DE1433197A1 - Geologisches Bohrverfahren und dafuer geeignete Bohrlochfluessigkeit - Google Patents

Description

Geologisches Bohrverfahren und dafür geeignete Bohrflüssigkeit.

Die vorliegende Erfindung betrifft das Bohren von Erdöl- und Erdgas-Bohrlöchern und befaßt sich insbesondere mit einer Bohrflüssigkeitszubereitung sowie mit einem Verfahren zum Bohren von Bohrlöchern, wobei die Bohrgeschwindigkeit gesteigert wird«

Es besteht allgemein Einmütigkeit darüber, daß das Hindernis gegen eine schnellere Durchbohrungsgeschwindigkeit eines Bohrers in einer Schichtenbildung nicht das Durchbrechen des Gesteins, sondern die Entfernung der Bohrabfälle und des Bohrgesteins vom Boden des gebohrten Bohrloches istο Eine Schwierigkeit ergibt sich aus der Tendenz der beim Bohren von Bohrlöchern benutzten Bohrflüssigkeit, auf dem Boden des Bohrloches einen Filterkuchen zu bilden· Durch diesen Filterkuchen entsteht ein Druckgefälle in den Bohrabfällen, das praktisch dem gesamten Druckunterschied

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zwischen der Säule des Bohrschlammes im Bohrloch und der Flüssigkeit in den Bohrabfällen oder der Schichtenbildung gleich ist ο Durch die Verwendung von klarem Wasser als Bohrflüssigkeit wii"d dieses Problem vermieden, so daß die schnellsten Bohrgeschwindigkeiten mit klarem Wasser erreicht werden« Im allgemeinen ist es Jedoch notwendig, eine Bohrflüssigkeit zu verwenden₅ durch die sich ein Filterkuchen absetzt, so daß die Größe des Bohrloches stabilisiert und übermäßige Filtrierverluste in die Schichtenbildung, die während des Bohrens durchdrungen wird, vermieden werden.

In diesem Zusammenhang wäre es ideal, eine Flüssigkeit zu verwenden, bei der sich ein Filterkuchen auf den Seiten des Bohrloches, jedoch nicht auf dem Grunde desselben absetzen kann. Dies gründet sich auf die Annahme, daß unter idealen Bedingungen der Schlammkuchen an jeder Stelle af dem Grunde des Bohrloches regelmäßig entfernt wird, wenn ein Bohrzahn über diese Stelle hinwegstreicht. Es ist darum wünschenswert, eine Bohrflüssigkeit au verwenden, mit der sich nur ein geringer oder kein Filterkuchen auf einer frisch freigelegten G_esteinsoberfläche im Zeitabstand zwischen den aufeinanderfolgenden Bohrzahnberührungen ((J₉ 2 Sek für einen Triconbohrer mit 100 Umdrehungen/Min·) absetzt, bei der sich jedock im Verlauf einer längeren Zeitdauer ein geeigneter Kuchen absetzen kann»

Zu Beginn der Filtration, d.h. wenn die Flüssigkeit oder die kontinuierliche Phase der Bohrflüssigkeit in die Schichten-

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bildung einzudringen beginnt, hängt die Geschwindigkeit der ß_chlammkuchenbildung weitgehend von der Konzentration an Teilchen mit dem zum überbrücken der Gesteinsporen erforderlichen Größenbereich ab· Erfindungsgemäß wird darum vor allem eine Bohrflüssigkeitszubereitung mit einer sehr niedrigen, Jedoch kritischen Konzentration an Teilchen im Größenbereich für eine überbrückung (Zusammenbacken), vermischt mit einer geeigneten Menge eines feinen Kolloids bereitgestellt, so daß sich auf dem Grunde des Bohrloches infolge der zeitlichen Begrenzung kein Filterkuchen bilden kann, obschon an den Seiten des Bohrloches, wo die verfügbare Zeit im wesentlichen unbegrenzt ist, ein Schlammkuchen von geeigneter . Dicke und Undurchlässigkeit gebildet wird·

Sine Verfahrensweise für die Bewertung von Bohrflüssigkeiten hinsichtlich ihres Einflusses auf das Niederhalten der Bohrerde (d.h., die Tendenz des Druckes, die Gesteinsbrocken auf dem Grunde des Bohrloches zu halten, wenn sie von den Bohrerzähnen entfernt werden) ergibt einen experimentell bestimmten Druckabfall» der in Prozenten des gesamten Druckabfalles ausgedrückt wird und ein Kriterium für die Bewertung von Bohrflüssigkeiten hinsichtlich ihres Vermögens, Bohrabfälle niederzuhalten, darstellt« Diese Prozentangabe wird gewöhnlich als^wBohrabfallniederhaltedruck^<l (chip holddown pressure) bezeichnet» Je weniger Zusammenbackungsfestetoffe eine Bohrflüssigkeit enthält, umso niedriger ist der Bohrabfallniederhaltedruck und umso größer infolgedessen die Bohrgeschwindigkeit· Die größte Steigerung der Bohrge-

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schwindigkeit wird erreicht, wenn der Feststoffgehalt einer Bohrflüssigkeit weniger als 1% beträgt· Die Geschwindigkeit wird wesentlich gesteigert, wenn der Feststoff gehalt weniger als 2% beträgt« Bohrarbeiten haben gezeigt, daß bei niedriger Konzentration der Zusammenbackungsfeststoffe in der Bohrflüssigkeit hohe Durchdringungsge- ©chwindigkeiten erreicht werden,

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur . Ürhaltung von optimalen Durchdringungsgeschwindigkeiten beim Bohren von Bohrlöchern unter Verwendung einer Bohrflüssigkeit bereitgestellt, die einen Feststoffgehalt aufweist, der möglichst nahe am Optimum liegt«

Der minimale Feststoffgehalt eines Schlammes wird natürlich von der zum Zusammenbacken der Poren einer durchdringbaren Schichtenbildung im Inneren des Bohrloches erforderlichen Menge bestimmt, ohne daß ein allzu großer Verlust von Bohrschlamm in die Schichtenbildung erfο]#« Durch Versuche konnte gezeigt werden, daß das Optimum bei ungefähr 0,5 Grewe-# Feststoff, betogen auf die gesamte Bohrflüssigkeit, liegt»

Durch Versuche konnte gezeigt werden, daß zum Zusammenbacken eines Sandsteines mit einer Permeabilität von ungefähr 200 md Teilchen einer Größe im Bereich von 2 bis 10/U erforderlich sind. Beim Bohren eines Bohrloches variiert die Permeabilität des angetroffenen Gesteins über einen weiten

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Bereich, so daß ein entsprechend weiter Bereich von Zusammenbackungsteilchen erforderlich ist· Glücklicherweise entstehen beim Bohren Teilchen jeder Größe· So brauchen keine Zusammenbackungsfeststoffe zugesetzt werden_e Das Problem besteht im Gegenteil darin, ein Ansteigen der Feststoffe über den idealen Wert von 0,5/& hinaus zu vermeiden» Erfindungsgemäß wird darum weiterhin eine Verfahrensweise zum Bohren von Bohrlöchern mit einer hohen Durchdringungsgeschwindigkeit bereitgestellt, wobei der Feststoffgehalt des Bohrschlammes auf dem gewählten minimalen Wert erhalten bleibt.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Bohrflüssigkeit einer ungewöhnlich niedrigen Viskosität geliefert, die ein rasches Absitzen der Feststoffe in einer Schlammgrube an der Oberfläche gestattet»

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Bohrflüsssigkeitszubereitung, in welcher der Feststoffgehalt während den Bohrarbeiten auf einem niedrigen Wert gehalten werden kann»

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bohren iron Bohrlöchern mit einer Geschwindigkeit, die in unmittelbarer Nähe derjenigen liegt, die bei Verwendung von Wasser als Bohrflüssigkeit erreicht wird, wobei gleichzeitig eine gute Filtrierverlustkontrolle gewährleistet bleibt.

