DE69120947T2

DE69120947T2 - Dispergiermittel-zusammensetzungen für bohrung und abdichtung untererdischer quellen

Info

Publication number: DE69120947T2
Application number: DE69120947T
Authority: DE
Inventors: James Bloys; Richard Morgan
Original assignee: Atlantic Richfield Co
Current assignee: Atlantic Richfield Co
Priority date: 1990-04-26
Filing date: 1991-04-03
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2011-04-04
Also published as: EP0530204B1; NO302455B1; DE69120947D1; NO923999D0; CA2081465A1; EP0530204A4; WO1991016365A1; EP0530204A1; MX25515A; NO923999L

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen für die Verwendung bei der Bohrung und Abdichtung unterirdischer Quellen. Insbesondere betrifft die Erfindung Dispergiermittel, Abstandshalterflüssigkeiten, Abdichtungsflüssigkeiten, Zementaufschlämmungen und Mischungen aus Bohrflüssigkeiten und Zementaufschlämmungen.

Beschreibung des Standes der Technik

Allgemein bekannt sind Techniken zur Bohrung und Abdichtung von Bohrlöchern, insbesondere Gas- und Ölbohrlöchern, die von der Erdoberfläche in eine unterirdische Formation getrieben werden, welche ein flüssiges Mineral enthält, das man gewinnen möchte. Nachdem die flüssigkeitshaltige geologische Formation durch Untersuchungen lokalisiert worden ist, bohrt man ein Loch durch die darüberliegenden Schichten der Erdkruste zu der betreffenden Formation, damit das darin enthaltene flüssige Mineral gewonnen werden kann.
Die während der Bohrung verwendeten Bohrflüssigkeiten werden im allgemeinen auf der Grundlage ihres Hauptbestandteils klassifiziert. Wenn der Hauptbestandteil eine Flüssigkeit (Wasser oder Öl) ist, wird der Begriff "Schlamm" für eine Suspension von Feststoffen in der Flüssigkeit verwendet. Die am häufigsten verwendeten Bohrflüssigkeiten enthalten Wasser als Hauptkomponente. Diese Bohrflüssigkeiten sind als Bohrflüssigkeiten auf Wasserbasis oder "Wasserschlämme" bekannt.
Bei Bohrflüssigkeiten auf Wasserbasis gibt es große Unterschiede in bezug auf ihre zusammensetzung und Eigenschaften; viele davon sind auf der Grundlage ihrer Hauptbestandteile klassifiziert worden. Einige übliche Klassifizierungen für Bohrflüssigkeiten auf Wasserbasis sind Süßwasserschlämme, Schlämme mit geringem Feststoffgehalt, Bohransatzschlämme, Salzwasserschlämme, Kalkschlämme, "Gyp"-Schlämme und CL-CLS-Schlämme.
Außer Wasser enthalten Bohrflüssigkeiten eine beliebige Anzahl bekannter Additive, die im Bohrflüssigkeitssystem verschiedene Funktionen ausüben. Zu den am häufigsten verwendeten Additiven gehören die Dichte erhöhende Materialien wie Barit und Galenit sowie Mittel zur Erhöhung der Viskosität oder Eindickungsmittel wie Ton (normalerweise Bentonit).
Darüber hinaus sind viele Bohrflüssigkeiten auf Wasserbasis so formuliert, daß sie ein oder mehrere Additive enthalten, die dazu dienen, die Bohrflüssigkeit zu dispergieren, den Anteil an Filtratverlust zu verringern, Ton zu stabilisieren, gebohrte Feststoffe ausflocken zu lassen, die Förderleistung zu erhöhen sowie als Emulgator, Schmiermittel u.ä. zu dienen. Zu den am häufigsten verwendeten polymeren Additiven gehören Stärke, Guargummi, Xanthan, Natriumcarboxymethylcellulose (CMC), Hydroxyethylcellulose (HEC) Carboxymethylhydroxyethylcellulose (CMHEC) und synthetische, in Wasser dispergierbare Polymere wie Acryl- und Alkylenoxidpolymere.
