ES2553427T3 - Composiciones térmicamente estables de fluido hidráulico para control submarino - Google Patents

Composiciones térmicamente estables de fluido hidráulico para control submarino Download PDF

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Abstract

Un método para aumentar la estabilidad térmica de una composición acuosa de fluido hidráulico, comprendiendo el método las etapas de: a) proporcionar una composición acuosa de fluido hidráulico que comprende: i) uno o más lubricantes; ii) una sal de alcoxilato; iii) opcionalmente, un aditivo seleccionado del grupo que consiste en biocidas, aditivos anticongelantes, inhibidores de la corrosión y combinaciones de uno o más de los anteriores; y b) añadir de un 0,1 a un 35 % en peso de al menos una sal de un ácido dicarboxílico a la composición acuosa de fluido hidráulico, de modo que dicha sal de dicho ácido dicarboxílico comprenda una sal de alcanolamina de un ácido dicarboxílico C21 y aumente la estabilidad térmica de la composición acuosa de fluido hidráulico.

Description

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DESCRIPCION
Composiciones termicamente estables de fluido hidraulico para control submarino Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a composiciones acuosas de fluido hidraulico, y especialmente a metodos para aumentar la estabilidad termica de una composicion acuosa de fluido hidraulico.
Antecedentes de la invencion
Los fluidos hidraulicos son fluidos de baja viscosidad usados para la transmision de energfa util por medio del flujo del fluido bajo presion a partir de una fuente de energfa hasta una carga. Generalmente, un fluido hidraulico lfquido transmite energfa por medio de su desplazamiento bajo una condicion de tension. Generalmente los fluidos hidraulicos operan con un bajo coeficiente de friccion. Para resultar eficaces, las composiciones normalmente tienen propiedades suficientes anti-desgaste, anti-soldadura, y presion extrema con el fin de minimizar el dano metalico a partir del contacto metal-metal en condiciones de elevada carga.
Los fluidos hidraulicos se pueden usar en dispositivos de control submarino que se usan para controlar la presion en la cabecera de un pozo petrolffero en condiciones de produccion. El equipamiento hidraulico puede abrir o cerrar el pozo, suspender el flujo de petroleo o gas, inyectar sustancias qmmicas en el interior del pozo o desviar agua y/o gas al interior del pozo para re-presurizar el sistema. Algunos de los componentes hidraulicos se colocan dentro del pozo, tal como la Valvula de Seguridad de Fondo de Pozo y los sistemas de control de flujo "Pozo Inteligente".
Una de los retos mas grandes en la industria petrolffera y gasffera es "producir" petroleo y gas en entornos mas agrestes con elevada presion y temperatura. Debido a que parte del sistema hidraulico se encuentra dentro del pozo, el equipo hidraulico y el flujo asociado deben ser apropiados para aguantar estas temperaturas y mantener el rendimiento. Ademas, la demanda de composiciones de fluido hidraulico de base acuosa, tales como las que se pueden usar en los dispositivos submarinos, continua creciendo debido a las ventajas ambientales, de rentabilidad y seguridad (por ejemplo, caracter no inflamable) de dichos fluidos con respecto a los fluidos hidraulicos convencionales de tipo petroleo.
Muchos fluidos hidraulicos convencionales no resultan apropiados para aplicaciones marinas y aplicaciones marinas en profundidad, debido a su escasa tolerancia a la contaminacion por agua de mar o la contaminacion por hidrocarburos, es decir, tienden a formar facilmente emulsiones con pequenas cantidades de agua de mar. Ademas, en entornos marinos, surgen problemas debidos a la ausencia de naturaleza biodegradable del fluido hidraulico y a las infecciones bacterianas que surgen a partir del fluido hidraulico, especialmente por bacterias anaerobias tales como bacterias reductoras de sulfato que prevalecen en el agua de mar.
Otros problemas asociados al uso de los fluidos hidraulicos convencionales en condiciones extremas que surgen en los dispositivos para entornos marinos y marinos en profundidad incluyen: (1) algunos fluidos hidraulicos convencionales pueden provocar corrosion de metales en contacto con el fluido; (2) algunos fluidos hidraulicos convencionales son reactivos con las pinturas u otros revestimientos o tienden a reaccionar con sustancias elastomericas o al menos provocan hinchamientos de sustancias elastomericas; (3) pobre estabilidad a largo plazo, especialmente a temperaturas elevadas; (4) algunos fluidos hidraulicos requieren anti-oxidantes para evitar la oxidacion de los componentes presentes; (5) algunos fluidos hidraulicos no se concentran facilmente para facilitar su transporte; y (6) los fluidos hidraulicos convencionales pueden tener un pH que no sea neutro, mejorando de este modo la oportunidad de reaccion con materiales que se encuentran en contacto con ellos. Por todos estos motivos, resulta ventajoso usar fluidos hidraulicos acuosos en determinadas aplicaciones marinas y marinas en profundidad y se han desarrollado diversas formulaciones acuosas que se pueden usar en dichas aplicaciones.
