RU2115687C1

RU2115687C1 - Lubricating reagent for drilling solutions

Info

Publication number: RU2115687C1
Application number: RU96120632A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Кашкаров; Ф.Б. Ибрагимов; Н.Н. Верховская; А.Н. Гноевых; Е.А. Коновалов; Ю.Н. Мойса; А.А. Рябоконь
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 1998-07-20

Abstract

FIELD: drilling processes. SUBSTANCE: lubricating agent comprises saponified product of fish fat together with modifying agent. Fish fat is used as said product of fish fat, oleic acid is used as modifying agent, hydroxide of alkaline metal being used as saponifying agent. Lubricating agent comprises 27-63 mass% of fish fat, 27-59 mass % of oleic acid and 20 % aqueous solution of alkaline hydroxide. EFFECT: improved antifriction and lubricating properties of reagent. 5 tbl

Description

Изобретение относится к смазочным реагентам для буровых растворов, улучшающим их смазочные и противоизносные свойства. The invention relates to lubricants for drilling fluids, improving their lubricating and anti-wear properties.

Для этих целей нашла широкое применение СМАД-1, представляющая собой смесь окисленного петролатума с дизтопливом в соотношении от 1:1 до 1:3 [1]. Эта добавка пожароопасна, экологически опасна, а также обладает недостаточно хорошими противоизносными свойствами, увеличивает вязкость бурового раствора. For these purposes, SMAD-1, which is a mixture of oxidized petrolatum with diesel fuel in a ratio of 1: 1 to 1: 3, is widely used [1]. This additive is flammable, environmentally hazardous, and also has insufficient anti-wear properties, increases the viscosity of the drilling fluid.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является смазочный реагент для буровых растворов на базе модифицированного рыбожирового отхода [2] . Сложность приготовления данной смазочной добавки заключается в непостоянстве состава отхода очистки производственных стоков. Разница в содержании жирных кислот может быть очень значительной, что сказывается отрицательно на смазочных и противоизносных свойствах реагента. Актуальным остается создание смазочной добавки стабильного состава с улучшенными противоизносными и смазочными свойствами. The closest in technical essence to the invention is a lubricant for drilling fluids based on modified fish waste [2]. The difficulty in preparing this lubricant additive is the inconsistency of the composition of the waste from the treatment of industrial effluents. The difference in the content of fatty acids can be very significant, which affects the lubricating and antiwear properties of the reagent. The creation of a lubricant additive of a stable composition with improved antiwear and lubricating properties remains relevant.

Этот технический результат может быть достигнут разработкой смазочного реагента для буровых растворов, состоящего из омыленного рыбожирового продукта и модификатора, отличающегося тем, что в качестве рыбожирового продукта он содержит рыбий жир, в качестве модификатора - олеиновую кислоту, в качестве омылителя - гидроокись щелочного металла при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Рыбий жир - 63-27
Олеиновая кислота - 27-59
Водный раствор щелочи (NaOH, KOH) - 10-14
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав смазочного реагента "Жирма" содержит новые компоненты: рыбий жир, олеиновую кислоту, гидроокись щелочного металла. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". В изобретении предлагаемый состав смазочного реагента в заявляемом соотношении компонентов позволяет улучшить смазочные и противоизносные свойства бурового раствора в сравнении с составом прототипа. Очевидно проявление синергетического эффекта в снижении износа в действии отдельных компонентов в смеси, о чем свидетельствуют данные эксперимента (табл. 3). Это позволяет сделать вывод об изобретательском уровне. Рыбий жир содержит непредельные жирные кислоты (олеиновая, линолевая, линоленовая и др.) в виде сложных эфиров с глицерином. В заявляемом составе смазки использован рыбий жир IV сорта со следующими показателями: плотностью 0,92-0,93 г/см³, кинематической вязкостью 86,6 сст (по ВПЖ-2), с кислотным числом 58,46, омыленный гидроокисью щелочного металла с целью улучшения эмульгируемости состава в буровом растворе, удешевления смазки, многофункциональности ее действия. Олеиновая кислота является простейшей непредельной жирной кислотой

