DE3780934T2 - Waesserige zusammensetzung fuer universelle "spacer" und ihre verwendung in dem gebiet der herstellung von bohrloechern, insbesondere von oel- und gasbohrloechern. - Google Patents
Waesserige zusammensetzung fuer universelle "spacer" und ihre verwendung in dem gebiet der herstellung von bohrloechern, insbesondere von oel- und gasbohrloechern.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Trenntechnologie von Flüssigkeiten, die in der Fertigstellung von Öl- oder anderen Schächten verwendet werden. Diese "Perlen-Flüssigkeiten" werden im Folgenden durch den allgemein verwendeten Ausdruck "Abstandshalter" umschrieben.
- Ein Abstandshalter ist eine insbesondere in Befestigungsverfahren verwendete Flüssigkeit, die zwischen den Bohrschlamm und die ihn ersetzende Befestigungsaufschlämmung gepumpt wird. Der Abstandshalter ist notwendig, um zu verhindern, daß der Schlamm mit der Befestigungsaufschlämmung in Kontakt kommt, da diese "Flüssigkeiten" chemisch nicht kompatibel sind. Zusätzlich besitzt der Abstandshalter Eigenschaften, die bei der Entfernung des Schlamms von den Wänden des Schachtes helfen, und so allgemein zur Entfernung und Herausbringung des Bohrschlamms beiträgt.
- Ein Abstandshalter besteht generell aus einer Flüssigkeit einer wässrigen Basis, zu der ein partikuläres Gewichtsmittel zugegeben wurde, um die Dichte auf einen gewünschten Wert zu erhöhen, und seinen Erosionseffekt auf den auf den Wänden der durch das Bohrloch durchbohrten Formation liegenden "Schlammkuchen" zu erhöhen.
- Die wässrige Basisflüssigkeit sollte mehrere grundlegende Eigenschaften besitzen, die im direkten Zusammenhang mit ihrer Zusammensetzung stehen: Stabilität der Teilchen in Suspension ("Anti-Absetzeigenschaften"), Flüssigkeitsverlustkontrolle, Rheologie, Verträglichkeit mit Schlamm- und Befestigungsaufschlämmungen.
- Demzufolge sind die bekannten Grundbausteine der Abstandshalter des Standes der Technik aus wenigstens i) einem Antiabsetzmittel, ii) einem Flüssigkeitsverlustkontrollmittel und iii) einem Dispersionsmittel zusammengesetzt.
- Bedeutender Fortschritt wurde durch Hinweise der französischen Patentanmeldung FR-A-2 582 664 (EP-A-0 207 536), die einen wässrigen Abstandshalter, der aus Antiabsetz-, Flüssigkeitsverlustkontroll-, und Dispersionsmittel eines bestimmten Typus besteht, und bestimmmte Eigenschaften aufweist, erreicht.
- Im Übereinstimmung mit dieser Patentanmeldung ist das Antiabsetzmittel ein Biopolymer, das vorzugsweise durch Fermentation des Bakterium Azotobakter Indicus erhalten wurde. Das Flüssigkeitsverlustkontrollmittel stellt ein anionisches Polymer mit hohem Molekulargewicht, zwischen 500.000 und 10.000.000 dar, vorzugsweise der Familie der Polystyrole oder Polyvinyltoluolsulfonate zugehörig. Das Dispersionsmittel besteht aus einem niedermolekularen - 5000 bis 100.000 - anionischen, der Familie der Polystyrol-Sulfonate zugehörenden Polyelektrolyt.
- Wenn der oben beschriebene Abstandshalter in der Gegenwart von Öl-haltigem Schlamm verwendet wird, umfasst er auch ein oberflächenaktives Mittel - HLB Wert zwischen 7 und 15 - und vorzugsweise ein Polyethoxyl-Ester einer Fettsäure mit einer Länge 9 bis 12 Kohlenstoffatomen.
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen allgemeinen Abstandshalter, der aus zwei Hauptkomponenten zusammengesetzt ist; i) einem Geliermittel und ii) wenigstens einem Flüssigkeitsverlustkontrollmittel, wobei dessen Eigenschaften gemäß der Salzhaltigkeit des wässrigen Basissystems bestimmt ist.
- In Übereinstimmung mit der Erfindung kann das System mit jeder Art von Wasser, das heißt frisches oder Meeres- oder Salzlaken- Wasser verwendet werden, und der Salzgehalt kann bis zur Sättigung mit NaCl und KCl verändert werden.
