DE1433192C - Zusatzpräparat für Bohrflüssigkeiten - Google Patents
Zusatzpräparat für BohrflüssigkeitenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zusatzpräparat für Bohrflüssigkeiten mit einem Gehalt an
einem Mischpolymerisat aus etwa äquimolaren Mengen von einem äthylenisch ungesättigten Carbonsäureanhydrid
mit einem äthylenisch ungesättigten Monomeren und an einem wasserlöslichen anorganischen
Salz.
Es ist an sich bekannt, als Bohrflüssigkeiten Gemische
aus Wasser und einem anorganischen Suspendiermittel zu verwenden, wie wäßrige Tonsuspensionen.
Beim Bohren von tonigem Untergrund und von Schieferformationen treten jedoch häufig Probleme
auf, weil dann leicht eine Gesteinsquellung mit entsprechender Verengung des Bohrloches zu beobachten
ist. ......
Eine gute Bohrflüssigkeit soll daher die folgenden Eigenschaften aufweisen:
a) Sie soll bei den unterschiedlichsten Gebirgsschichten und insbesondere bei leicht quellbaren
Tonmaterialien brauchbar sein;
b) sie soll ihre Viskosität während des praktischen Gebrauchs möglichst wenig ändern, d. h. nur
wenig Wasser an die Umgebung des Bohrloches abgeben;
c) sie soll die Standfestigkeit des Bohrloches nicht . beeinträchtigen;
d) sie soll gut pumpbar sein und die Einstellung eines ausreichend hohen hydrostatischen Druckes ermöglichen;
e) sie soll möglichst konstante physikalische Eigenschaften haben.
Ein bekannter Lösungsweg dieses wichtigen technischen Problems besteht in der Anwendung sogenannter
inhibierter Bohrflüssigkeiten, bei denen ein hoher lonengehalt eine Hydratisierung des Bohrkleins weitgehend
verhindert. Leider ist damit aber ein starker Nachfall der Gebirgsschichten verbunden,, so daß bei
tonhaltigen Materialien ein starker Viskositätsanstieg zu beobachten ist, der die weitere Handhabung der
Bohrflüssigkeit sehr erschwert und eine erhöhte Wasserzufuhr erforderlich macht, was wiederum die
Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt.
Da andererseits zu dünnflüssige Bohrflüssigkeiten die Einhaltung hoher Bohrgeschwindigkeiten und damit
den Abtransport des in größeren Mengen anfallenden Bohrkleins erschweren, ist auch schon
empfohlen worden, die Viskosität von Montmorillonit enthaltenden wäßrigen Bohrflüssigkeiten durch den
Zusatz eines wasserlöslichen Vinyl-Maleinsäuremischpolymers
zu erhöhen, das auf jeden Maleinsäurerest 1 bis 1,5 Vinylreste enthält und dessen Lösung in einer
Konzentration von 0,4 Gewichtsprozent eine Viskositat bei 25°C von etwa 1 bis 3 cP aufweist. Vorzugsweise
handelt es sich dabei um Mischpolymerisate aus Vinylacetat und Maleinsäureanhydrid. Die angegebenen
Viskositäten entsprechen Molekulargewichten von wesentlich unterhalb 100000. Die viskositätssteigernde
Wirkung kann durch die Mitverwendung von Natriumcarbonat noch verbessert werden. An
Stelle dieses speziellen Salzes können gemäß dem Stand der Technik auch andere Zusatzstoffe mit verwendet
werden, z. B. Calciumlignosulfonat.
Es ist weiterhin bekannt, Bohrschlämmen zwecks Verminderung der Filtrationsgeschwindigkeit bzw.
der Viskosität wasserlösliche Mischpolymerisate von Vinylestern und Maleinsäureanhydrid bzw. von Alkylvinyläthern
und Maleinsäureanhydrid mit einem Molekulargewicht zwischen 10000 und 150000 zuzusetzen.
Die Mischpolymerisate können auch in Form der Salze oder Ester eingesetzt werden. Anorganische
Salzkomponenten werden jedoch dabei nicht mitverwendet.
Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß ein synergetischer Effekt bezüglich einer Inhibierung
der Dispergierung des Bohrkleins und damit einer Viskositätsveränderung während der praktischen An-
Wendung der Bohrflüssigkeiten erzielt werden kann, wenn man Zusatzpräparate verwendet, welche hochmolekulare
Mischpolymerisate bestimmter Art in Kombination mit speziellen anorganischen Salzen in
spezifischen Mengenverhältnissen enthalten.
Das erfindungsgemäße Zusatzpräparat für Bohrflüssigkeiten mit einem Gehalt an einem Mischpolymerisat
aus etwa äquimolaren Mengen von einem äthylenisch ungesättigten Carbonsäureanhydrid mit
einem äthylenisch ungesättigten Monomeren und an einem wasserlöslichen anorganischen Salz ist dadurch
gekennzeichnet, daß das Mischpolymerisat ein Molekulargewicht von mindestens etwa 100000 aufweist
und nicht mehr als 6 Kohlenstoffatome in linearer Kette in jeder Carbonsäuregruppe enthält, daß das
anorganische Salz ein Halogenid, Carbonat, Bicarbonat, Sulfat, Sulfid, Sulfit, Sulfamat, Nitrat,
Nitrit, Chromat, Dichromat, Molybdat oder Vanadat von Natrium, Kalium, Rubidium oder Caesium ist
und daß das Gewichtsverhältnis von Mischpolymerisat zu anorganischem Salz im Bereich von etwa 1:25 bis
3:1 liegt.
Die neuen Zusatzpräparate bieten folgende Vorteile:
1. Die Bohrflüssigkeit erleidet auch bei größeren Mengen an tonhaltigem Bohrklein praktisch keine
Viskositätsänderung;
2. das Bohrklein läßt sich ohne Schwierigkeiten von der Bohrflüssigkeit abtrennen;
3. da praktisch keine Wasserabgabe an die Gesteinsformation erfolgt, weisen die Bohrlöcher eine
hohe Standfestigkeit auf, wodurch auch ein unerwünschter Nachfall im Bohrloch verhindert
wird. Die Wandung des Bohrloches verhält sich so, als sei sie mit einem Kunststoffüberzug versehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Mischpolymerisat aus Maleinsäureanhydrideinheiten
bzw. einem Alkylvinyläther, insbesondere Methylvinyläther, aufgebaut. Es kann auch
in Form eines wasserlöslichen Salzes vorliegen.
Als äthylenisch ungesättigte Carbonsäureanhydride eignen sich ferner Chlormaleinsäureanhydrid, Citraconsäureanhydrid,
Fumarsäureanhydrid, Phenylmaleinsäureanhydrid, Benzylmaleinsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid,
Methylenmalonsäureanhydrid und/ oder Allylbernsteinsäureanhydrid.
Als äthylenisch ungesättigte Monomere können Vinyläther, Vinylester, Vinylhalogenide, Acrylsäure
und deren Derivate, N-vinylsubstituierte Heterocyclen und/oder Alkylstyrole verwendet werden.
Die Molekulargewichte der erfindungsgemäß eingesetzten Mischpolymerisate entsprechen K-Werten
nach Fikent scher (vgl. »Modem Plastics«, Bd. 23 [1945], S. 157 bis 161, 212, 214, 216 und 218)
von wenigstens 50 und vorzugsweise mehr als 60 bzw. spezifischen Viskositäten (Konzentration = 1 Gewichtsprozent)
bei -25°C von mindestens 1,0.
Als Salzkomponente wird im Rahmen der Erfindung bevorzugt ein Natriumhalogenid, Natriumnitrat, Natriumsulfit,
Natriumcarbonat, Natriumchromat, ein Kaliumhalogenid, Kaliumchromat oder Kaliumdichroraat
verwendet.
Die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Zusatzpräparates hergestellte Bohrflüssigkeit, welche
aus einem anorganischen festen Suspendiermittel, einem Mischpolymerisat und einem wasserlöslichen
anorganischen Salz besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie das Zusatzpräparat in einer Menge enthält,
welche einer Endkonzentration an dem Mischpolymerisat von etwa 0,03 bis 1,0 Gewichtsprozent
und an dem wasserlöslichen anorganischen Salz von etwa 0,3 bis 1,7 Gewichtsprozent entspricht, jeweils
bezogen auf das Gesamtgewicht der Bohrflüssigkeit. Vorzugsweise ist das anorganische feste Suspendiermittel
ein Ton, insbesondere Montmorillonii.
