смазочная добавка для бурового раствора

Формула изобретения

Смазочная добавка для бурового раствора, содержащая талловое масло, оксиэтилированные алкилфенолы и растворитель, отличающаяся тем, что в качестве таллового масла она содержит сырое талловое масло, в качестве растворителя - керосин, или дизельное топливо, или их смесь и дополнительно содержит алкилдиметиламмоний хлорид, алкилсиликонаты натрия и полиметилсилоксан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Сырое талловое масло	40-60
Оксиэтилированные алкилфенолы
С9Н 19С6Н4О(С 2Н4)10ОН	10-20
Алкилдиметиламмоний хлорид	1-5
Алкилсиликонаты натрия	5-10
Полиметилсилоксан	1-5
Керосин или дизельное топливо
или их смесь	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин, а именно к смазочным добавкам к буровым растворам на водной основе.

Известна смазочная добавка для бурового раствора на водной основе, представляющая смесь продуктов конденсации кубовых остатков синтетических жирных кислот фракции С_20-26, моноэтаноламина и оксиэтилированных алкилфенолов, взятых в соотношении 5:1:3 в количестве 0,4-10% от объема раствора, см. SU Авторское свидетельство №1044625, МПК7 С 09 К 7/02, 1983.

Недостатками известной смазочной добавки являются недостаточные смазочные и противоизносные свойства бурового раствора, особенно при высоких удельных нагрузках, а следовательно, и высокий коэффициент трения, а также высокая вспенивающая способность.

Известна смазочная добавка для бурового раствора на водной основе, содержащая легкое талловое масло и полигликоль, мас.%:

легкое талловое масло	40-60
полигликоль	60-40,

см. RU Патент №2142978, МПК7 С 09 К 7/02, 1999.

Недостатками этой смазочной добавки являются большой расход реагента, низкие смазочная и противоизносные свойства бурового раствора.

Наиболее близкой по технической сущности является смазочная добавка для бурового раствора, содержащая легкое талловое масло, оксиэтилированные алкилфенолы - С ₉Н₁₉С₆Н₄О(С₂ Н₄)₁₀ОН, триэтаноламин и растворитель - пентамер пропилена, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

легкое талловое масло	35-55
оксиэтилированные алкилфенолы
С9Н 19С6Н4О(С 2Н4)10ОН	5-10
триэтаноламин	5-10
растворитель - пентамер пропилена	35-55,

см. RU Патент №2197511, МПК7 С 09 К 7/02, 2003.

Недостатками смазочной добавки являются недостаточное снижение коэффициента трения, повышенный расход реагента.

Задачей изобретения является снижение коэффициента трения при снижении расхода и расширении области применения смазочной добавки в глинистых, крахмальных и биополимерных буровых растворах.

Техническая задача решается тем, что смазочная добавка для бурового раствора, содержащая талловое масло, оксиэтилированные алкилфенолы и растворитель, в качестве таллового масла содержит сырое талловое масло, в качестве растворителя - керосин или дизельное топливо, или их смесь и дополнительно содержит алкилдиметиламмоний хлорид, алкилсиликонаты натрия и полиметилсилоксан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

сырое талловое масло	40-60
оксиэтилированные алкилфенолы
С9Н 19С6Н4О(С 2Н4)10ОН	10-20
алкилдиметиламмоний хлорид	1-5
алкилсиликонаты натрия	5-10
полиметилсилоксан	1-5
керосин или дизельное топливо,
или их смесь	остальное,

что позволяет повысить эффективность пресных и минерализованных буровых растворов снижением коэффициента трения при меньшем расходе смазочной добавки и расширить использование ее в области водных буровых растворов.

Характеристика веществ, используемых в составе заявляемой смазочной добавки:

Исходный глинистый буровой раствор из куганакского глинопорошка содержит кальцинированную соду, карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ-600), конденсированную сульфит спиртовую барду (КССБ). В приготовленный раствор вводят смазочную добавку.

Исходный минерализованный крахмальный буровой раствор содержит диаммонийфосфат и хлористый кальций. В приготовленный раствор вводят смазочную добавку.

Исходный биополимерный буровой раствор содержит ксантановую смолу и мел. В приготовленный раствор вводят смазочную добавку.

Сырое талловое масло - побочный продукт производства целлюлозы сульфатным способом, в состав которого входят алифатические и циклические жирные кислоты С₁₇-С₁₈, а также окисленные соединения и неомыленные вещества. Выпускается в промышленности по ТУ 18-0281078-119-89;

Оксиэтилированные алкилфенолы - С₉Н₁₉ С₆Н₄О(С₂Н₄)₁₀ ОН, см. А.А.Абрамзон. "Поверхностно-активные вещества", Справочник, Ленинград, Химия, 1979, с.305.

Алкилсиликонаты натрия - гидрофобизирующая кремнийорганическая жидкость, представляющая собой водорастворимый полимер со степенью полимеризации 2-10. Массовая доля сухого остатка не менее 25%, выпускается по ТУ 6-00-0491277-191-97, см. В.А.Воробьев, Р.А.Андрианов. Технология полимеров, Москва, 1971, с.264.

Полиметилсилоксан - кремнеорганическая жидкость, представляющая собой линейный полимер, нерастворимый в воде и обладающий высокой гидрофобностью, см. Я.А.Рязанов "Справочник по буровым растворам", Москва, Недра, 1979, с.97.

