NO342412B1 - Hydrauliske fluider - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen vedrører et vandig hydraulikkfluid omfattende, i tillegg til vann, minst et fosfolipidsmøremiddel, hvori hydraulikkfluidet omfatter mindre enn 20 vekt% av en olje valgt fra en mineralolje, en syntetisk hydrokarbonolje eller enhver blanding derav. Fortrinnsvis omfatter den eller hvert fosfolipidsmøremiddel et planteavledet lecitin.

Description

Denne oppfinnelsen vedrører vandige hydraulikkfluider, og spesielt, men ikke utelukkende, hydraulikkfluider for anvendelse i offshore olje- og gassindustri hvor hydraulikkfluidet har en sammensetning som angitt i krav 1.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Under boring etter olje under vann, er det normalt at en borerigg borer et hull i havbunnen i leting etter oljereserver. Etter å ha boret ned en bestemt avstand, er det vanlig å plassere en BOP-stakk på brønnhodet på havbunnen og deretter å fortsette å bore gjennom senteret av BOP-enheten. Utblåsningssikring (UBIS) (Blowout Preventor (BOP)) stakken er enkelt sagt en hydraulisk betjent sikkerhetsanordning som kan stenge av brønnen dersom en gasslomme eller olje oppdages (en ukontrollert utblåsning). Enheten virker ved hydraulisk trykk som kan anvendes for å forsegle åpningen mellom borestrengen (som vrir hodet på boren og er koblet til boreriggen) enten ved å danne en forsegling mot borestrengen eller å kutte gjennom borestrengen i mer farlige situasjoner. Forsegling- og kutteoperasjon utføres ved hydraulisk trykk som tvinger store hydrauliske rambukker i å stenge; fluidet frigjøres deretter til havet for å lette trykket etter operasjonen.

BOP-stakken og hydrauliske kontroll styrebokser som er på havbunnen (eller noen ganger om bord på riggen dersom det bores på grunt vann) kobles ved en hydraulisk slange (Umbilical) til riggen der operasjonen kan kontrolleres via et kontrollpanel av riggoperatører.

Det hydrauliske systemet har en stor hydraulikkfluidreservetank om bord og ettersom fluidet trykksettes og deretter dumpes i havet, fjernes fluidet fra reservetanken.

Mange BOP-stakker benytter Type-En (Type-One) BOP hydraulikkfluid, som er et vandig hydraulikkfluidkonsentrat, minus vannet (og antifrysemiddel dersom nødvendig).

I et forsøk på å minimere mengden av nødvendig plass for å lagre hydraulikkfluidet om bord, har riggoperatører en tendens til å ta en levering av vannhydraulikkfluidet som et konsentrat uten vannet og antifrysmiddelet til stedet og deretter tilsette vann og antifrysemiddel om bord etter behov.

Noen rigger foretrekker forhåndsblandet fluid i noen områder av forskjellige grunner og det leveres på samme måte som det skissert i Type-To (Type Two) under.

Andre operatører benytter Type-To produksjonskontroll hydraulikkfluider.

Denne typen vannbaserte hydraulikkfluider er typisk en forhåndblandet versjon av BOP fluidet nevnt over, noen ganger med tillegg av antifrysemiddel og stabilitetsadditiver etter behov.

Dette forhåndsblandete fluidet anvendes for å produsere olje fjernstyrt via et system hvorved et undersjøisk hydraulisk kontrollsystem plasseres på brønnholdet og kobles tilbake via en hydraulisk forbindelseslinje til produksjonsfasiliteten (fast plattform, flytende enhet eller til land).

Dette systemet er på mange måter likt BOP-systemet selv om det i dette tilfellet fungerer ved brønnhodekontrollen av strømmen av olje og andre produksjonsrelaterte funksjoner og typisk anvender mye mindre ventiler med større toleranser og større behov for stabilitet, fluidrenhet etc. I tillegg, kan den hydrauliske forbindelseslinjen være av varierende lengder fra noen få kilometer til flere hundre kilometer.

