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Bohrflüssigkeit für Tiefbohrlöcher Wenn durch Salzschichten gebohrt
wird, löst das aus der Bohrflüssigkeit entstehende Filtrat das Salz. Salzschichten
oder -abschnitte sind gewöhnlich mit Schiefer-bzw. Schiefertonschichten vereinigt,
und beim Lösen des Salzes fallen diese Tonschichten in dem Bohrloch zusammen und
verursachen. möglicherweise ein, Festsetzen oder Brechen des Bohrrohres. Einem Lösen
der Salzschichten wird gewöhnlich dadurch entgegengewirkt, daß eine Bohrflüssigkeit
verwendet wird, welche eine wäßrige Salzlösung enthält. Die wäßrige Salzlösung flockt
jedoch den Ton aus, wodurch der Umfang des Filterverlustes erhöht wird. Zusätzlich
dazu verlieren Bohrflüssigkeiten, die eine wäßrige Salzlösung enthalten, ihre Gelfestigkeit,
und man muß sich für die Suspension des Bohrschmandes allein auf die Viskosität
verlassen.
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Eine Herabsetzung-des Filterverlustes von Salzwasser-Bohrflüssigkeiten
kann durch die Benutzung von verschiedenen Filterverlustreduziermitteln bewirkt
werden. Die Mengen, die zur Erzielung zufriedenstellender Filterverlusteigenschaften
erforderlich sind, werden jedoch vom wirtschaftlichen Standpunkt aus übermäßig hoch.
Ferner verringert die Benutzung und die Alterung der Bohrflüssigkeit allmählich
die Wirkung solcher Mittel auf die Filterverlusteigenschaften, und es müssen der
Flüssigkeit zusätzliche Mittel in häufigen Zwischenräumen hinzugefügt werden. Während
verschiedene Filterverlustreduziermittel die Eigenschaft haben, die Viskosität zu
erhöhen, sind überdies die Erhöhungen der Viskosität, welche durch die gewöhnlich
zur Herabsetzung des Filterverlustes verwendeten Mengen erzielt werden, nicht ausreichend,
um eine gewünschte Viskosität zu erzielen, und es wird daher gewöhnlich der Flüssigkeit
Salzwasserton zugesetzt, um eine gewünschte Erhöhung der Viskosität zu erhalten.
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Es ist bekannt, einer salzhaltigen Bohrflüssigkeit ein Alkalisalz
von Carboxymethylcellulose zuzusetzen. Zweck der Erfindung ist, eine Salzwasser
und ein Alkalisalz von Carboxymethylcellulose enthaltende Bohrflüssigkeit zu schaffen,
welche eine erhöhte Viskosität besitzt und zu einer beträchtlich größeren Herabsetzung
des Filterverlustes führt.
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Gemäß der Erfindung ist eine salzhaltige Bohrflüssigkeit, die ein
Alkalisalz von Carboxymethylcellulose enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalisalz
eine Körnigkeit von weniger als 100 Körnern je mg hat.
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Vorzugsweise ist das Alkalisalz von Carboxymethylcellulose in einer
Menge von etwa 0,3 bis 3 kg/hl Bohrflüssigkeit vorhanden.
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Die Bohrflüssigkeit gemäß der Erfindung besitzt den Vorteil, daß sie
die Zeitdauer, in welcher eine Herabsetzung des Filterverlustes der Bohrflüssigkeit
aufrechterhalten bleibt, gegenüber bekannten Bohrflüssigkeiten verlängert.
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Alkalisalz von Carboxymethylcellulose (Celluloseglykolsäure) wird
nach einem Verfahren hergestellt, bei dem die erste Stufe in der Bildung von Alkalicellulose
besteht. Die Bildung der Alkalicellulose kann nach einer Vielzahl von Verfahrensweisen
erfolgen, bei denen sämtlich Celhilose mit einem Ätzalkali, wie Natriumhydroxyd,
umgesetzt wird. Danach wird die Alkalicellulose unter Verwendung eines geeigneten
Mittels, wie Natriummonochloracetat, carboxymethyliert. Das sich ergebende Alkalimetallsalz
von Carboxymethylcellulose bzw. Celluloseglykolsäure kann danach gewünschtenfalls
in ein anderes Alkalimetallsalz umgewandelt und verschiedenen' Reinigungsverfahren
unterworfen werden.