La OSPAR Convention for the Protection of de Marine Environment del Altantico Noreste proporciona un marco de requisitos ambientales en cuanto a las sustancias qmmicas usadas en mar abierto. Actualmente, existen pocos fluidos, si es que existen algunos, que puedan mantener la lubricacion a temperatura elevada y cumplir el perfil ambiental requerido.
El inventor de la presente invencion ha identificado otros lubricantes que proporcionan buena lubricidad y buena estabilidad para su uso en las condiciones extremas tfpicas de los dispositivos submarinos. En particular, el inventor de la presente invencion ha determinado que se pueden usar las sales de un diacido con buenos resultados para mejorar la lubricidad de una composicion acuosa de fluido hidraulico.
El documento US-A-2.737.497 divulga un fluido hidraulico no inflamable. El documento EP-A-0060224 divulga una composicion protectora frente a la corrosion. El documento US-A-2004/0248744 divulga fluidos de trabajo de metal de alto rendimiento de ester metilico basado en soja. El documento WO 99/35219 divulga un fluido hidraulico acuoso submarino que comprende un glicol, un acido carboxflico neutralizado con una amina, un inhibidor de corrosion y agua.
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Sumario de la invencion
Es un objetivo de la presente invencion proporcionar un metodo para mejorar una composicion acuosa de fluido hidraulico para su uso en las condiciones termicas extremas tipicas de los dispositivos de control submarino.
Para ello, la presente invencion proporciona un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 para aumentar la estabilidad termica de una composicion acuosa de fluido hidraulico. Las caractensticas preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes.
Descripcion detallada de las realizaciones preferidas
Por consiguiente, generalmente la presente invencion se refiere a un metodo para aumentar la estabilidad termica de una composicion acuosa de fluido hidraulico, comprendiendo el metodo las etapas de:
a) proporcionar una composicion acuosa de fluido hidraulico que comprende:
i) uno o mas lubricantes;
ii) una sal de alcoxilato;
iii) opcionalmente, un aditivo seleccionado del grupo que consiste en biocidas, aditivos anticongelantes, inhibidores de la corrosion y combinaciones de uno o mas de los anteriores; y
b) anadir de un 0,1 a un 35 % en peso de al menos una sal de un acido dicarboxflico a la composicion acuosa de fluido hidraulico, de modo que dicha sal de dicho acido dicarboxflico comprenda una sal de alcanolamina de un acido dicarboxflico C21 y aumente la estabilidad termica de la composicion acuosa de fluido hidraulico.
Por acido dicarboxflico, el inventor entiende un acido organico que comprende dos grupos de acido carboxflico. En una realizacion, la presente invencion utiliza una solucion acuosa de una sal de un diacido. En el metodo de la presente invencion, la sal del acido dicarboxflico comprende una sal de alcanolamina del acido dicarboxflico C21. Un acido dicarboxflico preferido en este sentido es acido 2-ciclohexene-1-octanoico, 5-carboxi-4-hexilo. Preferentemente, el fluido hidraulico de la invencion comprende mas de un acido dicarboxflico o una de sus sales. La concentracion de la sal de acido dicarboxflico en el fluido hidraulico es de un 0,1 a un 35 % en peso.
Ademas, el inventor de la presente invencion ha determinado que la lubricacion, corrosion y otras propiedades ffsicas de la(s) sal(es) de acido dicarboxflico en las formulaciones de fluido hidraulico se mantienen tras la exposicion a temperaturas elevadas tales como 190 °C durante un tiempo considerable (30 dfas o mas). Tambien se piensa que determinas alcanolaminas y otras sales de dichos acidos dicarboxflicos de la formulacion exhiben elevada estabilidad termica y frente al agua de mar.
