Смазочное вещество для буровой текучей среды на водной основе

Группа изобретений относится к бурению. Технический результат - увеличение смазывающей способности и снижение коэффициента трения буровой текучей среды. Буровая текучая среда на водной основе содержит воду и от 0,01 до 10 мас.% смазочной добавки, содержащей по меньшей мере один олигомер, содержащий продукт реакции по меньшей мере одной замещенной гидрокарбилом карбоновой кислоты, или сложного эфира, или ангидрида указанной кислоты и по меньшей мере одного полиалкиленгликоля, причем гидрокарбильный заместитель в замещенной гидрокарбилом карбоновой кислоте включает линейный или разветвленный C₆–C₃₆ алкан или алкен и смазочная добавка дополнительно содержит по меньшей мере одно из: i) от 0,01 до 10 мас.% дитиофосфата металла и ii) от 0,01 до 10 мас.% сульфированного олефина. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 табл., 3 пр.

 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к композиции добавки для буровой текучей среды, а также к способу увеличения смазывающей способности и снижения коэффициента трения буровой текучей среды. Композиция добавки может дополнительно содержать сульфированный олефин и/или соединение дитиофосфата металла, что дополнительно усиливает смазывающее действие.

[0002] Буровые текучие среды, также называемые буровыми растворами, часто циркулируют в стволе скважины во время операций бурения с целью охлаждения и смазки бурового оборудования, выноса из ствола скважины выбуренной породы и уравновешивания давления в подземном пласте, с которым сталкиваются во время бурения. Одной из функций буровой текучей среды является снижение существенного крутящего момента, связанного с вращающейся буровой колонной и обусловленного трением между наружной частью буровой трубы и стенкой скважины и/или обсадными колоннами. Бурение со смещением, глубоких скважин и скважин с большим наклоном или горизонтальных скважин приводит к увеличению сил трения, что увеличивает необходимость в смазывающих свойствах буровых текучих сред.

[0003] В некоторых случаях, таких как при бурении пластов, содержащих набухающие глины, которые набухают при контакте с водой, могут быть необходимы или целесообразны буровые растворы на масляной основе (или «масляные растворы»). Тем не менее, буровые растворы на водной основе (также называемые «водными растворами») применяют гораздо шире. Кроме воды, основным ингредиентом обычного водного раствора является регулирующий вязкость агент, обычно мелкозернистая глина, который смешивается с водой с образованием суспензии. В водных растворах широко применяют бентонит, который состоит преимущественно из набухающей глины, называемой монтмориллонитом, хотя можно также применять и другие типы глин.

[0004] В промышленных операциях бурения предпринимались попытки снижения трения в буровых растворах.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Таким образом, технология согласно настоящему изобретению направлена на решение задачи увеличения смазывающей способности и снижения коэффициента трения буровой текучей среды путем включения в буровую текучую среду олигомера согласно настоящему описанию, необязательно в присутствии сульфированного олефина и/или дитиофосфата металла.

[0006] Один из аспектов технологии согласно настоящему изобретению включает композицию добавки смазочного вещества для буровой текучей среды на водной основе. Добавка смазочного вещества может включать по меньшей мере один олигомер, причем указанный олигомер охватывает продукты взаимодействия: по меньшей мере одной замещенной гидрокарбилом карбоновой кислоты, или сложного эфира или ангидрида указанной кислоты; и по меньшей мере одного полиалкиленгликоля.

[0007] В одном из вариантов реализации карбоновая кислота в замещенной гидрокарбилом карбоновой кислоте может представлять собой, но не обязательно ограничена ими, щавелевую кислоту, малоновую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, пимелиновую кислоту, пробковую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту, ундекандиовую кислоту, додекандиовую кислоту, малеиновую кислоту, фумаровую кислоту, глутаконовую кислоту, травматиновую кислоту и муконовую кислоту, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, терефталевую кислоту или дифеновую кислоту.

[0008] В другом варианте реализации гидрокарбильный заместитель в замещенной гидрокарбилом карбоновой кислоте может включать линейный или разветвленный С₆-С₃₆ алкан или алкен. В некоторых вариантах реализации замещенная гидрокарбилом карбоновая кислота может включать додеценилянтарный ангидрид. В том же или других вариантах реализации замещенная гидрокарбилом карбоновая кислота включает октадеценилянтарный ангидрид.

[0009] В одном из вариантов реализации полиалкиленгликоль может представлять собой один или более из полиэтиленгликоля или полипропиленгликоля. В некоторых вариантах реализации полиалкиленгликоль включает диэтиленгликоль. В других вариантах реализации полиалкиленгликоль включает полипропиленгликоль с Mn менее 2000.

[00010] В некоторых вариантах реализации композиция добавки смазочного вещества может дополнительно включать по меньшей мере один амин. В некоторых вариантах реализации амин может включать по меньшей мере один алканоламин. В некоторых вариантах реализации амин может представлять собой алканоламин, включая, например, этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин и смеси указанных соединений.

[00011] В некоторых вариантах реализации олигомер или смесь олигомера и амина могут присутствовать в композиции добавки смазочного вещества в количестве от примерно 1 до примерно 100% масс, от массы композиции.

[00012] В других вариантах реализации композиция добавки смазочного вещества может дополнительно содержать от примерно 0,01 до примерно 10% масс, соединения дитиофосфата металла, такого как, например, диалкилдитиофосфат цинка.

