DE2418115A1

DE2418115A1 - Dispergiermittel zum dispergieren kolloidaler fester stoffe in oelfreien, waessrigen loesungen

Info

Publication number: DE2418115A1
Application number: DE2418115A
Authority: DE
Inventors: Leroy L Carney
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1973-04-20
Filing date: 1974-04-13
Publication date: 1974-11-14
Also published as: FR2226461B1; DE2418115B2; DE2418115C3; NL7404533A; GB1453250A; DE2462132C3; DE2462132A1; FR2226461A1; CA1027008A; US3896031A; IT1007976B; DE2462132B2

Description

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DIPL.-IXG. Et. SCHOiriBRUa ^Hannover> ^{den ια}· April 1974 DIPL.-ING. U. Aliiili

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Betr.: H 426/g - 'Anmelder: Pirnva HALLIBURTON Company

Drawer 1431 DUNCAN, Oklahoma' 73533 U. S. A.

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" Dispergiermittel zum Dispergieren Kolloidaler fester Stoffe in ölfreien, wässrigen Lösungen "

Die Erfindung betrifft ein Dispergiermittel zum Dispergieren kolloidaler fester Stoffe in ölfreien, wässrigen Lösungen.

Wässrige Lösungen, die kolloidale Suspensionen von festen Stoffen enthalten, werden in der Industrie für verschiedene Anwendungen benutzt. Beispielsweise werden oft verschiedene feste -Stoffe in Rohrleitungen (pipelines) von einem Ort zu einem anderen in Form kolloidaler Suspensionen in wässrigen Trägerflüssigkeiten transportiert. Auch werden bei Erdölbohrungen wässrige Bohrflüssigkeiten oder solche auf Wasserbasis verwendet, die kolloidale Suspensionen verschiedener fester Stoffe, enthalten.

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Bei unterirdischen Bohrungen werden Bohrflussigkeiten sowohl auf Ölbasis als auch auf Wasserbasis verwendet, welche Flüssigkeiten Beschwerungsstoffe und andere Zusätze enthalten, die den Flüssigkeiten die jeweils gewünschten Eigenschaften geben. Bei auf dem Meer durchgeführten sogenannten Off-shore-Bohrungen werden im allgemeinen Bohrflüssigkeiten auf Wasserbasis verwendet, um die Gefahr von Verunreinigungen zu verringern, falls die Bohrflüssigkeiten in das die Bohrstelle umgebende Wasser eindringen. Um die Wirkungsweise derartiger wässriger Bohrflüssigkeiten zu verbessern und insbesondere eine bessere Schmierung des Bohrmeißels und des Bohrstranges zu ermöglichen und Störungen im Bohrloch, wie Zusammenballungen, drückender Schiefer, Bohrlochvergroßerungen usw., zu vermeiden, sind kolloidale Suspensionen von Asphalt in den Bohrflüssigkeiten üblich. Da kollddale Asphaltstoffe in Wasser weder löslich roch direkt dispergierbar sind, war es bisher zur Bildung der gewünschten Suspensionen notwendig, zuerst die Asphaltstoffe einer Ölmenge, z.B. Dieselöl, zuzusetzen und dann das Öl und die Feststoffe mit der Bohrlochflüssigkeit zu einer Öl-Wasser—Emulsion zu mischen. Im Hinblick

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auf die Ökologiebestrebungen, beispielsweise zur Vermeidung von Ölverschmutzungen des die Off-shore-Bohrstellen umgebenden Wassers, ist die Verwendung von Öl zur Herstellung von Suspensionen von Asphalt— stoffen in wässrigen Bohrflüssigkeiten unerwünscht. Wenn außerdem die Asphaltstoffe in einer wässrigen Bohrflüssigkeit mittels einer Öl-Wasser-Emulsion suspendiert werden, sind sie in der inneren Ölphase der Emulsion enthalten und können sich nicht in der gewünschten Weise auf den Wanderungen des Bohrlochs ■usw. ablagern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und ein neues Dispergiermittel und Additiv für das Dispergieren oder Bilden kolloidaler Suspensionen von festen Stoffen in wässrigen Lösungen ohne Zusatz von Öl zu schaffen. Außerdem soll die Herstellung wässriger Bohrflüssigkeiten mit kolloidalen Suspensionen von Asphaltstoffen ohne Öl ermöglicht werden.