Ademas, preferentemente, la composicion de fluido hidraulico tambien puede comprender un segundo lubricante, estando seleccionado dicho segundo lubricante entre el grupo que consiste en esteres de fosfato de alquilo/arilo, esteres de fosfito de alquilo/arilo, fosfolfpidos, sales de acido carboxflico mono, di, tri o polimerico y combinaciones de los anteriores. Los fosfolfpidos que se pueden usar en las formulaciones de la invencion incluyen cualquier lfpido que contenga un derivado de acido fosforico, tal como lecitina o cefalina, preferentemente lecitina o sus derivados. Ejemplos de fosfolfpidos incluyen fosfatidilcolina, fosfatidilserina, fosfatidilinositol, fosfatidiletanolamina, acido fosfatfdico y sus mezclas. Los fosfolfpidos tambien pueden ser glicerofosfolfpidos, mas preferentemente, derivados glicero de los fosfolfpidos comentados con anterioridad. Normalmente, dichos glicerofosfolfpidos tienen uno o dos grupos acilo sobre un residuo de glicerol, y cada grupo acilo contiene un grupo carbonilo y un grupo alquilo o alquenilo. Generalmente, los grupos alquilo o alquenilo contienen de aproximadamente 8 a aproximadamente 30 atomos de carbono, preferentemente de 8 a aproximadamente 25, del modo mas preferido de 12 a aproximadamente 24. Ejemplos de estos grupos incluyen octilo, dodecilo, hexadecilo, octadecilo, docosanilo, octenilo, dodecenilo, hexadecenilo y octadecenilo. La concentracion del segundo lubricante en el fluido hidraulico de la invencion debena estar preferentemente dentro del intervalo de un 0,1 a un 20 % en peso.
Generalmente, los grupos acilo sobre los glicerolfpidos proceden de acidos grasos, que son acidos que tienen de aproximadamente 8 a aproximadamente 30 atomos de carbono, preferentemente de aproximadamente 12 a aproximadamente 24, del modo mas preferido de aproximadamente 12 a aproximadamente 18 atomos de carbono. Ejemplos de acidos grasos incluyen acidos minstico, palmttico, estearico, oleico, linoleico, linolenico, araqrndico, araquidonico, o sus mezclas, preferentemente acidos estearico, oleico, linoleico y linolenico o sus mezclas.
Tambien se pueden usar derivados de fosfolfpidos, incluyendo fosfolfpidos acilados o hidroxilados, en la practica de la invencion. Por ejemplo, se puede usar lecitina asf como tambien lecitina acilada e hidroxilada en la presente invencion como lubricante primario y secundario.
Se pueden preparar los fosfolfpidos por via sintetica o procedentes de fuentes naturales. Los fosfolfpidos sinteticos se pueden preparar por medio de metodos conocidos por los expertos en la tecnica. Los fosfolfpidos de origen natural se extraen por medio de procedimientos conocidos en la tecnica. Los fosfolfpidos pueden proceder de
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fuentes animales o vegetales. Las fuentes animales incluyen pescado, aceite de pescado, marisco, cerebro bovino y cualquier huevo, especialmente huevos de pollo. Las fuentes vegetales incluyen colza, semilla de girasol, cacahuete, nuez de palma, semilla de cucurbitaceas, trigo, cebada, arroz, oliva, mango, aguacate, palash, papaya, jangli, bodani, zanahoria, soja, mafz y semilla de algodon. Los fosfolfpidos tambien pueden proceder de microorganismos, incluyendo algas azules-verdes, algas verdes, bacterias sometidas a desarrollo en metanol o metano y levaduras sometidas a desarrollo en alcanos. En una realizacion preferida, los fosfolfpidos proceden de fuentes vegetales, incluyendo soja, mafz, semilla de girasol y semilla de algodon.
La composicion acuosa de fluido hidraulico comprende uno o mas lubricantes y tambien comprende una sal de alcoxilato. Los inventores de la presente invencion han determinado que se puede lograr una mejora de la lubricidad y estabilidad frente a agua de mar por medio de la adicion de la sal de alcoxilato (preferentemente un metal o una sal de alcanolamina de un alcoxilato mono, di, tri o polimerico) a la composicion. Las sales de alcoxilato apropiadas incluyen sales de alcoxilatos con 2 a 30 carbonos en la cadena carbonada de alcoxilato (lineal, ramificada o dclica). Tambien se sabe que las composiciones normales pueden resultar diffciles de estabilizar desde el punto de vista termico. Sorprendentemente, el inventor de la presente invencion ha descubierto el uso de sales(s) de alcoxilato en la composicion acuosa de fluido hidraulico estabiliza la composicion de fluido frente a la degradacion termica, incluso en presencia de agua de mar sintetica de 10 % en volumen/volumen, lo cual proporciona una vida de servicio mucho mas larga a las composiciones de fluido en condiciones extremas.
