Смазочная добавка для глинистых буровых растворов и способ ее получения

 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к смазочным добавкам, предназначенным для ввода в глинистый буровой раствор. Техническим результатом является повышение противоизносных, смазочных и антифрикционных свойств смазочной добавки и ускорение способа ее получения. Смазочная добавка для глинистых буровых растворов, включающая натриевые соли высокомолекулярных карбоновых кислот и добавку, отличается тем, что она содержит в качестве добавки присадку ВНИИНП-360 на основе сочетания диалкилфенилдитиофосфата цинка с алкилфенолятами бария, или присадку ИНХП-21 - бариевую соль диалкилдитиофосфорной кислоты, или их смесь в массовом соотношении 1.2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: натриевые соли высокомолекулярных карбоновых кислот 97-99, указанная добавка 1-3. Способ получения смазочной добавки для глинистых буровых растворов предусматривает нейтрализацию исходного сырья, содержащего высокомолекулярные карбоновые кислоты, щелочным реагентом - 10-15%-ным спиртовым раствором гидроксида натрия при температуре 65-85^oС, массовом соотношении исходное сырье: указанный раствор, равном 1,56-2,56 : 1, в присутствии добавки - присадки ВНИИНП-360 на основе сочетания диалкилфенилдитиофосфата цинка с алкилфенолятами бария и/или присадки ИНХП-21-бариевой соли диалкилдитиофосфорной кислоты. Причем в качестве исходного сырья, содержащего высокомолекулярные карбоновые кислоты, используют кубовые остатки производства синтетических жирных кислот. 2 c. и 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к смазочной добавке, предназначенной для ввода в глинистый буровой раствор с целью повышения его смазочной способности, и способу ее получения.

Известна смазочная добавка для неминерализованных глинистых буровых растворов (Авторское свидетельство СССР, N 1051105 C 09 K, C 10 M 177/00, 1982 г. ), содержащая высокомолекулярные кислоты или натриевые мыла высокомолекулярных карбоновых кислот при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Соли меди высокомолекулярных карбоновых кислот - 50-60 Высокомолекулярные карбоновые кислоты или натриевые мыла высокомолекулярных карбоновых кислот - Остальное В данном случае осуществляется химическое модифицирование поверхности за счет создания хемосорбционных слоев на поверхности металла, локализации трения в верхнем слое металла и снижения таким образом его изнашивания. Однако при наличии полярных сред (вода и другие) медь при высоких температурах выступает в роли катализатора электрохимической коррозии. Известен способ получения смазочного материала (Авторское свидетельство СССР N 1055758, C 10 M 177/00, 1982 г.), включающий омыление остатков производства жира в присутствии щелочного агента, взятых в соотношении 1:1. Способ отличается простотой технологического процесса: смешение исходных продуктов осуществляют при 20^oC, однако полученная смазка обладает недостаточно высокими антифрикционными свойствами и высокой водоотдачей, обусловленной глубокой степенью омыления синтетических жирных кислот (СЖК).

Известен смазочный материал (Авторское свидетельство СССР N 1737007 A 1, C 10 M 177/00, C 09 K 7/02, 1992 г.) на основе продуктов омыления остатков от производства жира, в качестве которых используют рыбную жиромассу с кислотным числом не более 150, антипенной добавки, в качестве которой используют метилсилоксановую жидкость, и стабилизирующей добавки-остатка дистилляции сланцевой смолы при следующем соотношении компонентов, мас.%: Стабилизирующая добавка - 0,1-1,0, Антипенная добавка - 2,0-10,0 Продукт омыления остатков от производства жира - Остальное Известен способ получения смазочного материала (Авторское свидетельство СССР N 1737007 A1 C 10 M 177/00, C 09 K 7/02, 1992 г.) путем омыления остатков от производства жира, в качестве которых используют рыбную жиромассу с кислотным числом не более 150 при температуре 40-60^oC в присутствии щелочного агента - 40%-ного водного раствора NaOH, взятых в массовом соотношении 1: 1, стабилизатора - остатка дистилляции сланцевой смолы и антипенной добавки - полиметилсилоксановой жидкости (наиболее близкие аналоги для заявленных добавки и способа).

Недостатками известной смазочной добавки для глинистых буровых растворов и способа ее получения являются недостаточно высокие противоизносные свойства, особенно при работе в условиях высоких температур и контактных давлений, длительность процесса омыления, высокое пенообразование, обусловленное наличием раствора щелочного агента.

