RU2786172C1 - Improved invert emulsifier for use in drilling muds with invert emulsion - Google Patents
Improved invert emulsifier for use in drilling muds with invert emulsion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786172C1 RU2786172C1 RU2021127073A RU2021127073A RU2786172C1 RU 2786172 C1 RU2786172 C1 RU 2786172C1 RU 2021127073 A RU2021127073 A RU 2021127073A RU 2021127073 A RU2021127073 A RU 2021127073A RU 2786172 C1 RU2786172 C1 RU 2786172C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- invert
- acid
- oil
- invert emulsifier
- emulsifier
- Prior art date
Links
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 title claims abstract description 81
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 claims abstract description 51
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 claims abstract description 51
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 claims abstract description 48
- MTNDZQHUAFNZQY-UHFFFAOYSA-N 2-Imidazoline Chemical compound C1CN=CN1 MTNDZQHUAFNZQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 21
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 claims abstract description 18
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 claims abstract description 17
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229920001281 polyalkylene Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 125000004432 carbon atoms Chemical group C* 0.000 claims abstract description 9
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000002612 dispersion media Substances 0.000 claims abstract description 5
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L Calcium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 4
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- FBEDQOZZWWECAJ-UHFFFAOYSA-M calcium;magnesium;hydroxide Chemical compound [OH-].[Mg+2].[Ca+2] FBEDQOZZWWECAJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 4
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 70
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 64
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 40
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 claims description 36
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 19
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid Chemical compound OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N DETA Chemical compound NCCNCCN RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 10
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000003784 tall oil Substances 0.000 claims description 10
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 8
- 239000012267 brine Substances 0.000 claims description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 7
- 235000015112 vegetable and seed oil Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000008158 vegetable oil Substances 0.000 claims description 7
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- LDHQCZJRKDOVOX-NSCUHMNNSA-N Crotonic acid Chemical compound C\C=C\C(O)=O LDHQCZJRKDOVOX-NSCUHMNNSA-N 0.000 claims description 5
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 claims description 5
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L cacl2 Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- -1 fatty acid esters Chemical class 0.000 claims description 4
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 3
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 claims description 3
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 claims description 3
- YIYBQIKDCADOSF-ONEGZZNKSA-N trans-pent-2-enoic acid Chemical compound CC\C=C\C(O)=O YIYBQIKDCADOSF-ONEGZZNKSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010775 animal oil Substances 0.000 claims description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 claims description 2
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000005591 charge neutralization Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 abstract description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 49
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 31
- 239000000047 product Substances 0.000 description 22
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 20
- 150000002462 imidazolines Chemical class 0.000 description 16
- VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N (E)-but-2-enedioate;hydron Chemical compound OC(=O)\C=C\C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 13
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 9
- 235000011148 calcium chloride Nutrition 0.000 description 9
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 8
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 8
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 8
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 8
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 7
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 7
- 239000001530 fumaric acid Substances 0.000 description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L Barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 6
- 239000010428 baryte Substances 0.000 description 6
- 229910052601 baryte Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 6
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 6
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 6
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011528 polyamide (building material) Substances 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 229960003563 Calcium Carbonate Drugs 0.000 description 4
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 4
- 235000015450 Tilia cordata Nutrition 0.000 description 4
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 4
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 4
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 229940083254 peripheral vasodilators Imidazoline derivatives Drugs 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000007762 w/o emulsion Substances 0.000 description 3
- COBPKKZHLDDMTB-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-butoxyethoxy)ethoxy]ethanol Chemical compound CCCCOCCOCCOCCO COBPKKZHLDDMTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LHIJANUOQQMGNT-UHFFFAOYSA-N Aminoethylethanolamine Chemical compound NCCNCCO LHIJANUOQQMGNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N Maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N Succinic acid Chemical compound OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002947 alkylene group Chemical group 0.000 description 2
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 150000001244 carboxylic acid anhydrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 description 2
- XCSQXCKDEVRTHN-UHFFFAOYSA-N cyclohexa-1,4-diene-1-carboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CCC=CC1 XCSQXCKDEVRTHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- NIONDZDPPYHYKY-SNAWJCMRSA-N (2E)-hexenoic acid Chemical compound CCC\C=C\C(O)=O NIONDZDPPYHYKY-SNAWJCMRSA-N 0.000 description 1
- NIONDZDPPYHYKY-UHFFFAOYSA-N 2-hexenoic acid Chemical compound CCCC=CC(O)=O NIONDZDPPYHYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KWXICGTUELOLSQ-UHFFFAOYSA-N 4-Dodecylbenzenesulfonic Acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 KWXICGTUELOLSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004135 Bone phosphate Substances 0.000 description 1
- 229960005069 Calcium Drugs 0.000 description 1
- WGEFECGEFUFIQW-UHFFFAOYSA-L Calcium bromide Chemical compound [Ca+2].[Br-].[Br-] WGEFECGEFUFIQW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005698 Diels-Alder reaction Methods 0.000 description 1
- ZZQDHHBNXBXFQJ-AWLASTDMSA-N NCCNCCN.CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC[N-]CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC Chemical compound NCCNCCN.CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC[N-]CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC ZZQDHHBNXBXFQJ-AWLASTDMSA-N 0.000 description 1
- 235000021314 Palmitic acid Nutrition 0.000 description 1
- IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N Palmitic acid Natural products CCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011034 Rubus glaucus Nutrition 0.000 description 1
- 240000007651 Rubus glaucus Species 0.000 description 1
- 235000009122 Rubus idaeus Nutrition 0.000 description 1
- VILCJCGEZXAXTO-UHFFFAOYSA-N Triethylenetetramine Chemical compound NCCNCCNCCN VILCJCGEZXAXTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating Effects 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002199 base oil Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910001622 calcium bromide Inorganic materials 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 1
- YLUIKWVQCKSMCF-UHFFFAOYSA-N calcium;magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Mg+2].[Ca+2] YLUIKWVQCKSMCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000000994 depressed Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 229940060296 dodecylbenzenesulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N fumaric acid Chemical compound OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052949 galena Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011019 hematite Substances 0.000 description 1
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 description 1
- YDKYUMMCINALES-UHFFFAOYSA-N hepta-3,5-dienoic acid Chemical compound CC=CC=CCC(O)=O YDKYUMMCINALES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XPXMKIXDFWLRAA-UHFFFAOYSA-N hydrazinide Chemical compound [NH-]N XPXMKIXDFWLRAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atoms Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000460 iron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 1
- 230000000670 limiting Effects 0.000 description 1
- 150000004668 long chain fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000003879 lubricant additive Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 159000000003 magnesium salts Chemical class 0.000 description 1
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L manganese(II,III) oxide Inorganic materials [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing Effects 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic Effects 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid group Chemical group C(CCCCCCC\C=C/CCCCCCCC)(=O)O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 1
- 150000002943 palmitic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000036961 partial Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reduced Effects 0.000 description 1
- 239000006254 rheological additive Substances 0.000 description 1
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 235000003441 saturated fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 150000004671 saturated fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000001384 succinic acid Substances 0.000 description 1
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 1
- FAGUFWYHJQFNRV-UHFFFAOYSA-N tetraethylenepentamine Chemical compound NCCNCCNCCNCCN FAGUFWYHJQFNRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007056 transamidation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003626 triacylglycerols Chemical class 0.000 description 1
- 150000004670 unsaturated fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000021122 unsaturated fatty acids Nutrition 0.000 description 1
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Настоящее изобретение относится к составам инвертного эмульгатора для использования в буровых растворах с инвертной эмульсией типа «вода в масле». Эмульгатор представляет собой продукт реакции жирной кислоты, полиалкиленполиамина и ненасыщенной одноосновной карбоновой кислоты, повышает стабильность бурового раствора при повышенных температурах и улучшает характеристики раствора.The present invention relates to invert emulsifier formulations for use in water-in-oil invert emulsion drilling fluids. The emulsifier is a reaction product of a fatty acid, a polyalkylene polyamine and an unsaturated monobasic carboxylic acid, improves mud stability at elevated temperatures and improves mud performance.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND TO THE INVENTION
Буровые растворы используются при бурении нефтяных и газовых скважин. Они обеспечивают смазывание долота, а также компенсируют пластовое давление для того, чтобы не допустить преждевременного проникновения нефти, газа и/или водонасыщенной породы в скважину, тем самым предотвращая обвал необсаженного ствола скважины. Кроме того, буровые растворы извлекают выбуренную породу из скважины и транспортируют ее на поверхность, а также охлаждают и очищают долото, снижая трение между буровым снарядом и стенками ствола скважины.Drilling fluids are used in the drilling of oil and gas wells. They provide bit lubrication as well as reservoir pressure compensation to prevent premature entry of oil, gas and/or water-saturated rock into the well, thereby preventing open hole collapse. In addition, drilling fluids remove cuttings from the hole and transport them to the surface, as well as cool and clean the bit, reducing friction between the drill string and the borehole walls.
Буровые растворы на нефтяной основе, которые содержат эмульсию типа «вода в масле», известны как буровые растворы с эмульсией типа «вода в масле» или буровые растворы с инвертной эмульсией и как правило содержат воду или водный раствор соли (солевой раствор) в объеме не менее 5% и не более 50%.Oil-based drilling fluids that contain a water-in-oil emulsion are known as water-in-oil emulsion drilling fluids or invert emulsion drilling fluids and typically contain water or an aqueous salt solution (brine) in a volume not less than 5% and not more than 50%.