[00013] В других вариантах реализации композиция добавки смазочного вещества может дополнительно содержать от примерно 0,01 до примерно 10% масс, сульфированного олефина.

[00014] Другой аспект технологии согласно настоящему изобретению включает буровую текучую среду на водной основе, содержащую от примерно 0,01 до примерно 10% масс, вышеописанной композиции добавки смазочного вещества и воду.

[00015] Другой аспект технологии согласно настоящему изобретению включает способ придания смазывающей способности буровой текучей среде путем введения в буровую текучую среду композиции добавки смазочного вещества согласно настоящему описанию.

[00016] В другом аспекте технология согласно настоящему изобретению обеспечивает способ увеличения смазывающей способности и снижения коэффициента трения буровой текучей среды на водной основе путем введения в указанную буровую текучую среду на водной основе композиции добавки смазочного вещества согласно настоящему описанию.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[00017] Различные предпочтительные признаки и варианты реализации будут описаны ниже посредством неограничивающих примеров.

[00018] Один из аспектов настоящего изобретения относится к композиции добавки смазочного вещества для буровой текучей среды на водной основе, содержащей по меньшей мере один олигомер. Олигомер может эффективно обеспечивать одно или более из следующих свойств: увеличивать смазывающую способность и снижать коэффициент трения композиции для обработки скважины. В одном из вариантов реализации композиция добавки может дополнительно включать по меньшей мере один амин. Аналогично, композиция добавки может дополнительно включать по меньшей мере одно соединение дитиофосфата металла, по меньшей мере один сульфированный олефин, и смеси указанных соединений, в дополнение или вместо указанного по меньшей мере одного амина.

Олигомер

[00019] Получение олигомера, применяемого в композиции добавки, приводит к образованию смеси соединений, и указанную смесь может быть трудно охарактеризовать отдельно от стадий способа, применяемых для получения олигомера. Кроме того, способ, при помощи которого получают олигомер, может являться важным для придания определенных структурных характеристик готовому олигомеру, которые могут влиять на свойства олигомера и композиции добавки, в которую вводят олигомер.

[00020] Так, в одном из вариантов реализации по меньшей мере один олигомер может быть описан как продукт взаимодействия по меньшей мере одной замещенной гидрокарбилом карбоновой кислоты, или сложного эфира или ангидрида указанной кислоты, и по меньшей мере одного полиалкиленгликоля. В настоящем описании указание на олигомер охватывает смесь соединений, включающую олигомер согласно настоящему описанию, а также относится к самому указанному олигомеру.

Компонент замешенной гидрокарбилом карбоновой кислоты

[00021] Замещенная гидрокарбилом карбоновая кислота может представлять собой продукт взаимодействия предшественника гидрокарбильного заместителя, который представляет собой длинноцепочечный углеводород, в общем случае полиолефин, с реагентом мононенасыщенной карбоновой кислоты, таким как (i) α,β-мононенасыщенная С₃-С₂₀ дикарбоновая кислота; (ii) производные (i), такие как ангидриды или полученные из C₁-С₅ спирта сложные моно- или диэфиры (i); (iii) α,β-мононенасыщенные С₃-C₁₈ монокарбоновые кислоты, такие как акриловая кислота и метакриловая кислота; или (iv) производные (iii), такие как полученные из C₁-С₅ спирта сложные эфиры (iii).

[00022] Примеры α,β-мононенасыщенных дикарбоновых кислот, подходящие для взаимодействия с гидрокарбильный заместителем, могут являться алифатическими, ароматическими или комбинациями указанных вариантов. Подходящие кислоты могут содержать от 3, 4 или 6 до 20, 15, 8 или 6 атомов углерода, и в некоторых вариантах реализации могут содержать от 3 до 15, от 4 до 15, от 4 до 8, или даже 6 атомов углерода. В некоторых вариантах реализации α,β-мононенасыщенные дикарбоновые кислоты включают фумаровую или малеиновую кислоту (например, замещенную гидрокарбилом янтарную кислоту); глутаконовую кислоту (например, замещенную гидрокарбилом глутаровую кислоту); гекс-2-ендиовую кислоту (например, замещенную гидрокарбилом адипиновую кислоту); гепт-2-ендиовую кислоту (например, замещенную гидрокарбилом пимелиновую кислоту); окт-2-ендиовую кислоту (например, замещенную гидрокарбилом пробковую кислоту); нон-2-ендиовую кислоту (например, замещенную гидрокарбилом азелаиновую кислоту); дец-2-ендиовую кислоту (например, замещенную гидрокарбилом себациновую кислоту); ундец-2-ендиовую кислоту (например, замещенную гидрокарбилом ундекандиовую кислоту); травматиновую кислоту (например, замещенную гидрокарбилом додекандиовую кислоту); циклогексен-1,[2,3,4]-дикарбоновую кислоту (например, замещенную гидрокарбилом циклогексан-1,[2,3,4]-дикарбоновую кислоту); цитраконовую или мезаконовую кислоту (например, замещенную гидрокарбилом метилянтарную кислоту); или комбинации указанных соединений. В других вариантах реализации одна или более из перечисленных выше дикарбоновых кислот могут быть исключены из замещенной гидрокарбилом карбоновой кислоты.

