NO844659L - Fluidtap-tilsetning for dypborsement - Google Patents

Description

Ved boring og komplettering av jordolje- og gasskilder inn-føres etter gjennomboring av de overliggende jord- og sten-sjikt foringsrør i borehullet og ringrommet mellom borehull-veggen og rørforingen utsementeres. Dertil innføres sementslam, vanligvis gjennom rørforingen til borehullgrunnen og pumpes igjen opp gjennom ringrommet. Den herdede sement gir forings-røret det nødvendige hold, beskytter det mot korrosjon og hindrer uønskede væskestrømmer mellom forskjellige forma-sj oner.

For borehullsementering anvendes vanligvis spesielle dypborsementer, hvis sammensetning adskiller seg fra de vanlige bygningssementer slik de anvendes til fremstillingen av bygnings-deler som mørtel, og som er fastlagt i API-spesifikasjon 10

(API = American Petroleum Institute) i klassene A-J. For å tildele spesielle egenskaper kan sementslammene inneholde forskjellige tilsetningsstoffer. I motsetning til de i bygnings-industrien anvendte mørtler inneholder dypborsementslam ingen grovdelte tilslagsstoffer som sand eller kis.

For å gi dypborsement forbedrede anvendelsesspesifikke egenskaper er forskjellige tilsetninger vanlig, som f.eks. å på-virke flyteegenskapene, avbindingsforholdene og vanntilbake-holdelsesevnen av sementen.

Innfører man en ren sement-vannoppslemming i ringrommet, så består den fare at for meget vann filtrerer fra sementslammet inn i de porøse gjennomborede formasjoner. Denne fare økes dessuten ved de ved pumping av sementen anvendte høye trykk. Følgene av et for tidlig vanntap av sementslammet under pump-ingen er f.eks. nedsatt flytbarhet som krever øket pumpeytelse og for tidlig avbinding av sementen som trekker med seg ned-satte fastheter.

Det er derfor vanlig til sementslammene å sette såkalte fluidloss-additiver som hindrer eller i det minste tydelig ned-setter et for tidlig vanntap med de ovennevnte, for det meste kostbare følger.

Vanlige vannoppløselige polymere for nevnte anvendelse er f ;.eks. hydrolyserte polyacrylamider, polyacrylsyre, polyiminer og cellulosederivater som hydroksyetylcellulose eller karboksy-metylhydroksyetylcellulose (f.eks. US-patenter 3 937 633, 4 015 991, 40 036 660). De disponerbare fluidloss-additiver tilfredsstiller imidlertid ikke alle krav. ^Eksempelvis virker en rekke av produkter i den for en god vanntilbake-holdelsesevne nødvendige konsentrasjon samtidig fortykkende og påvirker dermed pumpbarheten. Andre, f.eks: cellulosederivater, har en begrenset temperaturbestandighet. Nettopp denne temperaturbestandighet.-:tilkommer større betydning, da antallet dypboringer stadig øker og dermed blir kravene til additivenes temperaturbestandighet større.

Oppfinnelsens gjenstand er følgelig høymolekylære omsetningsprodukter av maleinsyreanhydrid resp. maleinsyrehalvester-kopolymerisater med etylen, propylen, isobutylen eller styren med aromatiske aminosulfonsyrer til polymere, substituerte amider eller imider, samt deres anvendelse som vanntilbake-holdende tilsetninger (fluidloss-additiver) i dypborsementer.

Det ble funnet at disse stoffer er spesielt virksomme fluidloss-additiver, når molekylvekten i tilfellet etylen-, propylen- og isobutylenkopolymerisatet fortrinnsvis utgjør over 20.000 og i tilfelelt styrenkopolymerisatet fortrinnsvis utgjør over 100.000.

Det ble videre funnet at stoffene ifølge oppfinnelsen spesielt fordelaktig kan anvendes også ved forhøyede temperaturer i området over 90°C til ca. 130°C, og eventuelt høyere uten at det kommer til et drastisk ytelsesfall som f.eks. ved cellulose-derivatene.

En ytterligere fordel av de nye fluidloss-additiver er deres gunstige reologiske forhold i sementslam. I motsetning til andre som fluidloss-additiv anvendte syntetiske polymere virker stoffene ifølge oppfinnelsen ikke fortykkende på sementslammet .

