DD289283A5 - Zusatz fuer befreiungsfluessigkeiten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zusatz zu Befreiungsflüssigkeiten für Bohrungen, in denen technische Ausrüstungen an der Bohrlochwand anliegend in ihrer Beweglichkeit eingeschränkt oder völlig blockiert sind. Durch den alleinigen Zusatz von anionaktiven n-Alkylethersulfosuccinaten der allgemeinen Struktur RO-(C ind 2 H ind 4 O)ind n -OC-CH(CH ind 2 COONa)-SO ind 3 Na vorzugsweise n-Kokosalkylethersulfosuccinat mit einem Oxylierungsgrad von 3 wird bei hoher Grenzflächenaktivität eine gute Hartwasserbeständigkeit bei gleichzeitig geringer Verschäumungszahl erzielt. Der angeführte Zusatz wird mit 0,05-0,5% den Systemen aus Wasser, Polymerlösung und Öl zugesetzt und in das Bohrloch gezielt in die Klemmstelle verpumpt.{Bohrflüssigkeit; technische Ausrüstung; Bohrlochwand; Beweglichkeit; Oxylierungsgrad; Grenzflächenaktivität}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Befreiungsflüssigkeiten für Bohrungen, in denen technische Ausrüstungen an der Bohrlochwand anliegend in ihrer Beweglichkeit eingeschränkt oder völlig blockiert sind und die zur Behebung dieser Störung eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Während dos Bohrprozesses wird mit unterschiedlichen technischen Ausrüstungen im Bohrloch gearbeitet. Das sind beim direkten Bohren zumeist ein Bohrstrang und ein Bohrwerkzeug. Zur Stabilisierung der Bohrlochwand werden geologisch bedingt Rohrtouren eingebaut. Zur Auswertung der unterschiedlichen geologischen und technischen Verhältnisse werden Meß- und Testeinrichtungen eingesetzt. Durch geologische Bedingungen gibt es Gebirgsabschnitte mit unterschiedlichem Geoirgsdruck und Gebirgsinhalten. Dies hat zur Folge, daß durch Druckdifferenzen zwischen Gebirgsinhalt und Spülungsdruck auf das Gebirge Festwerdeerscheinunqen bzw. Festwerden von Ausrüstungsteilen auftreten. Die Beseitigung dieser Komplikationen bzw. Produktionsstörungen bringt hohe ökonomische Verluste, die bis zum Verlust der Garnitur und Meßeinrichtungen führen können.

Als Ursachen des Festwerdens werden häufig Differenzdruckkräfte bei Infiltration der Bohrspülung oder des Mediums im Bohrloch in aufnahmefähige Formationen, Adhäsion an der tonhaltigen Infiltrationskruste, mechanisches Festziehen in der Kruste bei gekrümmten Bohrlochabschnitten oder eine Kombination dieser Erscheinungen angegeben.

Durch Zugversuche und weitere mechanische Operationen, wie Erschütterungsschießen, Entlastungen und Belastungen, Drehbewegungen u.a.m. wird die Lösung der festgewordenen Einrichtungen angestrebt. Die umlaufende Bohrspülung wi;d zumeist in ihren Parametern auf diese Arbeiten eingestellt, z. B. durch Senkung des Filtratverhaltens oder der Dichte, so daß Differenzdrücke zwischen Bohrloch und Gebirge und damit mögliches Differenzdruckfestwerden vermieden oder gänzlich behoben wird.

Eine weitere bekannte Maßnahme zur Behebung von Festwerdeerscheinungen im Bohrloch ist das Einpumpen von Befreiungsflüssigkeiten direkt an den Festpunkt, um durch feststofffreie Lösungen oder Bohrspülungen die bereits beschriebenen Veränderungen herbeizuführen. Dazu werden Wasser- oder Polymerwannen gesetzt, die eine Senkung der Dichte direkt vor Ort bewirken, es werden Öl- oder ölhaltige Wannen verpumpt, die einen Schmiereffekt bewirken.

Auch eine Belüftung der im Bohrloch vorhandenen Spülung oder eingesetzter Wannen ist in letzter Zeit bekannt und eingesetzt worden (DDR-WP 263325). Diese Art der Dichteentlastung ist in Wasser- und Polymerwannen schlecht zu realisieren, da die Luft nicht oder nur gering gebunden wird und nach kurzer Zeit durch die jeweilige Wanne und die darüber befindliche Spülungssäule durchschlägt, deshalb ist dieses Verfahren nur effektvoll bei hochviskoser Spülung im Bohrloch.