В предлагаемом составе использована олеиновая кислота со следующими свойствами: плотностью 0,93 г/см³, кинематической вязкостью 115,2 сст (по ВПЖ-2), кислотным числом 181,66. Введение в смазочный состав свободной олеиновой кислоты способствует образованию более твердой и прочной смазочной пленки. Под влиянием инициатора (иона металла) происходит процесс окисления кислородом с образованием гидроперекисей, которые далее порождают ряд свободных радикалов. Эти радикалы инициируют полимеризацию по -C=C- связям, вызывая затвердевание смазочной пленки. Кроме того, в результате приложения больших нагрузок, повышения температуры возможен переход олеиновой кислоты в более твердую и более устойчивую элаидиновую кислоту, ее геометрический изомер (цис-конфигурацию). Оптимальное соотношение вводимых мыл жирных кислот рыбьего жира и образующихся при реагировании олеиновой кислоты с металлом позволяет достичь максимального эффекта смазочного состава по улучшению смазочных свойств и износа в буровом растворе. Для экспериментальной проверки предлагаемого смазочного реагента приготовлены пять составов. Составы 1-3 соответствуют заявляемым пределам компонентов, а 4-5 выходят за эти пределы (табл. 1).This technical result can be achieved by developing a lubricant for drilling fluids, consisting of a saponified fish oil product and a modifier, characterized in that it contains fish oil as a fish oil product, oleic acid as a modifier, and an alkali metal hydroxide as a saponifier in the following the ratio of components, wt.%:
Fish oil - 63-27
Oleic acid - 27-59
Aqueous solution of alkali (NaOH, KOH) - 10-14
Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the proposed composition of the lubricant reagent "Fat" contains new components: fish oil, oleic acid, alkali metal hydroxide. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty." In the invention, the proposed composition of the lubricant reagent in the claimed ratio of the components improves the lubricating and anti-wear properties of the drilling fluid in comparison with the composition of the prototype. The manifestation of a synergistic effect in reducing wear in the action of individual components in the mixture is evident, as evidenced by the experimental data (Table 3). This allows us to conclude about the inventive step. Fish oil contains unsaturated fatty acids (oleic, linoleic, linolenic, etc.) in the form of esters with glycerin. In the claimed composition of the lubricant used fish oil IV grade with the following indicators: density 0.92-0.93 g / cm ³ , kinematic viscosity 86.6 sst (VPZh-2), with an acid number 58.46, saponified with alkali metal hydroxide in order to improve the emulsifiability of the composition in the drilling fluid, reduce the cost of lubrication, the multifunctionality of its action. Oleic acid is the simplest unsaturated fatty acid

The proposed composition used oleic acid with the following properties: a density of 0.93 g / cm ³ , a kinematic viscosity of 115.2 cst (VPZh-2), an acid number of 181.66. Introduction to the lubricant composition of free oleic acid promotes the formation of a harder and stronger lubricant film. Under the influence of the initiator (metal ion), the process of oxidation by oxygen occurs with the formation of hydroperoxides, which then generate a number of free radicals. These radicals initiate polymerization at -C = C- bonds, causing the lubricant film to solidify. In addition, as a result of the application of large loads, an increase in temperature, oleic acid can become more solid and more stable elaidic acid, its geometric isomer (cis configuration). The optimal ratio of the introduced soap of fish oil fatty acids and those formed during the reaction of oleic acid with metal allows achieving the maximum effect of the lubricating composition to improve the lubricating properties and wear in the drilling fluid. For experimental verification of the proposed lubricant reagent prepared five compositions. Compositions 1-3 correspond to the claimed limits of the components, and 4-5 go beyond these limits (table. 1).

