EP2938697A1 - Concentre d'additifs biodegradable ameliorant la lubrifiance des boues a l'eau, son utilisation et boue a l'eau pour le forage - Google Patents

Concentre d'additifs biodegradable ameliorant la lubrifiance des boues a l'eau, son utilisation et boue a l'eau pour le forage

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EP2938697A1
EP2938697A1 EP13815761.5A EP13815761A EP2938697A1 EP 2938697 A1 EP2938697 A1 EP 2938697A1 EP 13815761 A EP13815761 A EP 13815761A EP 2938697 A1 EP2938697 A1 EP 2938697A1
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EP
European Patent Office
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acids
weight
carbon atoms
acid
fatty acids
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13815761.5A
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German (de)
English (en)
Inventor
Géraldine DELORME
Thomas Dubois
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TotalEnergies Marketing Services SA
Original Assignee
Total Marketing Services SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Total Marketing Services SA filed Critical Total Marketing Services SA
Publication of EP2938697A1 publication Critical patent/EP2938697A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/04—Aqueous well-drilling compositions
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    • C09K2208/00—Aspects relating to compositions of drilling or well treatment fluids
    • C09K2208/34—Lubricant additives

Definitions

  • the present invention relates to a biodegradable concentrate improving the lubricity of sludge with water during drilling or fracturing of the formation.
  • the invention also relates to the use of this biodegradable concentrate in a water sludge as an additive among other functional additives adapted to the intended application for said sludge whether in drilling or fracturing.
  • the mud with added water obtained after adding all its components is particularly suitable for shallow ground drilling.
  • drilling plays a key role in oil exploration and that drilling is becoming deeper and deeper.
  • the technology of drilling is constantly evolving, whether on land (onshore in English) or in the seabed (offshore in English), especially in what is called the deep offshore, but also, more recently, in the horizontal or deviated drillings, where, by successive inclinations of one or two degrees, the trajectory of the well curves, which makes it possible to reach horizontal deposits at least greater than one kilometer or more than ten kilometers, in relation to at the wellhead.
  • the friction forces that are exerted are therefore more and more important, hence the increased importance of the lubricating properties of the drilling fluid and its impact on the friction resistance at the level of the drilling tools.
  • the drilling technique uses a drill bit attached to the end of drill pipe, which, driven in rotation, digs the well by grinding the rocks. As the drilling progresses, increasingly smaller diameter bits are used, and at each step the well is consolidated by a steel tube called "casing", which is lowered inside the hole, then fixed by cement.
  • a drilling fluid is circulated, injected into the bit and expelled into the rock contact area, and then raised to the top of the well by the annular volume separating the drill rods. casing.
  • This fluid generally fulfills the following main functions:
  • water-based sludge In water-based sludge (WBM), the drilling fluid is water; water sludge is generally reserved for low-tech applications and very shallow onshore or offshore drilling (a few meters).
  • oligoglycerol esters in water sludges containing more than 70% by weight of water. More particularly, these oligoglycerol esters contain 20 to 45% by weight of glycerol, 20 to 40% by weight of diglycerol, 10 to 20% by weight of triglycerol of 1 to 10% by weight of tetraglycerol and 0, 5 to 5% by weight of pentaglycerol in the form of fatty acid esters comprising from 2 to 18 carbon atoms, mono- and polyunsaturated, preferably oleic, linoleic and / or linolenic acid or of fatty acids of oil pin (Tall oil in English).
  • compositions for reducing the frictional resistance in an aqueous fluid between the moving part and the adjacent surface of a tool comprising up to 5% by weight of the composition of an odor mask, 5 to 60% by weight of a 50/50 mixture of glycerol monooleate and glycerol dioleate and 10 to 90% by weight of an alcohol or mixture of alcohols of 7 to 10 carbon atoms, these alcohols being essentially linear.
  • an anionic surfactant of the group of sulphonates and sulphates of linear fatty acids is added in a surfactant ratio: partial glyceride ranging from 1: 10 to 1:20.
  • This test makes it possible to evaluate the lubricity of the compositions by resuming the operating conditions of the ISO 12156-1 standard for a duration of the test set at 15 minutes, an aqueous matrix and a temperature corresponding to the ambient temperature (25 ° C.).
  • One of the main objectives of the applicant is to obtain a lubricity efficiency greater than or equal to that of the additives present on the market while maintaining a completely biodegradable nature of these additives vis-à-vis the environment in which they could be rejected after use.
  • these additives must be miscible in water without addition of sulfates and sulfonates derivatives.
  • Another objective is to use additives which have a pour point measured according to ASTM D97, much lower than that of water, that is to say less than 0 ° C and even lower than -5 ° C.
  • the subject of the present invention is therefore a biodegradable additive concentrate for pour point water sludge according to ASTM D97 below -5 ° C. improving the lubricity of the sludge with water, said concentrate being characterized in that it comprises at least one compound selected from the group consisting of diglycerol monoesters and diesters, monocarboxylic acid esters and fatty acid derivatives having 16 to 22 carbon atoms per chain, acids and derivatives thereof.
  • resin acid esters polyalcohol monoesters comprising more than 4 hydroxyl groups and of carboxylic fatty acids comprising from 6 to 12 saturated and unsaturated carbon atoms by at least one unsaturation, and mono and polyalkoxylated esters of saturated dicarboxylic acids and unsaturated having from 6 to 12 carbon atoms.