Effektiver ist der Einsatz von oberflächenaktiven Substanzen, die sich an den Oberflächen der Filterkruste und des angelagerten Bohr- und Rohrstranges einlagern. Diese Tenside senken die Festhaltekraft und damit die Kraft zum Freiziehen der festgewordenen technischen Einrichtungen. Weiterhin wird die Zeit zum Freiwerden reduziert.

Die Tenside, die in Wannen zur Befreiung von Bohrgestänge beim Festwerden durch Differenzdruck eingesetzt werden, haben die spezifische Aufgabe, die Grenzflächenspannung zwischen den festen Phasen Metall und Spülungskruste zu regulieren, daß entweder das Metall oder die Feststoffe der Spülungskruste benetzt werden.

Chemisch unterscheidet man prinzipiell drei Gruppen von Tensiden:

die anionaktiven,

die kationaktiven und

die nichtionogenen Substanzen.

Der EinsaU kationenaktiver Tenside wird aufgrund der stark adsorbtiven Wirkung (hydrophobe Eigenschaften) vermieden. Nichtionogene und anionenaktive Tenside haben dagegen hohe Netzwirkung, d. h. die Fähigkeit, die Grenzflächenspannung im Festwerdebereich in jedem Punkt zu senken. Bisher wird vorrangig der Einsatz nichtionogener Tenside vorgenommen (USA 4230587,4494610; Rum. 74573; SU 791931). Der Einsatz anionenaktiver Tenside erfolgt zumeist kombiniert mit nichtionogenen Tensiden, um die hohen grenzflächenaktiven Eigenschaften der anionenaktiven Tenside mit der ausgewogenen Hydrophilisierungsbilanz der nichtionogenen Tenside zu vereinen (USA Pat.-Nr.2976209,3223622; Rum. Pat.-Nr.74573, GB Pat.-Nr.2084632). Der alleinige Einsatz anionenaktiver Tenside wird bisher aufgrund einer angenommenen schlechten Hartwasserbeständigkeit nicht empfohlen. (Lit.: Diener, H., Grenzflächenaktive Substanzen und ihre Eignung als Additive für Bohrspülungen; Erdöl-Erdgas-Zeitschrift 1966, S. 146-150).

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es einen verbesserten und ökonomisch produzierbaren Zusatz für Befreiungsfl'lssigkeiten zu entwickeln, der aus einheimischen Rohstoffen gewonnen wird und In ausreichender Menge kostengünstig zur Verfugung steht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zusatz für Befreiungsflüssigkeiten zu entwickeln, der aus einer möglichst geringen Anzahl von Komponenten besteht und bei gegeben hoher Grenzflächenaktivität eine gute Hartwasserbeständigkeit bei gleichzeitig geringer Verschäumungszahl aufweist.

Es wurde überraschend gefunden, daß durch einen alleinigen Zusatz von anionaktiven n-Alkylethersulfosuccinaten der allgemeinen Struktur:

RO-(C₂H₄O)_n-OC-CH (CHjCOONa)-SO₃ Na

vorzugsweise n-Kokosalkylolhersulfosuccinat mit einem Oxethylierungsgrad von 3, wobei R ein Alkylkettonlängengemisch von 8 bis 16 Kohlenstoffatomen darstellt und η im Bereich von 2 bis 8 liegt, bei gegeben hoher Grenzflächenaktivität eine gute Hartwasserbeständigkeit bei gleichzeitig geringer Verschäumungszahl erzielt wird. Es wurde gefunden, daß der Zusatz ein kostengünstig herstellbares Tensid für alle Typen von Befreiungsflüssigkeiten auf der Basis von reinem Wasser, Polymerlösungen sowie wasser- und ölbasischen Spülungen ist, welches gleichzeitig die Festhaltekraft zwischen Metall und Kruste senkt und die Freiziehkraft verbessert. Der angeführte Zusatz wird mit 0,05-0,5% den Systemen aus Wasser, Polymerlösung oder Öl zugesetzt und in da3 Bohrloch gezielt an die Klemmstelle verpumpt. Dort verbleibt die Befreiungsflüssigkeit 1-5 h. Nach den positiv verlaufenden Zugversuchen wird die Wanne zumeist in die umlaufende Spülung eingemischt oder ausgeschert. Es besteht auch die Möglichkeit, den umlaufenden Bohrspülungen direkt den erfindungsgemäßen Zusatz in der Größenordnung von 0,2-1 % zuzugeben, damit die Neigung der Spülung zu Festwerdeerscheinungen in bestimmten Formationen von vornherein unterbunden wird.

