DE1483798C

DE1483798C - Wasserbasische Tonspülung für tiefe und übertiefe Bohrungen

Info

Publication number: DE1483798C
Authority: DE
Inventors: Walter Dr. 2847 Barnstorf; Kleiner Helmut Dr. 5000 Köln; Schmidt Fritz Dr. 5679 Dabringhausen Bulian
Original assignee: Wintershall AG
Current assignee: Wintershall AG
Publication date: 1972-08-17

Description

' Bei der Suche nach Erdöl und Erdgas müssen Aufschlußbohrungen zur Untersuchung von tiefen Speicherhorizonten abgeteuft werden, die eine Teufe von 4000 m und tiefer erreichen. Die in großen Teufen herrschenden Gebirgstemperaturen stellen für Bohrspülungen stark erschwerende Bedingungen dar, denn bei den bekannten wasserbasischen Spülungen werden Zusätze, wie Carboxymethylcellulose, Stärke u.a., bei Temperaturen über 140"C rasch zersetzt. Diese Instabilität führt zu unerwünschten Veränderungen der Spülungseigenschaften, wie z. B. hohe Wasserverluste und dicke Filterkuchen, wodurch bei den Bohrarbeiten Störungen auftreten und laufend eine kostspielige Ergänzung des Zusatzes notwendig wird.

Wasserbasische Spülungen, die Erhitzungen von . mehr als 1 Tag Dauer bei Temperaturen von 150 C und darüber ohne Zersetzung vertragen, sind bisher noch nicht vorgeschlagen worden. Keiner der bekannten Zusätze hält diese hohen Temperaturbelastungen im praktischen Dauerbetrieb aus. Bei den bekannten wasserbasischen Bohrspülungen entstehen Wasserverluste (API-Filtrationswerte), die schon nach 24 Stunden Erhitzungsdauer bei etwa 180 C bestenfalls immer noch 11 ml und darüber betragen.

Aus dem Artikel »Ein neues Chemikal für die Erniedrigung des Wasserverlustes von Bohrspülungen« in der Zeitschrift Bohrtechnik Brunnenbau, Juni 1966, S. 281 und 282, ist es bekannt, wasserbasische Tonspülungen bei Temperaturen über 150 C mit Zusätzen von Polyacrylnitril durchzuführen.

Wie jedoch insbesondere aus den Vergleichsversuchen am Ende dieser Erfindung hervorgehl, ist das in diesem Artikel beschriebene, mit Ätznatron hydrolysierte Polyacrylnitril als Zusatzmitlei für Bohrspülungen bei hohen Temperaturen, d. h. für tiefe und übertiefe Bohrungen, nicht geeignet.

Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, die wasserbasische Tonspülung so auszubilden, daß diese langer als 1 Tag, insbesondere aber 8 Tage, bei Temperaturen über 150"C, insbesondere von 180 bis 250"C, ihr Wasserbindevermögcn (Wasserverlust) praktisch kaum verändert und ihre sonstigen rheologischcn Eigenschaften beibehält.

Die erfindungsgemäße Tonspülung enthält salzwasscrbeständige Tone, wie z. B. Attapulgit, sowie zweckmäßig als weitere Bestandteile Eisen-Chrom-Lignosulfonat, Schwermetall - Huminsäure - Salze, ferner Asphalte und Emulgatoren. Diese Stoffe sind für die Bohrspülungen bereits bekannt.

Um das technisch notwendige Wasserbindevermögen zu erreichen, genügen für Temperaturen bis etwa 140"C außerdem Carboxymethylcellulose oder Stärke als Zusatz. Es ist auch vorgeschlagen worden, Poly-N-vinyl-carbonsäureamidezu verwenden, womit zwar eine höhere Temperaturbeständigkeit, aber nur für die Dauer von etwa 10 Stunden erreicht wird.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine wasserbasische Tonspülung mit hoher Temperaturbeständigkeit mit einem Zusatz an Polyacrylsäurenitril für tiefe und überliefe Bohrungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz aus an sich bekannten hochlemporaturbehandclten Verbindungen des Polyacrylnitril oder Mischpolymerisaten von vorwiegend Acrylsäurenilril mit Wasser in einer Menge von I bis etwa IO Gewichtsprozent, bezogen auf die fertige und unbeschwerte Spülung, besteht.

