CS220669B1

CS220669B1 - Drilling fluid with increased lubricating effect

Info

Publication number: CS220669B1
Application number: CS326081A
Authority: CS
Inventors: Josef Prikryl; Jiri Skalsky; Irena Valisova; Radomir Kotyza
Original assignee: Josef Prikryl; Jiri Skalsky; Irena Valisova; Radomir Kotyza
Priority date: 1981-05-04
Filing date: 1981-05-04
Publication date: 1983-04-29

Abstract

Vynález patří do oboru hlubinného vrtání především průzkumných a těžebních vrtů. Řeší problém vrtného výplachu s mazacím účinkem .za účelem zmenšování otěru vrtného nástroje a snižování tření vrtné kolony, zejména pro vrtání v přítomnosti minerálních solí a dispergovaných pevných částic. Podstata vynálezu spočívá v tom, že vrtný výplach obsahuje 0,1—5 obj. % mazací kompozice, která sestává z 40—50 obj. % triglyceridů vyšších nenasycených mastných kyselin s počtem atomů uhlíku 14—22, 8—10 obj. % směsi nenasycených mastných kyselin s počtem atomů uhlíku 14—22, 0,2— —0,5 obj. % trietanolaminu, 6—8 obj. % neionogenního emulgátoru ze skupiny kondenzátu ,alkylfenolů s etylénoxidem, 0,1—0,5 obj. % odpěňovače silikonového typu a 30— —40 obj. % chlorovaných parafinických uhlovodíků s počtem atomů uhlíku 12—38. Obsah chloru v těchto uhlovodících je 38 až 46 %. Vynález může být použit především při vrtání v nestabilních a botnavých jílovitých břidlicích nebo v porézních horizontech, zvláště pak při vysokooibrátkovém diamantovém vrtání s těsnou kolonou a při vrtání usměrněných a šikmých vrtů.The invention belongs to the field of deep drilling, especially exploration and production wells. It solves the problem of drilling fluid with a lubricating effect for the purpose of reducing wear of the drilling tool and reducing friction of the drill string, especially for drilling in the presence of mineral salts and dispersed solid particles. The essence of the invention lies in the fact that the drilling fluid contains 0.1-5 vol. % of a lubricating composition consisting of 40-50 vol. % triglycerides of higher unsaturated fatty acids with a number of carbon atoms of 14-22, 8-10 vol. % of a mixture of unsaturated fatty acids with a number of carbon atoms of 14-22, 0.2--0.5 vol. % triethanolamine, 6-8 vol. % of a nonionic emulsifier from the group of condensates of alkylphenols with ethylene oxide, 0.1--0.5 vol. % of a silicone-type defoamer and 30--40 vol. % of chlorinated paraffinic hydrocarbons with a number of carbon atoms of 12-38. The chlorine content in these hydrocarbons is 38 to 46%. The invention can be used primarily in drilling in unstable and swelling clay shales or in porous horizons, especially in high-speed diamond drilling with a tight column and in drilling directional and inclined wells.

Description

Vynález se týká vrtného výplachu, který se používá při průzkumném a těžebním vrtání. Jednou funkcí vrtného výplachu je zmenšovat otěr vrtného nástroje a snižovat tření vrtné kolony při jejím styku se stěnou vrtu, případně při styku s pažnicovbu kolonou. Na vrtný výplach se proto klade požadavek, aby kromě jiných vlastností vykazoval také mazací účinky. Nároky na mazací účinky vrtného výplachu rostou při vrtání v nestabilních a botnavých jílovitých břidlicích nebo v porézních horizontech, zvláště pak při vysokoobrátkovém diamantovém vrtání s těsnou kolonou a při vrtání usměrněných a šikmých vrtů.The invention relates to a drilling fluid used in exploration and production drilling. One function of the drilling fluid is to reduce the wear of the drilling tool and to reduce the friction of the drill string when it comes into contact with the borehole wall or when it comes into contact with the casing string. Therefore, the drilling fluid is required to have, among other properties, lubricating effects. The demands on the lubricating effects of the drilling fluid increase when drilling in unstable and swelling clay shales or in porous horizons, especially when drilling in high-speed diamond drilling with a tight string and when drilling directional and inclined wells.

Mazacího účinku se dosahuje tím, že se do vrtného výplachu přidávají mazací přísady. Je známo, že se k tomuto účelu používají různá pevná mazadla, oleje a jiné látky s mazacím účinkem, např. na bázi koloidních roztoků či disperzí. Přísady se přidávají jako' práškovitý materiál, kapaliny i pasty. Určujícím faktorem pro volbu optimálního vrtného výplachu je technologie vrtání a gelologické podmínky.The lubricating effect is achieved by adding lubricating additives to the drilling fluid. It is known that various solid lubricants, oils and other substances with a lubricating effect are used for this purpose, e.g. based on colloidal solutions or dispersions. The additives are added as powders, liquids and pastes. The determining factor for choosing the optimal drilling fluid is the drilling technology and the gelological conditions.

