RU2809142C1 - Смазочная композиция для бурения и способ ее получения - Google Patents
Смазочная композиция для бурения и способ ее получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809142C1 RU2809142C1 RU2023105998A RU2023105998A RU2809142C1 RU 2809142 C1 RU2809142 C1 RU 2809142C1 RU 2023105998 A RU2023105998 A RU 2023105998A RU 2023105998 A RU2023105998 A RU 2023105998A RU 2809142 C1 RU2809142 C1 RU 2809142C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- additive
- amount
- stage
- drilling
- lubricating composition
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 38
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 34
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000047 product Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N diethanolamine Chemical compound OCCNCCO ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 150000004670 unsaturated fatty acids Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 235000021122 unsaturated fatty acids Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 claims abstract description 5
- KMOUUZVZFBCRAM-UHFFFAOYSA-N 1,2,3,6-tetrahydrophthalic anhydride Chemical compound C1C=CCC2C(=O)OC(=O)C21 KMOUUZVZFBCRAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 25
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 claims description 15
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 claims description 15
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 claims description 15
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 claims description 15
- 239000003784 tall oil Substances 0.000 claims description 10
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 claims description 6
- 150000008064 anhydrides Chemical class 0.000 claims 1
- IFDVQVHZEKPUSC-UHFFFAOYSA-N cyclohex-3-ene-1,2-dicarboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1CCC=CC1C(O)=O IFDVQVHZEKPUSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- UFDHBDMSHIXOKF-UHFFFAOYSA-N tetrahydrophthalic acid Natural products OC(=O)C1=C(C(O)=O)CCCC1 UFDHBDMSHIXOKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 10
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 10
- 238000007127 saponification reaction Methods 0.000 abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 150000004045 organic chlorine compounds Chemical class 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000003879 lubricant additive Substances 0.000 description 14
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 12
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 9
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 9
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 9
- 235000015112 vegetable and seed oil Nutrition 0.000 description 8
- 239000008158 vegetable oil Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 6
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 5
- 235000019197 fats Nutrition 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 4
- 238000003878 thermal aging Methods 0.000 description 4
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 3
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 3
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 235000019486 Sunflower oil Nutrition 0.000 description 2
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 235000021323 fish oil Nutrition 0.000 description 2
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 2
- -1 for example Substances 0.000 description 2
- QBKSWRVVCFFDOT-UHFFFAOYSA-N gossypol Chemical compound CC(C)C1=C(O)C(O)=C(C=O)C2=C(O)C(C=3C(O)=C4C(C=O)=C(O)C(O)=C(C4=CC=3C)C(C)C)=C(C)C=C21 QBKSWRVVCFFDOT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 2
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- RQFVHGAXCJVPBZ-UHFFFAOYSA-N propylene pentamer Chemical compound CC=C.CC=C.CC=C.CC=C.CC=C RQFVHGAXCJVPBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002600 sunflower oil Substances 0.000 description 2
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 239000002888 zwitterionic surfactant Substances 0.000 description 2
- KMOUUZVZFBCRAM-OLQVQODUSA-N (3as,7ar)-3a,4,7,7a-tetrahydro-2-benzofuran-1,3-dione Chemical class C1C=CC[C@@H]2C(=O)OC(=O)[C@@H]21 KMOUUZVZFBCRAM-OLQVQODUSA-N 0.000 description 1
- GJCOSYZMQJWQCA-UHFFFAOYSA-N 9H-xanthene Chemical compound C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3OC2=C1 GJCOSYZMQJWQCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- QHOPXUFELLHKAS-UHFFFAOYSA-N Thespesin Natural products CC(C)c1c(O)c(O)c2C(O)Oc3c(c(C)cc1c23)-c1c2OC(O)c3c(O)c(O)c(C(C)C)c(cc1C)c23 QHOPXUFELLHKAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- JMNDBSWHIXOJLR-UHFFFAOYSA-N ethylbenzene;styrene Chemical compound CCC1=CC=CC=C1.C=CC1=CC=CC=C1 JMNDBSWHIXOJLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 239000013538 functional additive Substances 0.000 description 1
- LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N glyoxal Chemical compound O=CC=O LEQAOMBKQFMDFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930000755 gossypol Natural products 0.000 description 1
- 229950005277 gossypol Drugs 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010721 machine oil Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 150000007530 organic bases Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010723 turbine oil Substances 0.000 description 1
- 235000019871 vegetable fat Nutrition 0.000 description 1
- 229920001285 xanthan gum Polymers 0.000 description 1
Abstract
Группа изобретений относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности, к смазочным композициям для буровых растворов на водной основе и способам их получения. Технический результат - использование вторичных углеводородных продуктов для получения смазочной композиции, не подверженность омылению смазочной композиции, отсутствие хлорорганических соединений в ее составе, обеспечение максимального технико-экономического эффекта и постоянства физико-химических свойств бурового раствора. Смазочная композиция для бурового раствора содержит, мас.%: смолу пиролизную тяжелую 60-97; антифрикционную присадку 3-40. Антифрикционная присадка представляет собой продукт двухстадийного синтеза, при котором на первой стадии происходит химическая реакция ненасыщенной жирной кислоты и алифатического амина, а на второй стадии полупродукт реагирует с ангидридом тетрагидрофталевой кислоты с образованием разветвленного поверхностно-активного вещества, обладающего переходным гидрофильно-липофильным балансом. В способе получения указанной смазочной композиции для бурового раствора в технологическую емкость вносится смола пиролизная тяжелая в количестве от 60 до 97 мас.%. c присадкой в количестве от 3 до 40 мас.%, затем осуществляют перемешивание массы в течение не менее двух часов при нормальной температуре. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 пр.
