СМАЗОЧНАЯ ДОБАВКА К БУРОВЫМ РАСТВОРАМ Российский патент 2023 года по МПК C09K8/35 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к буровым растворам на водной основе.

Уровень техники

Известен смазочный реагент к буровым растворам на основе отработанного подсолнечного масла с модифицирующими добавками (Патент RU2105783C1, опубл. 1998.02.27), характеризующийся тем, что в качестве модифицирующих добавок он содержит отработанную смазочно-охлаждающую жидкость и легкое талловое масло при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Отработанное подсолнечное масло - 45-60;

Легкое талловое масло - 10-20;

Отработанная смазочно-охлаждающая жидкость - 20-45.

Недостатками указанной смазочной добавки являются температура замерзания, непригодная для использования в северных регионах; низкая противоприхватная способность, нестабильность фильтрационной корки ввиду использования чистых талловых масел.

Известна смазывающая добавка к буровым растворам (патент RU2163616C2, опубл. 2001.02.27), включающая синтетическую жидкость, нейтрализующий агент и воду, которая содержит в качестве синтетической жидкости ацетали, или альфаолефины, или полиальфаолефины, жирные кислоты высшего ряда с C9 и выше, а в качестве нейтрализующего реагента - гидроокиси щелочных металлов при следующем соотношении компонентов, мас. %:

синтетическая жидкость 10-35,

жирные кислоты 60-80,

нейтрализующий агент 0-3,

вода - остальное.

Недостатками указанной смазочной добавки являются температура замерзания, непригодная для использования в северных регионах; низкая противоприхватная способность.

Известна смазочная добавка к буровым растворам (RU2197511C2, опубл. 2003.01.27), содержащая легкое талловое масло, триэтаноламин, дополнительно содержащая оксиэтилированный алкифенол, пентамер пропилена при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

легкое талловое масло 35-55,

оксиэтилированный алкилфенол 5-10,

триэтаноламин 5-10,

пентамер пропилена 35-55.

Однако недостатками указанной смазочной добавки являются температура замерзания, непригодная для использования в северных регионах; низкая противоприхватная способность; нестабильность фильтрационной корки ввиду использования чистых талловых масел.

Наиболее близким решением является смазочная добавка к буровым растворам (RU2684657C1, опубл. 2019.04.11), содержащая растительное масло и углеводородную синтетическую жидкость, отличающаяся тем, что дополнительно содержит сложный эфир жирных кислот растительных масел и поверхностно-активное вещество, в качестве которого используют неионогенное или цвиттерионное поверхностно-активное вещество, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Растительное масло 40-80;

Углеводородная синтетическая жидкость 10-40;

Сложный эфир жирных кислот растительных масел 5-20;

Неионогенное или цвиттерионное поверхностно-активное вещество 0,5-2.

Существенным отличием заявляемой смазочной добавки от прототипа является использование в составе продукта взаимодействия многоатомных спиртов и талловых масел или чистых жирных кислот, другой массовый состав компонентов, что в совокупности обеспечивает синергетический эффект, проявляющийся в повышении устойчивости как в пресных, так и в минерализованных буровых растворах, а также в повышении смазочных и противоприхватных свойств добавки.

Раскрытие изобретения

В одном аспекте изобретения раскрыта смазочная добавка к буровым растворам, содержащая углеводородную синтетическую жидкость, поверхностно-активное вещество (ПАВ), сложный эфир, причем в качестве сложного эфира используют полученный в результате кислотно-каталитической реакции этерификации продукт взаимодействия многоатомного спирта и по меньшей мере одной из высших жирных кислот талловых масел или продукт взаимодействия многоатомного спирта и дистиллированного таллового масла или сырого таллового масла, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

углеводородная синтетическая жидкость: 65-89,5%;

продукт взаимодействия многоатомных спиртов и жирных кислот:

10-34,5,

неионогенное или цвиттерионное поверхностно-активное вещество: 0,5-2.

