СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ БУРОВОГО РАСТВОРА Российский патент 2020 года по МПК C09K8/00 

Изобретение относится к бурению нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин, в частности к буровым растворам на водной основе. Для увеличения долговечности породоразрушающего и бурильного инструмента, повышения показателей бурения и предотвращения прихватоопасных осложнений в буровые растворы на водной основе вводят смазочные композиции.

Известна смазочная добавка для буровых растворов, содержащая, % мас.: легкое талловое масло – 35-55, оксиэтилированный алкилфенол – 5- 10, триэтаноламин – 5 – 10 и пентамер пропилена – 35 – 55. Смазочную добавку приготавливают растворением перечисленных ингредиентов в пентамере пропилена и вводят в буровой раствор в количестве 0,1 – 1,0 % от массы бурового раствора или в виде 10,0 – 20,0 % водного раствора (см. патент РФ 2197511, С09К 7/02 от 27.03.2001). Недостатками изобретения являются невысокая смазочная и противоизносная способность бурового раствора с введенной смазочной добавкой, использование дефицитного растворителя – пентамера пропилена и высокая стоимость смазочной добавки (95,0 руб/л).

Известна смазочная добавка для глинистых буровых растворов (см. патент РФ 2138531, С09К 7/02 от 20.08.1997), включающая натриевые соли высокомолекулярных карбоновых кислот (99,0 – 97,0 % мас.) содержащих в качестве добавки противоизносную присадку ВНИИНП – 360 на основе сочетания диалкилфенилдитиофосфата цинка с алкилфенолятами бария, или присадку ИНХП – 21 – бариевую соль диалкилдитиофосфорной кислоты, или их смесь в массовом соотношении 1 : 2 (1,0 – 3,0 % мас.). Причем, используют натриевые соли кубовых остатков производства синтетических жирных кислот, которые получают путем нейтрализации исходного сырья, содержащего высокомолекулярные карбоновые кислоты, 10 – 15 % спиртовым раствором гидроксида натрия при перемешивании и температуре 65 – 86^оС в течение 2 часов. Введение смазочной добавки в глинистый буровой раствор улучшает его смазочные, антифрикционные и противоизносные свойства. Недостатками изобретения являются использование синтетического этилового спирта в качестве растворителя при приготовлении смазочной добавки, который испаряясь при нагреве в скважине вспенивает буровой раствор, сложная технология приготовления смазочной добавки, использование дефицитных и дорогостоящих ингредиентов, которые обусловливают высокую стоимость смазочной добавки (144,0 руб/л).

Известна смазочная добавка для буровых растворов БИОЛУБ LVL (см. патент РФ 2304604, С09К 8/035 от 20.08.2007) содержащая, % мас.: природные высшие жирные кислоты и сульфированный рыбий жир – 70,0 – 90,9, гидроксид и /или карбонат щелочного металла, и/ или моно-, ди-, триэтаноламин – 1,0 -8,0, оксаль – 5,0 – 25,0, синтетический спирт С₂ - С_5, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль – 1,0 – 24,0. Недостатками изобретения являются: недостаточно высокие смазочные свойства, высокая температура текучести смазочной добавки, высокие пенообразование в буровом растворе и коэффициент поверхностного натяжения на границе масло – вода, использование дефицитных и дорогостоящих ингредиентов (сульфированный рыбий жир, оксаль) обусловливают высокую стоимость смазочной добавки (58 руб/л). В ОАО «Сургутнефтегаз» бурится 1,0 тыс. нефтяных скважин в год с расходом смазочной добавки «БИОЛУБ LVL» 1,4 тыс. тонн в год (изготовитель ООО «Миррико», г. Казань).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является смазочная добавка для буровых растворов ЛБР – 08, содержащая, % мас.: высшие жирные кислоты природных растительных масел – 70,0 – 80,0, флотореагент – оксаль – 10,0 – 15,0,

полиэтиленгликолевый эфир моноизононилфенола с 6 – 12 мономерными звеньями в радикале – 9,0 – 12,0, композиционный силиконовый пеногаситель = 1,0 – 3,0 (см. Патент РФ 2385341, С09К8/02 от 27.03.2010). Недостатками указанной смазочной добавки являются: повышенные коэффициенты трения пары металл – металл и металл – фильтрационная корка стенки скважины, что ухудшает эффективность смазочного действия; энергоемкая и длительная технология приготовления композиции включающей дефицитные и дорогостоящие ингредиенты; высокий коэффициент поверхностного натяжения композиции на границе масло – вода; высокая стоимость смазочной добавки обусловленная большим содержанием в композиции высших жирных кислот природных растительных масел; высокая температура текучести смазочной добавки не позволяет ее использовать при температурах окружающей среды ниже минус 10 ⁰С.

