СМАЗОЧНАЯ ДОБАВКА К БУРОВЫМ РАСТВОРАМ
LUBRICANT FOR DRILL FLUIDS

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%