Ved borehullsementering er det ofte nødvendig til sementtilbe-redningen å sette avbindingsforsinkere for å unngå en for hurtig avbinding ved pumping i større dybder, hvori temperaturen lett kan overstige 90°C. En ytterligere fordel ved stoffene ifølge oppfinnelsen at de selv har en forsinkende virkning som også bibeholdes godt ved høye temperaturer, således at ved høye anvendte temperaturer kan så vel vanntilbakeholdelsesvirkningen som også den forsinkede virkning utnyttes.

Fremstillingen av maleinsyreanhydrid- resp. maleinsyrehalv-ester-kopolymerisatene kan foregå etter kjente fremgangsmåter. F.eks. ved kopolymerisering av maleinsyreanhydrid (MA) eller maleinsyrehalvesteren i oppløsningsmidler eller ved etterfølg-ende forestring av MA-kopolymerisatene til halvestere eller di-estere. som utgangsstoffer anvendes fortrinnsvis kopolymeri-sater av etylen eller styren med maleinsyreanhydrid. Omset-ningen av anhydrid- resp. ester-kopolymerene med aminosulfonsyrer resp. deres salter, kan foregå i organiske oppløsnings-midler eller i vandig miljø ved temperaturer fortrinnsvis på 20-100°C. Høyere temperaturer inntil 200°C foretrekkes, når man overveiende vil oppnå imidstrukturer.

Som aromatiske aminosulfonsyrer er det f.eks. egnet sulfanilsyre, aminotoluensulfonsyre eller monoaminonaftalin-mono-

eller disulfonsyrer.

Av de mulige kopolymere av maleinsyreanhydrid resp. halv-esteren med andre vinylforbindelser som vinylacetat, styren, isobutylen, vinyleter, etylen eller propylen anvendes fortrinnsvis omsetningsproduktene av de kopolymere med etylen, propylen, isobutylen og styren. Molekylvektene av anhydrid-resp. halvester-kopolymere som skal anvendes er minst 20.000, i tilfellet av styren-maleinsyreanhydrid-kopolymere fortrinnsvis mer enn 100.000.

Det har vist seg gunstig, når det av anhydrid- resp. halv-estergruppene omsettes inntil 90% med aromatiske aminosulfonsyrer. Fortrinnsvis er omsetningsproduktene vannoppløselige.

De ifølge oppfinnelsen fremstilte polymerisater kan videre inneholde inntil 50% syregrupper (karboksylgrupper). Disse fore-ligger fortrinnsvis som salter med kationer som alkali- eller ammoniumioner resp. aminer.

Polymerene ifølge oppfinnelsen kan tilsettes enten i fast form til dypborsementen ("dry blend") eller tilsettes som vandig oppløsning foran stedet til blandevannet ved tilberedningen av sementslammen. For den annen variant egner det seg spesielt etylenkopolymerisatene som, som 30-40%-ige vandige oppløs-ninger enda er godt pumpbare.

Fluidloss-additivene skal være virksomme i lavest mulig økono-misk godtagbare tilsetningsmengder. Additivene ifølge oppfinnelsen kan anvendes i området fra 0,1-3%. Foretrukket er anvendte mengder fra 0,2-2,0%, fortrinnsvis foretrukket 0,5-1,0%'.-

Vurderingen av det fluidloss-reduserende forhold foregår

ifølge API-spesifikasjon 10 (1. opplag, januar 1982,

Appendix F, sidene 72-74).

Sementslammet består av 1.000 g dypborsement API-klasse G,

440 g vann og 1,0-30 g fluidloss-additiv, hvis mengde er refe-rert til den tørre sement. Addivit i fast form blandes med den tørre sement. Ved anvendelse som vandig oppløsning tilsettes det blandevannet. Komponentene blandes i et blandeaggregat (Waring Blender) i 15 sekunder ved lavere, deretter 35 sekunder ved høyere hastighet. Deretter blandes den resulterende slam 20 minutter i et Halliburton-konsistometer ved atmosfærisk trykk og den senere prøvetemperatur og overføres deretter i en til prøvetemperatur bragt høytrykksfiltercelle (fabrikat Baroid). Som filter tjener en sikt nr. 325 US-Standard-Sikt-Serie.

