Смазочная добавка для буровых растворов

 

Изобретение относится к бурению нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин, а именно к смазочным добавкам - лубрикантам буровых растворов. Техническим результатом изобретения является сохранение высоких показателей смазочных свойств, таких как снижение коэффициента трения на границе “металл - металл”, повышение антифрикционных свойств, таких как снижение коэффициента потенциального прихвата на границе “металл - глинистая корка” в пресных и минерализованных буровых растворах и одновременно повышение поверхностно-активных свойств фильтрата бурового раствора. Смазочная добавка для буровых растворов, содержащая жирные кислоты триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24, нейтрализующий агент и воду, дополнительно содержит замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26 при следующем соотношении ингредиентов, масс.%: жирные кислоты триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24 50 - 80, нейтрализующий агент 3 – 6, замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26 5 – 40, вода остальное. 2 табл.

Изобретение относится к бурению нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин, а именно к смазочным добавкам - лубрикантам буровых растворов.

Известно применение в качестве смазочной добавки к буровым растворам смеси [1], состоящей из следующих компонентов, мас.%:

Жирные кислоты

синтетические и/или природные

с С₇ и выше 20-85

Низшие одноатомные спирты

с С_2-5, полиэтиленгликоли,

полипропиленгликоли 10-40

Неорганические основания

и их смеси в качестве

нейтрализующего агента 1-8

Азотсодержащие органические

основания и их смеси 0,1-20

Вода Остальное

Указанный состав малотоксичен, улучшает смазочные свойства бурового раствора (коэффициент трения пары “металл-металл”). Однако буровой раствор, обработанный вышеуказанной композицией, имеет низкие значения противоприхватных (антифрикционных) свойств буровых растворов (коэффициент потенциального прихвата - Кп пары “металл-глинистая корка”), а также оказывает незначительное влияние на поверхностное натяжение фильтрата бурового раствора.

Наиболее близким аналогом является смазочная добавка [2] к буровым растворам, содержащая, мас.%:

Жирные кислоты с числом

углеродных атомов от 16 до 18

оксиэтилированные 6-12 молями

окиси этилена 15-40

Жирные кислоты

с числом углеродных атомов

от 14 до 24 50-80

Нейтрализующий агент 3-6

Вода Остальное

Однако известный состав наряду с высокими показателями смазочных свойств бурового раствора (пара “металл - металл”), обладает недостаточно высокими антифрикционными свойствами (пара “металл - глинистая корка”).

Технической задачей предлагаемого изобретения является сохранение высоких показателей смазочных свойств, таких как снижение коэффициента трения на границе “металл - металл”, повышение антифрикционных свойств, таких как снижение коэффициента потенциального прихвата на границе “металл - глинистая корка” в пресных и минерализованных буровых растворах и одновременно повышение поверхностно-активных свойств фильтрата бурового раствора.

Поставленная задача решается тем, что смазочная добавка для буровых растворов, содержащая жирные кислоты триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24, нейтрализующий агент и воду, дополнительно содержит замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Жирные кислоты триглицеридов

с числом углеродных

атомов от 14 до 24 50-80

Нейтрализующий агент 3-6

Замещенные аммонийные соли

жирных кислот с числом

углеродных атомов

от 10 до 26 5-40

Вода Остальное

Составы заявленной смазочной добавки (примеры 2-6), запредельных и известных (примеры 1, 7-9) приведены в таблице 1.

Заявленную смазочную добавку получают следующим образом.

В реактор загружают натуральную жиромассу, содержащую жирные кислоты триглицеридов, нагревают, например до 40-50°С, затем в реактор добавляют расчетное количество нейтрализующего агента (КОН или другой), для частичной нейтрализации свободных кислот. Массу перемешивают в течение 45-90 минут. В процессе перемешивания вводят расчетное количество замещенных аммонийных солей жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26, доводят температуру до 60-70°С и перемешивают в течение 1,5-2,0 часов. Готовый продукт сливают в тару.

Пример №1 (таблица 1, состав №2): для приготовления 1 л смазочной добавки берут 500 мл натуральной жиромассы, содержащей жирные кислоты триглицеридов и нагревают до 40-50°С, затем вносят 6 г КОН. Массу перемешивают в течение 60 мин на лабораторной мешалке. В процессе перемешивания вводят 400 мл замещенных аммонийных солей жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26. Смесь нагревают до 60-70°С и перемешивают на лабораторной мешалке 2,0 часа. Аналогично готовят и другие составы, приведенные в таблице 1.

Для оценки эффективности предлагаемой смазочной добавки в лабораторных условиях проведены предварительные исследования. Исследовано влияние соотношения всех исходных ингредиентов на технологические свойства растворов на стандартных приборах в соответствии с методикой контроля параметров буровых растворов РД 39-22-645-81.

Поверхностное натяжение (σ, мН/м) 0,5% водного раствора смазочной добавки на границе с керосином определяли сталагмометрическим методом. Результаты испытаний образцов приведены в таблице 2.

Смазочные свойства определяли по коэффициенту трения (Ктр) пары “металл-металл” на приборе фирмы NL Baroid (США) в соответствии с международным стандартом API R13B (при нагрузке 1,03 МПа, 60 об/мин).

Пенообразующая способность образцов смазочных добавок оценивалась на 1% водных растворах, перемешанных в течение 3 мин при 9500-11000 об/мин. Пенообразующая активность (П, см³) определялась как разность между объемами вспененного раствора после 3 мин отстаивания (Vp) и объемом исходного раствора (200 см³) по формуле П=Vр-200 см³. Вспениваемость (В, %) водного раствора рассчитывали по формуле

Антифрикционные свойства определяли по коэффициенту потенциального прихвата (Кп) пары “металл - глинистая корка” на приборе Sticking Tester фирмы NL Baroid (США) при давлении 3,34 МПа.

Сравнительные испытания образцов 2-6 (табл. 1-2) показали высокую эффективность вводимых замещенных аммонийных солей жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26. Уменьшение коэффициента трения на 20-25%, коэффициента потенциального прихвата труб на 50-60% и поверхностного натяжения на границе с углеводородом на 40-50% по сравнению с известными смазочными добавками (пример 1, 7-9, табл. 1-2).

Источники информации

1. Патент РФ №2163617, С 09 К 7/02

2. Патент РФ №2106382, С 04 К 7/02, 1998.

Формула изобретения

Смазочная добавка для буровых растворов, содержащая жирные кислоты триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24, нейтрализующий агент и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Жирные кислоты триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24 50-80

Нейтрализующий агент 3-6

Замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26 5-40

Вода Остальное