  • said concentrate consists solely of at least one compound selected from the group consisting of diglycerol monoesters and diesters, monocarboxylic fatty acid esters and acids comprising from 16 to 22 carbon atoms per chain, acids and ester derivatives of rosin acids, monoesters of polyalcohol comprising more than 4 hydroxyl groups and of carboxylic fatty acids comprising from 6 to 12 carbon atoms saturated and unsaturated by at least one unsaturation, and mono and polyalkoxylated esters saturated and unsaturated dicarboxylic acids having from 6 to 12 carbon atoms.
  • the active substances influencing the lubricating power of the sludge with water can be used alone or in mixtures with another active material with which, in addition to dissolving the less dispersible material, a synergistic effect is also observed. look at the lubricating power of the mud.
  • the biodegradable additive concentrate may comprise at least one compound selected from the group consisting of:
  • the acids and ester derivatives of rosin acids optionally in admixture with at least one compound chosen from the group consisting of polyalcohol monoesters comprising more than 4 hydroxyl groups and of carboxylic fatty acids comprising from 6 to 12 carbon atoms saturated and unsaturated by at least one unsaturation, and mono and polyalkoxylated esters of saturated and unsaturated dicarboxylic acids having from 6 to 12 carbon atoms, or a mixture thereof.
  • the biodegradable additive concentrate consists of at least one compound selected from the group consisting of:
  • Polyalcohol monoesters comprising more than 4 hydroxyl groups and carboxylic fatty acids comprising from 6 to 12 saturated and unsaturated carbon atoms by at least one unsaturation, and mono and polyalkoxylated esters of saturated and unsaturated dicarboxylic acids comprising from 6 to 12 carbon atoms have solvation properties.
  • mixtures of fatty and / or resinous acids with mixtures of mono- and diesters of diglycerol or with monoesters of polyalcohols such as sorbitol or sorbitan allow both dissolution in water and the improvement of lubricity of water for amounts of active ingredients in water that are lower than those found in the prior art, especially as soon as the concentration of said concentrate reaches 200 ppm by weight.
  • the additive concentrate will advantageously comprise mixtures of diglycerol monoesters and diesters obtained from at least one saturated or polyunsaturated monocarboxylic fatty acid ester comprising from 16 to 22 carbon atoms.
  • the mixture will comprise a content of diglyceryl monoester ranging from 30 to 60% by weight of the mixture and a diglyceryl diester content varying from 40 to 70% by weight of the mixture, the ester group being obtained from from minus a linear saturated or unsaturated fatty acid ester comprising from 16 to 22 carbon atoms.
  • the monoester / diester diglycerol mixture is obtained by transesterification of methyl ester of fatty acid with diglycerol.
  • said monoester / diglyceryl diester mixture may comprise up to 20% by weight of diglycerol triester and less than 8% of diglycerol tetraester.
  • the concentrate may comprise up to 50% by weight of active material consisting of at least one acid or ester derivative of linear monocarboxylic fatty acids comprising from 16 to 22 carbon atoms, optionally in admixture with at least one rosin acid selected from the group consisting of abietic acid and its derivatives.
  • the concentrate according to the invention may comprise from 50% to 99% by weight of at least one compound with solvation properties chosen from polyalcohol monoesters comprising from 5 to 10 hydroxyl groups and carboxylic fatty acids comprising from 6 to at 12 carbon atoms saturated and unsaturated by at least one unsaturation or from the polyethoxylated esters of linear dicarboxylic acids.
  • solvation properties chosen from polyalcohol monoesters comprising from 5 to 10 hydroxyl groups and carboxylic fatty acids comprising from 6 to at 12 carbon atoms saturated and unsaturated by at least one unsaturation or from the polyethoxylated esters of linear dicarboxylic acids.
  • An example is the product NYCOBASE 618 consisting mainly of ethoxylated esters of dicarboxylic acids.
  • the concentrate will comprise from 50 to 100% by weight of the mono and diester diglycerol mixture and from 0 to 50% of at least one acid or ester derivative of linear monocarboxylic fatty acids comprising from 16 to 22 carbon atoms, optionally in admixture with at least one rosin acid selected from the group consisting of abietic acid and its ester derivatives.
  • the concentrate may comprise from 1 to 50% by weight of at least one linear monocarboxylic acid or fatty acid ester derivative. comprising from 16 to 22 carbon atoms optionally in admixture with at least one rosin acid selected from the group consisting of abietic acid and its ester derivatives and from 50 to 99% by weight of at least one compound with solvation properties chosen among the polyalcohol monoesters comprising from 5 to 10 hydroxyl groups and of carboxylic fatty acids comprising from 6 to 12 saturated and unsaturated carbon atoms by at least one unsaturation, or else from the polyethoxylated esters of linear dicarboxylic acids.
  • sorbitan laurate is preferred, said ester being optionally ethoxylated.
  • the concentrate comprises a mixture of acids or esters obtained from a composition consisting mainly of a mixture of linear C16 to C22 monocarboxylic fatty acids.
  • said preferred fatty acid composition is of natural origin, that is to say within the meaning of the present invention of plant and / or animal origin and not of fossil origin.
  • compositions predominantly composed of C16-C22 monocarboxylic fatty acids can be obtained for example by hydrolysis of natural and / or genetically modified vegetable oils, animal fats; mention may be made of fatty acids derived from peanut, palm, olive, rapeseed, cotton, maize, sunflower, soy, flax, tallow and / or drifting lard oils.