Under prøvingen opprettholdes 1.000 psi (~ 70 bar) ^-trykk. Det i løpet av 30 minutter uttredende filtrat oppfanges ved prøvetemperatur over 100°C i et trykkar. Resultatet er angitt i ml/30 minutter filtrat.

Ved 90°/1.000 psi oppnås verdier på 100 ml/30 minutter ved temperaturer i størrelsesorden på 120-140, ansees 150 ml/30 minutter som ønskelige, og oppnås av additivene ifølge oppfinnelsen .

Oppfinnelsen forklares nærmere ved hjelp av følgende eksempler, hvori det omtales fremstillingen av additivene ifølge oppfinnelsen samt vanntilbakeholdelsesévnen av representative repre-sentanter under forskjellige betingelser.

Eksemp_el_l_

I et 3 liters rørekar med indre termometer oppløses 195 vektdeler sulfanilsyre-Na-salt ved 90°C under omrøring i 2.000 vektdeler vann. Til den klare oppløsning setter man i løpet av 15 minutter porsjonsvis 126 vektdeler av et alternerende kopolymerisat av etylen og maleinsyreanhydrid med en midlere molvekt på 100.000.

Etter avsluttet tilsetning omrører man ytterligere 8 timer ved 90°C. Man får en homogen oppløsning med et faststoffinnhold på 13,6%. En del av oppløsningen dialyseres 48 timer mot vann og den i dialyseslangen gjenblivende oppløsning inndampes til tørrhet. Svovelanalysen gir en verdi på 6,4%.

Eksemp_el_2

Ifølge eksempel 1 omsettes 126 vektdeler av et alternerende kopolymerisat av etylen og maleinsyreanhydrid med en midlere molvekt på 25.000 med sulfanilsyre-Na-salt. Man får en homogen oppløsning med et faststoffinnhold på 13.7%. Produktet hadde etter 48 timers dialyse et svovelinnhold på 6,5%.

Eksemp_el_3

Ifølge eksempel 1 omsettes 126 vektdeler av et alternerende kopolymerisat av etylen og maleinsyreanhydrid med en midlere molekylvekt på 8.000 med sulfanilsyre-Na-Salt. Man får en homogen oppløsning med et faststoffinnhold på 13,4%. Produktet hadde etter 48 timers dialyse et svovelinnhold på 6-, 8%.

Eksemp_el_4_

I en 2 liters rørekolbe med indre termometer og dryppetrakt oppløses 126 vektdeler av et alternerende kopolymerisat av etylen og maleinsyreanhydrid med en midlere molekylvekt på 100.000 i 800 vektdeler aceton. Separat tilberedes en konsen-trert vandig oppløsning av sulfanilsyre-K-salt, idet man til en suspensjon av 173 vektdeler sulfanilsyre i 300 vektdeler vann ved 50°C under omrøring porsjonsvis innfører 69 vektdeler vannfritt kaliumkarbonat. Den dannede 50°C varme oppløsning dryppes i løpet av 60 minutter til den likeledes til 50°C opp-varmede oppløsning av etylen-maleinsyreanhydridkopolymere i aceton. Det etteromrøres 2 timer ved 50°C. Det klumpede svakt seige utfelte utrøres etter fjerning og overstående opp-løsningsmiddel 30 minutter med 1.000 vektdeler aceton ved 25°C og tørkes ved 60°C. Etter maling i en slagmølle og gjen-tatt tørking ved 60°C får man 305 vektdeler av et kornet produkt. Etter 48 timers dialyse i vann hadde produktet et svovelinnhold på 8,1%.

Eksemp_el_5

Ifølge eksempel 4 omsettes 202 vektdeler av et alternerende kopolymerisat av styren og maleinsyreanhydrid med en midlere molvekt på 70.000 oppløst i 1.600 vektdeler aceton. Etter tørking og maling får man 382 vektdeler omsetningsprodukt.

Eksempel_6

Det suspenderes 202 vektdeler av et alternerede kopolymerisat av styren og maleinsyreanhydrid med en midlere molvekt på 500.000 i en oppløsningsmiddelblanding av 1.800 vektdeler acetonitril og 200 vektdeler aceton under svelling og deretter gåes det fram videre som angitt i eksempel 4. Etter utrøring med 1.000 vektdeler aceton får man et fint pulver. Etter tørk-ing oppnås 390 vektdeler av omsetningsproduktet.