Description
Область техники
Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к смазочным композициям для буровых растворов на водной основе и способам их получения.
Уровень техники
Использование смазочных добавок - лубрикантов в буровых растворах и технологических жидкостях занимает особое важное место в технико-технологических, экономических и экологических показателях успешности строительства нефтегазовых скважин. При строительстве нефтегазовых скважин большое значение отводится вопросам снижения энергоемкости и аварийности процесса бурения путем применения буровых растворов с улучшенными триботехническими (смазочными, противоприхватными, противоизносными) свойствами. Особенно сильно возникают проблемы, связанные с силами трения и ростом крутящего момента при вращении, с нагрузками при подъеме бурильной колонны при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин, а также при бурении боковых стволов малого диаметра с большими отходами от вертикали. Именно в таких условиях применение буровых растворов с повышенной смазочной способностью дает наиболее ощутимый положительный эффект. Улучшение триботехнических свойств зависит от химической природы органической основы смазочной добавки и ее концентрации в буровом растворе, от физико-химической способности снижать коэффициент трения в полидисперсной среде, обогащенной выбуренной твердой минеральной фазой. Снижение коэффициента трения бурового раствора при бурении позволяет: снизить гидравлические сопротивления при промывке ствола скважины, уменьшить крутящий момент при вращении колонны бурильных труб и снизить сопротивление при ее продольном перемещении в скважине; снизить вероятность возникновения дифференциальных прихватов и затраты на их ликвидацию; повысить ресурсы работы бурильных труб и их соединений, гидравлических частей буровых насосов, забойных двигателей и породоразрушающего инструмента.
В мировой практике известны смазочные композиции для бурения, представляющие собой производные растительных жиров, например известна смазочная добавка к буровым растворам по патенту РФ №2684657 [1], содержащая растительное масло и углеводородную синтетическую жидкость, отличающаяся тем, что дополнительно содержит сложный эфир жирных кислот растительных масел и поверхностно-активное вещество, в качестве которого используют неионогенное или цвиттер-ионное поверхностно-активное вещество, при следующем соотношении компонентов, мас.%: растительное масло - 40-80; углеводородная синтетическая жидкость - 10-40; сложный эфир жирных кислот растительных масел - 5-20; неионогенное или цвиттер-ионное поверхностно-активное вещество 0,5-2.
Известна смазочная композиция для обработки глинистых буровых растворов на основе животных жиров по патенту РФ №2106381 [2], содержащая натуральную жиромассу, нейтрализующий агент, воду и добавку, отличающаяся тем, что она в качестве добавки содержит сульфированный рыбий жир при следующем соотношении компонентов, мас.%: натуральная жиромасса - 60-90; нейтрализующий агент - 2-5; сульфированный рыбий жир - 2-10; вода - остальное. Композиция дополнительно может содержать триэтиленгликоль в количестве 4-20%.
Известна смазочная добавка к буровым растворам по патенту РФ №2457236 [3], включающая фосфатидный концентрат, выделенный из подсолнечного масла, отличающаяся тем, что смазочная добавка дополнительно содержит гудрон от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков светлых растительных масел, при следующем соотношении компонентов, мас.%: фосфатидный концентрат, выделенный из подсолнечного масла - 70-90; гудрон от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков светлых растительных масел - 30-10.
