RU2236431C1 - Lubricating additive for water-based frilling fluids - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: additive contains, wt %: kerosene, 5-10; oil-soluble surfactant prepared by reaction of boric acid with diethanolamine and mixture of saturated and unsaturated fatty acids with hydrocarbon radical C8-C24 at their molar ratio 1:3:1.5, 20-30; and additionally polyglycol, 50-65, and isobutyl alcohol, 7-10.

EFFECT: improved lubricating and antistick properties of drilling fluid.

2 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к бурению нефтяных и газовых скважин и улучшению смазочных свойств буровых растворов на водной основе.The invention relates to the oil industry, namely to drilling oil and gas wells and to improve the lubricating properties of water-based drilling fluids.

Одним из наиболее эффективных способов улучшения смазочных свойств буровых растворов является введение в них смазочных реагентов.One of the most effective ways to improve the lubricating properties of drilling fluids is to introduce lubricating agents into them.

Известно применение в качестве смазочной добавки к буровым растворам присадки под технической маркой ИКБ-4В [а.с. СССР №1044625, С 09 К 7/02, 1983], представляющую собой смесь продукта конденсации кубовых остатков СЖК фракции С₂₀-С₂₆, моноэтаноламина и поверхностно-активного вещества ПАВ марки ОП-10, взятых в соотношении 5:1:3. Рекомендуемый расход смазочной добавки 0,4-1,0 мас.%. Однако эта смазочная добавка обладает сравнительно низкими смазочными свойствами, вспенивает буровой раствор при концентрации выше 0,5 мас.%, имеет низкие противоприхватные свойства.It is known to use additives as a lubricant for drilling fluids under the technical brand of IKB-4V [a.s. USSR No. 1044625, C 09 K 7/02, 1983], which is a mixture of the condensation product of bottoms of FFA fraction C ₂₀ -C ₂₆ , monoethanolamine and surfactant surfactant brand OP-10, taken in a ratio of 5: 1: 3. Recommended consumption of lubricant additives 0.4-1.0 wt.%. However, this lubricant additive has a relatively low lubricating properties, foams the drilling fluid at a concentration above 0.5 wt.%, Has low anti-seizing properties.

Известно применение в качестве смазочной добавки реагента ИКБ-4БТР, который представляет собой смесь сырых таловых масел, моноэтаноламина, полигликоля, керосина и изопропилового спирта, взятых в соотношении 8,7:3,3:3,0:0,3:2,0 [а.с. СССР №1266181, С 09 К 7/02, 1984]. По сути, это раствор маслорастворимого поверхностно-активного вещества (моноэтаноламиновых солей кислот сырого таллового масла) в смеси полигликоля, керосина и изопропилового спирта. ИКБ-4БТР в определенной степени улучшает смазочные свойства буровых растворов.It is known to use the reagent IKB-4BTR as a lubricant additive, which is a mixture of crude taly oils, monoethanolamine, polyglycol, kerosene and isopropyl alcohol taken in a ratio of 8.7: 3.3: 3.0: 0.3: 2.0 [a.s. USSR No. 1266181, C 09 K 7/02, 1984]. In fact, this is a solution of an oil-soluble surfactant (monoethanolamine salts of crude tall oil acids) in a mixture of polyglycol, kerosene and isopropyl alcohol. IKB-4BTR to a certain extent improves the lubricating properties of drilling fluids.

Однако данный реагент недостаточно повышает смазочные свойства буровых растворов при высоких контактных нагрузках и имеет низкую противоприхватную способность, что снижает долговечность и износостойкость узлов трения бурового оборудования и ведет к ухудшению технико-экономических показателей бурения.However, this reagent does not sufficiently increase the lubricating properties of drilling fluids at high contact loads and has a low anti-seizing ability, which reduces the durability and wear resistance of friction units of drilling equipment and leads to poor technical and economic performance of drilling.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смазочная добавка для буровых растворов на водной основе, включающая, мас.%: продукт конденсации моноэтаноламина и сырых талловых масел 10-30, керосин 5-10, моноэтаноламин 1,0-1,5, флотореагент-оксаль остальное, причем указанный продукт конденсации готовится отдельно в одну стадию при температуре 80–90°С при постоянном перемешивании с последующим смешиванием полученного продукта с другими компонентами (а.с. СССР №1749226, С 09 К 7/02, 23.07.1992).Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a lubricant additive for water-based drilling fluids, including, wt.%: Condensation product of monoethanolamine and crude tall oils 10-30, kerosene 5-10, monoethanolamine 1.0-1, 5, flotation reagent-oxal rest, the specified condensation product being prepared separately in one stage at a temperature of 80–90 ° С with constant stirring followed by mixing of the obtained product with other components (AS USSR No. 1749226, 09 K 7/02, 07/23/1992).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение смазочных и противоприхватных свойств бурового раствора при сохранении других технологических показателей.The technical result of the invention is to improve the lubricating and anti-seizing properties of the drilling fluid while maintaining other technological parameters.