Для получения буровых растворов с инвертной эмульсией обычно смешивают углеводородное масло с водой или солевым раствором в условиях сильного сдвига и в присутствии подходящего эмульгатора. Эмульгатор необходим не только для стабильного диспергирования капель воды в масляной фазе, но и для обеспечения смачивания нефтью твердых частиц, таких как утяжелители раствора (например, бариты) и выбуренная порода. Кроме того, в качестве присадок для систем с инвертной эмульсией могут использоваться органоглины и добавки для повышения вязкости, добавки для снижения водоотдачи, смачивающие агенты, модификаторы реологии и смазывающие добавки. To prepare invert emulsion drilling fluids, hydrocarbon oil is usually mixed with water or brine under high shear conditions and in the presence of a suitable emulsifier. The emulsifier is needed not only to ensure stable dispersion of water droplets in the oil phase, but also to provide oil wetting of solid particles such as mud weights (eg barites) and cuttings. In addition, organoclays and viscosity enhancers, fluid loss additives, wetting agents, rheology modifiers, and lubricant additives can be used as additives for invert emulsion systems.
В патенте США № 4,544,756 раскрывается использование в качестве эмульгирующего агента для буровых растворов на нефтяной основе цвиттер-ионных 2-алкилимидазолинов, для приготовления которых проводят реакцию между жирными кислотами, полиалкиленполиаминами и активированной двухосновной карбоновой кислотой с цис-конфигурацией. В указанном патенте заявлено, что одноосновные карбоновые кислоты не пригодны для приготовления таких эмульгаторов на основе цвиттер-ионного имидазолина.US Pat. No. 4,544,756 discloses the use of zwitterionic 2-alkyl imidazolines as an emulsifying agent for oil-based drilling fluids, which are prepared by reacting fatty acids, polyalkylene polyamines, and an activated cis dibasic carboxylic acid. Said patent states that monobasic carboxylic acids are not suitable for the preparation of such emulsifiers based on zwitterionic imidazoline.
Патент США № 8,765,644 относится к использованию для буровых растворов на нефтяной основе эмульгатора на основе полиамиадов, который является производным жирной кислоты/карбоновой кислоты и - в некоторых случаях - алкоксилированных полиаминов. US Pat. No. 8,765,644 relates to the use of a polyamide-based emulsifier in oil-based drilling fluids, which is derived from a fatty acid/carboxylic acid and, in some cases, alkoxylated polyamines.
В патенте США № 10,435,611 описаны способы приготовления эмульгаторов, в которых могут использоваться одно или несколько талловых масел и один или несколько триамидов, а также эмульсионные буровые растворы и способы их использования. В описании изобретения приведены сведения об амидных продуктах, получаемых в результате реакции между триамидами и двухосновными карбоновыми кислотами с целью приготовления амидопроизводных. US Pat. No. 10,435,611 describes methods for preparing emulsifiers that can use one or more tall oils and one or more triamides, as well as emulsion drilling fluids and methods for using them. The description of the invention provides information on amide products resulting from the reaction between triamides and dibasic carboxylic acids in order to prepare amide derivatives.
В патенте США № 5,869,433 раскрывается нефлуоресцирующий буровой раствор с инвертной эмульсией и способ его приготовления. Для приготовления эмульгаторов, используемых в указанном изобретении, используются насыщенные жирные кислоты, полиалкиленполиамины и насыщенная двухосновная карбоновая кислота, например, янтарная кислота.US Pat. No. 5,869,433 discloses a non-fluorescent invert emulsion drilling fluid and a method for preparing the same. Saturated fatty acids, polyalkylene polyamines and a saturated dibasic carboxylic acid such as succinic acid are used to prepare the emulsifiers used in this invention.
В патентах США № 4,508,628 и № 4,575,428 раскрывается эмульгатор для буровых растворов с инвертной эмульсией, получаемый из полиаминов. В предпочтительном случае для приготовления полиамидных эмульгаторов сначала проводят реакцию между полиамином и жирной кислотой для образования амидоамина, а затем реакцию между промежуточным амидоамином и двухосновной карбоновой кислотой (в патенте США № 4,508,628) или трехосновной карбоновой кислотой (в патенте США № 4,575,428). US Pat. Nos. 4,508,628 and 4,575,428 disclose an emulsifier for invert emulsion drilling fluids derived from polyamines. Preferably, for the preparation of polyamide emulsifiers, the reaction between the polyamine and the fatty acid is first carried out to form the amidoamine, and then the reaction between the intermediate amidoamine and the dibasic carboxylic acid (US Pat. No. 4,508,628) or the tribasic carboxylic acid (US Pat. No. 4,575,428).
Патент США № 7,247,604 в целом относится к эмульгаторам на основе алканоламидов, получаемых путем трансамидирования сложных эфиров жирных кислот и моноспиртов или масел растительного или животного происхождения (триглицерида) с использованием алканоламина. В патенте указано, что буровой раствор на нефтяной основе, приготовленный с использованием эмульгатора и вспомогательного ПАВ, обладает стойкостью к температурным воздействиям, не токсичен для окружающей среды, а также подходит для бурения при высокой температуре и высоком давлении (HTHP), заканчивания и ремонта скважин. US Pat. No. 7,247,604 generally relates to alkanolamide emulsifiers obtained by transamidation of fatty acid esters and monoalcohols or oils of vegetable or animal origin (triglyceride) using an alkanolamine. The patent states that an oil-based drilling fluid formulated with an emulsifier and an auxiliary surfactant is temperature resistant, non-toxic to the environment, and is also suitable for high temperature and high pressure (HTHP) drilling, completions and workovers .
В патенте США № 3,169,113 раскрываются эмульгаторы для кислотных жидкостей для гидроразрыва типа «вода в масле». Раскрываемый эмульгатор состоит из двух компонентов: (a) соли 9-18 углеродной одноосновной карбоновой жирной кислоты, которая является производной частичного амида с 2-6 углеродными алкиленовыми группами и 3-5 аминными азотами, где по крайней мере две аминогруппы амидифицированы 9-18 углеродными одноосновными карбоновыми жирными кислотами и по крайней мере одна неамидифицированная аминогруппа образует соль с кислотой, и (b) полиамида алкиленового полиамина с 2-6 углеродными алкиленовыми группами, 2-5 аминными азотами и 9-18 углеродной одноосновной карбоновой жирной кислотой.US Pat. No. 3,169,113 discloses emulsifiers for acidic water-in-oil fracturing fluids. The disclosed emulsifier consists of two components: (a) a 9-18 carbon monobasic carboxylic fatty acid salt which is a partial amide derivative with 2-6 carbon alkylene groups and 3-5 amino nitrogens, where at least two amino groups are amidified with 9-18 carbon monobasic carboxylic fatty acids and at least one non-amidified amino group forms a salt with an acid, and (b) an alkylene polyamine polyamide with 2-6 carbon alkylene groups, 2-5 amine nitrogens and a 9-18 carbon monobasic carboxylic fatty acid.
В патенте США № 4,501,672 раскрываются добавки для снижения водоотдачи, предназначенные для рабочих жидкостей на нефтяной основе. Для получения добавки проводят реакцию 1 моль диалкилентриамина и 2 моль жирной кислоты. В примерах, в частности, рассматривается связывание диэтилентриаминового диолеиламида с малеиновым ангидридом. US Pat. No. 4,501,672 discloses fluid loss additives for petroleum based fluids. To obtain an additive, 1 mol of dialkylenetriamine and 2 mol of fatty acid are reacted. In the examples, in particular, the binding of diethylenetriamine dioleylamide with maleic anhydride is considered.
В патенте WO 89/11516 раскрываются эмульгаторы на нефтяной основе для буровых растворов, представляющие продукт реакции 1 или 2 моль амидоамина или гидроксиалкиламида с 1-5 моль двухосновной карбоновой кислоты или кислотного ангидрида. WO 89/11516 discloses petroleum-based emulsifiers for drilling fluids which are the product of the reaction of 1 or 2 moles of an amidoamine or hydroxyalkylamide with 1-5 moles of a dibasic carboxylic acid or acid anhydride.
В патенте США № 4,658,036 раскрывается инвертная эмульсия и процедура приготовления инвертной эмульсии. Для приготовления эмульгаторов сначала проводят реакцию по крайней мере одной жирной кислоты таллового масла с акриловой кислотой, малеиновым ангидридом или фумаровой кислотой, а затем реакцию с диэтилентриамином и по крайней мере одной жирной кислотой таллового масла для получения инвертного эмульгатора. Сначала проводили реакцию малиновой, фумаровой или акриловой кислоты с жирными кислотами для образования продукта присоединения по реакции Дильса-Альдера, а затем проводили реакцию указанного продукта для образования полиамидов. US Pat. No. 4,658,036 discloses an invert emulsion and a procedure for preparing an invert emulsion. To prepare emulsifiers, at least one tall oil fatty acid is first reacted with acrylic acid, maleic anhydride, or fumaric acid, and then reacted with diethylenetriamine and at least one tall oil fatty acid to form an invert emulsifier. First, raspberry, fumaric or acrylic acid was reacted with fatty acids to form a Diels-Alder addition product, and then said product was reacted to form polyamides.
Для использования в качестве ингибиторов коррозии, в частности, в условиях насыщенного солевого раствора на водной основе, приготавливали ряд имидазолинов и цвиттер-ионных имидазолинов. Такие ингибиторы коррозии заявлены в патентах США № 7,057,050; 5,322,640; 5,300,235. Эти и многие другие имидазолины имеют другой состав и/или водорастворимы для обеспечения эффективного антикоррозионного действия, но не могут быть эффективно использованы в качестве инвертных эмульгаторов.A number of imidazolines and zwitterionic imidazolines have been prepared for use as corrosion inhibitors, particularly under aqueous brine conditions. Such corrosion inhibitors are claimed in US Pat. Nos. 7,057,050; 5,322,640; 5,300,235. These and many other imidazolines are formulated differently and/or water-soluble to provide effective anti-corrosion action, but cannot be effectively used as invert emulsifiers.