Gemäß der Erfindung besteht das Dispergiermittel oder Additiv aus einem Gemisch eines Amids einer

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gesättigten oder ungesättigten Fettsäure von etwa 14 bis 18 Kohlenstoffatomen und Zellstoffablauge. Diese Lauge ist ein Abfallprodukt des in der ZellstoffIndustrie verwendeten Sulfitoder Kraftprozesses und besteht vorzugsweise aus Sulfitablauge. Bekanntlich wird beim Sulfitprozeß Holz unter Druck in einer wässrigen Lösung gekocht, die eine Sulfitverbindung, z.B. Natriumbisulfit und häufig auch schweflige Säure enthält. Es sind auch Ammonium—, Kalzium- oder Magnesiumbisulfite hierbei üblich. Während des Kochens des Lignozellulose enthaltenden. Holzes gehen die Sulfitverbindungen eine Reaktion mit dem Lignin ein, wobei Zellulose freigestellt wird, die als Pulpe oder Holzstoff von der Lauge getrennt wird. Die nach der Trennung verbleibende Sulfitablauge ist eine wässrige Lösung von Ligninsulfosäure, Holzzucker und anorganischen Verbindungen.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Dispergiermittels zur Bildung von wässrigen Bohrflüssigkeiten wird nicht nur den heutigen Anforderungen der Ökologie Genüge geleistet, sondern es können solche Bohrflüssigkeiten

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auch bedeutend wirtschaftlicher hergestellt und verwendet werden als die bisher benutzten ölhaltigen, wässrigen Bohrflüssigkeiten.

Die neuen Dispergiermittel und Additive bilden kolloidale Suspensionen von Feststoffen in ölfreien, wässrigen Lösungen und Bohrflüssigkeiten und werden vorteilhaft zur Bildung von ölfreien, wässrigen Bohr— flüssigkeiten mit kolloidalen Suspensionen von Asphaltstoffen verwendet.

Die erfindungsgemäßen Dispergiermittel für die Dispersion kolloidaler Feststoffe in ölfreien, wässrigen Lösungen bestehen vorzugsweise aus Oleyl-Amiden und Sulfitablauge.

Es können auch andere Amide als Oleyl—Amide verwendet werden. Solche Amide werden aus gesättigten und ungesättigten Fettsäuren hergestellt und enthalten etwa 14 bis 18 Kohlenstoffatome pro Molekül. Die Fettsäuren können aus Linoleinsäure, Stearinsäure, Palmitinsäure, Myristinsäure und Myristoleinsäure bestehen, ohne auf diese beschränkt zu sein.

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Die Amide können mittels verschiedener üblicher Methoden hergestellt werden. Beispielsweise können Fettsäure und Phosphortrichlorid als Ausgangsprodukte miteinander in Reaktion gebracht werden und bilden ein Zwischenchlorid, das seinerseits in Reaktion mit n—Methyltaurin gebracht wird, um das Amid zu bilden. Das n—MethyItaurin kann dadurch erhalten werden, daß Natriumbisulfit mit Äthylenoxyd in Reaktion gebracht wird, wodurch ein Zwischenprodukt entsteht, das seinerseits mit Monomethylamin in Reaktion gebracht wird.

Bei Herstellung des erfindungsgemäßen Dispergiermittels wird die Sulfitablauge vorzugsweise in einer Menge von etwa 25 bis 75 Gewichtsprozent der Mischung mit dem benutzten Amid gemischt. Bei Konzentrationen über und unter diesem Bereich nimmt die Wirksamkeit des Dispergiermittels ab. Die Mischung kann in flüssiger Form zum Dispergieren von kolloidalen festen Stoffen in wässrigen Lösungen verwendet werden. Zweckmäßig wird sie in üblicher Weise getrocknet, z.B. durch Sprühtrocknen, um ein im wesentlichen trockenes festes Produkt zu erhalten.