[00023] В некоторых вариантах реализации дикарбоновая кислота согласно настоящему изобретению также может быть получена из сложного эфира или ангидрида одной или более вышеописанных кислот, или комбинаций указанных веществ. Подходящие сложные эфиры включают, в одном из вариантов реализации, низшие алкильные сложные эфиры, такие как диметиладипат или диэтиладипат. Подходящие ангидриды включают янтарный ангидрид, алкил- и/или алкенилянтарный ангидрид, тетрагидрофталевый ангидрид. Можно применять смеси двух или более кислот. В некоторых вариантах реализации дикарбоновая кислота включает димерную кислоту, тримерную кислоту или жирную димерную кислоту. Димерные и тримерные кислоты представляют собой общий термин, применяемый к продуктам, получаемым при взаимодействии двух или более молекул ненасыщенных жирных кислот или сложных эфиров ненасыщенных жирных кислот, получаемых из таллового масла, олеиновой кислоты, масла канолы или хлопкового масла, обычно на глинистых катализаторах. Примеры коммерчески доступных димерных, тримерных и жирных димерных кислот включают Empol®, доступный от BASF, и Pripol™, доступный от Croda.

[00024] Гидрокарбильный заместитель может представлять собой С₆-С₃₆, например, C₈-С₃₂ или C₈-С₂₈, такой как С₁₀-С₂₆ или С₁₀-С₂₂, линейный или разветвленный алкан или алкен. В одном из вариантов реализации гидрокарбильная группа может представлять собой длинноцепочечную гидрокарбильную группу со среднечисленной молекулярной массой (Mn) от примерно 1300 до примерно 5000. Mn гидрокарбильного заместителя также может составлять от примерно 1500 до примерно 3000 или 3500, или от примерно 1700 до примерно 2700, или от примерно 1900 до примерно 2600, или от примерно 2000 до примерно 2500. В одном из вариантов реализации, Mn гидрокарбильного заместителя также может составлять от примерно 300 до примерно 1000, или от примерно 400 до примерно 900, или от примерно 500 до примерно 800. В одном из вариантов реализации гидрокарбильный заместитель может представлять собой любое соединение, содержащее олефиновую связь, представленное общей формулой:

где каждый из R¹ и R², независимо, представляет собой водород или группу на основе углеводорода. Каждый из R⁶, R⁷ и R⁸, независимо, представляет собой водород или группу на основе углеводорода; предпочтительно, по меньшей мере одна из указанных групп представляет собой группу на основе углеводорода, содержащую по меньшей мере 20 атомов углерода.

[00025] Олефиновые полимеры для взаимодействия с мононенасыщенными карбоновыми кислотами могут включать полимеры, содержащие основное мольное количество С₂-С₂₀, например, С₂-С₅ моноолефина. Такие олефины включают этилен, пропилен, бутилен, изобутилен, пентен, октен-1 или стирол. Полимеры могут представлять собой гомополимеры, такие как полиизобутилен, а также сополимеры двух или более указанных олефинов, такие как сополимеры этилена и пропилена, бутилена и изобутилена, пропилена и изобутилена. Другие сополимеры включают такие сополимеры, в которых малое мольное количество от мономеров сополимера, например, от 1 до 10% мол., составляет С₄-C₁₈ диолефин, например, сополимер изобутилена и бутадиена, или сополимер этилена, пропилена и 1,4-гексадиена.

[00026] В одном из вариантов реализации, по меньшей мере один R в формуле (I) получен из полибутена, то есть, полимеров С4 олефинов, включая 1-бутен, 2-бутен и изобутилен. С4 полимеры могут включать полиизобутилен. В другом варианте реализации, по меньшей мере один из R в формуле (I) получен из полимеров этилена-альфа-олефина, включая полимеры этилена-пропилена-диена. Сополимеры этилена-альфа-олефина и терполимеры этилена-низшего олефина-диена описаны в многочисленных патентных документах, включая европейскую патентную публикацию ЕР 0279863 и следующие патенты США: 3598738; 4026809; 4032700; 4137185; 4156061; 4320019; 4357250; 4658078; 4668834; 4937299; 5324800, каждый из которых включен посредством ссылки для релевантных описаний указанных полимеров на основе этилена.

[00027] В другом варианте реализации олефиновые связи в формуле (I) преимущественно представляют собой винилиденовые группы, представленные следующими формулами:

где R представляет собой гидрокарбильную группу

где R представляет собой гидрокарбильную группу.

[00028] В одном из вариантов реализации содержание винилидена в формуле (I) может составлять по меньшей мере примерно 30% мол. винилиденовых групп, по меньшей мере примерно 50% мол. винилиденовых групп, или по меньшей мере примерно 70% мол. винилиденовых групп. Такие материалы и способы их получения описаны в патентах США №№5071919; 5137978; 5137980; 5286823, 5408018, 6562913, 6683138, 7037999 и патентных публикациях США №№20040176552 А1, 20050137363 и 20060079652 А1, которые явным образом включены в настоящую заявку посредством ссылок, такие продукты коммерчески доступны от BASF, под торговой маркой GLISSOPAL®, и от Texas PetroChemical LP, под торговой маркой ТРС 1105™ и ТРС 595™.