Det er en tredje type BOP-hydraulikkfluid, Type-Tre (Type Three) vannbasert ISO ekvivalente hydraulikkoljer.

Disse fluidene er basert på den samme teknologien som de andre fluidene beskrevet over og omfatter vanligvis det grunnleggende Type-To produksjonskontrollfluid beskrevet over med tilsatte fortykningsmidler som passer den ISO-hydrauliske oljen i anvendelse.

Funksjonelle smørevæsker er tidligere kjent fra WO-A-9218586 og WO-A-9814538. En væske som er egnet som hydraulikkfluid er kjent fra US 6509301 B1.

Mange anvendelser om bord på bore- og produksjonsenheter anvender standard ISO hydraulikkoljer, med varierende viskositet avhengig av anvendelse.

Typiske ytelseskrav for offshore hydraulikkfluider inkluderer

1. Smøring – det er viktig at et vannbasert hydraulikkfluid har tilstrekkelig smøreevne for å tillate at bevegelige overflater (slik som metall-mot-metall kontakt innenfor ventiler), glir uten festing eller slitasje innenfor akseptable grenser.

2. Korrosjonsbeskyttelse – det er viktig at et vannbasert hydraulikkfluid har tilstrekkelig korrosjonsbeskyttelse for å beskytte metallene i systemet mot korrosjon, spesielt dersom moderat sjøvanninnvirkning er sannsynlig.

3. Stabilitetsadditiver – det er viktig at et vannbasert hydraulikkfluid har tilstrekkelig stabilitet for å sikre at fluidet ikke separerer i tjeneste. Viktighetsnivået av dette avhenger av anvendelsen ettersom noen systemer er svært utsatt for slike tilfeller. Dersom et produkt ikke har tilstrekkelig stabilitet i seg selv, er det vanlig å anvende en eller annen form for kjemisk additiv som vil sikre at produktet ikke separerer.

4. Biocidal beskyttelse – det er viktig at et vannbasert hydraulikkfluid har tilstrekkelig biocidal beskyttelse for å hindre overdreven vekst av sopp og bakterier innen hydraulikkfluidmediet.

5. Elastomer kompatibilitet - det er viktig at et vannbasert hydraulikkfluid ikke negativt påvirker elastomeren som er til stede innen systemet.

6. Antifrysebeskyttelse - det er viktig at et vannbasert hydraulikkfluid har tilstrekkelig antifrysebeskyttelse for å tillate produktet i å anvendes under kalde betingelser.

7. Viskositetsmidler – noen fluider kan trenge å få sin viskositet modifisert for å passe en viss teknisk profil, dette vil involvere å tilsette additiver for å øke eller senke viskositeten av produktet.

8. Miljøgodkjenning - det er viktig at et vannbasert hydraulikkfluid er tilstrekkelig godtakbart miljømessig for å tillate dets utslipp under de individuelle reguleringer i hvert gjeldende land under hvilke lover boringen skjer.

Det ville være fordelaktig å tilveiebringe et vannbasert hydraulikkfluid som ikke inkluderer store mengder, eller særlig noen mengde av olje, spesielt mineralolje eller syntetisk hydrokarbonolje, hvilke oljer skaper miljøproblemer spesielt i offshore-anvendelser.

Det vil videre være fordelaktig å tilveiebringe vandige hydraulikkfluider som inkluderer miljøvennlige smøremidler, hvilke smøremidler ikke baserer seg på mineral- eller syntetiske hydrokarbonoljeformuleringer for å virke effektivt.

Det er derfor et mål for de foretrukne utførelser av denne oppfinnelsen å overvinne eller dempe minst et problem av tidligere teknikk.