Предлагаемое изобретение решает задачу улучшения смазочных антифрикционных и противоизносных свойств смазочной добавки для глинистых буровых растворов и ускорение способа ее получения.

Поставленная задача решается тем, что смазочная добавка для глинистых буровых растворов, включающая натриевые соли высокомолекулярных карбоновых кислот и добавку, содержит в качестве добавки присадку ВНИИНП-360 - на основе сочетания диалкилфенилдитиофосфата цинка с алкилфенолятами бария, или присадку ИНХ П-21 - бариевую соль диалкилдитиофосфорной кислоты, или их смесь в массовом соотношении 1:2 при следующем соотношении компонентов, мас. %: Натриевые соли высокомолекулярных карбоновых кислот - 97- 99 Указанная добавка - 1-3
Причем используют натриевые соли кубовых остатков производства синтетических жирных кислот. Также поставленная задача решается тем, что в способе получения смазочной добавки для глинистых буровых растворов путем нейтрализации исходного сырья, содержащего высокомолекулярные карбоновые кислоты, щелочным реагентом и введения добавки, нейтрализацию осуществляют при 65-86^o С, в качестве щелочного реагента используют 10-15%-ный спиртовой раствор гидрооксида натрия при массовом соотношении - исходное сырье: указанный раствор, равном 1,56-2, 56:1, а в качестве добавки - присадку ВНИИНП-360 на основе сочетания диалкилфенилдитиофосфата цинка с алкилфенолятами бария и/или присадку ИНХ П-21 - бариевую соль диалкилдитиофосфорной кислоты.

Причем в качестве исходного сырья, содержащего высокомолекулярные карбоновые кислоты, используют кубовые остатки производства синтетических жирных кислот. Кубовый остаток СЖК согласно ТУ 381071231-89 АО "Уфанефтехим" имеет следующие физико-химические показатели:
Внешний вид при 10-50^oC - Твердый продукт
Цвет - Темно-коричневый
Кислотное число, мг КОН/г - От 70 до 100
Массовая доля воды, % - Не более 1,0
Массовая доля жирных кислот, % - Не менее 77,0
Для получения смазочной добавки используют следующие вещества:
1. 10-15%-ный спиртовой раствор гидроксида натрия, получаемый при введении в спирт синтетический (ТУ 38.402- 63-117-90) технического едкого натра (ГОСТ 2263-79);
2. ВНИИНП- 360 (ГОСТ 9899-61) - многофункциональная присадка, получаемая сочетанием диалкилфенилдитиофосфата цинка (ВНИИНП-354) с алкилфенолятами бария C₈-C₁₂ (ВНИИНП-350) в массовом соотношении 1:2,5;
3. ИНХП-21 (ТУ-3800-114-71 - присадка, представляющая собой бариевую соль диалкилдитиофосфорной кислоты, полученной на основе продуктов конденсации алкилфенолов с формальдегидом и аммиаком.

Смазочную добавку для глинистых буровых растворов получают путем нейтрализации кубовых остатков СЖК 10-15%-ным спиртовым раствором гидроксида натрия при перемешивании в течение 2 часов при температуре 65-85^oC и массовом соотношении исходное сырье: 10-15% спиртовой раствор гидроксида натрия 1,56-2,56: 1 соответственно. По завершении нейтрализации в реакционную массу вводят присадку ВНИИНП-360, или ИНХП-21, или их смесь в массовом соотношении 1: 2 соответственно, затем реакционную массу дополнительно перемешивают в течение 15 минут. Присадку вводят в количестве 1-3 мас.%.

Полученная по предлагаемому способу смазочная добавка имеет следующие физико-химические свойства:
Внешний вид - Пастообразный
Цвет - Темно-коричневый
Водородный показатель 1%-ного водного раствора - 9-10
Содержание летучих компонентов, % не более - 29
Пример 1 получения смазочной добавки (без введения присадок).

В трехгорлую колбу, снабженную перемешивающим устройством, обратным холодильником и термометром загружают 50 г кубовых остатков СЖК с кислотным числом 90 мгКОН/г и 32,09 г. 10%-ного спиртового раствора гидроксида натрия. Полученную массу перемешивают в течение 2 часов при температуре 65^oC до получения натриевых солей кубовых остатков СЖК. Продукт представляет собой легкоподвижную при температуре 40-45^oC пастообразную массу темно-коричневого цвета. Из реакционной массы отбирают расчетное количество смазочной добавки, которое вводят в полимерглинистый раствор в количестве 0,3% от массы раствора, приготовленного путем смешения расчетных количеств воды, глинопорошка и полимеров до получения плотности раствора, равной 1,12 г/см³, и показателя фильтрации не более 10 см³//% мин. (по ВМ-6).