  • composition consisting predominantly of C16-C22 monocarboxylic fatty acid is meant any composition whose concentration of C16-C22 monocarboxylic acid (s) represents 60% to 100% by total weight of the composition.
  • the rest of the composition comprises monocarboxylic fatty acids whose hydrocarbon chain has less than 16 carbon atoms and / or has more than 22 carbon atoms.
  • the compositions mainly consisting of C16-C22 monocarboxylic fatty acid (s) optionally comprise resin acids.
  • the concentration of resin acids preferably represents up to 40% by weight of the acids (fatty acids + resin acids) and advantageously less than 5% of the total mass of the acids (fatty acids + resin acids).
  • resin acids there may be mentioned, but not limited to, abietic, dihydroabietic, tetrahydroabietic, dehydroabietic, neoabietic, pimaric, levopimaric, parastrinic acids.
  • Compositions predominantly composed of C16-C22 monocarboxylic fatty acids and containing resin acids may be obtained by distillation of tall oil, a by-product of the manufacture of wood pulp; this is called tall oil fatty acids (TOFA).
  • TOFA are for example marketed by the company TOTAL ADDITIVES & SPECIAL FUELS under the trade names PC 30, PC 31 and PC 32.
  • resin acids generally represent less than 10% by weight and advantageously less than 5% of the total mass of acids (fatty acids + resin acids).
  • esters of these acids in the sense of the present invention are preferably esters of glycerol and TOFA.
  • a second object of the invention is the use of the additive concentrate in a sludge with water up to a content of 10000 ppm by weight with respect to water to improve the lubricating power of the sludge at the level of the tool being drilled.
  • This use consists in introducing preferably 200 to 5000 ppm by weight of additive concentrate according to the invention in the water of the sludge.
  • a third subject of the invention is the water sludge comprising from 200 to 5000 ppm of an additive concentrate as described above in the presence of compounds capable of adjusting the pH and the density of the sludge envisaged, in particular in combination with functional additives according to the type of application of the sludge.
  • the present example aims to describe the different additive concentrates according to the invention and the water sludge that can be prepared from them.
  • the water sludges prepared from the additive concentrates of Table I are given in Table II.
  • the wear diameter was measured according to a HFRR method derived from ISO 12156-1. This wear diameter is completed by a coefficient of friction measurement.

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Abstract

Concentré d'additifs biodégradable de point d'écoulement selon la norme ASTM D 97 inférieur à -5°C, améliorant la lubrifiance des boues à l'eau, comprenant au moins un composé choisi dans le groupe consistant en : - les mono et diesters de diglycérol, - les acides et les dérivés esters d'acides gras monocarboxyliques comprenant de 16 à 22 atomes de carbones par chaîne, - les acides et les dérivés esters d'acides résiniques, - les monoesters de polyalcool comprenant plus de 4 groupements hydroxylés et d'acides gras carboxyliques comprenant de 6 à 12 atomes de carbones saturés et insaturés par au moins une insaturation, et - les esters mono et polyalcoxylés d'acides dicarboxyliques saturés et insaturés comprenant de 6 à 12 atomes de carbones. L'utilisation de ce concentré dans une boue à l'eau et la boue à l'eau contenant le dit concentré utilisable pour le forage.

Description

CONCENTRE D'ADDITIFS BIODEGRADABLE AMELIORANT LA LUBRIFIANCE DES BOUES A L'EAU, SON UTILISATION ET BOUE A
L'EAU POUR LE FORAGE La présente invention concerne un concentré biodégradable améliorant la lubrifiance des boues à l'eau que ce soit au cours d'un forage ou d'une fracturation de la formation.
L'invention concerne également l'utilisation de ce concentré biodégradable dans une boue à l'eau comme additif parmi d'autres additifs fonctionnels adaptés à l'application envisagée pour la dite boue que ce soit en forage ou en fracturation. Enfin la boue à l'eau additivée obtenue après ajout de tous ses composants convient particulièrement bien à des forages terrestres peu profonds.
Certains chantiers, comme les grands travaux de génie civil, utilisent de grandes quantités de fluides contenant des additifs améliorant leurs propriétés lubrifiantes et/ou la résistance à la friction qui aident au bon fonctionnement des outils utilisés avec ces fluides, notamment pour l'usinage, le perçage et/ou le forage où les problèmes de frictions sont importants. Cependant, ces fluides utilisés en grandes quantités sont rejetés sous forme de déchets rocheux après utilisation, ce qui nécessite qu'ils ne présentent aucun danger au regard de l'environnement. Souvent, ces déchets doivent être retraités après utilisation. C'est donc un objectif majeur de disposer de fluides totalement biodégradables pouvant être rejetés dans l'environnement. C'est le cas, notamment, des fluides et boues de forage, que ce soit en mer ou à terre.
Il est connu que le forage occupe une place primordiale dans l'exploitation pétrolière et que ces forages sont de plus en plus profonds. La technologie des forages est en constante évolution, que ce soit sur terre (onshore en anglais) ou dans les fonds marins (offshore en anglais), en particulier dans ce qui est appelé l'offshore profond, mais aussi, plus récemment, dans les forages horizontaux ou déviés, où, par des inclinaisons successives d'un ou deux degrés, la trajectoire du puits s'incurve, ce qui permet d'atteindre des dépôts horizontaux au moins supérieurs à un kilomètre voire à plus de dix kilomètres, par rapport à la tête du puits.
Les forces de frottement qui s'exercent sont donc de plus en plus importantes, d'où l'importance accrue des propriétés lubrifiantes du fluide de forage et de son impact sur la résistance à la friction au niveau des outils de forage.