Ebenfalls bekannt und wichtig wegen ihrer Fähigkeit, den Strömungswiderstand und die Gelbildung in Ton- Wasser-Schlämmen zu verringern, sind Materialien, die in der Industrie für Bohrflüssigkeiten unter dem allgemeinen Begriff "Dispergiermittel" geführt werden. Materialien, die in der Vergangenheit als Dispergiermittel verwendet worden sind, sind als Pflanzentannine, Polyphosphate, Lignitmaterialien, synthetische, in Wasser dispergierbare Polymere und Lignosulfate klassifiziert.
Wenn die Bohrung des Lochs abgeschlossen ist, wird innerhalb des Bohrlochs eine Verrohrung gelegt, um es zu sichern und zu verhindern, daß eine Flüssigkeit aus einer anderen Formation als der, die angebohrt wurde, eindringen kann. Die Verrohrung wird typischerweise durch Einpumpen einer Zementaufschlämmung an Ort und Stelle zementiert. Die Zementaufschlämmung fließt aus dem offenen unteren Ende der Verrohrung am Boden des Bohrlochs und dann nach oben um die Verrohrung herum und in den ringförmigen Raum zwischen der Außenwand der Verrohrung und der Wand des Bohrlochs. Häufig wird vor der Zementaufschlämmung eine Abstandshalterflüssigkeit nach unten gepumpt, um einen Puffer zu bilden und den Kontakt zwischen der Bohrflüssigkeit und der Zementaufschlämmung - zwei typischerweise inkompatiblen Flüssigkeiten - zu verhindern.
Das Bohrverfahren, mit dem das Bohrloch angelegt wird, hinterläßt normalerweise an der Wand des entstehenden Bohrlochs einen Bohrflüssigkeits-Filterkuchen aus schlammartigem Material. Dieses Material verhindert, daß eine Zementzusammensetzung, die verwendet wird, um eine undurchdringliche Bindung zwischen der Verrohrung und der Wand des Bohrlochs herzustellen, ordnungsgemäß abbindet.
Bei einem idealen Zementiervorgang würde der Bohrflüssigkeits-Filterkuchen von der Wand des Bohrlochs entfernt und durch die Zementaufschlämmung ersetzt, damit sich eine feste Schicht aus gehärtetem und abgebundenen Zement zwischen der Verrohrung und den geologischen Formationen, durch die sich das Bohrloch erstreckt, bilden kann. Im Stand der Technik ist bereits erkannt worden, daß die Entfernung des Bohrflüssigkeits-Filterkuchens erheblich erleichtert wird, wenn man die Zementaufschlämmung, Abstandshalterflüssigkeiten o.ä unter Wirbelströmung in das Bohrloch einspritzt.
Um durch Steuerung der Fließgeschwindigkeit allein einen Wirbel zu erzeugen, ist eine spezifische Mindestgeschwindigkeit erforderlich, die wiederum durch den maximalen Druck beschränkt ist, den das Bohrloch aushalten kann. Besonders wenn der erzeugte Wirbel ausreichen soll, um die Entfernung des Bohrflüssigkeits- Filterkuchens sicherzustellen, ist üblicherweise zusätzliche Pumpkapazität und ein sehr hohes Druckniveau erforderlich. Dieses Druckniveau übersteigt vor allem bei tiefen Bohrlöchern oft den Druck, bei dem die unterirdischen Formationen einbrechen, wodurch die Zirkulation verlorengeht. Außerdem kann das erforderliche Druckniveau die Kapazität der Pumpanlage oder die Leistungsfähigkeit der Bohr- und sonstigen Anlagen übersteigen.
Im Stand der Technik erfolgte das Einpumpen von Zementaufschlämmungen in einer Wirbelströmung bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten durch Zusatz eines Mittels zur Erhöhung der Fließeigenschaften und zur Auslösung eines Wirbels, das auch als Dispergiermittel bekannt ist.
Nachdem das Bohrloch fertig und die Verrohrung darin zementiert ist, wird die Verrohrung perforiert, um die Gewinnung eines flüssigen Minerals zu ermöglichen. Häufig wird innerhalb des Bohrlochs eine Abdichtungsflüssigkeit verteilt, um während des Perforierungsvorgangs einen hydrostatischen Druck aufrechtzuerhalten. Einige häufig verwendete Abdichtungsflüssigkeiten sind klare Salzlösungen und milde Bohrflüssigkeiten.