В дополнительных аспектах раскрыто, что в качестве жирных кислот используют высшие жирные кислоты; в качестве многоатомного спирта используют одно из следующего: этиленгликоль, пропиленгликоль, бутандиол, глицерин, эритрит, пентаэритрит; в качестве жирных кислот используют, одно из следующего: жирные кислоты растительного масла, жирные кислоты талловых масел, дистиллированное талловое масло, сырое талловое масло, олеиновую кислоту, пальметиновую кислоту, линолевую кислоту; в качестве углеводородной синтетической жидкости используют по меньшей мере одно из следующего: дистиллятные нефтяные масла малой и средней вязкости, экстракты от селективной очистки остаточных нефтяных масел, углеводородные компоненты полученные гидрокрекингом и гидроизомеризацией, высокомолекулярные углеводороды, полиальфаолефины; в качестве неионогенных ПАВ используют одно из следующего: глицерил лаурат, оксиэтилированные спирты, оксиэтилированный моноалкилфенол; в качестве в качестве цвиттерионных ПАВ используют одно из следующего: лецитин, аминокислоты, производные бетаина, кокаминопропил бетаин, имидазолин.

Основными задачами, решаемыми заявленным изобретением, являются сохранение высоких показателей смазочных свойств, таких как снижение коэффициента трения бурильного инструмента о стенки скважины и обсадную колонну, а также повышение противоприхватных свойств, таких как снижение коэффициента потенциального прихвата на границе «металл - глинистая корка» и «метал-металл» в пресных и минерализованных буровых растворах.

Сущность изобретения заключается в том, что использование в составе продукта взаимодействия многоатомных спиртов и талловых масел в совокупности с углеводородной синтетической жидкостью и поверхностно-активным веществом обеспечивает синергетический эффект, проявляющийся в повышении устойчивости как в пресных, так и в минерализованных буровых растворах, а также в повышении смазочных и противоприхватных свойств добавки.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного изобретения, заключается в повышении смазочных свойств и снижении коэффициента потенциального прихвата на границе «металл - глинистая корка» и «метал-металл» в пресных и минерализованных буровых растворах при низких температурах.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 показывает схему реакции взаимодействия высших жирных кислот и многоатомных спиртов.

Осуществление изобретения

Поставленная задача решается тем, что получают смазочную добавку, содержащую углеводородную синтетическую жидкость, сложный эфир жирных кислот растительных масел и поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас. %:

жирных кислот растительных масел и поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углеводородная синтетическая жидкость 65-89,5 продукт взаимодействия многоатомных спиртов и жирных кислот 10-34,5 неионогенное или цвиттерионное поверхностно-активное вещество 0,5-2

Процесс получения смазочной добавки осуществляется в две стадии.

I стадия:

Кислотно-каталитическая реакция этерификации - получение сложных эфиров в результате взаимодействия высших жирных кислот и многоатомных спиртов. Схема химической реакции показана на фиг. 1

Реакцию проводят в интервале температур от 140 до 200°С в течение 2-6 часов в присутствии кислотного катализатора. Контроль протекания реакции ведется по кислотному числу.

II стадия:

Смешение продукта синтеза с другими компонентами смазки. Для этого полученную активную основу охлаждают и производят смешение с остальными компонентами смазки с помощью мешалки не менее 30 минут до получения однородной массы.

Подробные варианты осуществления

В качестве многоатомного спирта используют, например, этиленгликоль, пропиленгликоль, бутандиол, глицерин, эритрит, пентаэритрит.

В качестве источника жирных кислот используют, например, жирные кислоты растительного масла, жирные кислоты талловых масел, дистиллированное талловое масло, сырое талловое масло, олеиновую, пальметиновую или линолевую кислоту.

В качестве синтетической жидкости используют, например, дистиллятные нефтяные масла малой и средней вязкости, экстракты от селективной очистки остаточных нефтяных масел, дистиллятные и остаточные компоненты различной вязкости (углеводороды), углеводородные компоненты полученные гидрокрекингом и гидроизомеризацией, а также синтетические продукты (высокомолекулярные углеводороды, полиальфаолефины и другие) и их смеси.

В качестве поверхностно-активного вещества (далее по тексту - ПАВ) используют неионогенные ПАВ или цвиттерионнные ПАВ. В качестве неионогенных ПАВ используют, например, глицерил лаурат, оксиэтилированные спирты, например, оксиэтилированный моноалкилфенол. В качестве цвиттерионных используют, например, лецитин, аминокислоты, производные бетаина, например, кокаминопропил бетаин и имидазолин.

Концентрация активной основы (продукта взаимодействия жирных кислот и многоатомных спиртов) 10-34,5% является оптимальной, так как при концентрации ниже 10% все преимущества смазки проявляются слабо, а при увеличение активной основы свыше 34,5% роста полезных свойств не наблюдается.

Заявляемая смазочная добавка обладает следующим преимуществами по сравнению с прототипом:

1) Образование более прочной смазочной пленки на поверхности металла.

