Інгібітори набухання глин для бурової промисловості
Власники патенту UA 2553812:
Група винаходів відноситься до інгібування гідратації глин при операціях буріння та будівництві свердловин. Технічний результат - ефективне пригнічення гідратації глин, стабільність інгібітора при температурі навколишнього середовища, розширення сировинної бази за рахунок відходів. Спосіб інгібування гідратації глин при операціях буріння, що включає застосування бурового розчину на водній основі, що містить приблизно від 0,02 до приблизно 5% по масі біс-гексаметилентріаміну, солей біс-гексаметилентріаміну або їх сумішей як інгібітор гідратації. 3 зв. та 7 з.п. ф-ли, 1 табл., 1 іл.
Область техніки, до якої належить винахід
Даний винахід відноситься до способу інгібування гідратації глин при операціях буріння, що включає застосування бурового розчину на водній основі, що містить інгібітори гідратації, для бурової промисловості, тобто. для продуктів, які є ефективними щодо інгібування набухання глин (також званих глинистими сланцями), що контактують з рідинами, що застосовуються при бурінні та будівництві нафтових та газових свердловин у нафтовидобувній промисловості.
Інгібітори гідратації глин (також звані інгібіторами глин або інгібіторами гідратації) згідно з цим винаходу являють собою біс-гексаметилентріамін та його солі.
Передумови створення винаходу
При роторному бурінні свердловин буровий розчин циркулює підземною свердловиною, переносячи уламки вибуреної породи від бурового долота до поверхні. Одночасно буровий розчин охолоджує та очищає бурове долото, зменшує тертя між бурильною колоною та пробуреною свердловиною та стабілізує необсаджений інтервал стовбура свердловини.Зазвичай бурові розчини утворюють малопроникний осад фільтрації для усунення будь-якої проникності, пов'язаної з навколишніми геологічними формаціями.
Бурові розчини можна класифікувати за їх рідкою основою: розчини на нафтовій основі, які містять тверді частинки, суспендовані в безперервній нафтовій фазі і, можливо, воду або розсіл, емульговані в нафті. Як альтернатива, бурові розчини на водній основі містять тверді частинки, суспендовані у воді або в розсолі. До бурових розчинів на водній основі можуть бути додані (навмисно або інакше) та інші компоненти: а) органічні або неорганічні колоїди, такі як глини, що застосовуються для надання в'язкості та фільтраційних властивостей; b) розчинні солі або нерозчинні неорганічні мінерали, що застосовуються для збільшення густини розчину; c) для надання інших бажаних властивостей можуть бути додані інші необов'язкові компоненти - такі як дисперсанти, змащувальні засоби, інгібітори корозії, піногасники або поверхнево-активні речовини; d) при операціях буріння у буровому розчині можуть диспергуватися тверді речовини навколишньої породи.
Тверді речовини, що диспергуються в буровому розчині, включають вибурені уламки породи, грунт і твердий матеріал з навколишньої нестійкої формації. Коли з породи відокремлюються тверді матеріали, що являють собою набряку глину, можливе несприятливе збільшення тривалості буріння, що підвищує витрати. Глини зазвичай складаються із шарів, які мають відкриті поверхневі гідроксили. Багатовалентні атоми можуть створювати негативний потенціал на поверхні глини і в цьому випадку катіони можуть адсорбуватися на цій поверхні. Може відбуватися обмін цих катіонів. Замінні зміни вглинистої структурі і присутність катіонів, що замінюються, впливає на здатність глини набухати у воді. Наприклад, поверхнева гідратація сприяє набуханню молекулами води, адсорбованими на поверхнях глин. Таким чином можуть набухати глини всіх типів.
Заявка на патент США № 2007/0207932 (Merli et al.) відноситься до способу інгібування гідратації глин при операціях буріння, що включає застосування бурового розчину на водній основі, що містить 1,2-циклогександиамін і/або його солі.
В одному аспекті даний винахід являє собою спосіб інгібування гідратації глин при операціях буріння, що включає застосування бурового розчину на водній основі, що містить від приблизно 0,2 до приблизно 5% по масі інгібітора гідратації, який містить біс-гексаметилентріамін, сіль біс-гексаметилентриаміна або їх суміші.
В іншому аспекті даний винахід являє собою спосіб інгібування гідратації глин при операціях буріння, що включає застосування бурового розчину на водній основі, що містить від приблизно 0,02 до приблизно 5% по масі інгібітора гідратації, який містить біс-гексаметилентріамін, сіль біс-гексаметилентриамі або їх суміші.
В іншому аспекті даний винахід являє собою інгібітор гідратації, що містить не менше 10% маси гідрохлоридної солі біс-гексаметилентріаміну.
У ще одному іншому аспекті даний винахід являє собою буровий розчин на водній основі, що містить від 2,2 до 5% маси інгібітора гідратації, що містить не менше 10% масою біс-гексаметилентріаміну, солей біс-гексаметилентріаміну або їх сумішей.
Крім того, даний винахід являє собою буровий розчин на водній основі, що містить від 0,02 до 5%масі біс-гексаметилентріаміну, солей біс-гексаметилентріаміну або їх сумішей.
Короткий опис креслень
Приклади наведені, як описано нижче та проілюстровано на кресленні.