Beim Zementieren von Öl- und Gasbohrlöchern ist vorgeschlagen worden, die Bohrflüssigkeit während des Einbringens der Aufschlämmung nicht zu verdrängen und entfernen, sondern sie vielmehr in eine zementartige Aufschlämmung zu verwandeln, um eine Verrohrung an ihren Platz zu zementieren oder sie auf andere Weise zu stabilisieren oder zu schützen, indem man die Formation in unmittelbarer Nachbarschaft des Bohrlochs abdichtet.
Die Umwandlung der Bohrflüssigkeit oder des "Schlamms" zu einer Zementaufschlämmung geht jedoch nicht ohne betriebliche Probleme und unerwünschte Veränderungen in der Zusammensetzung vor sich. Beispielsweise kann der Zusatz von zementartigen Materialien wie Mischungen aus Kalk, Siliciumdioxid und Aluminiumoxid oder Kalk und Magnesiumoxid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Eisenoxid oder Zementmaterialien wie Calciumsulfat und Portlandzement zu wäßrigen Bohrflüssigkeiten die Viskosität des Flüssigkeitsgemischs erheblich erhöhen und zu starker Ausflockung führen. Der Versuch, solche Mischungen durch ein Bohrloch zirkulieren zu lassen, kann zu einer sehr unbefriedigenden Zirkulationsgeschwindigkeit, Verstopfen des Ringrohrs der Verrohrung, Einbruch der Erdformation in unmittelbarer Nachbarschaft des Bohrlochs sowie zum Ausbleiben der ordnungsgemäßen Vermischung der Zementaufschlämmung führen.
Diese Probleme lassen sich durch Zusatz einer Dispergiermittelzusammensetzung lösen, die sowohl die Bohrflüssigkeit als auch die Zementaufschlämmung dispergiert und Mischungen aus Bohrflüssigkeiten und Zementaufschlämmungen in pumpbarem Zustand hält. Jedoch dispergieren herkömmliche Dispergiermittel für Bohrflüssigkeiten Zementaufschlämmungen und herkömmliche Dispergiermittel für Zementaufschlämmungen Bohrflüssigkeiten nicht unbedingt. Darüber hinaus dispergieren herkömmliche Dispergiermittel die sowohl bei Bohrflüssigkeiten als auch Zementaufschlämmungen dispergierend wirken, Mischungen aus Bohrflüssigkeiten und Zementaufschlämmungen nicht unbedingt.
US-A-3,730,900 offenbart, daß sulfoniertes Styrolmaleinsäureanhydrid-copolymer (SSMA) wäßrigen Bohrflüssigkeiten eine kolloidale Stabilisierung verleiht. US- A-3,952,805 und 4,036,660 offenbaren, daß SSMA in Zementaufschlämmungen als Additiv zur Verbesserung der Fließeigenschaften und zur Auslösung eines Wirbels wirkt. US-A-4,883,125 offenbart, daß SSMA als Dispergiermittel für Mischungen aus Bohrflüssigkeiten und Zementaufschlämmungen in einem Verfahren zur Umwandlung von Schlamm zu Zement wirkt.
US-A-2,650,905 offenbart, daß sulfoniertes Polystyrol und copolymere von sulfoniertem Styrol mit Malein-, Fumar-, Acryl- und Methacrylsäure und ihre Alkalimetall- und Ammoniumsalze den Flüssigkeitsverlust in Bohrflüssigkeiten steuern. US-A-2,718,497 offenbart, daß Polyacrylsäure, Acrylsäure-Fumarsäure-Copolymer, Polymethacrylsäure, Acrylsäure-Isobutylen-Copolymer, Isobutylen-Maleinsäureanhydrid und Isobutylen-Maleinsäure-Copolymer und ihre Alkali- und Ammoniumsalze den Flüssigkeitsverlust in Bohrflüssigkeiten steuern.
US-A-3,234,154 und 3,409,080 offenbaren, daß sulfoniertes Polystyrol und Polyvinylalkohol in Zementaufschlämmungen den Flüssigkeitsverlust steuern und ihre Abbindezeit verringern.