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Cellulose kann durch die folgende Formel dargestellt werden:
Carboxymethylcellulose bzw. Celluloseglykolsäure besitzt die Formel:
Das Alkalimetallsalz der Celluloseglykolsäure kann durch die folgende Formel dargestellt
werden:
In diesen Formeln ist n eine ganze Zahl größer als 1, und die Glucoseanhydrideinheiten
sind durch Sauerstoffbrücken zwischen dem Kohlenstoffatom (1) einer Glucoseanhydrideinheit
und dem Kohlenstoffatom (4) einer anderen Glucoseanhy drideinheit miteinander verbunden.
In der Formel für das Alkalisalz von Celluloseglykolsäure stellt X ein Alkalimetall
dar.
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Bei der Bildung der Alkalicellulose kann das Alkalimetall die Wasserstoffatome
in irgendeiner oder sämtlichen - OH - -Gruppen in einer oder sämtlichen Glucoseanhydrideinheiten
ersetzen. Bei der nachfolgenden Carboxymethylierungs-Umsetzung kann jedes der Alkalimetallatome,
welches ein Wasserstoffatom ersetzt, durch eine Caiboxymethylgruppe -
CH, - C = O - 0 - X ersetzt werden. Es ist daher ersichtlich, daß jede Glucoseanhydrideinheit
der Alkalimetallcarboxymethylcellulose eine, zwei oder drei Carboxymethylgruppen
enthalten kann. Die Anzahl der Carboxymethylcellulosegruppen je Glucoseanhydrideinheit
ist als der Substitutionsgrad bekannt.
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Bei der Bildung der Alkalicellulose kann ferner die Anzahl der ersetzten
Wasserstoffatome in den - O H-Gruppen einer Glucoseanhydrideinheit verschieden von
derjenigen in einer anderen Clucoseanhydrideinheit sein. So können z. B. in einer
Glucoseanhydrideinheit die 'Wasserstoffatome in keiner der - O H --Gruppen
ersetzt werden, während in einer anderen Glucoseanhydrideinheit die Wasserstoffatome
in einer oder mehreren der - O H - -Gruppen ersetzt werden können. Daher ist der
Substitutionsgrad eines Alkalisalzes von Celluloseglykolsäure in der üblichen Ausdrucksweise
ein mittlerer Substitutionsgrad, und die Gleichförmigkeit der Substitution für jede
der Glucoseanhydrideinheiten ist Änderungen unterworfen. Die Verbindung kann auch
weniger speziell durch die bei 20° C gemessene Viskosität einer Suspension von 1
Gewichtsprozent der Verbindung in destilliertem Wasser ausgedrückt werden.
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Die Gleichförmigkeit der Substitution hängt zum großen Teil von der
Gleichförmigkeit der Mischung der Cellulose und des Ätzalkalis während der Bildung
der Alkalicellulose und von dem Ausmaß ab, in welchem die Alkalimetallatome durch
Carboxymethylgruppen ersetzt sind. Infolge des Vorhandenseins von geringen Mengen
Ätzalkali und großen Mengen Cellulose sowie wegen der Schwierigkeiten bei der Verteilung
des Ätzalkalis oder der Cellulose in Gegenwart von Verdünnungsmitteln und wegen
des Auftretens von verfilzten Agglomeraten von Cellulosefasern kann eine gleichförmige
Mischung des Ätzalkalis und der Cellulose nicht leicht herbeigeführt werden.
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Infolge der fehlenden Gleichförmigkeit bei der Mischung der Cellulose
und des Ätzalkalis reagieren nicht alle Cellulosemoleküle mit dem Ätzalkali zur
Bildung von Alkalicellulose. Diese Moleküle bleiben in der Celluloseform während
der Carboxymethylierungsreaktion. Es kann ferner nicht angenommen werden, daß alle
Alkalimetallatome in jedem der Moleküle von Alkalicellulose während der darauffolgenden
CarboxymethylierungsreaJition durch Carboxymethylgruppen ersetzt werden. Daher enthält
das Alkalisalz von Carboxymethylcellulose bzw. Celluloseglykolsäure nicht umgesetzte
Cellulosemoleküle und kann auch Alkalicellulosemoleküle enthalten. Die Anzahl dieser
nicht homogenen Teilchen oder Körner, die in. einem Alkalimetallsalz von Celluloseglykolsäure
enthalten ist, ist ein Maß für die Gleichförmigkeit der Mischung der Cellulose und
des Ätzalkalis und für das Ausmaß, in welchem die Alkalimetallatome bei der Carboxymethylierungsreaktion
durch Carboxymethyl gruppen ersetzt werden. Da somit die Gleichförmigkeit der Substitution
des Alkalisalzes der Celluloseglykolsäure auch von der Gleichförmigkeit der Mischung
der Cellulose und des Ätzalkalis und dem Ausmaß abhängt, in welchem die Alkalimetallatome
bei der Carboxymethylatomreaktion durch Carboxymethylgruppen ersetzt werden, liefert
die Körnigkeit bzw. die Anzahl der Körner eine Anzeige für die Substitutionsgleichförmigkeit.