Известна смазочная композиция для буровых растворов по патенту СССР №1196369 [4], содержащая воду и смазочную добавку, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит едкий натр или едкий калий, а в качестве смазывающей добавки используют смесь соапстока растительного масла и флотореагента Т-80 при следующем соотношении компонентов, мас.%: соапсток растительного масла - 28-33; флотореагент оксаль Т-80 - 0,8-3,2; едкий натр или едкий калий - 3,0-4,5; вода - остальное.
Известна смазочная добавка для буровых растворов по патенту
РФ №2197511 [5], содержащая легкое талловое масло, триэтаноламин, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксиэтилированный алкифенол С9Н19С6Н4О(С2Н4)10ОН, пентамер пропилена при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: легкое талловое масло - 35-55; Оксиэтилированный алкилфенол С9Н19С6Н4О(С2Н4)10ОН - 5-10; триэтаноламин - 5-10; пентамер пропилена - 35-55.
РФ №2197511 [5], содержащая легкое талловое масло, триэтаноламин, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксиэтилированный алкифенол С9Н19С6Н4О(С2Н4)10ОН, пентамер пропилена при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: легкое талловое масло - 35-55; Оксиэтилированный алкилфенол С9Н19С6Н4О(С2Н4)10ОН - 5-10; триэтаноламин - 5-10; пентамер пропилена - 35-55.
Как видно из приведенных примеров распространены смазочные композиции на основе растительных и животных жиров, соапстоков, гудронов, а также таллового масла.
Смеси гудронов соапстоков растительных масел и животных жиров, а также продукты омыления госсиполовой смолы можно считать наиболее экономически приемлемыми продуктами в качестве смазочных добавок.
Недостатками этого типа смазочных добавок является температура их застывания, в зимнее время эти продукты загустевают и замерзают, что затрудняет их применение. Несомненный практический интерес представляет применение в качестве смазочных добавок различных поверхностно активных веществ в комбинации с самыми доступными углеводородными носителями, например, гудронов или мазутов. Эти углеводороды хоть и являются вторичными продуктами ректификации нефти или дистилляции жирных кислот, но не относятся к так называемым отработанным углеводородам, содержащим механические примеси и продукты окисления, как например отработанное машинное или турбинное масло.
Известна смазочная добавка для буровых растворов по патенту СССР №1693018 [6], содержащая органические кислоты и жидкий органический продукт, при этом в качестве органических кислот используют талловое масло или кубовый остаток производства жирных кислот, а в качестве жидкого органического продукта используют смолу полиалкилбензолов, или этилбензолстирольную смолу, или тяжелую пиролизную смолу. Соотношение компонентов органические кислоты: жидкий органический продукт составляет 1:3-9. Данный патент был выбран в качестве прототипа.
Недостатком указанной добавки является отсутствие в ее составе универсальной антифрикционной присадки для любых типов углеводородов, что сужает область ее применения.
Первостепенной задачей современных разработок смазывающих материалов для буровых растворов является достижение максимального снижения трения бурового инструмента и увеличение скорости строительства скважины. Однако, в настоящее время бюджет, выделяемый потребителями на буровые лубриканты, достиг минимальных значений за последние годы. Этот факт значительно сужает возможный спектр сырья, применяемого для производства технологичных смазок, сводя его стоимость к минимуму. Главной проблемой бюджетных лубрикантов является неотъемлемое присутствие в их составе жирных кислот, которые подвержены омылению в присутствии щелочноземельных металлов. Продукты омыления способствуют сильному вспениванию бурового раствора, что влечет за собой целый ряд таких проблем, как отказ насосного оборудования, падение плотности бурового раствора, снижение гидравлической мощности бурового инструмента и др.
Таким образом, создание технологичной смазывающей добавки для буровых растворов, на основе вторичных углеводородных продуктов, обеспечивающей максимальный технико-экономический эффект и постоянство физико-химических свойств бурового раствора, является одной из главных задач ведущих нефтесервисных компаний.
Для сравнительного исследования свойств предлагаемого изобретения были выбраны современные смазочные добавки «LUBRICODE» производства ООО «Волстар», а также «ECOLUBE» производства компании MI-SWACO. Данные смазочные добавки хорошо зарекомендовали себя в средне-бюджетном сегменте буровых лубрикантов за последние десять лет и получили широкое применение в ведущих нефтесервисных компаниях.
По данным из нормативно-технической документации смазка «LUBRICODE» состоит из отработанных масел переменного происхождения, а также поверхностно-активных веществ из класса этоксилированных спиртов (неонолов) и алифатических аминов, позволяющих маслу диспергироваться в водной среде.