Задача изобретения – получение смазочной композиции для бурового раствора с низкими коэффициентами трения и высокой эффективностью смазочного действия, низкой температурой текучести (Т_тек), упрощение аппаратурного оформления технологического процесса приготовления композиции с одновременным уменьшением его энергоемкости, снижение поверхностного натяжения на границе масло – вода и снижение себестоимости композиции путем использования в ее составе недорогих и доступных ингредиентов.

Поставленная задача решается тем, что смазочная композиция для бурового раствора на водной основе, содержащая дистилляты жирных кислот таллового масла и поверхностно-активные вещества (ПАВ ), отличающаяся тем, что она дополнительно содержит в качестве поверхностно-активных веществ смесь 0,7 – 3,0 мас. ч. Лапрола 5003-2-Б10 с 1,0 мас. ч. Биксола растворенную в отработанном трансформаторном масле (ОТМ) при следующем соотношении ингредиентов, % мас.: дистилляты жирных кислот таллового масла марки «ДЖК» и «ЛТМ» или их смесь – 17,8 – 24,0; Лапрол 5003-2-Б10 – 4,2 – 6,0; Биксол – 2,0 – 6,0; отработанное трансформаторное масло – 68,0 - 72,0.

Существенность отличий предлагаемой смазочной композиции от прототипа заключается в новом качественном и количественном составе композиции, что обеспечивает новый комплекс ее свойств с низкими коэффициентами трения и коэффициентом поверхностного натяжения на границе масло – вода, упрощение аппаратурного оформления технологического процесса приготовления композиции с одновременным уменьшением его энергоемкости и снижение себестоимости композиции путем использования в ее составе недорогих и доступных ингредиентов.

Указанное соотношение ингредиентов смазочной композиции обосновано экспериментально. Для приготовления смазочной композиции используют следующие вещества. ОТМ на минеральной основе марок ТСп (ГОСТ 10121-76) и ГК (ТУ 38.101.1025-85), изготовленных на НПЗ ОАО «Уфанефтехим» и ОАО «Ангарская нефтехимическая компания». Трансформаторное масло применяют для заливки силовых и измерительных трансформаторов, реакторного оборудования, масляных выключателей и конденсаторов. Трансформаторное масло, являясь жидким диэлектриком, обеспечивает изоляцию токонесущих частей электрооборудования, одновременно служит теплоотводящей средой и способствует быстрому гашению электрической дуги в выключателях. Электроизоляционные свойства трансформаторных масел определяются в основном тангенсом угла диэлектрических потерь, который зависит от условий эксплуатации оборудования и количества примесей полярных соединений в масле. Трансформаторные масла имеют низкую температуру застывания (до минус 50⁰С) и обладают небольшой вязкостью, которая необходима для обеспечения эффективного отвода тепла (см. книгу Бадыштова К.М. и др. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. М:.Химия. 1989.-432 с.). Электроизоляционные свойства трансформаторного масла в процессе эксплуатации постепенно ухудшаются, т.к. масло подвергается воздействию кислорода воздуха в присутствии катализаторов окисления (медные сплавы), электрических и магнитных полей, повышенных температур, что приводит к его окислению, деструкции углеводородов, накоплению в масле полярных карбонильных соединений, спиртов, фенолов, эфиров, органических кислот, смолистых веществ и нерастворимых продуктов их уплотнения (см. книгу Джуварлы Ч.М., Иванов К.И. и др. Электроизоляционные масла. М.: ГНТИ.1963. с. 166 – 167). Качество трансформаторных масел при эксплуатации в электрооборудовании периодически контролируется специальной аналитической лабораторией. При достижении критических показателей масла, указанных в нормативных документах, отработанное масло сливается и в оборудование заливается свежее масло. Фактически ОТМ является отходом производства электроэнергии и ее передачи на большие расстояния. В ПАО «Тюменьэнерго» в течение года накапливается около 100 тонн ОТМ, а в ОАО «Сургутнефтегаз» - около 10 тонн ОТМ, которое необходимо утилизировать. Свойства использованных ОТМ, в сравнении с показателями свежих масел, приведены в табл. 1. Анализы ОТМ выполняли в аккредитованной лаборатории ПАО «Тюменьэнерго» с использованием, определенных нормативными документами, методов исследования.

