СМАЗОЧНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БУРОВОГО РАСТВОРА Российский патент 2022 года по МПК C09K8/35 

Настоящее изобретение относится к смазочным композициям для буровых растворов, применимым в операциях бурения.

Бурение скважин связано с интенсивным взаимодействием бурильных и обсадных труб при высоких контактных нагрузках и линейных скоростях, а также с повышенной опасностью прилипания (прихватов) колонн к стенкам ствола скважины.

Одним из важнейших направлений совершенствования технологии бурения и заканчивания скважин является применение высокоэффективных смазочных добавок к буровым растворам. Смазочные добавки должны обеспечивать повышение смазочных, противоизносных и противоприхватных свойств бурового раствора; не вызывать вспенивания бурового раствора; обладать совместимостью со всеми реагентами, применяемыми для обработки буровых растворов, быть экологически безопасными, технологичными в применении и недорогими.

Жидкая смазочная добавка согласно заявляемому изобретению предназначена для обработки любых видов буровых растворов с целью снижения коэффициента трения, а также снижения крутящего момента, уменьшения вероятности прихвата (в определенной концентрации может использоваться для освобождения инструмента от прихвата). Заявляемая смазочная добавка хорошо себя показала в горнодобывающей промышленности как смазочная охлаждающая жидкость. В бытовых растворах химреагент улучшает смазку буровых штанг и бурового инструмента.

Известна смазочная добавка для буровых растворов на водной основе (патент РФ №2223297, опубл. 10.02.2004), содержащая в мас.%: моноэтаноламиновую соль сырых талловых масел 10-12, сольвент или нефрас 10-30, оксаль – остальное.

Недостатком известного состава является высокая степень пенообразования, а также высокая степень содержания кубовых остатков с переменным составом, а именно талловое масло и сольвент, являющийся фактически углеводородной составляющей продукта. Применение моноэтаноламина также не является эффективным, поскольку сложный состав таллового масла наиболее оптимально омыляется смесью аминов, позволяющих достичь высокой степени протекания реакции.

Известна смазочная добавка к буровым растворам содержащая, мас.%: растительное масло 40-80; углеводородную синтетическую жидкость 10-40; сложный эфир жирных кислот растительных масел 5-20; неионогенное или цвиттерионное поверхностно-активное вещество 0,5-2(Патент РФ №2684657, опубл. 11.04.2019).

Недостатком известного состава является что продукт по данной рецептуре производится фактически компаундированием компонентов, без протекания реакции и крайне высокой не стабильностью свойств, поскольку нет данных о селективности выбора компонентов, а также эффективности данного продукта в условиях сложных горно-геологических условиях, с применением утяжеленных буровых растворов и растворах поливалентных солей – поскольку применение не обработанных растительных масел будет приводить к коагуляции раствора.

Известна смазочная добавка для буровых растворов (патент РФ №2200181, опубл. 10.03.2003), содержащая жирные кислоты триглицеридов и оксиэтилированную жирную кислоту С17Н35СОО(С2Н4О)6Н, содержит в качестве жирных кислот триглицеридов флотогудрон и дополнительно оксиэтилированный алкифенол С9Н19С6Н4О(С2Н4)10ОН, триэтаноламин , пентамер пропилена при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: флотогудрон - 27-35; оксиэтилированный алкилфенол - С9Н19С6Н4О(С2Н4)10ОН - 2-6; оксиэтилированная жирная кислота С17Н35СОО(С2Н4О)6Н - 2-5; триэтаноламин - 3-6; пентамер пропилена - 50-60.

Недостатком известного состава является его высокая себестоимость, а также дефицитность входящих в его состав компонентов.

Известна смазочная добавка для буровых растворов (Патент РФ №2742421, опубл. 05.02.2021), содержащая, мас.%: экстракт нефтяной 25,0-40,0; кислоту олеиновую и при необходимости ланолин 0,5-1,5; жировой концентрат или кислоты жирные для промышленной переработки 0,5-1,5; присадку депрессорную «МАКСОЙЛ-Д» или «IRFAGLO™ 720 Р» 0,2-1,6; масляную фазу - индустриальное масло или отработанные индустриальные масла остальное (принят за прототип).

Недостатком известного состава является низкая эффективность данного продукта в условиях сложных горно-геологических условиях, с применением утяжеленных буровых растворов и растворах поливалентных солей – поскольку применение не обработанных растительных масел будет приводить к коагуляции раствора.

Технический результат заявляемого изобретения – состав высокоэффективной смазочной добавки, обладающей высокими смазочными, противосальными свойствами с образованием устойчивой пленки на поверхности металла.