Данный технический результат достигается тем, что смазочная добавка для буровых растворов на водной основе, 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 С₈-С₂₄ при их мольном соотношении 1:3:1,5 и дополнительно полигликоль и изобутанол при следующем соотношении компонентов, мас.%:This technical result is achieved in that the lubricant additive for water-based drilling fluids, including kerosene, an oil-soluble surfactant - the product of the interaction of ethanolamine and a mixture of fatty acids of the limit and unsaturated series, as the specified interaction product contains the reaction product of boric acid, diethanolamine and mixtures of fatty acids of the limiting and unsaturated series with the C ₈ -C ₂₄ hydrocarbon radical at a molar ratio of 1: 3: 1.5 and additionally polyglycol and isobutane ol in the following ratio of components, wt.%:

Указанный продукт взаимодействия 20–30The specified interaction product 20-30

Полигликоль 50–65Polyglycol 50–65

Керосин 5–10Kerosene 5-10

Изобутанол 7-10Isobutanol 7-10

Смазочную добавку для буровых растворов на водной основе (техническое название ДСБ-МГК) вводят в количестве 0,5-1,0 мас.%.A lubricant for water-based drilling fluids (technical name DSB-MGK) is introduced in an amount of 0.5-1.0 wt.%.

Заявляемая смазочная добавка обладает рядом положительных технологических свойств:The inventive lubricant additive has a number of positive technological properties:

- придает буровому раствору повышенные смазочные и противоприхватные свойства;- gives the drilling fluid enhanced lubricating and anti-seizing properties;

- хорошо совместима со всеми реагентами, применяемыми для обработки буровых растворов;- well compatible with all reagents used for processing drilling fluids;

- не вызывает вспенивание бурового раствора в рабочих концентрациях;- does not cause foaming of the drilling fluid in working concentrations;

- имеет низкую температуру застывания (ниже минус 30°С).- has a low pour point (below minus 30 ° C).

Для получения добавки используют:To obtain additives use:

Маслорастворимое ПАВ - продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот, который представляет собой вязкую жидкость от желтого до коричневого цвета. Плотность при 20°С 920-960 кг/м³. В качестве источника жирных кислот для получения продукта можно использовать растительное масло (подсолнечное, кокосовое, льняное и т.д.), дистиллированное талловое масло и соответствующие фракции синтетических жирных кислот.An oil-soluble surfactant is a product of the interaction of boric acid, diethanolamine and a mixture of fatty acids, which is a viscous liquid from yellow to brown. The density at 20 ° C is 920-960 kg / m ³ . As a source of fatty acids to obtain the product, you can use vegetable oil (sunflower, coconut, linseed, etc.), distilled tall oil and the corresponding fractions of synthetic fatty acids.

Данный продукт получают конденсацией борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот при температуре 160-180°С в течение 6 часов при постоянном перемешивании. При этом первоначально образуется триборат диэтаноламина, который затем реагирует с жирными кислотами с образованием соответствующих моно- и диаминоамидов.This product is obtained by condensation of boric acid, diethanolamine and a mixture of fatty acids at a temperature of 160-180 ° C for 6 hours with constant stirring. In this case, diethanolamine triborate is initially formed, which then reacts with fatty acids to form the corresponding mono- and diaminoamides.

Полигликоли по ТУ 38.30214-88 или ТУ 2422-083-05766801-98.Polyglycols according to TU 38.30214-88 or TU 2422-083-05766801-98.

Керосин авиационный марки ТС-1 или РТ по ГОСТ 10227-86.Kerosene aviation brand TS-1 or RT in accordance with GOST 10227-86.