De façon connue, la technique de forage utilise un trépan fixé à l'extrémité de tiges de forage, qui, entraîné en rotation, creuse le puits en broyant les roches. A mesure de l'avancement du forage, des trépans de diamètre de plus en plus faible sont utilisés et, à chaque étape le puits est consolidé par un tube en acier appelé "casing", qui est descendu à l'intérieur du trou, puis fixé par du ciment.
Pendant le forage, un fluide de forage est mis en circulation, avec injection dans le trépan et expulsion de celui-ci dans la zone de contact avec la roche, puis remontée jusqu'au sommet du puits par le volume annulaire séparant les tiges de forage du «casing».
Ce fluide remplit en général les fonctions principales suivantes :
- refroidissement du trépan,
- diminution des forces de frottement métal-métal, entre le "casing" et les tiges de forage, et des forces de frottement métal-roche, tant au niveau du trépan que dans la zone annulaire, car le fluide remonte chargé des particules de roche broyée, dites "cuttings" dans la technique,
- évacuation des déblais de roche vers l'extérieur,
- création d'une pression sur les parois du trou, pour empêcher leur affaissement, et - équilibrage des pressions entre le fond du puits et la surface, afin de maintenir le contrôle du puits et d'éviter une explosion (en anglais, "blow out")
Dans le cas des forages offshore en eau profonde, les températures de l'eau rencontrées, proches de 4 à 5 °C, nécessitent une bonne maîtrise de la viscosité des fluides de forage à ces basses températures.
Différents types de fluides ou boues de forage ont été utilisés dans le passé, tels que les fluides à l'eau, contenant de l'eau et des additifs pour ajuster leur densité et leurs propriétés rhéologiques, les fluides à l'huile, et les émulsions du type eau dans huile ou émulsions inverses ou du type huile dans eau, comme décrit en particulier dans US 2.816.073.
Dans les boues à l'eau (Water Based Mud en anglais en abrégé WBM), le fluide de forage est de l'eau ; les boues à l'eau sont en général réservées aux applications peu techniques et aux forages onshore ou offshore très peu profonds (quelques mètres).
Comme il s'agit de fluides contenant une forte proportion d'eau, divers problèmes se posent comme une acidité ou une basicité trop prononcée de ces boues qui peuvent être à l'origine de blocage des outils, l'ajustement de la densité et de la viscosité mais aussi les problèmes de friction au niveau de l'outil de forage et des contacts outils-roche. Ce dernier point soulève le problème de la capacité lubrifiante d'une boue à l'eau et l'amélioration de son pouvoir lubrifiant par des additifs dits de lubrifiance et/ou anti-usure et/ou encore anti-friction. L'amélioration du pouvoir lubrifiant des boues a fait l'objet de nombreux travaux et différentes voies de mesure du pouvoir lubrifiant de ces boues à l'eau ont été envisagées.
Dans le brevet US2010/0305009, les inventeurs suggèrent l'utilisation d'esters d'oligoglycérol dans des boues à l'eau contenant plus de 70% en poids d'eau. Plus particulièrement, ces esters d'oligoglycérol contiennent de 20 à 45% en poids de glycérol, de 20 à 40% en poids de diglycérol, de 10 à 20% en poids de triglycérol de 1 à 10% en poids de tétraglycérol et 0,5 à 5% en poids de pentaglycérol sous forme d'esters d'acides gras comprenant de 2 à 18 atomes de carbone, mono et polyinsaturés, de préférence d'acide oléique, linoléique et/ou linolénique ou d'acides gras d'huile de pin (Tall oil en anglais).
Dans le brevet US3047493, il est proposé d'introduire dans la boue à l'eau pour améliorer son pouvoir lubrifiant de 0,3 à 7% en poids d'un composé organique carboxylique, du type Tall oil contenant des acides gras saturés, mono et polyinsaturés et des acides résiniques, ou encore des triglycérides d'acides gras de 12 à 18 atomes de carbone par chaîne. Pour améliorer la miscibilité de ces produits, il est proposé d'introduire des agents émulsifiants tels que des tensio-actifs non ioniques, de l'argile (entre 0,25 et 20% en poids dans la boue), de la lignine ou encore des dérivés sulfonates tels que du lignosulfonate de calcium ou un alkylaryl sulfonate de calcium.
Dans le brevet US 4409108, il est proposé une composition pour réduire la résistance à la friction dans un fluide aqueux entre la partie mobile et la surface adjacente d'un outil, cette composition comprenant jusqu'à 5% en poids de la composition d'un masque d'odeur, de 5 à 60% en poids d'un mélange 50/50 de monooléate de glycérol et de dioléate de glycérol et de 10 à 90% en poids d'un alcool ou mélange d'alcools de 7 à 10 atomes de carbone, ces alcools étant essentiellement linaires.
Dans le brevet US 6806235, il est proposé un procédé produisant une amélioration de la lubrifiance d'un fluide de forage à l'eau par introduction dans le dit fluide de forage aqueux d'un composé lubrifiant comprenant un glycéride partiel dérivé d'acides gras de Tall oil (Tall oil fatty acids en anglais). Ce glycéride partiel présente un point d'écoulement de préférence inférieur à 0°C. Le fluide de forage aqueux comporte plus de 90% en poids d'eau, et de 1 à 3% en poids de glycéride partiel. Ce glycéride partiel étant insoluble dans l'eau, il est ajouté un tensioactif anionique du groupe des sulfonates et des sulfates d'acides gras linéaires éventuellement en mélange dans un rapport tensioactif : glycéride partiel variant de 1 :10 à 1 :20.