Амидоамины, полиамиды и производные имидазолина, используемые в известных инвертных эмульгаторах, не обеспечивают стабильность буровых растворов при высоких температурах. Известный уровень техники не описывает использование продукта реакции ненасыщенной одноосновной карбоновой кислоты с имидазолинами по предлагаемому изобретению. Amidoamines, polyamides and imidazoline derivatives used in known invert emulsifiers do not provide high temperature stability of drilling fluids. The prior art does not describe the use of the reaction product of an unsaturated monobasic carboxylic acid with imidazolines according to the present invention.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Целью настоящего изобретения является создание улучшенного инвертного эмульгатора на основе цвиттер-ионного имидазолина, получаемого в результате реакции между ненасыщенной одноосновной карбоновой кислотой и продуктом реакции жирных кислот и полиалкиленполиаминов. Цвиттер-ионные имидазолины согласно изобретению эффективны при различных значениях плотности бурового раствора и отношения «нефть/вода». Поверхностно-активное вещество, синтезированное таким образом, является маслорастворимым и обеспечивает стабильную инвертную эмульсию с водной фазой солевого раствора, который содержит соли, такие как хлорид кальция, диспергированные в неводной масляной фазе, такой как дизельное топливо, минеральное масло или любое синтетическое масло. Еще одной целью настоящего изобретения является создание улучшенных солей кальция и магния для инвертного эмульгатора на основе цвиттер-ионного имидазолина. Буровой раствор с инвертной эмульсией согласно изобретению, приготовленный с использованием нового инвертного эмульгатора, отличается улучшенными технологическими свойствами, включая стабильность при высоких температурах, более высокий уровень стойкости эмульсии (ES), снижение уровня водоотдачи без воды в фильтрате, а также улучшенные реологические характеристики. The aim of the present invention is to provide an improved invert emulsifier based on zwitterionic imidazoline obtained from the reaction between an unsaturated monobasic carboxylic acid and a reaction product of fatty acids and polyalkylene polyamines. The zwitterionic imidazolines of the invention are effective at various drilling fluid densities and oil/water ratios. The surfactant thus synthesized is oil soluble and provides a stable invert emulsion with an aqueous brine phase that contains salts such as calcium chloride dispersed in a non-aqueous oil phase such as diesel fuel, mineral oil or any synthetic oil. Another object of the present invention is to provide improved calcium and magnesium salts for an invert emulsifier based on zwitterionic imidazoline. The invert emulsion drilling fluid of the invention, formulated using the new invert emulsifier, has improved processing properties, including high temperature stability, higher emulsion stability (ES), reduced fluid loss without water in the filtrate, and improved rheological properties.
Такие стабилизированные растворы с инвертной эмульсией обычно имеют плотность до 22 фунтов на галлон и выдерживают температуру выше 400 °F. Для получения необходимой плотности могут использоваться утяжелители, такие как карбонат кальция, барит, гематит, тетраоксид марганца мелкого помола, галенит, неорганические растворенные и нерастворенные соли.Such stabilized invert emulsion solutions typically have a density of up to 22 pounds per gallon and can withstand temperatures in excess of 400°F. Weighting agents such as calcium carbonate, barite, hematite, finely ground manganese tetroxide, galena, inorganic dissolved and undissolved salts can be used to obtain the required density.
Инвертные эмульсии, стабилизированные при помощи поверхностно-активного вещества согласно изобретению, синтезированному с использованием ненасыщенной одноосновной карбоновой кислоты, гарантируют стабильность благодаря нулевому содержанию воды в фильтрате водоотдачи при температуре 300 °F и дифференциальном давлении 500 фунтов/дюйм2. Инвертные эмульгаторы по предлагаемому изобретению являются не только превосходными эмульгаторами для буровых растворов на нефтяной основе, но и эффективными добавками для смачивания и снижения водоотдачи в инвертных системах (типа «вода в масле»). Invert emulsions stabilized with the surfactant of the invention, synthesized using an unsaturated monobasic carboxylic acid, guarantee stability due to zero water content in the fluid loss filtrate at 300°F and 500 psi differential pressure . The invert emulsifiers of the present invention are not only excellent emulsifiers for oil-based drilling fluids, but also effective wetting and fluid loss additives in invert (water-in-oil) systems.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Инвертный эмульгатор по предлагаемому изобретению получают проведением реакции между длинноцепочечными жирными кислотами и полиалкиленполиаминами для образования имидазолинов, а затем - реакции между имидазолинами и ненасыщенной одноосновной карбоновой кислотой для образования производных цвиттер-ионного имидазолина согласно изобретению. The invert emulsifier of the invention is prepared by reacting long chain fatty acids with polyalkylene polyamines to form imidazolines and then reacting imidazolines with an unsaturated monobasic carboxylic acid to form the zwitterionic imidazoline derivatives of the invention.
Жирные кислоты, используемые для получения имидазолинов согласно изобретению, содержат примерно от 14 до 22 атомов углерода, могут быть насыщенными или ненасыщенными и могут быть представлены в том числе жирными кислотами на основе растительного масла, жирными кислотами на основе таллового масла, жирными кислотами на основе животного масла, дистиллированной лауриновой, олеиновой, пальмитиновой кислотой, а также аналогичными веществами или их смесями. Особенно эффективны смеси кислот с более высоким содержанием одноосновных или двухосновных ненасыщенных жирных кислот, содержащих от 16 до 18 атомов углерода. Промышленные смеси кислот, такие как талловое масло, растительное масло и аналогичные вещества, обеспечивают удовлетворительный результат.The fatty acids used to prepare the imidazolines of the invention contain from about 14 to 22 carbon atoms, may be saturated or unsaturated, and may include vegetable oil based fatty acids, tall oil based fatty acids, animal based fatty acids. oils, distilled lauric, oleic, palmitic acids, as well as similar substances or mixtures thereof. Especially effective are mixtures of acids with a higher content of monobasic or dibasic unsaturated fatty acids containing from 16 to 18 carbon atoms. Industrial mixtures of acids such as tall oil, vegetable oil and similar substances provide a satisfactory result.
В качестве аминов используются полиалкиленполиамины, такие как диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин, аминоэтилэтаноламин и другие аналогичные вещества. Общая формула полиалкиленполиамина выглядит следующим образом: В As amines, polyalkylene polyamines such as diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, aminoethylethanolamine and the like are used. The general formula of polyalkylenepolyamine is as follows: B
NH2-(CH2-CH2-NH-CH2-CH2-NH)n-H, где n - целое число от 1 до 6. Например, если n=1, то NH2-CH2-CH2-NH-CH2CH2-NH2 - диэтилентриамин. В некоторых вариантах изобретения концевая аминогруппа полиаминов может быть заменена на гидроксильную группу, например, в случае с аминоэтилэтаноламином, имеющим формулу NH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-OH.NH2-(CH2-CH2-NH-CH2-CH2-NH)n-H, where n is an integer from 1 to 6. For example, if n=1, then NH2-CH2-CH2-NH-CH2CH2-NH2 is diethylenetriamine. In some embodiments of the invention, the terminal amino group of polyamines can be replaced by a hydroxyl group, for example, in the case of aminoethylethanolamine having the formula NH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-OH.
Ненасыщенные одноосновные карбоновые кислоты содержат по крайней мере одну олефиновую двойную углерод-углеродную связь, в предпочтительном случае - в альфа-/бета-положении в молекуле по отношению к группе карбоновой кислоты, т. е. -R-CH=CH-COOH, где R означает водород или алкиленовую группу с 1-5 атомами углерода, и могут быть насыщенными или ненасыщенными. Unsaturated monobasic carboxylic acids contain at least one olefinic carbon-carbon double bond, preferably in the alpha/beta position in the molecule relative to the carboxylic acid group, i.e. -R-CH=CH-COOH, where R is hydrogen or an alkylene group with 1-5 carbon atoms, and may be saturated or unsaturated.
Кроме того, ненасыщенная одноосновная карбоновая кислота согласно изобретению может содержать более одной двойной связи. Ненасыщенная карбоновая кислота может быть алифатической или циклической при условии, что такая кислота является одноосновной карбоновой кислотой. Примерами полиненасыщенной одноосновной карбоновой кислоты являются 2,4-гексадиен 1-карбоновая кислота и 1,4-циклогексадиен 1-карбоновая кислота. В предпочтительном случае кислоты содержат от 3 до 8 атомов углерода. В предпочтительном случае двойная связь ненасыщенной карбоновой кислоты согласно изобретению сопряжена с карбонильной группой указанной карбоновой кислоты. Обычно в качестве карбоновых кислот, соответствующих этим требованиям, используют, среди прочего, акриловую кислоту, метакриловую кислоту, кротоновую кислоту, 2-бутеновую кислоту, 2-пентеновую кислоту, 2-гексеновую кислоту, 1,4-циклогексадиен 1-карбоновую кислоту или аналогичные вещества. In addition, the unsaturated monobasic carboxylic acid according to the invention may contain more than one double bond. The unsaturated carboxylic acid may be aliphatic or cyclic, provided that such acid is a monobasic carboxylic acid. Examples of the polyunsaturated monobasic carboxylic acid are 2,4-hexadiene 1-carboxylic acid and 1,4-cyclohexadiene 1-carboxylic acid. In the preferred case, acids contain from 3 to 8 carbon atoms. Preferably, the double bond of the unsaturated carboxylic acid according to the invention is conjugated to the carbonyl group of said carboxylic acid. Typically, as carboxylic acids meeting these requirements, acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, 2-butenoic acid, 2-pentenoic acid, 2-hexenoic acid, 1,4-cyclohexadiene 1-carboxylic acid, or the like are used. substances.