Oppsummering av oppfinnelsen

Ifølge et første aspekt av oppfinnelsen er det tilveiebrakt et vandig hydraulikkfluid omfattende, i tillegg til vann, i) et planteavledet lecitin omfattende soyabønnelecitin, lakserlecitin, rapsfrølecitin, bomullsfrølecitin samt kombinasjoner derav, som i hovedsak det eneste smøremiddel i hydraulikkfluidet; og ii) minst én komponent valgt fra en glykol, en glyserolester og glyserol, hvori hydraulikkfluidet er hovedsakelig fritt for en mineralolje, en syntetisk hydrokarbonolje eller enhver blanding derav; og hvor det vandige fluidum omfatter vann i en mengde på minst 10 vekt% og ikke mer enn 90 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet; og hvor lecitinet er til stede i en mengde fra 0,1 vekt% opp til 40 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet.

Egnet omfatter det vandige hydraulikkfluidet vann i en mengde på minst 10 vekt%, fortrinnsvis mindre enn 20 vekt%, og mer foretrukket minst 30 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet. Egnet omfatter det vandige hydraulikkfluidet vann i en mengde på ikke mer enn 90 vekt%, mer foretrukket ikke mer enn 80 vekt% og mest foretrukket ikke mer enn 75 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet.

En foretrukket konsentrasjon av vannet er hovedsakelig 30-70 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet.

Spesielt foretrukne lecitiner er de avledet fra kommersielle kilder slik som soyabønneolje, bomullsfrøolje og kastorfrøolje.

En spesielt foretrukket effektiv blanding av lecitiner omfatter soyabønnelecitin og andre planteavledete lecitiner.

I foretrukne utførelser omfatter hydraulikkfluidet et plateneavledet lecitin, slik som f.eks. søyabønnelecitin, kastorlecitin, rapsfrølecitin, bomullsfrølecitin og lignende. Spesielt foretrukket er soyabønnelecitin, fortrinnsvis omfattende soyabønneolje, fosfoatidylkolin, fosfatidyletanolamin, og fosfatidyinositol.

Det planteavledete lecitinsmøremiddelet omfatter fortrinnsvis minst 1 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet, mer foretrukket minst 2 vekt%, og mest foretrukket minst 4 vekt%. Det planteavledete lecitinsmøremiddelet omfatter fortrinnsvis ikke mer enn 40 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet. I foretrukne hydraulikkfluider omfatter den totale vekten av det planteavledete lecitinsmøremiddelet hovedsakelig 1-30 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet.

Lecitinsmøremiddelet kan også tjene til å fungere som en korrosjonsinhibitor. Alternativt eller i tillegg, kan hydraulikkfluidet omfatte minst en separat korrosjonsinhibitor. Korrosjonsinhibitoren kan omfatte et alkylamin eller alkanolamin. Egnede alkylaminer omfatter fortrinnsvis en C6-C20lineær eller forgrenet alkylgruppe. Egnede alkanolominer omfatter fortrinnsvis 1 til 12 karbonatomer, mer foretrukket 6 til 9 karbonatomer. Alkanolaminet kan omfatte mer enn én alkanolgruppe, f.eks. dialkanolaminer og trialkanolaminer. Foretrukne alkanolaminer inkluderer monoetanolamin og trietanolamin. Andre korrosjonsinhibitorer inkluderer kobber korrosjonsinhibitorer slik som benzotriazol for eksempel.

