Смазочный реагент для буровых промывочных жидкостей "ст-7" и способ его получения

Смазочный реагент для буровых промывочных жидкостей "ст-7" и способ его получения

Реферат

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к реагентам для оптимизации свойств растворов, используемых при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известна смазочная добавка для буровых растворов на водной основе [RU 2236431 С1, 2004], 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 C₈-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.

Данная смазочная добавка обладает высокой пенообразующей способностью, которая снижается или устраняется только после увеличения концентрации смазки более 5-7%, что ведет к сильному удорожанию бурового раствора, при более низких концентрациях 1-2% предложенная смазочная добавка вызывает затруднения, а иногда и не возможность проведения технологических операций в связи с сильным пенообразованием.

Кроме того, высокое содержание горючих компонентов, таких как керосин и спирт делают данную систему потенциально пожароопасной, а пары керосина и изобутилового спирта оказывают раздражающее воздействие на дыхательные пути работников.

Известна смазочная добавка для буровых растворов [RU 2163617 С1, 2001], включающая жирные кислоты, нейтрализующий агент и воду, содержит жирные кислоты синтетические и/или природные с C₇ и выше, а в качестве нейтрализующего агента - неорганические основания или их смеси и дополнительно - азотсодержащие органические основания или их смеси и низшие одноатомные спирты с С_2-5 или олигомерные полиэтиленгликоли со степенью полимеризации 2-5 или их смеси, или олигомерные полипропиленгликоли со степенью полимеризации 1-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанные жирные кислоты 20-85; указанные спирты, полиэтиленгликоли, полипропиленгликоли 10-40; нейтрализующий агент 1-8; указанные органические основания 0,1-20; вода остальное.

Буровой раствор, обработанный вышеуказанной композицией, имеет низкие значения антаприхватных (антифрикционных) свойств буровых растворов.

В качестве прототипа для реагента и способа его получения выбран [RU 2278889 С1, 2006], в котором приведен состав смазочной добавки к буровым растворам; состав содержит жирные кислоты триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24 в количестве 60-70%, нейтрализующий агент 2-4%, замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26 4-26%, олигоорганоалкоксисилоксан 5-25%, воду остальное. Способ осуществляют путем последовательного добавления компонентов к жирным кислотам при определенных температурных режимах и при перемешивании.

Наличие в данной композиции гидрофильных радикалов щелочных металлов (К⁺, Na⁺) приводит к проявлению флотационных свойств смазочной добавки, соответственно даже при отсутствии пенообразующей активности в 1% водном растворе, при взаимодействии с твердой фазой бурового раствора происходит интенсивный воздухозахват и, как следствие, изменение структурно-реологических и плотностных свойств бурового раствора в сторону их ухудшения.

Высокое процентное содержание воды приводит к невозможности использования смазочной добавки в условиях низких температур (ниже - 20°С).

Задача изобретения - разработать состав реагента, используемого для улучшения свойств промывочных жидкостей (растворов), используемых при бурении нефтяных и газовых скважин, обладающего высокими смазочными и антиприхватными свойствами и не ухудшающего технологические свойства растворов различных типов, не замерзающего при низких температурах.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является эффективное снижение коэффициента трения в системе «буровой инструмент - стенки скважины/обсадной колонны», существенное уменьшение опасности возникновения дифференциальных прихватов, снижение интенсивности сальникообразования, облегчение движения бурового инструмента, особенно в субгоризонтальных и горизонтальных участках ствола скважины, не вызывается пенообразование.

Дополнительный технический результат - улучшение параметров основных технологических свойств буровых растворов: структурно-реологических, фильтрационных, качества и прочности фильтрационной корки (обеспечивается уменьшение коэффициента сдвига корки), оказывается антикоррозионное воздействие на металл.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый смазочный реагент для буровых промывочных жидкостей содержит в качестве жирных кислот природные жирные кислоты, в качестве основания - циклогексиламин, а в качестве полиэтилсилоксановой жидкости - кремнийорганическую жидкость и дополнительно фенольный антиоксидант - 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Циклогексиламин	3-31
Кремнийорганическая жидкость	1-5
2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол	0,5-5
Жирные кислоты природные	остальное

Желательно, что смазочный реагент в качестве жирной кислоты содержит жирную кислоту таллового масла или олеиновую кислоту.

Предпочтительно, что количество циклогексиламина составляет 7-10 мас.%.

Поставленная задача решается также тем, что как и в известном способе в предлагаемом способе получения смазочного реагента для буровых промывочных жидкостей осуществляют предварительный нагрев жирных кислот, введение основания, перемешивание и последующее введение полиэтилсилоксановой жидкости.

Новым является то, что при изготовлении смазочного реагента по п.1 осуществляют нагрев до температуры не менее 72°С, введение фенольного антиоксиданта 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол при постоянном перемешивании до полного его растворения, последующее охлаждение до температуры не выше 50°С, введение циклогексиламина и затем кремнийорганической жидкости.