В реакции образования промежуточного продукта имидазолина молярное соотношение жирной кислоты может варьироваться в диапазоне от 0,5 до 3 моль жирной кислоты на 1 моль амина. Для обеспечения надлежащего выхода и качества продукта на один моль амина должно приходиться более одного, но менее двух моль жирной кислоты. При этом оптимальное молярное соотношение зависит от типа используемой жирной кислоты и полиамина, и специалист в данной области техники может определить оптимальное отношение экспериментальным путем, оценив характеристики составов буровых растворов.In the reaction of formation of the imidazoline intermediate, the molar ratio of fatty acid can vary from 0.5 to 3 mol of fatty acid per 1 mol of amine. To ensure proper yield and quality of the product, one mole of amine should contain more than one, but less than two moles of fatty acid. However, the optimal molar ratio depends on the type of fatty acid and polyamine used, and a person skilled in the art can determine the optimal ratio by experimentation by evaluating the characteristics of the compositions of drilling fluids.
В реакции имидазолина и ненасыщенных одноосновных карбоновых кислот согласно предлагаемому изобретению используют следующее молярное соотношение: на приблизительно один моль имидазолина приходится от 0,2 до одного или нескольких моль ненасыщенной одноосновной карбоновой кислоты. Для обеспечения надлежащего выхода и качества продукта имидазолин и карбоновые кислоты используют в приблизительно равном молярном соотношении. В этом случае специалист в данной области техники также может определить оптимальное молярное соотношение путем варьирования соотношения и оценки характеристик буровых растворов с обратной эмульсией.In the reaction of imidazoline and unsaturated monobasic carboxylic acids according to the present invention, the following molar ratio is used: for approximately one mole of imidazoline, there are from 0.2 to one or more moles of unsaturated monobasic carboxylic acid. To ensure proper yield and product quality, imidazoline and carboxylic acids are used in an approximately equal molar ratio. In this case, one skilled in the art can also determine the optimum molar ratio by varying the ratio and evaluating the characteristics of inverse emulsion drilling fluids.
В предпочтительном случае эмульгаторы согласно предлагаемому изобретению приготавливают посредством проведения реакции полиалкиленполиамина и жирной кислоты для образования амида при температуре приблизительно 150 °C. Затем продукт реакции нагревают до более высокой температуры - приблизительно 235 °C - для преобразования амида или аминоамида в 2-алкилмидазолин, как показано на Структурной формуле I, где R1 - алкильная группа, которая является производным жирной кислоты, а R2 - боковая группа, которая является производным полиалкиленполиамина и его производных согласно предлагаемому изобретению.Preferably, the emulsifiers according to the invention are prepared by reacting a polyalkylene polyamine and a fatty acid to form an amide at a temperature of approximately 150°C. The reaction product is then heated to a higher temperature - approximately 235°C - to convert the amide or aminoamide to 2-alkylmidazoline as shown in Structural Formula I, where R1 is an alkyl group which is derived from a fatty acid and R2 is a pendant group which is is a derivative of polyalkylenepolyamine and its derivatives according to the present invention.
Затем имидазолин в соответствии со Структурной формулой I вводили в реакцию с ненасыщенной одноосновной карбоновой кислотой при температуре от примерно 90 °C до примерно 190 °C. В предпочтительном случае такие карбоновые кислоты имели активированную двойную углерод-углеродную связь для образования соли, в результате перегруппировки которой образуется цвиттер-ионный инвертный эмульгатор согласно изобретению, как показано на Структурной формуле II, где в качестве R1 и R2 используются те же вещества, что и выше, а R3 - анионная боковая группа, которая является производным ненасыщенных одноосновных карбоновых кислот согласно предлагаемому изобретению.The imidazoline according to Structural Formula I was then reacted with an unsaturated monobasic carboxylic acid at a temperature of from about 90°C to about 190°C. Preferably, such carboxylic acids have an activated carbon-carbon double bond to form a salt which rearranges to form the zwitterionic invert emulsifier of the invention as shown in Structural Formula II, where R1 and R2 are the same substances as above, and R3 is an anionic pendant group which is derived from unsaturated monobasic carboxylic acids according to the invention.
где where
a. R1 - алкильный радикал, который является производным жирной кислотыa. R1 is an alkyl radical which is a derivative of a fatty acid
b. R2 - полиалкиленполиамин NH2, NHCOR1, OH, OCOR1b. R2 - polyalkylenepolyamine NH2, NHCOR1, OH, OCOR1
c. R3 - анионный алкандиильный радикал, который является производным ненасыщенной одноосновной карбоновой кислоты, содержащей 3-8 атомов углерода.c. R3 is an anionic alkanediyl radical, which is a derivative of an unsaturated monobasic carboxylic acid containing 3-8 carbon atoms.
В предпочтительном случае в качестве R1, R2 и R3 используют растительное масло, NH2 из диэтилентриамина и акриловую кислоту соответственно.Preferably R1, R2 and R3 are vegetable oil, NH2 from diethylenetriamine and acrylic acid, respectively.
Для образования производных имидазолина согласно изобретению можно варьировать условия проведения реакции. Однако в целом используется следующая процедура: перед добавлением жирной кислоты полиалкиленполиамин предварительно нагревают до температуры примерно 70-100 °C в реакционном резервуаре, чтобы образуемая в результате соль находилась в жидком состоянии, затем постепенно добавляют жирную кислоту и нагревают реакционную смесь до температуры примерно 140-150 °C. В предпочтительном случае жирную кислоту добавляют в амин для увеличения выхода продукта амида. Для завершения реакции конденсации и формирования амида реакционную смесь нагревают с обратным холодильником в течение одного часа и выделяют 1 моль воды на 1 моль жирной кислоты в качестве побочного продукта реакции конденсации.For the formation of imidazoline derivatives according to the invention, the reaction conditions can be varied. However, in general, the following procedure is used: before adding the fatty acid, the polyalkylene polyamine is preheated to a temperature of about 70-100 °C in the reaction vessel so that the resulting salt is in a liquid state, then the fatty acid is gradually added and the reaction mixture is heated to a temperature of about 140- 150°C. Preferably, a fatty acid is added to the amine to increase the yield of the amide product. To complete the condensation reaction and form the amide, the reaction mixture is heated at reflux for one hour and 1 mol of water per 1 mol of fatty acid is isolated as a by-product of the condensation reaction.
Для преобразования амидов в необходимые 2-алкилимидазолины температуру реакционной смеси постепенно повышают до уровня выше 190 °C, в предпочтительном случае - в диапазоне от 235 °C до 250 °C, с продолжительностью нагрева от 45 минут до одного часа. Скорость и процент преобразования амидов в имидазолины определяют путем сбора и измерения получаемого объема воды: на один моль получаемого имидазолина выделяется один моль воды.In order to convert the amides to the required 2-alkylimidazolines, the temperature of the reaction mixture is gradually increased to above 190°C, preferably in the range of 235°C to 250°C, with a heating time of 45 minutes to one hour. The rate and percentage of conversion of amides to imidazolines is determined by collecting and measuring the volume of water obtained: one mole of water is released per mole of imidazoline produced.
Для получения продуктов реакции цвиттер-ионного имидазолина согласно изобретению 2-алкилимидазолин доводят до температуры точки кипения, или ниже точки кипения, либо выше точки плавления используемой ненасыщенной одноосновной карбоновой кислоты. Для контроля нагрева постепенно добавляют одноосновную карбоновую кислоту. Обычно реакцию проводят при температуре около 80-180 °C. После добавления одноосновной карбоновой кислоты температуру проведения реакции при необходимости повышают. После выдерживания смеси при такой температуре в течение приблизительно одного часа реакционную смесь охлаждают до температуры примерно 50 °C. При необходимости добавляют дополнительные соответствующие растворители и депрессорные присадки. Получаемый продукт реакции цвиттер-ионного имидазолина является маслорастворимым. Ниже приведены показательные примеры продуктов, приготавливаемых и используемых согласно изобретению. To obtain the reaction products of the zwitterionic imidazoline according to the invention, 2-alkylimidazoline is brought to the boiling point, or below the boiling point, or above the melting point of the unsaturated monobasic carboxylic acid used. The monobasic carboxylic acid is gradually added to control heating. Typically, the reaction is carried out at a temperature of about 80-180 °C. After adding the monobasic carboxylic acid, the reaction temperature is increased if necessary. After keeping the mixture at this temperature for approximately one hour, the reaction mixture is cooled to a temperature of approximately 50 °C. Additional appropriate solvents and pour point depressants are added as necessary. The resulting reaction product of the zwitterionic imidazoline is oil soluble. The following are illustrative examples of products prepared and used according to the invention.
Общая процедура приготовления показательных примеров инвертных эмульгаторов: 1,0 моль диэтилентриамина помещали в реакционный резервуар, оснащенный средствами для перемешивания, нагрева и конденсации, и нагревали до температуры 80 °C. Постепенно в реакционный резервуар добавляли 1,67 моль дистиллированной жирной кислоты таллового масла. Наблюдалась экзотермическая реакция. Затем смесь дефлегмировали при температуре 135 °C в течение 30 минут. В это время подключали водоотделитель, и при повышении температуры реакции до 160 °C выделялась вода. Количество собранного конденсата составило 1,67 моль. Затем смесь нагревали до температуры 245 °C на протяжении 30-45 минут. За это время дополнительно собирали 1,0 моль воды. Таким образом, было подтверждено образование 2-алкилимидазолина. Реакционную смесь охлаждали до температуры 90 °C, в реакционный резервуар добавляли 1,0 моль органической карбоновой кислоты и смесь нагревали с обратным холодильником в течение часа при температуре от 180 °C до 190 °C. В ходе реакции воду полностью выделяли для того, чтобы продукт не содержал избыточной воды. Смесь охлаждали и в нее вмешивали необходимое количество синтетического бутилтригликоля (БТГ) для получения текучего состава итогового продукта. Для получения итогового продукта добавляли растворители в отношении 20-30% к общему объему. В указанных ниже показательных примерах приготовление осуществляли в соответствии с общей процедурой согласно настоящему изобретению, однако, как уже отмечалось выше, допустимо варьировать химические формулы и условия проведения реакций в зависимости от доступности и стоимости сырья, а также конечного назначения и необходимых функциональных характеристик продуктов.General procedure for the preparation of representative examples of invert emulsifiers: 1.0 mol of diethylenetriamine was placed in a reaction vessel equipped with stirring, heating and condensing means and heated to a temperature of 80 °C. Gradually, 1.67 moles of distilled tall oil fatty acid were added to the reaction vessel. An exothermic reaction was observed. The mixture was then refluxed at a temperature 135 °C for 30 minutes. At this time, a water separator was connected, and when the reaction temperature was raised to 160 °C, water was released. The amount of collected condensate was 1.67 mol. Then the mixture was heated to a temperature of 245°C for 30-45 minutes. During this time, an additional 1.0 mol of water was collected. Thus, the formation of 2-alkylimidazoline was confirmed. The reaction mixture was cooled to a temperature of 90 °C, 1.0 mol of organic carboxylic acid was added to the reaction vessel, and the mixture was heated under reflux for one hour at a temperature of 180 °C to 190 °C. During the reaction, water was completely isolated so that the product did not contain excess water. The mixture was cooled and the required amount of synthetic butyl triglycol (BTG) was stirred into it to obtain a fluid composition of the final product. To obtain the final product, solvents were added in a ratio of 20-30% to the total volume. In the following illustrative examples, the preparation was carried out in accordance with the general procedure according to the present invention, however, as noted above, it is permissible to vary the chemical formulas and reaction conditions depending on the availability and cost of raw materials, as well as the final destination and the required functional characteristics of the products.