Zum Umfang des Erfindungsgegenstandes gehören weiterhin

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BohrflüssigkeitsZubereitungen eines ziemlich hohen Gewichtes, die eine gute Filtrierverlustkontrolle aufweisen, jedoch eine geringe behelfsmäßige Menge von unlöslichen Feststoffen enthaltene

In den Bereich des Erfindungsgegenstandes gehört weiterhin eine !Fertigstellungsflüssigkeit für eine Verwendung in Bohrlöchern, die gebohrt sind und fertiggestellt werden, wobei diese Fertigstellungsflüssigkeit auf der Wand des Bohrloches eine Schicht für eine gute Filtrierverlustkontrolle bildet. Diese Schicht ist ohne weiteres in vielen gewöhnlieh verwendeten Lösungsmitteln löslich.

Die Erfindung umfaßt weiterhin eine Bohr flüssigkeit s zubereitung, die eine gute Filtrierverlustkontrollschicht auf der Wand des Bohrloches auszubilden vermag. Diese Schicht besitzt solche Eigenschaften, daß Carbonatgestein, über dem die Schicht liegt, von Säure angegriffen werden kann*,

Erfindungsgemäß wird auch eine Bohrflüssigkeitszubereitung und ein Verfahren zum Bohren von Bohrlöchern in harten Schichtenbildungen bereitgestellt, wobei besonders die Durchbohrungsgeschwindigkeit ein Problem ist_e

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise zum Bohren eines Bohrloches in einer Erdschichtenbildung umfaßt: Das Drehen

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einer Bohrerspitze auf dem Grunde des Bohrloches unter Bildung von Schichtenbildungsgesteinserde, die Umleitung einer wässrigen Bohrflüssigkeit, in der ein in öl dispergiertee Kolloid emulgiert ist, durch den Bohrer und das Bohrloch·

Die zum Bohren von Bohrlöchern geeignete Flüssigkeit in Form einer Öl-in-Wasser-Emulsion enthält eine Emulsion von öl in Wasser, wobei in der ölphase ein oleophiles Kolloid in ausreichender Menge dispergiert ist, damit die Filtrierverluste in der Emulsion herabgesetzt werden.

Wird diese Flüssigkeit beim Bohren benutzt, dann wird sie an die Oberfläche zurückgeleitet und ihr Gehalt an un-¹ löslichen Feststoffen durch Absitzenlassen bis auf weniger als ungefähr 2 Gew.-# herabgesetzt· Danach wird sie erneut in da» Bohrloch eingeleitet· In den bevorzugten erfindungsgemäßen Flüssigkeiten einer hohen Dichte enthält die Wasserphase mindestens ungefähr 5# gelöstes anorganisches Salz, so daß eine höhere Dichte als die von Wasser vorliegt·

Sin einzigartiges Merkmal der erfindungsgeiiaßen Bohrflüssigkeit in Form einer Kolloidemulsion mit einem niedrigen Feststoffgehalt besteht darin, daß das Kolloid, das zur Kontrolle von Filtrierverlusten dient,, in der Dispersionsphase der Bohrflüssigkeit enthalten ist· Beispielsweise wird ein organisches Kolloid in öl dispergiert und das öl dann unter Bildung der Bohrflüssigkeit in Wasser emul*

β t

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giert. Die Abwesenheit des Kolloids in der Wasserphase läßt'eine Bohrflüssigkeit einer ungewöhnlich niedrigen Viskosität entstehen, die ein rasches Absitzen von Feststoffen gestattet. Somit kann während der Bohrarbeiten ein niedriger Feststoffgehalt aufrechterhalten werden· Diese Art von Bohrflüssigkeit gestattet Bohrgeschwindigkeiten in der Nähe derjenigen, die mit Wasser erreicht werden_o Sie erlaubt weiterhin eine gute Kontrolle der Filtrierverluste im Verlaufe der Bohrarbeiten« Bei der Herstellung von erfindungsgemäßen Emulsionen von öl in Wasser können der ölphase verschiedene in öl dispergierte Kolloide zugesetzt werdejie

Ist eine beschwerte Bohrflüssigkeit bei den Bohrarbeiten erforderlich, werden erfindungsgemäße Emulsionen mit einem ■ Gehalt von verschiedenen Solen hergestellt, oder es wird ihnen ein lösliches Salz zugefügte Somit können erfindungsgemäß Emulsionen in Natriumchloridlaugen hergestellt werden, und eine Dichte bis zu 1,2 kg/1 (10 lbs· per gallon) haben« Bei Verwendung von Caüumchloridlaugen kann ©ine Dichte \ bis zu 1,4 kg/1 (11,8 lbs· per gallon) und im Falle von Zinkchloridlaugen eine Dichte bis zu 1,6 kg/1 (14 lbs. per gallon) erreichtnerden· Als Beschwerungsmittel werden lösliche Salze verwendet, da gewöhnliche Beschwerungsmittel, wie etwa Barit, nicht zur Steigerung der Dichte einer erfindungsgemäßen Bohrflüssigkeitszubereitung mit einem niedrigen Feststoffgehalt verwendet werden können, weil die Teilchenverteilung von Barit in dem unerwünschten Größenbereich liegt· Weiterhin

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sei darauf hingewiesen, daß die Verwendung von dichten Salzlaugen eine Verwendung von Emulgatoren erforderlich macht, durch welche die Emulsionen bei der am Boden des Bohrloches herrschenden Temperatur beständig bleiben· Es steht hierfür eine größere Zahl von Emulgatoren zur Verfügung· Die Wahl eines solchen für eintestimmtes Bohrloch hängt von solchen Faktoren wie dem benutzten Salz, der am Boden des Bohrloches zu erwartenden Temperatur, der Natur der durchzubohrenden Schichtenbildungen usw. ab.

Im allgemeinen müssen die meisten bekannten Bohrflüssigkeiten auf Bads von Wasser ein Kolloid, wie etwa Ton, Stärke oder Carboxymethylcellulose enthalten, durch das an den Seiten eines Bohrloches ein Filterkuchen gebildet und das Eindringen von Filtrat in die Schichtenbildung kontrolliert wird· In diesen bekannten Schlämmen steigern die Kolloide in der kontinuierlichen Phase die Viskosität der Flüssigkeit und verhindern infolgedessen ein schnelles Bohren sowie die Abtrennung von Bohrmehl an der Oberfläche, das im Verlaufe der Bohrarbeiten erzeugt wird, so daß der Feststoff gehalt der Flüssigkeit zunimmt und die Bohrgeschwindigkeit weiter abnimmt· Diese Nachteile werden mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Bohrflüssigkeit auf Basis von Wasser durch Dispergierung eines oleophilen Kolloids in öl und Bmulgierung dieser Dispersion in Wasser überwunden, wobei das Kolloid in der diskontinuierlichen Phase dispergiert wird· Werden oleophile Kolloide mit einer geringen Menge von unlöslichen Feststoffen vermischt, dann bilden sie FiIter-

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kuchen, die eine wirksame Kontrolle des Wasserfiltrates sindo Auf diese Weise wird für die Gewährleistung einer niedrigen Filtergeschwindigkeit nur eine geringe Menge der Kolloiddispersion benötigt».Die kontinuierliche Phase der Emulsion ist Wasser und die Viskosität ist praktisch die von Wassere Jedoch ist die Filtriergeschwindigkeit niedrig·

