Присадка для бурового раствора

 

Присадка для бурового раствора относится к бурению скважин, в частности к улучшению эксплуатационных свойств буровых растворов, и может быть использована в нефтедобывающей промышленности. Присадка для бурового раствора содержит, мас. %: неионогенное поверхностно-активное вещество оксиалкилированного типа 12 - 35, метилдиэтилалкоксиметиламмоний метилсульфат общей формулы [C₁₀-C₁₈H_21-27OCH₂N(CH₃)(C₂H₅)₂]⁺SO₄CH^-₃ или бис(алкилполиоксиэтилен)фосфат общей формулы [C_nH_2n+1O(C₂H₄·O_m)]₂POO- H, где n= 8, m= 6, или алкилфосфат на основе высших жирных спиртов с числом углеродных атомов С₁₀-С₁₈, или алкилбензилдиметиламмоний хлорид общей формулы С_10-18 H_21-37N⁺(CH₃)₂CH₂C₆H₅]Cl^-, или их смеси 10,5 - 15, углеводородный раствор остальное. Присадка обеспечивает высокую эффективность пеногашения, смазочную способность, улучшенные реологические свойства, устойчивость к солевой агрессии и низкую температуру застывания. 3 табл.

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к улучшению эксплуатационных свойств буровых растворов, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности.

Известна присадка для бурового раствора, включающая продукт конденсации кубовых остатков синтетических жирных кислот с моноэтаноламином и оксиэтилированным алкилфенолом и кубовые остатки производства синтетических жирных спиртов фракции C₇-C₉, или их смесь (авт. св. N 1627554, МКИ C 09 K 7/02, 1991). Данная присадка содержит сложную смесь кубовых остатков производств, имеющих непостоянный состав, что обуславливает непостоянство свойств; и имеет температуру застывания от минус 10 до минус 16^oC, что делает непригодной ее для использования в условиях более низких температур.

Известна присадка для бурового раствора, включающая продукт конденсации моноэтаноламина и сырых талловых масел и побочный продукт с температурой кипения не выше 165^oC производства бутиловых спиртов методом оксосинтеза из природного газа со стадии ректификации нормального бутанола (авт. св. N 1792959, C 09 K 7/02, 1993).

Недостатками данной присадки являются: непостоянный состав используемых продуктов, недостаточно высокая смазочная способность.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является присадка для бурового раствора, включающая смесь блоксополимеров окисей этилена и пропилена и алкилоксиэтилированного амина и ароматический растворитель (авт. св. N 1313860, C 09 K 7/06, 1987) - реагент ХТ-48. Однако присадка ХТ-48 недостаточно эффективна для различных составов бурового раствора и имеет недостаточно низкую температуру застывания.

В основу настоящего изобретения положена задача создания присадки для бурового раствора, обладающей высокой эффективностью пеногашения, смазочной способностью, улучшенными реологическими свойствами, устойчивостью к солевой агрессии и низкой температурой застывания.

Поставленная задача решается так, что присадка для бурового раствора, включающая неионогенное поверхностно-активное вещество оксиалкилированного типа и углеводородный растворитель, дополнительно содержит метилдиэтилалкоксиметиламмоний метилсульфат общей формулы [C_10-18H_21-27OCH₂N(CH₃)(C₂H₅)₂]⁺SO^-₄CH₃, или бис(алкилполиоксиэтилен) фосфат общей формулы [C_nH_2n+1O(C₂H₄O)_m]₂POOH, где n = 8-10, m = 6, или алкилфосфат на основе высших жирных спиртов, с числом углеродных атомов C₁₀-C₁₈, или алкилбензилдиметиламмоний хлорид общей формулы [C_10-18H_21-37N⁺ (CH₃)₂CH₂C₆H₅]Cl^- при следующем соотношении компонентов, мас.%: Неионогенное поверхностно-активное вещество оксиалкилированного типа - 12 - 35 Метилдиэтилалкоксиметиламмоний метилсульфат общей формулы
[C_10-18H_21-27OCH₂N(CH₃)(C₂H₅)₂]⁺SO^-₄CH₃
или бис(алкилполиоксиэтилен) фосфат общей формулы [C_nH_2n+1O(C₂H₄O)_m]₂ POOH, где n = 8 - 10, m = 6, или алкилфосфат на основе высших жирных спиртов, с числом углеродных атомов C₁₀-C₁₈ или алкилбензилдиметиламмоний хлорид общей формулы [C_10-18H_21-37N⁺(CH₃)₂ CH₂C₆H₅]Cl^- или их смеси - 10,5 - 15
Углеводородный растворитель - Остальное.

