CN102099437B - 热稳定的水下控制液压流体组合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含水液压流体组合物，该组合物含有一种或多种润滑剂，例如二羧酸的单价金属盐、铵盐或烷醇胺盐，所述二羧酸例如为C21二羧酸，当将所述含水液压流体组合物暴露于高温下持续一段时间时显示出提高的热稳定性，同时能够耐受10％v/v的合成海水的存在。所述含水液压流体组合物含少于约20％重量(优选不含或基本上不含)从矿物油、合成烃油和它们的混合物中选出的油。

Description

热稳定的水下控制液压流体组合物

技术领域

本发明涉及含水液压流体组合物，特别是具有改善了热稳定性的液压流体组合物。

背景技术

液压流体是低粘度流体，用于在压力下通过流体由能量源到负载的流动来传输有效能量。液态液压流体通常依靠其在压力状态下的位移来传输能量。液压流体通常以降低摩擦系数运转。为了有效，该组合物通常具有足够的耐磨性、抗焊性及耐极压特性，以在高负载条件下使由金属对金属接触而产生的对金属的伤害最小化。

液压流体应用于水下控制装置中，该控制装置用于控制正处于钻探的油井的井口压力。该液压设备可以打开或关闭钻井，扼制油或气体流，向井中注入化学物质或者将水和/或气体转向到井内以对系统进行再加压。一些液压组件被置于井内，例如Down Hole安全阀门和“Smart Well”流控制系统。

在石油和天然气工业中最大的挑战之一就是从高压和高温的严酷环境中“产出”石油和天然气。由于部分液压系统位于井内，液压装置以及关联的流体同样必须适合在这些温度中持续存在并且保持特性。另外，由于水基液压流体组合物与常规不含水的油类液压流体相比在环境、经济及安全性(例如不易燃性)方面具有优势，对这类流体的需求例如可用于水下装置的需求持续升高。

许多常规液压流体由于它们对海水污染或对由烃造成的污染的低耐受力(即它们容易与少量海水形成乳液)而不适于海洋或深海应用。而且，在海洋环境中，由于液压流体缺乏生物降解能力以及液压流体中产生的细菌侵扰，特别是来自厌氧细菌如海水中普遍存在的硫酸盐还原细菌，而产生了问题。

与海洋或深海装置中遇到的在极端条件下使用常规液压流体有关的其它问题包括：(1)一些常规液压流体可能导致与该流体接触的金属腐蚀；(2)一些常规液压流体与涂料或其它金属涂层反应，或者倾向于与弹性物质反应，或者至少引起弹性物质的溶胀；(3)较差的长期稳定性，特别是在高温下；(4)一些液压流体需要抗氧化剂来避免所包含的组分氧化；(5)一些液压流体不易于为方便运输而进行浓缩；以及(6)许多常规液压流体的pH值非中性，从而增加了与接触它的原料反应的机会。由于所有这些原因，已经变得有利的是在海洋和深海应用中使用含水液压流体，并且已经开发出各种可用于这类应用的含水配方。

为保护东北大西洋的海洋环境的OSPAR公约提供了用于海上的化学物质的环境要求的标准。在高温下保持润滑作用并且满足所需环境要求的水基流体即便有，目前也很少。

本发明的发明人已指出了可在水下装置遭遇的极端条件下提供良好的润滑性和良好的稳定性的其它润滑剂。特别地，本发明的发明人已经证实了可使用二酸盐获得很好的结果来改善含水液压流体组合物的润滑性。