Vrtání ve stále složitějších technologických i geologických podmínkách vede k tomu, že se pro zvyšování mazacího účinku vrtného výplachu používají stále ve větší míře mazací kompozice, zvolené pro dané specifické podmínky. Vrtný výplach však musí také mít i další fyzikálně mechanické vlastnosti nutné pro úspěšné a bezporuchové vrtání.Drilling in increasingly complex technological and geological conditions leads to the use of increasingly more lubricating compositions, selected for specific conditions, to increase the lubricating effect of the drilling fluid. However, the drilling fluid must also have other physical and mechanical properties necessary for successful and trouble-free drilling.

Jsou známy vrtné výpLachy s přídavkem mazacích kompozic, které tvoří směs různých přísad. K tomu účelu se používají vyšší mastné kyseliny a jejich mýdla, triglyceridy, sulfonované vyšší mastné kyseliny a triglyceridy apod.Drilling fluids with the addition of lubricating compositions are known, which are a mixture of various additives. For this purpose, higher fatty acids and their soaps, triglycerides, sulfonated higher fatty acids and triglycerides, etc. are used.

Výšší mastné kyseliny sice mají dobré mazací účinky, avšak v bezjílových výplaších špatně emulgují a jsou citlivé na přítomnosti minerálních solí. Stupeň emulgace ve vodě značně ovlivňuje mazací vlastnosti výplachu, přítomnost minerálních solí intenzívně snižuje mazací účinek. Vrtné vý,plachy s kompozicemi sulfonovaných mastných kyselin, triglyceridů, mýdel vyšších mastných kyselin sice vykazují odolnost vůči minerálním solím, v nevodných výplaších však jsou emulgovatelné jen v omezeném intervalu jejich koncentrace ve výplachu.Higher fatty acids have good lubricating effects, but they do not emulsify well in clay-free muds and are sensitive to the presence of mineral salts. The degree of emulsification in water significantly affects the lubricating properties of the mud, the presence of mineral salts intensively reduces the lubricating effect. Drilling muds with compositions of sulfonated fatty acids, triglycerides, soaps of higher fatty acids do show resistance to mineral salts, but in non-aqueous muds they are emulsifiable only in a limited range of their concentration in the mud.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje vrtný výplach podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje 0,1—5 obj. % mazací kompozice, sestávající z 40—50 obj. proč. triglyceridů vyšších nenasycených mastných kyselin s počtem uhlíků 14—22, 8—10 obj. % směsi vyšších nenasycených mastných kyselin s počtem uhlíků 14—22, 0,2—0,5 obj. % trietanolaminu, 6—8 obj. % neionogenního emulgátorů ze skupiny kondenzátu alkylfenolů s etylénoxidem, 0,1-0,5 obj. % od,pěňovače silikonového typu a 30— —40 obj. % chlorovaných parafinických uhlovodíků s počtem uhlíků 12—38, přičemž obsah chloru v těchto uhlovodících je 38— —46 %.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the drilling fluid according to the invention, the essence of which lies in the fact that it contains 0.1-5 vol. % of a lubricating composition consisting of 40-50 vol. % of triglycerides of higher unsaturated fatty acids with a carbon number of 14-22, 8-10 vol. % of a mixture of higher unsaturated fatty acids with a carbon number of 14-22, 0.2-0.5 vol. % of triethanolamine, 6-8 vol. % of nonionic emulsifiers from the group of condensates of alkylphenols with ethylene oxide, 0.1-0.5 vol. % of a silicone-type foaming agent and 30-40 vol. % of chlorinated paraffinic hydrocarbons with a carbon number of 12-38, with the chlorine content in these hydrocarbons being 38-46%.

Vrtný výplach podle vynálezu vykazuje zvýšený mazací účinek i při vrtání ve velmi složitých geologických a technologických podmínkách, především v přítomnosti minerálních solí a za extrémního tlaku. Přitom zachovává v optimální skladbě další fyzikálně mechanické vlastnosti výplachu.The drilling fluid according to the invention exhibits an increased lubricating effect even when drilling in very complex geological and technological conditions, especially in the presence of mineral salts and under extreme pressure. At the same time, it preserves other physical and mechanical properties of the fluid in an optimal composition.

