Способ получения эмульгатора-стабилизатора гидрофобно- эмульсионных буровых растворов

 

Изобретение относится к области химических реагентов, применяющихся при бурении нефтяных и газовых скважин, конкретно к способу получения эмульгатора-стабилизатора, предназначенного для получения высокостабильных гидрофобно-эмульсионных буровых растворов с высоким содержанием воды, которые применяются при бурении в солях полиминерального состава, неустойчивых глинистых породах, при вскрытии продуктивных пластов, глушении скажин. Техническим результатом является создание нового способа получения эмульгатора-стабилизатора гидрофобно-эмульсионных буровых растворов, обладающего комплексным действием, а именно помимо эмульгирующих свойств, показывающего также и стабилизирующие, что выражается в высокой термостойкости, низкой фильтрации и высоких структурных показателях получаемых на его основе гидрофобно-эмульсионных буровых растворов. В способе получения эмульгатора-стабилизатора гидрофобно-эмульсионных буровых растворов путем нагревания и перемешивания при атмосферном давлении в среде растворителя - дизельного топлива или керосина, кубового остатка производства синтетических жирных кислот КОПСЖК в смеси с триэтаноламином ТЭА в соотношении 4-5:1 соответственно, при температуре 120-150^oС в течение 4-8 ч используют следующее соотношение компонентов, мас.%: указанная смесь КОПСЖК с ТЭА - 57,9-85,0, растворитель - дизельное топливо или керосин - 15,0-42,1. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области химических реагентов, применяющихся при бурении нефтяных и газовых скважин, конкретно к способу получения эмульгатора-стабилизатора, предназначенного для получения высокостабильных гидрофобно-эмульсионных буровых растворов с высоким содержанием воды, которые применяются при бурении в солях полиминерального состава, неустойчивых глинистых породах, при вскрытии продуктивных пластов, глушении скважин.

Известен способ получения эмульгатора-стабилизатора гидрофобно-эмульсионных буровых растворов - "СМАД-1", заключающийся в окислении исходной смеси парафиновых, нафтеновых и высокомолекулярных ароматических углеводородов кислородом воздуха при 140-160^oС в присутствии перманганата калия, с последующим разбавлением полученного продукта дизельным топливом в соотношении 1:1 [1].

Недостатком способа получения СМАД-1 является неоднородность состава получаемого продукта, связанная с низкой селективностью окисления церезина и масла, входящих в состав петролатума, что отрицательно сказывается на технологических свойствах получаемых на его основе обратных эмульсий, а именно 1) низкие фильтрационные характеристики; 2) невысокая электростабильность инвертной эмульсии на основе "СМАД-1" (не выше 250 В); 3) низкие структурно-механические свойства, определенные по показателю CHC_1/10; 4) плавающее значение кислотного числа, что приводит к непостоянству характеристик выпускаемых партий "СМАД-1".

Известен способ получения эмульгатора-стабилизатора гидрофобно-эмульсионных буровых растворов - "Эмультал" (ТУ 6-143-1035-79) [2], выбранного нами за прототип. Сущность известного способа заключается в нагревании и перемешивании таллового масла (жирных кислот) и триэтаноламина, взятых в весовом соотношении 1:2 соответственно, при температуре 155-165^oС в течение 16 часов и нормальном давлении. В результате взаимодействия в основном ненасыщенных нормальных жирных кислот фракции C₈-C₂₄, входящих в состав таллового масла, с триэтаноламином протекает реакция этерификации с образованием смеси сложных триэтаноламиновых эфиров жирных кислот таллового масла, являющихся эмульгатором гидрофобно-эмульсионных растворов.

Недостатками эмульгатора "Эмультал" являются: 1) отсутствие стабилизирующего действия в области практически приемлемых концентраций эмульгатора 1%, что следует из технологических свойств, приготовленных на его основе гидрофобно-эмульсионных буровых растворов (табл. 2): - низкой термостабильности (95-100^oС), - отсутствии структурообразующих свойств, - крайне высоком показателе фильтрации > 40 см³/30 мин; 2) неоднородность и непостоянство состава, связанные с природой исходного сырья для его получения (талловое масло лиственных или хвойных пород), что отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках эмультала и свойствах обратных эмульсий на его основе;
3) наличие сульфогруппы и непредельных жирных кислот, что приводит к полимеризации, влияющей на фильтрационные характеристики эмультала;
4) наличие в составе "балластных" веществ, источником которых является талловое масло, что отрицательно сказывается на эмульгирующей способности и приводит к непостоянству характеристик выпускаемых партий эмультала.

Изобретение решает задачу создания нового способа получения эмульгатора-стабилизатора гидрофобно-эмульсионных буровых растворов, обладающего комплексным действием, а именно, помимо эмульгирующих свойств, показывающего также и стабилизирующие, что выражается в высокой термостойкости, низкой фильтрации и высоких структурных показателях получаемых на его основе гидрофобно-эмульсионных буровых растворов.