Лубрикант «ECOLUBE» представляет собой комбинацию высших жирных кислот и их эфиров, которые сами по себе являются поверхностно-активными соединениями. Природное происхождение сырьевых компонентов этого продукта обеспечивает ему экологическую безопасность наряду с хорошими эксплуатационными характеристиками. Однако, жирные кислоты подвержены омылению в присутствии щелочноземельных металлов, что предполагает некоторые ограничения в применении этой смазочной добавки.
Недостатками данных лубрикантов также является относительно высокая стоимость и возможность наличия в их составе хлорорганических соединений.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является получение смазочной композиции для бурения, обеспечивающей требуемые смазочные и функциональные свойства при использовании в качестве основы доступного и недорогого сырья.
Поставленная цель достигается тем, что смазочная композиция для бурового раствора по предлагаемому изобретению содержит смолу пиролизную тяжелую и антифрикционную присадку - продукт двухстадийного синтеза, при котором на первой стадии происходит химическая реакция ненасыщенной жирной кислоты и алифатического амина, а на второй стадии полупродукт реагирует с ангидридом тетрагидрофталевой кислоты с образованием разветвленного поверхностно-активного вещества, обладающего переходным гидрофильно-липофильным балансом, при следующем соотношении компонентов, мас.%: смола пиролизная тяжелая - 60-97; указанная антифрикционная присадка - 3-40, смазочная композиция для бурового раствора по предлагаемому изобретению также может содержать в своем составе дизельное топливо в количестве до 10 мас.%, смазочная композиция для бурового раствора по предлагаемому изобретению также может содержать в своем составе жирные кислоты таллового масла в количестве до 15 мас.%.
Поставленная цель достигается тем, смазочную композицию для бурового раствора получают следующим способом: в технологическую емкость вносится смола пиролизная тяжелая в количестве от 60 до 97 мас.% c присадкой в количестве от 3 до 40 мас.%, затем осуществляют перемешивание массы в течение не менее двух часов при нормальной температуре, в качестве добавки используют антифрикционную присадку - продукт двухстадийного синтеза, при котором на первой стадии происходит химическая реакция ненасыщенной жирной кислоты и алифатического амина, а на второй стадии полупродукт реагирует с ангидридом тетрагидрофталевой кислоты с образованием разветвленного поверхностно-активного вещества, обладающего переходным гидрофильно-липофильным балансом, в технологическую емкость также могут добавлять дизельное топливо в количестве до 10 мас.%, в технологическую емкость также могут добавлять жирные кислоты таллового масла в количестве до 15 мас.%.
Обзор патентов и литературных источников показал, что наиболее предпочтительной основой для создания качественного смазывающего материала, предназначенного для буровых растворов, являются продукты лесохимической промышленности и высококипящие фракции нефти. Высококипящие фракции нефти не подвержены омылению и образованию побочных соединений, а также полностью исключают присутствие хлорорганических соединений в своем составе.
Основой для приготовления универсального смазывающего материала по предлагаемому изобретению является смола пиролизная тяжелая марок А и Б. Она является оптимальным носителем для функциональных добавок любого типа, поскольку является сравнительно чистым нефтепродуктом, не содержащим посторонних реакционноспособных соединений и групп, при этом обеспечивается необходимый синергетический эффект с большинством поверхностно-активных соединений, обеспечивающий высокую степень диспергирования в водной среде, а также образование пленки на металлических поверхностях.
Смолу пиролизную тяжелую получают при пиролизе низкооктановых бензинов и газойлей с целью получения этилена и пропилена в значительном количестве, а также пиролизом газового сырья, сжиженных углеводородных газов или нафты. При этом в промышленности смола пиролизная тяжелая чаще всего применяется в качестве сырья для производства сажи или в качестве топлива. Основные физические свойства смолы пиролизной тяжелой приведены в Таблице №1.
Образцом универсальной антифрикционной присадки для любых типов углеводородов, обеспечивающей последним превосходные смазочные свойства, является продукт двухстадийного синтеза, при котором на первой стадии происходит химическая реакция ненасыщенной жирной кислоты и алифатического амина, а на второй стадии полупродукт реагирует с ангидридом тетрагидрофталевой кислоты с образованием разветвленного поверхностно-активного вещества, обладающего переходным гидрофильно-липофильным балансом.
Основные физические свойства такой универсальной антифрикционной присадки приведены в Таблице № 2.
Использование свойств указанной основы и поверхностно-активной присадки заявленного патента позволяет получить эффективный буровой лубрикант, который не подвержен омылению и не содержит хлорорганических соединений.
