Водосовместимые гидравлические жидкости
Номер патента: 9185
Опубликовано: 28.12.2007
Авторы: Зазовский Александр, Дел Кампо Кристофер, Чжоу Цзянь, Фу Дайанкуй, Саламат Голчехрех, Ли Джесс
Формула / Реферат
1. Композиция для использования в масляной камере инструмента, включающая гидравлическое масло и секвестирующее воду поверхностно-активное вещество, где поверхностно-активное вещество образует мицеллы в гидравлическом масле.
2. Композиция по п.1, дополнительно включающая амфифильный сополимер.
3. Композиция по п.1, где поверхностно-активное вещество составляет по меньшей мере 1 об.% от композиции.
4. Композиция по п.1, где поверхностно-активное вещество составляет по меньшей мере 10 об.% от композиции.
5. Композиция по п.1, где поверхностно-активное вещество является неионным поверхностно-активным веществом.
6. Композиция по п.5, где неионное поверхностно-активное вещество представляет собой соединение, выбранное из группы, состоящей из полиоксиэтиленированных алкилфенолов, полиоксиэтиленированных спиртов, полиоксиэтиленированных полиоксипропиленгликолей, полиоксиэтиленированных меркаптанов и длинноцепочечных сложных эфиров карбоновых кислот.
7. Композиция по п.1, где поверхностно-активное вещество является ионным поверхностно-активным веществом.
8. Композиция по п.7, где ионное поверхностно-активное вещество представляет собой соединение, выбранное из группы, состоящей из бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия (АОТ), бромида дидодецилдиметиламмония (DDAB), бромида додецилтриметиламмония (DTAB) и додецилсульфата натрия (SDS).
9. Инструмент, включающий гидравлическую камеру и гидравлическую жидкость, заключенную в гидравлической камере, где гидравлическая жидкость содержит гидравлическое масло и секвестирующее воду поверхностно-активное вещество, где поверхностно-активное вещество образует мицеллы в гидравлическом масле.
10. Инструмент по п.9, где гидравлическая жидкость дополнительно включает амфифильный сополимер.
11. Инструмент по п.9, где инструментом является скважинный инструмент.
12. Инструмент по п.9, где скважинным инструментом является устройство, выбранное из испытателя пластовых флюидов, скважинного каротажного инструмента, скважинного датчика, скважинного трактора, сейсмодатчика для морской сейсморазведки, системы подводных мониторов и датчиков.
13. Способ защиты инструмента, включающий получение композиции гидравлической жидкости, содержащей гидравлическое масло и секвестирующее воду поверхностно-активное вещество, где поверхностно-активное вещество образует мицеллы в гидравлическом масле; и заполнение гидравлической камеры в инструменте композицией гидравлической жидкости.
14. Способ по п.13, где инструментом является скважинный инструмент.
15. Способ по п.14, где скважинным инструментом является устройство, выбранное из группы, состоящей из испытателя пластовых флюидов, скважинного трактора, скважинного каротажного инструмента и скважинного датчика.
Текст
009185 Данное изобретение относится к гидравлическим жидкостям, предназначенным для защиты оборудования, такого как скважинный инструмент, используемый при разведке нефти и газа и при их добыче. Говоря более конкретно, данное изобретение относится к гидравлическим жидкостям, которые могут защитить инструменты от неблагоприятного воздействия, возникающего в результате протечки воды в инструменты. Уровень техники Гидравлические жидкости используются в различных инструментах, в том числе в скважинном инструменте, используемом при разведке нефти и газа и при их добыче. Гидравлические жидкости в данных инструментах исполняют разнообразные функции, в том числе смазывание, передачу усилия, компенсацию давления и изоляцию различных электронных компонентов в инструментах. Например, электронные компоненты, которые играют важную роль при безопасной и функциональной эксплуатации инструмента, могут быть защищены в камере, заполненной диэлектрическим гидравлическим маслом. Несмотря на то, что варианты осуществления изобретения могут быть использованы для различных типов инструментов или оборудования, в следующем далее описании для иллюстрации используют скважинный инструмент. Специалист в соответствующей области техники должен понимать то, что использование скважинного инструмента имеет своей целью ясность иллюстрирования и не предполагает тем самым ограничивать объем изобретения. Фиг. 1 демонстрирует скважинный инструмент 101, размещенный в буровой скважине 102. Скважинным инструментом 101 может быть любой инструмент, который используют для бурения, каротажа,заканчивания или добычи из скважины, в том числе, например, компоновка нижней части бурильной колонны (которая может включать различные датчики для скважинных измерений в процессе бурения(MWD) или каротажа в процессе бурения (LWD, испытатель пластовых флюидов (например, инструмент MDT от компании Schlumberger Technology Corp, Хьюстон, Техас) и тому подобное. Скважинный инструмент 101 развертывают на канате, буровой штанге, TLC (оборудовании для выполнения каротажа на бурильных трубах) или гибких насосно-компрессорных трубах