Смазочная добавка для буровых растворов на водной основе

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к бурению нефтяных и газовых скважин и улучшению смазочных свойств буровых растворов на водной основе. Техническим результатом изобретения является улучшение смазочных и противоприхватных свойств бурового раствора при сохранении других технологических показателей. Смазочная добавка для буровых растворов на водной основе, включающая керосин, маслорастворимое поверхностно-активное вещество - продукт взаимодействия этаноламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда, в качестве указанного продукта взаимодействия содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом ₈ – С₂₄ при их мольном соотношении 1:3:1,5 и дополнительно полигликоль и изобутанол при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный продукт взаимодействия 20 – 30, полигликоль 50 – 65, керосин 5 – 10, изобутанол 7 – 10. 2 табл.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к бурению нефтяных и газовых скважин и улучшению смазочных свойств буровых растворов на водной основе.

Одним из наиболее эффективных способов улучшения смазочных свойств буровых растворов является введение в них смазочных реагентов.

Известно применение в качестве смазочной добавки к буровым растворам присадки под технической маркой ИКБ-4В [а.с. СССР №1044625, С 09 К 7/02, 1983], представляющую собой смесь продукта конденсации кубовых остатков СЖК фракции С₂₀-С₂₆, моноэтаноламина и поверхностно-активного вещества ПАВ марки ОП-10, взятых в соотношении 5:1:3. Рекомендуемый расход смазочной добавки 0,4-1,0 мас.%. Однако эта смазочная добавка обладает сравнительно низкими смазочными свойствами, вспенивает буровой раствор при концентрации выше 0,5 мас.%, имеет низкие противоприхватные свойства.

Известно применение в качестве смазочной добавки реагента ИКБ-4БТР, который представляет собой смесь сырых таловых масел, моноэтаноламина, полигликоля, керосина и изопропилового спирта, взятых в соотношении 8,7:3,3:3,0:0,3:2,0 [а.с. СССР №1266181, С 09 К 7/02, 1984]. По сути, это раствор маслорастворимого поверхностно-активного вещества (моноэтаноламиновых солей кислот сырого таллового масла) в смеси полигликоля, керосина и изопропилового спирта. ИКБ-4БТР в определенной степени улучшает смазочные свойства буровых растворов.

Однако данный реагент недостаточно повышает смазочные свойства буровых растворов при высоких контактных нагрузках и имеет низкую противоприхватную способность, что снижает долговечность и износостойкость узлов трения бурового оборудования и ведет к ухудшению технико-экономических показателей бурения.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смазочная добавка для буровых растворов на водной основе, включающая, мас.%: продукт конденсации моноэтаноламина и сырых талловых масел 10-30, керосин 5-10, моноэтаноламин 1,0-1,5, флотореагент-оксаль остальное, причем указанный продукт конденсации готовится отдельно в одну стадию при температуре 80–90°С при постоянном перемешивании с последующим смешиванием полученного продукта с другими компонентами (а.с. СССР №1749226, С 09 К 7/02, 23.07.1992).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение смазочных и противоприхватных свойств бурового раствора при сохранении других технологических показателей.

Данный технический результат достигается тем, что смазочная добавка для буровых растворов на водной основе, включающая керосин, маслорастворимое поверхностно-активное вещество - продукт взаимодействия этаноламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда, в качестве указанного продукта взаимодействия содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом ₈-С₂₄ при их мольном соотношении 1:3:1,5 и дополнительно полигликоль и изобутанол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный продукт взаимодействия 20–30

Полигликоль 50–65

Керосин 5–10

Изобутанол 7-10

Смазочную добавку для буровых растворов на водной основе (техническое название ДСБ-МГК) вводят в количестве 0,5-1,0 мас.%.

Заявляемая смазочная добавка обладает рядом положительных технологических свойств:

- придает буровому раствору повышенные смазочные и противоприхватные свойства;

- хорошо совместима со всеми реагентами, применяемыми для обработки буровых растворов;

- не вызывает вспенивание бурового раствора в рабочих концентрациях;

- имеет низкую температуру застывания (ниже минус 30°С).

Для получения добавки используют:

Маслорастворимое ПАВ - продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот, который представляет собой вязкую жидкость от желтого до коричневого цвета. Плотность при 20°С 920-960 кг/м³. В качестве источника жирных кислот для получения продукта можно использовать растительное масло (подсолнечное, кокосовое, льняное и т.д.), дистиллированное талловое масло и соответствующие фракции синтетических жирных кислот.