Таблица 1. Свойства отработанных трансформаторных масел

Номер Показатели ОТМ марки ТСп Норма по ГОСТ 10121-76 ОТМ марки ГК Норма по ТУ 38.1011025-85 1 Кислотное число, мг КОН/г 0,34 Не более 0,02 0,26 Не более 0,01 2 Тангенс угла диэлектрических потерь при 90 ⁰С, % 2,5 Не более 1,7 0,8 Не более 0,5 3 Температура вспышки в закрытом тигле, ⁰С 131 Не менее 150 133 Не менее 135 4 Вязкость кинематическая при минус 30 ⁰С, мм²/с 1460 Не более 1300 1285 Не более 1200 5 Температура текучести, ⁰С Минус 44 Не выше минус 45 Минус 43 Не выше минус 45 6 Коэффициент поверхностного натяжения на границе с водой при 25 ⁰С,мН/м 14,2 Не менее 37,0 14,6 Не менее 40,0 7 Напряжение пробоя, кВ 51,0 Не менее 65,0 58,0 Не менее 70,0

Анализ показателей, приведенных в табл. 1 показывает, что ОТМ не может использоваться в качестве диэлектрика и теплоносителя в электрооборудовании. Существенное снижение коэффициента поверхностного натяжения ОТМ на границе с водой в 2,6 раза обусловлено присуствием в ОТМ полярных продуктов окисления органических соединений, которые выполняют роль ПАВ. Талловое масло является побочным продуктом переработки древесины. Жирные кислоты таллового масла изготовлены ООО «Синтек» (г. Балахна, Нижегородской обл.). Для приготовления предлагаемой смазочной композиции используется дистиллированное талловое масло, соответствующее по свойствам ТУ 13-00281074-26-95, которое полностью растворяется в ОТМ при 20 ⁰С. Сырое талловое масло не растворяется в воде и только частично растворяется в ОТМ, поэтому оно не может быть использовано для приготовления смазочной композиции. Характеристики использованных дистиллятов жирных кислот приведены в табл. 2. Равномерное распределение молекул жирных кислот в водной дисперсионной среде бурового раствора осуществляется введением в смазочную композицию мицеллообразующих и эмульгирующих ПАВ, которые способствуют транспортированию молекул жирных кислот к поверхности трения, выступающей активным адсорбентом использованных ПАВ. Экспериментально показано, что смесь 0,7 – 3,0 мас. ч. Лапрола 5003-2-Б10 с 1,0 мас.ч. Биксола не обладает пенообразующей способностью при приготовлении и использовании предлагаемой смазочной композиции. Лапрол 5003-2-Б10 является продуктом алкоголятной полимеризации окиси пропилена с глицерином с последующей блоксополимеризацией с окисью этилена (ТУ 2226-023-10488057-95). Изготовитель – ПАО «Нижнекамскнефтехим».

Таблица 2. Показатели качества дистиллятов жирных кислот

Номер Показатели Марка «ДЖК» Марка «ЛТМ» 1 Кислотное число, мг КОН/ г 183 124 2 Плотность при 50 ⁰С, г/см³ 0,91 0,97 3 Йодное число, г йода/100 г 140 125 4 Массовая доля примесей смоляных кислот, % мас. 8,0 3,0 5 Массовая доля примесей неомыляемых веществ, % мас. 4,0 3,0 6 Массовая доля воды, % мас. 0,9 0,2

Комплексный реагент «Биксол» является смесью катионных и неионогенных синтетических ПАВ (ТУ 2482-003-91222887-11). Изготовитель – НПК «ХИМПРОМ», г. Пермь. Характеристики использованных ПАВ представлены в табл. 3.

Таблица 3. Показатели качества поверхностно-активных веществ

Номер Показатели Лапрол 5003-2-Б10 Биксол 1 Кислотное число, мг КОН/г 0,10 0,10 2 Водородный показатель (рН ) 6,5 7,0 3 Массовая доля примесей воды, % мас. 0,1 Отсутствует

Приготовление смазочной композиции осуществляют следующим образом. В стеклянный реактор объемом 1000 мл загружают рассчитанное количество ОТМ, включают мешалку и постепенно дозируют дистилляты жирных кислот. Композицию перемешивают в течение 2 -3 минут при 20 – 25 ⁰С до полного растворения жирных кислот в ОТМ. Затем загружают в реактор при постоянном перемешивании необходимое количество Лапрола 5003-2-Б10 и Биксола. Смесь перемешивают в течение 5 -8 минут до однородной консистенции. Полученную жидкую смазочную композицию расфасовывают из реактора в полиэтиленовые баночки для хранения и последующего использования при получении буровых растворов.