Die erfindungsgemäßen Emulsionen besitzen eine niedrige Viskosität, einen niedrigen Feststoffgehalt und sind einen niedrigen Filtrierverlust gestattende Bohrflüssigkeitene Ihr hervorragendes Merkmal besteht darin, daß das Filtrations·· kontrollmittel dispergiert ist und die Viskosität der kontinuierlichen Phase somit nicht beeinflußt. Beispielsweise kann ein oleophiles Kolloid in Öl dispergiert werden, das dann in Wasser emulgiert wird« Wegen der hohen Beständigkeit eines oleophilen Schlammkuchens gegenüber strömendem Wasser werden vergleichsweise geringe Mengen Kolloid für die Gewährleistung einer guten Filtrierverlustkontrolle im Inneren des Bohrloches benötigte Die Ölphase braucht nur so wenig v/ie 5# des Gesamtvolumens zu betragene Die Viskosität der Flüssigkeit ist darum insbesondere die gleiche wie die der wässrigen Phase. Die sehr niedrige Viskosität dieser kolloiden Eraulsionen gestattet ein rasches Absitzen der Bohrfeststoffe und ermöglich somit, daß der Feststoffgehalt der Bohrflüssigkeit einen niedrigen Wert behält« Die Viskosität einer Bohrflüssigkeit übt weiterhin einen beträchtlichen Einfluß auf die Bohrgeschwindigkeit aus, so daß für die Erreichung einer schnellen Bohrgesehwindigkeit auf Gestein

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einer geringen Durchlässigkeit die niedrige Viskosität von Kolloidemulsionen eine ebenso wichtige Größe wie der Bohrabfallniederhaltedruck ist. Wegen der niedrigen Viskosität und der raschen Absitζeigenschaften bleibt der F_eststoffgehalt der erfindungsgemäßen Bohrflüssigkeiten ohne weiteres im Bereich von ungefähr 0,5 bis 2# hinsichtlich der feinen Teilchen von anorganischen Substanzen, die in der in Kontakt mit dem Boden des Bohrloches stehenden Flüssigkeit vorhanden sind. Solche Festsfeubstanzen entstehen beim Bohren an der Bohrspitze und werden mitfortgerissen, wenn die Flüssigkeit an der Bohrspitze vorbeifließt· An der Oberfläche setzen sich die Feststoffe aus der Flüssigkeit in einem Schlammabsitzbehälter oder einer Grube ab· Im allgemeinen kann die optimale Menge von Feststoffen, ,· ungefähr 0,5 bis 1 Gew.-#, ohne weiteres im Verlauf des gewähnlichen Absitzenlassens in herkömmlichen Absitzbehältern oder Gruben erreicht werden· In'bestimmten Fällen, etwa wenn der Bohrer eine ungewöhnlich hohe Menge von pulverigem Material erzeugt, kann es erwünscht sein, die Geschwindigkeit des Absitzene mit Hilfe von Oyclonen, Zentrifugen oder dergleichen zu steigern·

Für die Herstellung von erfindungsgemäßen Kolloidemuleionebohrflüssigkeiten können viele in öl dispergierbare Kolloide verwendet werden· In der folgenden Tabelle A werden verschiedene Beispiele zusammen mit dem Niederhaltedruck, dem API-Filtrierverlust und in einigen Fällen der Bohrgeschwindigkeit auf verschiedenen Berea S_andgesteifen zusammen-

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gestellt, wie sie mit einem 3,18 cm-Bohrer ( 1 1/4 inch) in einer Bohrmaschine erhalten werden. Die Wirksamkeit eines oleophilen Kuchens, der von eines erfindungsgemäßen Schlamm zur Kontrolle des Filtrierverlustes gebildet wurde, kann aus den Ergebnissen des Beispiels 4 abgeleitet werden. In diesem Fall wurde ein mit öl benetzter und in öl dispergierbarer Bentonit verwendet. Mit einer Kolloidemulsion eines Gehaltes von nur 0,75^ am in öl dispergierbarem Bentonit wurde ein Filtrierverlust von 8,8 ml im Vergleich mit einem Filtrierverlust von 16 ml im Falle einer gewöhnlichen wässrigen Suspension mit einem Gehalt von 5# Bentonit erreicht.

Tabelle A

Bei-	# Kolloid	% öl	% Emul	API	Nieder	+	Bohrge-
			gator	Filter	halte	(36) 16,3	schwindigv
				verlust	druck	(27) 12,2	keit m/h
					SJa	(ft/h)
1	2.5	5	1	5.0 cc	(25) 11,3	kg KE
2	2.5	5	1	5·0	(30) 13,6	11 (26) 7,9
3	1·7	5	1	. 5·0	(38) 17,2	KE
4	0.75	5	1	8.8	(15) 6,8	M (21) 6,4
LfN	0.3	5	1	7.2	->	" (19) 5,8
6	1.0	10	2	3.1	11 KE
7	2.5	5	0·25	8*8	" (34)10,3
8	«■		-	mm	(40)12,2

⁺(Ohip Holddown Pressure)

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Die Kolloide wurden in Dieselöl dispergiert und in Wasser emulgiert· KE » kein Ergebnis« Die in den Beispielen verwendeten Kolloide waren (1) Methacrylpolymerisat, (2) Polyisobutylen, (3) Dimethylpolysiloxan, (4) in öl dispergierbarer Bentonit, (5) in öl dispergierbarer Lignit, (6) Kohlenruß und (7) geblasener Asphalt, In Beispiel 8 wurde nur Wasser verwendet· Auf einer Versuchsbohrmaschine bei 90,7 kg (200 lbs) Druck auf dem Bohrer, 60 Umdrehungen in der Minute des Bohrers und 30,3 1 (8 gallons) Umlauf in der Minute erreichte Bohrgeschwindigkeitenβ Der Niederhaltedruck für gewöhnliche Schlämme variiert von 31»8 bis 45,4 kg (17 bis 100) oder mehr_e

Aus Tabelle A ist ersichtlich, daß ein erfindungsgemäßer Kolloidemulsionsschlamm unter Verwendung von verschiedenen in öl dispergierten Kolloiden hergestellt werden kann, wobei die erhaltenen Schlämme annehmbare Gesamtverlusteigenschaften, deh. von weniger als 10 ml API, wie auch einen relativ niedrigen Niederhaltedruck und eine Bohrgeschwindigkeit aufweisen, die an diejenige herankommt, die bei Verwendung von lediglich Wasser als Bohrflüssigkeit erreicht wird.

In einer anderen Reihe von Bohrversuchen gemäß Tabelle B wurden mehrere verschiedene erfindungsgemäße Kolloidemulsionsbohrflüssigkeiten mit mehreren bekannten Bohrschlämmen und mit Wasser-verglichen. Sämtliche Bohr-Versuche wurden nahe beieinander in dem gleichen Sandsteinblock durchgeführt. E₈ ist ersichtlich, daß die Kolloidemulsionsbohrflüssigkeiten

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in Beispiel 4,- 5 und 6 einen niedrigeren Niederhaltedruck als die gewöhnlichen Schlämme in Beispiel 1, 2 und 3 aufweisen, während die Bohrgeschwindigkeit mit den Kolloidemulsionsschlämmen ungefähr die doppelte derjenigen mit bekanntem Schlamm war.