ίο Die nachstehenden Beispiele erläutern die Erfindung.
ίο Die nachstehenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
A (zum Vergleich)
A (zum Vergleich)
Unter Verwendung von 18 g Bentonit (vorhydratisiert in 350 cm3 Wasser) wird eine Bohrflüssigkeit
hergestellt, die dickflüssig ist. Diese wird gemäß dem A.P.I.- Flüssigkeitsabgabe-Standardtest Nr. 29
geprüft. Der Wasserverlust beträgt nach 5 Minuten etwa 9,8 cm3, nach 15 Minuten 13,0 cm3 und nach
30 Minuten bereits 18,2 cm3.
B (zum Vergleich)
Zur Bohrflüssigkeit A setzt man 0,5 g TK.aliumdichromat
und 4 g kaustifiziertes Lignjt hinzu. Diese Bohrflüssigkeil ist zwar etwas weniger viskos, zeigt
aber eine höhere Wasserabgabe als die Bohrflüssigkeit A.
C (Erfindung)
Zur Bohrflüssigkeit A setzt man 1 g Kaliumdichromat und 1 g eines Mischpolymerisates aus
Methylvinyläther und Maleinsäureanhydrid (K-Wert = etwa 85) in Form des Natriumsalzes hinzu. Diese
Bohrflüssigkeit ist ganz dünnflüssig. Die Wasserabgabe beträgt nach 5 Minuten nur 4,3 cm3, nach
15 Minuten etwa 7,2 cm3 und nach 30 Minuten 10 cm3.
Ein Vergleich mit den Bohrflüssigkeiten A und B bestätigt den synergetischen Effekt bezüglich der
Viskosität und der Wasserabgabe.
B e i s ρ i e 1 2
A (zum Vergleich)
A (zum Vergleich)
Unter Verwendung von 6,8 kg vorhydratisierten Bentonite, 0,22 kg kaustifizierten Lignits und 0,45 kg
Mischpolymerisat aus Methylvinyläther und Maleinsäureanhydrid (K-Wert = etwa 85) in Form des Natriumsalzes
stellt man 158,7 1 Bohrflüssigkeit her, die praktisch wasserdünn ist. Bei Zusatz von grob gesiebtem
Mojave- Lake -Ton (Teilchengröße entsprechend einem 12- bis 30-Maschensieb) steigt das Gewicht
nach dem Filtrieren um etwa 0,048 kg/dm3 an, was auf eine Dispergierung einer beträchtlichen Menge des
groben Tons hinweist.
. B (gemäß Erfindung)
\ Der Bohrflüssigkeit A werden 0,45 bzw. 0,90 bzw. 1,36 bzw. 4,53 kg Natriumnitrat zugesetzt. In diesem
Fall beträgt die Gewichtszunahme nach dem Filtrieren bei einem Zusatz von Grobton nur 0,0192 bzw.
0,0128 bzw. 0,0064 bzw. 0,0048 kg/dm3. Alle Flüssigkeiten sind wasserdünn. Bei Salzmengen bis zu
1,36 kg ist der Grobton zwar leicht gequollen, aber nicht dispergiert oder agglomeriert. Es wird auch kein
Zerfall zu sandartigem Feinstoff beobachtet. Bei einer Salzmenge von 4,53 kg bilden sich hingegen schwer
abtrennbare Feststoffe.
Bei den erfindungsgemäß einzusetzenden Salzmengen wird also die Bohrlochwandung teilweise
hydratisiert, und es bildet sich eine nicht nachfallende Schutzschicht aus.
Dieser Sachverhalt wird durch Probebohrungen bestätigt, welche in stark ton- .und schieferhaltigen
Gebirgsformationen durchgeführt werden. Bei den Bohrflüssigkeiten mit einem Salzgehalt bis zu 1,36 kg
je 158,7 1 werden außergewöhnlich standfeste Bohrlöcher erhalten, wobei die Flüssigkeiten trotz des mitgeführten
Ton- und Schieferbohrkleins eine sehr geringe Viskosität aufweisen und das Gewicht der Bohrflüssigkeiten
nach Abfiltrieren der nicht dispergierten Substanzen nur geringfügig angestiegen ist.