Желательно в качестве жирной кислоты использовать жирные кислоты таллового масла или олеиновую кислоту

Предпочтительно, что циклогексиламин вводят в количестве 7-10 мас.%.

Циклогексиламин является сильным органическим основанием. При взаимодействии с жирными кислотами образуется поверхностно-активное вещество (ПАВ), которое обладает сильной химической способностью взаимодействовать с поверхностью адсорбента, тем самым создавать прочную гидрофобную пленку на металле, обладающую высокой смазывающей способностью. Эффект наблюдается уже при введении 3 мас.% циклогексиламина и усиливается при увеличении до 7 мас.%, далее смазочная способность увеличивается медленно, но идет нарастание пенообразования.

Введение в композицию смазочного реагента полиэтилсилоксановой жидкости, предпочтительно, кремнийорганической жидкости 132-24, необходимо для усиления смазочной и антиприхватной способности и дополнительного предотвращения пенообразования.

Еще одним важным компонентом является 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол. Для снижения процесса полимеризации в процессе омыления жирных кислот в настоящем изобретении предлагается введение регулятора полимеризации, приводящее к получению нового продукта - смазочного реагента СТ-7. В качестве регулятора полимеризации предлагается добавление к ЖКТМ фенольного антиоксиданта, предпочтительно, 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола. Экспериментально было установлено, что влияние на условия полимеризации происходит в заявляемых в настоящем изобретении пределах, а именно при введении регулятора полимеризации в пределах 0,5-5 мас.%.

2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол - твердое вещество, его температура плавления 72°С, поэтому для его растворения необходимо его растопить, а затем растворять. Поэтому при температуре ниже 72° реакция происходить не будет и соответственно результат получается при предварительном нагреве жирной кислоты до температуры не менее 72°С.

Механизм действия антиоксиданта в процессе получения поверхностно-активного вещества (ПАВ) основан на его способности обрывать разветвленную цепную полимеризацию, молекулы предлагаемой в изобретении смазочной добавки СТ-7 обладают малой молекулярной массой по сравнению с громоздкими полимерными структурами аналога и прототипа. Подвижность молекул ПАВ в буровых растворах обратно-пропорциональна молекулярной массе, более легкие молекулы соединений более подвижны в растворе и обусловливают высокую скорость их взаимодействия с металлом и, как следствие, усиливают смазочные свойства реагента (добавки) и уменьшают его расход. Кроме того, флоккулы разбиваются на мономолекулы и способствуют прекращению излишнего пенообразования.

Предлагаемый смазочный реагент получают следующим образом.

Пример 1

К 1000 г жирной кислоты таллового масла - ЖКТМ (ТУ 13-0281078-83-90), нагретой до 75°С, добавляют 40 г (4 мас.%) 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола, и перемешивают до его полного растворения. Затем охлаждают смесь до 50°С и затем под реакционную массу при непрерывном перемешивании вводят циклогексиламин 30 г (3 мас.%), 70 г (7 мас.%), 100 г (10 мас.%), 310 г (31 мас.%). Реакция экзотермическая, поэтому чтобы исключить закипание, необходим отвод тепла до 80-85°С. Перемешивание продолжают 30 мин. Затем вводят 30 г (3 мас.%) кремнийорганической жидкости 132-24 (ГОСТ 13004-77) до полного равномерного смешивания.

Получают маслянистую жидкость, цвет которой от светло-желтого до желто-коричневого с различными оттенками (в зависимости от йодного числа ЖКТМ), состоящую из смеси анионных поверхностно-активных веществ и полезных добавок, изготовленных на основе природных растительных жирных кислот таллового масла.

Пример 2

К 1000 г жирной кислоты таллового масла ЖКТМ (ТУ 13-0281078-83-90), нагретой до 75°С, добавляют 10 г (1 мас.%) 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола, и перемешивают до его полного растворения. Затем охлаждают смесь до 45°С и затем под реакционную массу при непрерывном перемешивании вводят циклогексиламин 70 г (7 мас.%). Реакция экзотермическая, поэтому чтобы исключить закипание, необходим отвод тепла до 80-85°С. Перемешивание продолжают 30 мин. Затем вводят 50 г (5 мас.%) кремнийорганической жидкости 132-24 (ГОСТ 13004-77) до полного равномерного смешивания.

Получают маслянистую жидкость, цвет которой от светло-желтого до желто-коричневого с различными оттенками (в зависимости от йодного числа ЖКТМ), состоящую из смеси анионных поверхностно-активных веществ и полезных добавок, изготовленных на основе природных растительных жирных кислот таллового масла.

Пример 3

Режимы и процентное содержание компонентов аналогично примерам 1 и 2, за исключением того, что в качестве основы используют олеиновую кислоту (ГОСТ 7580-91) марки Б 14.