发明内容

本发明的一个目的是提供在水下控制装置遭遇的极端热条件下应用的改进的含水液压流体组合物。

本发明的另一个目的是提供一种在暴露于高温和高压后保持其润滑性的含水液压流体组合物。

本发明又一个目的是提供一种即使在10％v/v合成海水的存在下具有良好稳定性，并且可防止或尽量减少成问题的“水化物”形成的含水液压流体浓缩物。

本发明还有另一个目的是提供一种具有较强的长期热稳定性的含水液压流体组合物。

本发明还有一个目的是提供一种含有为环境可接受物质的材料的液压流体组合物。

为此，本发明涉及一种改进的含水液压流体组合物，其包含：

润滑剂，该润滑剂含有一种二羧酸或多种二羧酸的烷醇胺盐、铵盐或单价金属盐；

其中该液压流体组合物基本上不含从矿物质油、合成烃油以及它们的混合物中选出的油。

具体实施方式

本发明涉及一种含水液压流体组合物，其可以在例如在水下控制装置遭遇的极端条件下使用。

因此，本发明通常涉及含水液压流体组合物，包含：

润滑剂，其含有一种二羧酸或多种二羧酸的烷醇胺盐、铵盐或单价金属盐；

其中该液压流体组合物基本上不含从矿物质油、合成烃油以及它们的混合物中选出的油。通过二羧酸，我指的是含有两个羧酸基团的有机酸。优选的单价金属盐包括由所选的二羧酸与碱金属氢氧化物反应所形成的盐。

在一个实施方式中，本发明应用了二酸盐的水溶液。在一个实施方式中，二酸为C21烷基二羧酸并且盐为C21二羧酸的二钾盐或烷醇胺盐。可以相信的是该二酸的二钾盐较该二酸本身易溶于水，因此是优选的。对此，一种优选的化合物为5-(7-羧庚基)-2-己基环己-3-烯-1-甲酸(2-cyclohexene-1-octanoic acid，5-carboxy-4-hexyl)以及它的二钾盐。通常本发明使用的二羧酸(或其盐)优选具有5～30个碳的碳链长度(直链的、支链的或环状的)。本发明的液压流体优选包含多于一种的二羧酸或其盐。本发明的液压流体中的二羧酸盐的浓度优选为0.1～35％重量。

另外，本发明的发明人已经证实在暴露于高温例如190℃下相当长的时期(30天或更长)后，液压流体配方中的二羧酸盐保持了它的润滑性、腐蚀性和其它物理特性。配方中该二羧酸的某些烷醇胺盐和其它盐同样被认为显示出高的热稳定性和海水稳定性。

另外，本发明的液压流体组合物还可优选含有第二润滑剂，所述第二润滑剂选自磷酸烷基/芳基酯、亚磷酸烷基/芳基酯、磷脂、单羧酸盐、二羧酸盐、三羧酸盐或聚羧酸盐以及它们的组合。本发明配方中使用的磷脂包括任何含磷酸衍生物的脂类，例如卵磷脂或脑磷脂，优选卵磷脂或其衍生物。磷脂的实例包括磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇胺、磷脂酸以及它们的混合物。磷脂还可以为甘油磷脂，更优选以上所列的磷脂的甘油衍生物。通常，所述甘油磷脂在甘油残基上具有一个或两个酰基，并且每个酰基含一个羰基并含有一个烷基或烯基。烷基或烯基通常含有约8至30个碳原子，优选8至约25个，最优选12至约24个。这些基团的实例包括辛基、十二烷基、十六烷基、十八烷基、二十二烷基、辛烯基、十二烯基、十六烯基和十八烯基。本发明的液压流体中第二润滑剂的浓度优选为0.1～20％重量。

甘油磷脂上的酰基通常衍生自脂肪酸，其为具有约8至约30个碳原子、优选为约12至约24个、最优选为约12至约18个碳原子的酸。脂肪酸的实例包括肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、花生四烯酸或它们的混合物。优选硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸或它们的混合物。

磷脂的衍生物包括酰化或羟化的磷脂也可用于本发明的实践。例如卵磷脂以及酰化或羟化的卵磷脂也可用于本发明作为第一润滑剂或第二润滑剂。

磷脂可以通过合成来制备或来自天然来源。合成的磷脂可以通过现有技术中已知的那些方法来制备。天然来源的磷脂可通过现有技术中已知的那些步骤来提取。磷脂可为动物来源或植物来源。动物来源包括鱼、鱼油、贝类、牛脑和任何蛋类，特别是鸡蛋。植物来源包括油菜籽、向日葵籽、花生、棕榈果仁、葫芦籽、小麦、大麦、稻米、橄榄、芒果、鳄梨、紫铆(palash)、番木瓜、jangli、bodani、胡萝卜、大豆、玉米及棉籽。磷脂还可衍生自微生物，包括蓝绿藻、绿藻、在甲醇或甲烷上生长的细菌以及在烷烃上生长的酵母。一个优选实施方案中，磷脂来自植物来源，包括大豆、玉米、向日葵籽及棉籽。