малого диаметра 103. Фиг. 2 демонстрирует сечение скважинного инструмента 101 в условиях эксплуатации. Скважинный инструмент 101, помимо прочего, может включать электронные компоненты 201, защищенные в камере, заполненной маслом, 202. Камеру, заполненную маслом, 202 заполняют подходящим гидравлическим маслом 203, таким как Exxon Univis J-2 6. Специалист в соответствующей области техники должен понимать то, что типы используемых масел не относятся к настоящему изобретению, и они не должны ограничивать объем изобретения. Камеру, заполненную маслом, 202 обычно изолируют от внешней среды при помощи уплотнения 204, которым могут являться уплотнительное кольцо, уплотнительная прокладка, клапанное седло и тому подобное. Скважинный инструмент в внутри скважины может подвергаться воздействию высоких температур(вплоть до 250 С) и высоких давлений (вплоть до 20000 фунт/дюйм 2). Высокие давления внутри скважины могут создавать значительный перепад давления по отношению к гидравлическим давлениям внутри скважинного инструмента. Такой перепад давления может привести к протечке скважинных флюидов в гидравлические секции инструмента. В дополнение к этому, высокие температуры в среде внутри скважины могут привести к выходу уплотнения из строя. Любое из данных состояний может в результате привести к возникновению протечки 205 скважинного флюида в камеру, заполненную маслом, 202. Скважинный флюид может включать значительные количества воды. Вода, протекшая в камеру, заполненную маслом, может превратиться в капли 206 захваченные маслом 203. Захваченная вода, в конечном счете, будет оседать в самую низкую часть камеры, заполненной маслом, 202, что продемонстрировано в виде воды 207. Захваченная вода 206 или осевшая вода 207 может создавать каналы проводимости, которые вызывают короткое замыкание в электронных компонентах 201. В дополнение к созданию коротких замыканий в электронных компонентах вода, захваченная в масляных камерах, может также вызывать разложение компонентов, которые не предназначались для попадания в контакт с водой, в особенности, при высоких температурах и высоких давлениях, обнаруживаемых внутри скважины. Например, в качестве изолирующих материалов для электронных компонентов в скважинном инструменте часто используют полиимиды. Полиимиды могут гидролизоваться водой в условиях высоких температур и высоких давлений. Подобным же образом продолжительное воздействие захваченной воды может привести к возникновению коррозии металлических деталей. Любой из данных неблагоприятных эффектов, в конечном счете, в результате будет приводить к выходу инструмента из строя или его неправильному функционированию, что будет дорого обходиться и может представлять опасность с точки зрения техники безопасности. Подход, направленный на предотвращение возникновения ущерба, обусловленного водой, скопившейся в нижней части камеры, заполненной маслом, заключается в добавлении в гидравлическое масло диэлектрической жидкости повышенной плотности, такой как FC-70 (Fluorinert от компании 3 М Specialty Materials из Сент-Пола в Миннесоте). Однако часто обнаруживается, что такие добавки (например,Fluorinert) оказывают негативное воздействие на эксплуатационные характеристики гидравлических жидкостей в инструменте. Кроме того, данный подход зависит от ориентирования забойной компоновки,-1 009185 и он может не срабатывать в условиях искривленной скважины. Другие подходы, направленные на предотвращение возникновения неблагоприятных эффектов,обусловленных протечкой воды в инструмент, включают идентифицирование местоположений потенциальных протечек и после этого разработку инструмента, позволяющего свести к минимуму риск возникновения протечек в данных местоположениях. Однако данный подход не всегда является безопасным при неумелом использовании. Поэтому существует потребность в дополнительных способах уменьшения или устранения неблагоприятных эффектов, обусловленных протечками воды в камеры, заполненные маслом, в скважинном инструменте. Краткое изложение изобретения Один аспект изобретения относится к композициям, предназначенным для использования в масляных камерах инструментов. Композиция, соответствующая одному варианту осуществления изобретения, включает гидравлическое масло; и поверхностно-активное вещество, где поверхностно-активное вещество присутствует в количестве, достаточном для образования мицелл в гидравлическом масле. Композиция дополнительно может включать амфифильный сополимер. Один аспект изобретения относится к инструментам, содержащим гидравлические масла, которые могут предотвратить возникновение неблагоприятных эффектов, обусловленных прстечкой воды в гидравлические камеры. Инструмент, соответствующий одному варианту осуществления изобретения,включает гидравлическую камеру и гидравлическую жидкость, заключенную в гидравлической камере,где гидравлическая жидкость содержит гидравлическое масло и поверхностно-активное вещество, где поверхностно-активное вещество присутствует в количестве, достаточном для образования мицелл в гидравлическом масле. Гидравлическая жидкость