Влияние солей одно- и двухвалентных металлов на эффективность смазочных добавок к буровым растворам

Influence of one- and two-valent metals on efficiency of lubrication additives for drilling solutions

G. ISHBAEV, BURINTEKH, Ltd., R. ASADULLIN, Rosneft-Burenie Co Ltd. Usinsk Branch,
M. DILMIEV, A. MAYDANOVA, S. LOZHKIN, V. GORPINCHENKO, BURINTEKH, Ltd.

В статье приведены результаты испытания новой смазочной добавки «БЛ ЭКО-САЛТ», показывающей высокую эффективность в условиях солевой агрессии, а также сравнение с традиционными смазывающими добавками.

The article gives test results of new lubrication additive «BL Eco-Salt», showing high efficiency in salt aggression conditions, and comparison with traditional lubrication additives.

При бурении нефтяных и газовых скважин, как правило, возникают большие крутящие моменты и высокие силы трения бурового инструмента о стенки скважины. Для их снижения применяются специальные смазочные добавки для буровых растворов с улучшенными антиприхватными и поверхностно-активными свойствами. Многие из существующих смазочных добавок, как показывает опыт промыслового применения, теряют свою эффективность как при бурении солевых отложений с использованием соленасыщенного бурового раствора, так и при загрязнении бурового раствора вследствие разбуривания пород, слагаемых солями двухвалентных металлов, и в частности солями кальция.

Актуальной задачей является разработка смазочных добавок на основе производных растительных масел как доступного и дешевого сырья. Данные продукты олеохимии сохраняют свою эффективность в растворах с большой концентрацией солей одно- и двухвалентных металлов, а также выдерживают воздействие высоких температур вплоть до 160°С. Обладая высокой способностью к эмульгированию в водной фазе буровых растворов, такие реагенты образуют плотные смазочные слои, устойчивые в условиях тангенциальных и нормальных нагрузок и тем самым способствуют существенному снижению коэффициента трения.

Табл. 1. Базовые буровые растворы для испытаний

Для лабораторных испытаний приготовлено 2 рецептуры смазочных добавок:

традиционная смазочная добавка (представляет собой традиционно используемую смесь жирных кислот и эмульгаторов в инертном углеводородном носителе);
смазочная добавка «БЛ ЭКО-САЛТ» – композиция эфиров жирных кислот различного химического строения. Применение эфиров жирных кислот в разработанной добавке обеспечивает формирование более прочных адсорбированных слоев, по сравнению с традиционными смазочными добавками, т. к. данные соединения обладают способностью к хемосорбции в результате взаимодействия гидрофильных групп (полярных или анионных) с окисными пленками металлической поверхности.

Смазывающая способность тестируемых добавок определялась на тестере предельного давления и смазывающей способности «LUBRICITY TESTER» модели 21200 фирмы «OFITE» (США).

Для установления эффективности смазочных добавок в условиях, приближенных к скважинным, растворы со смазочными добавками термостатировались в течение 16 ч при температуре 90°С.

В результате экспериментов получены следующие данные по влиянию смазочных добавок на коэффициент трения в растворах с одно- и двухвалентными солями (табл. 2, рис. 1).

Рис. 1. Эффективность смазочных добавок по смазывающей способности в базовых буровых растворах

Табл. 2. Эффективность по снижению коэффициента

трения при добавлении в буровой раствор 1% по объему смазочной добавки

В пресном растворе, не содержащем солей одно- и двухвалентных металлов, как традиционная смазочная добавка, так и «БЛ ЭКО-САЛТ» показали высокие результаты. Коэффициент трения пары «металл-металл» снижается на 80 и 90% соответственно.

Испытания исследуемых добавок в растворе NaCl Polymer показали, что традиционная смазочная добавка неэффективна в соленасыщенных растворах. Снижение динамического коэффициента трения раствора с ней составляет 30%.

Смазочная добавка «БЛ ЭКО-САЛТ» на основе эфиров жирных кислот различного строения показала высокую эффективность в соленасыщенном растворе – снижение коэффициента трения составило более 90%.

В растворе, насыщенном ионами Са²⁺, традиционная смазочная добавка также теряет свою эффективность (табл. 2, рис. 1). В то же время применение смазочной добавки «БЛ ЭКО-САЛТ» в растворе CaCl₂ Polymer позволяет снизить динамический коэффициент трения на 92% по сравнению с исходным раствором. Необходимо отметить, что «БЛ ЭКО-САЛТ», в отличие от традиционной смазочной добавки, не теряет своей эффективности при высоких температурах.

Еще одно важное преимущество смазочной добавки «БЛ ЭКО-САЛТ» – более низкая пенообразующая способность в растворе по сравнению с традиционной смазочной добавкой. Установлено, что введение изучаемых смазочных добавок в буровой раствор не вызывает значительных изменений его структурно-механических (реологических) параметров (табл. 3, 4).

Табл. 3. Влияние исследуемых смазочных добавок в концентрации 1% по объему на параметры базового раствора NaCl Polymer

Табл. 4. Влияние исследуемых добавок в концентрации

1% по объему на параметры базового раствора

CaCl₂ Polymer

Таким образом, большая концентрация ионов одно- и двухвалентных металлов в буровом растворе приводит к значительному снижению эффективности традиционных смазочных добавок, а улучшенный состав «БЛ ЭКО-САЛТ» позволяет сохранять высокие показатели смазывающей способности даже в таких агрессивных условиях.

Влияние солей одно- и двухвалентных металлов на эффективность смазочных добавок к буровым растворам

Комментарии