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Ein bevorzugtes Dispergiermittel ist ein im wesentlichen trockenes Produkt, das durch Mischung von Oleyl-Amid mit Sulfitablauge erhalten worden ist, die in der Mischung in einer Menge von etwa 50 Gewichtsprozent vorhanden ist, worauf die Mischung sprühgetrocknet wird·

Das erfindungsgemäße Dispergiermittel kann zum Dispergieren verschiedener kolloidaler fester Stoffe in wässrigen, ölfreien Lösungen verwendet werden, welche Stoffe normalerweise in Wasser nur dispergier— bar sind, wenn sie zuerst in Öl usw. dispergiert worden sind. Das Dispergiermittel hat eine größere Affinität zu Öl als zu Asphalten. Infolgedessen bewirkt der Zusatz von Öl zu einem wässrigen System, das wegen des erfindungsgemäßen Dispergiermittels dispergiertes Asphalt enthält, daß das Asphalt agglomeriert und dadurch das Dispergiermittel unwirksam macht. Deshalb liegt der Zusatz von Öl zu einem das beschriebene Dispergiermittel enthaltenden wässrigen System nicht im Rahmen dieser Erfindung.

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Die neuen, erfindungsgemäßen Additive zum Bilden kolloidaler Suspensionen von festen Asphaltstoffen in ölfreien, wässrigen Lösungen, z.B. Bohrflüssig— keiten auf Wasserbasis, bestehen aus einer Mischung von kolloidalen Asphaltstoffen und einem Dispersionsmittel, das aus einem Amid einer gesättigten oder ungesättigten Fettsäure mit etwa 14 bis 18 Kohlenstoffatomen und Sulfitablauge gebildet ist. Vorzugsweise ist das Dispersionsmittel in dem Additiv in einer Menge von etwa 1 % bis 50 Gewichtsprozent enthalten. Bei einer Konzentration des Dispersionsmittels in dem Additiv unter 1 Gewichtsprozent ergibt sich eine ungenügende Dispersion der Asphaltstoffe und bei Konzentrationen des Dispersionsmittels über 50 % ist überschüssiges Dispergiermittel vorhanden. Ein Gehalt des Dispersionsmittels in dem Additiv von etwa 4 Gewichtsprozenten des Additivs ist am besten geeignet.

Zum Herstellen der erfindungsgemäßen Additive werden als Asphaltstoffe bekannte bituminöse Substanzen verwendet, wie Naturasphalte oder Erdoldestillationsrück— stände, die durch Dampfdestillation und/oder Luftblasen erhalten wurden. Das vorzugsweise verwendete Asphalt ist bei Temperaturen bis zu etwa 127 C fest und kann in üblicher Weise zerkleinert werden, um die erforderlichen kolloidalen Partikel zu erhalten.

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Ein bevorzugtes Additiv besteht aus festem kolloidalem Asphalt und einem Dispersionsmittel, das in dem Additiv in der Größenordnung von etwa 1 bis etwa 50 Gewichtsprozent enthalten ist und aus einer Mischung von Oleyl-Amid und etwa 25 bis 75 Gewichtsprozent Sulfitablauge besteht·

Ein zum Bereiten von kolloidalen Suspensionen aus festen Asphaltstoffen in ölfreien, wässrigen Lösungen am besten geeignetes Additiv besteht aus festem kolloidalem Asphalt und etwa 4 Gewichtsprozent Dispersionsmittel, das aus einer Mischung von Oleyl—Amid und etwa 50 Gewichtsprozent Sulfitablauge zusammengesetzt ist·