В таблице приведены сравнительные характеристики смазочного реагента в зависимости от количества вводимого циклогексиламина и используемой основы для его получения.

КСК - коэффициент сдвига корки;

ΔКСК, % - снижение коэффициента сдвига фильтрационной корки;

Ктр - коэффициент трения в паре металл-металл в среде бурового раствора.

Определение на приборе УСР-1;

ΔКтр, % - снижение коэффициента трения;

ЭСД - показатель эффективности смазочного действия, характеризует прочность смазывающего слоя;

В - водоотдача;

ПВ - пластическая вязкость;

ДНС - динамическое напряжение сдвига.

№	Состав	Добавка, %	В, см3/30 м	КСК	ΔКСК,%	Ктр	ΔКтр,%	ЭСД, МПа-1	ПВ, МПа·с	ДНС, дПа
1	Бентонитовый р-р 6% + Сайпан (0.06%), КМЦ (0.2%)	Отс.	8	0.0699	-	0.25		0.1716	10	67.5
2	Раствор №1 + смазка ЖКТМ	0,5	7	0,0437	37,5	0,1	60	0,028	10,5	63
3	Раствор №1 + смазка СТ-7+1% циклогексиламина	0.5	7	0.0306	56.2	0.06	76	0.0108	11	65.4
4	Раствор №1 + смазка СТ-7+3% циклогексиламина	0.5	7	0.048	31.3	0.05	80	0.0078	13.54	54
5	Раствор №1 + смазка СТ-7+7% циклогексиламина	0.5	7	0.0218	68.8	0.01	96	0.001	11.5	57
6	Буровой раствор со скважины	обр.	6	0.0699	-	0.22	-	0.133	9	67.5
7	Раствор №6 + смазка СТ-7	0.5	6	0.0398	43.0	0.07	68	0.014	10.0	45.0
8	Раствор №1 + СТ-7 (Олеиновая Ж.К.)	0.5	5	0,0919	54,84	0,03	88	0,0025	26.5	196,5
9	Раствор №1 (полимерный) + DRILL FREE	0,5	5	0,1095	48,5	0,06	45,45	0,0108	18,5	123
10	Раствор №1 (полимерный) + ФК-1	0.5	5	0,1007	52,63	0,04	63,64	0,0044	19	124, 5

Как видно из приведенных в таблице экспериментальных данных, смазочные и противоприхватные свойства буровых промывочных жидкостей, содержащих предлагаемую в настоящем изобретении смазочную добавку (примеры 3-5, 7, 8), существенно лучше по сравнению с аналогичными параметрами буровых промывочных жидкостей, содержащих известные смазочные добавки (примеры 1, 2), и по отношению к исходной буровой промывочной жидкости, не содержащему никаких добавок (пример 6). Пример 8 приведен для олеиновой кислоты.

Предлагаемый в настоящем изобретении смазочный реагент для буровых промывочных жидкостей (СТ-7) предназначен для обработки пресных, минерализованных и ингибированных буровых растворов при бурении вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных участков нефтяных и газовых скважин на суше и на море. Он легко диспергируется в холодной воде, не создает проблем при утилизации (полностью биоразложим), экологически безвреден, может применяться в любых условиях бурения, совместим со всеми химическими реагентами.

1. Смазочный реагент для буровых промывочных жидкостей, включающий жирные кислоты, основание и кремнеорганическую жидкость, отличающийся тем, что он содержит в качестве жирных кислот природные жирные кислоты, в качестве основания - циклогексиламин, а в качестве кремнеорганической жидкости - кремнеорганическую жидкость 132-24 и дополнительно фенольный антиоксидант - 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Циклогексиламин	3-31
Кремнеорганическая жидкость 132-24	1-5
2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол	0,5-5
Жирные кислоты природные	Остальное

2. Смазочный реагент по п.1, отличающийся тем, что в качестве жирных кислот он содержит жирные кислоты таллового масла или олеиновую кислоту.

3. Смазочный реагент по п.1 или 2, отличающийся тем, что преимущественное содержание циклогексиламина составляет 7-10 мас.%.

4. Способ получения смазочного реагента для буровых промывочных жидкостей, включающий предварительный нагрев жирных кислот, введение основания, перемешивание и последующее введение кремнеорганической жидкости, отличающийся тем, что при изготовлении смазочного реагента по п.1 осуществляют нагрев до температуры не менее 72°С, введение фенольного антиоксиданта - 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол при постоянном перемешивании до полного его растворения, последующее охлаждение до температуры не выше 50°С, введение циклогексиламина и затем кремнеорганической жидкости 132-24.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве жирных кислот используют жирные кислоты таллового масла или олеиновую кислоту.

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что преимущественное введение циклогексиламина осуществляют 7-10 мас%.