В качестве неионогенного поверхностно-активного вещества оксиалкилированного типа присадка содержит продукт присоединения окисей этилена и пропилена к этилендиамину - Дипроксамин 157 - 65 М по ТУ 6-14-614-76 или Проксамин НР-71 (Справочник "Поверхностно-активные вещества" под ред. А.А. Абрамзона, Л. : "Химия", 1979, с.315) или продукт присоединения окисей этилена и пропилена к алкилфенолу - торговая марка Превоцел GE 10/16 ("Буна" Германия), или продукт присоединения окисей этилена и пропилена к жирным спиртам - Генапол B-211 ("Хехст" Германия, "Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества" под ред. А.А.Абрамзона, Л.; Химия 1984, с.246), или продукт присоединения окисей этилена и пропилена к многоатомным спиртам - Лапрол 3663 по ТУ 6-05-1854-78, или продукт присоединения окиси этилена к жирному амину - Оксамин Л-15, или продукт присоединения окиси этилена к жирным спиртам - Препарат 0-18, или продукт присоединения окиси этилена к жирным кислотам - Лаурокс-9 (Справочник "Поверхностно-активные вещества" под. ред. А.А.Абрамзона, Л.: Химия, 1979, с.303, 306, 309), или оксиэтилированные алкилфенолы - Неонолы АФ_9-п, где п = 4, 6, 10, 12 по ТУ 38-507-63-300-93.

Метилдиэтилалкоксиметиламмоний метилсульфат общей формулы [C_10-18H_21-27OCH₂N(CH₃)(C₂H₅)₂]⁺SO^-₄CH₃ имеет техническое название Алкамон Д и выпускается по ТУ 6-14-19-28-86.

Бис(алкилполиоксиэтилен)фосфат общей формулы [C_8-10H_16-21O(C₂H₄O)₆] ₂ POOH имеет техническое название Оксифос КД-6 и выпускается по ТУ 6-02-1148-78.

Алкилфосфаты на основе высших жирных спиртов (фракции C₁₀-C₁₈), техническое название Полифос 108 (Чистяков Б.Е., Полковниченко И.Т., Чапланов П. Е. и др. Фосфорсодержащие ПАВ - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1979. - тем. обзор - с. 6-8).

Алкилбензилдиметиламмоний хлорид формулы [C_10-18H_21-37N⁺(CH₃) ₂CH₂C₆H₅] Cl^- катамин по ТУ 6-01-816-95.

В качестве растворителя предлагаемая присадка содержит смесь ароматических углеводородов - Нефрас Ap 120/200 по ТУ 38-101809-90 или этилбензольную фракцию (ЭБФ) по ТУ 38.30225-81, или дизельное топливо по ГОСТ 305-82, или этиловый спирт по ГОСТ 17299-78, или изопропиловый спирт (ИПС) по ГОСТ 9805-84 или бутиловый спирт (БС) по ГОСТ 5208-81, или их смеси.

Анализ отобранных в процессе поиска известных технических решений показал, что в науке и технике нет объекта, аналогичного по заявленной совокупности признаков и преимуществ, что позволяет сделать вывод о соответствии критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Для доказательства соответствия предлагаемого решения критерию "промышленная применимость" приводим примеры приготовления присадки.