Алкилдиметиламмоний хлорид (Катапав АБ) относится к катионным ПАВ и представляет собой 50% водный раствор. Выпускается по ТУ 9392-003-48482528-99, см. Я.М.Рязанов, Справочник по буровым растворам. Москва, Недра, 1979, с.114.

В качестве растворителя состав добавки содержит керосин по ГОСТ 10227-86 или дизельное топливо по ГОСТ 305-82, или их смесь.

Смазочную добавку для бурового раствора готовят путем смешения сырого таллового масла, оксиэтилированных алкилфенолов, алкилсиликонатов натрия, полиметилсилоксана, алкилдиметиламмония хлорида и растворителя керосина или дизельного топлива, или их смеси в указанных соотношениях.

Данные по составу смазочной добавки, температура замерзания и снижение коэффициента трения приведены в таблице 1.

Таблица 1
Состав смазочной добавки, мас.%	Примеры для глинистого бурового раствора с использованием добавки в количестве 0,7%					Примеры для глинистого бурового раствора с использованием добавки в количестве 0,3%
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Сырое талловое масло	40	50	60	55	55	40	50	60	55
Оксиэтилированные алкилфенолы С9Н19С 6Н4О(С2Н 4)10ОН	20	15	10	10	10	20	15	10	10
Алкилдиметиламмоний хлорид	5	3	1	1	2	5	3	1	3
Алкилсиликонаты натрия	5	5	10	10	5	5	5	5	10
Полиметилсилоксан	5	3	1	3	2	5	3	1	3
Керосин	25	24	18			25	24	23
Дизельное топливо				21
Смесь керосина и дизельного топлива в соотношении 1:1					26				19
Температура замерзания смазочной добавки, °С	-29	-28	-26	-18	-25	-29	-28	-26	-25
Снижение коэффициента трения, %	85	90	87	89	90	63	64	65	65

Таблица 2 Сравнительный анализ эффективности смазочной добавки
Наименование исходного бурового водного раствора + смазочная добавка	Снижение водоотдачи, см 3/30 мин	Снижение плотности раствора, кг/м3	Снижение коэффициента трения, Ктр, %,
Глинистый раствор + 0,7% добавки	0,5-1,0	20	90
Минерализованный крахмальный раствор + 0,7% добавки	0,5-1,0	10	86
Биополимерный раствор + 0,7% добавки	0,5-1,0	20	76
По прототипу: Глинистый раствор + 1,0% добавки	-	20	72-82,6

Снижение водоотдачи (фильтрации) определяли на приборе ВМ-6 ГОСТ 25796.2-83 при комнатной температуре и перепаде давления 1 кг/см². Водоотдача характеризует объем фильтрата, отделившегося от бурового раствора за 30 минут при пропускании раствора через бумажный фильтр диаметром 75 мм.

Пенообразующая активность определялась по разности плотностей исходного бурового раствора и бурового раствора с добавкой смазки после перемешивания перфорированной мешалкой со скоростью 3000 об/мин в течение 3 минут.

Эффективность смазочной добавки оценивали по стандарту Американского нефтяного института на приборе Lubricity Tester фирмы OFITE путем определения коэффициента трения (К_тр) пары "металл-металл". К_тр - величина снижения коэффициента трения бурового раствора при наличии смазочной добавки.

Заявляемая смазочная добавка проявляет высокие поверхностно-активные свойства, влияющие на сохранение коллекторских свойств разбуриваемых углеводородных залежей, путем снижения межфазного натяжения фильтрата бурового раствора на границе с углеводородами. При увеличении концентрации добавки с 0,125 до 1% межфазное натяжение раствора CaCl₂ (конц.17%) снижается с 71,56 эрг/см² (исходный раствор) до 27,068 эрг/см (конц. смазки 1%), т.е. более чем в 2,5 раза. Увеличение концентрации более 1,0% практически не влияет на уменьшение поверхностного натяжения водных растворов. Данные приведены в таблице 3.

Таблица 3 Данные поверхностного натяжения заявляемой добавки в минерализованной воде
С, %	1	0,7	0,5	0,25	0,125	0
эрг/см2	27,68	27,81	28,92	34,5	35,97	71,56

- поверхностное натяжение;

С - концентрация смазки в 17% водном растворе CaCl₂.

Использование смазочной добавки, содержащей совокупность указанных выше компонентов в предложенном количественном соотношении, позволяет улучшить эксплуатационные свойства буровых растворов, а именно:

- придает буровому раствору повышенные смазочные свойства;

- придает буровому раствору гидрофобизирующую активность и снижает водоотдачу;

- позволяет использовать смазку для пресных и минерализованных буровых растворов на водной основе;

- не создает проблем дозирования при низкотемпературных атмосферных условиях, имея температуру застывания не выше минус 25°С, разогрев паром не ухудшает качество смазки;

- в силу поверхностной активности смазки в поровом пространстве коллектора предотвращается образование блокирующих водонефтяных эмульсий.

Заявляемая смазочная добавка для бурового раствора имеет Сертификат соответствия №ТЭК RU.XП06.H00785 и Технические условия -ТУ 2415-002-23336470-2002 "СмаД-АСН".

Таким образом, заявляемая смазочная добавка, обладая улучшенными эксплуатационными свойствами, снижает коэффициент трения при меньшем расходе смазочной добавки и расширяет сферу применения смазочной добавки в области водных буровых растворов.

"СмаД-АСН" прошла испытания в промышленных условиях и зарекомендовала себя как эффективная смазочная добавка для бурового раствора.