Tabelle B

Bohrflüssigkeit

1. Tonschlamm (9<»6 Ib/gal)

1,15 kg/1

2. Milchemulsion, 0<>5 Guar-Harz

3» Milchemulsion, 2% vorhydrolysierte Stärke, 5% Dieselöl, O*25$ Emulgator

4, Emulsion, 2.5$ geblasener Asphalt, 2„5# Dieselöl, 0.5$ Emulgator

5« Emulsion, 1.0% geblasener Asphalt, 4# Dieselöl, 0,23% Emulgator

6. Emulsion, 2.5^ geblasener Asphalt, 7.5$ Dieselöl, Q»5# Emulgator

7· Wasser

Niederhalte druck kg (Chip Holddown Pressure)	37,6	Bohrge— schwindig keit m/h (ft/hr)	3,96
(83)	29,0	(13)	5,48
(64)	19,5	(18)	6
W)	13,2	(20)	10,67
(29)	9,98	(35)	12,2
(22)	7,26	(40)	13,1
(16)	O	(*3)	25,3
O	(83)

Als Emulgator wurde ein nicht ionisches Polyoxyäthylenpolymerisat (Atlosol S, hergestellt von der Atlas Powder Co.) benutzte. Der Bohrgeschwindigkeitsversuch erfolgte bei 100 .Umdrehungen in der Minute, 907 kg (2000 lbs.) auf dem Bohrer, wobei der Schlamm in einer Menge von 30,3 1 (8 gallons)

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je Hinute umgeleitet wurde. Die Ergebnisse in Tabelle A und B wurden im Großversuch erhalten· Auf einem Bohrfeld wurde eine Carbonatschichtenbildung von einem Bohrloch durchquert, wobei eine erfindungsgemäße Kolloid(asphalt)~ emulsionsbohrflüssigkeit benutzt wurde, der Calciumchlorid zur Erschwerung der Flüssigkeit bis zu 1 kg/1 (9 lbs· per gallon) zugesetzt worden war. Bei Verwendung der Kolloidemulsion war die Bohrgeschwindigkeit ungefähr die doppelte derjenigen in einem benachbarten Bohrloch, in welchem ein Kalkschlamm mit niedrigem Feststoffgehalt benutzt wurde. In einem anderen ölfeld wurde ein Kolloidemulsionsschlamm in 3 Bohrlöchern untersucht, wobei die Bohrgeschwindigkeiten um 4-5# schneller waren als im Fall der vorher auf dem gleichen Feld am schnellsten gebohrten Bohrlöcher· Das durch-,· schnittliehe Metergedinge je Bohrer wurde ebenfalls um 11# gesteigert.

Wie bereits oben angegeben wurde, werden zur Beschwerung der erfindungsgemäßen Kolloidemulsionsbohrflüssigkeiten lösliche Salze verwendet. Die Wahl des benutzten Emulgators hängt, wie bereits angegeben wurde, von dem benutzten löslichen Salz, der am Boden des Bohrloches zu erwartenden Temperatur und der Art der zu durchbohrenden Schichtenbildung ab. Se können verschiedene Emulgatoren verwendet werden, die eine Emulsion aus öl und -Waeser ergeben. In der folgenden Tabelle C werden verschiedene geeignete Emulgatoren aufgezählt, di· unter verschiedenen Bedingungen verwendet werden können·

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Tabelle C

Atlosol S (polyoxyäthylierter Sorbitantallölester) DME (polyoxyäthyliertes Phenol)

CPB (Cetylpyridiumbromid)

Arquad 12-50 (monoallcyliertes quaternäres Amin) Arquad 18-50 (monoalkyliertes quaternäres Amin) Ethoquad (0/20 Äthoxyliertes quaternäres Amin) Redicote B^ + E^o (Amine + Ithoxyphenol)

Actinol P (Tallöl + NaOH)

Sunaptic C (Naphtheneäure + NaOH)

Triton X 1?1 (Alkarylpolyätheralkohol) Lecithin

Seecomul (Rosin + Fettsäureseife)

Pluronic L661 (Polyoxyäthylenpolypropylen)

Metallignosulfonate + NaOH
Oa-lignosulfonate + NaOH
G_arbonox (Lignit) + NaOH
White Magic (Lignit) + NaOH
Quebracho + NaOH

Wurden die ersten 7 aufgezählten Emulgatoren in erfindungsgemäßen Asphaltemulsionen verwendet, dann besaßen sie eine gute bis ausgezeichnete Temperaturbeständigkeit, in einigen Fällen bis zu 204⁰G (40O⁰F), wenn Natriumchlorid oder Calciumchlorid in einer Menge von 1% bis zur Sättigung zum Zwecke einer Beschwerung zugesetzt wurde· Sämtliche

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Emulgatoren besaßen bei hoher Temperatur und niedriger Natriumchloridkonzentration eine gute Temperaturbeständigkeit. In mit Asphalt hergestellten Kolloidemulsionen wurden die besten Ergebnisse erzielt, wenn der pH der Asphaltemulsion im Bereich von 7 bis 10 gehalten wurde. Mit Ausnahme einer Verwendung von Met ailligninsulf onat en als Emulgatoren in den Natriumchloridemulsionen sollte der pH der Emulsion auf mindestens 10 gesteigert werden.

Von den bei der Herstellung von Emulsionen benutzten Kolloiden wird meistens Asphalt bevorzugt, da dieses in öl dispergierbare Kolloid die erforderlichen Eigenschaften aufweist und billig sowie ohne weiteres verfügbar ist. x-arüberhinaus ist es ohne weiteres in den aromatischen Ölen löslich, was von großem Vorteil für die Fertigstellung eines Bohrloches ist* Hinsichtlich der Filtrierverlustkontrolle wurden die besten Emulsionen durch Dispersion von verschiedenen Agphaltarten in einem geeigneten Öl wie Dieselöl hergestellt. Jedoch kann auch unverdünnter Asphalt verwendet werden. Soll der Asphalt nicht mit dem öl vermischt werden, dann sind verschiedene handelsübliche Mischungen verfügbar, die im allgemeinen eine 50/50-Dispersion von geblasenem Asphalt und Dieselöl mit einem Anilinpunkt von 60⁰C (14-0⁰F) sind. Auch Raf finat ions asphalt e, wie solche zum Aufbringen einer Asphaltschicht wurden in Dieselöl dispergiert und ergaben zufriedenstellende Emulsionen. Zufriedenstellende Asphaltemulsionen wurden weiterhin aus

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schwerem asphalthaltigern Rohöl hergestellt. Sehr gute Emulsionen wurden mit Ventura und Coalinga-Rohölen und ausgezeichnete Emulsionen mit Athabasca-Teeröl hergestellte Einige Rohöle besitzen den Vorteil, daß sie unter Bildung einer üolloidbohremulsion durch Zugabe von Natriumhydroxyd,

na
das Natrium^tbhenat mit den Naphthensäuren im Rohöl bildet, mit Wasser eiaulgiert werden können_o Die Asphaltmenge in der Ölphase kann von 50 bis zu 100$ variieren«, Die Asphaltemulsionen besitzen die ungewöhnlichen Eigenschaften der Filtrationsgeschwindigkeiten bei niedriger und höherer Temperatur.

Die Asphaltemulsionen bilden außerordentlich dünne Filterkuchen, wobei praktisch kein Eindringen des Asphalts in die Gesteinsporen erfolgt. Mikrophotoaufnahmen von der Oberfläche des Gesteins zeigen, daß Asphalt einer Kolloidemulsion kein kontinuierliches ii.ltrat auf Berea«Sandstein noch auf Indiana-Kalkstein bildete, daß er jedoch Ablagerungen zwischen den Körnern ergab, deren Matrix bis su einem starken Umfang · freilag. Dies ist ein bedeutender Vorteil bei der Säurebehandlung von Garbonatgestein.

Der Mechanismus der Kuchenbildung ist im Falle von Asphaltemulsionen der gleiche wie bei gewöhnlichen Schlämmen. Aus den Engpässen erfolgt ein Zusammenbacken in den Oberflächenporen, und die Asphaltkolloide filtrieren aus· Wegen des niedrigen Gehaltes an Zusammenbackungsfeststoffen und

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der niedrigen Permeabilität von Asphalt für Wasser bildeVb sich ein dichter kompakter Kuchen an den engeren Stellen in Strömungskanälen, wo die ütrömungsquerschnittsfläche an niedrigsten 1st· Die Kombination dieser Faktoren ist für die sehr niedrige Filtriergeschwindigkeit verantwortlich. Die Ergebnisse von Bohrversuchen zeigen, daß mit Hilfe von Äsphaltemulsionen höhere Bohrgeschwindigkeiten als mit allen anderen Bohrflüssigkeiten erreicht werden können.