Безопасность и простота процесса приготовления, является одним из преимуществ заявленного продукта.
Использование дополнительного компонента в виде дизельного топлива служит цели регулировки вязкости смазочной композиции.
Жирные кислоты таллового масла, дополнительно вносимые в композицию, работают как регулятор вязкости и ингибитор пенообразования.
Технический результат - получение смазочной композиции для бурения из доступного и недорогого сырья, не подверженной омылению, не содержащей хлорорганических соединений и обеспечивающей функциональные свойства на уровне современных смазывающих добавок.
Достижение технического результата подтверждается проведенными сравнительными исследованиями реологических, фильтрационных и фрикционных свойств буровых растворов, полученных с использованием смазочных композиций по заявленному изобретению и широко применяемых смазочных добавок «LUBRICODE» производства ООО «Волстар» и «ECOLUBE» производства компании MI-SWACO.
Для проведения сравнительных исследований были подготовлены две смазочные композиции согласно заявленному изобретению. Композиция 1 имела в составе смолу пиролизную тяжелую в количестве 97 мас.% и антифрикционную присадку в количестве 3 мас.%. Композиция 2 имела в составе смолу пиролизную тяжелую в количестве 60 мас.% и антифрикционную присадку в количестве 40 мас.%.
Процесс получения данных композиций описан в примерах.
Для проведения исследований были приготовлены базовые модельные растворы на основе воды согласно Таблице № 3.
Сравнительный анализ эффективности смазывающих добавок проводился с использованием высокоскоростного лабораторного миксера Hamilton Beach 2, анализатора трения на границе металл/металл - OFITE Lubricity tester, фильтр-пресса - OFITE API Filter press, анализатора липкости фильтрационной корки - КТК-2. Пенообразующая способность модельных растворов оценивалась путем их взбивания на высокоскоростных миксерах Hamilton Beach при 6000 об/мин в течение 5 минут и последующей фиксацией объема образовавшейся пены в течение 15 минут. Все тесты проводились при комнатной температуре до и после термостарения модельных растворов при 80°С в течение 16 часов.
Полученные результаты представлены в Таблице №4, где К тр. - коэффициент трения, а КТК - коэффициент трения фильтрационной корки.
Исследование пенообразующей способности базовых растворов №1 и 2, не содержащих смазывающие добавки, показало, что раствор №1 образует гораздо больший объем устойчивой пены как до, так и после процесса термостарения, это связано с высоким содержанием соли хлористого натрия и одновременным присутствием полианионной целлюлозы высокой вязкости в растворе №1, которое создает благоприятные условия для пенообразования. Растворы №3 и 4, содержащие 2% об. смазки LUBRICODE, показали снижение моментального пенообразования на 88% по сравнению с базовыми растворами и полное разрушение пены в течение 10 минут. Растворы №5 и 6, содержащие смазку ECOLUBE, показали кратковременное образование пены в объеме до 20%, однако, образовавшаяся пена была крайне неустойчива, что повлекло за собой ее полное разрушение в течение минуты, это говорит о том, что ECOLUBE не образует побочных ПАВ, стабилизирующих пены, в присутствии моновалентных солей.
В случае растворов № 7, 8, 9, 10, содержащих 2% об. смазочной добавки в виде Композиции 1 или Композиции 2 соответственно, пенообразование практически отсутствовало. Подобный эффект достигается за счет присутствия в обеих смазках поверхностно-активных веществ, увеличивающих поверхностное натяжение и существенно снижающих устойчивость пены.
В процессе лабораторных работ был также проведен анализ зависимости коэффициента трения модельных растворов, содержащих смазочную добавку по настоящему изобретению, от ее концентрации, было установлено закономерное увеличение эффективности смазки при увеличении концентрации антифрикционной присадки.
Полученные в результате исследований данные показывают высокий практический потенциал основы в виде смолы пиролизной тяжелой для синтеза химических реагентов: она может быть оптимальной основой для получения таких реагентов, как лубриканты, так и пеногасители.
По результатам исследований установлено, что полученный продукт не оказывает негативного влияния на реологические и фильтрационные параметры наиболее распространенных модельных буровых растворов, широко применяемых для строительства скважин.
Перечень таблиц
Таблица № 1 - Основные физические свойства смолы пиролизной тяжелой.
Таблица № 2 - Основные физические свойства антифрикционной присадки.
Таблица № 3 - Состав модельных буровых растворов.
Таблица № 4 - Пенообразующие и фрикционные характеристики модельных растворов.