Proveditelnost vynálezu a jeho účinky ukazují výsledky laboratorních zkoušek, které jsou uvedeny v následujících příkladech. Mazací vlastnosti vrtného výplachu podle vynálezu byly testovány v závislosti na vzájemném poměru složek mazací kompozice obsažené ve výplachu. Takto bylo vyzkoušeno 7 typů kompozic, jejichž složení je uvedeno v tabulce 1.The feasibility of the invention and its effects are shown by the results of laboratory tests, which are given in the following examples. The lubricating properties of the drilling fluid according to the invention were tested depending on the mutual ratio of the components of the lubricating composition contained in the fluid. Thus, 7 types of compositions were tested, the composition of which is given in Table 1.

Tabulka 1Table 1

kompozice composition A A B B C C D D E E F F G G řepkový olej rapeseed oil 25,0 25.0 45,0 45.0 olbsah 25,0 content 25.0 složek v obj. 46,0 components in volume 46.0 % 47,0 % 47.0 48,0 48.0 49,0 49.0 olein olein 8,6 8.6 8,6 8.6 8,6 8.6 8,6 8.6 8,6 8.6 8,6 8.6 8,5 8.5 trietanolamin triethanolamine 0,3 0.3 0,3 0.3 0,3 0.3 0,3 0.3 0,3 0.3 0,3 0.3 0,3 0.3 slovasol 905 *2 words 905 *2 11,0 11.0 11,0 11.0 11,0 11.0 10,0 10.0 9,0 9.0 8,0 8.0 7,0 7.0 chlorparafin chloroparaffin 55,0 55.0 35,0 35.0 35,0 35.0 35,0 35.0 35,0 35.0 35,0 35.0 35.0 35.0 Lukosil MF 300 *1 Lukosil MF 300 *1 0,1 0.1 0,1 0.1 0,1 0.1 0,1 0.1 0,1 0.1 0,1 0.1 0,2 0.2 diglycerid řepkového rapeseed diglyceride — — — — 20,0 20.0 — —

oleje *1 vodná disperze silikonového oleje *2 kondenzát alkylfenolů s etylénoxidemoils *1 aqueous dispersion of silicone oil *2 condensate of alkylphenols with ethylene oxide

220660220660

Příklady provedeníDesign examples

Příklad 1Example 1

V 1000 ml vody bylo za použití vysokoobrátkové míchačky po dobu 15 min postup6 ně emulgováno 2,5-5-10-20--50 ml kaž dého typu mazací kompozice A—G a na EP· -Testeru fy Baroid stanoveny pevnosti mazacího filmu v MPa při přítlaku 45 kg Výsledky shrnuje tabulka 2.In 1000 ml of water, 2.5-5-10-20-50 ml of each type of lubricating composition A—G were gradually emulsified using a high-speed mixer for 15 min and the strength of the lubricating film in MPa at a pressure of 45 kg was determined on the EP Tester from Baroid. The results are summarized in Table 2.

Tabulka 2Table 2

Mazací kompozice typu Koncentrace v obj. % Pevnost mazacího filmuLubricating composition type Concentration in vol. % Lubricating film strength

Voda Water 17,6 17.6 0,25 0.25 20,3 20.3 0,50 0.50 25,2 25.2 A A 1,0 1.0 31,6 31.6 2,0 2.0 43,3 43.3 5,0 5.0 54,9 54.9 0,25 0.25 48,5 48.5 0,50 0.50 80,7 80.7 B B 1,0 1.0 72,3 72.3 2,0 2.0 77,7 77.7 5,0 5.0 61,4 61.4 0.25 0.25 20,3 20.3 0,50 0.50 25,2 25.2 C C 1,0 1.0 77,7 77.7 2,0 2.0 91,4 91.4 5,0 5.0 71,8 71.8 0,25 0.25 51,8 51.8 0,50 0.50 84,8 84.8 D D 1,0 1.0 71,7 71.7 2,0 2.0 69,1 69.1 5,0 5.0 84,8 84.8 0,25 0.25 93,0 93.0 0,50 0.50 103,6 103.6 E E 1,0 1.0 103,6 103.6 2,0 2.0 103,6 103.6 5,0 5.0 84,8 84.8 0,25 0.25 93,3 93.3 0,50 0.50 116,0 116.0 F F 1,0 1.0 103,6 103.6 2,0 2.0 77,8 77.8 5,0 5.0 77,8 77.8 0,25 0.25 103,6 103.6 0,50 0.50 103,6 103.6 G G 1,0 1.0 103,6 103.6 2,0 2.0 93,3 93.3 5,0 5.0 93,3 93.3