Pour déterminer le pouvoir lubrifiant des différents additifs envisagés pour une boue de forage à l'eau dans ces brevets, seule la méthode Falex mesurant la résistance au cisaillement dans des boues à l'eau contenant tous les composants nécessaires à une application donnée est envisagée dans certains de ces brevets. Dans le cadre de la présente invention, le tri des composés ayant le pouvoir d'améliorer la lubrifiance de la boue à l'eau donc de l'eau est réalisé indépendamment des constituants ajoutés ultérieurement dans la boue. Ce tri a été fait en utilisant la méthode de mesure dite de banc alternatif à haute fréquence (HFRR ou High Frequency Reciprocating Rig en anglais). Ce test permet d'évaluer la lubrifiance des compositions en reprenant les conditions opératoires de la norme ISO 12156-1 pour une durée du test fixée à 1 15 minutes, une matrice aqueuse et une température correspondant à la température ambiante (25 °C).
Un des principaux objectifs de la demanderesse est d'obtenir une efficacité en lubrifiance supérieure ou égale à celle des additifs présents sur le marché tout en conservant un caractère totalement biodégradable de ces additifs vis-à-vis de l'environnement dans lequel ils pourraient être rejetés après usage. En outre, ces additifs doivent être miscibles dans l'eau sans adjonction de dérivés sulfates et sulfonates.
Un autre objectif est d'utiliser des additifs qui présentent un point d'écoulement mesuré selon la norme ASTM D97, bien inférieur à celui de l'eau, c'est-à-dire inférieur à 0°C et même inférieur à -5°C.
La présente invention a donc pour objet un concentré d'additifs biodégradable pour boue à l'eau de point d'écoulement selon la norme ASTM D97 inférieur à -5°C améliorant la lubrifiance des boues à l'eau, le dit concentré étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins un composé choisi dans le groupe consistant en les mono et diesters de diglycérol, les acides et les dérivés esters d'acides gras monocarboxyliques comprenant de 16 à 22 atomes de carbone par chaîne, les acides et les dérivés esters d'acides résiniques, les monoesters de polyalcool comprenant plus de 4 groupements hydroxylés et d'acides gras carboxyliques comprenant de 6 à 12 atomes de carbones saturés et insaturés par au moins une insaturation, et les esters mono et polyalcoxylés d'acides dicarboxyliques saturés et insaturés comprenant de 6 à 12 atomes de carbones.
Selon un mode de réalisation, ledit concentré consiste uniquement en au moins un composé choisi dans le groupe consistant en les mono et diesters de diglycérol, les acides et les dérivés esters d'acides gras monocarboxyliques comprenant de 16 à 22 atomes de carbone par chaîne, les acides et les dérivés esters d'acides résiniques, les monoesters de polyalcool comprenant plus de 4 groupements hydroxylés et d'acides gras carboxyliques comprenant de 6 à 12 atomes de carbones saturés et insaturés par au moins une insaturation, et les esters mono et polyalcoxylés d'acides dicarboxyliques saturés et insaturés comprenant de 6 à 12 atomes de carbones. Avantageusement les matières actives influant sur le pouvoir lubrifiant de la boue à l'eau peuvent être utilisées seules ou en mélanges avec une autre matière active avec laquelle on observe outre la mise en solution de la matière la moins dispersible mais également un effet de synergie au regard du pouvoir lubrifiant de la boue. Ainsi, le concentré d'additifs biodégradable peut comprendre au moins un composé choisi dans le groupe consistant en :
- les mono et diesters de diglycérol,
- les acides et les dérivés esters d'acides gras monocarboxyliques comprenant de 16 à 22 atomes de carbones par chaîne, et
- les acides et les dérivés esters d'acides résiniques, éventuellement en mélange avec au moins un composé choisi dans le groupe consistant en les monoesters de polyalcool comprenant plus de 4 groupements hydroxylés et d'acides gras carboxyliques comprenant de 6 à 12 atomes de carbones saturés et insaturés par au moins une insaturation, et les esters mono et polyalcoxylés d'acides dicarboxyliques saturés et insaturés comprenant de 6 à 12 atomes de carbones, ou un mélange de ceux-ci.
Selon un mode de réalisation, le concentré d'additifs biodégradable consiste en au moins un composé choisi dans le groupe consistant en :
- les mono et diesters de diglycérol,
- les acides et les dérivés esters d'acides gras monocarboxyliques comprenant de 16 à 22 atomes de carbones par chaîne, et
- les acides et les dérivés esters d'acides résiniques,
en mélange avec au moins un composé choisi dans le groupe consistant en les monoesters de polyalcool comprenant plus de 4 groupements hydroxylés et d'acides gras carboxyliques comprenant de 6 à 12 atomes de carbones saturés et insaturés par au moins une insaturation, et les esters mono et polyalcoxylés d'acides dicarboxyliques saturés et insaturés comprenant de 6 à 12 atomes de carbones, ou un mélange de ceux-ci.
Les monoesters de polyalcool comprenant plus de 4 groupements hydroxylés et d'acides gras carboxyliques comprenant de 6 à 12 atomes de carbones saturés et insaturés par au moins une insaturation, et les esters mono et polyalcoxylés d'acides dicarboxyliques saturés et insaturés comprenant de 6 à 12 atomes de carbones ont des propriétés de solvatation.