Наступні абревіатури, використані на кресленні, позначають інгібітор набухання глин, що міститься у буровому розчині.
KCl – хлорид калію від Aldrich Chemicals Co.
BHTb - гідрохлоридна сіль висококиплячого побічного продукту очищення гексаметилендіаміну, що містить 24,5% за масою біс-гексаметилентріаміну (Bhtb), отриманого за допомогою додавання 53,4 г 30% по масі HCl і 7 г води до 39,5 г Bht близько 10)
HMDA - гідрохлоридна сіль гексаметилендіаміну, отримана за допомогою додавання 30%-ної за масою HCl до гексаметилендіаміну (98%, від Aldrich Chemicals Co.) до pH близько 10.
BHT - гідрохлоридна сіль біс-гексаметилентріаміну, отримана за допомогою додавання 30%-ної за масою HCl до біс-гексаметилентріаміну (98%, від Aldrich Chemicals Co.) до pH близько 10.
BHT+HMDA - суміш гідрохлоридних солей біс-гексаметилентріаміну та гексаметилендіаміну (24,5% за масою і 56,3% за масою, відповідно) у воді, отримана за допомогою додавання 30%-ної за масою HCl до суміші амінів до рН близько 10.
На Фіг. 1 наведено кінцеві значення, отримані при тесті з набуханням бентоніту. На Фіг. 1 абревіатура AHR означає "After Hot Rolling" ("після перемішування з перекочуванням у гарячому стані").
Докладний опис винаходу
В даний час було виявлено, що біс-гексаметилентріамін та його солі позитивно впливають на стабілізацію набухання глин. Біс-гексаметилентріамін та його солі проявили себе чудовими інгібіторами набухання глин для нафтової промисловості, здатними ефективно інгібувати набухання.глин у підземних пластах.
Тому основним предметом цього винаходу є спосіб інгібування гідратації глин при операціях буріння, що включає застосування бурового розчину, що містить від 0,2 до 5% по масі (переважно, від 0,5 до 3% по масі) інгібітора гідратації, що містить не менше 10% по масі біс-гексаметилентріаміну, солей біс-гексаметилентріаміну або їх суміші, що відповідає способу, в якому буровий розчин на водній основі містить від 0,02 до 5% по масі (переважно від 0,05 до 3% по масі) біс -гексаметилентріаміну, солей біс-гексаметилентріаміну або їх суміші
Згідно з кращим аспектом цього винаходу зазначений буровий розчин на водній основі містить від 0,04 до 5% за масою біс-гексаметилентріаміну, солей біс-гексаметилентріаміну або їх суміші.
У ще одному іншому аспекті даний винахід являє собою буровий розчин на водній основі, що містить від 0,2 до 5% маси (переважно, від 0,5 до 3% масою) інгібітора гідратації, що містить не менше 10% масою біс- гексаметилентріаміну, солей біс-гексаметилентріаміну або їх суміші; згідно з цим аспектом буровий розчин на водній основі містить від 0,02 до 5% за масою (переважно, від 0,05 до 3% за масою) біс-гексаметилентріаміну, солей біс-гексаметилентріаміну або їх суміші.
Солі біс-гексаметилентріаміну, застосовні для здійснення цього винаходу, є неорганічними або органічними; переважні солі являють собою солі, утворені з хлористоводневою кислотою, фосфорною кислотою, мурашиною кислотою, оцтовою кислотою (краще, з хлористоводневою кислотою).
Переважно всі аміногрупи біс-гексаметилентріаміну переведені в сольову форму.
Випробування напридатність, проведені на інгібіторах набухання глин згідно з цим винаходу та на інгібіторах набухання глин попереднього рівня техніки, виконували з водним розчином очищеної гідрохлоридної солі біс-гексаметилентріаміну (приблизно 98% за масою). Крім того, було виявлено, що, вигідним чином, інгібітор набухання глин згідно з цим винаходу може являти собою гідрохлоридну сіль висококиплячого побічного продукту очищення гексаметилендіаміну (продукт, комерційно відомий як донний залишок HMDA), який зазвичай містить змінні кількості біс-гексаметилентріаміну номером CAS 68411-90-5.
Гексаметилендіамін широко застосовують при виробництві нейлону 66; зазвичай його одержують за допомогою гідрогенізації адипонітрилу з наступною перегонкою продуктів реакції. Відгін гексаметилендіаміну залишає залишок (в цьому тексті званий «висококиплячим побічним продуктом очищення гексаметилендіаміну» або «донним залишком HMDA»), який містить значну кількість біс-гексаметилентріаміну разом з гексаметилендіаміном, вищими поліамінами, водою та Na. В даний час данний залишок HMDA знаходить лише обмежене застосування.
В даний час було несподівано виявлено, що данний залишок HMDA і його солі можна застосовувати як дуже ефективний інгібітор гідратації глин для бурових розчинів на водній основі.
Було доведено, що біс-гексаметилентріамін сам по собі є дуже ефективним інгібітором гідратації, що демонструє ефективність, близьку до ефективності гексаметилендіаміну; крім того, сполуки, що містяться в донному залишку HMDA разом з гексаметилендіаміном та біс-гексаметилентріаміном, не надають несприятливого впливу на ефективність продукту.
Зазвичайвідповідний склад донного залишку HMDA є наступним (% за масою):