第二润滑剂还可包含烷氧基化物盐作为用于液压流体组合物的第二润滑剂。本发明的发明人已经确定了通过向该组合物中添加烷氧基化物盐(优选单烷氧基化物、双烷氧基化物、三烷氧基化物或聚烷氧基化物的金属盐或烷醇胺盐)，实现了对润滑性和海水稳定性的改善。合适的烷氧基化物盐包括烷氧基化物碳链(直链、支链或环状的)中具有2～30个碳原子的烷氧基化物的盐。还可知的是常规组合物很难达到热稳定。本发明的发明人惊奇地发现含水液压流体组合物中烷氧基化物盐的应用甚至在10％v/v合成海水的存在下使得该流体组合物稳定而不会热降解，这在极端条件下给予流体组合物更长的使用期限。

本发明的含水液压流体组合物还优选含有抗微生物剂。选择与润滑成分相容的抗微生物剂，即它不影响润滑性。一个实施方案中，如十水硼砂的含硼盐被用作抗微生物剂。另一个实施方案中，该抗微生物剂可以是含硫抗微生物剂或含氮抗微生物剂。含氮抗微生物剂包括戊二醛、三嗪、噁唑烷和胍以及选自脂肪酸季铵盐的化合物，如氯化二癸基二甲基季铵盐。该抗微生物剂的浓度对于至少基本防止液压流体内的细菌生长是足够的并且优选地对于杀死存在的细菌是足够的。

液压流体还包含一种能够降低液压流体的凝固点到至少约-30°F的防冻剂，该温度低于这类环境预期遭遇的最低温度。如果使用，这样选择该防冻剂以便其不与润滑成分和抗微生物剂反应，从而其不会对该液压流体的润滑性有害。在一个实施方案中，防冻剂包含至少一种醇(优选二羟基醇)，其具有2～4个碳原子，它的用量足以将凝固点降低到低于-30°F。优选的醇包括一乙二醇、丙三醇、丙二醇、2-丁烯-1，4-二醇、聚乙二醇或聚丙二醇。一个优选实施方案中，PLONOR认可的一乙二醇被用作本发明的防冻剂，其用量足以将液压流体组合物的凝固点降低到预期温度同时防止水下装置在使用过程中的“水化物”的形成。

液压流体还包含一种或多种表面活性剂，例如醇乙氧基化物或共溶剂，例如聚烷撑二醇，或两者的混合物，以有助于海水稳定性(耐受性)。

一个优选实施方案中，本发明的液压流体组合物还可含有一种或多种防止腐蚀和氧化的腐蚀抑制剂。腐蚀抑制剂的实例包括无机/有机磷酸(盐)酯/亚磷酸(盐)酯，用烷醇胺、铵或单价金属中和的单羧酸、二羧酸或聚羧酸，羧酸胺，烷基胺和烷醇胺以及铜腐蚀抑制剂如苯并三唑。合适的烷醇胺包括一乙醇胺和三乙醇胺。合适的烷基胺包含C₆-C₂₀直链或支链烷基。合适的烷醇胺典型地包含1～18个碳原子，并可包含超过一个烷醇基，如二链烷醇胺和三链烷醇胺。其它可用于本发明实践的腐蚀抑制剂包括水溶性聚乙氧基化的脂肪胺和聚乙氧基化的二胺。该腐蚀抑制剂可用的浓度为足以基本不发生腐蚀，即，如果存在腐蚀，则腐蚀导致与液压流体接触的金属厚度损失少于每年10微米。本发明的液压流体中腐蚀抑制剂的浓度优选为0.1～20％重量。