Ainsi, des mélanges d'acides gras et/ou résiniques avec des mélanges de mono et diesters de diglycérol ou encore avec des monoesters de polyalcools comme le sorbitol ou le sorbitan permettent à la fois mise en solution dans l'eau et l'amélioration du pouvoir lubrifiant de l'eau pour des quantités de matières actives dans l'eau inférieures à celles trouvées dans l'art antérieur, en particulier dès que la concentration du dit concentré atteint 200 ppm poids.
Ainsi, le concentré d'additifs comprendra avantageusement des mélanges de monoesters et diester de diglycérol obtenus à partir d'au moins un ester d'acide gras monocarboxylique saturé ou polyinsaturé comprenant de 16 à 22 atomes de carbone. De préférence, le mélange comprendra une teneur en monoester de diglycérol variant de 30 à 60 % en poids du mélange et une teneur en diester de diglycérol variant de 40 à 70 % en poids du mélange, le groupement ester étant obtenu à partir d'au moins un ester d'acide gras linéaire saturé ou insaturé comprenant de 16 à 22 atomes de carbone.
De façon préférée, le mélange monoester/diester de diglycérol est obtenu par transestérification d'ester méthylique d'acide gras par du diglycérol. Ainsi, le dit mélange monoester/diester de diglycérol peut comprendre jusqu'à 20% en poids de triester de diglycérol et moins de 8 % de tétraester de diglycérol
Dans un autre mode de l'invention, le concentré peut comprendre jusqu'à 50% en poids de matière active constituée par au moins un acide ou dérivé ester d'acides gras monocarboxyliques linéaires comprenant de 16 à 22 atomes de carbone éventuellement en mélange avec au moins un acide résinique choisi dans le groupe de l'acide abiétique et de ses dérivés.
Comme ces composés ne sont pas solubles dans l'eau, ceux-ci sont mis en solution dans l'eau par l'ajout de solvants ou d'une autre matière active susceptible de les mettre en solution.
Ainsi, le concentré selon l'invention peut comprendre de 50% à 99% en poids d'au moins un composé aux propriétés de solvatation choisi parmi les monoesters de polyalcool comprenant de 5 à 10 groupements hydroxylés et d'acides gras carboxyliques comprenant de 6 à 12 atomes de carbones saturés et insaturés par au moins une insaturation ou encore parmi les esters polyéthoxylés d'acides linéaires dicarboxyliques. Un exemple est le produit NYCOBASE 618 constitué majoritairement d'esters éthoxylés d'acides dicarboxyliques.
Dans une première forme de réalisation, le concentré comprendra de 50 à 100% en poids du mélange mono et diester de diglycérol et de 0 à 50 % d'au moins un acide ou dérivé ester d'acides gras monocarboxyliques linéaires comprenant de 16 à 22 atomes de carbone, éventuellement en mélange avec au moins un acide résinique choisi dans le groupe de l'acide abiétique et de ses dérivés esters.
Dans une deuxième forme de réalisation, le concentré peut comprendre 1 à 50 % en poids d'au moins un acide ou dérivé ester d'acides gras monocarboxyliques linéaires comprenant de 16 à 22 atomes de carbone éventuellement en mélange avec au moins un acide résinique choisi dans le groupe de l'acide abiétique et de ses dérivés esters et de 50 à 99% en poids d'au moins un composé aux propriétés de solvatation choisi parmi les monoesters de polyalcool comprenant de 5 à 10 groupements hydroxylés et d'acides gras carboxyliques comprenant de 6 à 12 atomes de carbones saturés et insaturés par au moins une insaturation, ou encore parmi les esters polyéthoxylés d'acides linéaires dicarboxyliques.
Parmi les monoesters de polyalcool, on préfère le laurate de sorbitan, le dit ester étant éventuellement éthoxylé.
De préférence, le concentré comprend un mélange d'acides ou d'esters obtenus à partir d'une composition constituée majoritairement d'un mélange d'acides gras monocarboxyliques linéaires de C16 à C22.
En particulier, la dite composition à base d'acides gras, préférée est d'origine naturelle, c'est-à-dire au sens de la présente invention d'origine végétale et/ou animale et non d'origine fossile.
Les compositions majoritairement composées d'acides gras monocarboxyliques en C16-C22 peuvent être obtenues par exemple par hydrolyse d'huiles végétales naturelles et/ou génétiquement modifiées, de graisses animales ; on peut citer les acides gras dérivant des huiles d'arachide, palme, olive, colza, coton, maïs, tournesol, soja, lin, de suif et/ou dérivant de saindoux.
Au sens de la présente invention, par composition majoritairement constituée d'acide(s) gras monocarboxylique(s) en C16 à C22, on entend toute composition dont la concentration en acide(s) gras monocarboxylique(s) en C16 à C22 représente de 60 % à 100 % en masse totale de la composition. En général, le reste de la composition comprend des acides gras monocarboxyliques dont la chaîne hydrocarbonée a moins de 16 atomes de carbone et/ou a plus de 22 atomes de carbone. Les compositions majoritairement constituées d'acide(s) gras monocarboxylique(s) en C16 à C22 comprennent éventuellement des acides résiniques. La concentration en acides résiniques représente de préférence jusqu'à 40 % en masse des acides (acides gras + acides résiniques) et avantageusement moins de 5 % de la masse totale des acides (acides gras + acides résiniques).