- Einer der größeren Vorteile des Systems ist, daß es einfach durch Verändern der Konzentration der Komponente (i) in Pfropfen- oder Wirbel-Strom gepumpt werden kann. In Verbindung mit der Erfindung kann es bei Temperaturen von bis zu 150ºC verwendet werden, und seine Dichte kann zwischen 1,05 und 2,4 g/cm³ variieren.
- Das Abstandshalter-System der Erfindung besitzt den entscheidenden Vorteil gegenüber dem in der französischen Patentanmeldung FR-A-2 582 664 beschriebenen, einer großen Flexibilität in der Verwendung und ebenso den Vorteil weniger Produkte zu verwenden und so die Kosten zu senken, während die Durchführung, insbesondere in salzigen Umgebungen verbessert wird. Dieser verbesserte Betrieb wird im besonderen mittels der guten Verträglichkeit des Systems mit bestimmten Salzwasser-Schlämmen erreicht. Es ist augenfällig, daß sich das System nicht nur unter allen Salz-Bedingungen (d.h. hohen oder niedrigen Salzkonzentrationen) und mit frischem Wasser günstig verhält, sondern gleichsam gut in Pfropfen- oder Wirbel-Strom.
- Ein Abstandshalter, der solch einen weiten Bereich von Eigenschaften besitzt und somit seine Verwendung in praktisch allen möglichen Anwendungen im Feld, ohne spezielle Vorsichtsmaßnahmen treffen zu müssen und somit mit weniger Risiko bei der Behandlung des Bohrloches ermöglicht, besitzt praktisch kein Äquivalent in der Ölfeld-Service-Industrie.
- Wie oben angedeutet, ist die erste Komponente des neuen Systems ein Geliermittel.
- Das Geliermittel besitzt eine zweifache Funktion: zuerst die Gewichtsmittel in Suspension, in Ruhe, bei Oberflächenbehandlungen und unter Abriebbedingungen, während des Pumpvorgangs, zu halten und zweitens die Rheologie des Abstandshalters abhängig von der Natur des Flusses, seinem Geschwindigkeitsprofil oder klar definierten Druckbabfällen zu kontrollieren.
- Das Geliermittel (i) muß kompatibel mit allen Typen des Misch- Wassers sein, wobei sich der Bereich von frischem Wasser zu mit Salzen wie z.B. NaCl oder KCl gesättigten Salzlösungen, einschließlich Seewasser und solchen möglicherweise stark mit Ca und Mg verunreinigten Salzlaken, die vor Ort verfügbar sind, erstreckt. Wenn Wasser mit einem hohen Salzgehalt verwendet wird, muß eine vorläufige Hydratation des Geliermittels im Basis-Wasser (frisches Wasser, Salzlake, Seewasser) durchgeführt werden, und das Salz (NaCl oder KCl) nachträglich zugegeben werden (eine Einweich-Zeit von 30 Minuten ist zur Hydratation ausreichend).
- In Übereinstimmung mit der Erfindung ist das Geliermittel selbst aus einer Mischung eines Biopolymers und einem Polyelektrolyt des Polynaphtalen-Sulphonat-Typs zusammengesetzt. Das bevorzugte Biopolymer ist ein Derivat des Bakterium Azotobacter Indicus. Das Dispersionsmittel vom Polynaphtalin-Sulphonattyps verbessert die Verträglichkeit des Geliermittels mit den Befestigungsaufschlämmungen, die wahrscheinlich das größte Problem darstellen, wie in Tabelle 1 (siehe unten) angedeutet ist.
- Die Funktion des Biopolymers, wie oben angedeutet, ist wesentlich um das Gewichtsmittel in Suspension zu halten, und die Rheologie der Flüssigkeit zu kontrollieren. Ausgezeichnete Eigenschaften der Suspension werden erreicht, sobald die Konzentration des Biopolymers zu der Wasser-Basis über 2g/L liegt.
- Bemerkenswert ist, daß das Polynaphtalin-Sulphonat (PNS) selbst keine Wirkung auf die Rheologie des Abstandshalters besitzt.
- Das Verhältnis des Biopolymers zu dem Dispersionsmittel vom PNS- Typ kann zwischen 1:0 und 1:3 variieren, wobei das bevorzugte Verhältnis 1:2 bis 1:1 ist.
- Das Geliermittel verleiht dem Abstandshalter bestimmte Flüssigkeitsverlustkontroll-Eigenschaften. Diese Eigenschaft ist sekundär, wird aber bei steigender Konzentration des Geliermittels immer wichtiger und, in diesem Falle wird die beste Flüssigkeitsverlustkontrolle in Wasser mit hohem Salzgehalt erreicht.