дополнительно может включать амфифильный сополимер. Один аспект изобретения относится к способам защиты инструмента. Способ, соответствующий одному варианту осуществления изобретения, включает получение композиции гидравлической жидкости, содержащей гидравлическое масло и поверхностно-активное вещество, способное образовывать мицеллы в гидравлическом масле; и заполнение гидравлической камеры в инструменте композицией гидравлической жидкости. Композиция гидравлической жидкости дополнительно может включать амфифильный сополимер. Другие аспекты и преимущества изобретения станут очевидными после ознакомления со следующим далее описанием изобретения и прилагаемой формулой изобретения. Краткое описание чертежей Фиг. 1 демонстрирует обычно используемую буровую систему, включающую скважинный инструмент, размещенный в буровой скважине; фиг. 2 - сечение скважинного инструмента, включающего гидравлическую камеру, содержащую гидравлическое масло, которое защищает электронные компоненты внутри инструмента; фиг. 3 иллюстрирует образование мицелл из поверхностно-активного вещества, соответствующего одному варианту осуществления изобретения; фиг. 4 - диаграмму фазовых переходов для системы вода-масло-поверхностно-активное вещество,соответствующей одному варианту осуществления изобретения; фиг. 5 демонстрирует результаты испытаний на вязкость при различных температурах для системы масло-поверхностно-активное вещество, соответствующей одному варианту осуществления изобретения,в сопоставлении с результатами для соответствующего масла. Подробное описание Варианты осуществления изобретения относятся к композициям и способам, предназначенным для предотвращения или сведения к минимуму проблем, связанных с протечкой воды в гидравлические камеры инструментов. Варианты осуществления изобретения могут быть использованы сами по себе или могут быть использованы совместно с другими решениями, известными из уровня техники, нацеленными на предотвращение возникновения неблагоприятных эффектов, обусловленных протечкой воды в инструменты. Варианты осуществления изобретения базируются на способности определенных поверхностно-активных веществ (детергентов) образовывать обращенные мицеллы в гидравлических маслах. Следует отметить, что термины поверхностно-активное вещество и детергент в данном описании изобретения используются взаимозаменяющим образом. Поверхностно-активные вещества в предшествующем уровне техники использовали для получения очищающего действия (например, в бензине для очищения карбюратора). Такие варианты использования часто включают относительно небольшие количества добавок поверхностно-активных веществ. В противоположность этому, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к использованию количеств поверхностно-активных веществ, достаточных для образования мицелл в гидравлических жидкостях в целях изоляции воды. Эти мицеллы будут образовывать микроэмульсии тогда, когда они повстречают воду. В данном варианте использования поверхностно-активные вещества применяют в количествах, превышающих критические концентрации мицеллообразования поверхностно-активных веществ. В определенных вариантах осуществления поверхностно-активные вещества используют с концентрациями, составляющими по меньшей мере приблизительно 1% (об.), предпочтительно по меньшей мере приблизительно 10% (об.).-2 009185 Обращенные мицеллы, образованные в гидравлических маслах, включают внутренние гидрофильные фазы и внешние гидрофобные оболочки. Внутреннюю гидрофильную фазу мицелл образуют гидрофильные концевые группы молекул поверхностно-активных веществ, в то время как внешнюю оболочку мицелл образуют гидрофобные хвосты молекул поверхностно-активных веществ. Внутренняя гидрофильная фаза может изолировать воду, которая протекает в камеры с гидравлическим маслом, в то время как гидрофобная оболочка способствует растворению мицелл в гидравлических маслах (то есть, предотвращает фазовое разделение). Фиг. 3 демонстрирует схематическое изображение образования мицелл из молекул поверхностноактивных веществ 301. Молекулы поверхностно-активных веществ образуют мицеллу 302 в масле 303. Гидрофильные концевые группы молекул поверхностно-активных веществ образуют гидрофильную внутреннюю фазу мицеллы 302, в то время как гидрофобные хвосты молекул поверхностно-активных веществ образуют гидрофобную оболочку, которая взаимодействует с маслом. Гидрофильная внутренняя фаза мицеллы изолирует воду 304, которая протекла в масляную камеру, предотвращая свободное плавание водных капель в масле. Как показано, гидрофобные оболочки мицелл также предотвращают образование непрерывной водной фазы в объеме масла; в свою очередь, это предотвращает образование канала электрической проводимости между электрическими компонентами. Таким образом, становится возможным предотвращение возникновения неисправностей, обусловленных коротким замыканием в электрических схемах. В дополнение к этому, поскольку вода, захваченная в масляных камерах, изолируется в мицеллах, также обеспечивается защита и для компонентов инструментов, которые в противном