Изобутанол технический по ГОСТ 9536-79.Technical isobutanol according to GOST 9536-79.

Примеры 1-2 описывают технологию получения активной основы предлагаемой смазочной добавки.Examples 1-2 describe the technology of obtaining the active base of the proposed lubricant additives.

Пример 1. В трехгорлый реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка с обратным холодильником и термометром, загружали 115 г (0,123 моль или 0,37 моль по кислотам) технического подсолнечного масла и 77,6 г (0,74 моль) диэтаноламина. Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100°С. Затем добавляли 15,3 г (0,246 моль) борной кислоты и поднимали температуру реакционной смеси со 100 до 180°С в течение 2 часов. При температуре 130°С начиналась отгонка воды. По достижении 180°С реакционную смесь выдерживали еще 2 часа, а затем охлаждали. За время реакции отогналось 13,4 см³ воды. Для получения указанного продукта взаимодействия использовали борную кислоту, диэтаноламин, указанную смесь жирных кислот в их соотношении 1:3:1,5. Плотность продукта 935 кг/м³, температура застывания 8°С.Example 1. In a three-necked reactor equipped with a stirrer, a Dean-Stark nozzle with a reflux condenser and a thermometer, 115 g (0.123 mol or 0.37 mol acid) of industrial sunflower oil and 77.6 g (0.74 mol) of diethanolamine were charged. The reaction mass is heated with stirring to 90-100 ° C. Then added 15.3 g (0.246 mol) of boric acid and the temperature of the reaction mixture was raised from 100 to 180 ° C for 2 hours. At a temperature of 130 ° C, water stripping began. Upon reaching 180 ° C, the reaction mixture was kept for another 2 hours, and then cooled. During the reaction 13.4 cm ^{3 of} water were distilled off. To obtain the specified product of the interaction used boric acid, diethanolamine, the specified mixture of fatty acids in their ratio of 1: 3: 1.5. The density of the product is 935 kg / m ³ , the pour point is 8 ° C.

Пример 2. В трехгорлый реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка с обратным холодильником и термометром, загружали 113 г (0,39 моль) дистиллированного таллового масла с кислотным числом 193 мг·КОН/г и 82 г (0,78 моль) диэтаноламина. Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100°С. Затем добавляли 16,1 г (0,26 моль) борной кислоты и поднимали температуру реакционной смеси со 100 до 180°С в течение 2 часов. При температуре 120°С начиналась отгонка воды. По достижении 180°С реакционную смесь выдерживали еще 2 часа, а затем охлаждали. За время реакции отогналось 14,2 см³ воды. Для получения продукта взаимодействия использовали борную кислоту, диэтаноламин, указанную смесь жирных кислот в их соотношении 1:3:1,5. Плотность продукта 960 кг/м³, температура застывания 10°С.Example 2. In a three-necked reactor equipped with a stirrer, a Dean-Stark nozzle with a reflux condenser and a thermometer, 113 g (0.39 mol) of distilled tall oil with an acid number of 193 mg · KOH / g and 82 g (0.78 mol) were charged diethanolamine. The reaction mass is heated with stirring to 90-100 ° C. Then, 16.1 g (0.26 mol) of boric acid was added and the temperature of the reaction mixture was raised from 100 to 180 ° C for 2 hours. At a temperature of 120 ° C, water stripping began. Upon reaching 180 ° C, the reaction mixture was kept for another 2 hours, and then cooled. During the reaction, 14.2 cm ^{3 of} water were distilled off. To obtain the product of the interaction used boric acid, diethanolamine, the specified mixture of fatty acids in their ratio of 1: 3: 1.5. The density of the product is 960 kg / m ³ , the pour point is 10 ° C.

Затем были получены образцы смазочной добавки ДСБ-МГК. В табл. 1 приведены состав и свойства предлагаемой добавки. Образцы готовили путем смешения указанного продукта взаимодействия, керосина, полигликоля и изобутанола в предлагаемых количествах.Then, samples of the lubricant additive DSB-MGK were obtained. In the table. 1 shows the composition and properties of the proposed additives. Samples were prepared by mixing the specified interaction product, kerosene, polyglycol and isobutanol in the proposed amounts.