Dispergiermittelzusammensetzungen weisen unter verschiedenen Bedingungen typischerweise wechselnde Eigenschaften und Leistungen auf. Die Leistung von Dispergiermittelzusammensetzungen kann in Anwendungen wie Schlamm-zu-Zement-Dispersion, Zementdispersion, Schlammdispersion mit geringem Salzgehalt und geringer Härte (LS-LH), Schlammdispersion mit hohem Salzgehalt und großer Härte (HS-HH) sowie bei hohen Temperaturen in allen vorstehenden Anwendungen bewertet werden.
EP-A-0 170 527 betrifft die Verwendung von Polymeren und Copolymeren von sulfonierten, ethylenisch ungesättigten Verbindungen als Verdünner in wäßrigen Bohr- und Packerflüssigkeiten.
Die Erfindung ist entwickelt worden, um verbesserte Dispergiermittelzusammensetzungen zur Verfügung zu stellen, die die rheologischen Eigenschaften von Abstandshalterflüssigkeiten, Abdichtungsflüssigkeiten, Zementaufschlämmungen und Mischungen aus Bohrflüssigkeiten und Zementaufschlämmungen steuern, die Filtratsteuerung in diesen Substanzen verbessern und sie dispergieren.
Erfindungsgemäß wird eine Flüssigkeitszusammensetzung zur Verfügung gestellt, die eine aus Abstandshalterflüssigkeiten, Abdichtungsflüssigkeiten, Zementaufschlämmungen und Mischungen aus Bohrflüssigkeiten und Zementauf schlämmungen ausgewählte Flüssigkeit sowie ein spezifiziertes dispergierend wirkendes Copolymer umfaßt, das die rheologischen Eigenschaften der Flüssigkeit steuert und die Filtratsteuerung in der Flüssigkeit verbessert.
Erfindungsgemäß umfassen die Dispergiermittel ein Copolymer aus einem ersten und einem zweiten Monomer, wobei das erste Monomer Maleinsäureanhydrid, Malein säure, Acrylsäure oder Methacrylsäure und das zweite Monomer sulfoniertes Ethen, sulfoniertes Propen, sulfoniertes But-1-en, sulfoniertes But-2-en, sulfoniertes Pent-1-en, sulfoniertes Pent-2-en, sulfoniertes 2-Methylbut-l-en, sulfoniertes 2-Methylbut-2-en, sulfoniertes 3-Methylbut-1-en, sulfoniertes Cyclopenten, sulfoniertes Cyclohexen, sulfoniertes Hex-1-en, sulfoniertes Hex-2-en, sulfoniertes Hex-3-en, sulfoniertes 2-Methylpent-1-en, sulfoniertes 2-Methylpent-2-en, sulfoniertes 3-Methylpent-1-en, sulfoniertes 3-Methylpent-2-en, sulfoniertes 4-Methylpent-1-en, sulfoniertes 3,3-Dimethylbut-1-en, sulfoniertes 2,3-Dimethylbut-1-en, sulfoniertes 2,3-Dimethylbut-2-en, sulfoniertes 2-Ethylbut-1-en, sulfoniertes 1,3-Butadien, sulfoniertes 1,3-Pentadien, sulfoniertes 1,4-Pentadien, sulfoniertes 2-Methyl-1,3- butadien, sulfoniertes 2,3-Dimethyl-1,3-butadien, sulfoniertes 2-Ethylbutadien, sulfoniertes 2-Methyl-1,3- pentadien, sulfoniertes 3-Methyl-1,3-pentadien, sulfoniertes 4-Methyl-1,3-pentadien, sulfoniertes 2-Methyl-1,4-pentadien, sulfoniertes 4-Methyl-1,4-pentadien, sulfoniertes 1,3-Hexadien, sulfoniertes 1,4- Hexadien, sulfoniertes 1,5 Hexadien, sulfoniertes 2,4- Hexadien oder sulfoniertes 1,3,5-Hexatrien ist. Die Sulfonat- und Carboxylatgruppen auf den Copolymeren können in neutralisierter Form als Alkalimetall- oder Ammoniumsalze vorhanden sein. Die erfindungsgemäßen Copolymere weisen vorzugsweise ein Molverhältnis des ersten zum zweiten Monomer im Bereich von 10 : 1 bis 1 : 10 auf.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Umwandlung einer Bohrflüssigkeit in eine Zementaufschlämmung zur Verfügung, um eine Verrohrung in einem Bohrloch zu sichern, wobei die Verrohrung eine innere und äußere Wand aufweist und das Bohrloch einen ringförmigen Raum um die Außenwand der Verrohrung definiert, der mit der Bohrflüssigkeit gefüllt ist. Bei dem Verfahren wird der Bohrflüssigkeit ein zementartiges Material sowie ein dispergierend wirkendes Copolymer des vorstehend beschriebenen Typs zugesetzt.