Bei Verwendung der oben beschriebenen Additive zum Bilden von ölfreien, wässrigen Bohrflüssigkeiten mit kolloidalen Suspensionen von Asphaltstoffen wird das Additiv in einer Menge von etwa 0,5 bis 2 Gewichtsprozent unmittelbar mit der wässrigen Bohrflüssigkeit vermischt. Im allgemeinen wird das Additiv mit der Bohrflüssigkeit vermischt, während diese zirkuliert, was eine unmittelbare Dispersion der kolloidalen Asphaltstoffe in der Bohrflüssigkeit bewirkt. Die Eigenschaften

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der Bohrflüssigkeit werden bei einer Konzentration des Additivs unter etwa 0,5 Gewichtsprozent nur geringfügig verbessert· Höhere Konzentrationen des Additivs in der Bohrflüssigkeit als 2 Gewichtsprozent ergeben ebenfalls keine nennenswerte Verbesserung·

Die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Additive hergestellten wässrigen Bohrflüssigkeiten sind den bisher bekannten und verwendeten wässrigen Bohrflüssig— keiten insofern wesentlich überlegen, als sie kein Öl enthalten und sich die suspendierten Asphaltstoffe rasch auf dem ausgebohrten Material und auf der Bohrlochwandung ablagern. Hierdurch wird eine bessere Kontrolle der Plüssigkeitsverluste sowie eine Verbesserung der anderen Eigenschaften der Bohrflüssig— keiten erreicht. Außerdem sind die verbesserten Bohrflüssigkeiten gemäß der Erfindung wirtschaftlicher herzustellen und zu verwenden als die bisher als Bohr— flüssigkeiten benutzten Öl-Wasser-Emulsionen, weil weder Öl noch Emulgierungsmittel erforderlich sind.

- Patentansprüche —

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Claims

~ 11 - PATENTANSPRÜCHE

1. Dispergiermittel zum Dispergieren kolloidaler fester Stoffe, insbesonders Asphalt in einer ölfreien, wässrigen Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Gemisch eines Amids einer gesättigten oder ungesättigten Fettsäure von etwa 14 bis 18 Kohlenstoffatomen und Zellstoffablauge besteht.

2. Dispergiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Amid mit etwa 25 bis 75 Gewichtsprozent Ablauge gemischt ist.

3. Dispergiermittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Oleyl-Amid.

4. Dispergiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischung Sulfitablauge in einer Menge von etwa 50 Gewichtsprozent enthalten ist.

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5· Dispergiermittel nach den Ansprüchen 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von
■Oleyl-Amid und Sulfitablauge getrocknet ist und
ein im wesentlichen trockenes Präparat bildet.

6. Dispergiermittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung etwa 25 bis 75 Gewichtsprozent Sulfitablauge enthält und nach Zusetzen
des Oleyl-Amids getrocknet wird.

7. Dispergiermittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung vor dem Trocknen etwa
50 Gewichtsprozent Sulfitablauge enthält.

8. Verwendung des Dispergiermittels nach Anspruch 1, zur Bildung eines Additivs für die Herstellung
einer kolloidalen Suspension von Asphalt in einer ölfreien, wässrigen Lösung.

9. Ausführungsform nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Additiv ein Dispergiermittel in einer Menge von etwa 1 % bis 50 % des Gewichts des Additivs enthaltenist, wobei das Dispergiermittel aus einer getrockneten Mischung von Oleyl— Amid und 50 % Sulfitablauge besteht.

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10· Ausführungsform gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispergiermittel in dem Additiv¹ in einer Menge von. etwa 4 Gewichtsprozent enthalten 'ist.

11. Verwendung eines Additivs nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer ölfreien, wässrigen Bohrflüssigkeit in einer Menge von etwa 0,5 bis 2 Gewichtsprozent des Wassers enthalten ist.

12. Bohrflüssigkeit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das aus kolloidalem Asphalt und dem Dispergiermittel bestehende Additiv in der Bohrflüssigkeit in einer Menge von etwa 0,5 bis 2 Gewichtsprozent enthalten ist.

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