DE1248585B - Wasserbasische Tonspuelung - Google Patents

Description

DEUTSCHES WflTTWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKI.: 5 a-21/04

Nummer: 1 248 585

Aktenzeichen: F 46781 VI a/5 a

1 248 3 S3 Anmeldetag: 2. August 1965

Auslegetag: 31. August 1967

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte Bohrspülung zum Niederbringen von öl- und Gasbohrungen.

Beim Abteufen von Tiefbohrungen wird normalerweise eine wasserbasische Spülflüssigkeit angewendet. Diese Flüssigkeit, welche in das Bohrgestänge eingepumpt wird und zwischen Gestänge und Bohrlochswand wieder aufsteigt, hat mehrere Funktionen zu erfüllen. Sie wirkt als kühlendes und schmierendes Medium für den Meißel, kompensiert anstehende Drücke, fungiert als Transportmittel für das abgebohrte Gut und erzeugt eine abdichtende Schicht an der offenen Bohrlochswand.

In der Regel bestehen solche Flüssigkeiten aus einer wäßrigen Suspension von quellendem oder hydratisierbarem Ton, wie etwa Bentonit oder solchen Tonen bzw. feinverteilten Materialien, wie sie im Verlauf des Bohrens anfallen. Daneben werden andere Stoffe zugesetzt, z. B. Beschwerungsmittel, um anstehenden hohen Druck zu kompensieren, organische Kolloide, wie z. B. Carboxymethylcellulose, niederigviskose Stärke, Polyacrylate u. a. m., welche die Ausbildung der abdichtenden Schicht an der Wand unterstützen sollen. Diese Maßnahme wird notwendig, wenn die Infiltration von unkontrollierbaren Wassermengen in der Umgebung des Bohrloches vermieden werden muß (Regulierung des Wasserverlustes). Weil die Spülung die Funktion besitzen soll, das abgebohrte Gut nach oben zu transportieren, ist es notwendig, daß die Flüssigkeit eine bestimmte Fließcharakteristik besitzt.

Die Viskosität soll hoch genug sein, um das Bohrklein zu tragen, jedoch andererseits nicht so hoch sein, daß Druckschwierigkeiten im Pumpsystem entstehen. Gleichzeitig wird gefordert, daß die Gelierungsneigung der Bohrspülung, die im Ruhestand auftritt, ein Absetzen des Bohrschmandes verhindert, etwa dann, wenn die Zirkulation der Flüssigkeit aus irgendeinem Grund unterbrochen werden muß; auch diese Kenngröße des Fließverhaltens (Gelstärke) muß so gesteuert werden können, daß beim Wiederaufnehmen der Zirkulation keine Pumpschwierigkeiten eintreten.

Zur Steuerung der Fließeigenschaften und damit der Konsistenz von Bohrspülungen werden verschiedene Chemikalien — allgemein als Verflüssiger bezeichnet —■ angewendet, wie etwa Polyphosphate, Tannate, Humate oder Lignosulfonate. Von diesen haben sich Lignosulfonate, die mit Chrom zum Teil unter Oxydation modifiziert sind, in der Praxis eingeführt und Polyphosphate, Tannate und Humate partiell verdrängt. Obwohl diese so hergestellten Lignosulfonate, sogenannte Chromlignosulfonate, auch als Wasserbasische Tonspülung

Anmelder:

Farbwerke Hoechst Aktiengesellschaft

vormals Meister Lucius & Brüning, Frankfurt/M.

Als Erfinder benannt:

Dr. Horst Diener, Frankfurt/M.-Höchst;
Dr. August Sohn, Mannheim-Waldhof

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(Ferro-)Chromlignosulfonate bezeichnet, und die diese enthaltenden Spültrüben nicht so empfindlich gegen Elektrolytverunreinigungen sind wie polyphosphate so tannat- oder humathaltige Systeme, kann bei zunehmender Elektrolytschädigung, wie sei beim praktischen Bohren durch die Aufnahme von Natriumchlorid und/oder Calciumsulfat verursacht wird, auf die Mitverwendung von organischen Schutzkolloiden zur Regulierung des Wasserverlustes nicht mehr verzichtet werden. Zwangläufig wird durch den Zusatz solcher kolloiden Stoffe die Viskosität der Spülflüssigkeit erhöht, ein der Wirkung des Verflüssigers gegenläufiger Effekt. Humate, die als wirksame Bestandteile von Erdkohle (Ligniten) angesehen werden, sind ihrer Struktur nach hochmolekular und besitzen kolloidalen Charakter. Ihre verflüssigende Wirkung ist zwar bekannt, jedoch können sie nicht gleichzeitig die Funktion eines Schutzkolloides übernehmen, da sie selbst sehr empfindlich gegen Elektro-Iyte sind.

Die Erkenntnis, daß beim kombinierten Einsatz von Lignosulfonaten und Humaten — bedingt durch einen synergistischen Effekt — sowohl eine ausreichende Kontrolle der Theologischen Eigenschaften als auch des Wasserverlustes eines Spülungssystems möglich ist, stellte einen großen Fortschritt dar.