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Es ist nun gefunden worden, daß ein Alkalisalz von Celluloseglykolsäure
bzw. Carboxymethylcellulose, welches eine Körnigkeit von weniger als 100
Körnern je mg hat, einer Salzwasserbohrflüssigkeit überlegene Wasserverlusteigenschaften
erteilt gegenüber einem Alkalisalz von Celluloseglykolsäure mit einer Körnigkeit
von mehr als 100 Körnern je mg. Obwohl die Erfindung nicht auf irgendeine Theorie
beschränkt werden soll, ist an.zunehmen, daß die überlegenen Eigenschaften hinsichtlich
der Herabsetzung des Wasserverlustes eines Alkalisalzes von Celluloseglykolsäure
mit einer Körnigkeit von weniger als 100 Körnern je mg in erster Linie auf die Gleichförmigkeit
der Substitution des Alkalisalzes der Celluloseglykolsäure zurückzuführen ist. Bei
gleichförmiger Substitution des Salzes ergeben seine Moleküle anscheinend eine Blockierungswirkung
gegenüber dem Wasserfluß, die größer ist, als sie durch Moleküle des Salzes geschaffen
werden kann, bei dem eine Änderung des Substitutionsgrades von einem zum anderen
in weitem Umfang erfolgt.
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Alkalisalz von Celluloseglykolsäure bzw. Carboxymethylcellulose ist
schon zur Herabsetzung des Filterverlustes von Salzwasser-Bohrflüssigkeit verwendet
worden. Soweit jedoch bekannt, haben die bisher verwendeten Alkalisalze von Celluloseglykolsäure
nicht eine solche Substitutionsgleichförmigkeit gehabt, daß die Körnigkeit geringer
als 100 Körner je mg sein würde. Im nachstehenden wird dieses Alkalisalz als nAlkalisalz
von Celluloseglykolsäure geringer Körnigkeit« bezeichnet.
Die Körnigkeit
des Alkalisalzes von Celluloseglykolsäure kann auf verschiedene Weise bestimmt werden.
Man kann z. B. ein bekanntes Gewicht des genannten Alkalisalzes in einem bekannten
Volumen von destilliertem Wasser lösen, die Körner in der Lösung durch Farbstoff
sichtbar machen und die Körner in dem Gesamtvolumen oder einer bekannten Teilmenge
der Lösung zählen. Es kann daraus die Anzahl Körner j e Gewichtseinheit des Salzes
berechnet werden.
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Eine andere Methode besteht darin, daß man eine Lösung des Alkalisalzes
von Celluloseglykolsäure bestimmter Gewichtskonzentration mit destilliertem Wasser
herstellt, die Lösung mit einer oberflächenaktiven Verbindung, z. B. dem Dioctylester
von Natriumsulfobernsteinsäure, zur Beschleunigung der späteren Färbung der Körner
versetzt, dann eine bestimmte Menge dieser Lösung auf eine trockene Glasplatte aufbringt,
Farbstoff, z. B. einen blauen Lebensmittelfarbstoff, hinzufügt, danach eine zweite
Glasplatte auflegt und die beiden Platten zusammendrückt. Die Platten werden dann
voneinander abgezogen und trocknen gelassen, und es werden dann auf der ersten Platte
die angefärbten Punkte je Flächeneinheit ohne Rücksicht auf die Tiefe der Färbung
gezählt. Aus dieser Zählung kann die Anzahl von Körnern je Gewichtseinheit des Alkalisalzes
von Celluloseglykolsäure berechnet werden. Man kann auch, anstatt die Anzahl der
angefärbten Punkte je Flächeneinheit zu zählen, einen Vergleich der Farbtiefe der
getrockneten Lösung auf der Platte mit Standardmustern vornehmen.