[00029] Способы получения замещенных гидрокарбилом карбоновых кислот при взаимодействии реагента мононенасыщенной карбоновой кислоты и гидрокарбильных заместителей хорошо известны в данной области техники и описаны в следующих патентах: патенты США №№3361673 и 3401118 для запуска термической «еновой» реакции; патенты США №№3087436; 3172892; 3272746, 3215707; 3231587; 3912764; 4110349; 4234435; 6077909; 6165235,которые включены в настоящую заявку посредством ссылок.

[00030] Конкретные примеры замещенных гидрокарбилом карбоновых кислот могут включать, без ограничения, например, додеценилянтарный ангидрид; додеценилдиметилсукцинат; октадеценилянтарный ангидрид; гексансебациновую кислоту; октадеканциклогексан-1,2-дикарбоновую кислоту. Другие примеры могут включать полиизобутиленянтарную кислоту или полиизобутиленянтарный ангидрид.

Компонент полиалкиленгликоля

[00031] Подходящие полиалкиленгликоли могут включать простые полиэфирполиолы, полученные из диола или полиола, содержащего всего от 2 до 15 атомов углерода, в некоторых вариантах реализации, алкилдиола или гликоля, который взаимодействует с содержащим алкиленоксид простым эфиром, содержащим от 2 до 6 атомов углерода, обычно с этиленоксидом или пропиленоксидом, или смесями указанных соединений. Например, простые полиэфиры с гидроксильными функциональными группами можно получить, проводя сначала реакцию пропиленгликоля с пропиленоксидом, с последующим взаимодействием с этиленоксидом. Первичные гидроксильные группы, полученные из этиленоксида, являются более реакционноспособными, чем вторичные гидроксильные группы, и поэтому предпочтительны. Подходящие коммерческие полиалкиленоксиды включают поли(этиленгликоль), содержащий продукт реакции этиленоксида с этиленгликолем, и поли(пропиленгликоль), содержащий продукт реакции пропиленоксида с пропиленгликолем. Различные полиалкиленгликоли в общем имеют среднечисленную молекулярную массу (Mn), определяемую путем анализа концевых функциональных групп, которая составляет по меньшей мере примерно 150, или примерно 600, такую как от примерно 700 до примерно 10000, от примерно 1450 до примерно 5000, или от примерно 1450 до примерно 2500, или примерно 1000, или даже 2000.

[00032] В некоторых вариантах реализации компонент полиалкиленгликоля включает поли(пропиленгликоль), поли(этиленгликоль), сополимеры поли(этиленгликоля) и поли(пропиленгликоля), и подобные соединения, или комбинации указанных соединений. В некоторых вариантах реализации компонент полиалкиленгликоля включает поли(пропиленгликоль), например, поли(пропиленгликоль) с Mn менее 2000, такой как Mn от 150 или 1000 до 2000. В других вариантах реализации полиалкиленгликоль может включать пропиленгликоль, диэтиленгликоль, дециленгликоль и подобные соединения, или комбинации указанных соединений.

Способ получения

[00033] Олигомер можно получать, например, путем простой реакции конденсации между замещенной гидрокарбилом карбоновой кислотой и полиалкиленгликолем.

Химия

[00034] Хотя олигомерный продукт реакции будет представлять собой смесь различных соединений, в целом олигомер может включать замещенные гидрокарбилом сукканы, конденсированные с полиалкиленгликолем. Например, продукт реакции может включать соединения формулы

где R представляет собой гидрокарбильный заместитель,

R' независимо представляет собой Н или продукт реакции полиалкиленгликоля, и

n равен 0 или 1.

[00035] Пунктирная линия показывает, что когда R' представляет собой продукт реакции полиалкиленгликоля, указанный продукт реакции полиалкиленгликоля может вступать или не вступать в реакцию со вторым сукканом с образованием связи между первым сукканом и вторым сукканом. Когда R' в любом положении в первом суккане не реагирует со вторым сукканом, группа R' может быть включена на соответствующие атомы кислорода во втором суккане.

[00036] Термин «продукт реакции полиалкиленгликоля» предназначен охватывать простой полученный из полиалкилена фрагмент, конденсированный на суккане, а также полученные из полиалкиленгликоля фрагменты, которые могут быть дополнительно конденсированы на другом конце фрагмента полиэтиленгликоля с дополнительным сукканом.

[00037] Конечно, смесь олигомеров может также включать некоторую небольшую часть непрореагировавшего компонента замещенной гидрокарбилом карбоновой кислоты, а также непрореагировавшего полиалкиленгликоля.

[00038] Олигомер может содержаться в композиции добавки в количестве от примерно 1 до примерно 100% масс, как например, от примерно 30 до примерно 90% масс, или от примерно 35 до примерно 80% масс В одном из вариантов реализации олигомер может содержаться в композиции добавки в количестве от примерно 40 до примерно 60% масс, или от примерно 45 до примерно 55% масс

Амин

[00039] Композиция добавки может дополнительно включать по меньшей мере один амин, такой как, например, моноамин, гидроксиамин, полиамины и комбинации указанных соединений.

[00040] Моноамины в общем содержат от 1 до примерно 24 атомов углерода, или от примерно 1 до примерно 12 атомов углерода, или даже от примерно 1 до примерно 6 атомов углерода. Примеры моноаминов включают метиламин, этиламин, пропиламин, бутиламин, октиламин и додециламин. Примеры вторичных моноаминов включают диметиламин, диэтиламин, дипропиламин, дибутиламин, метилбутиламин, этилгексиламин и т.д. Третичные моноамины включают триметиламин, трибутиламин, метилдиэтиламин, этилдибутиламин и т.д.