Z tabulky 2 je zřejmé, že dominantní úlohu v mazacích vlastnostech kompozice hraje přítomnost řepkového oleje. Nedostatek řepkového oleje lze částečně nahradit diglyceridem. Koncentraci neionogenního emulgátoru se podařilo snížit na únosnou míru, při čemž je zachována velmi dobrá samoelgující schopnost kompozice. Optimální, velmi vyrovnané hodnoty pevnosti mazacího filmu vykazuje kompozice G. Velmi cenné je znečištění, že vysokých mazacích účinků se dosahuje již při minimální koncentraci této mazací kompozice ve vodné emulzi.From Table 2 it is clear that the dominant role in the lubricating properties of the composition is played by the presence of rapeseed oil. The lack of rapeseed oil can be partially replaced by diglyceride. The concentration of the non-ionic emulsifier was reduced to a tolerable level, while maintaining a very good self-emulsifying ability of the composition. Composition G shows optimal, very balanced values of the strength of the lubricating film. It is very valuable that high lubricating effects are achieved even at a minimum concentration of this lubricating composition in an aqueous emulsion.

Příklad 2Example 2

V 1000 ml roztoku minerální soli (NaCl, KC1, CaCl₂) o koncentraci 5—10—15 hmotn. bylo za stálého míchání na vysokoobrátkové míchačce po dobu 15 min emulgováno, 2,5 ml mazací kompozice typu G. Na EP testeru fy Baroid byly stanoveny pevnosti mazacího filmu při přítlaku 45 kg. Výsledky shrnuje tab. 3In 1000 ml of mineral salt solution (NaCl, KC1, CaCl ₂ ) with a concentration of 5—10—15 wt., 2.5 ml of lubricating composition type G was emulsified with constant stirring on a high-speed mixer for 15 min. The strength of the lubricating film was determined on an EP tester from Baroid at a pressure of 45 kg. The results are summarized in Table 3.

Koncentrace mazací kompozice v obj. %Concentration of lubricating composition in vol. %

0,250.25

Tabulka 3Table 3

Koncentrace minerální soli v hmotn. %Mineral salt concentration in wt. %

NaCl KC1 CaCl₂ NaCl KC1 CaCl ₂

10 15 — 5 — 10 — 1510 15 — 5 — 10 — 15

Pevnost mazacího filmu v MPaLubricating film strength in MPa

103,6103.6

81,181.1

84,884.8

93,393.3

Z tabulky je zřejmá vysoká mazací účinnost kompozice v prostředí minerálních solí, a to prakticky nezávisle na typu soli a její koncentraci.The table shows the high lubricating efficiency of the composition in a mineral salt environment, practically independent of the type of salt and its concentration.

Příklad 3Example 3

V 1000 ml 6% bentonitové suspenze bylo za stálého míchání na vysokoobrútkové míchačce po dobu 15 min emulgováno 5—10— —20—50 ml mazací kompozice typu G. Na EP testeru fy Baroid byly stanoveny pevnosti mazacího filmu v MPa při přítlaku 45 * kilogramů. Výsledky uvádí tabulka 4.In 1000 ml of 6% bentonite suspension, 5—10— —20—50 ml of lubricating composition type G were emulsified with constant stirring on a high-speed mixer for 15 min. The strength of the lubricating film in MPa at a pressure of 45 * kilograms was determined on an EP tester from Baroid. The results are given in Table 4.

Tabulka 4Table 4

Koncentrace mazací kompozice v obj. % Pevnost mazacího· filmu v MPaConcentration of lubricating composition in vol. % Strength of lubricating film in MPa

0,50.5

1,01.0

2,02.0

5,05.0

15.315.3

58.3 77,858.3 77.8

93.393.3

66,666.6

Z tabulky je zřejmá vysoká mazací účinnost i v prostředí jílového vrtného výplachu. Účinnost této kompozice je však oproti nejílovým výplachům poněkud snížena, přičemž maximum účinnosti je posunuto k vyš ším koncentracím kompozice ve výplachu.The table shows high lubricating efficiency even in clay drilling mud. However, the efficiency of this composition is somewhat reduced compared to non-clay muds, with the maximum efficiency being shifted to higher concentrations of the composition in the mud.

Claims

Drilling fluid with enhanced lubricating effect, especially for drilling in the presence of mineral salts and dispersed solid particles, characterized in that it contains 0.1-5% by volume of why. a lubricating composition consisting of 40-50 vol% triglycerides of higher unsaturated fatty acids with a carbon number of 14-22, 8-10 vol% of a mixture of higher unsaturated fatty acids with a carbon number of 14-22, 0.2-0, 5 vol% triethanolamine, 6-8 vol% nonionic emulsifier from the group of alkylphenol-ethylene oxide condensate, 0.1-0.5 vol% silicone-type antifoam and 30-40 vol% chlorinated paraffinic hydrocarbons having carbon numbers of 12- 38, wherein the chlorine content of these hydrocarbons is 38-46 vol.