Определение технологических и эксплуатационных свойств смазочных композиций различного состава проводят следующими стандартизированными методами. Температуру текучести композиции определяли по ГОСТ 20287-91 по методу Б. Коэффициент поверхностного натяжения на границе масло-вода (σ, мН/м) определяют при 24 ⁰С на приборе Тензиометр К-20 фирмы «KRUSS» по утвержденной методике. Пенообразующую способность образцов смазочной композиции определяют на 1,0 % водных растворах, перемешиваемых в течение 5 минут высокооборотным миксером «Hamilton Beach» при 1300 об/мин. Пенообразующую активность (П, см³) определяют как разность между объемами вспененного раствора после 5 минут отстаивания (V_р ) и объемом исходного раствора (200 см³ ) по формуле: П = V_р – 200. Эмульгирующую способность смазочной композиции в воде определяют визуально по утвержденной методике по десятибальной шкале. В качестве эталонов сравнения используют количественное соотношение объемов дисперсий молоко: вода, которое изменяют от 1 : 9 (коэффициент диспергируемости, К_д = 1) до 9: 1 (К_д = 9 ). К_д чистого молока равен 10. В 50 мл воды добавляют 6 капель смазочной композиции, затем перемешивают эмульсию высокооборотной мешалкой в течение 3 минут. Полученную эмульсию сравнивают визуально по цвету с эталонами. Хорошее диспергирование смазочной добавки сопровождается образованием однородной молочно-белой эмульсии с коэффициентом диспергирования равном 10.

Определение коэффициента трения пары «металл-фильтрационная корка» (К_тр ) проводят по утвержденной методике на приборе КТК – 2. Данный метод имитирует трение колонны бурильных труб о стенку скважины при наклонно-горизонтальном бурении. Этот вид трения является основным в скважине и приобретает превалирующее значение с увеличением зенитного угла и глубины бурения. В качестве стандарта для сравнения использовали модельный буровой раствор, не содержащий смазочной композиции (К_д = 0,291). Коэффициенты трения пары «металл-фильтрационная корка» определяют при зенитном угле ϕ = 3⁰. Зенитный угол определяет отклонение направления скважины от вертикальной прямой. Фильтрационную корку изготавливают путем отжима бурового раствора на фильтр-прессе.

Коэффициент трения пары «металл-металл» (ϻ) определяют на тестере предельного давления и смазывающей способности «EP/LUBRICITY TESTER» модели 21200 фирмы «OFITE» (США) по МИ 245800.001.50783875.2011. Испытания проводят согласно стандарту Американского нефтяного института при нагрузке 1,03 МПа и частоте вращения вала прибора 60,0 об/мин. Коэффициент трения рассчитывают по формуле: ϻ = F /W, где F – сила трения, W – нагрузка приложенная на трущуюся пару. Экспериментально определенные исходные величины коэффициента трения пары «металл-металл» без использования смазочной композиции ϻ = 0,347, а в модельном буровом растворе без смазочной композиции ϻ = 0,316. Лабораторные исследования зависимости ϻ от концентрации предлагаемой смазочной композиции (в пределах от 0,1 до 1,0 % мас.) в модельном буровом растворе показали, что оптимальная концентрация смазочной композиции, характеризующаяся минимальным значением ϻ, равна 0,5 % от веса бурового раствора. Прочность смазочного слоя на поверхности трения характеризуется величиной показателя эффективности смазочного действия (ЭСД), имеющего физический смысл удельного коэффициента трения смазочной пленки, для которой предельная нагрузка составляет 1,0 МПа. Способность смазочной композиции сохраняться на поверхности контакта двух трущихся поверхностей при высоких прижимных усилиях определяли на этом же приборе, в условиях постоянно возрастающей нагрузки от нуля до 4,13 МПа, с фиксацией для каждого вида смазки своей максимальной нагрузки прижатия – W_max. ЭСД рассчитывают по формуле: ЭСД = ϻ/ W_max х 10^-2. В качестве модельного бурового раствора используют бентонитовый глинопорошок марки «ПБН» плотностью 1100 кг/м³, стабилизированный 0,1 % мас. карбоксиметилцеллюлозы. Концентрация смазочной композиции в модельном буровом растворе составляет 0,5 % мас. Показатель ЭСД является интегральной характеристикой, полностью учитывающей все физико-химические факторы, влияющие на прочность адсорбированного смазочного слоя. Экспериментально определяя значение нагрузки при которой сохраняется смазочная способность, т. е. не разрушается первичный адсорбированный на поверхности трения мономолекулярный слой смазочной композиции можно количественно оценить ее качество. Сохранение смазочной способности композиции сопровождается уменьшением значения ЭСД.