случае могли бы подвергнуться разложению (например, полиимидные изолирующие материалы) или подвергнуться коррозии (например, металлические детали) под действием захваченной воды. Способ, соответствующий вариантам осуществления изобретения, делает возможной изоляцию определенного объема воды, вне зависимости от его происхождения, что делает функционирование инструмента более надежным. Количество воды, которое может быть изолировано, зависит от количества и типа поверхностно-активных веществ и полимера, типа масел и определенных факторов окружающей среды (например, температуры). Может оказаться и так, что по истечении продолжительного периода эксплуатации количество протекшей воды может превысить емкость мицелл по изоляции. Поэтому рекомендуется периодически проводить осмотр инструментов, а масло необходимо заменять, как только фаза захваченной воды достигнет определенного критического уровня. Подходящее поверхностно-активное вещество, будучи добавленным к гидравлическому маслу, может образовывать мицеллы, включающие внутреннюю гидрофильную фазу и внешнюю гидрофобную фазу. Таким образом образовавшиеся мицеллы в масле будут стабильны, так что они не будут агрегироваться и выделяться из масла. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения поверхностноактивными веществами являются те соединения, которые могут образовывать микроэмульсии. Микроэмульсия образует термодинамически стабильное гомогенное масло, которое не будет разделяться с течением времени. Структура молекулы поверхностно-активного вещества, способной образовывать мицеллы, относящиеся к описанному выше типу, включает две отличные друг от друга части: гидрофильную концевую группу, обладающую сродством к воде, и гидрофобный хвост, обладающий сродством к маслу или гидрофобным соединениям. Примеры подходящих поверхностно-активных веществ включают ионные поверхностно-активные вещества и неионные поверхностно-активные вещества. Ионные поверхностноактивные вещества могут включать, например, бромид дидодецилдиметиламмония (DDAB), бис(2 этилгексил)сульфосукцинат натрия (АОТ), бромид додецилтриметиламмония (DTAB), додецилсульфат натрия (SDS), а неионные детергенты могут включать, например, полиоксиэтиленированные алкилфенолы, полиоксиэтиленированные неразветвленные спирты, полиоксиэтиленированные полиоксипропиленгликоли, полиоксиэтиленированные меркаптаны, длинноцепочечные сложные эфиры карбоновых кислот (например, глицериловые и полиглицериловые сложные эфиры природных жирных кислот), пропиленгликоль, сорбит и полиоксиэтиленированные сложные эфиры сорбита, сложные эфиры полиоксиэтиленгликоля, алканоламины (диэтаноламиновый, изопропаноламиновый конденсаты с жирными кислотами) и сложные эфиры на основе глицерина, сорбита и пропиленгликоля. Эти поверхностно-активные вещества в масле могут образовывать обращенные мицеллы. Однако,если концентрация поверхностно-активного вещества в масле будет недостаточной, молекулы поверхностно-активного вещества не будут агрегироваться в мицеллы. Вместо этого поверхностно-активные вещества будут растворяться в масле в виде мономеров или низших олигомеров. После перехода через минимальную критическую концентрацию, которая имеет свое значение для каждого поверхностноактивного вещества, молекулы поверхностно-активного вещества будут агрегироваться с образованием мицелл. Критическая концентрация, выше которой могут образовываться мицеллы, называется критической концентрацией мицеллообразования (ККМ), и она относится к неотъемлемым свойствам каждого поверхностно-активного вещества. Специалист в соответствующей области техники должен знать, что ККМ для конкретного поверхностно-активного вещества также может зависеть и от других факторов в системе. Например, добавление амфифильных блок-сополимеров, которое описывается далее, может привести к значительному уменьшению концентрации поверхностно-активного вещества, необходимой-3 009185 для формирования микроэмульсий. В соответствии с этим, ККМ, используемая в данном описании изобретения, определяется рассматриваемой системой. Однако, если будет выбрана конкретная система, то тогда специалист в соответствующей области техники должен будет понимать то, что ККМ для конкретной системы можно будет легко определить. Количество воды, которое может быть абсорбировано во внутренней фазе мицелл, зависит от фазового поведения мицеллярного раствора. Фиг. 4 демонстрирует типичную тройную диаграмму для системы, состоящей из воды, масла и поверхностно-активного вещества. Вершины треугольника соответствуют чистым компонентам, то есть воде, маслу и поверхностно-активному веществу. Как показано, кривая 401 изображает границу фазового перехода, где однофазная область 402 встречается с двухфазной областью 403. В однофазной области 402 вода и масло образуют гомогенную фазу благодаря присутствию поверхностно-активного вещества, в то время как в двухфазной области 403 фазы воды и масла разделяются вследствие недостаточности количества поверхностно-активного вещества. Следует отметить,что местоположение кривой 401 зависит от нескольких факторов, в