Для испытания смазочных и противоприхватных свойств предлагаемой добавки была взята 10 мас.% глинистая суспензия из бентонитового глинопорошка ПБМВ производства АО "Керамзит" г. Серпухов.To test the lubricating and anti-seizing properties of the proposed additives, 10 wt.% Clay suspension was taken from PBMV bentonite clay powder manufactured by Keramzit JSC in Serpukhov.

Оценку эффективности смазочного действия проводили по стандарту Американского нефтяного института (АНИ) на приборе для комплексного испытания смазывающей способности и противозадирных свойств буровых растворов Model 212 EP/Lubrisity Tester фирмы Baroid. Испытания проводили в среде бурового раствора без смазочных добавок и при содержании в буровом растворе различных концентраций этих добавок. Удельное давление прижатия металлической призмы к вращающемуся валу было равно 1,03 МПа (150 фунтов/дюйм²), а частота вращения вала - 60 мин^-1. При этом фиксировали показания прибора (сила трения) и рассчитывали коэффициент трения и процент снижения сопротивления (W) при заданной нагрузке. Величина W определяет процент снижения сопротивления трению вращающейся бурильной колонны и связана с противоприхватными свойствами бурового раствора в присутствии смазочной добавки. Экспериментальные данные представлены в табл. 2.Evaluation of the effectiveness of the lubricating effect was carried out according to the standard of the American Petroleum Institute (ANI) on a device for the comprehensive testing of the lubricating ability and extreme pressure properties of drilling fluids Model 212 EP / Lubrisity Tester from Baroid. The tests were carried out in a drilling fluid medium without lubricant additives and when various concentrations of these additives were contained in the drilling fluid. Specific pressing pressure of the metal prism to the rotating shaft is equal to 1.03 MPa (150 pounds / inch ²⁾ and a shaft rotational speed - 60 min ^-1. In this case, the readings of the device (friction force) were recorded and the coefficient of friction and the percentage of decrease in resistance (W) were calculated at a given load. The value of W determines the percentage reduction in the friction resistance of the rotating drill string and is associated with the anti-seizing properties of the drilling fluid in the presence of a lubricant. The experimental data are presented in table. 2.

Как видно из приведенных в табл. 2 экспериментальных данных, смазочные и противоприхватные свойства буровых растворов, содержащих заявляемую смазочную добавку (примеры 5-16), существенно лучше по сравнению с аналогичными параметрами бурового раствора, содержащего известную смазочную добавку (примеры 2-4), и в особенности по сравнению с исходным буровым раствором, не содержащим никаких добавок (пример 1).As can be seen from the table. 2 experimental data, the lubricating and anti-seizing properties of drilling fluids containing the inventive lubricant additive (examples 5-16), is significantly better compared to similar parameters of a drilling fluid containing a known lubricant additive (examples 2-4), and especially compared with the original drilling fluid containing no additives (example 1).

Таким образом, заявляемая смазочная добавка для буровых растворов на водной основе обладает техническими преимуществами по сравнению с известными техническими решениями.Thus, the inventive lubricant additive for water-based drilling fluids has technical advantages compared with the known technical solutions.

Claims (1)

Смазочная добавка для буровых растворов на водной основе, включающая керосин, маслорастворимое поверхностно-активное вещество - продукт взаимодействия этаноламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда, отличающаяся тем, что в качестве указанного продукта взаимодействия она содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С₈ - С₂₄ при их мольном соотношении 1:3:1,5 и дополнительно полигликоль и изобутанол при следующем соотношении компонентов, мас.%:A lubricant additive for water-based drilling fluids, including kerosene, an oil-soluble surfactant - the product of the interaction of ethanolamine and a mixture of fatty acids of the limit and unsaturated series, characterized in that as the specified interaction product it contains the product of the interaction of boric acid, diethanolamine and a mixture of fatty acids of the limiting and unsaturated series with the hydrocarbon radical C ₈ - C ₂₄ with their molar ratio of 1: 3: 1.5 and additionally polyglycol and isobutanol in the following ratio components, wt.%: Указанный продукт взаимодействия 20-30The specified interaction product 20-30 Полигликоль 50-65Polyglycol 50-65 Керосин 5-10Kerosene 5-10 Изобутанол 7-10Isobutanol 7-10