Изобретение поясняется на примерах получения и использования смазочной композиции для бурового раствора (табл. 4 и 5). Пример 1 выполнен по прототипу, примеры 2 – 4 соответствуют соотношению ингредиентов в заявляемых пределах их содержания в предлагаемой смазочной композиции. Пример 4 является оптимальным по составу и свойствам композиции. Примеры 5 – 12 выполнены с меньшим и большим содержанием ингредиентов, чем в заявляемых пределах.

Пример 1 (прототип). Смазочную композицию ЛБР – 08 приготавливают следующим образом. В стеклянный трехгорлый реактор емкостью 1,0 литр, снабженный электрообогревом, термопарой, регулятором температуры и механической мешалкой, загружают 525,0 г (75,0 % мас.) дистиллятов жирных кислот таллового масла марки «ДЖК», включают мешалку и нагревают содержимое реактора до 90 ⁰С, затем в реактор медленно дозируют 84,0 г (12,0 % мас.) флотореагента- оксаль марки Т-92, 70,0 г (10,0 % мас.) полиэтиленгликолевого эфира моноизононилфенола с 6 – 12 мономерными звеньями в радикале (марка ОП-10). Реакционную массу перемешивают при 90 ⁰С в течение 1,5 часа. Затем в реактор дозируют 21,0 г (3,0 % мас.) композиционного силиконового пеногасителя и перемешивают реакционную смесь при 90 ⁰С в течение 80 минут. Смазочную композицию охлаждают до 50 ⁰С, а затем фасуют в полиэтиленовые баночки.

Пример 2. В стеклянный двугорлый реактор емкостью 1,0 литр, снабженный механической мешалкой, загружают 632 мл (544 г) ОТМ марки ТСп (68,0 % мас.), включают мешалку и дозируют 211,0 мл (192,0 г) дистиллята таллового масла марки «ДЖК» (24,0 % мас. ). Смесь перемешивают в течение 3 минут при 20 ⁰С и дозируют в реактор 48,0 г (6,0 % мас. ) Лапрола 5003-2-Б10 и 16,0 г (2,0 % мас. ) Биксола. Отношение Лапрола 5003-2-Б10 к Биксолу равно 3,0. Смесь перемешивают в течение 8 минут при 20 ⁰С до полного растворения всех ингредиентов в масле. Смазочную композицию фасуют в полиэтиленовые банки объемом 200 мл.

Таблица 4. Состав смазочной композиции, % мас.

Ингредиенты Номер примера 2 3 4 опт. 5 6 7 8 9 10 11 12 1. ОТМ марки ТСп 68,0 38,0 32,0 36,0 35,0 32,0 32,0 36,0 36,0 40,0 2. ОТМ марки ГК 72,0 32,0 35,0 37,0 37,0 36,0 36,0 36,0 36,0 30,0 3. Дистилляты жирных кислот: марка «ДЖК» 24,0 13,0 12,0 3,0 2,0 12,0 11,9 8,0 8,8 10,0 4. Марка «ЛТМ» 17,8 8,0 12,0 15,0 15,0 13,0 10,4 11,4 12,0 11,8 5. Лапрол 5003-2-Б10 6,0 4,2 5,0 5,0 5,0 6,0 5,0 3,7 6,1 5,4 6,2 6. Биксол 2,0 6,0 4,0 4,0 4,0 5,0 2,0 6,0 2,5 1,8 2,0

Пример 3. Приготавливают 800,0 г смазочной композиции, аналогично примеру 2, но используют ОТМ марки ГК. В реактор загружают, % мас.: 72,0 ОТМ марки ГК (662,0 мл; 576,0 г), 17,8 дистиллята таллового масла марки «ЛТМ» (147,0 мл; 142,5 г), 4,2 Лапрола 5003-2-Б10 (33,6 г) и 6,0 Биксола (48,0 г). Весовое соотношение Лапрола 5003-2-Б10 к Биксолу равно 0,7.