том числе от типа поверхностноактивного вещества и типа масла в системе. Фиг. 4 также иллюстрирует фазовый переход в тройной системе вода-масло-поверхностно-активное вещество. В случае добавления поверхностно-активного вещества к чистому маслу в точке 1 смесь будет иметь состав, проиллюстрированный точкой 2, который соответствует одной гомогенной фазе. Данная смесь может постепенно поглощать воду (например, воду, протекающую в масляную камеру) и, в конечном счете, достигать точки 3, в которой емкость поверхностно-активного вещества (мицелл) по изоляции воды насыщается. В случае попадания в систему большего количества воды смесь переходит в двухфазное состояние, поскольку емкость мицелл по изоляции воды будет превышена. Таким образом, пунктирная линия 404, которая проходит через точку 3 параллельно стороне Поверхностно-активное вещество Масло, указывает на максимальное количество воды, которое может быть изолировано с использованием данной конкретной системы. Специалист в соответствующей области техники должен понимать то,что количественные характеристики данного фазового поведения, помимо прочего, зависят от температуры, солесодержания, типа гидравлического масла, типа поверхностно-активного вещества и концентрации поверхностно-активного вещества. Кроме того, специалисты в соответствующей области техники должны понимать то, что в скважинном оборудовании вода может содержать и другие соединения, которые могут оказывать влияние на то количество воды, которое можно будет изолировать при использовании конкретной системы. Первая стадия солюбилизации в смеси, содержащей поверхностно-активное вещество вода в масле, заключается в захвате воды в ядро мицеллярной структуры. Тогда, когда количество воды достигнет определенного уровня, образуется небольшая капелька воды, и образуется микроэмульсия вода в масле. В ходе данного процесса формируется прозрачная и термодинамически стабильная суспензия в виде эмульсии, характеризующейся небольшими диаметрами капель (например, в диапазоне 10-100 нм). Данные эмульсии могут включать микроэмульсии и/или макроэмульсии. Функциональные возможности и форма микроэмульсии или макроэмульсии зависят от характеристик систем поверхностно-активных веществ, в особенности от значений гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) поверхностно-активных веществ. Было обнаружено, что максимальная способность солюбилизации воды при формировании микроэмульсии вода в масле может быть достигнута для ГЛБ в диапазоне от 8,5 до 11. Данный диапазон очень сильно отличается от соответствующего диапазона для макроэмульсий. Макроэмульсии вода в масле предположительно формируются для смесей, содержащих поверхностно-активное вещество, в диапазоне ГЛБ 3-6, в то время как макроэмульсии масло в воде в общем случае формируются в диапазоне ГЛБ 10-18. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения при получении микроэмульсий используют поверхностно-активные вещества, характеризующиеся величиной ГЛБ в диапазоне от приблизительно 8,5 до приблизительно 11. Микроэмульсии вода в масле термодинамически стабильны и не будут отделяться из раствора с течением времени. Однако микроэмульсии вода в масле в общем случае характеризуются меньшей способностью секвестировать воду по сравнению с макроэмульсиями вода в масле. Тем не менее, некоторые системы могут образовывать микроэмульсии при объемных соотношениях воды к маслу, превышающих 40%. Переход от прозрачного раствора к мутному является индикатором превышения максимальной способности солюбилизации воды. В дополнение к этому, скорости солюбилизации воды уменьшаются по мере того, как система приближается к максимальной способности солюбилизации воды. Таким образом, либо появление мутности, либо медленные скорости солюбилизации воды могут быть использованы в качестве индикатора того, что система масло-поверхностно-активное вещество в скважинном инструменте должна быть заменена. Варианты осуществления изобретения будут дополнительно описаны при использовании следующих далее рабочих примеров. Пример 1. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения получали состав для операций с использованием гибких насосно-компрессорных труб малого диаметра. В составе могут быть использованы различные неионные поверхностно-активные вещества. Примеры неионных детергентов включаютPOLYSTEP F-1 и POLYSTEP F-3, доступные в компании Stepan Co. (Нортфильд, Иллинойс). Данные поверхностно-активные вещества растворимы в большинстве гидравлических масел, таких как турбинное масло Aeroshell 506 от компании Shell Lubricants (Хьюстон, Техас), и они могут формировать прозрачный раствор без заметного изменения визуальных характеристик гидравлических масел. Один способ оценки способности детергента секвестировать воду заключается в проведении измерений проводимости при добавлении в систему воды. Результаты по измерению проводимости для раствора (5% (об.) POLYSTEP F-1 + 5% (об.) POLYSTEP F-3 в турбинном масле Aeroshell 560) при дополнительном растворении воды продемонстрированы в следующей далее таблице. Таблица 1. Проводимость