Технический результат достигается тем, что смазочная добавка для бурового раствора содержит жидкий углеводородный компонент в виде отработанного моторного масла, жирные кислоты растительных масел с кислотным числом не ниже 180 ед, олеиновую и стеариновую кислоты, депрессорную присадку, смесь триэтаноламина с моноэтаноламином и/или диэтаноламином, оксиэтилированный алкилфенол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Жидкий углеводородный компонент 85–87,27 Жирные кислоты растительных масел до 3 Стеариновая кислота 2,5 Олеиновая кислота 0,2–0,80 Депрессорная присадка 0,03–0,05 Смесь триэтаноламина с моноэтаноламином и/или диэтаноламином 8,0–8,6 Оксиэтилированный алкилфенол 2,0

Существенным отличием заявляемой смазочной добавки от прототипа является использование в составе щелочного агента смеси аминов, с одновременным применением активного ПАВ, а также комплекса индивидуальных органических кислот и растительных масел, что в совокупности обеспечивает необходимый уровень селективности реакции омыления, а также необходимой степени протекания реакции для получения высокоэффективного реагента для буровых растворов, являющегося смазочной и противосальниковой добавкой.

В качестве жидкого углеводородного компонента применяют смеси отработанных моторных масел. Данные масла в процессе технической эксплуатации потеряли свои начальные свойства и непригодны к последующему применению в двигателях внутреннего сгорания, но пройдя несколько этапов нагрева и очистки могут быть использованы в различных сферах, в т.ч. в составе смазочной добавки.

В качестве растительного масла используют рапсовое, подсолнечное, сурепное, кукурузное, соевое, пальмовое, льняное, касторовое, хлопковое, оливковое, кунжутное и другие. В предпочтительном варианте в качестве растительного масла талловые продукты.

В составе смазочной композиции используют растительные масла с кислотным числом не ниже 180 ед., что обеспечивает необходимый уровень содержания жирных кислот в составе исходного компонента.

В заявляемой смазочной добавке используют стеариновую кислоту марки Т-18 (ГОСТ 6484-96). Данные марки кислот отличаются тем, что в своем составе наряду со стеариновой кислотой (50-70 мас.%) содержат олеиновую и пальмитиновую кислоты.

В качестве олеиновой кислоты используют олеиновую кислоту марок Б. Данные марки кислот включают наряду с олеиновой кислотой (до 70 мас.%) миристиновую, пальмитиновую, пальмитолеиновую, стеариновую, линолевую и другие высшие жирные кислоты.

Использование композиций жирных кислот обеспечивает наилучшую смазочную способность добавки. Введение олеиновой и стеариновой кислот позволяет частично регенерировать жирные кислоты растительных масел по составу жирных кислот.

В качестве депрессорно-диспергирующей присадки используют Keroflux 3501. Депрессорно-диспергирующая присадка применяется с целью обеспечения необходимой текучести и понижения значений низкотемпературных показателей (снижение температуры потери текучести с (-12) °С до (– 45) °С) состава, а также для улучшения седиментационной устойчивости при холодном хранении (предотвращение выпадения в осадок парафинов).

Для целей ингибирования коррозии, поддержания щёлочности бурового раствора в состав смазочной добавки вводят смесь аминов. Смесь аминов обеспечивает переход из кислой среды в нейтральную либо слегка щелочную.

Оксиэтилированный алкилфенол используется в виде неонола марки АФ 9-12 по ТУ 2483-077-05766801-98. Обеспечивает эмульгирование смазочной добавки в средах буровых растворов и дополнительное снижение трения.

Способ получения смазочной добавки к буровому раствору осуществляют следующим образом:

Предварительно определяют качество входящего сырья, в т.ч. обводненность (не должна превышать 5%), наливную плотность, вязкость. В таблицах 1-6 представлены требуемые параметры сырья.

Жидкий углеводородный компонент принимают в промежуточные буферы, далее по трубопроводу посредством насосов перекачивают в цех, при этом по пути осуществляется фильтрация его от механических примесей, далее жидкий углеводородный компонент поступает в буфер подготовки и предварительного нагрева до 50-60 °С. В результате нагрева жидкий углеводородный компонент становится более подвижным, что позволяет произвести более качественную очистку от механических примесей. Далее жидкий углеводородный компонент подают в реактор-смеситель, где осуществляют его нагрев до температуры 85- 96 °С, после чего в него вмешивают жирные кислоты растительных масел, стеариновую и олеиновую жирные кислоты. В полученную смесь после выравнивания температуры до 86-96 °С вмешивают смесь изомеров оксиэтилированных алкилфенолов на основе тримеров пропилена с числом оксиэтильных групп 12 для обеспечения стабильности смеси, перемешивают до однородной массы в течение 20-30 мин и затем вмешивают триэтаноламин для перехода из кислой среды в нейтральную либо слегка щелочную (pH 7-8). Для обеспечения необходимой текучести и снижения температуры потери текучести с (-12) градусов до (-45) градусов, вводят депрессорную присадку и отправляют на дополнительное смешивание (20-30 мин) в емкости перемешивания и розлива. Готовую продукцию разливают в металлические бочки.