Пример N 1 (прототип)
Образец реагента ХТ-48 берут в готовом виде.

Пример N 2 (предлагаемый)
К 12 г Генапола B-211 добавляют 15 г Алкамона Д, перемешивают, добавляют 73 г растворителя Нефрас Ap 120/200, нагревают до 60^oC, тщательно перемешивают до получения однородного раствора.

Аналогично выполняют примеры 3, 4, 5, 12, 13, 15, 16, 17, 20, 21, 25, 32, 33, 36, 37, изменяя количественное и качественное соотношение компонентов согласно табл. 1.

Пример 6.

К 23,5 г Генапола B-211 добавляют 10,5 г Полифос-108, предварительно растворенного в 20 г технического этилового спирта, тщательно перемешивают, добавляют 46,0 г нефраса Ap 120/200, нагревают до 60^oC и перемешивают до получения однородного раствора.

Примеры 7, 14, 15, 18, 19, 21, 22, 23, 24, 26, 27, 28, 31, 34, 35, 38, 39 выполняют аналогично, изменяя количественное и качественное соотношение компонентов согласно табл. 1.

Пример 8.

К 23,5 г Генапола B-211 добавляют 10 г Алкамона Д и 5 г Оксифос-6, добавляют 61,5 г растворителя - ЭБФ, нагревают до 60^oC и тщательно перемешивают до получения однородного раствора.

Пример 9.

К 23,5 г Генапола B-211 добавляют 5 г Оксифос-6 и 47,5 мл Нефраса Ap 120/200, перемешивают до полного растворения, затем добавляют 10 г Полифоса 108, предварительно растворенного в 20 г технического этилового спирта, смесь нагревают до 60^oC и перемешивают до получения однородного раствора.

Аналогично готовят примеры 10, 11, 29, 30.

Пример 40.

К 21,5 Неонола Аф 9-4 добавляют 12 г Алкамона Д и 49 г Нефраса Ap 120/200, тщательно перемешивают, добавляют 2,5 г Неонола Аф 9-10, растворенного в 15 г технического этилового спирта, смесь нагревают до 50^oC и перемешивают до получения однородного раствора. Аналогично согласно табл. 1 готовят примеры 41, 44, 45.

Пример 42.

К 21,5 г Неонола Аф 9-4 добавляют 46 г ЭБФ, тщательно перемешивают, затем добавляют 2,0 г Неонола Аф 9-12 и 10,5 г Полифоса 108, растворенных в 20 г изопропилового спирта, смесь нагревают до 50^oC и перемешивают до получения однородного раствора.

Аналогично готовят примеры 43, 46, 47.

Пример 48.

К 12 г Генапола B-211 добавляют 17,5 г Неонола Аф 9-4 и 10,5 г Алкамона Д, затем добавляют 38 г Нефраса Ap 120/200, смесь перемешивают до полного растворения, затем добавляют 2,0 г Неонала Аф 9-10, растворенного в 20 г технического этилового спирта, нагревают до 60^oC и перемешивают до получения однородного раствора. Аналогично готовят примеры 49, 52, 54, 58, 60, 62.

Пример 50.

К 15 г Дипроксамина Д-157 добавляют 18 г Неонола Аф 9-4,25 г ЭБФ, тщательно перемешивают, добавляют 1,5 г Неонола Аф 9-10, 10,5 г Полифос-108, растворенных в 20 г изопропилового спирта, смесь нагревают до 50^oC и перемешивают до получения однородного раствора. Аналогично готовят пример 57.

Пример 53.

К 18 г Проксамина НР-71 добавляют 11,0 г Неонола АФ9-6, 5,5 г Оксифоса-6 и 39 г ЭБФ, смесь перемешивают, добавляют 1,5 г Неонола Аф 9-12,5 г Полифос-108, растворенных в 20 г изопропилового спирта, смесь нагревают до 50^oC и перемешивают до однородного раствора. Аналогично готовят примеры 55, 57, 59, 61, 63.