для системы жидкости (мкСм/см) при добавлении различной водной фазы Предельное значение для прибора по проведению испытания на проводимость составляет 0,1 мкСм/см. Начало образования макроэмульсии. Макроэмульсия. Ссылка: водопроводная вода Sugar Land, 560 мкСм/см; водный раствор, содержащий 2% KCl, 31000 мкСм/см. Важный аспект изобретения заключается в том, что система поверхностно-активное веществомасло может поглощать определенное количество воды без образования проводящей жидкости, что, таким образом, уменьшает вероятность возникновения контура короткого замыкания, обусловленного повышенной проводимостью воды. Табл. 1 четко демонстрирует то, что система поверхностно-активное вещество-масло может выдерживать присутствие значительного количества воды. Основываясь на результатах, продемонстрированных в табл. 1, можно сказать, что данная система поверхностно-активное вещество-масло может секвестировать вплоть до 3% воды в результате образования микроэмульсий вне зависимости от типа воды (то есть, при любой концентрации солей). В случае наличия более 3% воды система все еще сможет секвестировать воду, но в результате образования макроэмульсий. Дополнительные испытания продемонстрировали то, что при низких концентрациях воды смесь вода/масло/поверхностно-активное вещество остается гомогенным микроэмульсионным раствором и является непроводящей (0,1 мкСм/см). Если уровень содержания воды увеличится до 4%, то тогда смесь начнет образовывать макроэмульсию, и в ходе данного перехода будет наблюдаться появление определенной проводимости. Однако проводимость смеси все еще будет меньше 0,1% проводимости добавленного водного раствора, что говорит о том, что система все еще демонстрирует эффективность в отношении изоляции воды. Дальнейшее добавление воды приведет в результате к формированию макроэмульсий, и проводимость системы уменьшится опять. В результате надлежащего выбора поверхностноактивных веществ можно разработать систему поверхностно-активное вещество-масло, которая выдерживала бы наличие повышенных уровней содержания воды. В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления изобретения составы маслоповерхностно-активное вещество не должны изменять свойств гидравлических масел, в особенности вязкости жидкости. Фиг. 5 демонстрирует результаты реологических измерений для системы, содержащей Aeroshell 560, 5% POLYSTEP F-1 и 5% POLYSTEP F-3, соответствующей одному варианту осуществления изобретения. Очевидно, что вязкость данной смеси поверхностно-активное вещество-5 009185 масло (кривая 51) является, по существу, той же самой, что и у оригинального масла (кривая 52). Дополнительные испытания продемонстрировали то, что смесь обладает реологическими характеристиками,подобными тем, что имеет чистое масло при низких температурах (-40, -30 и -10 С). Кроме того, согласно результатам, полученным на приборах для измерения реологических характеристик, коэффициенты расширения для данной смеси также подобны соответствующим параметрам оригинального масла. Поэтому предполагается, что система поверхностно-активное вецество-масло, соответствующая вариантам осуществления изобретения, не будет ухудшать эксплуатационные характеристики (или оказывать влияние на предполагаемые функции) гидравлических масел. Лабораторное испытание для вышеупомянутой смеси Aeroshell/поверхностно-активное вещество в скважинном инструменте в течение продолжительного периода времени проводили с целью определения того, существует ли какая-либо долговременная несовместимость между смесью и внутренними компонентами инструмента. В инструмент загружали приблизительно 2,0 л смеси, а после этого он функционировал на стендах для инструмента. Продолжительность испытания была равна 13 ч, а пройденное расстояние составляло 24000 фута. Это эквивалентно приблизительно 5 скважино-операциям в условиях эксплуатации. В ходе данного испытания не было отмечено появления каких-либо неисправностей или неправильного функционирования инструмента. Пример 2. Второй состав для операций с использованием гибких насосно-компрессорных труб малого диаметра получали при использовании коммерческих продуктов, таких как POLYSTEP TD-3 и POLYSTEPAeroshell 560, и они формируют прозрачный раствор без какого-либо заметного изменения визуальных характеристик. Измерения проводимости для раствора (5 % POLYSTEP TD-3 + 5% POLYSTEP TD-6 в турбинном масле Aeroshell 560) показали, что получающаяся в результате жидкость не обнаруживала наличия измеримой проводимости при добавлении вплоть до 8% водопроводной воды. Таким образом,данный состав способен защитить электронные компоненты скважинного инструмента от возникновения коротких замыканий, обусловленных протечкой воды в гидравлические камеры. Пример 3. Третий состав получали для скважинного инструмента, спускаемого на канате. Использованными поверхностно-активными веществами являлись коммерческие продукты, такие как POLYSTEP F-1 иPOLYSTEP F-3 от компании Stepan Co. Данные поверхностно-активные вещества растворимы в гидравлическом масле J26 от компании Exxon, и они формируют прозрачный