Таблица 1 – Требуемые параметры жидкого углеводородного компонента

Наименование показателя Норма Тип масла Внешний вид Жидкость от светло до темно-коричневого цвета Плотность, г/см³, не более 0,75-0,95 Снижение относительного коэффициента трения, не менее 0,7 Температура застывания, °С, не выше (- 22) – (-45) Показатель концентрации водородных ионов 2, ед. рН 6,0 ÷ 11,0 Пенообразующая способность 1, см³, не более 7 Массовая доля воды,%, не более 5,0 Массовая доля примесей,%, не более 1,0 Качественная реакция по хлорорганическим соединениям отсутствие

Таблица 2 - Требуемые параметры олеиновой кислоты

Наименование Норма Внешний вид при температуре 50 градусов Прозрачная жидкость Цветное число, мг йода, не более 70 Массова доля жирных кислот в без водном продукте % не менее 97,4 Массовая доля не омыляемых веществ % не более 2,5 Массовая доля золы % не более 0,1 Массовая доля влаги % не более 0,5 Йодное число на 100 г продукта, не более 115 Температура застывания, °С 8-15 Кислотное число мг КОН/г 185-200 Число омыления, мг КОН/г 185-200

Таблица 3 - Требуемые параметры стеариновой кислоты

Наименование Норма Внешний вид Гранулы, хлопья Цвет белый Механические примеси отсутствуют Прозрачность при температуре 70 градусов Цельсия прозрачная Йодное число на 100 г не более 18 Массовая доля не омыляемых веществ в %, не более 0,5 Температура застывания, °С, не ниже 58 Массовая доля влаги, % не более 0,2 Массовая доля золы, % не более 0,02 Кислотное число мг КОН/г 192-210 Число омыления, мг КОН/г 194-213

Таблица 4 - Требуемые параметры компонента Неонол АФ-9-12

Наименование Норма Внешний вид при температуре 25 градусов Прозрачная маслянистая жидкость от бесцветного до желтоватого цвета Цветное число, мг йода, не более 70 Цветность по платиново-кобальтовой шкале, ед Хазена, не более 150 Температура помутнения водного раствора НПАВ концентрацией 10 г/дм³, градусов Цельсия 83-89 Концентрация водородных ионов Рh водного раствора концентрацией НПАВ 10 г/дм³, ед Ph 6-8 Массовая доля присоединенной окиси этилена, % 69-71 Массовая доля воды, % не более 0,5 Массовая доля полиэтиленгликоля, % не более 1,5

Таблица 5 - Требуемые параметры жирных кислот растительных масел

Наименование норма Запах Специфичный, свойственный маслам Цвет От светло до темно коричневого Консистенция Маслянистая жидкость Масляная доля общего жира, % 92 Массовая доля не омыляемых, % 3 Массовая доля примесей, % 2 Массовая доля воды, % не более 2,5 Кислотное число мг КОН/г 180

Таблица 6 - Требуемые параметры триэтаноламина

Наименование норма Внешний вид Вязкая прозрачная жидкость Цветное число, мг йода, не более 70 Цветность по платиново-кобальтовой шкале, ед Хазена, не более 50 Массовая доля триэтаноламина, % 90 Массовая доля воды, % не более 1 Плотность при температуре 20 °С, г/см³ 1,095-1,135

Заявляемая смазочная добавка обладает следующим преимуществами:

- высокие смазочные свойства;

- явно выраженные противосальные свойства.

Настоящее изобретение относится к смазочным композициям для буровых растворов, применяемым в операциях бурения. Технический результат – высокие смазочные и противосальные свойства смазочной добавки, образование устойчивой пленки на поверхности металла. Смазочная добавка для бурового раствора содержит, мас.%: жидкий углеводородный компонент - отработанное моторное масло 85–87,27; жирные кислоты растительных масел до 3; олеиновую кислоту 0,2–0,8; депрессорную присадку 0,03–0,05; стеариновую кислоту 2,5; смесь триэтаноламина с моноэтаноламином и/или диэтаноламином 8,0–8,6; оксиэтилированный алкилфенол 2. В смазочной добавке используют жирные кислоты растительных масел с кислотным числом не ниже 180 ед. 6 табл.

Смазочная добавка для бурового раствора, содержащая жидкий углеводородный компонент, жирные кислоты растительных масел, олеиновую кислоту, депрессорную присадку, отличающаяся тем, что дополнительно содержит стеариновую кислоту, смесь триэтаноламина с моноэтаноламином и/или диэтаноламином и оксиэтилированный алкилфенол, в качестве жидкого углеводородного компонента использовано отработанное моторное масло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Жидкий углеводородный компонент 85–87,27 Жирные кислоты растительных масел до 3 Стеариновая кислота 2,5 Олеиновая кислота 0,2–0,8 Депрессорная присадка 0,03–0,05 Смесь триэтаноламина с моноэтаноламином и/или диэтаноламином 8,0–8,6 Оксиэтилированный алкилфенол 2,

при этом используют жирные кислоты растительных масел с кислотным числом не ниже 180 ед.