Указанная задача решается тем, что в способе получения эмульгатора-стабилизатора гидрофобно-эмульсионных буровых растворов путем нагревания и перемешивания при атмосферном давлении жирных кислот в смеси с триэтаноламином в качестве жирных кислот используют кубовый остаток производства синтетических жирных кислот в соотношении с триэтаноламином ÷5:1, а нагревание проводят при температуре 120-150^oС в течение 4-8 часов в среде растворителя при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Указанная смесь кубового остатка производства жирных кислот и триэтаноламина - 57,9 - 85,0
Растворитель - 15,0 - 42,1
Причем в качестве растворителя используют дизельное топливо или керосин.

При этом используется остаток кубовый производства СЖК марки "Б", имеющий по ТУ 38.1071231-89 следующие физико-химические характеристики:
Внешний вид - Твердый продукт от коричневого до темно-коричневого цвета
Кислотное число, мг КОН/г - 70 - 100
Массовая доля жирных кислот, % - Не менее 77
Плотность - Не нормируется
Получаемые в результате взаимодействия смеси насыщенных монокарбоновых кислот фракции С₂₂ и выше и триэтаноламина в среде дизельного топлива или керосина, триэтаноламиновые моноэфиры кубовых остатков синтетических жирных кислот обладают более высокими эксплуатационными характеристиками. Этот факт не является очевидным, т.к. отсутствовали какие-либо данные о влиянии данных эфиров на образование гидрофобно-эмульсионных растворов, их термостабильность и другие эксплуатационные свойства.

В качестве компонентов использовали:
- кубовый остаток синтетических жирных кислот (ТУ 38.1071231-89),
- керосин (ТУ 38.601-22-70-97),
- дизельное топливо (ГОСТ 305-82),
- триэтаноламин (ТУ 6-02-916-79).

Термостабильность оценивалась по температуре нагрева испытываемой эмульсии, которой соответствовала величина критического значения напряжения пробоя (100В), определенного указанным ниже способом в бомбе высокого давления.

Напряжение пробоя гидрофобно-эмульсионного раствора определяли при помощи прибора "ИГЭР-1" (ТУ-39-156-79) с диапазоном измерения 0-600 В, выпускаемым Бугульминским заводом "Нефтеавтоматика", который позволяет регистрировать напряжение, соответствующее моменту разрушения эмульсии, заключенной между электродами измерительной ячейки прибора.

Кислотное число определяли по ГОСТ 5985 79. Температуру застывания определяли по ГОСТ 20287-91. Эксплутационные характеристики предлагаемого эмульгатора-стабилизатора определяли:
а) фильтрационные - ПФзо в см³ на приборе ВМ-6;
б) структурно-механические - CHC₁/₁₀ в дПа на приборе ВСН-3.

Способ получения эмульгатора-стабилизатора поясняется следующими примерами (табл.3).

Пример 1. Смешали триэтаноламин с кубовыми остатками производства синтетических жирных кислот при соблюдении отношения массы КОСЖК и триэтаноламина равным 4,3 и разбавили дизельным топливом до получения раствора, где массовое содержание смеси КОСЖК с триэтаноламином и дизельного топлива соответственно составило 77,6% и 22,4%, после чего нагрели полученный раствор до температуры Т_НАГР= 140^oС и перемешивали при указанной температуре в течение t_PEAКЦИИ=5 часов. Полученный продукт имел кислотное число КЧ=2 и температуру застывания Т_ЗАСТ=8^oС. Приготовленный гидрофобно-эмульсионный раствор компонентного состава в соответствии с табл.1 имел следующие характеристики:
- термостабильность Т_ПРЕД=140^oС;
- показатель фильтрации ПФ₃₀=26 cм³/30 мин;
- статическое напряжение сдвига CHC_1/10=5,1/6,8 дПа.

Пример 2. Смешали триэтаноламин с кубовыми остатками производства синтетических жирных кислот при соблюдении отношения массы КОСЖК и триэтаноламина равным 4,0 и разбавили дизельным топливом до получения раствора, где массовое содержание смеси КОСЖК с триэтаноламином и дизельного топлива соответственно составило 85,0% и 15,0%, после чего нагрели полученный раствор до температуры Т_НАГР= 150^oС и перемешивали при указанной температуре в течение t_PEAКЦИИ=5 часов. Полученный продукт имел кислотное число КЧ=0 и температуру застывания Т_ЗАСТ= 1^oС. Приготовленный гидрофобно-эмульсионный раствор компонентного состава в соответствии с табл.1 имел следующие характеристики:
- термостабильность Т_ПРЕД=145^oС;
- показатель фильтрации ПФ₃₀=23 cм³/30 мин;
- статическое напряжение сдвига CHC_1/10=7,5/9,2 дПа.