Eksem<p>_<el>_<i7>

Ifølge eksempel 6 omsettes 184 vektdeler av et alternerende kopolymerisat av vinylacetat og maleinsyreanhydrid med en midlere molvekt på 80.000. I motsetning til eksempel 6 er her polymerisatet oppløst i en oppløsningsmiddelblanding av acetonitril og aceton. Det fås 365 vektdeler av tørt omsetningsprodukt.

Eksemp_el_8

Ifølge fremgangsmåten i eksempel 4 oppløses 126 vektdeler av et alternerende kopolymerisat av etylen og maleinsyreanhydrid med en midlere molekylvekt på 100.000 i 800 vektdeler aceton og deretter omsettes med 369 vektdeler av en 41 vekt-%-ig oppløs-ning av taurin-Na i vann. Etter tørking og maling fås 265 vektdeler av omsetningsproduktet.

Eksempel_9

I en 6 liters autoklav med ankerrører has 3.150 vektdeler des-tillert vann og 692 vektdeler sulfanilsyre og oppvarmes under omrøring (n = 100/U/min.) til 70°C. I løpet av 30 minutter innføres porsjonsvis 277 vektdeler vannfritt kaliumkarbonat. Etter 10 minutter ble det omrørt ved 70°C og et dreietall på 100 U/min. innføres i løpet av 30 minutter under ytterligere omrøring 504 vektdeler av et alternerende kopolymerisat av etylen og maleinsyreanhydrid med en midlere molvekt på 100.000. Deretter lukkes autoklaven, evakueres og spyles for fjerning av oksygenrester tre ganger med 2 bar nitrogen. Under omrøring oppvarmer man 3 timer til 90°C og 2 timer ved 180°C. Etter avkjøling får man 4.420 vektdeler av en oppløsning med et fast-stoff innhold på 28,5 vekt-%.

Eksemjoel_10

Vanntilbakeholdingsevnen ved 90°C/1.000 psi bestemmes ifølge API-spesifikasjon 10 (1. opplag, januar 1982, Appendix F, sidene 72-74). Virkningen av produktene fra eksemplene 1-9 fremgår av følgende tabellariske oversikt.

Eksemp<el_>ll

Ved 120°C/1.000 psi fastslås etter den forøvrig like frem-gangsmåte som i eklsempel 10 følgende fluidloss-grader:

Eksempel 12_

Dette eksempel viser den avbindingsforsinkende virkning av produktene ifølge oppfinnelsen. Det måles stivnetiden av en sementslam av 100 deler dypborsement klasse G ifølge API-spesif ika j son 10 og 44''deler vann under tilsetning av forskjellige mengder av stoffene ifølge oppfinnelsen. Prøvene foregår i et høyttrykks-høytemperatur-konsistometer fra firmaet Halliburton ifølge API-spesifikasjon 10 (seksjon 8,

sidene 22-31) og under de i samme spesifikasjon i Appendix E, side 58, under Schedule 11 g/4 omtalte trykk- og temperatur-betingelser (126°C, 22.000 psi). Resultatene er vist neden-forrtåbellarisk.

Claims (4)

1. Høymolekylære omsetningsprodukter med molekylvekter på minst 20.000 av aromatiske monoaminosulfonsyrer med polymeri-satere av maleinsyreanhydrid eller maleinsyreestere med etylen, propylen, isobutylen eller styren til amider resp. imider som tilsetninger til dypborsementslam.

2. Anvendelse av fluidloss-additiver ifølge krav 1, karakterisert ved at disse fremstilles fra omsetningsprodukter av etylen-maleinsyreanhydridkopolymere med aromatiske monoamino-sulfonsyrer og har molekylvekter fra 20 .000-500.000.

3. Høymolekylære omsetningsprodukter med molekylvekter på 100.000, fortrinnsvis 500.000-5.000.000, fremstilt ved omset-ning av styren-maleinsyreanhydrid resp. maleinsyrehalvester-kopolymere med aromatiske monoamino-sulfonsyrer, som fluidloss-additiver for dypborsementslam.

4. Sementtilberedning til sementering av hulrom, karakterisert ved at tilberedningen for ned-settelse av for tidlig vanntap tilsettes 0,05-5,0% av kopolymere på basis av maleinsyreanhydrid som over amid- eller imidstoff-atomer inneholder sulfonsyregruppe bærende arylgrupper.