In einem ölfeldversuch wurde eine Kolloidbohrflüssigkeit verwendet, in der das 50/50-Gemisch von dispergiertem Asphalt in Dieselöl von 2 bis zu 5# variierte, während der Emulgator (Atlosol S) von 0,5 bis zu O,75# variierte, wobei 20# Calciumchlorid vorhanden waren, so daß 1 kg/1 (9 lbs. per gallon) Schlamm mit einer Trichterviskosität (funnel viscosity) von 28 Sek., ein 30 Min.-API-Wasserverlust von 8 Sek· und ein Feststoffgehalt von weniger als 1% vorlag. Die durchschnittliche Bohrgeschwindigkeit im Bohrloch betrug 26,8 β pro Tag, was fast der mit klarem Wasser in einem benachbarten Bohrloch erreichten Geschwindigkeit gleichkommt. Bei Verwendung von gewöhnlichem Kalkschlamm im benachbarten Bohrloch betrug die Durchschnittsgeschwindigkeit 15,25 m (50 feet) pro Tag. Weiterhin war die Verwendungsdauer des Bohrers nahezu die doppelte in dem Bohrloch, in welchem die Asphaltemulsion benutzt wurde.

Die erfindungsgemäßen Kolloidemulsionsbohrflüssigkeiten

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werden vorzugsweise gemäß einem Verfahren zum Anfertigen von Bohrlöchern verwendet, wobei die Bohrspitze auf dem Grunde des Bohrloches unter Erzeugung von Bohrmehl gedreht wird, während die Flüssigkeit mit dem niedrigen Feststoffgehalt gleichzeitig in das Bohrloch, durch den Bohrer und wieder nach oben im Inneren des Bohrloches gepumpt wird, wo die zurückströmende Bohrflüssigkeit an der Oberfläche zur Abtrennung von mitgerissener Gesteinserde, die aus der Bohrung stammt, behandelt wird. Da die.Kolloidbohremulsion eine niedrige Viskosität besitzt, neigt die mitgerissene Gesteinserde dazu, unmittelbar auszufallen, wodurch der ]p_eststoffgehalt auf einen extrem niedrigen Wert herabgesetzt wird· Daraus ist ersichtlich, daß wenig feste Stoffe in der Flüssigkeit sind, wenn sie erneut in das Bohrloch eingeleitet wird, die eine Einwirkung auf die Entstehung von neuen Irdbrocken durch die Bohrspitz© ausüben· Durch Absitzenlassen oder Zentrifugieren des mit Teilchen beladenen zurückströmenden Schlammes auf bekannte Weise kann beim Durchbohren der meisten Schichtenbildungen der Fest st of fgehalt ohne weitere« unter 1 Gew.-# herabgesetzt werden· Beim Durchbohren von einigen harten Schichtenbildungen konnte gezeigt werden, daß der Feststoffgehalt des vorliegenden Kolloidemulsionsschlammes auf bekannte Weise ohne weiteres auf 1/2 oder 1% reduziert werden kann· Demnach weist der erfindungsgemäße Kolloidemulsionsschlamm im allgemeinen einen Feststoff gehalt von nicht mohr.als 1/2 bis 1% und nie γοη mehr als 2# af, wenn er erneut in das Bohrloch gepumpt wird.

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Vergleichsweise bleiben 3 bis 10# Feststoffe im gewöhnlichen Schlamm zurück, wenn er in bekannten SchlammsjBtemen erneut in das Bohrloch eingeleitet wird. In den meisten Fällen sollten mindestens 5 G_ew.-# eines anorganischen Salzes in den Kolloidbohremulsionen verwendet werden, um dieselben schwerer zu machen·

Wie die Versuche auf den ölfeidern nahelegen, sind die bei der gewöhnlichen Bohrung gebildeten Schlammkuehen eine bekannte Ursache von Produktivitätsstörungen. Bleibt der Schlammkuchen hinter der ölader oder dem Gestein zurück, dann verursacht er Schaden· Das gleiche trifft au, wenn er sich in Spalten von Schichtenbildungen oder geschossenen Aushöhlungen in denselben bildet. Die Schlammkuehen oder gewöhnlichen Schlämme sind stark unlöslich. Selbst Schlammsäuren besitzen ein geringes Lösungsvermögen, wenn sie auch für andere Zwecke von Vorteil sein können· In einigen Fällen vermag der Strom aus der Schichtenbildung den Schlammkuehen in das Loch, zurückzuverlagern. Jedoch ist die Strömungsgeschwindigkeit in einem Förderbohrloch im allgemeinen zu niedrig, um die Feststoffe anzuheben, so daß sie dazu neigen, sich auf dem Boden des Bohrloches anzusammeln. Diese Schwierigkeiten können vermieden werden, wenn erfindunsgemäße Asphaltemulsionsbohrflüssigkeiten verwendet werden. Eine erfindungsgemäße Asphaltemulsion bildet nur einen sehr schwachen Kuchen· Dieser Kuchen

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ist weiterhin in vielen Hohölen löslich oder kann durch Auswaschen mit einem aromatischen Lösungsmittel entfernt werden. So ergibt die Emulgierung von Asphalt in Salzlaugen eine Bohrfertigungsflüssigkeit mit guten Filtrierverlusteigenschaften und einer Dichte bis zu 1,67 kg/1 (M- lbs« per galton), die praktisch keine unlöslichen festen Stoffe enthält.

Der gewöhnliche Schlamm bildet einen kontinuierlichen Filterkuchen über den durchlässigen Teilen iron Carbonatgesteinen, wobei dieser Kuchen ziemlich beständig gegen Säure ist»

Wie bereits oben gesagt wurde, bilden die, erfindungsge— mäßen Asphaltemulsionen keinen kontinuierlichen Filterkuchen auf der Schichtenbildung, sondern verstopfen lediglich die Oberflächenporene Demnach kann Säure die freiliegende Matrix angreifen und entlang den Asphaltverschlüssen eindringen.

Beim Versuch einer Behandlung mit Säure wurde eine Asphaltemulsion über "Indiana"-Kalksteinverschlüsse eines Durchmessers von 2,54 cm (1 inch) und einer Länge von 4_S3 cm (1,7 inch) filtriert, die dann mit 10#iger Salzsäure behandelt wurden. Die Säure brach durch 2 Verschlüsse in 2 bzw» 3 Min. ein, die mit einem Asphalt emulsionskuc hen geschützt waren» Ähnliche Verschlüsse wurden mit 6 verschiedenen gewöhnlichen Bohrflüssigkeiten behandelt. Die darauf vorhandenen Filterkuchen hinderten die Säure daran, im

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Verlaufe eines 2 Std. dauernden Versuches durch die Verschlüsse vorzudringen. War Wasser als Bohrschlamm mit dem Verschluss verwendet waden, dann brach die Säure in 11 Min. durch den Verschluss· Daraus ist ersichtlich, daß sich die erfindungsgemäßen Asphaltemulsionen vortrefflich als Bohrfertigungsflüssigkeiten eignen.