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Alkalisalz von Celluloseglykolsäure geringer Körnigkeit ist auch durch
die thixotropische und Gelfestigkeit seiner wäßrigen Lösungen gekennzeichnet. Eine
2 gewichtsprozentige Lösung des Alkalisalzes geringer Körnigkeit in destilliertem
Wasser mit einer Viskosität von weniger als 1000 cP bei 20° C hat eine thixotropische
Festigkeit von weniger als etwa 1 . 104 Erg/cm3/sec und eine Gelfestigkeit von weniger
als etwa 200 Dyn/cm2. Während die Viskositätseigenschaft des Alkalisalzes der Celluloseglykolsäure
geringer Körnigkeit eine solche ist, daß eine Zgewichtsprozentige Lösung eine Viskosität
bei 20° C von über 1000 cP hat, hat eine lgewichtsprozentige Lösung dieses Salzes
eine thixotropische Festigkeit von weniger als ungefähr 1 . 104 Erg/cm3/sec und
eine Gelfestigkeit von weniger als etwa 200 Dyn/cm2.
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Die Messung der thixotropischen und Gelfestigkeit wäßriger Lösungen
von Alkalisalz der Celluloseglykolsäure kann nach bekannten Verfahrensweisen ausgeführt
werden.
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Bei der praktischen Ausführung der Erfindung wird Alkalisalz von Celluloseglykolsäure
geringer Körnigkeit ; mit Salzwasser-Bohrflüssigkeit, d. h. einer Bohrflüssigkeit
mit einem darin gelösten anorganischen Salz, gemischt. Die Konzentration des in
dem Wasser der Bohrflüssigkeit gelösten Salzes kann von etwa 20 000 Gewichtsteilen
je Million Gewichtsteile Wasser bis zur Sättigung schwanken. Im allgemeinen enthält
bei den Temperaturen, bei denen Salzwasser-Bohrflüssigkeiten verwendet werden, das
Wasser bei Sättigung ungefähr 260 000 Gewichtsteile Salz je Million Gewichtsteile
Wasser. Unter Salz wird Natriumchlorid verstanden, obwohl die Bohrflüssigkeit auch
andere organische Salze zusätzlich zu Natriumchlorid enthalten kann.
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Die Menge an Alkalisalz von Celluloseglykolsäure niedriger Körnigkeit,
die mit der Salzwasser-Bohrflüssigkeit gemischt wird, hängt hauptsächlich von dem
Ausmaß ab, um welches der Filterverlust der Bohrflüssigkeit herabgesetzt werden
soll. Die Menge kann bis zu 3 kg/hl Bohrflüssigkeit betragen oder gewünschtenfalls
auch höher liegen. Diese Menge kann auch so wenig wie ungefähr 0,3 kg/hl Bohrflüssigkeit
betragen oder noch niedriger sein. Im allgemeinen werden jedoch zufriedenstellende
Ergebnisse hinsichtlich der Herabsetzung des Filterverlustes mit Mengen des Alkalisalzes
von Celluloseglykolsäure geringer Körnigkeit zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr
3 kg/hl Bohrflüssigkeit erzielt.
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Der Zusatz des Alkalisalzes von Celluloseglykolsäure geringer Körnigkeit
erhöht die Viskosität der Salzwasser-Bohrflüssigkeit. Die Erhöhung der Viskosität
beim Zusatz des Salzes in Mengen, die ausreichen, um einen gewünschten Filterverlust
zu erhalten, kann ausreichen, um die Flüssigkeit vom Standpunkt der Viskosität aus
für das Suspendieren von Spänen geeignet machen. In manchen Fällen kann jedoch die
Menge des Alkalisalzes von Celluloseglykolsäure geringer Körnigkeit, die der Salzwasser-Bohrflüssigkeit
zur Erzielung eines gewünschten Filterverlustes zugemischt wird, nicht ausreichend
sein, um die Flüssigkeit hinsichtlich der Viskosität zufriedenstellend zu machen.
In solchen Fällen kann zusätzliches Alkalimetallsalz von Celluloseglykolsäure geringer
Körnigkeit in die Bohrflüssigkeit eingemischt werden. Gewünschtenfalls kann auch
Salzwasserton oder ein anderes übliches Viskositätserhöhungsmittel der Bohrflüssigkeit
zugesetzt werden, um eine gewünschte Viskositätserhöhung zu erzielen, obwohl die
Notwendigkeit zur Benutzung solcher Mittel in starkem Umfang durch die Zumischung
des Alkalisalzes von Celluloseglykolsäure geringer Körnigkeit herabgesetzt oder
ausgeschaltet wird.