раствор без заметного изменения визуальных характеристик. Измерение проводимости для раствора дало значение, меньшее 1 мкСм/см, в то время как для воды получили 550 мкСм/см. Данный результат демонстрирует то, что данный состав является вполне эффективным в отношении изоляции воды. Для того, чтобы оценить способность вышеупомянутого состава растворять воду, провели испытания с добавлением различных количеств воды в различные пробирки, каждая из которых содержала 20 мл подвергаемой испытанию смеси. Жидкость оставалась прозрачной при добавлении 0,5 мл (2,5%) воды, и ее проводимость оставалась той же самой, что и у чистого масла. Добавление 1 мл (5%) воды в результате приводило к получению слегка мутного раствора, что свидетельствует о потенциальном формировании макроэмульсий. Однако никаких признаков увеличения проводимости не отмечалось. Добавление 2 мл (10%) воды в результате приводило к получению мутного раствора, свидетельствуя о формировании макроэмульсий. Для проверки стабильности систем поверхностно-активное вещество-масло, содержащих воду и соответствующих вариантам осуществления изобретения, данные образцы хранили в печи при 170F в течение периода времени продолжительностью в одну неделю. Образец, содержащий 2,5% воды, оставался прозрачным, в то время как другие образцы начинали разделяться на две фазы. Обе фазы были непроводящими и оставались прозрачными после остывания до комнатной температуры, что говорит о том, что обе фазы представляют собой микроэмульсии воды, но с различными концентрациями либо поверхностно-активных веществ, либо воды, либо того и другого. Способность системы поверхностно-активное вещество-масло, соответствующей вариантам осуществления изобретения, защищать инструмент от коррозии, вызываемой водой, подвергали испытаниям в результате размещения детали из углеродистой стали в растворе, содержащем Aeroshell 560, 10%POLYSTEP F-1 и 10% POLYSTEP F-3 в стакане из материала Teflon в толстостенном сосуде для отбора проб бурового раствора (сосуде высокого давления из нержавеющей стали) и нагреваемом при 300F, на период времени продолжительностью вплоть до 7 дней. Результаты данных испытаний обобщены в табл. 2:-6 009185 Таблица 2. Испытания на коррозионную стойкость (относительная потеря массы в течение 7 дней при 300F в сопоставлении с чистым маслом (скорость = 1 Из табл. 2 с очевидностью следует то, что поверхностно-активное вещество способствует защите углеродистой стали от коррозии, обусловленной действием соленой воды. Данные результаты свидетельствуют о том, что системы поверхностно-активное вещество-масло, соответствующие вариантам осуществления изобретения, способны эффективно продлевать сроки службы скважинного инструмента. Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к использованию поверхностноактивных веществ и сополимеров при изоляции воды в маслах. Как уже указывалось выше, амфифильные блок-сополимеры известны своей способностью увеличивать эффективность формирования микроэмульсий в системах вода-масло-поверхностно-активное вещество. Микроэмульсии представляют собой термодинамически стабильные дисперсии, образованные водой, маслами и поверхностно-активными веществами. Термодинамическая стабильность микроэмульсионной системы является результатом баланса между низкой положительной энергией межфазного взаимодействия и отрицательной энтропией дисперсии,что при образовании микроэмульсии приводит к получению нулевой и отрицательной результирующей свободной энергии. Амфифильные сополимеры могут растворяться в микроэмульсиях с непрерывной фазой масла (то есть, обращенных микроэмульсиях), при этом гидрофильные части будут погружены в водные капли, а гидрофобные части будут находиться в масляной фазе. Таким образом, амфифильные сополимеры могут стабилизировать микроэмульсии. В результате для образования микроэмульсий будут требоваться пониженные концентрации поверхностно-активных веществ, и получающиеся в результате микроэмульсии будут более термодинамически стабильны. Несмотря на то, что в связи с настоящим изобретением могут быть использованы любые подходящие амфифильные сополимеры, предпочтительными являются сополимеры, следующие далее: сополимер поли(додецилметакрилат)-поли(этиленгликоль) и сополимер поли(диметилсилоксан)-поли(этиленоксид). Несмотря на то, что в приведенном выше описании для иллюстрации вариантов осуществления изобретения используют одно поверхностно-активное вещество, специалист в соответствующей области техники должен понимать, что также может быть использована и смесь двух или более поверхностноактивных веществ. В дополнение к этому, поверхностно-активное вещество (вещества) может быть использовано в присутствии или в отсутствие одного или нескольких амфифильных сополимеров. Преимущества вариантов осуществления изобретения могут включать нижеследующее: способ, соответствующий изобретению, может эффективно предотвращать возникновение короткого замыкания в электрических схемах между электрическими компонентами скважинного инструмента, защищенного в камере с гидравлическим маслом или турбинным