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Sicherung einer Verrohrung innerhalb eines Bohrlochs zur Verfügung gestellt, wobei die Verrohrung eine innere und äußere Wand aufweist und das Bohrloch einen ringförmigen Raum um die Außenwand der Verrohrung definiert, der mit der Bohrflüssigkeit gefüllt ist. Bei dem Verfahren wird die Bohrflüssigkeit durch eine wie vorstehend definierte Zusammensetzung verdrängt, in der die Flüssigkeit (a) eine Zementaufschlämmung umfaßt.
Außerdem wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Sicherung einer Verrohrung in einem Bohrloch zur Verfügung gestellt, wobei die Verrohrung eine innere und äußere Wand aufweist und das Bohrloch einen ringförmigen Raum um die Außenwand der Verrohrung definiert, der mit der Bohrflüssigkeit gefüllt ist. Bei dem Verfahren wird die Bohrflüssigkeit zumindest teilweise durch eine erste Verdrängungsflüssigkeit, welche eine wie vorstehend definierte Zusammensetzung umfaßt und wobei die Flüssigkeit (a) Abstandshalterflüssigkeit umfaßt, aus dem ringförmigen Raum verdrängt und die erste Verdrängungsflüssigkeit durch eine aushärtbare Zementaufschlämmung verdrängt.
Ebenfalls wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Verfügung gestellt, bei dem man eine innerhalb eines Bohrlochs gesicherte Verrohrung perforiert, um die Gewinnung eines flüssigen Minerals zu ermöglichen, wobei die Verrohrung eine innere und äußere Wand aufweist und das Bohrloch einen ringförmigen Raum um die Außenwand der Verrohrung definiert, der mit ausgehärtetem Zement gefüllt ist. Bei dem Verfahren wird innerhalb des Bohrlochs mit einer wie vorstehend definierten Zusammensetzung, in der die Flüssigkeit (a) eine Abdichtungsflüssigkeit umfaßt, ein hydrostatischer Druck aufrechterhalten.
Fachleute werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung die vorstehend aufgeführten Merkmale der Erfindung sowie weitere ihrer überlegenen Aspekte zu würdigen wissen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Erfindung betrifft Dispergiermittel, die die rheologischen Eigenschaften von Abstandshalterflüssigkeiten, Abdichtungsflüssigkeiten, Zementaufschlämmungen und Mischungen aus Bohrflüssigkeiten und Zementaufschlämmungen steuern, die Filtratsteuerung darin verbessern und eine oder mehrere der vorstehenden Flüssigkeiten dispergieren.
Erfindungsgemäß liegt das Molekulargewicht der Dispergiermittel vorzugsweise im Bereich von 1.000 bis 20.000, noch bevorzugter im Bereich von 2.000 bis 12.000.
Außerdem wird bevorzugt, daß die Dispergiermittel eine hohe anionische Ladungsdichte aufweisen, weil die Oberfläche der zu dispergierenden Teilchen einen gewissen Grad an positiver Ladung aufweist. Es wird auch bevorzugt, daß die Dispergiermittel eine funktionelle Gruppe wie eine Sulfonat- oder Carboxylatgruppe aufweisen, die eine anionische Ladung liefern.
In Abstandshalterflüssigkeiten, Abdichtungsflüssigkeiten und Mischungen, die Bohrflüssigkeiten umfassen, enthalten die Dispergiermittel bevorzugt eine Sulfonatgruppe, wenn eine gute Salztoleranz erwünscht ist. Ist dies der Fall, sollten die Dispergiermittel eine Sulfonatgruppe zusammen mit polaren nicht ionischen Gruppen, aliphatischen Estergruppen und Alkylenoxidgruppen enthalten. Außerdem neigen die für Salz toleranteren Dispergiermittel dazu, weniger Carboxylatgruppen aufzuweisen, die gegenüber zweiwertigen Ionen sensibler sind als die Sulfonatgruppen.