Оценку смазочных и противоизносных свойств раствора проводили на экспериментальной установке АИ-З (Спивак А.И. Абразивность горных пород. -М: Недра, 1972 г. -240 с.) в лаборатории Уфимского Государственного Нефтяного Технического Университета по показателям скорости изнашивания стали (см. значения числителей в таблице) и коэффициента трения пары сталь-породы (см. значения знаменателя в таблице) при интенсивности нагрузки 300-1500 Н/мм при промывке зоны контакта полимерглинистым раствором с введенной смазочной добавкой.

Пример 2. Образец смазочной добавки готовили по методике, описанной в примере 1, при температуре 75^oC. В качестве сырья использовали 50 г кубовых остатков СЖК с кислотным числом 82 мг КОН/г. Для полной нейтрализации добавляли 15%-ный спиртовый раствор гидроксида натрия (NaOH) в количестве 19,5 г. Ввод смазочной добавки в полимерглинистый раствор осуществляли аналогично примеру 1. Результаты исследований представлены в таблице.

Пример 3. Смазочную добавку готовили по методике, описанной в примере 1, при температуре 85^oC путем нейтрализации 50 г кубовых остатков СЖК с кислотным числом 100 мг КОН/г 12%-ным спиртовым раствором (NaOH), взятым в количестве 29,8 г. Ввод в полимерглинистый раствор осуществляли аналогично примеру 1.

Как видно из данных таблицы (примеры 1-3), полученная смазочная добавка обладает улучшенными смазочными и противоизносными свойствами по сравнению с прототипом при интенсивности нагрузки выше 1200 Н/мм. Например, при интенсивности нагрузки P_m= 1500 Н/мм скорость изнашивания стали (a_м) в 5,6-6,25 раз ниже, чем у прототипа, а коэффициент трения (У) снижается в 1,9-2,24 раза по сравнению с прототипом.

Повышение противоизносных свойств смазочных добавок может быть достигнуто дополнительным введением в состав смазочной добавки противоизносных присадок ВНИИНП-360 и/или ИНХП-21 в количестве 1-3 мас.% к 97-99 мас.% кубовых остатков СЖК. Это подтверждается данными таблицы (примеры 4-10).

Пример 4. Смазочную добавку синтезируют путем нейтрализации 50 г кубовых остатков СЖК с кислотным числом 90 мг КОН/г. 10%-ным спиртовым раствором NaOH, взятым в количестве 32,09 г, смесь перемешивают в течение двух часов при температуре 75^oC. По завершении нейтрализации кислот в реакционную массу вводят присадку ВНИИНП-360 в количестве 0,83 г (мас.%) и полученную массу дополнительно перемешивают в течение 15 минут. Ввод смазочной добавки с присадкой в полимерглинистый раствор осуществляют аналогично примеру 1. Результаты исследований представлены в таблице.

Пример 5. Смазочную добавку синтезируют в последовательности, описанной в примере 4, путем добавки в продукты нейтрализации 1,68 г (2 мас.%) присадки ВНИИНП-360. Ввод смазочной добавки с присадкой осуществляют аналогично примеру 1. Результаты исследований представлены в таблице.

Пример 6. Смазочную добавку синтезируют в последовательности, описанной в примере 4, путем добавки в продукт нейтрализации 2,54 г (30 мас.%) присадки ВНИИНП-360. Ввод смазочной добавки с присадкой в полимерглинистый раствор осуществляют аналогично примеру 1. Результаты исследований представлены в таблице.

Как видно из данных таблицы (примеры 4-6), смазочная добавка с присадкой ВНИИНП-360 при малых нагрузках сохраняет значения а_м и на уровне значений этих же показателей прототипа (пример 11). При больших нагрузках скорость изнашивания стали снижается в 9,72-10,9 раз, а коэффициент трения в 2,2-3,6 раз.

