Смазочная добавка к буровым растворам

Смазочная добавка к буровым растворам

Реферат

Изобретение относится к области бурения нефтяных скважин, а именно к смазочным добавкам для обработки буровых растворов.

Известна смазочная добавка на основе соапстоков растительных масел и животных жиров в сочетании со специальным реагентом (АС СССР №1263704, С09К 7/02, 1986 г.).

Недостатком добавки является высокое содержание воды, неравномерная структура и высокая вязкость водной суспензии, затрудняющие транспортировку и выгрузку продукта.

Известна смазочная добавка, содержащая фосфатидный концентрат хлопкового масла и воду (Патент РФ №2092516, С09К 7/02, 1997 г).

Недостатком добавки является содержание воды (до 50%) и недостаточно высокие смазочные свойства.

Известна смазочная композиция к буровым растворам на основе растительных масел, содержащих триглицериды насыщенных и ненасыщенных жирных кислот и воду (Патент Франции №2395303, С09К 7/02, 1979 г.).

Недостатком добавки является использование пищевых растительных масел и недостаточно высокие экранирующие свойства при больших нагрузках.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по составу и смазочным свойствам является смазочная добавка к буровым растворам, включающая растительное масло и фосфатидный концентрат, содержащие не более 20% насыщенных триглицеридов (патент РФ №2130475, С09К 7/02, 1999 г.).

Недостатком этой добавки является использование в ней пищевых растительных масел, например подсолнечного и рапсового.

Учитывая, что фосфатидный концентрат сам по себе содержит от 30 до 50% растительного масла, добавка к нему дополнительно растительного масла (суммарно до 65%) не только не оправдана с точки зрения использования товарного растительного масла, но и ничего не добавляет с точки зрения смазочных свойств добавки, хоть и улучшает реологические свойства состава, облегчая его транспортировку и выгрузку.

Задачей предлагаемого изобретения является:

- исключение использования пищевых растительных масел в составе смазочной добавки;

- повышение смазочных свойств добавки при высоких нагрузках;

- получение эффективной добавки, используя отходы производства масложировой промышленности.

Техническое решение задачи обеспечивается тем, что смазочная добавка к буровым растворам, включающая фосфатидный концентрат, выделенный из подсолнечного масла, дополнительно содержит гудрон от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков светлых растительных масел, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Фосфатидный концентрат, выделенный
из подсолнечного масла	70-90
Гудрон от дистилляции жирных кислот,
выделенных из соапстоков светлых
растительных масел	30-10

Фосфатиды выделяют из растительных масел в процессе гидратации.

Фосфатиды (фосфолипиды), извлекаемые из растительных масел, принадлежат к группе сложных липидов. По своему химическому строению они являются сложноэфирными соединениями фосфорной кислоты, диглицеридов и аминоспиртов или многоатомных спиртов.

В состав эфирных фосфатидов входят два остатка жирной кислоты, поэтому фосфатиды содержат практически все жирные кислоты соответствующих растительных масел.

Растительные фосфолипиды представлены в основном фракциями фосфатидилхолинов (лецетины), фосфатидилэтаноламинов (кефалины), осфаптидилинозитолов, фосфатидилсеринов и фосфатидными кислотами.

Фосфатиды гигроскопичны. Они набухают в воде, образуя сначала слизистую массу, а затем мутную грубодисперсную систему за счет того, что растворенные в масле фосфолипиды наводняются анизотропными и изотропными образованиями фосфатидов.

Энергия взаимодействия глицеридов и фосфатидов в пределах смешанного слоя достигает максимального значения при 70%-ном содержании в слое фосфатидов и 30%-ном содержании глицеридов, что и определяет такое их соотношение в сухом фосфатидном остатке [Руководство по методам исследования в масложировой промышленности. Том 1, книга 1, ВНИИЖ, Ленинград, 1967 г., стр.30-45].

Сырой гидратационный осадок содержит 55-70% влаги, 15-30% фосфолипидов и 15-20% масла. Он легко подвержен биологическому поражению и требует немедленной сушки.

В ходе сушки происходит значительный скачок вязкости при уменьшении влажности. Рост вязкости начинается при 20%-ной влажности и достигает максимума при влажности около 8%, а затем быстро падает в интервале уменьшения влажности от 7 до 1%.

Сырой гидратационный осадок рекомендуется сушить до влажности 1% [Верфел Д.Б. Рафинация соевого масла и утилизация отходов переработки. Москва, Колос, 1998. С.13-14].

Гудрон получают при дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков светлых растительных масел.

Соапсток образуется при щелочной рафинации светлых растительных масел и содержит в своем составе 15-30% общего жира.

Жировая часть содержит нейтральное масло и связанные жирные кислоты в виде натриевых мыл.

Соапсток доомыляют водным раствором гидроксида натрия концентрацией 40% до содержания свободной щелочи 0,5%.

Полученное мыло разлагают серной кислотой концентрацией 92-95% при 20°С, промывают выделенные жирные кислоты от серной кислоты горячим конденсатом, удаляют воду декантацией и сушат под вакуумом [Руководство по технологии получения и переработки растительных масел и жиров. Том 4, ВНИИЖ, Ленинград, 1975 г., С.78-80].