- Das Verhalten gemäß dem Kraftgesetz, mit einem sehr geringen Reaktionsindex n (0,2 - 0,35) ist charakteristisch für ein flaches Geschwindigkeitsprofil der Flüssigkeit, entsprechend der Pfropfenströmung, unbeachtlich der Geschwindigkeit. Zusätzlich kann, wenn das Geliermittel in kleinen Konzentrationen in Wasser, in der Größenordnung von 10g/l oder sogar weniger verwendet wird, kann der resultierende Abstandshalter ebenso leicht im Wirbel-Strom gepumpt werden. Somit ist ein entscheidender Vorteil des erfundenen Systems , daß es zwei Typen charakteristischer Ströme- Pfropfen- oder Wirbelströme - die für ihre Effizienz bei dem korrekten Ersatz des Bohrschlamms, ohne durch irgend eine bedeutende Phase einer Laminar-Strömung zu gelangen, bekannt sind.
- In hoch konzentrierten Salzlaugen ist das Geliermittel selbst ein ausgezeichneter Abstandshalter in entweder Pfropfen- oder Wirbel-Strom, wobei eine gute Kontrolle über den Flüssigkeitsverlust, ohne die Notwendigkeit eines spezifischen Kontrollmittels, erhalten wird.
- Der Strom ist in sublaminarem oder Pfropfen-Strom, bei jeder Stromrate, effektiv, Wirbelstrom wird jedoch sogar bei kleinen Stromraten erhalten. Der Strom des erfindungsgemäßen Abstandshalters ist niemals im strengen Sinn laminar (parabolisches Geschwindigkeitsprofil). Dies ist eine sehr ursprüngliche Charakteristik, die für die gesuchten Eigenschaften wesentlich ist.
- Ein kommerziell erhältliches Beispiel eines Biopolymers ist Kelco Rotary (Merck und Co) "Biozan".
- Nicht beschränkende Beispiele von Polynaphtalensulfonaten schließen mit ein: Lomar D, K, L3, MS, W, DLSF, von Diamond Shamrock; Daxad 19 und 19L von W.R. Grace; Dispolen D und G von der Firma Seppic; Polymer QR-819 von Rohm und Haas und Pluradyne CD 98 von der Firma BASF.
- Als Flüssigkeitsverlustkontrollmittel können Cellulosederivate vom Hydroxyethyl-, Carboxymethyl- und Carboxymethyl-hydroxyethyltypus, sowie Hydroxypropylmethylcelluosen angeführt werden.
- Einer der bedeutenden Gesichtspunkte der Erfindung liegt jedoch in der Wahl der Propylmethylcellulosederivate, als Flüssigkeitsverlustkontrollmittel, die einen hohen Trübungspunkt (> 70ºC) besitzen.
- Kürzlich wurde, wie in Dokument EP-A-0 079 997 beschrieben, und im Gegensatz zu dem hier Beschriebenen, nach einem niedrigen Trübungspunkt gesucht, der, während er den Beginn von Turbulenzen begünstigte, Instabilitäts-Phänomene verursachte (Ausfällung, instabiler Fluß).
- In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung sind Hydroxypropylmethyl-cellulosen mit einem hohen Trübungspunkt (wenigstens 70ºC) besonders angeraten, da sie eine ausgezeichnete Flüssigkeitsverlustkontrolle aufweisen - weniger als 80ml/30 min - mit minimaler Beeinflussung der Abstandshalter-Rheologie, und dies sogar bei sehr niedrigen Konzentrationen - z.B. 2g/L.
- In einer salzigen Umgebung ist das Problem der Flüssigkeitsverlustkontrolle weniger wichtig, da, wie zuvor beschrieben, das Geliermittel in diesem Fall selbst den Abstandshalter mit den ausreichenden Eigenschaften versieht.