Das erfindungsgemäß zu verwendende Polyacrylsäurenilril bzw. die vorwiegend Acrylsäurenilril enthallenden Mischpolymerisate, die bei hohen Temperaturen mil Wasser behandelt wurden, sind nach dem Verfahren des deutschen Palenlos I 207 0X6 erhältlich.

Tonspülungen gemäß der Erfindung haben beispielsweise folgende Zusammensetzung:

Λ Ua pn Igi (-Suspension
in gesättigtem Salzwasser

Polyacrylnitril-,₀ Hydrolysat gemäß
deutschem Patent
I 207 0S6

Ätznatron

Eisen-Chrom-Lignosulfonal

Schwermetall-H uminsäure-Salze

Asphalt in kolloidaler
Suspension

Handelsüblicher

Emulgator

040 kg ' (6gewichlsprozenliger Altapulgil)

60 kg 20 kg

20 kg IO kg 50 1 10 kg

¹MO kg (4gewichtsprozen liger Atlapulgit)

60 kg 20 kg

20 kg Iu kg 50 1 10 kg

Bei Anwendung dieser Tonspülung gemäß der Erfindung werden Filtrationswerte gemessen, die unter IO ml liegen. Die Messungen erfolgten in der Weise, daß die Muster bis etwa 70 C unter Rühren und auch die Behälter sowie Heizmäntel bis 95 C vorgeheizt wurden.

Die Muster nach diesen Spülungsansätzen wurden zur Vermeidung des Siedens auch einem Druck von etwa IO aiii ausgesetzt. Der Wasserverlusl (APl-Fillrationsvolumen) dieser Bohrspülung, die bei 180"C I Woche in einem Rollautoklav thermisch belastet wurde, betrug überraschend nur 2 ml.

Zum Vergleich Für die weit überlegenen Filtrationswerte der beanspruchten Spülung werden nachstehend zwei Spülungen nach dem Stand der Technik verglichen:

IH

Tonspülung

970 g (6gewichtsprozentiger

(₎₀ Attapulgit in

gesättigtem
Salzwasser)

30 g Carboxymethylcellulose

IV

Lignosulfonat-Huminit-

Spülung

970 g (6gewichtsprozentiger Attapulgit in gesättigtem Salzwasser)

30 g Carboxymethyl-. cellulose 4 g NaOH 20 g Chrom-Ligno-

sulfonat IOg Huminal

Spülung	Wasserverluste vor dem Erhitzen	Wasserverluste nach 24 Stunden Erhitzung bei 180⁰C	Wasserverluste nach 8 Tagen Erhitzung bei 18O⁰C
	ml	ml	ml
I	0,9	1,2	2,1
II	1,6	1,6	1,7
III	5,0	119,3	oo*)
IV	4,2	48,1	oo*)

[O

*) bedeutet, daß alle Flüssigkeit abläuft.

Die Gegenüberstellung der unter gleichen Bedingungen behandelten Spülungen zeigt für die Bohrspülungen I und II, daß die Werte für den Wasserverlust äußerst niedrig liegen und für die Spülungen III und IV wesentlich schlechter sind. Nach einer Temperaturbeanspruchung von 8 Tagen liegt der Wasserverlust für die Spülungen I und II praktisch noch ebenso niedrig, dagegen ist dieser der Spülungen III und IV schon nach einer Temperaturbeanspruchung von nur 24 Stunden ganz wesentlich angestiegen. Eine Prüfung bei noch längerer Erhitzungsdauer, z. B. von 2 Tagen, ergab völlige Zerstörung dieser Spülungen.

Es wurde weiter gefunden, daß die Verwendung des Zusatzes gemäß der Erfindung optimale Werte ergibt, wenn der pH-Wert der Spülung bei etwa 9 bis 13 liegt.

Die. bekannten Zusätze weisen für sich ein mehr oder minder großes Wasserbindevermögen auf, so daß ein Zusatz anderer, das Wasserbindevermögen verbessernder Zusatzmittel nicht erforderlich ist.

Für den Zusatz gemäß der Erfindung wurde dagegen gefunden, daß die Erhaltung niedriger Werte für den Wasserverlust durch den an sich bekannten Zusatz emulgierter Asphalte vorteilhaft gefördert wird.

