СМАЗОЧНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ БУРОВОГО РАСТВОРА
LUBRICANT ADDITIVE FOR DRILLING FLUID

Настоящее изобретение относится к смазочным композициям для буровых растворов, применимым в операциях бурения.
Бурение скважин связано с интенсивным взаимодействием бурильных и обсадных труб при высоких контактных нагрузках и линейных скоростях, а также с повышенной опасностью прилипания (прихватов) колонн к стенкам ствола скважины.
Одним из важнейших направлений совершенствования технологии бурения и заканчивания скважин является применение высокоэффективных смазочных добавок к буровым растворам. Смазочные добавки должны обеспечивать повышение смазочных, противоизносных и противоприхватных свойств бурового раствора; не вызывать вспенивания бурового раствора; обладать совместимостью со всеми реагентами, применяемыми для обработки буровых растворов, быть экологически безопасными, технологичными в применении и недорогими.
Жидкая смазочная добавка согласно заявляемому изобретению предназначена для обработки любых видов буровых растворов с целью снижения коэффициента трения, а также снижения крутящего момента, уменьшения вероятности прихвата (в определенной концентрации может использоваться для освобождения инструмента от прихвата). Заявляемая смазочная добавка хорошо себя показала в горнодобывающей промышленности как смазочная охлаждающая жидкость. В бытовых растворах химреагент улучшает смазку буровых штанг и бурового инструмента.
.
Известна смазочная добавка для буровых растворов на водной основе (патент РФ №2223297, опубл. 10.02.2004), содержащая в мас.%: моноэтаноламиновую соль сырых талловых масел 10-12, сольвент или нефрас 10-30, оксаль – остальное
Недостатком известного состава является высокая степень пенообразования, а также высокая степень содержания кубовых остатков с переменным составом, а именно талловое масло и сольвент, являющийся фактически углеводородной составляющей продукта. Применение моноэтаноламина также не является эффективным, поскольку сложный состав таллового масла наиболее оптимально омыляется смесью аминов, позволяющих достичь высокой степени протекания реакции.
Известна смазочная добавка к буровым растворам содержащая, мас.%: растительное масло 40-80; углеводородную синтетическую жидкость 10-40; сложный эфир жирных кислот растительных масел 5-20; неионогенное или цвиттерионное поверхностно-активное вещество 0,5-2(Патент РФ №2684657, опубл. 11.04.2019).
Недостатком известного состава является что продукт по данной рецептуре производится фактически компаундированием компонентов, без протекания реакции и крайне высокой не стабильностью свойств, поскольку нет данных о селективности выбора компонентов, а также эффективности данного продукта в условиях сложных горно-геологических условиях, с применением утяжеленных буровых растворов и растворах поливалентных солей – поскольку применение не обработанных растительных масел будет приводить к коагуляции раствора.
Известна смазочная добавка для буровых растворов (патент РФ №2200181, опубл. 10.03.2003), содержащая жирные кислоты триглицеридов и оксиэтилированную жирную кислоту С17Н35СОО(С2Н4О)6Н, содержит в качестве жирных кислот триглицеридов флотогудрон и дополнительно оксиэтилированный алкифенол С9Н19С6Н4О(С2Н4)10ОН, триэтаноламин , пентамер пропилена при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: флотогудрон - 27-35; оксиэтилированный алкилфенол - С9Н19С6Н4О(С2Н4)10ОН - 2-6; оксиэтилированная жирная кислота С17Н35СОО(С2Н4О)6Н - 2-5; триэтаноламин - 3-6; пентамер пропилена - 50-60.
Недостатком известного состава является его высокая себестоимость, а также дефицитность входящих в его состав компонентов.
Известна смазочная добавка для буровых растворов (Патент РФ №2742421, опубл. 05.02.2021), содержащая, мас.%: экстракт нефтяной 25,0-40,0; кислоту олеиновую и при необходимости ланолин 0,5-1,5; жировой концентрат или кислоты жирные для промышленной переработки 0,5-1,5; присадку депрессорную «МАКСОЙЛ-Д» или «IRFAGLO™ 720 Р» 0,2-1,6; масляную фазу - индустриальное масло или отработанные индустриальные масла остальное (принят за прототип).
Недостатком известного состава является низкая эффективность данного продукта в условиях сложных горно-геологических условиях, с применением утяжеленных буровых растворов и растворах поливалентных солей – поскольку применение не обработанных растительных масел будет приводить к коагуляции раствора.