- Nichtsdestoweniger führt in Fällen, in denen sehr gute Flüssigkeitsverlustkontrolle notwendig ist, z.B. beim Auftreffen auf eine höchst permeable Schicht - insbesondere bei Verwendung von Wirbel-Strömen, jeglicher Flüssigkeitsverlust in die Formation zu unerwünschten Änderungen der Abstandshalter-Rheologie. In diesem Falle können Flüssigkeitsverlustkontrollmittel aus hochmolekularen (300.000 bis 1.000.000) Polystyrol-Sulfonaten verwendet werden. Ein Polystyrol-Sulphonat mit einem Molekulargewicht von etwa 500.000 stellt ein gutes Mittel dieses Typus dar, wie z.B. das durch die Firma "Nationale Adhäsive und Harze" verkaufte Produkt Versa TL 500. Ein anderes Beispiel eines bevorzugten Flüssigkeitsverlustmittels ist eine Mischung aus einem hochmolekularen Polystyrol-Sulphonat, wie z.B. Versa TL 500, und einem Polystyrol-Sulphonat mit niedrigem Molekulargewicht, wie z.B. Versa 70, vorzugsweise im Gewichtsverhältnis 1:2. Solch eine Zusammensetzung ergibt eine Verbesserung der Verträglichkeit mit den meisten Problemen eines salzigen Bohrschlamms (siehe Tabelle 7), ohne die Rheologie des Abstandshalters oder seine Flüssigkeitsverlustkontrolleigenschaften zu zerstören.
- Das bevorzugte Gewichtsmittel ist Bariumhydroxid, aber zur detaillierteren Beschreibung des Abstandshalters wird auf die Französische Patentanmeldung FR-A-2 582 664 verwiesen, auf dessen Inhalt hier Rückbezug genommen wurde. Auf diesem Wege kann der Abstandshalter mit Bariumhydroxid - bis zu 1,55g/L - beschwert, und Hematit oder Ilmenit zugefügt werden, um die schlußendlich erwünschte Dichte zu erhalten.
- Optimale Abstandshalter-Eigenschaften werden erhalten, wenn das Geliermittel zuerst in der Wasser-Basis, frisches-, See- oder Salzlaken-Wasser, hydratisiert wird, bevor das Salz (NaCl oder KCl), wie in US-A-4 104 193 beschrieben, zugegeben wird. Die Verwendung von Wasser, das große Mengen an bereits gelöstem Salz enthält ist jedoch möglich, vorausgesetzt, daß entweder die Konzentration des Geliermittels um mindestens 50% erhöht wird, oder daß der Abstandshalter kontinuierlich gemischt und gepumpt wird.
- Ein Anti-Schäum-Mittel wird während des Mischens der Komponenten immer verwendet. Dies besteht aus einem Polyglycoll-Typ, wie z.B. Polyglycoll 4000 der Dow Chemical Company, wenn der Abstandshalter mit Wasser mit einer niedrigen Salzkonzentration gemischt wird. Bei Wasser mit hohem Salgehalt (über 10% äquivalent zu NaCl) sind Polyglycole nicht mehr wirkungsvoll und Silikon-Emulsionen, wie z.B. Polyorganosiloxane werden stattdessen verwendet. Das Produkt DB31 der Fa. Dow Corning kann beispielsweise verwendet werden.
- Schlußendlich, wenn der Abstandshalter in Gegenwart eines Ölhaltigen Schlamms verwendet wird, wird ein oberflächenaktives Mittel beigefügt, bevor er in das Bohrloch gepumpt wird, wie in dem oben zitierten französischen Patent beschrieben. Dieses Mittel mit einem HLB Wert von zwischen 7 und 15 (HLB - Hydrophile-Lipophile-Balance) wird in Konzentrationen von 10 bis 40 Litern pro Kubikmeter Abstandshalter verwendet.
Claims (7)
1. Zusammensetzung eines Abstandshalters des Typs,
enthaltend:
- Wasser
- ein Biopolymer
- ein Polyelektrolyt des Polynaphtalin-Sulfonat Typs (PNS)
und
- ein Flüssigkeitsverlust-Kontrollmittel,
dadurch gekennzeichnet, daß:
- das Flüssigkeitsverlust-Kontrollmittel aus einem,
einen Trübungspunkt von wenigstens 70ºC
besitzenden Cellulose-Derivat besteht.
2. Abstandshalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Cellulose-Derivat Hydroxypropylcellulose oder
Propylmethylcellusose-derivate, mit einem Trübungspunkt von
wenigstens 70ºC ist.
3. Abstandshalter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Verhältnis Biopolymer/PNS 1:0 bis 1:3, vorzugsweise
1:2 bis 1:1 beträgt.
4. Abstandshalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Konzentration des Biopolymers im Wasser wenigstens 2g/L
beträgt.
5. Abstandshalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß es
weiter ein Polyelektrolyt, das aus wenigstens einem
Polystyrol-Sulfonat besteht, enthält.
6. Abstandshalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Biopolymer ein Derivat des Bakterium Azobacter Indicus
darstellt.
7. Verwendung des Abstandshalters nach einem Ansprüche
1 bis 6, bei der Behandlung von Öl-, Gas-, Wasser- oder
geothermischen Schächten oder analogen Anwendungen.
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