В табл. 2 отражены основные технологические свойства буровых растворов, представляющих суспензию плотностью 1060 кг/м³ из бентонитового порошка с выходом 7,7 м³/т и содержащую заявляемый смазочный реагент, а также реагент-прототип. Технологические свойства буровых растворов измерены на стандартных приборах. Коэффициент трения глинистой корки измерен на приборе ФСК-2 (Уфимский нефтяной институт). Противоизносные свойства глинистых суспензий с заявляемым составом оценены на машине трения МТ-2 (Уфимский нефтяной институт). Результаты представлены в табл. 3. Процесс приготовления смазочного реагента заключается в следующем: предварительное омыление рыбьего жира 20% раствором щелочи при температуре 20-30^oC при перемешивании на магнитной мешалке в течение 20-30 мин, дальнейшем введении олеиновой кислоты и перемешивании смеси до однородной консистенции.In the table. 2 reflects the main technological properties of drilling fluids, representing a suspension with a density of 1060 kg / m ³ of bentonite powder with a yield of 7.7 m ³ / t and containing the inventive lubricant reagent, as well as a reagent prototype. The technological properties of drilling fluids are measured on standard instruments. The coefficient of friction of the clay crust was measured on a device FSK-2 (Ufa Petroleum Institute). The anti-wear properties of clay suspensions with the claimed composition were evaluated on an MT-2 friction machine (Ufa Petroleum Institute). The results are presented in table. 3. The process of preparing a lubricant reagent is as follows: pre-saponification of fish oil with a 20% alkali solution at a temperature of 20-30 ^o C with stirring on a magnetic stirrer for 20-30 minutes, the further introduction of oleic acid and stirring the mixture until a homogeneous consistency.

Из табл. 2 видно, что предлагаемый состав смазочного реагента (составы 1, 2, 3) вызывает уменьшение коэффициента трения глинистой корки бурового раствора в среднем на 30% в сравнении с прототипом, другие показатели отличаются мало. Также примерно на 30% предлагаемый состав снижает коэффициент трения сталь-сталь (табл. 3), а скорость изнашивания стали в буровом растворе с "Жирмой" уменьшается приблизительно в 2 раза даже при значительно меньшей добавке (в 3 раза). From the table. 2 shows that the proposed composition of the lubricant reagent (compositions 1, 2, 3) causes a decrease in the coefficient of friction of the mud cake of the drilling fluid by an average of 30% in comparison with the prototype, other indicators differ little. Also, by about 30%, the proposed composition reduces the coefficient of friction steel-steel (table. 3), and the wear rate of steel in the drilling fluid with "Fat" is reduced by approximately 2 times even with a significantly lower additive (3 times).

Таким образом, при применении смазочного состава "Жирма" следует ожидать уменьшения опасности прихватов, увеличения срока службы долот и бурового оборудования. Thus, when using the Zhirma lubricant composition, one should expect a reduction in the risk of tacking and an increase in the life of bits and drilling equipment.

На Благовещенском биокомбинате (Башкирия) приготовлена опытная партия "Жирма", а на Уренгойском ГКМ проведены опытно-промышленные испытания продукта. Результаты этих испытаний позволили провести безаварийную проводку скважин, снизить смазочные и противоизносные свойства буровых растворов (табл. 4 и 5). An experimental batch of Zhirma was prepared at the Blagoveshchensk Biocombine (Bashkiria), and pilot tests of the product were conducted at the Urengoy gas condensate field. The results of these tests made it possible to conduct accident-free well drilling and reduce the lubricating and anti-wear properties of drilling fluids (Tables 4 and 5).

Claims

A lubricant reagent for drilling fluids, consisting of a saponified fish oil product and a modifier, characterized in that it contains fish oil as a fish oil product, oleic acid as a modifier, alkali metal hydroxide as a saponifier in the following ratio, wt.%:
Fish oil - 27 - 63
Oleic acid - 27 - 59
20% aqueous alkali solution (NaOH, KOH) - 10-14 sec