Пример 4 (оптимальный). Приготавливают 800,0 г смазочной композиции, аналогично примеру 2, но смешивание ингредиентов проводят при 25 ⁰С. В реактор загружают, % мас.: 38,0 ОТМ марки ТСп (349,5 мл; 304,0 г), 32,0 ОТМ марки ГК (298 мл; 256,0 г), дистилляты таллового масла: 13,0 марки «ДЖК» (114,3 мл; 104,0 г) и 8,0 марки «ЛТМ» (66,0 мл; 64,0 г), 5,0 Лапрола 5003-2-Б10 (40,0 г) и 4,0 Биксола (32,0 г). Соотношение Лапрола 5003-2-Б10 к Биксолу равно 1,25, а плотность смазочной композиции равна 852,0 кг/м³.

Пример 5. Приготавливают 800,0 г смазочной композиции, аналогично примеру 2, но уменьшают количество ОТМ до 67,0 % мас.. В реактор загружают, % мас.: 32,0 марки ТСп (294,0 мл; 256,0 г), 35,0 ОТМ марки ГК (325,6 мл; 280,0 г ), дистилляты таллового масла: 12,0 марки «ДЖК» (105,5 мл; 96,0 г) и 12,0 марки «ЛТМ» (99,0 мл; 96,0 г), 5,0 Лапрола 5003-2-Б10 (40,0 г) и 4,0 Биксола (32,0 г). Соотношение Лапрола 5003-2-Б10 к Биксолу равно 1,25.

Пример 6. Приготавливают 800,0 г смазочной композиции, аналогично примеру 2, но увеличивают количество ОТМ до 73,0 % мас.. В реактор загружают, % мас.: 36,0 ОТМ марки ТСп (331,0 мл; 288,0 г), 37,0 ОТМ марки ГК (344,0 мл; 296,0 г), дистилляты таллового масла: 3,0 марка «ДЖК» (26,4 мл; 24,0 г) и 15,0 марки «ЛТМ» (123,7 мл; 120,0 г), 5,0 Лапрола 50032-Б10 (40,0 г) и 4,0 Биксола (32,0 г). Соотношение Лапрола 5003-2-Б10 к Биксолу равно 1,25.

Пример 7. Приготавливают 800,0 г смазочной композиции, аналогично примеру 2, но уменьшают количество дистиллятов таллового масла до 17,0 % мас.. В реактор загружают, % мас.: 35,9 ОТМ марки ТСп (321,8 мл; 280,0 г), 37,0 ОТМ марки ГК (344,2 мл; 296,0 г), дистилляты таллового масла: 2,0 марки «ДЖК» (17,6 мл; 16,0 г) и 15,0 марки «ЛТМ» (123,7 мл; 120,0 г), 6,0 Лапрола 5003-2-Б10 (48,0 г) и 5,0 Биксола (40,0 г). Соотношение Лапрола 5003-2-Б10 к Биксолу равно 1,2.

Пример 8. Приготавливают 800,0 г смазочной композиции, аналогично примеру 2, но увеличивают количество дистиллятов таллового масла до 25,0 % мас.. В реактор загружают, % мас.: 32,0 ОТМ марки ТСп (294,0 мл; 256,0 г), 36,0 ОТМ марки ГК (335,0 мл; 288,0 г), дистилляты таллового масла: 12,0 марки «ДЖК» (105,5 мл; 96,0 г) и 13,0 марки «ЛТМ» (107,2 мл; 104,0 г), 5,0 Лапрола 5003-2-Б10 (40,0 г) и 2,0 Биксола (16,0 г). Соотношение Лапрола 5003-2-Б10 к Биксолу равно 2,5.

Пример 9. Приготавливают 800,0 г смазочной композиции, аналогично примеру 2, но количество Лапрола 5003-2-Б10 уменьшают до 3,7 % мас., что снижает Соотношение Лапрола 5003-2-Б10 к Биксолу до 0,6. В реактор загружают, % мас.: 32,0 ОТМ марки ТСп (294,2 мл; 256,0 г), 36,0 ОТМ марки ГК (335,0 мл;288,0 г), дистилляты таллового масла: 11,9 марки «ДЖК» (104,6 мл; 95,2 г) и 10,4 марки «ЛТМ» (85,8 мл; 83,2 г), 3,7 Лапрола 5003-2-Б10 (29,6 г) и 6,0 Биксола (48,0 г).