Hydraulikkfluidet kan inkludere en stabilisator. Mange foretrukne utførelser av hydraulikkfluidet av oppfinnelsen krever ikke stabilisatorer, ettersom de er stabile i seg selv. Derimot kan visse additiver og ingredienser være ustabile i hydraulikkfluidet av forskjellige grunner, slik som ingredienser som er uløselige eller delvis løselige i det vandige mediet av fluidet, eller ingredienser og ioner som danner komplekser med harde vannsalter. Derfor avhenger den spesielle stabilisatoren eller stabilisatorene anvendt av de andre ingrediensene til stede i hydraulikkfluidet og/eller hardheten av det vandige mediet i fluidet. Egnede stabilisatorer inkluderer surfaktanter, som kan øke løseligheten av ingrediensene i hydraulikkfluidet. Egnede surfaktanter inkluderer etoksylat surfaktanter. Andre egnede typer av stabilisatorer er et komplekseringsmiddel, som er i stand til å danne kompleks med ioner eller ingredienser som kan reagere med harde vannsalter i det vandige mediet. Egnede komplekseringsmidler inkluderer EDTA. Hydraulikkfluidet kan inneholde et biocidalt additiv. Biocidale additiver nyttige i de hydraulikkfluidene av oppfinnelsen inkluderer svovelholdige biocider og nitrogenholdige biocider. Egnede nitrogenholdige biocider inkluderer triazener og guanidiner.

Hydraulikkfluidet kan omfatte et antifryseadditiv. I noen utførelser kan en høy konsentrasjon av de oppløste eller suspenderte ingrediensene av det vandige hydraulikkfluidet tilveiebringe tilstrekkelig antifryseeffekt uten behovet for ytterligere antifrysadditiver. Dersom et antifryseadditiv er nødvendig i hydraulikksammensetningen er det fortrinnsvis en glykolforbindelse, glyserol, eller en glyserolester. Egnede glykoler inkluderer alkylenglykoler, fortrinnsvis med 1 til 12 karbonatomer i hver alkylengruppe, hvilke grupper kan være lineær eller forgrenede. Alkylenglykolene kan være monoalkylenglykoler eller dialkylenglykoler. Foretrukne glykoler inkluderer monoetylenglykol og monopropylenglykol for eksempel.

Hydraulikkfluidet kan omfatte ytterligere additiver slik som en viskositetsmodifikator. Viskositetsmodifikatoren kan være et middel som er i stand til å øke viskositeten av hydraulikkfluidet eller, alternativt kan være et middel i stand til å øke viskositeten. Typen av viskositetsmodifikator kan avhenge av anvendelsen der fluidet benyttes, miljøbetingelsene der fluidet benyttes, og andre faktorer. Egnede viskositetsmodifikatorer som øker viskositeten av hydraulikkfluidet sammenlignet med når modifikatoren ikke er til stede, inkluderer langkjedete polymerforbindelser slik som høymolekylvekt etylenoksid/propylenoksid kopolymerer og høymolekylvekt polyakrylsyrepolymerer. Egnede viskositetsmodifikatorer som tjener for å senke viskositeten av hydraulikkfluidet sammenlignet med når modifikatoren ikke er til stede, inkluderer organiske løsemidler slik som etylenglykoletere og propylenglykoletere.

Det vandige hydraulikkfluidet er hovedsakelig fritt for mineralolje og/eller syntetisk hydrokarbonolje. Dersom en olje er til stede er det fortrinnsvis en naturlig olje, slik som en planteavledet olje for eksempel.

De vandige hydraulikkfluidene av oppfinnelsen er fortrinnsvis hovedsakelig frie for fosforditionater.

De vandige hydraulikkfluidene av oppfinnelsen er spesielt egnet for anvendelse som hydraulikkfluider i offshore, mineral- og gruveindustrier.

Eksempler

For en bedre forståelse av oppfinnelsen og for å vise hvordan utførelser av det samme kan settes i virkning, vil foretrukne utførelser av oppfinnelsen nå bli beskrevet ved de følgende eksemplene: med referanse til figur 1 som illustrerer en graf av resultatene av en Falex Smøreevne Test med hensyn til hydraulikkfluid av oppfinnelsen sammenlignet med kjente hydraulikkfluider.

Eksempel 1

Et vandig hydraulikkfluid av oppfinnelsen (formulering A) ble fremstilt ved å blande de følgende ingrediensene og deretter homogenisere denne blandingen under trykk på mellom 500-5000 psi inntil en stabil dispersjon ble oppnådd. Det resulterende produktet ble deretter filtrert for å fjerne alle store partikler.