ПРИМЕР IEXAMPLE I
1,0 моль диэтилентриамина вводили в реакцию с 1,67 моль жирной кислоты растительного происхождения для получения 2-алкилимидазолина в соответствии с общей процедурой, как описано выше. Реакционную смесь охлаждали до температуры 150 °C, а затем добавляли 1,0 моль фумаровой кислоты. Реакционную смесь нагревали до температуры 180 °C. Через один час реакционную смесь охлаждали до температуры 120 °C и в продукт вмешивали достаточное количество растворителя и БТГ для получения текучего состава итогового продукта с активностью 70-80%.1.0 mol of diethylenetriamine was reacted with 1.67 mol of vegetable fatty acid to obtain 2-alkylimidazoline according to the general procedure as described above. The reaction mixture was cooled to a temperature of 150°C, and then 1.0 mol of fumaric acid was added. The reaction mixture was heated to a temperature of 180°C. After one hour, the reaction mixture was cooled to a temperature of 120 °C and a sufficient amount of solvent and BTH was mixed into the product to obtain a fluid composition of the final product with an activity of 70-80%.
ПРИМЕР IIEXAMPLE II
1,0 моль диэтилентриамина вводили в реакцию с 1,67 моль жирной кислоты таллового масла для получения 2-алкилимидазолина в соответствии с процедурой, описанной выше. Реакционную смесь охлаждали до температуры 150 °C, а затем добавляли 1,0 моль фумаровой кислоты. Реакционную смесь нагревали до температуры 180 °C в течение одного часа. Затем реакционную смесь охлаждали до температуры 120 °C и в продукт вмешивали достаточное количество растворителя и БТГ для получения текучего состава итогового продукта с активностью 70-80%.1.0 mol of diethylenetriamine was reacted with 1.67 mol of tall oil fatty acid to obtain 2-alkylimidazoline according to the procedure described above. The reaction mixture was cooled to a temperature of 150°C, and then 1.0 mol of fumaric acid was added. The reaction mixture was heated to 180°C for one hour. Then the reaction mixture was cooled to a temperature of 120 °C and a sufficient amount of solvent and BTH was mixed into the product to obtain a fluid composition of the final product with an activity of 70-80%.
ПРИМЕР IIIEXAMPLE III
1,0 моль диэтилентриамина вводили в реакцию с 1,67 моль жирной кислоты растительного происхождения для получения 2-алкилимидазолина в соответствии с процедурой, описанной выше. Реакционную смесь охлаждали до температуры 150 °C, а затем добавляли 1,0 моль лимонной кислоты. Реакционную смесь нагревали до температуры 180 °C в течение одного часа. Через один час реакционную смесь охлаждали до температуры 120 °C и в продукт вмешивали достаточное количество растворителя и БТГ для получения текучего состава итогового продукта с активностью 70-80%.1.0 mol of diethylenetriamine was reacted with 1.67 mol of vegetable fatty acid to obtain 2-alkylimidazoline according to the procedure described above. The reaction mixture was cooled to a temperature of 150°C, and then 1.0 mol of citric acid was added. The reaction mixture was heated to 180°C for one hour. After one hour, the reaction mixture was cooled to a temperature of 120°C and a sufficient amount of solvent and BTH was mixed into the product to obtain a fluid composition of the final product with an activity of 70-80%.
ПРИМЕР IVEXAMPLE IV
1,0 моль диэтилентриамина вводили в реакцию с 1,67 моль жирной кислоты растительного происхождения для получения 2-алкилимидазолина в соответствии с процедурой, описанной выше. Реакционную смесь охлаждали до температуры 130°C, а затем добавляли 1,0 моль акриловой кислоты. Реакционную смесь нагревали до температуры 180 °C в течение одного часа. Затем реакционную смесь охлаждали до температуры 120 °C и в продукт вмешивали достаточное количество растворителя и БТГ для получения текучего состава итогового продукта с активностью 70-80%.1.0 mol of diethylenetriamine was reacted with 1.67 mol of vegetable fatty acid to obtain 2-alkylimidazoline according to the procedure described above. The reaction mixture was cooled to a temperature of 130°C, and then added to 1.0 mol of acrylic acid. The reaction mixture was heated to 180°C for one hour. Then the reaction mixture was cooled to a temperature of 120 °C and a sufficient amount of solvent and BTH was mixed into the product to obtain a fluid composition of the final product with an activity of 70-80%.
ПРИМЕР VEXAMPLE V
1,0 моль диэтилентриамина вводили в реакцию с 1,67 моль жирной кислоты таллового масла для получения 2-алкилимидазолина в соответствии с процедурой, описанной в Примере I. Реакционную смесь охлаждали до температуры 130°С, а затем добавляли 1,0 моль акриловой кислоты. Реакционную смесь нагревали до температуры 180°С в течение одного часа. Затем реакционную смесь охлаждали до температуры 120°С и в продукт вмешивали достаточное количество растворителя и БТГ для получения текучего состава итогового продукта с активностью 70-80%.1.0 mol of diethylenetriamine was reacted with 1.67 mol of tall oil fatty acid to obtain 2-alkylimidazoline according to the procedure described in Example I. The reaction mixture was cooled to a temperature of 130°C, and then 1.0 mol of acrylic acid was added . The reaction mixture was heated to a temperature of 180°C for one hour. Then the reaction mixture was cooled to a temperature of 120°C and a sufficient amount of solvent and BTH was mixed into the product to obtain a fluid composition of the final product with an activity of 70-80%.
В предпочтительном случае инвертный эмульгатор по настоящему изобретению содержит продукт реакции жирной кислоты растительного масла, диэтилентриамина и акриловой кислоты.Preferably, the invert emulsifier of the present invention contains a reaction product of vegetable oil fatty acid, diethylenetriamine and acrylic acid.
Согласно изобретению, предусмотрена возможность дополнительной нейтрализации эмульгаторов с использованием многовалентных солей металла перед их применением или непосредственно в реакционной системе составов буровых растворов. В предпочтительном случае для нейтрализации могут использоваться, среди прочего гидроксид кальция, оксид кальция, гидроксид магния, оксид магния и другие аналогичные вещества. Специалисты в данной области техники могут выбрать другие подходящие нейтрализующие вещества, включая органические амины, в зависимости от конечного применения продукта и состава раствора.According to the invention, it is possible to additionally neutralize emulsifiers using polyvalent metal salts before their use or directly in the reaction system of drilling fluid compositions. In the preferred case, calcium hydroxide, calcium oxide, magnesium hydroxide, magnesium oxide and other similar substances can be used for neutralization, among others. Other suitable neutralizing agents, including organic amines, may be selected by those skilled in the art, depending on the end use of the product and the composition of the solution.
В предпочтительном случае при нейтрализации производные продукты ненасыщенной одноосновной карбоновой кислоты согласно изобретению образуют межмолекулярные соли с такими многовалентными катионами, в то время как производные продукты промышленных двухосновных или многоосновных карбоновых кислот образуют внутримолекулярные соли. Например, в Структурной формуле III продукт на основе акриловой кислоты согласно Примеру IV по настоящему изобретению образует межмолекулярную соль (в пределах двух групп) с двухвалентным катионом кальция, в то время как стандартный промышленный продукт на основе двухосновной карбоновой фумаровой кислоты согласно Примеру I в аналогичных условиях образует внутримолекулярную соль (в пределах одной группы). Нейтрализованные инвертные эмульгаторы согласно изобретению обеспечивают улучшенные характеристики составов буровых растворов.Preferably, upon neutralization, the unsaturated monobasic carboxylic acid derivatives according to the invention form intermolecular salts with such multivalent cations, while the industrial dibasic or polybasic carboxylic acid derivatives form intramolecular salts. For example, in Structural Formula III, the acrylic acid product of Example IV of the present invention forms an intermolecular salt (within two groups) with a divalent calcium cation, while the industry standard dicarboxylic fumaric acid product of Example I under similar conditions forms an intramolecular salt (within the same group). The neutralized invert emulsifiers of the invention provide improved performance in drilling fluid formulations.
Оценка:Grade:
Для измерения эффективности таких продуктов, приготовленных согласно указанной процедуре, их оценивали в различных составах буровых растворов в соответствии с Рекомендуемой процедурой API, которая указана в стандарте API RP 13 B и является стандартной процедурой для испытания буровых растворов с инвертной эмульсией.To measure the effectiveness of these products, prepared according to this procedure, they were evaluated in various drilling fluid formulations in accordance with the API Recommended Procedure, which is specified in API RP 13 B, which is the standard procedure for testing invert emulsion drilling fluids.