Parmi les acides résiniques, on peut citer mais à titre non limitatif, les acides abiétique, dihydroabiétique, tétrahydroabiétique, déhydroabiétique, néoabiétique, pimarique, lévopimarique, parastrinique. Les compositions majoritairement composées d'acides gras monocarboxylique(s) en C16 à C22 et contenant des acides résiniques peuvent être obtenues par distillation de tall oil, sous-produit de la fabrication de la pulpe de bois ; on parle alors d'acides gras de Tall oil (tall oil fatty acids ou TOFA). Des TOFA sont par exemple commercialisés par la société TOTAL ADDITIFS & CARBURANTS SPECIAUX sous les dénominations commerciales PC 30, PC 31 et PC 32. Dans ces mélanges commerciaux, les acides résiniques représentent en général moins de 10 % en masse et avantageusement moins de 5 % de la masse totale des acides (acides gras + acides résiniques).
Les esters de ces acides au sens de la présente invention sont de préférence des esters de glycérol et de TOFA.
Un deuxième objet de l'invention est l'utilisation du concentré d'additifs dans une boue à l'eau jusqu'à une teneur de 10000 ppm en poids par rapport à l'eau pour améliorer le pouvoir lubrifiant de la boue au niveau de l'outil en cours de forage.
Cette utilisation consiste à introduire de préférence 200 à 5000 ppm en poids de concentré d'additifs selon l'invention dans l'eau de la boue.
Un troisième objet de l'invention est la boue à l'eau comprenant de 200 à 5000 ppm d'un concentré d'additifs tel que décrit précédemment en présence de composés susceptibles d'ajuster le pH et la densité de la boue envisagée, notamment en combinaison avec des additifs fonctionnels selon le type d'application de la boue.
Dans la suite de la présente description, des exemples sont donnés à titre illustratif de la présente invention et ne visent en aucun cas à en limiter la portée.
Exemple 1
Le présent exemple vise à décrire les différents concentrés d'additifs selon l'invention et les boues à l'eau qu'il est possible de préparer à partir de ceux-ci.
Les concentrés d'additifs seront référencés Ci et les boues selon l'invention Bi : ils sont rassemblés respectivement dans les tableaux I et II ci-après.
Tableau I
Les boues à l'eau préparées à partir des concentrés d'additifs du tableau I sont données dans le tableau II. Pour chacune des boues, le diamètre d'usure a été mesuré selon une méthode HFRR dérivée de l'ISO 12156-1 . Ce diamètre d'usure est complété par une mesure de coefficient de frottement.
Tableau II
Teneur en Diamètre
Concentré concentré Coefficient de
Boue d'usure
d'additifs frottement
(ppm en masse) (microns)
B0 — — 458 0,419
B1 C1 200 239 0,186
B2 C1 500 207 0,177
B3 C1 10000 178 0,123
B4 C2 200 344 0,210
B5 C2 500 260 0,190
B6 C2 10000 210 0,185
B7 C3 200 180 0,064
B8 C3 10000 130 0,051
B8 C4 200 194 0,164
B9 C4 500 174 0,132
B10 C4 10000 131 0,102
B11 C5 200 260 0,218
B12 C5 10000 174 0,073
B13 C6 200 352 0,284
B14 C6 10000 188 0,182
B15 C7 200 387 0,286
B16 C7 500 230 0,237
B17 C7 10000 177 0,148
B18 C8 200 453 0,258
B19 C8 500 245 0,264
B20 C8 10000 190 0,185
B21 C9 200 379 0,287
B22 C9 500 250 0,255
B23 C9 10000 213 0,179
B24 C10 200 237 0,215
B25 C10 500 224 0,197
B26 C10 10000 163 0,139
B27 C11 200 180 0,064
B28 C12 200 352 0,261
B29 C12 500 234 0,245
B30 C12 10000 175 0,182 On constate d'après le tableau II que l'utilisation du concentré d'additif permet de diminuer le coefficient de frottement. En effet, le coefficient de frottement obtenu pour les additifs selon l'invention est toujours inférieur à 0,419 qui est la valeur de référence pour la boue BO. Lorsque le concentré d'additifs dans l'eau atteint 500 ppm en poids, le pouvoir lubrifiant du fluide est amélioré de manière significative, ce qui se traduit par une diminution du diamètre d'usure et du coefficient de frottement.
Exemple 2
Cet exemple vise à comparer les performances des boues à l'eau selon l'invention en termes d'amélioration du pouvoir lubrifiant de ces boues par mesure HFRR et détermination du coefficient de frottement par rapport aux performances d'un additif "Radiagreen EME sait" disponible commercialement. Les résultats sont présentés dans le Tableau III
Tableau III
Teneur en
Diamètre
Concentré concentré Coefficient de
Boue Salinité d'usure
d'additifs (ppm en frottement
(microns)
masse)
ΒΌ — — —
ΒΊ C1 10000 — 178 0,123
B'2 C4 10000 — 131 0,102
Radiagreen
B'3 10000 — 157 0,139
EME Sait
B'4 — — TH301 610 0,387
B'5 C1 200 TH30 627 —
B'6 C1 10000 TH30 223 0,129
B'7 C4 200 TH30 442 —
B'8 C4 500 TH30 200 —
B'9 C4 10000 TH30 158 0,102
ΒΊ0 C5 200 TH30 492 —
ΒΊ 1 C5 500 TH30 195 —
ΒΊ2 C5 10000 TH30 151 0,119
ΒΊ3 C10 200 TH30 477 —
ΒΊ4 C10 500 TH30 181 —
ΒΊ5 C10 10000 TH30 140 0,125
Radiagreen
ΒΊ6 200 TH30 204 —
EME Sait Radiagreen
ΒΊ7 500 TH30 190 —
EME Sait
Radiagreen
ΒΊ8 10000 TH30 160 0,120
EME Sait
Correspond à une teneur en CaCI2 de 0,333g/L
Les résultats en usure obtenus avec les concentrés d'additifs selon l'invention démontrent des performances similaires aux additifs commerciaux dès 500 ppm en poids.