Данный продукт получают конденсацией борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот при температуре 160-180°С в течение 6 часов при постоянном перемешивании. При этом первоначально образуется триборат диэтаноламина, который затем реагирует с жирными кислотами с образованием соответствующих моно- и диаминоамидов.

Полигликоли по ТУ 38.30214-88 или ТУ 2422-083-05766801-98.

Керосин авиационный марки ТС-1 или РТ по ГОСТ 10227-86.

Изобутанол технический по ГОСТ 9536-79.

Примеры 1-2 описывают технологию получения активной основы предлагаемой смазочной добавки.

Пример 1. В трехгорлый реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка с обратным холодильником и термометром, загружали 115 г (0,123 моль или 0,37 моль по кислотам) технического подсолнечного масла и 77,6 г (0,74 моль) диэтаноламина. Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100°С. Затем добавляли 15,3 г (0,246 моль) борной кислоты и поднимали температуру реакционной смеси со 100 до 180°С в течение 2 часов. При температуре 130°С начиналась отгонка воды. По достижении 180°С реакционную смесь выдерживали еще 2 часа, а затем охлаждали. За время реакции отогналось 13,4 см³ воды. Для получения указанного продукта взаимодействия использовали борную кислоту, диэтаноламин, указанную смесь жирных кислот в их соотношении 1:3:1,5. Плотность продукта 935 кг/м³, температура застывания 8°С.

Пример 2. В трехгорлый реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка с обратным холодильником и термометром, загружали 113 г (0,39 моль) дистиллированного таллового масла с кислотным числом 193 мг·КОН/г и 82 г (0,78 моль) диэтаноламина. Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100°С. Затем добавляли 16,1 г (0,26 моль) борной кислоты и поднимали температуру реакционной смеси со 100 до 180°С в течение 2 часов. При температуре 120°С начиналась отгонка воды. По достижении 180°С реакционную смесь выдерживали еще 2 часа, а затем охлаждали. За время реакции отогналось 14,2 см³ воды. Для получения продукта взаимодействия использовали борную кислоту, диэтаноламин, указанную смесь жирных кислот в их соотношении 1:3:1,5. Плотность продукта 960 кг/м³, температура застывания 10°С.

Затем были получены образцы смазочной добавки ДСБ-МГК. В табл. 1 приведены состав и свойства предлагаемой добавки. Образцы готовили путем смешения указанного продукта взаимодействия, керосина, полигликоля и изобутанола в предлагаемых количествах.

Для испытания смазочных и противоприхватных свойств предлагаемой добавки была взята 10 мас.% глинистая суспензия из бентонитового глинопорошка ПБМВ производства АО "Керамзит" г. Серпухов.

Оценку эффективности смазочного действия проводили по стандарту Американского нефтяного института (АНИ) на приборе для комплексного испытания смазывающей способности и противозадирных свойств буровых растворов Model 212 EP/Lubrisity Tester фирмы Baroid. Испытания проводили в среде бурового раствора без смазочных добавок и при содержании в буровом растворе различных концентраций этих добавок. Удельное давление прижатия металлической призмы к вращающемуся валу было равно 1,03 МПа (150 фунтов/дюйм²), а частота вращения вала - 60 мин^-1. При этом фиксировали показания прибора (сила трения) и рассчитывали коэффициент трения и процент снижения сопротивления (W) при заданной нагрузке. Величина W определяет процент снижения сопротивления трению вращающейся бурильной колонны и связана с противоприхватными свойствами бурового раствора в присутствии смазочной добавки. Экспериментальные данные представлены в табл. 2.

Как видно из приведенных в табл. 2 экспериментальных данных, смазочные и противоприхватные свойства буровых растворов, содержащих заявляемую смазочную добавку (примеры 5-16), существенно лучше по сравнению с аналогичными параметрами бурового раствора, содержащего известную смазочную добавку (примеры 2-4), и в особенности по сравнению с исходным буровым раствором, не содержащим никаких добавок (пример 1).

Таким образом, заявляемая смазочная добавка для буровых растворов на водной основе обладает техническими преимуществами по сравнению с известными техническими решениями.

Формула изобретения

Смазочная добавка для буровых растворов на водной основе, включающая керосин, маслорастворимое поверхностно-активное вещество - продукт взаимодействия этаноламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда, отличающаяся тем, что в качестве указанного продукта взаимодействия она содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С₈ - С₂₄ при их мольном соотношении 1:3:1,5 и дополнительно полигликоль и изобутанол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный продукт взаимодействия 20-30

Полигликоль 50-65

Керосин 5-10

Изобутанол 7-10