[00041] Гидроксиамины обычно представляют собой первичные, вторичные или третичные алканоламины или смеси указанных соединений. Такие амины могут быть представлены формулами:

где каждый R независимо представляет собой гидрокарбильную группу, содержащую от примерно 1 до примерно 8 атомов углерода, и R' представляет собой двухвалентную алифатическую или ароматическую гидрокарбильную группу, содержащую от примерно 2 до примерно 18 атомов углерода. Примеры могут включать, без ограничения, этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин и подобные соединения, или комбинации указанных соединений.

[00042] Гидроксиамины могут также включать гетероциклические гидроксиамины. Примеры гетероциклических гидроксиаминов включают N-(гидроксил-низший алкил)-морфолины, -тиоморфолины, -пиперидины, оксазолидины, -тиазолидины и подобные соединения. Гидроксиамины могут также представлять собой простой эфир N-(гидроксикарбил)амина. Они являются гидроксиполи(гидрокарбилокси)-аналогами вышеописанных гидроксиаминов (указанные аналоги также включают гидроксилзамещенные оксиалкиленовые аналоги).

[00043] Полиамины могут быть алифатическими, циклоалифатическими, гетероциклическими или ароматическими. Примеры полиаминов включают алкиленполиамины и гетероциклические полиамины. Такие алкиленполиамины включают, без ограничения, метиленполиамины, этиленполиамины, бутиленполиамины, пропиленполиамины, пентиленполиамины и т.д. Высшие гомологи и родственные гетероциклические амины, такие как пиперазины и N-аминоалкилзамещенные пиперазины, также включены. Конкретными примерами таких полиаминов являются этилендиамин, триэтилентетрамин, трис-(2-аминоэтил)амин, пропилендиамин, триметилендиамин, трипропилентетрамин, тетраэтиленпентамин, гексаэтиленгептамин, пентаэтиленгексамин и т.д.

[00044] Также подходящими являются гидроксигетероциклические полиамины. Примеры включают N-(2-гидроксиэтил)циклогексиламин, 3-гидроксициклопентиламин, пара-гидроксианилин, N-гидроксиэтилпиперазин и подобные соединения.

[00045] Амин может содержаться, вместе с олигомером, в композиции добавки в количестве от примерно 1 до примерно 100% масс, относительно композиции добавки, как например, от примерно 30 до примерно 90% масс, или от примерно 35 до примерно 80% масс. В одном из вариантов реализации амин и олигомер могут содержаться в добавке вместе, в количестве от примерно 40 до примерно 60% масс, или от примерно 45 до примерно 55% масс.

[00046] При наличии, олигомер и амин могут содержаться в соотношении олигомера к амину от примерно 1:20 до примерно 20:1, чаще от примерно 1:15 до примерно 15:1. В некоторых вариантах реализации указанное отношение может составлять от примерно 1:10 до примерно 10:1, или от примерно 1:5 до примерно 5:1, или даже от примерно 2:3 до примерно 3:2.

[00047] В некоторых вариантах реализации композиция добавки может не содержать, или по существу не содержать, амина. Под «по существу не содержать амина» подразумевают, что в композиции добавки содержится недостаточное количество амина, чтобы оказывать воздействие на эффективность композиции в буровой текучей среде на водной основе, такое как, например, менее 0,01% масс, относительно буровой текучей среды на водной основе, или менее 10 м.д. (ppm), или менее 1 м.д., или менее 0,1 м.д. в буровой текучей среде на водной основе.

Тиофосфаты металлов

[00048] В некоторых вариантах реализации композиция добавки будет дополнительно содержать соединение тиофосфата металла. Диалкилдитиофосфаты металлов могут быть описаны как первичные диалкилдитиофосфаты металлов или как вторичные диалкилдитиофосфаты металлов, в зависимости от структуры спирта, применяемого при их получении. В некоторых вариантах реализации композиции согласно настоящему изобретению содержат первичные диалкилдитиофосфаты металлов. В некоторых вариантах реализации композиции согласно настоящему изобретению содержат вторичные диалкилдитиофосфаты металлов. В некоторых вариантах реализации композиции согласно настоящему изобретению содержат смесь первичных и вторичных диалкилдитиофосфатов металлов. В некоторых вариантах реализации композиция добавки может содержать смесь первичных и вторичных диалкилдитиофосфатов металлов, причем отношение первичных диалкилдитиофосфатов металлов к вторичным диалкилдитиофосфатам металлов (в расчете по массе) составляет по меньшей мере 1:1, или даже по меньшей мере 1:1,2, или даже по меньшей мере 1:1,5 или 1:2, или 1:10. Металлы в диалкилдитиофосфате металла могут включать любой щелочной металл, щелочноземельный металл или переходный металл. Особенно подходящие металлы включают, например, цинк, кальций или барий, причем предпочтительными являются диалкилдитиофосфаты цинка. Примеры диалкилдитиофосфатов металлов включают изопропилметиламилдитиофосфат цинка, изопропилизооктилдитиофосфат цинка, ди(циклогексил)дитиофосфат цинка, изобутил-2-этилгексилдитиофосфат цинка, изопропил-2-этилгексилдитиофосфат цинка, изобутилизоамилдитиофосфат цинка, изопропил-н-бутилдитиофосфат цинка, ди(гексил)дитиофосфат кальция и ди(нонил)дитиофосфат бария.