In Zementaufschlämmungen und Mischungen aus Bohrflüssigkeiten und Zementaufschlämmungen wird bevorzugt, daß die Dispergiermittel eine Carboxylatgruppe enthalten, die eine hohe Affinität für die in der Zementaufschlämmung enthaltenen Calciummoleküle aufweist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Monomer Maleinsäureanhydrid
Die Wasserlöslichkeit der erfindungsgemäßen Dispergiermittel wird sowohl durch das Molekulargewicht des Polymeren und die Anwesenheit von Sulfonat- oder Carboxylatgruppen auf dem Polymer beeinflußt. Je höher das Molekulargewicht der Polymere wird, desto mehr nimmt ihre Wasserlöslichkeit ab. Wie vorstehend festgestellt, haben die Polymere vorzugsweise ein Molekulargewicht im Bereich von 1.000 bis 20.000 und am meisten bevorzugt im Bereich von 2.000 bis 12.000. Die vorstehenden Bereiche für das Molekulargewicht gelten vor der Sulfonierung und umfassen das Gewichten dieser Gruppen folglich nicht.
Die Sulfonat- oder Carboxylatgruppen verbessern die Wasserlöslichkeit der Polymere. Auf Wunsch enthalten die erfindungsgemäßen Polymere eine ausreichende Anzahl von Sulfonat- oder Carboxylatgruppen, um sie wasserlöslich zu machen.
Die erfindungsgemäßen Polymere können durch herkömmliche Polymerisationstechniken wie die hergestellt werden, die in Witcoff, Harold: Industrial Organic Chemicals in Perspective Part One: Raw Materials and Manufacture (Organische Chemikalien für die Industrie in der Perspektive Teil I: Rohmaterialien und Herstellung), New York, NY, John Wiley & Sons, Inc., 1980, beschrieben sind. Mit diesen Techniken, die dem normalen Fachmann bekannt sind, erhält man ein Polymer mit den erwünschten Eigenschaften. Die Polymere können auf Wunsch mit Fachleuten bekannten Techniken sulfoniert werden, wie z.B. in March, Jerry: Advanced Organic Chemistry (Organische Chemie für Fortgeschrittene), 2. Auflage, McGraw-Hill, Inc., 1977, und in US-A-4,797,450 beschrieben.
Die Sulfonat- und Carboxylatgruppen auf den erfindungsgemäßen Polymeren sind vorzugsweise in neutralisierter Form als Alkalimetall- oder Ammoniumsalze vorhanden.
Die Dispergiermittel werden vorzugsweise zu Abstandshalterflüssigkeiten, Abdichtungsflüssigkeiten, Zementaufschlämmungen und Mischungen aus Bohrflüssigkeiten und Zementaufschlämmungen gegeben, und zwar in einem Verhältnis von 0,285 bis 57,1 g/l (0,1 bis 20,0 lbs pro 42-Gallon Faß (ppb)).
Die erfindungsgemäßen Dispergiermittel sind nutzbar in Abstandshalterflüssigkeiten, Abdichtungsflüssigkeiten, Zementaufschlämmungen und Mischungen aus Bohrflussigkeiten und Zementaufschlämmungen.
Wenn man die Dispergiermittel zu Abstandshalterflüssigkeiten und Abdichtungsflüssigkeiten gibt, können sie deren rheologischen Eigenschaften verändern und Flüssigkeiten ergeben, die eine plastische Viskosität von 3 bis 70 x 10&supmin;³ Pas (3 bis 70 cPs), bevorzugt 5 bis 50 x 10&supmin;³ Pas (5 bis 50 cPs) und eine streckgrenze von 0,96 bis 23,0 Pa (20 bis 50 lbs/100 ft²), bevorzugt 2,4 bis 14,4 Pa (5 bis 30 lbs/200 ft²) aufweisen.
Wenn man die Dispergiermittel zu Zementaufschlämmungen und Mischungen aus Bohrflüssigkeiten und Zementaufschlämmungen gibt, können sie deren rheologische Eigenschaften verändern und Flüssigkeiten ergeben, die eine plastische Viskosität von 10 bis 400 x 10&supmin;³ Pas (10 bis 400 cPs), bevorzugt 20 bis 200 x 10&supmin;³ Pas (20 bis 200 cPs) und eine Streckgrenze von 0 bis 47,9 Pa (0 bis 100 lbs/100 ft²), bevorzugt 2,4 bis 23,9 Pa (5 bis 50 lbs/200 ft²) aufweisen.