Пример 3. Смешали триэтаноламин с кубовыми остатками производства синтетических жирных кислот при соблюдении отношения массы КОСЖК и триэтаноламина равным 5,0 и разбавили дизельным топливом до получения раствора, где массовое содержание смеси КОСЖК с триэтаноламином и дизельного топлива соответственно составило 57,9% и 42,1%, после чего нагрели полученный раствор до температуры Т_НАГР= 120^oС и перемешивали при указанной температуре в течение t_PEAКЦИИ=5 часов. Полученный продукт имел кислотное число КЧ=8 и температуру застывания Т_ЗАСТ=1^oС. Приготовленный гидрофобно-эмульсионный раствор компонентного состава в соответствии с табл.1 имел следующие характеристики:
- термостабильность Т_ПРЕД=125^oС;
- показатель фильтрации ПФ₃₀=32 cм³/30 мин;
- статическое напряжение сдвига CHC_1/10=0,3/0,5 дПа.

Пример 4. Смешали триэтаноламин с кубовыми остатками производства синтетических жирных кислот при соблюдении отношения массы КОСЖК и триэтаноламина равным 4,5 и разбавили дизельным топливом до получения раствора, где массовое содержание смеси КОСЖК с триэтаноламином и дизельного топлива соответственно составило 70,8% и 29,2%, после чего нагрели полученный раствор до температуры T_НАГP= 135^oC и перемешивали при указанной температуре в течение t_PEAКЦИИ=6 часов. Полученный продукт имел кислотное число КЧ=4 и температуру застывания Т_ЗАСТ=5^oС. Приготовленный гидрофобно-эмульсионный раствор компонентного состава в соответствии с табл.1 имел следующие характеристики:
- термостабильность T_ПРЕД=135^oC;
- показатель фильтрации ПФ₃₀=18 cм³/30 мин;
- статическое напряжение сдвига СНС_1/10=3,0/4,5 дПа.

Приведенные примеры показывают, что продукт, получаемый по заявленному способу, во всем диапазоне условий получения имеет существенно более высокие эксплуатационные характеристики (табл. 2) при аналогичных значениях кислотного числа и незначительных отклонениях по температуре застывания (табл.1). Видно, что более высоким эксплуатационным характеристикам соответствуют более низкое содержание растворителя и более высокие значения температуры нагрева, массового отношения КОСЖК/триэтаноламин. Однако температура нагрева ограничена сверху тем, что, как это было установлено, при значениях температуры выше 150^oС ухудшаются физико-химические характеристики целевого продукта, как то Т_ЗАСТ, а также возрастает взрывопожароопасность процесса его получения, в то же время ниже 120^oС образуется продукт с плохими эксплуатационными характеристиками и сильно возрастает время нагревания, так как процесс образования триэтаноламиновых моноэфиров КОСЖК протекает при этой температуре крайне медленно. Все сказанное позволяет заключить, что приемлемой температурой является 120-150^oС, когда выход целевого продукта остается достаточно высоким, в пользу чего свидетельствует его низкое кислотное число, а технологические свойства находятся на достаточно высоком уровне.

Количество дизельного топлива определяющим образом влияет на температуру застывания целевого продукта и, как это видно из примеров, необходимое его количество находится в интервале 15-42 мас.%. Более высокое содержание дизельного топлива экономически нецелесообразно ввиду роста расходных норм эмульгатора-стабилизатора и накладных расходов на его транспортировку. При более низком содержании возрастает температура застывания, что создает технологические трудности, связанные с необходимостью разогрева реагента.

Преимуществами предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются:
1. Ярко выраженное стабилизирующее действие, следующее из технологических свойств, приготовленных на его основе образом, аналогичным прототипу, гидрофобно-эмульсионных буровых растворов (табл.2), что позволяет использовать для их получения только предлагаемый эмульгатор-стабилизатор, а не комбинацию прототипа со стабилизатором.

2. По степени воздействия на организм человека получаемый эмульгатор-стабилизатор является веществом малоопасным и в соответствии с классификацией ГОСТ 12.007-76 относится к веществам IV класса опасности. Острые отравления им в производственных условиях маловероятны. При длительном воздействии на кожу может оказать общетоксическое действие и незначительное раздражающее действие.

3. Применение доступного и дешевого сырья, промышленное производство которого налажено в Российской федерации.

4. Одностадийность метода получения эмульгатора.

5. Экологическая чистота получения эмульгатора (отсутствие каких-либо отходов производства).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кистер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов. М: Недра. - 1972. - 392с.

2. Толкунов В.И., Хейфец И.Б. Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы. М: Недра. - 1983.-167 с.

Формула изобретения

1. Способ получения эмульгатора-стабилизатора гидрофобно-эмульсионных буровых растворов путем нагревания и перемешивания при атмосферном давлении жирных кислот в смеси с триэтаноламином, отличающийся тем, что в качестве жирных кислот используют кубовой остаток производства синтетических жирных кислот в соотношении с триэтаноламином 4-5 : 1, а нагревание проводят при 120-150^oС в течение 4-8 ч в среде растворителя при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Указанная смесь кубового остатка производства синтетических жирных кислот и триэтаноламина - 57,9-85,0
Растворитель - 15,0-42,1
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют дизельное топливо или керосин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2