Технический результат заявляемого изобретения – состав высокоэффективной смазочной добавки, обладающей высокими смазочными, противосальными свойствами с образованием устойчивой пленки на поверхности металла.
Технический результат достигается тем, что смазочная добавка для бурового раствора содержит жидкий углеводородный компонент в виде отработанного моторного масла, жирные кислоты растительных масел с кислотным числом не ниже 180 ед, олеиновую и стеариновую кислоты, депрессорную присадку, смесь триэтаноламина с моноэтаноламином и/или диэтаноламином, оксиэтилированный алкилфенол при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Жидкий углеводородный компонент
85–87,27
Жирные кислоты растительных масел
до 3
Стеариновая кислота
2,5
Олеиновая кислота
0,2–0,80
Депрессорная присадка
0,03–0,05
Смесь триэтаноламина с моноэтаноламином и/или диэтаноламином
8,0–8,6
Оксиэтилированный алкилфенол
2,0
Существенным отличием заявляемой смазочной добавки от прототипа является использование в составе щелочного агента смеси аминов, с одновременным применением активного ПАВ, а также комплекса индивидуальных органических кислот и растительных масел, что в совокупности обеспечивает необходимый уровень селективности реакции омыления, а также необходимой степени протекания реакции для получения высокоэффективного реагента для буровых растворов, являющегося смазочной и противосальниковой добавкой.
В качестве жидкого углеводородного компонента применяют смеси отработанных моторных масел. Данные масла в процессе технической эксплуатации потеряли свои начальные свойства и непригодны к последующему применению в двигателях внутреннего сгорания, но пройдя несколько этапов нагрева и очистки могут быть использованы в различных сферах, в т.ч. в составе смазочной добавки.
В качестве растительного масла используют рапсовое, подсолнечное, сурепное, кукурузное, соевое, пальмовое, льняное, касторовое, хлопковое, оливковое, кунжутное и другие. В предпочтительном варианте в качестве растительного масла талловые продукты.
В составе смазочной композиции используют растительные масла с кислотным числом не ниже 180 ед., что обеспечивает необходимый уровень содержания жирных кислот в составе исходного компонента.
В заявляемой смазочной добавке используют стеариновую кислоту марки Т-18 (ГОСТ 6484-96). Данные марки кислот отличаются тем, что в своем составе наряду со стеариновой кислотой  (50-70 мас.%) содержат  олеиновую и пальмитиновую кислоты.
В качестве олеиновой кислоты используют олеиновую кислоту марок Б. Данные марки кислот включают наряду с олеиновой кислотой (до 70 мас.%) миристиновую, пальмитиновую, пальмитолеиновую, стеариновую, линолевую и другие высшие жирные кислоты.
Использование композиций жирных кислот обеспечивает наилучшую смазочную способность добавки. Введение олеиновой и стеариновой кислот позволяет частично регенерировать жирные кислоты растительных масел по составу жирных кислот.
В качестве депрессорно-диспергирующей присадки используют Keroflux 3501. Депрессорно-диспергирующая присадка применяется с целью обеспечения необходимой текучести и понижения значений низкотемпературных показателей (снижение температуры потери текучести с (-12) °С до (– 45) °С) состава, а также для улучшения седиментационной устойчивости при холодном хранении (предотвращение выпадения в осадок парафинов).
Для целей ингибирования коррозии, поддержания щёлочности бурового раствора в состав смазочной добавки вводят смесь аминов. Смесь аминов обеспечивает переход из кислой среды в нейтральную либо слегка щелочную.
Оксиэтилированный алкилфенол используется в виде неонола марки АФ 9-12 по ТУ 2483-077-05766801-98. Обеспечивает эмульгирование смазочной добавки в средах буровых растворов и дополнительное снижение трения.
Способ получения смазочной добавки к буровому раствору осуществляют следующим образом:
Предварительно определяют качество входящего сырья, в т.ч. обводненность (не должна превышать 5%), наливную плотность, вязкость. В таблицах 1-6 представлены требуемые параметры сырья.