Пример 1
В технологическую емкость, оборудованную мешалкой, загрузили смолу пиролизную тяжелую в количестве 97 мас.% c антифрикционной присадкой в количестве 3 мас.%, затем осуществляли перемешивание массы в течение 120 минут при нормальной температуре и выгрузку смазочной композиции.
Пример 2
В технологическую емкость, оборудованную мешалкой, загрузили смолу пиролизную тяжелую в количестве 60 мас.% c антифрикционной присадкой в количестве 40 мас.%, затем осуществляли перемешивание массы в течение 120 минут при нормальной температуре и выгрузку смазочной композиции.
Пример 3
В технологическую емкость, оборудованную мешалкой, загрузили смолу пиролизную тяжелую в количестве 70 мас.% c антифрикционной присадкой в количестве 15 мас.%, добавили дизельное топливо в количестве 10 мас.% и жирные кислоты таллового масла в количестве 5 мас.%, затем осуществляли перемешивание массы в течение 140 минут при нормальной температуре и выгрузку смазочной композиции.
| Смазывающая композиция для бурения и способ ее получения Таблица № 1 Основные физические свойства смолы пиролизной тяжелой |
|
| Параметр | Значение |
| Внешний вид | Жидкость от коричневого до черного цвета |
| Плотность, г/см3 | 1-1,05 |
| Температура начала кипения, не ниже, °С | 170 |
| Таблица № 2 Основные физические свойства антифрикционной присадки |
|
| Параметр | Значение |
| Внешний вид | Вязкая жидкость от темно- коричневого до черного цвета |
| Плотность, г/см3 | 0,85-1,10 |
| рН | 8-11 |
| Смазывающая композиция для бурения и способ ее получения Состав модельных буровых растворов Таблица № 3 |
|||||||||||
| Состав | Раств. № 1 |
Раств. № 2 |
Раств. № 3 |
Раств. № 4 |
Раств. № 5 |
Раств. № 6 |
Раств. № 7 |
Раств. № 8 |
Раств. № 9 |
Раств. № 10 |
|
| Хлористый натрий |
г/л | 300 | - | 300 | - | 300 | - | 300 | - | 300 | - |
| Хлористый калий |
г/л | - | 50 | - | 50 | - | 50 | - | 50 | - | 50 |
| Крахмал | г/л | 20 | 12 | 20 | 12 | 20 | 12 | 20 | 12 | 20 | 12 |
| Ксантановый биополимер |
г/л | 4 | 5 | 4 | 5 | 4 | 5 | 4 | 5 | 4 | 5 |
| Едкий натр | г/л | 2 | 0,5 | 2 | 0,5 | 2 | 0,5 | 2 | 0,5 | 2 | 0,5 |
| ПАЦ ВВ | г/л | 1 | - | 1 | - | 1 | - | 1 | - | 1 | - |
| Карбонат кальция |
г/л | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 |
| LUBRICODE | мл/л | - | - | 20 | 20 | - | - | - | - | - | - |
| ECOLUBE | мл/л | - | - | - | - | 20 | 20 | - | - | - | - |
| Композиция 1 | мл/л | - | - | - | - | - | - | 20 | 20 | - | - |
| Композиция 2 | мл/л | - | - | - | - | - | - | - | - | 20 | 20 |
| Пенообразующие и фрикционные характеристики модельных растворов Таблица № 4 |
||||||||||
| Характеристи ки (при 250С) |
Раств. №1 |
Раств. №2 |
Раств. №3 (LUBR- CODE) |
Раств. №4 (LUBRI CODE) |
Раств. №5 (ECOL UBE) |
Раств. №6 (ECOLU BE) |
Раств. №7 (Композ иция 1) |
Раств. №8 (Композ иция 1) |
Раств. №9 (Композ иция 2) |
Раств. №10 (Композ иция 2) |
| До термостарения | ||||||||||
| Пенообраз., 0/5/10/15 мин, % |
38/30/2 9/27 |
10/4/4 /2 |
5/2/0/0 | 18/10/5/ 2 |
20/0/0/ 0 |
18/0/0/0 | 2/1/0/0 | 5/2/0/0 | 6/3/0/0 | 7/4/1/0 |
| К тр. | 0,33 | 0,36 | 0,19 | 0,11 | 0,13 | 0,09 | 0,18 | 0,10 | 0,16 | 0,09 |
| КТК | 0,045 | 0,041 | 0,038 | 0,035 | 0,024 | 0,027 | 0,035 | 0,034 | 0,033 | 0,031 |
| После термостарения в течение 16 часов при 800С | ||||||||||
| Пенообраз., 0/5/10/15 мин, % |
50/48/4 8/48 |
10/5/4 /3 |
6/2/0/0 | 19/10/6/ 4 |
16/0/0/ 0 |
12/0/0/0 | 0/0/0/0 | 4/3/1/0 | 2/1/0/0 | 5/2/0/0 |
| К тр. | 0,32 | 0,34 | 0,18 | 0,09 | 0,11 | 0,08 | 0,15 | 0,11 | 0,12 | 0,09 |
| КТК | 0,048 | 0,044 | 0,035 | 0,031 | 0,026 | 0,021 | 0,033 | 0,028 | 0,029 | 0,027 |
Используемые источники информации:
Патент РФ № 2684657. C09K 8/035. Смазочная добавка к буровым растворам / Финк Тимур Александрович (RU), Ахмедьянов Михаил Сергеевич (RU). Заяв. 28.05.2018, опубл. 11.04.2019 Бюл. № 11.