[00049] В некоторых вариантах реализации композиция добавки может содержать смесь первичных и вторичных диалкилдитиофосфатов металлов, в которой по меньшей мере 50 процентов по массе, или даже по меньшей мере 60, 70, 80 или даже 90 процентов по массе составляет первичное соединение. В некоторых вариантах реализации композиция добавки может не содержать, или по существу не содержать первичных диалкилдитиофосфатов металлов. Под «по существу не содержать первичных диалкилдитиофосфатов металлов» подразумевают, что композиция добавки содержит первичные диалкилдитиофосфаты металлов в количестве, недостаточном для воздействия на эффективность композиции в буровой текучей среде на водной основе, таком как, например, менее 0,01% масс, в буровой текучей среде на водной основе, или менее 10 м.д. (ppm) или менее 1 м.д., или менее 0,1 м.д. в буровой текучей среде на водной основе.

[00050] Композиция добавки может содержать от примерно 0,01 до примерно 10% масс, соединения дитиофосфата металла, такого как соединение диалкилдитиофосфата цинка. В некоторых вариантах реализации композиция добавки может содержать от примерно 0,1 до примерно 8% масс, или от примерно 1 до примерно 6% масс. В вариантах реализации, содержащих дитиофосфат металла, указанный дитиофосфат может содержаться в композиции добавки в отношении от примерно 1:1 до примерно 15:1 олигомера к дитиофосфату металла, и в другом варианте реализации от примерно 1:1 до 10:1, и в других вариантах реализации от примерно 2:1 до примерно 9:1.

Сульфированный олефин

[00051] Композиция добавки может дополнительно включать сульфированный олефин. Сульфированные олефины представляют собой широко известные коммерческие материалы. Подходящим сульфированным олефином является материал, полученный согласно подробным описаниям патентов США №№4957651 и 4959168. В них описана совместно сульфированная смесь 2 или более реагентов, выбранных из группы, состоящей из по меньшей мере одного сложного эфира жирной кислоты и многоатомного спирта, по меньшей мере одной жирной кислоты, по меньшей мере одного олефина, и по меньшей мере одного сложного эфира жирной кислоты и одноатомного спирта. Олефиновый компонент может представлять собой алифатический олефин, который обычно будет содержать от 4 до 40 атомов углерода. Смеси указанных олефинов коммерчески доступны. Сульфирующие агенты, подходящие для способа получения сульфированного олефина, могут включать элементную серу, сероводород, галогенид серы плюс сульфид натрия, и смесь сероводорода и серы или диоксида серы.

[00052] Сульфированные олефины могут составлять от примерно 0,01 до примерно 10% масс. В одном из вариантов реализации сульфированный олефин может составлять от примерно 0,1 до примерно 8% масс, или от примерно 1 до примерно 6% масс, относительно композиции добавки. В некоторых вариантах реализации композиция добавки может не содержать или по существу не содержать сульфированного олефина. Под «по существу не содержать сульфированного олефина» понимают, что композиция добавки содержит сульфированный олефин в количестве, недостаточном для оказания воздействия на эффективность композиции в буровой текучей среде на водной основе, таком как, например, менее 0,01% масс, в буровой текучей среде на водной основе, или менее 10 м.д., или менее 1 м.д., или менее 0,1 м.д. в буровой текучей среде на водной основе.

Буровая текучая среда на водной основе и способы применения композиции добавки

[00053] Также в технологию согласно настоящему изобретению включена буровая текучая среда на водной основе, содержащая вышеописанную композицию добавки. Буровая текучая среда на водной основе может содержать, например, воду, вышеописанную композицию добавки и другие добавки, подходящие для буровых текучих сред на водной основе. Буровая текучая среда на водной основе может содержать композицию добавки в количестве от примерно 0,01 до примерно 10% масс, как например, от примерно 0,5 до примерно 5% масс, или от примерно 0,1 до примерно 3% масс. относительно общей массы буровой текучей среды на водной основе.

[00054] Композицию добавки согласно настоящему описанию можно, в некоторых вариантах реализации, применять в буровых текучих средах для увеличения смазывающей способности буровой текучей среды, и в некоторых вариантах реализации, для снижения коэффициента трения буровой текучей среды. Композиция добавки может также очищать пласт от осколков и остатков после бурения ствола скважины для завершения скважины и подготовки к добыче.

[00055] Количество каждого описанного химического компонента указано за исключением растворителя или разбавляющего масла, которые могут обычно содержаться в коммерческом материале, то есть, в расчете на активное химическое вещество, если не указано иное. Тем не менее, если не указано иное, каждое химическое вещество или композиция, упоминаемые в настоящем описании, следует рассматривать как материал коммерческого качества, который может содержать изомеры, побочные продукты, производные и другие подобные материалы, которые обычно присутствуют в материале коммерческого качества.