маслом. Данный способ основывается на добавлении подходящих поверхностно-активных веществ в обычно используемые гидравлические масла (например,J26 для скважинного инструмента, спускаемого на канате, или турбинное масло Aeroshell для инструментов, использующих гибкие насосно-компрессорные трубы малого диаметра). Микроэмульсия образуется тогда, когда к смеси масло/поверхностно-активное вещество добавляют воду или рассол. Данные смеси масло/поверхностно-активное вещество способны абсорбировать (солюбилизировать) воду, протекающую в камеры с гидравлическим маслом. Система поверхностно-активное вещество-масло, соответствующая вариантам осуществления изобретения, может защитить электронные компоненты и предотвратить возникновение коррозии в инструментах без ухудшения эксплуатационных характеристик гидравлических масел. В соответствии с этим, варианты осуществления изобретения могут продлить срок службы скважинного инструмента. Следует отметить, что преимущества изобретения также могут быть реализованы и в инструментах,отличных от скважинного инструмента. Специалист в соответствующей области техники должен понимать то, что любой инструмент, в котором используется гидравлическая жидкость, может быть с выгодой использован в сочетании с композицией гидравлической жидкости, соответствующей вариантам осуществления изобретения. Несмотря на то, что изобретение было описано в отношении ограниченного количества вариантов осуществления, специалисты в соответствующей области техники, ознакомившись с данным описанием изобретения, должны осознать то, что могут быть разработаны и другие варианты осуществления, кото-7 009185 рые не отклоняются от объема изобретения, описанного в настоящем документе. В соответствии с этим,объем изобретения должен быть ограничен только прилагаемой формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Композиция для использования в масляной камере инструмента, включающая гидравлическое масло и секвестирующее воду поверхностно-активное вещество, где поверхностно-активное вещество образует мицеллы в гидравлическом масле. 2. Композиция по п.1, дополнительно включающая амфифильный сополимер. 3. Композиция по п.1, где поверхностно-активное вещество составляет по меньшей мере 1 об.% от композиции. 4. Композиция по п.1, где поверхностно-активное вещество составляет по меньшей мере 10 об.% от композиции. 5. Композиция по п.1, где поверхностно-активное вещество является неионным поверхностноактивным веществом. 6. Композиция по п.5, где неионное поверхностно-активное вещество представляет собой соединение, выбранное из группы, состоящей из полиоксиэтиленированных алкилфенолов, полиоксиэтиленированных спиртов, полиоксиэтиленированных полиоксипропиленгликолей, полиоксиэтиленированных меркаптанов и длинноцепочечных сложных эфиров карбоновых кислот. 7. Композиция по п.1, где поверхностно-активное вещество является ионным поверхностноактивным веществом. 8. Композиция по п.7, где ионное поверхностно-активное вещество представляет собой соединение,выбранное из группы, состоящей из бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия (АОТ), бромида дидодецилдиметиламмония (DDAB), бромида додецилтриметиламмония (DTAB) и додецилсульфата натрия(SDS). 9. Инструмент, включающий гидравлическую камеру и гидравлическую жидкость, заключенную в гидравлической камере, где гидравлическая жидкость содержит гидравлическое масло и секвестирующее воду поверхностно-активное вещество, где поверхностно-активное вещество образует мицеллы в гидравлическом масле. 10. Инструмент по п.9, где гидравлическая жидкость дополнительно включает амфифильный сополимер. 11. Инструмент по п.9, где инструментом является скважинный инструмент. 12. Инструмент по п.9, где скважинным инструментом является устройство, выбранное из испытателя пластовых флюидов, скважинного каротажного инструмента, скважинного датчика, скважинного трактора, сейсмодатчика для морской сейсморазведки, системы подводных мониторов и датчиков. 13. Способ защиты инструмента, включающий получение композиции гидравлической жидкости,содержащей гидравлическое масло и секвестирующее воду поверхностно-активное вещество, где поверхностно-активное вещество образует мицеллы в гидравлическом масле; и заполнение гидравлической камеры в инструменте композицией гидравлической жидкости. 14. Способ по п.13, где инструментом является скважинный инструмент. 15. Способ по п.14, где скважинным инструментом является устройство, выбранное из группы, состоящей из испытателя пластовых флюидов, скважинного трактора, скважинного каротажного инструмента и скважинного датчика.
МПК / Метки
МПК: C10M 161/00
Метки: водосовместимые, гидравлические, жидкости
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/11-9185-vodosovmestimye-gidravlicheskie-zhidkosti.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Водосовместимые гидравлические жидкости</a>
Предыдущий патент: Ветродвигатель баялиева
Следующий патент: Фиксатор для арматурных стержней
Случайный патент: Способ прессования изделий из порошковых материалов и пресс-форма для его осуществления