Las composiciones acuosas de fluido hidraulico tambien pueden contener un biocida. El biocida se escoge para que sea compatible con los componentes lubricantes, es decir, que no afecte a las propiedades lubricantes. En una realizacion, se usa una sal que contiene boro, tal como borax decahidratado, como biocida. En otra realizacion, el biocida puede ser un biocida que contiene azufre, o un biocida que contiene nitrogeno. Los biocidas que contienen nitrogeno incluyen gluteraldehfdo, triazinas, oxazolidinas y guanidinas, asf como tambien compuestos seleccionados entre sales de amonio cuaternarias de acidos grasos, tales como sal de cloruro de amonio cuaternario de dimetilo y didecilo. La concentracion del biocida es suficiente para al menos evitar sustancialmente la proliferacion bacteriana en el fluido hidraulico y preferentemente matar las bacterias presentes.
El fluido hidraulico puede tambien comprender un aditivo anticongelante capaz de rebajar el punto de congelacion del fluido hidraulico hasta al menos aproximadamente -34 °C (aproximadamente -30 °F), lo cual se encuentra por debajo de la temperatura minima esperada en dichos entornos. Si se usa, el aditivo anticongelante se escoge de modo que no sea reactivo con los componentes lubricantes y el biocida y, por tanto, no resulte perjudicial para las propiedades lubricantes del fluido hidraulico. En una realizacion, el aditivo anticongelante comprende al menos un alcohol (preferentemente un dihidroxi alcohol) que tiene de 2 a 4 atomos de carbono en una cantidad suficiente para reducir el punto de congelacion por debajo de -34 °C (-30 °F). Los alcoholes preferidos incluyen monoetilenglicol, glicerol, propilenglicol, 2-buten-1,4-diol, polietilenglicoles o polipropilenglicoles. En una realizacion preferida, monoetilenglicol, que es PLONOR aprobado, se usa como aditivo anticongelante de la invencion, en una cantidad suficiente para reducir el punto de congelacion de la composicion de fluido hidraulico hasta la temperatura deseada, al tiempo que evita la formacion de "hidratos" en el equipo submarino durante el uso.
El fluido hidraulico tambien puede comprender uno o mas tensioactivos tales como un etoxilato de alcohol o co- disolventes tales como polialquilenglicol o mezclas de ambos para contribuir a la estabilidad frente al agua de mar (tolerancia).
En una realizacion preferida, la composicion de fluido hidraulico tambien puede contener uno o mas inhibidores de la corrosion que evitan la corrosion y la oxidacion. Los ejemplos de inhibidores de la corrosion incluyen fosfatos/fosfitos inorganicos/organicos, acidos carboxflicos mono, tri o polimericos neutralizados con una alcanolamina, amonio o metal monovalente, carboxilatos de amina, alquilaminas y alcanolaminas, asf como tambien inhibidores de la corrosion de cobre tales como benzotriazoles. Las alcanolaminas apropiadas incluyen monoetanolamina y trietanolamina. Las alquilaminas apropiadas comprenden un grupo alquilo lineal o ramificado C6-C20. Normalmente, las alcanolaminas apropiadas comprenden de 1 a 18 atomos de carbono, y pueden comprender mas de un grupo alcanol, tal como dialcanolaminas y trialcanolaminas. Otros inhibidores de la corrosion que se pueden usar en la practica de la invencion incluyen aminas grasas polietoxiladas solubles en agua y diaminas polietoxiladas. El inhibidor de corrosion se puede utilizar en una concentracion suficiente para que no tenga lugar corrosion de forma sustancial, es decir, que la corrosion, si esta presente tenga como resultado una perdida de espesor de menos de 10 micras al ano de un metal en contacto con el fluido hidraulico. La concentracion del inhibidor de corrosion en el fluido hidraulico de la presente invencion debena estar preferentemente dentro del intervalo de un 0,1 a un 20 % en peso.
Ademas, al tiempo que se prefiere la realizacion anteriormente descrita para aplicaciones tales como en un fluido hidraulico para fluidos de control submarino que se encuentran en equipos de perforacion de petroleo en mar abierto, otras realizaciones resultan apropiadas para muchas aplicaciones. Por ejemplo, en un entorno sustancialmente libre de corrosion, no es necesario incluir el inhibidor de corrosion en la composicion del fluido hidraulico. Similarmente, en un entorno donde la infeccion bacteriana no constituye un problema, se puede omitir el biocida. Para aplicaciones a temperaturas calidas o elevadas, no se requiere un depresor del punto de congelacion.
En una realizacion particularmente preferida, se prepara el fluido hidraulico en forma de concentrado de uso inmediato que no precisa dilucion para lograr el rendimiento de trabajo.
Ejemplo I
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Se preparo un fluido hidraulico acuoso que tema la siguiente composicion:
Componente__________________________________________________________Porcentaje en Peso
sal de 5-carboxi-4-hexil dipotasio de acido 2-ciclohexen-1-octanoico (40% en 10
peso/peso)