Составы буровых растворов:Compositions of drilling fluids:
Специалистам в данной области техники хорошо известны составы буровых растворов с инвертной эмульсией. Those skilled in the art are well aware of invert emulsion drilling fluid formulations.
В инвертной эмульсии типа «вода в масле» в качестве дисперсионной среды используют нефть. Составы согласно изобретению могут содержать нефтяную основу в соотношении от 30 до 100% от общего объема. В качестве дисперсионной среды используют базовые жидкости, нерастворимые в воде, такие как дизельное топливо, минеральные масла, полиальфаолефины, сложные эфиры и аналогичные вещества. К этим составам добавляют воду, обычно в виде солевого раствора, которую эмульгируют в маслах в качестве дисперсной фазы. Соотношение воды в буровом растворе может составлять до 70% от общего объема. В более предпочтительном случае доля воды составляет от 5% до 50% от общего объема, в а наиболее предпочтительном случае - от 10% до 30% от общего объема. В предпочтительном случае в качестве водной фазы используют двухвалентный катионный солевой раствор. Такие солевые растворы содержат соли, например CaCl2 или CaBr2, в различных количествах. Обычно в углеводородной масляной фазе эмульгируют солевой раствор хлорида кальция с концентрацией от 20 до 30%. In an inverted water-in-oil emulsion, oil is used as the dispersion medium. The compositions according to the invention may contain an oil base in a ratio of from 30 to 100% of the total volume. As the dispersion medium, water-insoluble base liquids such as diesel fuel, mineral oils, polyalphaolefins, esters and the like are used. Water is added to these formulations, usually in the form of a saline solution, which is emulsified in oils as the continuous phase. The ratio of water in the drilling fluid can be up to 70% of the total volume. In a more preferred case, the proportion of water is from 5% to 50% of the total volume, and in the most preferred case, from 10% to 30% of the total volume. Preferably, a divalent cationic saline solution is used as the aqueous phase. Such saline solutions contain salts such as CaCl2 or CaBr2 in varying amounts. Typically, a 20 to 30% calcium chloride brine is emulsified in the hydrocarbon oil phase.
Для приготовления состава согласно изобретению инвертные эмульгаторы должны содержать солевой раствор или водную фазу в дисперсионной углеводородной среде. В целом предусмотрено, что эмульгаторы на основе имидазолина по предлагаемому изобретению будут использоваться в объеме до 20 фунтов/баррель, преимущественно - в диапазоне от 2 до 12 фунтов/баррель. To prepare the composition according to the invention, invert emulsifiers must contain a saline solution or an aqueous phase in a hydrocarbon dispersion medium. It is generally envisaged that the imidazoline emulsifiers of the present invention will be used in volumes up to 20 lb/bbl, preferably in the range of 2 to 12 lb/bbl.
Имидазолин согласно изобретению демонстрирует эффективность при различных значениях плотности бурового раствора и отношения «нефть/вода». Практическую пользу в эмульсиях по настоящему изобретению демонстрируют такие эмульгаторы как цвиттер-ионные имидазолины, приготовленные на основе жирных кислот, полиалкиленполиаминов и ненасыщенных одноосновных карбоновых кислот, как описано выше. Обычно в качестве карбоновых кислот используют ненасыщенную одноосновную карбоновую кислоту, выбираемую из группы, в которую входят акриловая кислота, метакриловая кислота, кротоновая кислота, 2-бутеновая кислота, 2-пентеновая кислота, гексеновая кислота и аналогичные вещества с общей формулой R-CH=CH-COOH, где R - H или алкильная группа с 1-5 атомами углерода и может быть насыщенным или ненасыщенным. Также могут использоваться другие ненасыщенные одноосновные карбоновые кислоты.The imidazoline of the invention is effective at various drilling fluid densities and oil/water ratios. Emulsifiers such as zwitterionic imidazolines prepared from fatty acids, polyalkylene polyamines and unsaturated monobasic carboxylic acids, as described above, demonstrate practical utility in the emulsions of the present invention. Generally, the carboxylic acids used are an unsaturated monobasic carboxylic acid selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, 2-butenoic acid, 2-pentenoic acid, hexenoic acid, and the like with the general formula R-CH=CH -COOH, where R is H or an alkyl group with 1-5 carbon atoms and may be saturated or unsaturated. Other unsaturated monobasic carboxylic acids may also be used.
Практическую пользу в эмульсиях по настоящему изобретению демонстрируют поверхностно-активные вещества, использующие жирные кислоты, которые являются производными жирных кислот растительного масла, жирных кислот таллового масла, жирных кислот животного масла или их смеси. Также могут использоваться смеси указанных материалов или иные поверхностно-активные вещества.Of practical use in the emulsions of the present invention are surfactants using fatty acids which are derived from vegetable oil fatty acids, tall oil fatty acids, animal oil fatty acids, or mixtures thereof. Mixtures of these materials or other surfactants may also be used.
Состав бурового раствора на нефтяной основе согласно изобретению может дополнительно содержать смачивающий агент. В качестве смачивающих агентов по предлагаемому изобретению использовали жирные кислоты, окисленные жирные кислоты, имидазолины и додецилбензолсульфоновую кислоту. Специалисты в данной области техники также могут использовать в этих целях смеси указанных материалов, а также другие смачивающие агенты. Количество используемого смачивающего агента может варьироваться в зависимости от конечного применения состава бурового раствора; в целом для большинства сфер применения достаточно использовать такое вещество в соотношении примерно от 0,1 до 10% от общего объема. Для приготовления составов по предлагаемому изобретению использовали доступные в продаже смачивающие агенты Gel Wet и GS Wet производства Gumpro Drilling Fluids Pvt. Ltd (Gumpro DF).The composition of the oil-based drilling fluid according to the invention may additionally contain a wetting agent. Fatty acids, oxidized fatty acids, imidazolines and dodecylbenzenesulfonic acid were used as wetting agents according to the invention. Those skilled in the art can also use mixtures of these materials for this purpose, as well as other wetting agents. The amount of wetting agent used may vary depending on the end use of the drilling fluid formulation; in general, for most applications, it is sufficient to use such a substance in a ratio of from about 0.1 to 10% of the total volume. Commercially available wetting agents Gel Wet and GS Wet manufactured by Gumpro Drilling Fluids Pvt. were used to prepare the compositions of the invention. Ltd (Gumpro DF).
Обычно в качестве загустителей составов буровых растворов на нефтяной основе согласно изобретению используют органофильные глины, например глины, обработанные амином. В Примерах настоящего изобретения использовали доступные в продаже органофильные глины сухого и мокрого смешивания производства Gumpro DF. Кроме того, могут использоваться другие загустители, например, маслорастворимые полимеры, полиамидные смолы, многоосновные карбоновые кислоты и мыла. В качестве неглинистого загустителя использовали полиамидную смолу GS Vis SF производства Gumpro DF. Количество загустителя в составе может варьироваться в зависимости от конечного применения состава. В целом для большинства сфер применения достаточно использовать такое вещество в соотношении примерно от 0,1 до 10% от общего объема. Typically, organophilic clays, such as amine-treated clays, are used as viscosifiers for oil-based drilling fluid formulations of the invention. In the Examples of the present invention, commercially available dry and wet blended organophilic clays manufactured by Gumpro DF were used. In addition, other thickeners may be used, such as oil soluble polymers, polyamide resins, polybasic carboxylic acids and soaps. The non-clay thickener used was GS Vis SF polyamide resin manufactured by Gumpro DF. The amount of thickener in the formulation may vary depending on the end use of the formulation. In general, for most applications, it is sufficient to use such a substance in a ratio of from about 0.1 to 10% of the total volume.
Состав бурового раствора согласно изобретению может дополнительно содержать утяжелитель. Количество утяжелителя зависит от необходимой плотности и вязкости итогового состава. В предпочтительном случае в качестве утяжелителей используют, среди прочего, барит, оксид железа, карбонат кальция, неорганические соли и другие аналогичные вещества. Утяжелители обычно добавляют для получения плотности бурового раствора до 24 фунтов на галлон, в более предпочтительном случае - до 18 фунтов на галлон, в наиболее предпочтительном случае - до 16,7 фунта на галлон.The composition of the drilling fluid according to the invention may additionally contain a weighting agent. The amount of weighting agent depends on the required density and viscosity of the final composition. Preferably, barite, iron oxide, calcium carbonate, inorganic salts and other similar substances are used as weighting agents, among others. Weighting agents are typically added to achieve mud weights of up to 24 lbs per gallon, more preferably up to 18 lbs per gallon, most preferably up to 16.7 lbs per gallon.
Щелочные агенты обычно добавляют в жидкие составы для получения мыл эмульгаторов, а смачивающие агенты - для улучшения функциональных характеристик поверхностно-активных веществ и смачивающих агентов. Избыток щелочных агентов часто используют для предотвращения незапланированного проникновения кислотных газов из состава. Обычно в качестве щелочных агентов используют гидроксиды или оксиды кальция и магния. Однако могут использоваться и различные другие щелочные агенты, доступные специалистам в данной области техники. Наконец, в систему бурового раствора согласно изобретению могут быть добавлены добавки для снижения водоотдачи, такие как модифицированный лигнит, обработанный аминами, гильсонит, а также растворимые или диспергируемые в масле полимеры. Такие продукты доступны в ассортименте многих производителей. В составах по настоящему изобретению использовали доступные в продаже продукты GS Trol и GS Trol L производства Gumpro DF. Alkaline agents are typically added to liquid formulations to make emulsifier soaps, and wetting agents to improve the performance of surfactants and wetting agents. An excess of alkaline agents is often used to prevent unintentional penetration of acid gases from the formulation. Usually, hydroxides or oxides of calcium and magnesium are used as alkaline agents. However, various other alkaline agents available to those skilled in the art may be used. Finally, fluid loss additives such as amine-treated modified lignite, gilsonite, and oil-soluble or oil-dispersible polymers can be added to the drilling fluid system of the invention. Such products are available from many manufacturers. The commercially available products GS Trol and GS Trol L from Gumpro DF were used in the formulations of the present invention.