10% vekt/vekt soyabønne lecitin, levert av Cargill PLC, UK 0,1% vekt/vekt Benzotriazol, levert av Ellis and Everard PLC (UNIVAR), UK

0,1% vekt/vekt EDTA, levert av BASF PLC, UK

10% Dekanonsyre (levert av Multisol, UK)/TEA (levert av Univar, UK), forhåndsnøytralisert salt til pH 8,8

5% vekt/vekt Triazene, levert av Thor Chemicals, UK

40% vekt/vekt Monoetylenglykol, levert av Ellis & Everard PLC, (Univar), UK

Vann til balanse

Denne formuleringen, heretter referert til som formulering A, benyttes som et BOP hydraulikkfluidkonsentrat som fortynnes av forbrukeren før bruk, typisk til en arbeidskonsentrasjon på 20% volum/volum og antifryseblanding, avhengig av nødvendig frysebeskyttelse. Formulering A gir utmerket momentreduksjon og anti-slitasje på offshore og utvinning hydraulisk apparatur.

Falex Smøreevne test

Falextesteren måler momentet erfart på en roterende testnål nedsenket i testfluidet, ettersom den blir utsatt for økende last. Lasten på nålen økes med 45 kg (100 lb) økninger og momentet måles ved hver lastøkning. Når 227 kg (55 lb) last nås, holdes lasten i 30 minutter og nivået av slitasje på testnålen registreres i enheter av ”slitasjetanning” (wear teeth).

En arbeidsversjon av fortynnet (20% volum/volum) BOP formulering A som inneholder soyabønne lecitin ble sammenlignet på Falex Smøreevne Tester for arbeidskonsentrasjoner på to hovedkontroll hydraulikkfluid produkter, Kontroll fluid-En, inneholdende syntetiske additiver men ingen minerale/syntetiske oljer, og Kontrollfluid-To, inneholdende syntetisk hydrokarbonolje.

Sammenlignende moment- og slitasjeresultater for hvert produkt er vist i figur 1 og tabell 1 under:

Tabell 1

Testdata ved 500 lb last i 30 min:

Disse resultatene viser at formulering A, sammenlignet ved arbeidskonsentrasjoner, utviser overlegen momentreduksjon til en kontroll vannbasert (ikkefosfolipidholdig, ikke-mineral/syntetisk hydrokarbonholdig) Kontrollfluid-En og overlegen momentreduksjon for å kontrollere syntetisk hydrokarbon oljebasert Kontrollfluid-To.

I form av anti-slitasje, utviser formulering A 25% mindre slitasje enn Kontrollfluid-En, og Kontrollfluid-To var ikke i stand til å motstå testbetingelsene.

Disse resultatene viser at formulering A, som er et eksempel på et vandig hydraulikkfluid av oppfinnelsen, som inkluderer et naturlig smøremiddel i formen av soyabønne lecitin, utviser mer effektiv momentreduksjon og antislitasje enn kontroll hydraulikkfluidene.

I andre foretrukne utførelser av det vandige hydraulikkfluidet av oppfinnelsen, kan soyabønnelecitinet erstattes av en ekvivalent mengde av individuelt fosfatid, eller andre naturlige lecitiner som nevnt ovenfor.

Hydraulikkfluidene av oppfinnelsen kan også inkludere forskjellige additiver inkludert korrosjonsinhibitorer, stabilisatorer, biocider, viskositetsmodifikatorer, antifrysemidler og lignende.

I hydraulikkfluidet av oppfinnelsen, er det ingen mineral- eller syntetisk hydrokarbonolje til stede. Det kan forutses at meget små mengder av mineralolje eller hydrokarbonolje kan være til stede, men disse bør holdes til et minimum, og ikke mer enn 0,01% vekt/vekt av den totale vekten av hydraulikkfluidet, dersom mulig.