Claims

1. Fluidzusammensetzung zur Verwendung beim Bohren und bei der Fertigstellung von unterirdischen Bohrlöchern, enthaltend:

(a) ein Fluid, das aus einem Ergänzungsfluid, einer Trennflüssigkeit, einer Zementaufschlämmung sowie einer Mischung aus Bohrfluid und Zementaufschlämmung ausgewählt ist, und

(b) ein Copolymer als Dispergiermittel, welches ein erstes und ein zweites Monomer enthält, wobei das erste Monomer aus Maleinsäureanhydrid, Maleinsäure, Acrylsäure und Methacrylsäure und das zweite Monomer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus sulfoniertem Ethen, sulfoniertem Propen, sulfoniertein But-1-en, sulfoniertem But-2-en, sulfoniertem Pent-1-en, sulfoniertem Pent-2-en, sulfoniertem 2-Methylbut-1-en, sulfoniertem 2-Methylbut-2-en, sulfoniertem 3-Methylbut-1-en, sulfoniertem Cyclopenten, sulfoniertem Cyclohexen, sulfoniertem Hex-1-en, sulfoniertem Hex-2-en, sulfoniertem Hex-3-en, sulfoniertem 2-Methylpent-1-en, sulfoniertem 2- Methylpent-2-en, sulfoniertem 2-Methylpent-3-en, sulfoniertem 3-Methylpent-1-en, sulfoniertem 3-Methylpent-2-en, sulfoniertem 4-Methylpent-1-en, sulfoniertem 3,3-Dimethylbut-1-en, sulfoniertem 2,3-Dimethylbut-1-en, sulfoniertem 2,3-Dimethylbut-2-en, sulfoniertem 2-Ethylbut-1-en, sulfoniertem 1,3-Butadien, sulfoniertem 1,3-Pentadien, sulfoniertem 1,4-Pentadien, sulfoniertem 2-Methyl-1,3-butadien, sulfoniertem 2,3-Dimethyl-1,3-butadien, sulfoniertem, 2-Ethylbutadien, sulfoniertem 2-Methyl-1,3-pentadien, sulfoniertem 3-Methyl-1,3-pentadien, sulfoniertem 4-Methyl-1,3-pentadien, sulfoniertem 2-Methyl-1,4-pentadien, sulfoniertem 3-Methyl-1,4-pentadien sulfoniertem 4-Methyl-1,4-pentadien, sulfoniertem 1,3-Hexadien, sulfoniertem 1,4-Hexadien, sulfoniertem 1,5-Hexadien, sulfoniertem 2,4-Hexadien und sulfoniertem 1,3,5-Hexatrien besteht.

2. Fluid gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfonsäure- und/oder Carbonsäuregruppen des als Dispergiermittel verwendeten Copolymeren in neutralisierter Form als Alkalimetallsalze oder Ammoniumsalze vorliegen.

3. Fluid gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem als Dispergiermittel verwendeten Copolymer das Molverhältnis des ersten zum zweiten Monomer von 10:1 bis 1:10 beträgt.