Die erfindungsgemaßen Asphaltemulsionen sind früher als ungeeignet beim Bohren durch Schichtenbildungen mit einem wesentlichen Gehalt an Schiefer und Tonen angesehen worden, da die meisten Emulgatoren bei der Herstellung der Emulsion entweder die Ablagerung von Asphalt auf Schieferbildungen und Bohrmehl nicht forderten oder keine Emulsion mit einem etwa 5#igen Öl-geblasenen Asphalt-Gemisch, das in Wasser emulgiert war, bildeten, die gegen eine Verunreinigung mit Schieferabfällen bei hoher Temperatur und Vorhandensein von verschiedenen Sehichtenbildungssafcen beständig war. Wenn auch Emulsionen, die unter Verwendung von Metalligninsul« fonaten als Emulgator hergestellt wurden, in Gegenwart von gemahlenem Schiefer beständig sind, so neigen sie doch nicht dazu, die Sckieferabfälle zu beschichten und sie in ihrer ursprünglichen Größe zu erhalten. Emulsionen dieser Art wurden bei einer Verwendung beim Durchbohren von eher dispergierbaren Sckiefergebilden eine Erweiterung des Bohrloches verursachen, die ausreicht, um die Geschwindigkeit der wieder nach oben im Bohrloch zurückströmenden Bohrflüssigkeit herabzusetzen, so daß es nicht möglich sein könnte, das Bohrmehl

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in dem erweiterten Teil des Bohrloches hochzuheben. Da die Schieferbohrabfälle weiterhin dispergiert oder zu sehr feinen Teilchen zerkleinert werden könnten, würde die Menge der Bohrfeststoffe, die von dem Bohrflüssigkeitssystem getragen werden, schnell zunehmen«, Die zerkleinerten oder fein verteilten Teilchen von Schiefer sind äußerst schwierig aus dem Bohrflüssigkeitssystem abzutrennen, so daß im obigen Beispiel notwendigerweise eine große Menge derselben erneut nach unten in das Bohrloch geleitet wird, wo ihr Vorhandensein eine Herabsetzung der Bohrgeschwindigkeit verursacht·

Wurden erfindunsgemäße Asphaltemulsionsbohrflüssigkeiten unter Verwendung von kationischen Emulgatoren hergestellt und im Laboratoriumsversuch mit Schieferbohrabfällen verunreinigt, dann war das Schieferbohrmöhl in sämtlichen Fällen mit Asphalt beschichtet, und es wurde ein ausgezeichneter Schutz gegen eine Dispersion oder einen Zerfall derselben erreicht· Viele kationischen Emulgatoren verursachten jedoch eine so schnelle und schwere Ablagerung von geblasenem Asphalt am Bohrmehl in der Schieferschichtenbildung, daß sehr bald nur wenig Asphalt in der Bohrflüssigkeit zurückblieb, die für neu zugefügte Bohrabfälle benutzt werden mußte· Dadurch wurde ein hoher Verlust der Waeserphase aus der Bohrflüssigkeit verursacht, bevor größere Mengen an Dieselöl und geblasenem Asphalt zugesetzt wurden»

ZuitHzlich zu der Verwendung von ungefähr 0,1 bis l,0#

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eines Emulgators in Form eines organischen kationischen kolloiden eine Ablagerung erleichternden Mittels bei der Herstellung von erfindungsgemaßen Asphaltemulsionsbohrflüssigkeiten zum Durchbohren von vielen Schichtenbildungsarten war es in vielen Fällen erwünscht, ungefähr 0,1 bis 1,0$ eines kolloiden die Ablagerung verzögernden Mittels zuzusetzen, das vorzugsweise nichtionisch ist und dazu dient, die Ablagerung von geblasenem Asphalt auf Schiefer zu verzögern. Ein besonders gutes nichtionisches kolloides die Ablagerung verzögerndes Mittel wird von der Armour Industrial Chemical Company hergestellt und unter dem Handelsnamen Redicote S12 verkauft«

Das die Ablagerung verzögernde Mittel Redicote E 12 kann durch Umsetzung eines Alkyphenols , wie etwa Octylodfer Nonylphenol, mit 2 bis 16, vorzugsweise mit 5 bis 12 Mol Alkylenoxyd, wie etwa Äthylen- und/oder Propylenoxyd, vorzugsweise Äthylenoxyden, unter Bildung eines vorzugsweise wasserlöslichen Alkylphenoxypolyalkylenglycols der Formel

( ) R-phenyl j— OR¹ —} OR" ——OH

hergestellt werden, in der η eine ganze Zahl von 2 bis 16, vorzugsweise von $ bis Id, und R ein Alkylrest mit 4· bis 20, vorzugsweise mit 4 bis 16 Kohlenstoffatomen ist, und in der R¹ und R" gleiche oder verschiedene Alkylenreste wie Äthylen- oder Propylenreste sind. Auf Wunsch können geringe Mengen anderer Amine als Antioxydantien

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und Korrosionsschutzmittel zugesetzt v/erden» Das kolloide_s die Ablagerung vsrsögernde Mittel kann somit eine geringe Menge von etwa 0,5 bis 3,0$ eines aliphatischen Amins mit 1 bis 3z und vorzugsweise mit 3 bis 8 Kohlenstoff« atomen enthalten, wie etwa Butyl« oder Dipropylamin« Zusätzlich kann eine geringe Menge, etwa 0,5 bis 2,0 YoI.«% des kolloiden, die Ablagerung verzögernden Mittels, vorzugsweise ein mononukleares aromatisches Amin, wie etwa Diphenylamine Dicresylamin oder Dinaphtylamin sein. Es wird angenommen, daß das kolloide, die Ablagerung verzögern·^ de Mittel sich auf dem Schiefer oder Schiefermehl, mit dem es in Kontakt kommt, ausbreitet oder gegen öl abdichtet, so daß der geblasene Asphalt und der kationische Emulgator oder das kolloide, die Ablagerung einleitende Mittel daran gehindert werden^ den Schiefer sofort oder bis zu einem zu starken Umfang zu beschichten«, Bs ist Jedoch klar₉ daß sich ein geeigneter Asphaltüberzug auf der Schieferbildung und dem Schieferbohrmehl absetzt, so daß das Wasser der Bohremulsion daran gehindert wird, den Schiefer anzugreifen und denselben zu zerkleinern oder au dispergieren«.

!©sonders guter organischer kationischer Emulgator oder kolloides, die Ablagerung einleitendes Mittel für die Herstellung von erfindungsgemäßen Asphalt-öl-in-Wasser-Emulsionen, die in Verbindung mit dem nichtionischen, die Ablagerung verzögernden Mittel Hedicote E 12 verwendet werden können, ist eine von der Armour Industrial Chemical Company

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unter dem Namen Redicote E 11 hergestellte Emulsion» Redicote E 11 ist ein Chloridsalz einer quaternären Ammoniumverbindung, das in einer Substanz wie etwa Isopropylalkohol gelöst werden kann, was zur leichteren Handhabung, Lösung und Emulgierung in dem Gemisch aus geblasenem AsPhalt-öl und in Wasser dient. Ein gut bekanntes Verfahren zur Herstellung von quaternären Ammoniumverbindungen, das eine weit verbreitete industrielle Anwendung gefunden hat, umfaßt die Alkylierung von sekundären Alkylaminen mit Alkylhalogeniden unter Bildung von Tetraalkylammoniumhalogeniden· Dieses Verfahren kann im allgemeinen durch die folgende Gleichung dargestellt werden

NH +

(alky- (Alkyl-

(Tetraalkyl-

liertes halogenid) ammoniumsekun- halogenid)

däres Amin)

+ HX

(Halogenwasserst off säure)

in der R eine Kohlenstoffkette von 8 bis 20 besitzt, und in der die anderen R-Reste Wasserstoff und/oder Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen sind. Der kationische Emulgator dient nicht nur als Emulgator zum Emulgieren der Phase aus geblasenem Asphalt-Öl in Wasser unter Bildung einer temperaturbeständigen und gegenüber Schiefereständigen Emulsion, sondern fördert zusätzlich die Ausbreitung des geblasenen Asphalts auf der Schieferbildung oder dem Bohrmehl·

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Diese Wirkung dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die quaternärea Ammoniumverbindung die Tendenz aufweist, auf Ton- oder Schiefer-Oberflächen adsorbiert zu werden und dieselben vorzugsweise mit öl zu benetzen.