Патент РФ № 2106381. C09K 7/02. Смазочная композиция для обработки глинистых буровых растворов / Мойса Ю.Н. (RU), Бельская Л.А. (RU), Мальцев Л.С. (RU), Коновалов Е.А. (RU), Кашкаров Н.Г. (RU), Горлов С.Г. (RU), Горячева М.В. (RU), Ивченко А.М. (RU), Демин В.В. (RU), Безсолицен В.П. (RU), Сидоров В.М. (RU). Заяв. 21.03.1996, опубл. 10.03.1998.
Патент РФ № 2457236. C09K 8/035. Смазочная добавка к буровым растворам / Губанов Александр Владимирович (RU), Постолов Юрий Михайлович (RU), Лисицын Александр Николаевич (RU), Яшенков Юрий Владимирович (RU), Губанов Сергей Александрович (RU). Заяв. 02.12.2010, опубл. 27.07.2012 Бюл. № 21.
Патент СССР № 1196369. C09K 7/02. Смазочная композиция для буровых растворов / Ермаков Николай Петрович (SU), Мусиенко Иван Андреевич (SU), Музыка Виктор Федорович (SU). Заяв. 16.03.1984, опубл. 07.12.1985.
Патент РФ № 2197511. C09K 7/02. Смазочная добавка для буровых растворов / Махоро Владимир Алексеевич (RU), Чичканова Тамара Валентиновна (RU), Каменщиков Феликс Анатольевич (RU), Саматов Риф Мансурович (RU), Арсланов Фарит Ганеевич (RU). Заяв. 27.03.2001, опубл. 27.01.2003 Бюл. №3.
Патент СССР № 1693018. C09K 7/06. Смазочная добавка для глинистых буровых растворов / Рунов Владимир Андреевич, Мойса Юрий Николаевич, Пак Хе Сек, Крезуб Анатолий Пантелеймонович, Золотова Галина Владимировна, Павлычев Валентин Николаевич, Цаплин Юрий Матвеевич, Кох Николай Георгиевич, Боруленков Петр Егорович. Заяв. 12.06.1989, опубл. 23.11.1991.
Claims (8)
1. Смазочная композиция для бурового раствора, содержащая смолу пиролизную тяжелую и присадку, отличающаяся тем, что содержит антифрикционную присадку - продукт двухстадийного синтеза, при котором на первой стадии происходит химическая реакция ненасыщенной жирной кислоты и алифатического амина, а на второй стадии полупродукт реагирует с ангидридом тетрагидрофталевой кислоты с образованием разветвленного поверхностно-активного вещества, обладающего переходным гидрофильно-липофильным балансом, при следующем соотношении компонентов смазочной композиции, мас.%:
Смола пиролизная тяжелая 60 - 97
Указанная антифрикционная присадка 3 - 40.
2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит дизельное топливо в количестве до 10 мас.%.
3. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит жирные кислоты таллового масла в количестве до 15 мас.%.
