RU2767461C1

RU2767461C1 - Смазочная добавка для бурового раствора

Info

Publication number: RU2767461C1
Application number: RU2021117429A
Authority: RU
Inventors: Даниил Александрович Сухих
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «Торговый Дом СпецКом»
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2022-03-17

Abstract

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.

Description

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
Наименование показателя	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.

Claims

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.