4. Fluid gemäß einem der Anbsprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid 0,285 bis 57,1 g Dispergiermittel pro Liter Fluid enthält (von 0,1 bis 20,0 Pfund Dispergiermittel auf 42,0 Gallonen Fluid).

5. Fluid gemäß einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid 2,85 bis 28,5 g Dispergiermittel pro Liter Fluid enthält (von 0,1 bis 10,0 Pfund Dispergiermittel auf 42,0 Gallonen Fluid).

6. Fluid gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymer als Dispergiermittel vor der Sulfonierung ein Molekulargewicht im Bereich von 2.000 bis 12.000 aufweist.

7. Fluid gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als Dispergiermittel verwendete Copolymer wasserlöslich ist.

8. Fluid gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Fluid (a) eine Trennflüssigkeit ist und das Copolymer als Dispergiermittel aus polaren nichtionischen Gruppen, Hydroxylgruppen, aliphatischen Estergruppen und Alkylenoxidgruppen sowie Sulfonatgruppen ausgewählte Gruppen aufweist.

9. Fluidzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, in der das Fluid (a) eine Trennflüssigkeit oder ein Ergännungsfluid ist, wobei die Fluidzusammensetzung eine plastische Viskosität von 3 - 70 x 10&supmin;³ Pas (3 - 70 Centipoise) und eine Streckgrenze von 0,96 bis 23,9 Pa (2 bis 50 lbs/100 ft²) hat.

10. Fluidzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, in der das Fluid (a) eine Zementaufschlämmung oder eine Mischung aus Bohrflüssigkeit und Zementaufschlämmung darstellt, wobei die Fluidzusammensetzung eine plastische Viskosität von 10 - 400 x 10&supmin;³ Pas (10 - 400 Centipoise) und eine Streckgrenze von 0 bis 47,9 Pa (0 bis 100 lbs/100 ft²) hat.

11. Verfahren zur Umwandlung einer Bohrflüssigkeit in eine Zementaufschlämmung, um eine Auskleidung in einem Bohrloch abzusichern, wobei die Auskleidung eine innere und eine äußere Wandung aufweist und das Bohrloch einen ringförmigen Raum um die äußere Wandung der Auskleidung herum definiert, der von der Bohrflüssigkeit eingenommen wird, bei dem man

ein Zementmaterial zur Bohrflüssigkeit zugibt und

ein als Dispergiermittel verwendetes Copolymer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 zu der Bohrflüssigkeit hinzufügt.

12. Verfahren zum Absichern einer Auskleidung in einem Bohrloch, wobei die Auskleidung eine innere und eine äußere Wandung aufweist und das Bohrloch einen ringförmigen Raum um die äußere Wandung der Auskleidung herum definiert, der von der Bohrflüssigkeit eingenommen wird, bei dem man

die Bohrflüssigkeit durch eine abbindende Zementzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und 10 ersetzt, wobei das Fluid eine Zementaufschlämmung enthält.

13. Verfahren zum Absichern einer Auskleidung in einem Bohrloch, wobei die Auskleidung eine innere und eine äußere Wandung aufweist und das Bohrloch einen ringförmigen Raum um die äußere Wandung der Auskleidung herum definiert, der von der Bohrflüssigkeit eingenommen wird, bei dem man

die Bohrflüssigkeit zumindest teilweise mit einem ersten Verdrängungsfluid aus dem ringförmigen Raum verdrängt, der eine Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 enthält, wobei das Fluid eine Trennflüssigkeit enthält, und das erste Verdrängungsfluid durch eine abbindende Zementaufschlämmung ersetzt.

14. Verfahren zum Perforieren einer in einem Bohrloch gesicherten Verkleidung, um die Gewinnung von flüssigen Mineralien zu ermöglichen, wobei die Auskleidung eine innere und eine äußere Wandung aufweist und das Bohrloch einen ringförmigen Raum um die äußere Wandung der Auskleidung herum definiert, der mit einem abgebundenen Zement angefüllt ist, bei dem man

mit Hilfe von Zusammensetzungen gemaß einem der Ansprüche 1 bis 9, in denen das Fluid ein Ergänzungsfluid enthält, im Bohrloch einen hydrostatischen Druck aufrechterhält