4. Способ получения смазочной композиции для бурового раствора, отличающийся тем, что в технологическую емкость вносится смола пиролизная тяжелая в количестве от 60 до 97 мас.%. c присадкой в количестве от 3 до 40 мас.%, затем осуществляют перемешивание массы в течение не менее двух часов при нормальной температуре, в качестве присадки используют антифрикционную присадку - продукт двухстадийного синтеза, при котором на первой стадии происходит химическая реакция ненасыщенной жирной кислоты и алифатического амина, а на второй стадии полупродукт реагирует с ангидридом тетрагидрофталевой кислоты с образованием разветвленного поверхностно-активного вещества, обладающего переходным гидрофильно-липофильным балансом.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в технологическую емкость вносится дизельное топливо в количестве до 10 мас.%.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что в технологическую емкость вносятся жирные кислоты таллового масла в количестве до 15 мас.%.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2809142C1 true RU2809142C1 (ru) | 2023-12-07 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1693019A1 (ru) * | 1989-06-12 | 1991-11-23 | Волгодонский филиал научно-производственного объединения "Синтез ПАВ" | Смазочна добавка дл глинистых буровых растворов |
| SU1693018A1 (ru) * | 1989-06-12 | 1991-11-23 | Волгодонский филиал научно-производственного объединения "Синтез ПАВ" | Смазочна добавка дл глинистых буровых растворов |
| US5858928A (en) * | 1994-11-28 | 1999-01-12 | Rhone-Poulenc Chimie | Gel of an apolar medium, its use for the preparation of water-based drilling fluids |
| RU2197511C2 (ru) * | 2001-03-27 | 2003-01-27 | Махоро Владимир Алексеевич | Смазочная добавка для буровых растворов |
| RU2684657C1 (ru) * | 2018-05-28 | 2019-04-11 | Общество с ограниченной ответственностью "МИРРИКО" | Смазочная добавка к буровым растворам |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1693019A1 (ru) * | 1989-06-12 | 1991-11-23 | Волгодонский филиал научно-производственного объединения "Синтез ПАВ" | Смазочна добавка дл глинистых буровых растворов |
| SU1693018A1 (ru) * | 1989-06-12 | 1991-11-23 | Волгодонский филиал научно-производственного объединения "Синтез ПАВ" | Смазочна добавка дл глинистых буровых растворов |
| US5858928A (en) * | 1994-11-28 | 1999-01-12 | Rhone-Poulenc Chimie | Gel of an apolar medium, its use for the preparation of water-based drilling fluids |
| RU2197511C2 (ru) * | 2001-03-27 | 2003-01-27 | Махоро Владимир Алексеевич | Смазочная добавка для буровых растворов |
| RU2684657C1 (ru) * | 2018-05-28 | 2019-04-11 | Общество с ограниченной ответственностью "МИРРИКО" | Смазочная добавка к буровым растворам |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10538692B2 (en) | Development of anti-bit balling fluids | |
| CN102676129B (zh) | 一种钻井液用水基润滑剂及其制备方法和应用 | |
| US7842651B2 (en) | Silicate drilling fluid composition containing lubricating agents and uses thereof | |
| CN101818095B (zh) | 一种用于综采液压支架电液控制系统的浓缩液 | |
| AU2012386263B2 (en) | Esters for drilling emulsions and metal working fluids | |
| CN107556988B (zh) | 一种抗高温环保型钻井液润滑剂及其制备方法 | |
| NO20111305A1 (no) | Sjovannsbaserte, partikkelfrie, miljovennlige bore- og kompletteringsfluider | |
| EA029452B1 (ru) | Бессолевые инвертные эмульсионные буровые растворы и способы бурения стволов скважин | |
| RU2067107C1 (ru) | Масляная фаза инвертных эмульсионных промывочных буровых растворов, эмульсионных промывочных буровых растворов, моторных, трансмиссионных и смазочных масел, жидкостей для обработки металлов | |
| CN102391841A (zh) | 一种生物柴油钻井液润滑剂及其制备方法 | |
| US20140357533A1 (en) | Drilling fluids comprising farnesane and/or farnesene | |
| Zhao et al. | Advanced developments in environmentally friendly lubricants for water-based drilling fluid: a review | |
| CN108251078B (zh) | 一种封堵型极压润滑剂及其制备方法和应用 | |
| EP2708586B1 (en) | Friction modifier for drilling fluids | |
| CA2966794C (en) | Method of increasing lubricity of wellbore fluids | |
| CN103694969A (zh) | 一种油基润滑剂及其应用 | |
| RU2809142C1 (ru) | Смазочная композиция для бурения и способ ее получения | |
| CN103773329A (zh) | 一种抗高温润滑剂及其应用 | |
| EP0134173A1 (fr) | Compositions adjuvantes pour fluides de forage | |
| CN111253919A (zh) | 一种钻井液用水基润滑剂的制备方法 | |
| EP3911712B1 (en) | Method of drilling a wellbore | |
| US20210102109A1 (en) | Oil and gas well fluids | |
| JP2021530600A (ja) | 水性掘削液系用の合成潤滑剤 | |
| Shettigar et al. | Eco-friendly extreme pressure lubricants for water based drilling fluids | |
| US11390792B2 (en) | Clay-free drilling fluid composition |