2) более низкая температуры застывания (ниже минус 35°С), что позволяет эффективно применять заявленную смазку в северных регионах проведения работ. При температуре ниже - 35°С смазка по прототипу застывает и перестает работать.

Эффективность смазочной добавки оценивали по стандарту Американского нефтяного института на приборе Lubricity Tester фирмы OFITE путем определения коэффициента трения пары "металл-металл" (Ктр в паре «М-М»). Для измерения коэффициента трения в паре «металл-фильтрационная корка» (Ктр в паре «М-ФК») использовали прибор ФСК-4Э.

Результаты исследования смазочного состава показаны в таблице ниже:

МАССОВОЕ СОДЕРЖАНИЕ СОСТАВ Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5 Состав 6 углеводородная синтетическая жидкость дистиллятные нефтяные масла малой и средней вязкости 65 90   экстракты от селективной очистки остаточных нефтяных масел   70       75 углеводородные компоненты полученные гидрокрекингом и гидроизомеризацией   80 полиальфаолефины 90     поверхностно-активное вещество глиерил лаурат 0,5 2   оксиэтилированные спирты 1 лецитин 1,5 0,5 имидазолин 2     продукт взаимодействия спиртов и жирных кислот 34,5 8,0   пропиленгликоль и жирные кислоты талловых масел 29,0 бутандиол и дистиллированное талловое масло 8,0     эритрит и сырое талловое масло 18,5 пентаэритрит и дистиллированное талловое масло 24,5 коэффициент трения М-М, при температуре -35°С 0,31 0,28 0,27 0,27 0,27 0,32 коэффициент трения М-ФК, при температуре -35°С 0,34 0,32 0,35 0,32 0,33 0,34

Как видно из таблицы, заявленная смазка обеспечивает сохранение высоких показателей смазочных свойств на границе «металл - глинистая корка» и «металл - металл» при низких температурах.

Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.

Способы, раскрытые здесь, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы изобретения. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы изобретения.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкое изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.

Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации раскрытые в различных частях описания могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к буровым растворам на водной основе. Технический результат - сохранение высоких показателей смазочных свойств, а также повышение противоприхватных свойств на границе «металл - глинистая корка» и «металл - металл» в пресных и минерализованных буровых растворах при низких температурах. Смазочная добавка к буровым растворам содержит, мас.%: углеводородную синтетическую жидкость 65-89,5; сложный эфир 10-34,5; неионогенное или цвиттерионное поверхностно-активное вещество 0,5-2. В качестве сложного эфира используют полученный в результате кислотно-каталитической реакции этерификации продукт взаимодействия многоатомного спирта и по меньшей мере одной из высших жирных кислот талловых масел или продукт взаимодействия многоатомного спирта и дистиллированного таллового масла или сырого таллового масла. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Смазочная добавка к буровым растворам, содержащая углеводородную синтетическую жидкость, поверхностно-активное вещество ПАВ, сложный эфир, отличающаяся тем, что в качестве сложного эфира используют полученный в результате кислотно-каталитической реакции этерификации продукт взаимодействия многоатомного спирта и по меньшей мере одной из высших жирных кислот талловых масел или продукт взаимодействия многоатомного спирта и дистиллированного таллового масла или сырого таллового масла, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углеводородная синтетическая жидкость 65-89,5 указанный продукт взаимодействия многоатомного спирта и жирных кислот 10-34,5 неионогенное или цвиттерионное ПАВ 0,5-2

2. Добавка по п. 1, в которой в качестве многоатомного спирта используют одно из следующего: пропиленгликоль, бутандиол, эритрит, пентаэритрит.

3. Добавка по п. 1, в которой в качестве углеводородной синтетической жидкости используют по меньшей мере одно из следующего: дистиллятные нефтяные масла малой и средней вязкости, экстракты от селективной очистки остаточных нефтяных масел, углеводородные компоненты, полученные гидрокрекингом и гидроизомеризацией, высокомолекулярные углеводороды, полиальфаолефины.

4. Добавка по п. 1, в которой в качестве неионогенных ПАВ используют одно из следующего: глицерил лаурат, оксиэтилированные спирты, оксиэтилированный моноалкилфенол.

5. Добавка по п. 1, в которой в качестве цвиттерионных ПАВ используют одно из следующего: лецитин, аминокислоты, производные бетаина, кокаминопропил бетаин, имидазолин.