгликоль - 3,11,00,0130,0031 Гидроксид натрия - 1    Оксаль - 5    ВЖК - 900,50,0180,00442СРЖ -0,9    Пропиленгликоль 3,11,00,0140,0033 Карбонат натрия - 1    Оксаль - 5    ВЖК - 79,200,50,0250,00483СРЖ - 0,80   Смесь полиэтиленгликолей* - 131,00,020,006 Гидроксид калия - 1    Карбонат натрия - 1    Оксаль - 5    ВЖК - 0,830,50,0340,00824СРЖ - 79,20   Этанол - 51,00,0180,0044 Триэтаноламин -5    Оксаль - 10    ВЖК - 69,30,50,0250,0065СРЖ - 0,7   Пропиленгликоль - 21,00,0220,0053 Триэтаноламин -3    Оксаль - 25   6Прототип0,50,040,00971,00,020,0048* 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 тренияЭффективность смазочного действия, МПа^-1 ВЖК - 900,50,0290,0071СРЖ -0,9   Пропиленгликоль - 3,11,00,0250,006 Гидроксид натрия - 1    Оксаль - 5    ВЖК - 900,50,0310,00752СРЖ -0,9   Пропиленгликоль 3,11,00,0250,006 Карбонат натрия - 1    Оксаль - 5    ВЖК - 79,200,50,0240,00533СРЖ - 0,80   Смесь полиэтиленгликолей* - 131,00,0220,0058 Гидроксид калия - 1    Карбонат натрия - 1    Оксаль - 5   4ВЖК - 0,830,50,0380,0092СРЖ - 79,20   Этанол - 51,00,0300,0073 Триэтаноламин - 5    Оксаль - 10    ВЖК - 69,30,50,0310,00755СРЖ - 0,7   Пропиленгликоль - 21,00,0250,0061 Триэтаноламин -3    Оксаль - 25   6Прототип0,50,0430,011,00,0380,0092

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.

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 жир70-90,9гидроксид и/или карбонат щелочного металла, и/или моно-, ди-, триэтаноламин1-8оксаль5-25указанные спирт, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль1-24