另外，尽管优选将上述实施方案应用于如在海上石油钻探设备中的水下控制流的液压流体中，其它实施方案也适于许多应用。例如，在基本无腐蚀的环境中，液压流体组合物中不需包含腐蚀抑制剂。类似地，在细菌侵扰不是问题的环境中，可以省去抗微生物剂。对于中温或高温的应用，不需要防冻剂。

一个具体的实施方案中，液压流体被制备成即用型浓缩物的形式，该浓缩物不需稀释以便达到工作性能。

实施例1

根据如下配方制备含水液压流体

该组合物作为高压液压流体进行检测。它在190℃下延长的使用期间(30天)后保持了其润滑性，并且能够耐受10％w/w海水的污染。

Claims (18)

1.一种含水液压流体组合物，包含：

润滑剂，该润滑剂含有至少一种二羧酸的单价金属盐、铵盐或烷醇胺盐；

附加润滑剂，其包含在烷氧基化物碳链中具有2～30个碳原子的烷氧基化物盐；

其中该液压流体组合物基本上不含从矿物质油、合成烃油以及它们的混合物中选出的油。

2.根据权利要求1所述的含水液压流体组合物，其中该组合物含有占液压流体组合物总重10%重量至65%重量的水。

3.根据权利要求1所述的含水液压流体组合物，其中该二羧酸包含用单价金属、铵或烷醇胺转化成盐的C21二羧酸。

4.根据权利要求3所述的含水液压流体组合物，其中所述二羧酸的盐为C21二羧酸的二钾盐或C21二羧酸的烷醇胺盐。

5.根据权利要求1所述的含水液压流体组合物，还含有第二润滑剂，所述第二润滑剂从磷酸烷基/芳基酯、亚磷酸烷基/芳基酯、磷脂、羧酸、羧酸的盐以及前述物质的组合中选出。

6.根据权利要求5所述的含水液压流体组合物，其中所述磷脂包含从磷脂酰胆碱、磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺和前述物质中一种或多种的组合中选出的磷脂。

7.根据权利要求1所述的含水液压流体组合物，其中该组合物还包含抗微生物剂。

8.根据权利要求7所述的含水液压流体组合物，其中该抗微生物剂从含硼盐、含硫抗微生物剂或含氮抗微生物剂中选出。

9.根据权利要求1所述的含水液压流体组合物，其中该组合物还包含一种或多种腐蚀抑制剂。

10.根据权利要求9所述的含水液压流体组合物，其中所述腐蚀抑制剂从磷酸烷基/芳基酯、亚磷酸烷基/芳基酯、磷脂、羧酸、羧酸的盐以及前述物质的组合中选出。

11.根据权利要求5所述的含水液压流体组合物，其中所述组合物还含有防冻剂。

12.根据权利要求11所述的含水液压流体组合物，其中所述防冻剂从一乙二醇、丙三醇、丙二醇、2-丁烯-1,4-二醇、聚乙二醇和聚丙二醇中选出。

13.根据权利要求11所述的含水液压流体组合物，其中所述防冻剂是一乙二醇。

14.一种提高含水液压流体组合物的热稳定性的方法，该方法包括步骤：

a)提供含有下述成分的含水液压流体组合物：

i)一种或多种润滑剂；

ii)烷氧基化物盐；

iii)非强制选择的添加剂，该添加剂从抗微生物剂、防冻剂、腐蚀抑制剂和前述物质中一种或多种的组合中选出；和

b)向所述含水液压流体组合物中添加至少一种二羧酸的盐，由此所述二羧酸的盐提高了所述含水液压流体组合物的热稳定性。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述含水液压流体组合物含有基于所述含水液压流体组合物总重10%重量至65%重量的水。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述二羧酸盐包含C21二羧酸。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述二羧酸盐包含C21二羧酸的二钾盐或C21二羧酸的烷醇胺盐。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述液压流体组合物具有高的热稳定性和海水耐受性。