Durch das die Ablagerung verzögernde Mittel Redicote IS 12 wird die Absetzgeschwindigkeit von geblasenem Asphalt aus der ölphase der Bohrflüssigkeit auf den Schiefer kontrollierte So kann ein überschüssiger Yerlust von Asphalt aus der Bohremulsion an den Schiefer in Form eines Überzuges durch Steigerung des Mengenverhältnisses des die Ablagerung verzögernden Mittels zu dem die Ablagerung einleitenden Mittel herabgesetzt werden. Würde das die Asphaltablagorung einleitende Mittel allein verwendet werden, dann würde die Ablagerung von Asphalt so schnell erfolgen, daß die benutzte Bohremulsion ihren gesamten Asphaltgehalt im Verlaufe von Minuten einbüßen würde· Wird andererseits das die Ablagerung verzögernde Mittel allein verwendet, dann werden die Schieferbohrabfälle nicht wesentlich beschichtet «ad werden schnell erodiert . oder zerkleinert· Die winzigen Teilchen des Ton den Bohrabfällen erodierten Schiefere werden dann in der Bohremulsion dispergiert, wodurch dieselbe mit Feststoffen beladen wird, so daß die Bohrgesehwindigkeit abnimmt.

Ss hat sich geteigt, daß optimale Bedingungen bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise vorliegen,

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wenn 1 Teil des kationischen Emulgators oder des die Ablagerung einleitenden Mittels auf IO Teile der Phase von geblasenem Asphalt-Öl in einer öl-in-Wasser-Bohremulsion verwendet werden. Bei dieser Zusammensetzung wurde ein 5:1-Verhältnis des Emulgators zu dem die Ablagerung verzögernden Mittel auf Volumenbasis verwendet. Gute Emulsionen wurden bei Verwendung eines V_erhältnises von 1 Teil Emulgator auf 5 bis 20 T_eile Asphalt-Öl hergestellt» wobei letzteres im allgemeinen ein 50/50-Gemisch von geblasenem Asphalt und Dieselöl war· Das Verhältnis des Emulgators oder des die Asphaltablagerung einleitenden Mittels zu dem die Ablagerung verzögernden Mittel kann von 10:1 bis 1:1 variieren. Es ist klar, daß das richtige Verhältnis des die Ablagerung einleitenden Mittels zu dem die Ablagerung verzögernden Mittel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und dein Umfang der Asphaltablagerung auf den Schieferbohrteilen variieren kann, welche Geschwindigkeit von verschiedenen Faktoren, wie die Temperatur, die bezüglich der ölphase vorhandene Schiefermenge, die Geschwindigkeit, mit welcher der betreffende Schiefer zerfällt, die Art von Salzen und ihre Konzentration, sowie von weiteren beim Bohren vorliegenden Bedingungen abhängt«

Vorausgesetzt, daß alle sonstigen Bedingungen gleich bleiben, werden die schwersten AsPhaltbeschichtungen auf Schiefer in. Abwesenheit von Salz in der Bohremulsion erreicht· Die Dicke des Asphaltüberzuges nimmt mit einer Zunahme der Salzkonzentration ab. Da jedoch die Bohrabfälle wegen des

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schützenden Einflusses der gelösten Salze in Salzlaugenemulsionen besser erhalten bleiben, wird der dünne Asphaltüberzug auf dem Schiefer hierdurch mehr als kompensiert·

Eine höhere Bphrtemperatur hat eine raschere Ablagerung von Asphalt auf S_chieferbohrteilen zur Folge_s sο daß dann zur Herabsetzung dieser schnellen Ablagerung eine höhere Menge des die Ablagerung verzögernden Mittels benötigt wird. Während gute Hochtemperatur-Bohrflüssigkeiten unter

/s
Anwendung eines lil-Verhältnises des die Asphaltablagerung einleitenden Mittels zu dem die Ablagerung verzögernden Mittel hergestellt werden können_s wird bei sehr hoher Temperatur und einer starken Kongentration "von Salzen eine geringere Mgnge des die Ablagerung verzögernden Mittels verwendet. Bei einem 5:1 Verhältnis des die Asphaltablagerung einleitenden Mittels zu dem die Asphaltablagerung verzögernden Mittel wurde eine gute Beständigkeit der Emulsionen bei einer Temperatur von mehr als 132⁰C (270⁰F) beobachtet, wenn 15$ Natriumchlorid vorhanden waren oder wenn die Emulsion mit Natriumchlorid gesättigt war_o

Bs ist klar, daß bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Emulsionen das die Ablagerung.verzögernde Mittel auch ein Emulgator sein kann. Es hat sich gezeigt, daß mit Redicote Ξ 12 allein hergestellte Emulsionen ungefähr den gleichen API-IiItrierverlust wie eine mit ß©dicote S 11 allein hergestellte ähnliche Emulsion ergeben* Die Vereinigung der beiden

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war leicht wirksamer als eine gleiche Menge der beiden getrennt. Insbesondere ergab der Zusatz einer geringen ftenge Redicote E 12 zu einer Redicote E 11-Emulsion eine unverhältnismäßig starke Herabsetzung des Filtrierverlustes· Der API-Filtrierverlust kann durch Zunahme der Konzentration von Redicote E 11 und E 12 in konstantem Verhältnis_t bis das gesamte Volumen der beiden ungefähr

10# des Volumens der Öl-geblasener Asphalt-Phase beträgt, herabgesetzt werden· So ergab eine erfindungsgemäße Bohr_ emulsion mit einem Gehalt von ungefähr 1,25£ Dieselöl und 1,25# geblasenem Asphalt zusammen mit Natriumchlorid als Beschwerungsmittel und jeweils 255* Redicote E 11 und E 12 einen API-Filtrierverlust von 8 ml· Entsprechende Cat· oitimchloridemulsionen hatten einen Filtrierverlust von nur 3 ml· Eine höhere Konzentration von öl und Asphalt ergab nur einen geringfügig niedriger η Filtrierverlust.

Erfindungsgemäß unter Verwendung von Redicote E 11 und Redicote E 12 in Asphaltemulsionen hergestellte Bohremulsionen sind gleichermaßen wirksam, ob die Bohrflüssigkeit sauer oder basisch ist· Es konnte hinsichtlich des Filtrierverlustes oder der Emulsionsbeständigkeit bei erhöhter Temperatur oder hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Schiefer au beschichten kein Unterschied festgestellt werden zwischen Emulsionen mit einem hohen oder niedrigen pH (etwa 8,5 bis 5,8). Bei der Angabe der obigen Verhältnisse umfaßt das Gewicht von Redicote S 11 und 1 12 15# Isopropanol.

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Eine der größten Schwierigkeiten beim Arbeiten mit einer Flüssigkeit mit einem niedrigen Peststoffgehalt, die mit Schieferbohrteilen verunreinigt ist, besteht in der raschen Anhäufung von festen Bohrstoffen, die nicht ohne weiteres aus der Bohrflüssigkeit extrahiert werden können, und somit erneut nach unten in das Bohrloch eingeleitet werden, was eine Abnahme der Bohrgeschwindigkeit bedingt. Im Ealle der Verwendung von erfindungsgemäßen Emulsionen verhindert die Überzugswirkung des Asphalts auf den Schiefer die Dispersion oder den Zerfall der Bohrteile und fördert das Ausflocken oder Zusammenbacken von feinen ' Teilchen des beschichteten Schiefers, wie sie unvermeidlich bei der Arbeitsweise einer Bohrerspitze dispergiert , werden· Unter Zuhilfenahme eines Absitzbehälters an der Oberfläche von ausreichendem Volumen, etwa 23 nr (200 barreis), oder bei Verwendung einer mechanischen Auftrennvorrichtung wie eine Zentrifuge an der Oberfläche, ist es beim Durchbohren von vielen Schieferschichtenbildungen möglich, ein schnelles Durchbohren mit einer Bohrflüssigkeit mit niedrigem Peststoffgehalt beizubehalten«

