Жидкая фаза инвертного бурового раствора типа вода в масле для освоения геологических месторождений

 

Изобретение относится к области освоения геологических месторождений с использованием в инвертных буровых растворах в качестве дисперсионной фазы углеводородной фазы, включающей по меньшей мере один сложный эфир моноатомного спирта с 2 12 атомами углерода и имеющей одну и/или несколько ненасыщенных олефиновых связей монокарбоновой кислоты с 16 24 атомами углерода ( 55 95мас. ), обладающей текучестью в интервале температур от 0 до 5°С. В этом интервале температур эфир имеет вязкость по брукфильду не более чем 55 МПа с, температуту кристаллизации ниже 10°С и температуру вспышки выше 100°С. В качестве эфира используют эфир моноатомных спиртов с 2 12 атомами углерода и монокарбоновой кислоты с 16 24 атомами углерода, имеющих одну и/или несколько ненасыщенных олефиновых связей. В качестве монокарбоновой кислоты используется кислота растительного и/или животного происхождения. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области инвертных буровых растворов для освоения геологических месторождений, а именно к жидкой фазе инвертного бурового раствора типа вода в масле.

Известна жидкая фаза инвертного бурового раствора типа вода в масле для освоения геологических месторождений, содержащая углеводородную фазу, включающую нефтепродукт, например дизельное топливо, сложный эфир ненасыщенной высшей кислоты и моноатомного спирта, и дисперсную фазу (а.с. СССР N 1361165, кл. С 09 К 7/02, 1987).

Недостаток известной жидкой фазы наличие нефтепродукта, который отрицательно сказывается на окружающей среде, в частности при освоении месторождений нефти и/или газа на материковом шельфе.

Для решения экологических проблем используют при проходке особенно морских скважин углеводородную фазу на основе масел сложных эфиров (эстеролей). Известны бурильные жидкости на основе масел, использующие не загрязняющие окружающую среду масла. В качестве не загрязняющих среду масел предлагаются одновременно и без указания сравнительных преимуществ как свободные от ароматических фракций фракции перегонки нефти, так и растительные масла типа масла земляного ореха, соевое масло, льняное масло, кукурузное масло, рисовое масло, а также масла животного происхождения, например китовый жир. Все эти эфирные масла растительного и животного происхождения являются триглицеридами природных жирных кислот, которые не загрязняют окружающую среду и по сравнению с углеводородными фракциями, даже свободными от ароматических углеводородов, имеют преимущества с точки зрения экологии.

Лежащие в основе изобретения исследования показали, что рассмотренное в известном уровне техники применение легко разлагаемых масел растительного и/или животного происхождения из практических соображений рассматриваться не может. Реологические свойства таких масляных фаз для диапазона нужных на практике температур от 0-5^оС до 250^оС и более при этом не достигаются.

Известный сложный эфир, состоящий из одноосновного спирта и одноосновных карбоновых кислот представлен как равноценный триглицеридам естественного происхождения и/или свободным от ароматических фракций углеводородным фракциям.

Известные эстероли при использовании ведут себя не так, как использовавшиеся ранее фракции минеральных масел на основе чистых углеводородов. Эти эстероли из монофункциональных компонентов при практическом использовании частично гидролизуются. При этом образуются свободные жирные кислоты. Они опять реагируют с всегда имеющимися в бурильных системах этого рода щелочными компонентами, например со щелочным резервом для защиты от коррозии, с образованием соответствующих солей.

Соли сильно гидрофильных оснований и часто встречающихся в жирах и маслах естественного происхождения кислот с 16-24 углеродными атомами в молекуле являются веществами, которые способствуют получению и стабилизации водомасляных эмульсий. Промышленность моющих средств широко использует это средство.

Цель изобретения исключение вредного влияния инвертного бурового раствора типа вода в масле на окружающую среду, в частности при освоении месторождений нефти и/или газа на материковом шельфе.

Поставленная цель достигается жидкой фазой инвертного бурового раствора типа вода в масле, содержащей углеводородную фазу, включающую по меньшей мере один сложный эфир, и дисперсную водную фазу, за счет того, что в качестве по меньшей мере одного сложного эфира углеводородная фаза содержит эфир моноатомного спирта с 2-12 атомами углерода и монокарбоновой кислоты с 16-24 атомами углерода, имеющих одну и/или несколько ненасыщенных олефиновых связей, обладающей текучестью в интервале температур от 0 до 5^оС, при следующем соотношении компонентов, мас. углеводородная фаза 55-95, дисперсная водная фаза 5-45. В области температур от 0 до 5^оС эфир имеет определенную при 50^оС вязкость по Брукфильду не более чем 55 мПа с и температуру кристаллизации ниже -10^оС и при этом температуру вспышки выше 100^оС.