Пример 10. Приготавливают 800,0 г смазочной композиции, аналогично примеру 2 при 25 ⁰С, но количество Лапрола 5003-2-Б10 увеличивают до 6,1 % мас.. В реактор загружают, % мас.: 36,0 ОТМ марки ТСп (331,0 мл; 288,0 г), 36,0 ОТМ марки ГК (334,9 мл; 288,0 г), дистилляты таллового масла: 8,0 марки «ДЖК» (70,3 мл; 64,0 г) и 11,4 марки «ЛТМ» (94,0 мл; 91,2 г) , 6,1 Лапрола 5003-2-Б10 (48,8 г) и 2,5 Биксола (20,0 г). Соотношение Лапрола 5003-2-Б10 к Биксолу равно 2,44.

Пример 11. Приготавливают 800,0 г смазочной композиции, аналогично примеру 2 при 22 ⁰С, но количество Биксола уменьшают до 1,8 % мас. В реактор загружают, % мас.: 36,0 ОТМ марки ТСп (331 мл; 288,0 г), 36,0 ОТМ марки ГК (334,9 мл; 288,0 г), дистилляты таллового масла: 8,8 марки «ДЖК» (77,4 мл; 70,4 г) и 12,0 марки «ЛТМ» (99,0 мл; 96,0 г), 5,4 Лапрола 5003-2-Б10 (43,2 г) и 1,8 Биксола (14,4 г). Соотношение Лапрола 5003-2-Б10 к Биксолу равно 3,0.

Пример 12. Приготавливают 800,0 г смазочной композиции, аналогично примеру 2 при 23 ⁰С, но количество Лапрола 5003-2-Б10 повышают до 6,2 % мас., что увеличивает соотношение Лапрола 5003-2-Б10 к Биксолу до 3,1. В реактор загружают, % мас.: 40,0 ОТМ марки ТСп (367,8 мл; 320,0 г), 30,0 ОТМ марки ГК (279,0 мл; 240,0 г), дистилляты таллового масла: 10,0 марки «ДЖК» (88,0 мл; 80,0 г) и 11,8 марки «ЛТМ» (97,3 мл; 94,4 г), 6,2 Лапрола 5003-2-Б10 (49,6 г) и 2,0 Биксола (16,0 г).

Таким образом, совокупность приведённых эксплуатационных и технологических свойств предлагаемой смазочной композиции для буровых растворов на водной основе свидетельствует о их комплексном улучшении в присутствии смеси ПАВ 0,7 – 3,0 мас.ч. Лапрола 5003-2-Б10 с 1,0 мас.ч. Биксола растворённых в ОТМ: коэффициент трения пары металл-металл (ϻ ) снижается по сравнению с прототипом и аналогами более, чем в 2 раза; эффективность смазочного действия улучшается в 1,6 – 2,0 раза; коэффициент поверхностного натяжения на границе масло-вода снижается в 10,0 – 15,0 раз; аномально низкая температура текучести предлагаемой смазочной композиции позволяет использовать её при температуре окружающей среды минус 40 ⁰С, что имеет большое значение при бурении скважин зимой в северных регионах РФ, т. к. известные смазочные композиции и аналоги могут использоваться только при более высоких температурах до минус 18 ⁰С; предлагаемая композиция имеет достаточно высокий коэффициент диспергируемости в воде (К_д = 6-7 ); коэффициент трения пары металл- фильтрационная корка при зенитном угле в 3⁰ при использовании предлагаемой смазочной композиции уменьшается в 1,6 – 2,0 раза, что значительно сокращает энергозатраты на бурение и увеличивает срок службы бурового инструмента; предлагаемая композиция не содержит дефицитных и дорогостоящих ингредиентов, приготовление композиции происходит при комнатной температуре в течение 15 -20 минут и упрощенном аппаратурном оформлении процесса, что снижает её себестоимость в 1,6 – 2,0 раза.