Es ist ferner bekannt, Lignit mit Chromat oder Dichromat zu behandeln und die daraus resultierenden Produkte, sogenannter Chromlignit, in Kombination mit Chromlignosulfonat einzusetzen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Verbesserung der an sich bekannten Ligninsulfonate bzw. der an sich bekannten Humate, meistens Lignite genannt, dadurch erreicht, daß in die Moleküle Kobalt als Kation eingeführt wird. Das Verfahren zur Herstellung solcher Verbindungen sei kurz beschrieben:

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Claims (2)

a) Lignosulfonate Die in Zellstoffabriken anfallende Sulfitablauge — sie besteht im wesentlichen aus einer wäßrigen Lösung von Calciumligninsulfonat — wird mit einem wasserlöslichen Kobaltsalz, dessen Anion mit Calcium ein in Wasser schwerlösliches Salz bildet, vorzugsweise Kobaltsulfat, umgesetzt. Das bei dieser doppelten Umsetzung ausgefällte Calciumsulfat wird durch Filtration entfernt, die wäßrige Lösung von Kobaltligninsulfonat eingedampft oder versprüht. Neben Kobalt können derartige Lignosulfonate auch andere Schwermetalle, z. B. Nickel, Kupfer und vorzugsweise Eisen, enthalten. Der Gehalt an Kobalt soll hierbei — berechnet als CoO — etwa 0,3 bis 2,5 %> *5 vorzugsweise 0,8 bis 1,3 %> betragen, während der Gehalt anderer Schwermetalle — ebenfalls als Oxyd berechnet — bis zu etwa 5% betragen kann, jedoch vorzugsweise unter 3% liegen soll. 20 b) Lignite Die bergmännisch gewonnene Erdfarbe, eine Vorstufe der Braunkohle, wird im wäßrigen Medium mit einem löslichen Kobaltsalz behandelt. Nach Beendigung der hierbei erfolgenden Reaktion wird das Gemisch mit hinreichenden Mengen von Alkalimetallhydroxid behandelt, so daß die Aufschlämmung einen pH-Wert von mindestens 9 erreicht. Das nach der Trocknung vorliegende Produkt wird im folgenden mit Kobaltlignit bezeichnet. Bei kombiniertem Einsatz solcher Kobaltverbindungen, d. h. Kobalt-(Ferro-)lignosulfonat und Kobaltlignit in wasserbasischen Tonspülungen wird nun überraschenderweise beobachtet, daß die Steuerung der Filtrationseigenschaften und Fließeigenschaften in unerwartetem Maß begünstigt wird. Die Einsatzmengen in der Tonspülung liegen beim Kobaltligninsulfonat zwischen 0,5 und 5,0 %> vorzugsweise 1,5 bis 2,5 %> beim Kobaltlignitzwischen 0,2 und 5,0 %, das Verhältnis der Partner zueinander soll Vorzugsweise zwischen 4:1 und 1:1 zugunsten des Kobaltligninsulfonats liegen. In der nachstehend aufgeführten Tabelle wird eine übliche Feldspülung ohne und mit Zusatz von oxydativ hergestelltem Chromligninsulfonat bzw. Chromlignit einer erfindungsgemäßen mit Kobaltligninsulfonat und Kobaltlignit gegenübergestellt. Die Meßergebnisse zeigen, daß bei Behandlung mit den Kobaltverbindungen unter Beibehaltung der günstigen Theologischen Eigenschaften eine drastische Herab-Setzung des Wasserverlustes eintritt. Die Herstellung von Kobaltligninsulfonat erfolgte nach der oben unter a) beschriebenen Methode in solcher Weise, daß im Endprodukt etwa 1 % Kobalt vorhanden ist. Die Herstellung von Kobaltlignit geschah nach der vorstehend unter b) beschriebenen Behandlungsweise derart, daß im Endprodukt etwa 0,5 % Kobalt vorhanden ist. Tabelle MeßgrößeSpüSpüSpülunglunglungABCAPI-Wasserverlust, ecm ...652712pH-Wert 10,510,610,4Scheinbare Viskosität, cP ..68106Plastische Viskosität, cP ...3975Fließgrenze, DYN/cm2 .... 10"-Gelstärke, DYN/cm2 ..27824,09,64569,619,2lO'-Gelstärke, DYN/cm2 ..nicht38,424,0meßbar Meßvorgänge und -geräte nach API Code RP 29: Spülung A: Feldspülung mit 2% NaCl und 0,5% CaSO4· 2H20; Spülung B: A + 2% Chromligninsulfonat + l°/o Chromlignit + NaOH bis pH «s 10,5; Spülung C: A + 2% Kobaltligninsulfonat + 1·/ο Kobaltlignit + NaOH bis pH «a 10,5. Patentansprüche:

1. Wasserbasische Tonspülung, enthaltend ein Metallignosulfonat und ein Metallignit, gekennzeichnet durch den gleichzeitigen Gehalt von 5 bis 50 kg/m³ KobaltIignosulfonat und 2 bis 50 kg/m³ Kobaltlignit, vorzugsweise im Verhältnis von 4:1 bis 1:1.

2. Wasserbasische Tonspülung nach Ansprucirlj dadurch gekennzeichnet, daß das Kobaltlignm-' sulfonat etwa 0,3 bis 2,5 %> vorzugsweise 0,8 bis 1,3%, Kobalt (berechnet als CoO) und bis zu etwa 5 °/o eines anderen Schwermetalls oder eines Gemisches anderer Schwermetalle (berechnet als Oxyd) enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften :■ ·
Deutsche Auslegeschrift Nr. 183 874;
USA.-Patentschrift Nr. 2 868 726.

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