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Während der Benutzung einer Salzwasser-Bohrflüssigkeit nimmt die Wirkung
der zugemischten Mittel für die Herabsetzung des Filterverlustes ab. Demzufolge
wächst, während anfangs ein zufriedenstellender Filterverlust durch Zusatz von genügenden
Mengen an Filterverlustreduziermitteln erzielt werden kann, der Filterverlust allmählich,
und zusätzliches Filterverlustreduziermittel ist dauernd oder in Zwischenräumen
zuzusetzen, um den Filterverlust auf einer zufriedenstellenden Höhe zu halten. Bei
Salzwasser-Bohrflüssigkeit, die Alkalisalz von Celluloseglykolsäure geringer Körnigkeit
enthält, erhöht sich in ähnlicher Weise der Filterverlust mit der Zeit. Die Aufrechterhaltung
eines zufriedenstellenden Filterverlustes während der Benutzung der Salzwasser-Bohrflüssigkeit,
die Alkalisalz von Celluloseglykolsäure niedriger Körnigkeit enthält, kann gewünschtenfalls
durch Zusatz zusätzlicher Mengen der Verbindung zu der Flüssigkeit in Zwischenräumen
herbeigeführt werden. Die der Bohrflüssigkeit zuzusetzende zusätzliche Menge ändert
sich mit der Zusammensetzung der Flüssigkeit und den Bohrbedingungen. Zufriedenstellende
Ergebnisse können jedoch in den meisten Fällen mit Zusätzen in der Größenordnung
von 0,3 kg/hl Bohrflüssigkeit während einer Zeitdauer von ungefähr 10 bis 15 Tagen
fortwährender Benutzung der Bohrflüssigkeit erzielt werden.
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Die Viskosität der Salzwasser-Bohrflüssigkeit, die Alkalisalz von
Celluloseglykolsäure geringer Körnigkeit zugemischt enthält, nimmt auch mit dem
Gebrauch der Flüssigkeit ab. Die Abnahme der Viskosität im Gebrauch kann jedoch
gewünschtenfalls durch Zumischung von zusätzlichen Mengen Alkalisalz von Celluloseglykolsäure
geringer Körnigkeit zu der Bohrflüssigkeit während des Gebrauchs korrigiert werden.
Zusätzliche Mengen, die hinzugefügt werden können, hängen von dem Ausmaß der gewünschten
Viskositätserhöhung ab, die ihrerseits von der Anfangsviskosität der Bohrflüssigkeit
und der Geschwindigkeit der Abnahme der Viskosität mit der Zeit abhängt. Demgemäß
kann keine Regel bezüglich der zusätzlichen Mengen des Alkalisalzes von Celluloseglykolsäure
geringer Körnigkeit, welche die Viskosität aufrechterhalten, gegeben werden. Die
zusätzlichen Mengen, die zur Viskositätsregelung erforderlich sind, wenn eine
V
iskositätsregelung durch Verwendung des genannten Salzes herbeigeführt wird, sind
jedoch größer als diejenige Mengen, die erforderlich sind, um den Filterverlust
während der Benutzung der Flüssigkeit zu regeln.
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Es kann irgendein Alkalisalz von Celluloseglykolsäure bzw. Carboxymethyilcellulose
verwendet werden, dessen lgc:«,ichtsprozentige Suspension in destilliertem Wasser
eine Körnigkeit von weniger als 100 Körnern je mg hat. Von den AlkalisalzEn gelangt
jedoch das Natriumsalz bevorzugt zur Anwendung.
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Zusätzlich zu dem Alkalisalz von Celluloseklykolsäure Beinger Körnigkeit
kann die Salzwasser-Bohrflüssigkeit irgePdeines der verschiedenen Materialien enthalten,
die als Komponenten oder Zusatzstoffe in Bohrflüssigkeiten ver«,-endet werden. So
kann die das genannte Alkalisalz Enthaltende Salzwasser-Bohrflüssigkeit auch Bentonit
oder andere Stoffe, wie Montmorillonit, Attapulgit, Illit, und andere Tone, wie
Barite, Galenit, oder Eisenoxyd und andere Beschwerungsmittel und andere Stoffe
enthalten. Die Bohrflüssigkeit kann ein Öl enthalten oder eine 'Uasser-in-ÖI-Errfulsion
oder eine Öl-in-Wasser-Emulsion sein.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele
näher erläutert: Beispiel 1 Eine Salzwasser-Bohrflüssigkeit wurde durch Mischen
von Salzwasser, das 260 000 Gewichtsteile Natriumchlorid je 'Million Gewichtsteile
Wasser enthielt, mit 3 kg/hl Natrium-14lontmorillonit, 6 kg/hl Calcium-Montmorillonit
und 3 kg/hl feingemahlenem Silicat hergestellt. Zu jeder von zwei Proben dieser
Bohrflüssigkeit wurden 0,6 bzw. 0,9 Izg/hl Natriumcarboxymethylcellulose geringer
Körnigkeit hinzugefügt, vor. der eine lgewichtsprozentige Suspension in destilliertem
Wasser eine Viskosität von wenigstens 100 cP bei 20°C hatte. Zu jeder von zwei weiteren
Proben der Bohrflüssigkeit wurden 0,6 bzw. 0,9 kglhl Natriumcarboxymethylcellulose
hinzugefügt, die eine Körnigkeit von mehr als 100 Körnern je mg hatte. Die letztgenannte
Natriumcarboxy-methylcellulose war ein Handelsprodukt, das in ausgedehntem Umfang
als Filterverlustreduziermittel für Salzwasser-Bohrflüssigkeiten verkauft wird.