Soyabønne lecitinet anvendt i formulering A antas å omfatte de følgende ingredienser:

Soyabønneolje 37,5%, fosfatidylkolin 15%, fosfatidyletanolamin 13%, fosfatidylinositol 10%, andre fosfolipider og lipider 19%, og karbohydrater 5%.

Eksempel 2

En annen foretrukket utførelse av det vandige hydraulikkfluidet av oppfinnelsen, formulering B, ble fremstilt å blande de følgende ingredienser og deretter homogenisere denne blandingen under trykk mellom 500-5000 psi inntil en stabil dispersjon ble oppnådd. Resulterende produkt ble deretter filtrert for å fjerne alle store partikler:

2% vekt/vekt soyabønnelecitin

0,01% vekt/vekt benzotriazol

0,01% vekt/vekt EDTA

0,5% dekanonsyre/TEA, pre-nøytralisert salt til pH 8,8

0,3% vekt/vekt triazen

40% vekt/vekt monoetylenglykol

Vann til balanse

Den ovennevnte formuleringen blir heretter kalt formulering B.

Formulering B ble utsatt for Falex Smøreevne Test som beskrevet over, og utviste lignende ytelse som formulering A. Resultatene viste at formulering B ga effektiv vannbasert hydraulikkfluid for offshore og utvinningsfelt.

Det vandige hydrokarbonfluidet av oppfinnelsen utviser utmerkede miljøkarakteristikker, og hindrer muligheten av ulykkesutslipp av store mengder av syntetiske hydrokarboner eller mineraloljer i et undervannsmiljø eller grunnvannsspeil.

Claims (10)

Patentkrav

1. Vandig hydraulikkfluid for anvendelse i en offshore-, mineral- eller gruve-boreapparatur omfattende, i tillegg til vann,

i) et planteavledet lecitin omfattende soyabønnelecitin, lakserlecitin, rapsfrølecitin, bomullsfrølecitin samt kombinasjoner derav, som i hovedsak det eneste smøremiddel i hydraulikkfluidet; og

ii) minst én komponent valgt fra en glykol, en glyserolester og glyserol,

hvori hydraulikk-fluidet er hovedsakelig fri for en mineralolje, en syntetisk hydrokarbonolje eller enhver blanding derav; og

hvor det vandige fluidum omfatter vann i en mengde på minst 10 vekt% og ikke mer enn 90 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet; og hvor lecitinet er til stede i en mengde fra 0,1 vekt% opp til 40 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet.

2. Vandig hydraulikkfluid ifølge krav 1, omfattende vann i en mengde på minst hovedsakelig 20 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet.

3. Vandig hydraulikkfluid ifølge krav 1,

omfattende vann i en mengde på ikke mer enn hovedsakelig 80 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet.

4. Vandig hydraulikkfluid ifølge krav 1, hvori det planteavledete lecitinet er soyabønnelecitin.

5. Vandig hydraulikkfluid ifølge ethvert foregående krav, hvori vannet er til stede i en mengde på minst 30 vekt% og ikke mer enn 75 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet.

6. Vandig hydraulikkfluid ifølge ethvert foregående krav, hvori lecitinet er til stede i en mengde på opptil hovedsakelig 30 vekt% av den totale vekten av hydraulikkfluidet.

7. Vandig hydraulikkfluid ifølge ethvert foregående krav, hvori det planteavledede lecitinet er til stede i en mengde på minst 1 vekt%.

8. Vandig hydraulikkfluid ifølge ethvert foregående krav, ytterligere omfattende minst en korrosjonsinhibitor.

9. Vandig hydraulikkfluid ifølge krav 8, hvori korrosjonsinhibitoren omfatter en alkylamin eller alkanolamin.

10. Vandig hydraulikkfluid ifølge ethvert foregående krav, som hovedsakelig er fri for fosforditioater.