Полученную смесь жирных кислот дистиллируют при остаточном давлении 0,66-1,33 кПа и температуре 220-240°С.

После отбора головной фракции и отгонки товарной фракции жирных кислот получают кубовый остаток (гудрон) от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков растительных масел.

Гудрон представляет собой темно-коричневую маслянистую жидкость и имеет следующие качественные характеристики [Левит М.С. Дистилляция природных жирных кислот. М.: Пищевая промышленность, 1971]:

Кислотное число, мг КОН/г, не менее	50
Число омыления, мг КОН/г	140-160
Температура застывания жирных кислот, °С	18-22
Массовая доля золы, %, не более	0,04
Массовая доля влаги, %, не более	2,0

Смазочную композицию приготавливают путем смешения компонентов.

Для этого фосфатидный концентрат, высушенный до влажности 2-5%, и гудрон от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков светлых растительных масел, с влажностью не более 2% подают в смесительное устройство для гомогенизации смеси.

Составы предлагаемой смазочной добавки к буровым растворам (ФКГ) и добавки, принятой за прототип (ФК-1), приведены в таблицах 1-3.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научным источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, а сравнительный анализ состава заявляемой смазочной добавки (ФКГ) и смазочной добавки (ФК-1), принятой за прототип, позволил выявить совокупность существенных отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.

Результаты испытаний заявляемой добавки ФКГ в сравнении с добавкой ФК-1, принятой за прототип, приведены в таблицах 4, 5.

Трибологические свойства смазочных добавок оценивали на 4-х шариковой машине трения в соответствии с ГОСТ 9490-75 «Материалы смазочные. Жидкие и пластичные».

Время испытаний каждого образца 120 мин при режимах нагружения, указанных в Таблице 4.

Антифрикционные свойства характеризовались максимальным значением коэффициента трения (f мах) для каждого варианта смазочной добавки.

Экранирующие (противоизносные) свойства определяли по диаметру пятна износа (контакта) «d» в мм.

Как видно из таблицы 5, использование заявляемой добавки (ФКГ) позволяет повысить антифрикционные свойства, снизив коэффициент трения до 0,19-0,32 (примеры 2-4) по сравнению с прототипом (ФК-1) - 0,38 (пример 1), а также улучшить экранирующие свойства (противоизносные) свойства добавки, уменьшив диаметр пятна износа до 0,20-0,40 мм (примеры 2-4) по сравнению с прототипом (ФК-1) - 0,42 мм (пример 1).

Снижение содержания гудрона в рецептуре ниже 10% приводит к снижению антифрикционных и экранирующих (противоизносных) свойств добавки ФКГ до уровня прототипа - добавки ФК-1.

Увеличение содержания гудрона в рецептуре свыше 30% не приводит к повышению антифрикционных и экранирующих (противоизносных) свойств заявляемой добавки ФКГ и является нецелесообразным.

Таким образом, использование предлагаемой смазочной добавки (ФКГ) позволяет:

- исключить использование пищевых растительных масел в составе смазочной добавки;

- повысить антифрикционные и экранирующие (противоизносные) свойства смазочной добавки при высоких нагрузках;

- получить эффективную смазочную добавку, используя отходы производства масложировой промышленности.

Таблица 1
Состав смазочных добавок
Наименование компонентов	Состав добавок, %
1 (прототип) ФК-1	2 ФКГ	3 ФКГ	4 ФКГ
Подсолнечное масло	30	-	-	-
Фосфатидный концентрат, выделенный из подсолнечного масла	70	70	80	90
Гудрон от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков светлых растительных масел	-	30	20	10

Таблица 2
Состав компонентов смазочных добавок
Наименование компонентов	Состав компонентов, %
Триглицериды	Фосфолипиды	Свободные жирные кислоты	Полимеризаты жирных кислот	Вода
Подсолнечное масло	95	-	5	-	-
Фосфатидный концентрат	30	55	10	-	5
Гудрон	40	-	50	10	-

Таблица 4
Режим нагружения образцов
Время нагрузки, мин	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10
Нагрузка, кг	10	20	30	40

Таблица 5
Результаты испытаний смазочных добавок
№ образца	Состав смазочной добавки, %	Коэффициент трения (f мах)	Диаметр пятна износа (d), мм
1 Прототип (ФК-1)	Подсолнечное
масло - 30%	0,38	0,42
ФК - 70%
2(ФКГ)	ФК - 70%	0,32	0,20
Гудрон - 30%
3(ФКГ)	ФК - 80%	0,26	0,34
Гудрон - 20%
4(ФКГ)	ФК - 90%	0,19	0,40
Гудрон - 10%

Смазочная добавка к буровым растворам, включающая фосфатидный концентрат, выделенный из подсолнечного масла, отличающаяся тем, что смазочная добавка дополнительно содержит гудрон от дистилляции жирных кислот, выделенных из соапстоков светлых растительных масел, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Фосфатидный концентрат, выделенный из подсолнечного
масла	70-90
Гудрон от дистилляции жирных
кислот, выделенных из соапстоков
светлых растительных масел	30-10