Der Wasserverlust der Bohrflüssigkeit und derjenige jeder der vier Proben, welche
die beiden Arten von Natriumcarboxymethylcellulose enthielten, wurde gemäß dem berichtigten
30-Minuten-Filterverlust-APJ-Test bestimmt. Die Viskosität der Bohrflüssigkeit und
jeder der vier Proben wurde ebenfalls gemessen, wobei die Messungen unter Verwendung
eines Storrner-Viskosimeters ausgeführt wurden. Die nachstehende Tabelle gibt die
erhaltenen Ergebnisse an. In derTabelle ist mit .XLaCMC-A die Natriumcarboxymethylcellulose
geringer Körnigkeit und mit NaCMC-B die Natriumcarbox3-methylcellulose mit einer
Körnigkeit von mehr als 100 Körnern je mg bezeichnet.
| Tabelle 1 |
| Menge des Filterverlust Viskosität |
| Mittel Mittels in cm3 in cP |
| in kg/hl |
| Keins ........ - 72 5 |
| -NaCMC-A .... 0,6 7,5 14 |
| 0,9 3,0 20 |
| Na CM C-B ..... 0,6 26 5 |
| 0,9 14 6 |
Es ist aus der Tabelle ersichtlich, daß die Natriumcarboxymethylcellulose geringer
Körnigkeit den Filter-Verlust der Bohrflüssigkeit von 72 auf 7,5 cm3 bei 0,6kg/hI
der Verbindung und von 72 auf 3,0 cm3 bei 0,9 kg/hl der Verbindung herabsetzte.
Gleichzeitig wurde die Viskosität der Bohrflüssigkeit von 5 cP auf 14 bzw. 20 cP
erhöht. Es ist auch aus der Tabelle andererseits ersichtlich, daß die Natriumcarboxymethylcellulose
mit einer Körnigkeit von mehr als 100 Körnern je mg den Filterverlust mit 0,6 bzw.
0,9 kg/hl der Verbindung nur auf 26 bzw. 14 cm3 herabsetzte. Ferner wurde die Viskosität
der Bohrflüssigkeit durch den Zusatz von 0,6 kg/hl dieser Natriumcarboxymethylcellulose
nicht erhöht, und sie wurde durch Zusatz von 0,9 kg/hl dieser Natriumcarboxymethylcellulose
auf nur 6 cP vergrößert.
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Beispiel 2 Gemäß diesem Beispiel wurde eine Salzwasser-Bohrflüssigkeit
mit einem anfangs geringen Filterverlust hergestellt. Die Bohrflüssigkeit wurde
mit Wasser, das
260000 Gewichtsteile j e Million an gelöstem Natriumchlorid
enthielt, hergestellt, und die Flüssigkeit enthielt 6 kg/hl Calcium-Montmorillonit
und 8 Volumprozent mit dem Wasser emulgiertes Dieselöl. Zu einer Probe dieser Flüssigkeit
wurden 0,15 kg/hl Natriumcarboxymethylcellulose geringer Körnigkeit zugesetzt, von
der eise lgewichtsprozentige Suspension in destilliertem Wasser eine Viskosität
von wenigstens 100 cP bei 20°C hatte. Dieses Mittel ist in der nachstehenden Tabelle
mit NaCMC-A bezeichnet. Zu einer anderen Probe dieser Bohrflüssigkeit wurden 0,15
kg/hlNatriumcarboxymethylcellulose hinzugefügt; die eine Körnigkeit von mehr als
100 Körnern je mg hatte. Dieses Mittel wird im Handel als Filterverlustreduziermittel
für Salzwasser-Bohrflüssigkeiten verkauft und ist in der nachstehenden Tabelle mit
NaCMC-B bezeichnet. Zu einer dritten Probe der Bohrflüssigkeit wurden 0,3 kg/hl
einer Stärke, die im Handel als Filterverlustreduziermittel für Salzwasser-Bohrflüssigkeiten
verkauft wird, hinzugefügt. Der berichtigte API-30-Minuten-Filterverlust und die
Viskosität, mit einem Stormer-Viskosimeter bestimmt, wurden für jede der drei Proben
sowie für eine Probe der Bohrflüssigkeit ohne Zusatz irgendeines Mittels gemessen.