Жидкий углеводородный компонент принимают в промежуточные буферы, далее по трубопроводу посредством насосов перекачивают в цех, при этом по пути осуществляется  фильтрация его от механических примесей, далее жидкий углеводородный компонент поступает в буфер подготовки и предварительного нагрева до 50-60 °С. В результате нагрева жидкий углеводородный компонент становится более подвижным, что позволяет произвести более качественную очистку от механических примесей. Далее жидкий углеводородный компонент подают в реактор-смеситель, где осуществляют его нагрев до температуры 85- 96 °С, после чего в него вмешивают жирные кислоты растительных масел, стеариновую и олеиновую жирные кислоты. В полученную смесь после выравнивания температуры до 86-96 °С вмешивают смесь изомеров оксиэтилированных алкилфенолов на основе тримеров пропилена с числом оксиэтильных групп 12 для обеспечения стабильности смеси, перемешивают до однородной массы в течение 20-30 мин  и затем вмешивают триэтаноламин для перехода из кислой среды в нейтральную либо слегка щелочную (pH 7-8). Для обеспечения необходимой текучести и снижения температуры потери текучести с (-12) градусов до (-45) градусов, вводят депрессорную присадку и отправляют на дополнительное смешивание (20-30 мин) в емкости перемешивания и розлива. Готовую продукцию разливают в металлические бочки.
Таблица 1 – Требуемые параметры жидкого углеводородного компонента
Наименование показателя
Норма
Тип масла
Внешний вид
Жидкость от светло до темно-коричневого цвета
Плотность, г/см<sup>3</sup>, не более
0,75-0,95
Снижение относительного коэффициента трения, не менее
0,7
Температура застывания, °С, не выше
(- 22) – (-45)
Показатель концентрации водородных ионов 2, ед. рН
6,0 ÷ 11,0
Пенообразующая способность 1, см<sup>3</sup>, не более
7
Массовая доля воды,%, не более
5,0
Массовая доля примесей,%, не более
1,0
Качественная реакция по хлорорганическим соединениям
отсутствие
Таблица 2 - Требуемые параметры олеиновой кислоты
Наименование
Норма
Внешний вид при температуре 50 градусов
Прозрачная жидкость
Цветное число, мг йода, не более
70
Массова доля жирных кислот в без водном продукте % не менее
97,4
Массовая доля не омыляемых веществ % не более
2,5
Массовая доля золы % не более
0,1
Массовая доля влаги % не более
0,5
Йодное число на 100 г продукта, не более
115
Температура застывания, °С
8-15
Кислотное число мг КОН/г
185-200
Число омыления, мг КОН/г
185-200
Таблица 3 - Требуемые параметры стеариновой кислоты
Наименование
Норма
Внешний вид
Гранулы, хлопья
Цвет
белый
Механические примеси
отсутствуют
Прозрачность при температуре 70 градусов Цельсия
прозрачная
Йодное число на 100 г не более
18
Массовая доля не омыляемых веществ в %, не более
0,5
Температура застывания, °С, не ниже
58
Массовая доля влаги, % не более
0,2
Массовая доля золы, % не более
0,02
Кислотное число мг КОН/г
192-210
Число омыления, мг КОН/г
194-213
Таблица 4 - Требуемые параметры компонента Неонол АФ-9-12
Наименование
Норма
Внешний вид при температуре 25 градусов
Прозрачная маслянистая  жидкость от бесцветного до желтоватого цвета
Цветное число, мг йода, не более
70
Цветность по платиново-кобальтовой шкале, ед Хазена, не более
150
Температура помутнения водного раствора НПАВ концентрацией 10 г/дм<sup>3</sup>, градусов Цельсия
83-89
Концентрация водородных ионов Рh водного раствора концентрацией НПАВ 10 г/дм<sup>3</sup>, ед Ph
6-8
Массовая доля присоединенной окиси этилена, %
69-71
Массовая доля воды, % не более
0,5
Массовая доля полиэтиленгликоля, % не более
1,5
Таблица 5 - Требуемые параметры жирных кислот растительных масел
Наименование
норма
Запах
Специфичный, свойственный маслам
Цвет
От светло до темно коричневого
Консистенция
Маслянистая жидкость
Масляная доля общего жира, %
92
Массовая доля не омыляемых, %
3
Массовая доля примесей, %
2
Массовая доля воды, % не более
2,5
Кислотное число мг КОН/г
180
Таблица 6 - Требуемые параметры триэтаноламина
Наименование
норма
Внешний вид
Вязкая прозрачная жидкость
Цветное число, мг йода, не более
70
Цветность по платиново-кобальтовой шкале, ед Хазена, не более
50
Массовая доля триэтаноламина, %
90
Массовая доля воды, % не более
1
Плотность при температуре 20 °С, г/см<sup>3</sup>
1,095-1,135
Заявляемая смазочная добавка обладает следующим преимуществами:
- высокие смазочные свойства;
- явно выраженные противосальные свойства.