Bei Verwendung einer in geeigneter Weise zusammengesetzten Zubereitung der erf indungsgeaaßen Asphaltbohremulsion können durchaus große Mengeivon Schiefer in der Bohrflüssigkeit geduldet werden, bevor eine wesentliche Menge Asphalt verlorengeht μη& bevor eine Behandlung zur Aufrechterhaltung

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der Schlammzusammensetzung notwendig wird» Die Menge des verbrauchten Asphalts hängt stark von der Menge des während des Bohrens entstehenden pulverigen Materials ab« Beispielsweise ergaben Berechnungen bei einem Versuch» daß 80,9 m (700 barreis) der erfindungsgemäßen Emulsionen 457 m (1500 feet) eines 25,4 cm (10 inch)-Bohrloches bohren können, bevor der API-Verlust 20 ml übersteigt, wenn die Bohrabfälle in großen Stücken zurückbleiben, und daß sie nur 11,5 a (38 feet) bohren würden, wenn die Bohrabfälle alle feinvermahlen sind» Die Abtrennung von JTestsubstanzen aus den erfindungsgemäßen Bohrflüssigkeiten wird durch die Tendenz des Asphalts erleichtert, die Bohrabfälle zu beschichten, ihre Dispersion zu verhindern und sie ausauflocken, so daß das pulverige Material schnell ausgefällt wird.

In der Praxis wird das Gemisch von geblasenem Asphalt und öl auf dem ölfeld in den oben angegebenen Mengen in Wasser emulgiert, und die gebildete Öl-in-Wasser-Emulsion nach unten in den drehenden Bohrer und am Grunde des Bohrloches aus der Bohrerspitze gepumpt, wo dieselbe Bohrabfälle der Schichtenbildung erzeugt. Zu der Zeit, wo die Bohremulsion zuerst in das Bohrloch gepumpt wird, ist sie im wesentlichen von Feststoffen freie Der Strom der Bohremulsion wird in das Bohrloch eingeleitet und in demselben umgeleitet, so daß die Bohrlochwand beschichtet und die in Wasser dispergierbare Bohrgesteinserde mit in öl dispergiertem Kolloid, wie geblasener Asphalt, beschichtet wird, und die

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Bohrabfalle aus dem Bohrloch entfernt werden» An der Oberfläche werden die im zurückkehrenden Flüssigkeitsstrom vorhandenen Bohrabfälle durch Absitzenlas.:en oder Zentrifugieren aus der Bohremulsion abgetrennt, wonach die Bohremulsion erneut in das Bohrloch eingeleitet wird. Von Zeit zu Zeit wird eine zusätzliche Menge des in Öl dispergierten Kolloids und des Emulgators zugefügt und mit dem Strom der Bohrflüssigkeit in ausreichender Menge vermischt, damit neue in Wasser dispergierbare Bohrabfälle beschichtet werden können.

Patentansprüche

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   Ii Verfahren zum Bohren eines Bohrloches in einer geologischen Schichtenbildung, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Bohrer auf dem Grunde des Bohrloches unter Bildung von Bohrabfällen aus der Schichtenbildung in Drehung versetzt, und daß man eine wässrige Bohrflüssigkeit durch die Bohrerspitze und das Bohrloch leitet, in der ein in öl dispergiertes Kolloid emulgiert ist.

   2e Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man die aus dem Bohrloch an die Oberfläche zurückkehrende Bohrflüssigkeit zur ausreichenden Herabsetzung ihres Feststoffgehaltes in Form von mitgerissener Gesteinserde und Bohrabfällen behandelt, damit die Bohremulsion eine niedrige Viskosität behält.

   5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gehalt an mitgerissener fester Gesteinserde auf weniger als 2 Gew.-% der Emulsion herabsetzt·

   4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Behandlung in einem Gefäß mit einem großen Volumen durchführt.

   5· Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k β η η -

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   zeichnet , daß man die Behandlung durch Zentrifugieren vornimmt.

   6· Verfahren nach Anspruch 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß man die eine niedrige Viskosität aufweisende Bohremulsion erneut in das Bohrloch einleitet, nachdem ihr Gehalt an fester Gesteinserde wesentlich herabgesetzt worden ist«

   7· Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß man der Bohrflüssigkeit ein anorganisches Salz zusetzt, damit sie eine bestimmte Dichte aufweist·

   8, Verfahren nach Anspruch 7 t dadurch gekennzeichnet, daß man das Salz in einer Menge von mindestens ungefähr 5 Gew.-% der Emulsion zusetzt·

   9· Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch g e k β η η zeich net, daß die ölphase in der Bohremulsion ungefähr 1 bis 5 Gew.-$ derselben beträgt«

   10· Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß man der Emulsion einen Emulgator zusetzt.

   11· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k β η η -

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   zeichnet , daß man den Emulgator in einer Menge von ungefähr 0,1 bis 1 Gew.-% der Emulsion zusetzt*

   12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß 5 bis 70% der Ölphase ein dferin dispergiertes in Öl dispergierbares Kolloid iste

   13« Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion einen API-Filtrierverlust von ungefähr 10 ml aufweist, wenn sie mit 0,5 bis 2 Gew.-# festen organischen Teilchen einer Größe im Bereich von 2 bis 10/U vermischt wirde

   14 _β Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß man als Emulgator einen organischen kationischen Emulgator verwendet·

   15· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß man der Bohrflüssigkeit eine weitere Menge des in öl dispergierten Kolloids zusetzt, bevor sie erneut in das Bohrloch eingeleitet wird, wobei diese Menge ausreicht, um neue in Wasser dispergierbare Bohrabfälle zu beschichten, die von der Bohrerspitze erzeugt werden.

   16. Verfahren nach Anspruch 6, 10 und 15, dadurch gekennzeichnet , daß man der Bohrflüssigkeit eine weitere Bmulgatormenge zusetzt, bevor sie erneut in das Bohrloch eingeleitet wird.

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   17o Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet , daß man die weiteren Mengen auf diskontinuierliche Weise zusetzte

   IS₀ Verfahren nach Anspruch 1 bis 17ι dadurch gekennzeichnet , daß man der Bohrflüssigkeit zusätzlich ein die Ablagerung verzögerndes Mittel zusetzt und darin aufrechterhält, wodurch die Geschwindigkeit, mit der das in öl dispergierte Kolloid die Schichtenbildung und die in. Wasser dispergierbaren Bohrabfälle beschichtet, herabgesetzt wird»

   19» Verfahren nach Anspruch. 1,5 und 16, dadurch gekennzeichnet _s daß man die weiteren Mengen des in öl dispergierten Kolloids und des Imulgators vorher in einer ausreichenden Menge Wasser emulgiert, so daß eine konzentrierte Öl-in-Wasser-Emulsion mit dem Kolloid in der ölphase entsteht.

   20. Verfahren nach Anspruch 1 bis 19» dadurch gekennzeichnet j daß man der Bohrflüssigkeit ein organisches, kationisches, die Ablagerung einleitendes Kolloid zusetzt«

   21· Verfahren nach Anspruch 1 bis 20, dadurch g e kennze ich η et , daß das oleophile Kolloid fein verteilten Asphalt enthält.

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   22. Bohrflüssigkeit für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 21 gekennzeichnet durch eine öl-in-Wasser-Snulsion mit einem Gehalt an Asphalt in der ölphase, vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 5 G-ew*-%, sowie einem organischen kationischen Mittel in einer Menge von 0,1 bis 1%, bezogen auf die Bohrflüssigkeit·

   23o V_erfahren zur Herstellung einer Bohrflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß man 1 bis 5 Gew.-# Asphalt erhitzt und den erhitzten Asphalt in 99 bis 95 Gew,-# Wasser einschließlich 0,1 bis 1% eines organischen kationischen, die Asphaltablagerung einleitenden, damit vermischten Mittels emuigiert.

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