Буровой раствор может также содержать другие материалы, такие как разбавители, смазывающие вещества и температурные стабилизаторы, которые часто используются при разработке и приготовлении буровых растворов, при условии, что такие дополнительные материалы не ухудшают функциональные характеристики других добавок и состава раствора по настоящему изобретению.The drilling fluid may also contain other materials, such as diluents, lubricants, and temperature stabilizers, which are often used in the development and preparation of drilling fluids, provided that such additional materials do not impair the performance of other additives and the fluid composition of the present invention.
Расшифровка сокращений, используемых в таблице ниже:Explanation of abbreviations used in the table below:
Следующие составы приготавливали и использовали для оценки функциональных характеристик инвертных эмульгаторов согласно изобретению (Примеры IV и V) путем сопоставления со стандартными известными инвертными эмульгаторами (Примеры I, II и III), приготовленными согласно изобретению.The following compositions were prepared and used to evaluate the performance of the invert emulsifiers according to the invention (Examples IV and V) by comparison with standard known invert emulsifiers (Examples I, II and III) prepared according to the invention.
Буровые растворы с инвертной эмульсией на основе дизельного топлива с плотностью 10,7 фунтов на галлон и отношением «нефть/вода» 80/20 приготавливали с использованием в качестве дисперсной фазы солевого раствора хлорида кальция с концентрацией 25%. Для приготовления этих составов буровых растворов использовали пять разных инвертных эмульгаторов, полученных в соответствии с Примером 1, Примером 2, Примером 3, Примером 4 и Примером 5. Diesel invert emulsion drilling fluids with a density of 10.7 pounds per gallon and an oil/water ratio of 80/20 were prepared using calcium chloride brine at a concentration of 25% as the dispersed phase. Five different invert emulsifiers prepared according to Example 1, Example 2, Example 3, Example 4 and Example 5 were used to prepare these drilling fluid formulations.
Для приготовления этих составов буровых растворов использовали различные добавки, известные специалистам в данной области техники и указанные ниже в Таблице 1:Various additives known to those skilled in the art and listed below in Table 1 were used to prepare these drilling fluid formulations:
Пять составов буровых растворов разработали с использованием пяти эмульгаторов, приготовленных в соответствии с Примерами I-V по настоящему изобретению. В составах 1, 2 и 3 использовали известные эмульгаторы, приготовленные из фумаровой и лимонной кислоты. Эти эмульгаторы описаны в примерах I-III. Составы 1-3 разработали с целью сравнения. В составах 4 и 5 была использована акриловая кислота, а также инвертные эмульгаторы на основе ненасыщенной одноосновной карбоновой кислоты в соответствии с настоящим изобретением, как описано в Примерах IV и V. В этих составах буровых растворов вместо обычных органофильных глин использован полимерный загуститель GS Vis SF производства Gumpro DF. Все составы растворов подвергали тепловому старению при температуре 350 °F и 400 °F на протяжении 16 часов. Характеристики растворов измеряли при температуре 120 °F: до и после циклов теплового старения, в соответствии с процедурами API. В Таблице 2 представлены данные измерений и сопоставление составов растворов.Five drilling fluid formulations were developed using five emulsifiers prepared in accordance with Examples I-V of the present invention. Formulations 1, 2 and 3 used known emulsifiers made from fumaric and citric acid. These emulsifiers are described in examples I-III. Formulations 1-3 were developed for comparison purposes. Formulations 4 and 5 used acrylic acid as well as invert emulsifiers based on an unsaturated monobasic carboxylic acid in accordance with the present invention, as described in Examples IV and V. These drilling fluid formulations used GS Vis SF polymer thickener manufactured by Gumpro DF. All solution formulations were heat aged at 350°F and 400°F for 16 hours. Solution performance was measured at 120°F, before and after heat aging cycles, in accordance with API procedures. Table 2 presents measurement data and comparison of solution compositions.
Расшифровка сокращений, используемых в таблице выше: NM - не измерялось; BHR - до выдержки в вальцовой печи; RPM - оборотов в минуту, по данным прибора для измерения реологических характеристик VG 35; PV - пластическая вязкость, рассчитанная по методу API; YP - предельное напряжение сдвига, рассчитанное по методу API; FL/O - количество масла в фильтрате и водоотдача, мл, FL/W - количество воды в фильтрате, мл; ES - стойкость эмульсии, измеряемая при помощи устройства для определения стойкости эмульсии по методу API. Методы API и способы измерения должны быть хорошо известны специалистам в данной области техники.Explanation of abbreviations used in the table above: NM - not measured; BHR - before aging in a roller kiln; RPM - revolutions per minute, according to the instrument for measuring rheological characteristics VG 35; PV is the plastic viscosity calculated according to the API method; YP - limiting shear stress, calculated according to the API method; FL/O - amount of oil in the filtrate and water loss, ml, FL/W - amount of water in the filtrate, ml; ES is the emulsion stability measured using an API emulsion stability tester. API methods and measurement methods should be well known to those skilled in the art.
Приведенные выше данные наглядно демонстрируют, что Состав 4 и Состав 5, приготовленные с использованием новых инвертных эмульгаторов на основе ненасыщенной одноосновной карбоновой кислоты согласно изобретению, по своим характеристикам превосходят известные эмульгаторы на основе двухосновной или многоосновной карбоновой кислоты. Новые эмульгаторы по предлагаемому изобретению стабильны вне зависимости от используемого источника жирных кислот. Более высокие значения стойкости эмульсии и более низкие значения водоотдачи без воды в фильтрате после цикла теплового старения при температуре 400 °F продолжительностью 16 часов демонстрируют стабильность эмульсии и ее превосходные характеристики.The above data clearly demonstrates that Formulation 4 and Formulation 5, prepared using the new invert emulsifiers based on an unsaturated monobasic carboxylic acid according to their characteristics, are superior to known emulsifiers based on a dibasic or polybasic carboxylic acid. The novel emulsifiers of the present invention are stable regardless of the source of fatty acids used. Higher emulsion stability values and lower water loss values without water in the filtrate after a heat aging cycle at 400°F for 16 hours demonstrate emulsion stability and superior emulsion performance.
Чтобы продемонстрировать возможности адаптации инвертных эмульгаторов согласно изобретению для применения в различных условиях, приготавливали следующий раствор с плотностью 16,7 фунта на галлон и отношением «нефть/вода» 90/10, который подвергали тепловому старению при температуре 400 °F на протяжении 16 часов. Для приготовления состава буровых растворов также использовали стандартную процедуру смешивания. Сведения о составе раствора и его характеристиках представлены ниже в Таблице 3.To demonstrate the adaptability of the invert emulsifiers of the invention for use under various conditions, the following solution was prepared at a density of 16.7 pounds per gallon and an oil/water ratio of 90/10, which was subjected to heat aging at 400 °F for 16 hours. A standard mixing procedure was also used to prepare the composition of the drilling fluids. Information about the composition of the solution and its characteristics are presented below in Table 3.
Раствор выдерживали в вальцовой печи при температуре 400 °F на протяжении 16 часов. Реологические характеристики, измеренные при температуре 120 °F, приведены в Таблице 4 ниже.The solution was held in a roller oven at 400°F for 16 hours. Rheological characteristics measured at 120°F are shown in Table 4 below.
млWater
ml
Приведенные выше результаты доказывают, что составы буровых растворов с содержанием инвертных эмульгаторов на основе цвиттер-ионного имидазолина, приготовленных с использованием ненасыщенной одноосновной карбоновой кислоты согласно изобретению, стабильны при температурах выше 400 °F.The above results prove that drilling fluid formulations containing invert emulsifiers based on zwitterionic imidazoline prepared using the unsaturated monobasic carboxylic acid of the invention are stable at temperatures above 400°F.
Чтобы дополнительно продемонстрировать пользу предлагаемого изобретения приготавливали составы растворов с плотностью 10 фунтов на галлон и отношением «нефть/вода» 70/30 и оценивали их в соответствии со стандартными процедурами API. To further demonstrate the utility of the present invention, 10 lb per gallon 70/30 oil/water ratio slurry formulations were prepared and evaluated according to standard API procedures.
В Таблице 5 указаны компоненты, использованные для приготовления составов испытательных растворов.Table 5 lists the ingredients used to formulate the test solutions.
Указанный выше состав бурового раствора подвергали тепловому старению при температуре 250°F и 300 °F на протяжении 16 часов; соответствующие характеристики буровых растворов согласно Примеру III (на основе лимонной кислоты), Примеру I (на основе фумаровой кислоты) и Примеру IV (на основе акриловой кислоты) представлены в таблицах 6-11 ниже.The above mud composition was heat aged at 250°F and 300°F for 16 hours; the respective characteristics of drilling fluids according to Example III (based on citric acid), Example I (based on fumaric acid) and Example IV (based on acrylic acid) are presented in tables 6-11 below.