AusfOhrungsbeisplel

An Messungen im Labor und im Bohrfeld wird die Wirkung des vorgeschlagenen Tensids mit internationalen Produkten verglichen. Die Ermittlung der Festwerdetendenz im Labor und die Zeit zum Freiwerden der Bohrausrüstungen dienen ^r Qualitätseinschätzung des Zusatzes für Befreiungsflüssigkeiten. In den folgenden Beispielen wurden verschiedene anionenaktive Tenside unter Einsatzbedingungen verglichen. Das Produkt A ist das n-Alkylethersulfosuccinnt, das Produkt B ist ein n-Alkylethersulfonat und Produkt C ist ein n-Alkylbenzensulfonat. Als Vergleichsprodukt D wurde eine Tensidkombination bestehend aus 50Gew.-% nichtionogenem Tensid (Kokosalkylpolyethoxyalkohol) und 50Gew.-% anionogendm Tensid B verwendet.

Beispiel 1

In 500ml Wasser mit 10°dH werden 15g Na-Carboxymethylcellulose eingerührt und über 4 h bei 20°C gequollen. Die Viskosität dieser Lösung beträgt 35OmPa · s. Diese Lösung wird bezogen auf den Gehalt an waschaktiver Substanz (WAS-Gehalt) mit 0,5g/l der Tenside A, B, C und D versetzt und eingemischt.

Folgende Parameter wurden ermittelt:

Parameter	A	B	C	D
Festwerdekoeffment Verschäumungszahl	0,045 1,6	0,15 3,7	0,18 5	0,085 1,5

Der Festwerdekoeffizient wird nach einer international bekannten Methode ermittelt, bei der eine Filterkruste gebildet und die Kraft zum Freiziehen eines Metallblättchens bei Zusatz verschiedener Befreiungsflüssigkeiten ermittelt wird. Die Verschäumungszahl ist ein Maß der Stabilität des gebildeten Schaumes (entsprechend dem Werkstandard 026/08 des VEB Kombinat Erdöl-Erdgas Gommern).

Beispiel 2

Einer Bohrfeldspülung mit 60g/l Bentonit, 20g/l Stärke, 55g/l NaCI sowie 650g/l Baryt werden die Tenside A, B, C, D in den Konzentrationen von 5g/l (bezogen auf WAS-Gehalt) zugesetzt.

Folgende Parameter wurden ermittelt:

Parameter	ohne Zusatz	A	B	C	D
Festwerdekoeffizient	0,11	0,0055	0,085	0,12	0,0095
Filtratinml	7,6	7,8	9,6	10,8	7,9
Fließgrenze in dPa	96	142	245	307	200
Verschäumungszahl	0	1,0	1,8	2	0,9

Filtrat und Fließgrenze werden nach den internationalen API-Normen ermittelt.

Beispiel 3 Während der Bekämpfung von Festwerdeerscheinunnen in den Teufenbereichen von 1830m bis 1840m wurden

unterschiedliche Wasserwannen eingesetzt. Die eingepumpte Wassermenge wurde auf <*!ner Bohrung mit 2,5 kg/m³ des

Tensides A.und auf einer anderen Bohrung im gleichen Bohrfeld mit 4,4 kg/rn³ des Tensides B versetzt. Nach einer Einwirkdauer

von 3 h war die Bohrgarnitur mit dem Produkt A wieder beweglich und frei. Dagegen führte der Einsatz von B erst nach einerwiedernolten Behandlung zu einem positiven Ergebnis.

Die Beispiele zeigen, daß das n-Alkylethersulfosuccinat anderweitig bekannten anionenaktiven Tensiden überlegen ist und unter

gleichen Bedingungen verbesserte Parameter bei den Festwerdeerscheinungen erzielt werden.

Claims (3)

1. Zusatz für Befreiungsflüssigkeiten für Bohrungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz ein n-Alkylethersulfosuccinat mit der Formel

RO-(C₂H₄O)_n-CO-CH(CH₂COONa)-SO₃Na

ist, wobei R ein Alkylkettenlängengemisch von 8 bis 16 Kohlenstoffatomen ist und η im Bereich 2-8, vorwiegend 3, liegt.

2. Zusatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz ein Kr kosalkylethersulfosuccinat mit einem Oxethylierungsgrad von 3 ist.

3. Zusatz nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er in Konzentrationen von 0,01-0,5% der Befreiungsflüssigkeit zugesetzt wird.