Полученная присадка для бурового раствора представляет собой жидкость от светло-желтого до темно-коричневого цвета с плотностью d²₄⁰ = 830-1120 кг/м³, вязкостью η = 8-86 мм²/с и температурой застывания ниже минус 35^oC.

Присадку испытывают на буровом растворе, приготовленном в соответствии с ТУ 39-9-22-74, испытания проводят по РД 39-2-645-81 "Методика контроля параметров буровых растворов".

Эффективность присадки оценивают по следующим показателям: K_п - коэффициент восстановления плотности, представляющей собой отношение плотностей раствора после ввода присадки (ρ) и исходного (ρ_исх) - характеризующей пеногасящие свойства.

K_т - коэффициент тиксотропии, характеризующий реологические свойства бурового раствора и представляющий собой отношение CHC 10/CHC 1, где CHC - предельное статическое напряжение сдвига во времени соответственно за 10 и 1 мин;
σ - - межфазное натяжение фильтрата бурового раствора с добавкой присадки на границе с гептаном, мН/м, характеризует поверхностно-активные свойства присадки;
Θ° - угол смачивания фильтрат-гептан, характеризует смачивающие и гидрофобизирующие свойства присадки.

Результаты испытаний представлены в табл. 2 при концентрации присадки 0,75% от массы бурового раствора.

Повышение устойчивости к солевой агрессии при одновременном снижении поверхностного натяжения достигается использованием в присадке эквимолярных композиций водо- и маслорастворимых ПАВ (пример 48 - 65 табл. 1) результаты представлены в табл. 3 для бурового раствора, обработанного 10% раствором NaCl, 5% раствором CaCl₂, 5% раствором MgCl₂.

В табл. 3 представлены результаты испытаний предлагаемой присадки на устойчивость к солевой агрессии (солеустойчивость), которая характеризуется сохранением коэффициента тиксотропии и коэффициентом восстановления плотности при обработке бурового раствора, содержащего присадку солевым раствором (10% NaCl; 5% CaCl₂; 5% MgCl₂.

Анализ данных, приведенных в табл. 2 и 3 показывает, что предлагаемая присадка обладает высокой эффективностью пеногашения, смазочной способностью, улучшенными реологическими свойствами, устойчивостью к солевой агрессии и низкой температурой застывания.

Формула изобретения

Присадка для бурового раствора, включающая неионогенное поверхностно-активное вещество оксиалкилированного типа и углеводородный растворитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит метилдиэтилалкоксиметиламмоний метилсульфат общей формулы или бис(алкилполиоксиэтилен)фосфат общей формулы [C_nH_2n+1O(C₂H₄O)_m]₂POOH, где n = 8 - 10, m = 6, или алкилфосфаты на основе высших жирных спиртов с числом углеродных атомов С₁₀ - С₁₈, или алкилбензилдиметиламмоний хлорид общей формулы [С_10-18H_21-37N⁺ (CH₃)₂CH₂C₆H₅] Cl^-, или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Неионогенное поверхностно-активное вещество оксиалкилированного типа - 12 - 35
Метилдиэтилалкоксиметиламмоний метилсульфат общей формулы или бис(алкилполиоксиэтилен)фосфат общей формулы [C_nH_2n+1O(C₂H₄O)_m] ₂POOH, где n = 8 - 10, m = 6, или алкилфосфаты на основе высших жирных спиртов с числом углеродных атомов С₁₀ - С₁₈, или алкилбензилдиметиламмоний хлорид общей формулы [С_10-18H_21-37N⁺ (CH₃)₂CH₂C₆H₅]Cl^-, или их смеси - 10,5 - 15
Углеводородный растворитель - Остальноет

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6