B e ί sp i e 1 3
Entsprechend Beispiel 2 B werden unter Verwendung der nachstehenden anorganischen Salzkomponenten
Bohrflüssigkeiten hergestellt und die Gewichtszunahme nach 3 bzw. 24 Stunden in kg/dm3 bestimmt.
| Salz | kg/158,7 | 1 Bohrflüssigkeit | (3) | |
| (D I | (2) | 2,72 | ||
| (a) | Natriumchromat .. | 0,45 | 1,36 | 2,45 |
| (b) | Natriumdichromat | 0,68 | 1,59 | 2,27 |
| (c) | Natri ummolyb'dat | 0,90 | 1,81 | 1,81 |
| (d). | Natriumnitrit | 0,45 | 0,9 | 2,72 |
| (e) | Natriumsulfit | 0,45 | 1,36 | 2,72 |
| (0 | Natriumchlorid ... | 0,45 | 1,36 | 2,58 |
| (g) | Natriumbromid ... | 0,59 | 0,95 | 2,72 |
| (h) | Natriumjodid | 1,0 | 1,67 | |
| Gewichtszunahme | in kg/dm3 | |
| Nach 3 Stunden | Nach 24 Stunden | |
| a(l) | 0,0064 | 0,0240 |
| a (2) | 0,0048 | 0,0208 |
| a (3) | 0,0032 | 0,0176 |
| b(l) | 0,0080 | 0,0240 |
| b(2) | 0,0064 | 0,0176 |
| b(3) | 0,0064 | 0,0176 |
| C(I) | 0,0064 | 0,0192 |
| c (2) | 0,0032 | 0,0160 |
| c (3) | 0,0032 | 0,0160 |
| d(l) | 0,0064 | 0,0224 |
| d(2) | 0,0064 | 0,0208 |
| d(3) | 0,0048 | ,0,0176 . |
| e(l) | 0,0096 | 0,0160 |
| e(2) | 0,0080 | 0,0128 |
| e(3) | 0,0080 , | 0,0112 |
| f(l) | 0,0112 | 0,0208 |
| f(2) | 0,0096 | 0,0192 |
| f(3) | 0,0064 | 0,0160 |
| g(i) | 0,0090 | «0,0224 |
| g(2) | 0,0080 | 0,0208 |
| g(3) | 0,0064 | 0,0176 |
| h(l) | 0,0080 | 0,0208 |
| h(2) | 0,0064 | 0,0176 |
| h(3) | 0,0048 | 0,0160 |
Dieses Beispiel bestätigt die inhibierende Wirkung der erfindungsgemäßen Zusatzpräparate bezüglich der
Dispersion der Tonteilchen, welche zudem nur leicht quellen, aber ihre ursprüngliche Form beibehalten und
nicht verklumpen.
| Mischpolymer | Spezifische Viskosität (1 gewichtsprozentige Lösung) bei 25° C Methyläthylketon |
Spezifische Viskosität (0,4gewichtsprozentige wäßrige Lösung) bei 250C |
Viskosität in cP einer 0,4gewichtsprozentigen wäßrigen Lösung bei 25°C*) |
Inhibierung eines Zerfalls der Ton teilchen % |
| Ohne Polymerzusatz (Vergleich) Probe Nr. 1 (Vergleich) Probe Nr. 2 (gemäß Erfin dung) Probe Nr. 3 (gemäß Erfin dung) Probe Nr. 4 Probe Nr. 5 ..'. |
0,084 0,395 1,420 1,930 3,738 5,658 . |
0,580 3,112 4,668 6,962 10,944 |
3,0 6,0 7,5 10,5 16,0 |
11 42 78 92 93 92 |
*) Brookfield-Viskosimeter, Modell LVF, Spindel Nr. 1, 60 UpM.
B e i s ρ i e 1 4
• Dieses Beispiel erläutert die Abhängigkeit der inhibierenden
Wirkung vom Molekulargewicht des zugesetzten Mischpolymerisates (ausgedrückt als Viskosität
bzw. spezifische Viskosität einer wäßrigen Lösung bei 250C).