Die Tabelle gibt die erhaltenen Ergebnisse an.
| Tabelle 2 |
| Mittel Filterverlust Viskosität |
| in cm3 in cP |
| Keins ......... 6,4 40 |
| NaCMC-A ..... 2,2 84 |
| NaCMC-B ..... 4,4 45 |
| 'Stärke ......... 3,3 39 |
Es ist aus der Tabelle ersichtlich, daß die Natriumcarboxymethylcellulose geringer
Körnigkeit den Filterverlust der Bohrflüssigkeit von einem Anfangswert von 6,4 cm3
auf einen Wert von 2,2 cm3 herabsetzte und die Viskosität von 40 auf 84 cP erhöhte.
Andererseits setzte die Carboxymethylcellulose mit einer Körnigkeit von mehr als
100 Körnern j e mg den Filterverlust auf nur 4,4 cm3 herab und erhöhte die Viskosität
auf nur 45 cP. Bei Zumischung von Stärke wurde der Filterverlust der Bohrflüssigkeit
auf 3,3 cm3 herabgesetzt, während die Viskosität nicht verbessert wurde.
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Beispiel 3 Dieses Beispiel veranschaulicht die Wirkung von Natriumcarboxymethylcellulose
geringer Körnigkeit bei der Aufrechterhaltung eines geringen Filterverlustes während
des Umlaufs von Salzwasser-Bohrflüssigkeiten.
Es wurde eine Bohrflüssigkeit
hergestellt, die Wasser mit
260000 Gewichtsteilen gelöstem Natriumchlorid
je Million Gewichtsteile Wasser, 0,74 kg/hl Natrium-Montmörillonit, 2,5 kg Calcium-Montmorillonit
und 1 kg/hl Illit enthielt. Der berichtigte API-30-Minuten-Füterverlust dieser Flüssigkeit
betrug 100 cm3. Zu einer Probe dieser Bohrflüssigkeit wurde Natriumcarboxymethylcellulose
geringer Körnigkeit, bei welcher eine Igewichtsprozentige Suspension in destilliertem
Wasser eine Viskosität von wenigstens 100 cP bei 20°C hatte, in der Menge von 1,5
kg/hl hinzugefügt. Dieses Mittel wird in der untenstehenden Tabelle als NaCMC-A
bezeichnet. Zu einer zweiten Probe dieser Bohrflüssigkeit wurde in einer Menge von
1,5 kg/hl Natriumcarboxymethylcellulose mit einer Körnigkeit von mehr als 100 Körnern,
je mg hinzugefügt. Dieses Mittel ist in der untenstehenden Tabelle als Na CM C -
B bezeichnet. Zu einer dritten Probe dieser Bohrflüssigkeit wurde in einer Menge
von 3,5 kg/hl eine Stärke hinzugefügt, die als technisches Filterverlustreduziermittel
für Salzwasser-Bohrflüssigkeiten verkauft wird. Jede dieser Bohrflüssigkeiten wurde
in eine Apparatur gebracht, die einen Behälter, eine von dem Behälter ausgehende
Rohrleitung, eine Zentrifugalumlaufpumpe für hohe Geschwindigkeiten in der Rohrleitung
und ein Sehlammspritzmundstück an dem Ende der Rohrleitung umfaßte. Jede dieser
Proben wurde in dieser Apparatur kontinuierlich von dem Behälter zu dem Schlammspritzmundstück
und von diesem zurück zu dem Behälter umlaufen gelassen, und während des Umlaufs
wurde die Temperatur der Bohrflüssigkeit auf 71°C gehalten. Teilmengen jeder dieser
Flüssigkeitsproben wurden in häufigen Zeiträumen während des Umlaufs abgezogen,
und der berichtigte API-30-Minutern-Filterverlust dieser Teilmengen wurde gemessen.