Эфир моноатомных спиртов с 2-12 атомами углерода и имеющей одну и/или несколько ненасыщеннх олефиновых связей монокарбоновой кислоты с 16-24 атомами углерода содержит в качестве монокарбоновой кислоты линейную кислоту растительного и/или животного происхождения.

Существенным для решения критерием выбора сложных эфиров является класс продуктов замещения одноосновных карбоновых кислот одноатомными спиртами. Изобретение сверх этого предусматривает исключительно или преимущественно использование соединений этого класса с 16-24 атомами углерода в молекуле. Карбоновые кислоты могут быть с неразветвленной или разветвленной цепочкой, причем неразветвленные цепочки углеводородов являются предпочтительными. Монокарбоновые кислоты этого рода с 16-24 атомами углерода или их сложные эфиры из преимущественно насыщенных углеводородных соединений непригодны.

Сложные эфиры этого рода только тогда являются текучими и перекачиваемыми до температур в области 0-5^оС, когда обеспечено достаточное содержание ненасыщенных компонентов сложного эфира. В предпочтительном исполнении изобретения применяются сложные эфиры описанного здесь рода, которые более чем на 70 мас. и предпочтительно более чем на 80 мас. состоят из ненасыщенных карбоновых кислот с 16-24 атомами углерода в молекуле. Важные природные исходные материалы дают смеси карбоновых кислот, по меньшей мере на 90 мас. состоящие из ненасыщенных карбоновых кислот с указанным выше количеством атомов углерода в молекуле.

Согласно другому предпочтительному варианту изобретения эфир моноатомных спиртов с 2-12 атомами углерода и имеющей одну и/или несколько ненасыщенных алифатических связей монокарбоновой кислоты с 16-24 атомами углерода, содержит в качестве моноатомного спиртового остатка эфира производное линейного и/или разветвленного насыщенного спирта с 3-7 углеродными атомами.

Содержащийся в предлагаемой жидкой фазе сложный эфир может представлять собой индивидуальное соединение или смесь сложных эфиров идентичной или различной структуры.

В рамках применяемых сложных эфиров можно выделить две предпочтительные группы.

В первую группу входят сложные эфиры, в которых ненасыщенные монокарбоновые кислоты с 16-24 атомами углерода не более чем на 35 мас. двукратно или многократно олефино-ненасыщены. При этом по меньшей мере 60% по весу остатков карбоновой кислоты являются однократно олефино-ненасыщенными.

Во вторую группу входят сложные эфиры, в которых по меньшей мере 45 мас. предпочтительно более чем 55 мас. остатков карбоновой кислоты являются двукратно или многократно ненасыщенными.

Важнейшими однократно этилено-ненасыщенными карбоновыми кислотами данного углеродного диапазона являются гексадеценовая кислота (пальмитолеиновая кислота, С₁₆), олеиновая кислота (С₁₈), родственная ей рицинолевая кислота (С₁₈) и эруковая кислота (С₂₂). Важнейшей двукратно ненасыщенной карбоновой кислотой данного углеродного диапазона является линолевая кислота (С₁₈), а важнейшей трехкратно этилено-ненасыщенной карбоновой кислотой линоленовая кислота (С₁₈).

Указанные требования к ненасыщенности также выполняют сложные эфиры на основе масел растительного и/или животного происхождения, например пальмовое масло, масло земляного ореха, касторовое масло и, в особенности, сурепновое, рапсовое масло, хлопковое масло, соевое масло, подсолнечное масло, льняное масло, рыбий жир, особенно сельдяной жир.

Углеводородная фаза может также включать небольшое количество (не более 10 мас. ), сложных эфиров насыщенных спиртов с 4-10 атомами углерода и насыщенных карбоновых кислот с 12-18 атомами углерода.

Известные буровые растворы, содержащие предлагаемую жидкую фазу, имеют следующую реологическую характеристику: пластическая вязкость (РУ) в диапазоне 10-60 мПа, предпочтительно 15-40 мПа, предел текучести (УР) в диапазоне 5-40 фунтов/100 фут², предпочтительно 10-25 фунтов /100 фут²), определенные при 50^оС. Для определения этих параметров и используемых при этом методик, а также для природы и содержания целевых добавок в таких для природы и содержания целевых добавок в таких инвертных буровых растворах действуют указания уровня техники (Справочник "Manual of Drilling Fluid Technology", фирмы Бэройд Дриллинг Флюидз Инк).