[00056] В настоящем описании термины «гидрокарбильный заместитель» или «гидрокарбильная группа» применяют в их обычном значении, хорошо известном специалистам в данной области техники. А именно, указанные термины относятся к группе, содержащей атом углерода, непосредственно связанный с остальной частью молекулы, и имеющей преимущественно углеводородный характер. Примеры гидрокарбильных групп включают:

[00057] углеводородные заместители, то есть, алифатические (например, алкил или алкенил), алициклические (например, циклоалкил, циклоалкенил) заместители, и замещенные ароматическими, алифатическими и алициклическими группами ароматические заместители, а также циклические заместители, в которых кольцо замкнуто через другую часть молекулы (например, два заместителя, взятые вместе, образуют кольцо);

[00058] замещенные углеводородные заместители, то есть, заместители, содержащие неуглеводородные группы, которые, в контексте настоящего изобретения, не изменяют преимущественно углеводородную природу заместителя (например, галогены (особенно хлор и фтор), гидрокси, алкокси, меркапто, алкилмеркапто, нитро, нитрозо и сульфокси);

[00059] гетерозаместители, то есть, заместители, которые, сохраняя преимущественно углеводородный характер, в контексте настоящего изобретения, содержат другие атомы, кроме углерода, в кольце или цепи, в остальном состоящих из атомов углерода, и охватывают такие заместители, как пиридил, фурил, тиенил и имидазолил. Гетероатомы включают серу, кислород и азот. В целом, не более двух, или не более одного неуглеводородного заместителя будет присутствовать на каждые десять атомов углерода в гидрокарбильной группе; как вариант, в гидрокарбильной группе могут отсутствовать неуглеводородные заместители.

[00060] Известно, что некоторые из вышеописанных материалов могут взаимодействовать в готовом составе, так что компоненты готового состава могут отличаться от первоначально введенных компонентов. Например, ионы металлов (например, из моющего средства) могут мигрировать к другим кислотным или анионным центрам других молекул. Полученные таким образом продукты, включая продукты, образованные после применения композиции согласно настоящему изобретению по ее целевому применению, могут не поддаваться легкому описанию. Тем не менее, все такие модификации и продукты реакции включены в объем настоящего изобретения; настоящее изобретение охватывает композицию, полученную путем смешивания вышеописанных компонентов.

[00061] В настоящем описании термин «примерно» означает, что величина указанного количества находится в пределах ±20% от заданной величины. В других вариантах реализации величина находится в пределах ±15% от заданной величины. В других вариантах реализации величина находится в пределах ±10% от заданной величины. В других вариантах реализации величина находится в пределах ±5% от заданной величины. В других вариантах реализации величина находится в пределах ±2,5% от заданной величины. В других вариантах реализации величина находится в пределах ±1% от заданной величины.

[00062] Кроме того, в настоящем описании термин «по существу» означает, что величина указанного количества находится в пределах ±10% от заданной величины. В других вариантах реализации величина находится в пределах ±5% от заданной величины. В других вариантах реализации величина находится в пределах ±2,5% от заданной величины. В других вариантах реализации величина находится в пределах ±1% от заданной величины.

[00063] Настоящее изобретение можно применять в буровых текучих средах на водной основе для увеличения смазывающей способности и снижения коэффициента трения в указанной текучей среде, что может быть лучше понятно при рассмотрении следующих примеров.

ПРИМЕРЫ

Образец 1

[00064] 1000 массовых частей октадеценилянтарного ангидрида смешивали с 48 массовыми частями додеценилянтарного ангидрида в течение 30 минут до получения однородной смеси. Затем добавляли диэтиленгликоль, 564 массовые части, нагревали полученную смесь до 105-110°C и выдерживали до достижения кислотного числа в диапазоне 94-102 мг KOH/г.

Образец 2

[00065] 1000 массовых частей Образца 1 нагревали примерно до 45-50°С, а затем добавляли 666,7 массовых частей триэтаноламина. Полученную смесь перемешивали в течение 1 часа, получая продукт с кислотным числом в диапазоне 54-64 мг KOH/г и рН в 1% масс, водном растворе 8,0-8,5.

Образец 3

[00066] 1000 массовых частей Образца 1 нагревали примерно до 45-50°С, а затем добавляли смесь аминов, состоящую из 50,4 массовых частей триэтаноламина, 25,2 массовых частей моноэтаноламина и 185, 4 массовых частей 3-(тридецилокси)-1-пропанамина. Полученную смесь перемешивали в течение 1 часа, получая продукт с кислотным числом в диапазоне 71-88 мг KOH/г и рН в 1% масс, водном растворе 7,8-8,8.

Пример 1

[00067] В буровую текучую среду на водной основе из Таблицы 1 добавляли Образцы 1, 2 и 3. Полученный раствор выдерживали при 150°F в течение 16 часов на горячем валике, а затем испытывали на смазывающую способность.

[00068] Смазывающую способность изучали при помощи прибора для измерения смазывающей способности Ofite Е&Р, чтобы определить коэффициент трения («КТ») текучей среды. КТ испытанных текучих сред представлены в Таблице 2 ниже.

Образцы 4-7

[00069] Композиции смазочных добавок готовили, как показано в Таблице 3, комбинируя олигомер или олигомер/амин из Образцов 1-3 с сульфированным олефином или с диалкилдитиофосфатом цинка, при перемешивании в течение 5 минут в растворителе с использованием умеренной скорости смесителя.

Пример 2

[00070] В следующем эксперименте в базовый состав образцов, показанный в Таблице 4, добавляли Образцы 4-7.

[00071] Текучие среды выдерживали при 150°F в течение 4 часов на горячем валике перед определением величины КТ, показанной в Таблице 5.