Es wird eine Bohrflüssigkeit hergestellt, welche je hl 4,3 kg Bcntonit enthält. Zu je 350 cm3 dieser
Flüssigkeit setzt man 0,7 g des zu prüfenden Mischpolymerisates und 3 g Natriumchlorid hinzu. Man
vermischt 30 Minuten lang bei Zimmertemperatur in einem Hochgeschwindigkeitsrührer mit Scherwirkung
und setzt dann 50 g Mojaveton (Teilchengröße: 0,59 bis 1,68 mm) hinzu. Diese Mischung wird über Nacht
in einem geschlossenen zylindrischen Gefäß bei 65°C in ständiger Bewegung gehalten. Nach dem Abkühlen
filtriert man durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,59 mm. Der so abgetrennte Mojaveton wird getrocknet
und als Prozentsatz der ursprünglich eingesetzten Tonmenge von 50 g angegeben.
- 7 8 -
Es werden Methylvinyläther-Maleinsäureanhydrid- Die Ergebnisse dieser Tabelle zeigen deutlich, daß
mischpolymere (äquimolare Monomermengen) mit ohne Polymerzusatz bzw. bei Verwendung von Mischunterschiedlichen
Molekulargewichten eingesetzt. Die polymerisaten mit einem Molekulargewicht unter
Ergebnisse sind in der vorstehenden Tabelle II ange- 100000 keine ausreichende Inhibitorwirkung vorhangeben.
5 den ist.
Claims (7)
1. Zusatzpräparat für Bohrflüssigkeiten mit einem Gehalt an einem Mischpolymerisat aus etwa
äquimolaren Mengen von einem äthylenisch ungesättigten Carbonsäureanhydrid mit einem äthylenisch
ungesättigten Monomeren und an einem wasserlöslichen anorganischen Salz, dadurch
gekennzeichnet, daß das Mischpolymerisat ein Molekulargewicht von mindestens etwa
100000 aufweist und nicht mehr als 6 Kohlenstoffatome
in linearer Kette in jeder Carbonsäuregruppe enthält, daß das anorganische Salz ein Halogenid,
Carbonat, Bicarbonate Sulfat, Sulfid, Sulfit, SuIfamat,
Nitrat, Nitrit, Chromat, Dichromat, Molybdat oder Vanadat von Natrium, Kalium, Rubidium
oder Caesium ist und daß das Gewichtsverhältnis von Mischpolymerisat zu anorganischem Salz im
Bereich von etwa 1:25 bis 3:1 liegt.
2. Zusatzpräparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äthylenisch ungesättigte
Carbonsäureanhydrid Maleinsäureanhydrid ist.
3. Zusatzpräparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äthylenisch ungesättigte
Monomere ein Alkylvinyläther, vorzugsweise Methylvinyläther, ist.
4. Zusatzpräparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ ,daß das Mischpolymerisat in
Form eines wasserlöslichen Salzes, vorzugsweise eines Nairiumsalzes, vorliegt.
5. Zusatzpräparat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserlösliche anorganische
Salz ein Natriumhalogenid, Natriumnitrat, Natriumsulfit, Natriumcarbonat, Natriumchromat,
ein Kaliumhalogenid, Kaliumcarbonat oder Kaliumchromat ist.
6. Wäßrige Bohrflüssigkeit, bestehend aus einem anorganischen festen Suspendiermittel, einem
Mischpolymerisat und einem wasserlöslichen anorganischen Salz, dadurch gekennzeichnet, daß
sie das Zusatzpräparat gemäß Anspruch 1 bis 5 in einer Menge enthält, welche einer Endkonzentration
an dem Mischpolymerisat von etwa 0,03 bis 1,0 Gewichtsprozent und an dem wasserlöslichen
anorganischen Salz von etwa 0,3 bis 1,7 Gewichtsprozent entspricht, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht
der Bohrflüssigkeit.
7. Wäßrige Bohrflüssigkeit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische
feste Suspendiermittel ein Ton, insbesondere Montmorillonit, ist.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US33057263A | 1963-12-16 | 1963-12-16 | |
| US33057263 | 1963-12-16 | ||
| DEP0035701 | 1964-12-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1433192A1 DE1433192A1 (de) | 1969-10-30 |
| DE1433192C true DE1433192C (de) | 1973-07-12 |
Family
ID=
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