Monoetilenglicol 46

Acido dicarboxflico C-12 5

Trietanol amina 10

Butil glicol 1

Hidroxido de potasio (50 % en peso/peso) 5

Agua 23
Esta composicion se ensayo como fluido hidraulico de alta presion. Se mantiene su lubricidad tras un uso 10 prolongado (30 dfas) a 190 °C y fue capaz de tolerar la contaminacion con 10 % en peso/peso de agua de mar.

Claims (2)

  1. 10
    15
    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para aumentar la estabilidad termica de una composicion acuosa de fluido hidraulico, comprendiendo el metodo las etapas de:
    a) proporcionar una composicion acuosa de fluido hidraulico que comprende:
    i) uno o mas lubricantes;
    ii) una sal de alcoxilato;
    iii) opcionalmente, un aditivo seleccionado del grupo que consiste en biocidas, aditivos anticongelantes, inhibidores de la corrosion y combinaciones de uno o mas de los anteriores; y
    b) anadir de un 0,1 a un 35 % en peso de al menos una sal de un acido dicarboxflico a la composicion acuosa de fluido hidraulico, de modo que dicha sal de dicho acido dicarboxflico comprenda una sal de alcanolamina de un acido dicarboxflico C21 y aumente la estabilidad termica de la composicion acuosa de fluido hidraulico.
  2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, donde la composicion acuosa de fluido hidraulico comprende agua en una cantidad entre un 10 % y un 65 % en peso, basado en el peso total de la composicion de fluido hidraulico.
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