Результаты испытаний раствора согласно Примеру III (на основе лимонной кислоты)Table 6
Test results of the solution according to Example III (based on citric acid)
млWater
ml
Таблица 7Table 7
Результаты испытаний раствора согласно Примеру I (на основе фумаровой кислоты)Test results of the solution according to Example I (based on fumaric acid)
Для указанного выше раствора использовали эмульгатор согласно Примеру I, и были получены следующие результаты:For the above solution, the emulsifier according to Example I was used and the following results were obtained:
млWater
ml
Результаты испытаний раствора согласно Примеру IV (на основе акриловой кислоты)Table 8
Test results of mortar according to Example IV (based on acrylic acid)
млWater
ml
Приведенные выше результаты доказывают, что буровые растворы с инвертной эмульсией с плотностью 10,0 фунтов на галлон и отношением «нефть/вода» 70/30, которые были приготовлены с использованием нового эмульгатора согласно изобретению, содержащего акриловую кислоту (Пример IV), по своим характеристикам превосходят известные эмульгаторы (Примеры I и III), на что указывают более высокие значения эмульсионной стойкости после цикла теплового старения при температуре 300 °F продолжительностью 16 часов.The above results prove that 10.0 lb per gallon invert emulsion drilling fluids with a 70/30 oil/water ratio that were prepared using the novel emulsifier of the invention containing acrylic acid (Example IV) outperform known emulsifiers (Examples I and III) as indicated by higher emulsion stability values after a heat aging cycle at 300°F for 16 hours.
Ниже приведен еще один пример состава бурового раствора, который приготавливали и оценивали для того, чтобы продемонстрировать превосходные характеристики составов буровых растворов согласно изобретению.Below is another example of a drilling fluid composition that has been prepared and evaluated to demonstrate the superior performance of the drilling fluid compositions of the invention.
В Таблице 9 ниже представлены сведения о составе растворов с плотностью 13,0 фунта на галлон и отношением «нефть/вода» 80/20:Table 9 below provides information on the composition of solutions with a density of 13.0 pounds per gallon and an oil / water ratio of 80/20:
Указанные выше растворы выдерживали в вальцовой печи при температуре 325°F на протяжении 16 часов. Реологические характеристики измеряли при температуре 120 °F. The above solutions were held in a roller oven at 325°F for 16 hours. The rheology was measured at 120°F.
Результаты испытаний состава по Примеру I (на основе фумаровой кислоты) представлены в Таблице 10 нижеThe test results of the composition of Example I (based on fumaric acid) are presented in Table 10 below.
млWater
ml
Результаты испытаний состава по Примеру V (на основе акриловой кислоты) представлены в Таблице 11 ниже.The test results of the composition of Example V (based on acrylic acid) are presented in Table 11 below.
млWater
ml
Приведенные выше результаты демонстрируют, что цвиттер-ионные имидазолины, приготовленные из ненасыщенной одноосновной карбоновой кислоты согласно изобретению, по своим характеристикам превосходят известные эмульгаторы, на что указывают высокие значения эмульсионной стойкости после цикла теплового старения при температуре 325 °F. The above results demonstrate that the zwitterionic imidazolines prepared from the unsaturated monobasic carboxylic acid of the invention are superior to known emulsifiers, as indicated by high emulsion stability values after a heat aging cycle at 325°F.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ:CONCLUSION:
Составы буровых растворов, приготовленные с использованием инвертных эмульгаторов цвиттер-ионного имидазолина, который является производным ненасыщенной одноосновной карбоновой кислоты, демонстрируют превосходные характеристики по сравнению с известными эмульгаторами на основе полиамидов, амидоаминов и имидазолинов. Drilling fluid formulations prepared using invert emulsifiers of zwitterionic imidazoline, which is a derivative of an unsaturated monobasic carboxylic acid, exhibit superior performance compared to known emulsifiers based on polyamides, amidoamines, and imidazolines.
Приведенные выше результаты испытаний демонстрируют, что эмульгатор согласно изобретению может использоваться в составах буровых растворов с различными значениями отношения «нефть/вода» и плотности, и обеспечивает стабильную инвертную эмульсию при температурах выше 400 °F, о чем свидетельствуют высокие значения эмульсионной стойкости и низкие уровни водоотдачи HPHT без воды в фильтрате.The above test results demonstrate that the emulsifier of the invention can be used in drilling fluid formulations of various oil/water ratios and densities, and provides a stable invert emulsion at temperatures above 400°F, as evidenced by high emulsion resistance values and low levels of water loss HPHT without water in the filtrate.
Claims (26)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IN202021040521 | 2020-09-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2786172C1 true RU2786172C1 (en) | 2022-12-19 |
Family
ID=
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4544756A (en) * | 1983-11-17 | 1985-10-01 | Dresser Industries, Inc. | Zwiterionic 2-alkyl imidazolines as emulsifying agents for oil based drilling fluids |
| US4658036A (en) * | 1985-10-03 | 1987-04-14 | Westvaco Corporation | Invert emulsifiers for oil-base drilling muds |
| RU2140815C1 (en) * | 1998-05-08 | 1999-11-10 | Закрытое акционерное общество "ХИМЕКО-ГАНГ" | NEFTENOL NZt EMULSIFIER OF INERT EMULSIONS |
| RU2203130C1 (en) * | 2001-10-29 | 2003-04-27 | Закрытое акционерное общество научно-производственная фирма "БУРСИНТЕЗ-М" | Emulsifying agent for preparation of invert emulsions |
| RU2339739C2 (en) * | 2003-04-11 | 2008-11-27 | Налко Компани, корпорация штата Делавэр | Imidazoline corrosion inhibitor |
| US8765644B2 (en) * | 2008-05-15 | 2014-07-01 | Akzo Nobel N.V. | Polyamide emulsifier based on polyamines and fatty acid/carboxylic acid for oil based drilling fluid applications |
| RU2524227C2 (en) * | 2011-12-30 | 2014-07-27 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Underground formation treatment liquid additive and underground formation treatment method |
| RU2690462C2 (en) * | 2014-07-11 | 2019-06-03 | Элементиз Спешиэлтиз, Инк. | Organoclay-based compositions containing quaternary ammonium ion having one or more branched alkyd substitutes |
| RU2697803C2 (en) * | 2017-11-23 | 2019-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНВЕСТПРОМТЕХ" (ООО "ИНВЕСТПРОМТЕХ") | Emulsifier for invert emulsions |
| RU2721782C2 (en) * | 2015-04-08 | 2020-05-22 | Гумпро Дриллинг Флуид Пвт. Лтд. | Method of preparing a solid additive for invert emulsion drilling mud, a solid additive for invert emulsion drilling mud, invert emulsion drilling mud |
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4544756A (en) * | 1983-11-17 | 1985-10-01 | Dresser Industries, Inc. | Zwiterionic 2-alkyl imidazolines as emulsifying agents for oil based drilling fluids |
| US4658036A (en) * | 1985-10-03 | 1987-04-14 | Westvaco Corporation | Invert emulsifiers for oil-base drilling muds |
| RU2140815C1 (en) * | 1998-05-08 | 1999-11-10 | Закрытое акционерное общество "ХИМЕКО-ГАНГ" | NEFTENOL NZt EMULSIFIER OF INERT EMULSIONS |
| RU2203130C1 (en) * | 2001-10-29 | 2003-04-27 | Закрытое акционерное общество научно-производственная фирма "БУРСИНТЕЗ-М" | Emulsifying agent for preparation of invert emulsions |
| RU2339739C2 (en) * | 2003-04-11 | 2008-11-27 | Налко Компани, корпорация штата Делавэр | Imidazoline corrosion inhibitor |
| US8765644B2 (en) * | 2008-05-15 | 2014-07-01 | Akzo Nobel N.V. | Polyamide emulsifier based on polyamines and fatty acid/carboxylic acid for oil based drilling fluid applications |
| RU2524227C2 (en) * | 2011-12-30 | 2014-07-27 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Underground formation treatment liquid additive and underground formation treatment method |
| RU2690462C2 (en) * | 2014-07-11 | 2019-06-03 | Элементиз Спешиэлтиз, Инк. | Organoclay-based compositions containing quaternary ammonium ion having one or more branched alkyd substitutes |
| RU2721782C2 (en) * | 2015-04-08 | 2020-05-22 | Гумпро Дриллинг Флуид Пвт. Лтд. | Method of preparing a solid additive for invert emulsion drilling mud, a solid additive for invert emulsion drilling mud, invert emulsion drilling mud |
| RU2697803C2 (en) * | 2017-11-23 | 2019-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНВЕСТПРОМТЕХ" (ООО "ИНВЕСТПРОМТЕХ") | Emulsifier for invert emulsions |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2535977C2 (en) | Polyamide emulsifier based on polyamines and fatty acid/carboxylic acid for use in oil-based drilling mud | |
| US8163675B2 (en) | Emulsifier based on polyamines and fatty acid/maleic anhydride | |
| US20120088698A1 (en) | Water in oil emulsion, method for the production thereof | |
| US4575428A (en) | Invert emulsion drilling fluid comprising oligamide composition | |
| US20030130135A1 (en) | Emulsifier for oil-based drilling fluids | |
| US20120289437A1 (en) | Non-aqueous drilling additive useful to produce a flat temperature-rheology profile | |
| US11142677B2 (en) | High solids tolerant invert emulsion fluids | |
| US20120129735A1 (en) | Non-aqueous drilling additive useful to produce a flat temperature-rheology profile | |
| CA2804172A1 (en) | Flat rheology wellbore fluid | |
| CN110642739A (en) | PH responsive soilless phase reversible emulsified drilling fluid and preparation and reversion method thereof | |
| WO2014039391A2 (en) | Non-aqueous drilling additive useful to improve low shear rate viscosity | |
| US10597577B2 (en) | Esteramides and subterranean treatment fluids containing said esteramides | |
| EP0229912A2 (en) | Oil based drilling fluids and additives therefor | |
| US4663076A (en) | Invert emulsion drilling fluid comprising oligamide composition | |
| RU2786172C1 (en) | Improved invert emulsifier for use in drilling muds with invert emulsion | |
| US11884871B2 (en) | Polymeric rheology modifiers | |
| US11377579B2 (en) | Alkyl cyclic anhydride based emulsifiers for oil based mud | |
| NO871840L (en) | EMULSANT, SPECIFIC FOR PETROLEUM EXTRACTION. | |
| CA3129560A1 (en) | Improved invert emulsifier for use in invert emulsion drilling fluids |