Пример 7. Смазочную добавку синтезируют путем нейтрализации 50 г кубовых остатков СЖК с кислотным числом 90 мг КОН/г 10%-ным спиртовым раствором NaOH, взятым в количестве 32,09 г. Смесь перемешивают в течение двух часов при температуре 75^oC. По завершении нейтрализации кислот в реакционную массу вводят присадку ИНХП-21 в количестве 0,83 г (1%) и полученную массу дополнительно перемешивают в течение 15 минут. Ввод смазочной добавки с присадкой в полимерглинистый раствор осуществляют аналогично примеру 1. Результаты исследования представлены в таблице.

Пример 8. Смазочную добавку синтезируют в последовательности, описанной в примере 7, путем добавки в продукты нейтрализации 1,68 г (2 мас.%) присадки ИНХП-21. Ввод смазочной добавки в полимерглинистый раствор осуществляют аналогично примеру 1. Результаты исследований представлены в таблице.

Пример 9. Смазочную добавку синтезировали в последовательности, описанной в примере 7, путем добавки в продукты нейтрализации 2,54 (3 мас.%) присадки ИНХП-21. Ввод смазочной добавки с присадкой в полимерглинистый раствор осуществляют аналогично примеру 1. Результаты исследования представлены в таблице.

Как видно из данных таблицы (примеры 7-9), смазочная добавка с присадкой ИНХП-21 улучшает смазочные и противоизносные свойства раствора во всем интервале исследуемых нагрузок изнашивания стали по сравнению с прототипом (пример 11). Скорость изнашивания стали снижается в 47,3-58,3 раз. Коэффициент трения снижается в 2,00-2,49 раз.

Пример 10. Смазочную добавку синтезируют путем нейтрализации 50 г кубовых остатков СЖК с кислотным числом 90 мгКОН/г 10%-ным спиртовым раствором NaOH, взятым в количестве 32,09 г. Смесь перемешивается в течение двух часов при температуре 75^oC, по завершении нейтрализации кислот в реакционную массу вводят присадку ВНИИНП-360 и присадку ИНХП-21 в количествах 0,85 г (10 мас. %) ВНИИНП-360 и 1,69 г (2 мас.%) ИНХП-21. Полученную массу дополнительно перемешивают в течение 15 минут. Ввод смазочной добавки с присадками в полимерглинистый раствор осуществляют аналогично примеру 1. Результаты исследований представлены в таблице. Как видно из таблицы, введение в кубовый остаток СЖК смеси присадок также приводит к улучшению эксплуатационных свойств смазочной добавки. Скорость изнашивания стали по сравнению с прототипом (пример 11) снижается в 13, 63,6 раз, а коэффициент трения - в 2,64 раза.

Предлагаемые смазочные добавки могут быть использованы в глинистых буровых растворах, используемых при бурении скважин.

Введение предлагаемой смазочной добавки в глинистый буровой раствор улучшает его смазочные, антифрикционные и противоизносные свойства.

Формула изобретения

1. Смазочная добавка для глинистых буровых растворов, включающая натриевые соли высокомолекулярных карбоновых кислот и добавку, отличающаяся тем, что она содержит в качестве добавки присадку ВНИИНП-360 на основе сочетания диалкилфенилдитиофосфата цинка с алкилфенолятами бария, или присадку ИНХП-21 - бариевую соль диалкилдитиофосфорной кислоты, или их смесь в массовом соотношении 1 : 2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: натриевые соли высокомолекулярных карбоновых кислот 97 - 90, указанная добавка 1 - 3.

2. Смазочная добавка по п.1, отличающаяся тем, что используют натриевые соли кубовых остатков производства синтетических жирных кислот.

3. Способ получения смазочной добавки для глинистых буровых растворов путем нейтрализации исходного сырья, содержащего высокомолекулярные карбоновые кислоты, щелочным реагентом и введение добавки, отличающийся тем, что нейтрализацию осуществляют при 65 - 86^oC, в качестве щелочного реагента используют 10 - 15%-ный спиртовой раствор гидрооксида натрия при массовом соотношении исходное сырье : указанный раствор, равном 1,56 - 2,56 : 1, а в качестве добавки - присадку ВНИИНП-360 на основе сочетания диалкилфенилдитиофосфата цинка с алкилфенолятами бария и/или присадку ИНХП-21 - бариевую соль диалкилдитиофосфорной кислоты.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья, содержащего высокомолекулярные карбоновые кислоты, используют кубовые остатки производства синтетических жирных кислот.

РИСУНКИ

Рисунок 1