Таблица 5. Результаты испытаний образцов смазочной композиции

Номер компози ции ϻ, мет.-мет. П, см³ σ, мНхм^-1 Т_тек, ⁰С К_д,
баллы К_тр, мет.- филтр. корка ЭСД Себестоимость
руб./литр 1, прототип 0,048 0,0 9,1 -9 Растворяется в воде 0,092 0,0092 75,0 2 0,037 0,0 0,8 -46 6 0,051 0,0063 36,5 3 0,035 0,0 0,9 -48 6 0,055 0,0065 35,3 4, оптим. 0,023 0,0 0,6 -48 7 0,043 0,0046 36,0 5 0,036 5,0 1,4 -46 5 0,048 0,0048 36,0 6 0,041 8,0 1,9 -43 5 0,050 0,0051 36,0 7 0,038 10,0 2,3 -45 5 0,0061 0,0062 36,0 8 0,045 9,3 2,1 -45 4 0,048 0,0063 36,0 9 0,040 5,6 4,0 -41 2 0,049 0,0050 36,0 10 0,043 6,1 6,0 -41 3 0,061 0,0055 36,0 11 0,038 6,8 6,5 -42 5 0,047 0,0061 36,0 12 0,040 7,0 1,2 -44 3 0,50 0,0057 36,0 Биолуб LVL 0,165 23,0 4,3 -10 6 0,61 0,0075 58,0

Обозначения: К_тр, мет. - филтр. корка - коэффициента трения пары «металл-фильтрационная корка»; Т_тек, ⁰С - температура текучести; σ, мНхм^-1- коэффициент поверхностного натяжения на границе масло-вода; П, см³ - пенообразующая активность; ϻ, мет.-мет. - коэффициент трения пары «металл-металл»; ЭСД - эффективности смазочного действия.

Изобретение относится к бурению нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин, в частности к буровым растворам на водной основе. Для увеличения долговечности породоразрушающего и бурильного инструмента, повышения показателей бурения и предотвращения прихватоопасных осложнений в буровые растворы на водной основе вводят смазочные композиции. Смазочная композиция для бурового раствора содержит дистилляты жирных кислот талловогоФ масла и поверхностно-активные вещества, причём она дополнительно содержит в качестве поверхностно-активных веществ смесь Лапрола 5003-2Б10 с Биксолом, растворённую в отработанном минеральном трансформаторном масле, при следующем соотношении компонентов, % мас.: дистилляты жирных кислот таллового масла марки «ДЖК» и «ЛТМ» или их смесь - 17,8–24,0; Лапрол 5003-2-Б10 – 4,2-6,0; Биксол - 2,0–6,0; отработанное минеральное трансформаторное масло - остальное. Совокупность эксплуатационных и технологических свойств предлагаемой смазочной композиции для буровых растворов на водной основе свидетельствует об их комплексном улучшении в присутствии смеси ПАВ: 0,7–3,0 мас.ч. Лапрола 5003-2-Б10 с 1,0 мас.ч. Биксола, растворённых в отработанном минеральном масле. Коэффициент трения пары металл-металл снижается по сравнению с прототипом и аналогами более чем в 2 раза, эффективность смазочного действия улучшается в 1,6 – 2,0 раза, а коэффициент поверхностного натяжения на границе масло-вода снижается в 10,0 – 15,0 раз. Аномально низкая температура текучести предлагаемой смазочной композиции позволяет использовать её при температуре окружающей среды минус 40 °С, что имеет большое значение при бурении скважин зимой в северных регионах РФ, т.к. известные смазочные композиции и аналоги могут использоваться только при более высоких температурах до минус 18 °С. Предлагаемая композиция имеет достаточно высокий коэффициент диспергируемости в воде (К_д = 6-7), а коэффициент трения пары металл-фильтрационная корка при зенитном угле в 3° при использовании предлагаемой смазочной композиции уменьшается в 1,6 – 2,0 раза, что значительно сокращает энергозатраты на бурение и увеличивает срок службы бурового инструмента. Предлагаемая композиция не содержит дефицитных и дорогостоящих ингредиентов, а её приготовление происходит при комнатной температуре в течение 15-20 минут и упрощенном аппаратурном оформлении процесса, что снижает её себестоимость в 1,6 – 2,0 раза. 5 табл.

Смазочная композиция для бурового раствора, содержащая дистилляты жирных кислот таллового масла и поверхностно-активные вещества, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит в качестве поверхностно-активных веществ смесь Лапрола 5003-2Б10 с Биксолом, растворённую в отработанном минеральном трансформаторном масле, при следующем соотношении компонентов, % мас.:

Дистилляты жирных кислот таллового масла марки «ДЖК» и «ЛТМ» или их смесь 17,8–24,0 Лапрол 5003-2-Б10 4,2-6,0 Биксол 2,0–6,0 Отработанное минеральное трансформаторное масло остальное