Образцы 8- 10

[00072] Композиции смазочных добавок готовили, как показано в Таблице 6, комбинируя олигомер или олигомер/амин из Образцов 1-3 с сульфированным олефином при перемешивании в течение 5 минут в растворителе с использованием умеренной скорости смесителя.

Пример 3

[00073] Смазывающую способность буровых текучих сред на водной основе, содержащих Образцы 8-10, испытывали в составе, показанном в Примере 2. Результаты испытаний на смазывающую способность показаны в Таблице 7 ниже.

[00074] Каждый из упоминаемых выше документов включен в настоящую заявку посредством ссылки, включая любые предшествующие заявки, перечисленные или не перечисленные специально выше, на основании которых испрашивается приоритет. Упоминание любого документа не является допущением, что указанный документ квалифицируется как прототип или составляет часть общеизвестных знаний специалиста в любой сфере компетенции. За исключением Примеров, или иных явным образом указанных случаев, все численно выраженные количества в настоящем описании, определяющие количества материалов, условия реакции, молекулярные массы, число атомов углерода, и подобные величины, следует понимать как модифицированные термином «примерно». Следует понимать, что верхние и нижние пределы количества, диапазона и отношения, указанные в настоящей заявке, можно независимо комбинировать. Аналогично, диапазоны и количества для каждого элемента настоящего изобретения можно применять совместно с диапазонами или количествами для любых других элементов.

[00075] В настоящем описании переходный термин «содержащий», синонимами которого являются «включающий», «заключающий в себе» или «характеризующийся», является охватывающим или открытым и не исключает дополнительных, не указанных, элементов или стадий способа. Тем не менее, каждое упоминание «содержащего» в настоящей заявке подразумевает, что указанный термин также охватывает, в альтернативных вариантах реализации, выражения «состоящий по существу из» и «состоящий из», где «состоящий из» исключает любой элемент или стадию, не указанные конкретно, а «состоящий по существу из» допускает включение дополнительных не указанных элементов или стадий, которые не оказывают существенного влияния на сущностные или базовые и новые характеристики рассматриваемых композиции или способа.

[00076] Хотя некоторые типичные варианты реализации и подробности были показаны с целью иллюстрации предмета настоящего изобретения, специалист в данной области техники поймет, что можно осуществить различные изменения и модификации, не отклоняясь от объема предмета настоящего изобретения. В этом отношении объем настоящего изобретения должен быть ограничен только следующими пунктами формулы изобретения.

1. Буровая текучая среда на водной основе, содержащая воду и от 0,01 до 10 мас.% смазочной добавки, содержащей по меньшей мере один олигомер, содержащий продукт реакции:

a) по меньшей мере одной замещенной гидрокарбилом карбоновой кислоты, или сложного эфира, или ангидрида указанной кислоты; и

b) по меньшей мере одного полиалкиленгликоля,

причем гидрокарбильный заместитель в замещенной гидрокарбилом карбоновой кислоте включает линейный или разветвленный C₆–C₃₆ алкан или алкен и

смазочная добавка дополнительно содержит по меньшей мере одно из: i) от 0,01 до 10 мас.% дитиофосфата металла и ii) от 0,01 до 10 мас.% сульфированного олефина.

2. Текучая среда по п. 1, отличающаяся тем, что карбоновая кислота в замещенной гидрокарбилом карбоновой кислоте включает щавелевую кислоту, малоновую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, пимелиновую кислоту, пробковую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту, ундекандиовую кислоту, додекандиовую кислоту, малеиновую кислоту, фумаровую кислоту, глутаконовую кислоту, травматиновую кислоту и муконовую кислоту, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, терефталевую кислоту или дифеновую кислоту.

3. Текучая среда по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что ангидрид замещенной гидрокарбилом карбоновой кислоты включает додеценилянтарный ангидрид.

4. Текучая среда по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что ангидрид замещенной гидрокарбилом карбоновой кислоты включает октадеценилянтарный ангидрид.

5. Текучая среда по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что полиалкиленгликоль включает одно или более соединений из полиэтиленгликоля или полипропиленгликоля.

6. Текучая среда по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что полиалкиленгликоль включает диэтиленгликоль.

7. Текучая среда по п. 6, отличающаяся тем, что полиалкиленгликоль включает полипропиленгликоль с Mn менее 2000.

8. Текучая среда по любому из пп. 1-7, в которой добавка дополнительно содержит по меньшей мере один амин.

9. Текучая среда по п. 8, отличающаяся тем, что указанный амин включает по меньшей мере один алканоламин.

10. Текучая среда по п. 9, содержащая по меньшей мере одно из этаноламина, диэтаноламина, триэтаноламина и смеси указанных веществ.

11. Текучая среда по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что указанный олигомер или смесь олигомера и амина присутствует в добавке в количестве от примерно 1 до примерно 90 мас.%.

12. Текучая среда по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что указанное соединение дитиофосфата металла включает диалкилдитиофосфат цинка.

13. Способ обеспечения смазывающих свойств в буровой текучей среде на водной основе, включающий введение в буровую текучую среду композиции добавки, как она определена в любом из пп. 1-12.

14. Способ увеличения смазывающей способности и снижения коэффициента трения буровой текучей среды на водной основе путем введения в буровую текучую среду на водной основе композиции добавки, как она определена в любом из пп. 1-12.