Claims

REVENDICATIONS
1. Concentré d'additifs biodégradable de point d'écoulement selon la norme ASTM D97 inférieur à -5°C, améliorant la lubrifiance des boues à l'eau caractérisé en ce qu'il comprend au moins un composé choisi dans le groupe consistant en :
- les mono et diesters de diglycérol,
- les acides et les dérivés esters d'acides gras monocarboxyliques comprenant de 16 à 22 atomes de carbones par chaîne,
- les acides et les dérivés esters d'acides résiniques,
en mélange avec au moins un composé aux propriétés de solvatation choisi dans le groupe consistant en les monoesters de polyalcool comprenant plus de 4 groupements hydroxylés et d'acides gras carboxyliques comprenant de 6 à 12 atomes de carbones saturés et insaturés par au moins une insaturation, et les esters mono et polyalcoxylés d'acides dicarboxyliques saturés et insaturés comprenant de 6 à 12 atomes de carbones, ou un mélange de ceux-ci.
2. Concentré selon la revendication 1 , dans lequel les monoesters et diesters de diglycérol sont introduits ensemble dans le dit concentré, la teneur en monoester de diglycérol variant de 30 à 60 % en poids du mélange et la teneur en diester de diglycérol variant de 40 à 70 % en poids du mélange, le groupement ester étant obtenu à partir d'au moins un acide gras linéaire saturé et/ou insaturé comprenant de 16 à 22 atomes de carbone.
3. Concentré biodégradable selon l'une des revendications 1 à 2 comprenant jusqu'à 50% en poids d'au moins un acide ou dérivé ester d'acides gras monocarboxyliques linéaires comprenant de 16 à 22 atomes de carbone éventuellement en mélange avec au moins un acide résinique choisi dans le groupe de l'acide abiétique et de ses dérivés.
4. Concentré selon l'une des revendications 1 à 3 comprenant de 50% à 99% en poids d'au moins un composé aux propriétés de solvatation choisi parmi les monoesters de polyalcool comprenant de 5 à 10 groupements hydroxylés et d'acides gras carboxyliques comprenant de 6 à 12 atomes de carbones saturés et insaturés par au moins une insaturation, ou encore parmi les esters polyéthoxylés d'acides linéaires dicarboxylés.
5. Concentré selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend de 50 à 100% en poids du mélange de mono et diester de diglycérol et de 0 à 50 % d'au moins un acide ou dérivé ester d'acides gras monocarboxyliques linéaires comprenant de 16 à 22 atomes de carbone, éventuellement en mélange avec au moins un acide résinique choisi dans le groupe de l'acide abiétique et de ses dérivés ester.
6. Concentré selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend de 1 à 50 % en poids d'au moins un acide ou dérivé ester d'acides gras monocarboxyliques linéaires comprenant de 16 à 22 atomes de carbone éventuellement en mélange avec au moins un acide résinique et/ou un dérivé ester du dit acide choisi dans le groupe de l'acide abiétique et de ses dérivés, et de 50 à 99% en poids d'au moins un composé aux propriétés de solvatation choisi parmi les monoesters de polyalcool comprenant de 5 à 10 groupements hydroxylés et d'acides gras carboxyliques comprenant de 6 à 12 atomes de carbones saturés et insaturés par au moins une insaturation, ou encore parmi les esters polyéthoxylés d'acides linéaires dicarboxylés.
7. Concentré selon la revendication 6 caractérisé en ce que le composé aux propriétés de solvatation est le laurate de sorbitan.
8. Concentré selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un mélange d'acides ou d'esters obtenus à partir d'une composition constituée majoritairement d'un mélange d'acides gras monocarboxyliques linéaires de C16 à C22, éventuellement en mélange avec au moins un acide résinique.
9. Concentré selon la revendication 8 caractérisé en ce que la composition constituée majoritairement d'un mélange d'acides gras est d'origine naturelle, c'est-à-dire d'origine végétale et/ou animale.
10. Concentré selon les revendications 8 et 9 caractérisé en ce que la composition constituée majoritairement d'un mélange d'acides gras comprend jusqu'à 40% en poids de la composition d'acides résiniques et de préférence moins de 5% en poids d'acides résiniques.
1 1 . Utilisation du concentré d'additifs selon l'une des revendications 1 à 1 10 dans une boue à l'eau comprenant jusqu'à une teneur de 10000 ppm en poids dans l'eau dudit concentré d'additifs pour améliorer le pouvoir lubrifiant de la dite boue à l'eau.
12. Utilisation selon la revendication 1 1 caractérisée en ce que la teneur en concentré d'additifs varie de 200 à 5000 ppm en poids par rapport à l'eau de la dite boue.
13. Boue à l'eau comprenant de 200 à 5000 ppm en poids de concentré d'additifs selon l'une des revendications 1 à 9 en présence de composés susceptibles d'ajuster le pH et la densité de la boue envisagée, notamment en combinaison avec des additifs fonctionnels adaptés au type d'application de la boue.
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