Die nachstehende Tabelle gibt die verschiedenen Umlaufzeiten und den Filterverlust
für jede der drei Proben bei diesen Zeiten an.
| Tabelle 3 |
| Zeit in Filterverlust in Kubikzentimetern |
| Stunden N.CMC-A I NaCMC-B I Stärke |
| 0 4,0 3,5 2,0 |
| 25 3,5 3,0 2,0 |
| 50 3,0 3,0 2,5 |
| 75 2,5 3,0 3,5 |
| 100 2,5 3,5 6,5 |
| 125 2,0 4,0 10,5 |
| 150 2,0 4,5 18,0 |
| 175 2,0 6,0 |
| 200 2,5 12,5 |
| 225 2,5 20,5 |
| 250 2,5 |
| 275 3,0 |
| 300 3,0 |
| 325 3,0 |
| 350 3,5 |
| 375 3,5 |
| 400 4,0 |
Es ist aus der Tabelle ersichtlich, daß die Natriumcarboxymethylcellulose geringer
Körnigkeit den Filterverlust der Bohrflüssigkeit während einer so langen Zeit wie
400 Stunden unter 4 Cm3 hielt. Andererseits begann bei der Bohrflüssigkeit, welche
die Carboxymethylcellulose mit einer Körnigkeit von über 100 Körnern je mg enthielt,
der Filterverlust bei etwa 125 Stunden zu steigen, und er wurde nach 200 Stunden
übermäßig hoch. In ähnlicher Weise begann der Filterverlust der Bohrflüssigkeit,
welche Stärke enthielt, nachsetwa 75 Stunden zu steigen, und er wurde nach 125 Stunden
übermäßig hoch.
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Daß die Viskosität und der Filterverlust einer salzhaltigen Bohrflüssigkeit,
die ein Alkalisalz von Carboxymethylcellulose enthält, von der Körnigkeit des Alkalisalzes
von Carboxymethylcellulose abhängig sind, geht aus folgendem hervor: Es wurde eine
salzhaltige Bohrflüssigkeit hergestellt, indem Wasser, das mit Natriumchlorid gesättigt
war, mit 7 kg/hl Natrium- und Calciummontmorillonit und 1,7 kg/hl feinzerteilter
Kieselerde (Silica) gemischt wurde. Zu einer Probe dieser Bohrflüssigkeit wurden
1,5 kg/hl Natriumcarboxymethylcellulose zugesetzt. Diese Natriumcarboxymethylcellulose
hatte eine Körnigkeit von weniger als 100 Körnern je mg. Eine lgewichtsprozentige
Suspension dieser Natriumcarboxymethylcellulose in destilliertem Wasser hatte eine
Viskosität von mehr als 100 cP bei 20°C.
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Die Probe der Bohrflüssigkeit wurde bei 77°C 16 Stunden gealtert,
und es wurden danach die Viskosität und der API-Filterverlust gemessen. Die Viskosität
betrug 53 cP und der Filterverlust 3 cm3.
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Zu einer zweiten Probe der obengenannten Bohrflüssigkeit wurden 1,5
kg/hl einer anderen Art von Natriumcarboxymethylcellulose zugesetzt. Diese Natriumcarboxymethylcellulose
hatte eine Körnigkeit von mehr als 100 Körnern je mg. Eine lgewichtsprozentige Suspension
dieser Natriumcarboxymethylcellulose in destilliertem Wasser hatte ebenfalls eine
Viskosität bei 20°C von mehr als 100 cP, die aber mit der Viskosität einer lgewichtsprozentigen
Suspension in destilliertem Wasser derjenigen Natriumcarboxymethylcellulose vergleichbar
war, welche zu der ersten Probe der Bohrflüssigkeit zugesetzt worden war. Die zweite
Probe der Bohrflüssigkeit wurde gleichfalls bei 77°C 16 Stunden gealtert, und es
wurden danach die Viskosität und der API-Filterverlust gemessen. Die Viskosität
betrug 24 CP und der Filterverlust 7,7 Cm3.
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ES ist danach ersichtlich, daß eine Natriumcarboxymethylcellulose
mit einer Körnigkeit von weniger als 100 Körnern je mg eine höhere Viskosität ergab
und den Filterverlust der salzhaltigen Bohrflüssigkeit in, stärkerem Umfang herabsetzte
als eine Natriumcarboxymethylcellulose, die eine Körnigkeit von mehr als 100 Körnern
je mg hatte.