П р и м е р 1. 230 мл неперегнанного сложного изобутилового эфира рапсового масла состава, мас. олеиновая кислота 60% линолевая кислота 20, линоленовая кислота 10, олефино-ненасыщенные монокарбоновые кислоты с 20-22 атомами углерода 5, остальное ненасыщенные монокарбоновые кислоты с 16-18 атомами углерода, имеющего точку вспышки выше 180^оС, предел текучести ниже минус 15^оС плотность (20^оС), 0,872 г/см³, кислотное число 1,2 и следующую вязкость по Брукфильду, мПа с: 0^оС 32,5, 5^оС 24, и 26 мл воды применяют для получения инвертного бурового раствора типа вода в масле, который содержит следующие целевые добавки, г: Органофильный бентонит (торговый продукт GELTONE фирмы "Бэройд Дриллинг Флюидз Инк") 6 Органофильный лигнит (торговый продукт DURATONE фирмы Бэройд Дриллинг Флюидз Инк") 20 Известь 0,2 Эмульгатор типа вода в масле (торговый продукт EZ-MUL фирмы "Бэройд Дриллинг Флюидз Инк") 6 Барит 340
Хлорид кальция в виде дигидрата 9,2
Известным образом определяют пластическую вязкость (РУ), предел текучести (УР) а также количество образовавшегося геля в фунтах/100 фут² через 10 с и 10 мин. Вязкость измеряют при 50^оС при помощи вискозиметра Fann-35 фирмы "Бэройд Дриллинг Флюидз Инк". Измерения производят как на свежем материале, так и на материале, прошедшем старение обработкой в течение 16 ч при 125^оС в служащей в качестве автоклава вращающейся печи.

Данные по свойствам свежего материала и прошедшего старение материала сведены в табл. 1.

П р и м е р 2. Повторяют пример 1 с той разницей, что готовят инвертный буровой раствор следующего состава, г:
Перегнанный сложный
эфир олеиновой кислоты,
имеющий следующую харак-
теристику: плотность (20^оС):
0,86 г/см³; вязкость (20^оС)
8-10 мП с; предел теку-
чести ниже минус 15^оС, точку
вспышки выше 185^оС; кислот- ное число ниже 1 мл 210
Органофильный бентонит
(торговый продукт GELTONE
фирмы "Бэройд Дриллинг Флюидз Инк") 6
Органофильный лигнит
(торговый продукт
DURATONE фирмы "Бэройд Дриллинг Флюидз Инк") 13 Известь 1
Эмульгатор типа вода в масле
(торговый продукт EZ-MUL
фирмы "Бэройд Дриллинг Флюидз Инк") 3
Эмульгатор на основе
ирных кислот (торговый
продукт INVERMUL фирмы
"Бэройд Дриллинг Флюидз Инк") 6 Барит 210
Насыщенный водный раствор хлорида кальция 58,2
Данные по свойствам свежего материала и прошедшего старение материала сведены в табл. 2.

Формула изобретения

1. ЖИДКАЯ ФАЗА ИНВЕРТНОГО БУРОВОГО РАСТВОРА ТИПА ВОДА В МАСЛЕ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, содержащая углеводородную фазу, включающую сложные эфиры и дисперсную водную фазу, отличающаяся тем, что в качестве углеводородной фазы, включающей сложные эфиры, она содержит сложный эфир моноатомных спиртов с 2 12 углеродными атомами и монокарбоновой кислоты с 16 24 углеродными атомами, имеющих одну или несколько ненасыщенных олефиновых связей, обладающий текучестью в интервале температур от 0 до 5^oС, при следующем соотношении компонентов, мас.

Сложный эфир моноатомных спиртов с 2 12 углеродными атомами и монокарбоновой кислоты с 16 24 углеродными атомами, имеющих одну или несколько ненасыщенных олефиновых связей 55 95
Дисперсная водная фаза 5 45
причем в области температур от 0 до 5^oС эфиры сохраняют вязкость по Брукфильду не более 55 МПас и температуру кристаллизации ниже 10^oС, а температуру вспышки выше 100^oС.

2. Фаза по п. 1, отличающаяся тем, что сложный эфир моноатомных спиртов с 2 12 углеродными атомами и имеющий одну и/или несколько ненасыщенных олефиновых связей монокарбоновой кислоты с 16 24 углеродными атомами содержат в качестве монокарбоновой кислоты линейную кислоту растительного и/или животного происхождения.

3. Фаза по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что сложный эфир моноатомных спиртов с 2 12 углеродными атомами и имеющий одну и/или несколько ненасыщенных олефиновых связей монокарбоновой кислоты с 16 24 углеродными атомами содержит в качестве моноатомного спиртового остатка эфира производное линейного и/или разветвленного насыщенного спирта с 3 7 углеродными атомами.

РИСУНКИ

Рисунок 1