Die Herstellung der Bohrspülung gemäß der Erfindung sowie die Anwendung erfolgt in bekannter Weise. Es ist aber auch möglich, zwecks Erhaltung oder Verbesserung der Theologischen Eigenschaften, das Polyacrylnitril-Hydrolysat während des Bohrbetriebes in den erforderlichen Mengen zuzusetzen.

Die wasserbasischen Tonspülungen gemäß der Erfindung lassen sich als Süß- oder als Salzspülung verwenden.

In der F i g. 1 ist die Zeitabhängigkeit des thermischen Abbaus von Zusätzen in Form von Lösungen in gesättigtem Salzwasser nach einer thermischen Behandlung von 180° C veranschaulicht. Zur Erzielung gleicher Viskositäten wird die Anfangsviskosität vor der Wärmebehandlung durch Abwandlung der Konzentration des Zusatzmittels eingestellt. Bei 1 handelt es sich um das Zusatzprodukt gemäß der Erfindung; 2 bedeutet ein Polyacrylsäureamid; 3 ist ein PoIyacrylat, und 4 ist Carboxymethylcellulose.

Aus den folgenden Vergleichsversuchen ist die überraschende, weitaus höhere Thermostabilität der erfindungsgemäß zu verwendenden Mittel gegenüber dem vorbekannten Bohrspülungsmittel, einem mit Ätznatron hydrolysiertem Polyacrylnitril, zu ersehen. Aus F i g. 2 ist die Zeitabhängigkeit des thermischen Abbaus von Zusätzen in Form von Lösungen in NaCl-gesättigtem Wasser nach einer thermischen Behandlung bei 180° C veranschaulicht. Zur Erzielung gleicher Viskositäten wird die Anfangsviskosität vor der Wärmebehandlung durch Abwandlung der Konzentration des Zusatzmittels eingestellt. Während die erfindungsgemäß zu verwendende Polyacrylnitril-Hydrolysat-Lösung 1 auch nach 40 Stunden thermischer Behandlung bei 180°C beständig bleibt, wird die mit Ätznatron hydrolysierte Polyacrylnitril-Lösung 2 schon nach 8 Stunden stark abgebaut.

Auch die Gegenüberstellung der unter gleichen Bedingungen behandelten Spülungen zeigt die wesentlich höhere Temperaturbeständigkeit des erfindungsgemäßen Mittels. Man erkennt aus den in der Tabelle wiedergegebenen Werten, daß der Filtrationswert der Spülung, die mit Ätznatron hydrolysiertes Polyacrylnitril enthält, nach 24 Stunden Temperaturbelastung bei 180° C von 3 auf 23,5 ansteigt und somit unbrauchbar wird. Hingegen erfährt die Filtratmenge der Spülung mit erfindungsgemäß zu verwendendem Polyacrylnitril-Hydrolysat, hergestellt gemäß deutscher Patentschrift 1 207 086, keine wesentliche Änderung.

Spülungen

1. 940 g ogewichtsprozentige salzgesättigte

Attapulgitsuspension,
60 g Polyacrylnitril-Hydrolysat gemäß
Erfindung.

2. 970 g ogewichtsprozentige salzgesättigte

Attapulgitsuspension,

30 g mit Ätznatron hydrolysiertes Polyacrylnitril.

Spülung	Wasserverlust vor dem Erhitzen ml	Wasserverlust nach 24 Stunden Erhitzune bei 180⁰C ml
1 2	11,0 3,1	12,3 23,5

Claims

Patentansprüche:

1. Wasserbasische Tonspülung mit hoher Temperaturbeständigkeit mit einem Zusatz an PoIyacrylsäurenitril für tiefe und übertiefe Bohrungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz aus an sich bekannten hochtemperaturbehandelten Verbindungen des Polyacrylnitril oder Mischpolymerisaten von vorwiegend Acrylsäurenitril mit Wasser in einer Menge von 1 bis etwa 10 Gewichtsprozent, bezogen auf die fertige und unbeschwerte Spülung, besteht.

2. Bohrspülung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrflüssigkeit auf einen pH-Wert von 9 bis 13 eingestellt wird.

3. Bohrspülung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese emulgierte Asphalte in Mengen von etwa 1 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf die fertige und unbeschwerte Spülung, enthält.

4. Bohrspülung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Verdünner zugesetzt werden, wie Eisen-Chrom-Lignosulfonate und/oder Huminate.

5. Bohrspülung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese als Süß- oder als Salzspülung verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen