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Geschäumte Bohrloch-Spülungsflüssigkeit vie Erfindung bezieht sich
auf Bohrloch-Spülungsflüssigketten oder -Strömungsmittel. Insbesondere betrifft
die erfindung ein Strömungamittel, das eine niedrige Dichte hat und mit geringer
Geschwindigkeit für Abschlußarbeiten und Säuberung des Bohrloches umgewälzt werden
kann. Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, wässerige Gas-in-Flüssigkeit-Schäume
in geeigneter Form als Umlaufflüssigkeit in Bohrlöchern zu verwenden.
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Es ist bekannt, als Umwälzflüssigkeit beim Bohren oder zur Erhaltung
eines Bohrloches Bohrschlämme, Luft im Fall eines Luft-Bohrverfahrens oder Luft-Schaumkombinationen
bei Luft- oder Nebel-Bohrverfahren zu verwenden. Diese bekannten Verfahren sind
in ihren Xagiiohkeiten beschränkt und weisen Jeweils unerwünschte
Merkmale
auf. Bohrschlämme haben im allgemeinen eine hohe Dichte, so daß ftir die Umwälzung
ein erheblicher AuSwand an Energie erforderlich ist. Beim Abteufen von Bohrlöchern
werden auch große Mengen davon benötigt, wobei dieses Material verhältnismäßig teuer
ist. Andererseits arbeitet das Luftbohrverfahren mit einem Umwälz-Strömungsmittel
sehr geringer Dichte, d.h.
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mit Gas, wobei jedoch die Umwälzgeschwindigkeiten sehr hoch sind,
z.B. in der Größenordnung von 300 - 900 m/min.
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Bei diesem Verfahren ergeben sich Bohrlocherweiterungen durch Ausschleifungen
und Erosion sowie weitere Naohteile0 Die Erfindung hat ergeben, daß wässerige Gas-in-Flüssigkeit-Sohäume,
die unter Verwendung von Schäummitteln zubereitet werden, befriedigende Bohrloch-Umwälz-Strömungemittel
sind, falls: 1. der Schaum ein Gas-Flüssigkeits-Volumen-Verhältnis im Bereich von
etwa 3-50 of (etwa 22,4 - 375 dm3 gal liter 2. der Sohaum aus einer wässerigen Lösung
bereitet wird, die in Gewichtsteilen für je 100 Lösungsteile von etwa 0,005 - 10
Teilen eines organischen Schäum-Mittels enthält, das eine anfängliche Schaum Höhe
nach Ross-Miles von wenigstens 10 Zentimetern und eine kumulative Schaumhöhe von
wenigstens 30 Zentimetern aufweist,
3. der Schaum in dem Bohrloch
mit einer Umlaufgeschwindigkeit im Bereich von etwa o bis 180 m/min umgewälzt wird
und 4. darauf geachtet wird, daß der Schaum vorgefertigt ist0 überraschend sind
vorgefertigte Schäume nach der Erfindung, d.h. Schäume mit den vorstehenden Merkmalen,
die ohne Kontakt mit der Bohrlochumgebung hergestellt worden sind, allgemein wirksame
Bohrloch-Spüllungsmittel.
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Sie zeichnen sich durch geringe Dichte aus und können vorteilhaft
als Träger für die Entfernung von festen und/oder flüssigen Teilen aus einem Bohrloch
verwendet werden, wobei sie auch beim Bohren und/oder Reinigen oder ähnlichen Arbeiten
in einem Bohrloch eingesetzt werden können0 Derartige Schäume mit geringer Dichte
können verhältnismäßig leicht umgewälzt werden; sie lassen sich auch verhältnismäßig
billig herstellen.
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Zur Erläuterung wird noch darauf hingewiesen, daß eine anfängliche
Schaumhöhe nach Ross-Miles die Schaumhöhe am Anfang oder zur Nullzeit gemeint ist,
die bei der Standard Ross-Miles Schaumanalyse erzielt wird (s. Ross, ;., und Milde,
G.D., "An Apparatus for Comparison of Fosming Properties of Soaps and Detergent",
Oil and Soap, Bd. 18, 1941, pp. 99-102, und McCutcheon, J.W., Synthetic Detergents,
McNair-Dorland Co., New York, N.Y., 1950, p. 435).
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Die kumulative Schaumhöhe bedeutet die Summe der Schaumhöhen nach
dem O,l-,2-,5- und 10-Minuten-Intervall, die nach dem Ross-Miles-Verfahren erzielt
werden.
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Ein vorgefertigter Schaum soll ein Schaum sein, der außer Berührung
mit festen und/oder flüssigen Teilen erzeugt worden ist, die natürlicherweise in
einem Bohrloch auftreten. Es handelt sich demnach um einen Schaum, der außer Berührung
mit Verunreinigungen gebildet wird, wie sie in der Umgebung eines Bohrloches auftretens
einschließlich Bohrtriiiniiiern, Oel, Lauge und ähnlichen Materialien.
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Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt sind. Es
zeigen: Fig. 1 eine vereinfachb schematische Darstellung eines Bohrloches mit Bohrturm
und Einrichtung zur Erzeugung eines erfindungsgemäßen Schaumes, Fig. 2 eine mit
Bezug auf Fig. 1 abgeänderte Xeildarstellung zur Erläuterung eines abgewandelten
Verfahrens und Fig, 3 eine vereinfachte Dgrßtellung einer Laboratoriums-Schaum-Prüfeinheit.
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In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der erfindung wird
ein Schaum als Umwälz-Spülung zum Reinigen einer Produktionsbohrung verwendet. Die
Fig. zeigt vereinfacht eine Einrichtung, die in Verbindung mit einer Anwendungsmöglichkeit
der Erfindung benutzt wird.
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Nach Fig. 1 ist ein Bohrloch bis in eine unverfestigte,= oelproduzierende
Formation 35 abgeteuft. Während der Benutzung des Bohrloches zur Gewinnung von Rohoel
aus der Formation hat sich Schutt an der Bohrlochsole angesammelt. Der Schutt hat
die Bohrlochsole verstopft, so daß eine wirksame Produktion nicht mehr möglich ist.
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Unter Benutzung eines Drehtisches 57, einer Kelley-oder Mitnehmerstange
19 und eines Drehkopfes 21 oder anderer geeigneter Einrichtungen wird ein Rohrstänge
13, das aus einer ausreichenden Anzahl von miteinander verbundener Rohrabschnitte
zusammengesetzt ist, in das Bohrloch eingefahren bis in den oberen Teil der produzierenden
Zone 35.
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Ein wässeriger Gas-in-Flussigkeit-Schaum wird dann in das Bohrloch
von einer Schaumerzeugungseinrichtung 22 aus Über eine Leitung 11, den Drehkopf
21, die Kelley-Stange 19 hinduroh und durch das Gestänge 13 abwärts, aus dem Ende
des Gestänges 13 heraus und auf die Bohrlochsole geleitet. falls das Ende des Gestänge
13 unter der Oberfläche einer Flllssigkeitssäule liegt
die 3.B.
aus Rohoel und/oder Wasser, Lauge usw, bestehen kann, oder falls das Ende des Gestänges
in eine Ansammlung von Sand, Teer usw. eingedrungen ist, trägt der Schaum die Flüssigkeit
oder den Schutt in einem langsamen Fluß oder durch Mitführung fort, den Ringraum
14 der Bohrung hinauf und über die Leitung 34 aus dem Bohrloch hinaus in die Schaum-Zerlegungs-Einheit
oder Abscheidekammer 29 hinein und von da aus über die Leitung 36 zum Sumpf 37,
in welchem die flüssige Phase zerlegt wird, so daß sich eine wässerige Phase 38
und eine Oel-Phase 39 ergibt.
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Falls es erwünscht ist, daß nur wenig oder gar nicht von dem Schaum
in die produzierende Formation eindringt, wird über die Leitung 28 ausreichend Druck
angelegt, welcher die Bildung des Schaums im Erzeuger 22, die Abgabe des Schaums
an der Bohrlochsole und um die Tour am Ende des Gestänges 13 herum gewährleistet,
von wo aus der natürliche Druck der Bohrung oder ein geringer zusätzlicher Druck
über die Leitung 28 den Schaum wieder zur Oberfläohe fördert.
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Nachdem der Abschnitt des Bohrloohea in Nachbarschaft des unteren
Endes des Gestänges 13 bearbeitet und durch den Schaum behandelt worden ist, kann
das Gestränge weiter naoh unten gefahren werden, bis das gesamte untere Ende der
Bohrloehrolo unter oder ein
Teil davon behandelt und/oder gereinigt
worden ist.
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Zur Erzeugung von wässerigen Gas-in-Flüssigkeit-Schäumen entsprechend
der beschriebenen Ausführungsform werden Wasser, ein Detergentien-Konzentrat, und
falls erwünscht, eine konzentrierte kaustische Lösung oder ein anderer geeigneter
Zusatz einem Mischer 24 über Leitungen 25, 26 und 27 mit ausreichenden Mengen zugeführt,
um im Mischer 24 eine schäumfähige Lösung herzustellen, die in Gewichtsteilen, bezogen
auf je 100 Teile der Lösung, etwa 0,1 - 1 Teil eines organischen Schäummittels enthält,
z.B. das Natrium-Salz eines linearen C12 - C16 Alkylbenzol-Sulfosäure-Gemisches
. Über die Leitungen 23 und 28 werden diese schäumfähige Lösung und ein Gas, z.B.
Luft, dem Schaumerzeuger 22 zugeführt, in welchem ein Schaum erzeugt wird, der ein
Volumenverhältnis von Gas zu Fldssigdm³ keit im Bereich von etwa 22, 4 bis 375 aufweist.
liter Dieser Schaum wird der Bohrung unter einem Druck zugeführt, der ausreicht,
um den Schaum über die Leitung 11 mit einer Geschwindigkeit von etwa 3 - 90 m/min
über den 3ohrgestänge-Ringraum 14 in der oben beschriebenen Weise umzuwälzen, d.h.
mit einem Minimum von etwa 0,35 bis 7 kg/cmC itber dem Druck an der Bohrlochsole.
Falls erwünscht, kann über die Leitung 30 Diesel-Oel oder ähnliches Material in
die Leitung 11 eingespeist werden, um im langsamen Fluß dem Bohrloch
etwa
zur Reinigung zugeführt zu werden0 Uberlauf- und Schaum-Rückfluß-Leitungen sind
in Sigo 1 nicht dargestellte Figo 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, In
diesem Fall wird ein Bohrloch abgeteuft, und eine geeignete Bohrkrone, z.B. eine
Rotary-Krone 16 ist am Ende des Bohrgestänges 13 angeordnet. Der Schaum wird in
der oben beschriebenen Weise umgewälzt und passiert bei seinem Austritt aus dem
unteren Ende des Bohrgestänges 13 den eigentlichen Bohrbereich, wobei das Bohrwerkzeug
gekühlt und Bohrschutt, lockeres Festmaterial und Flüssigkeiten mitgeführt werden.
Diese Materialien werden über den Ringraum in der oben beschriebenen Weise an die
Oberfläche getragen.
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Auf diese Weise können Sand, Staub, größere Festteile, Oel, Lauge,
Gesteinswasser und ähnliche Materialien sehr einfach aus flachen oder Tiefenbohrungen
entfernt werden. Überraschenderweise sind sogar Steine mit 5 -.7 1/2 cm Durchmesser
ohne weiteres durch die hier beschriebenen Schäume aus Teufen von 1500 m und tiefer
zur Oberfläche befördert worden. In ähnlicher Weise sind Bohrlöcher hergestellt
worden, wobei die hier beschriebenen Schäume N anstelle übr hoher Pumpen verwendet
worden sind. Weitere Vorzüge ergeben sich aus den nachfolgenden Beispielen.
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Die Herstellung eines Gas-in-Flüssigkeit-Schaumes ist an sich bekannt
(siehe Encyclopedia of Ohemical Technology, Bd. 6, Interscience Encylopedia, Inc.,
N.Y. (1951); U.S.
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Patent-Nr. 3.212.762). Für die Ausführung der vorliegenden Erfindung
sind große Volumen und eine reichliche Zufuhr an Schaum erforderlich. Eine Austritts-
oder Ventury-Düsenanordnung, der stromabwärts einige in Linie angeordnete Misch-Prall
-Bleche nachgeordnet sind, hat sich als brauchbar erwiesen, um befriedigende Gasin-Flüssigkeit-Schäume
zu erzeugen, und bildet die bevorzugte Ausführungsform zur Verwendung nach der Brfindung.
Zur Erzeugung der Schäume können Gase wie Luft, Stickstoff, Methan, Naturgas, inertes
Abgas oder Kohlendioxid oder ähnliche Gase verwendet werden.
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Luft wird bevorzugt.
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Um mit der Erfindung zu einem befriedigenden Ergebnis zu kommen, muß
der Schaum im allgemeinen vorgefertigt werden. Sobald sie einmal hergestellt sind,
haben die Schaumsysteme stabilisierende Eigenschaften, welche sie widerstandsfähig
gegen schädliche Mittel und Einflttsse machen, die gewöhnlich in Bohrlöchern angetroffen
werden und die, falls eie als Verunreinigungen während der Erzeugung des Schaums
vorhanden sind, eine brauchbare Schaumerzeugung verhindern können und es gewöhnlich
auch tun.
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Die zur Verwendung nach der Erfindung geeigneten Schäume sind dynamische
Systeme, die in der Lage sind, sich auf schädliche Umstände einzustellen und diese
zu Überdauern, z.B. mechanische Stöße, verhältnismäßig hohe Temperaturen und ähnliches,
Im allgemeinen sind die erfindungsgemäßen Schäume für ein Bohrloch befriedigende
Spülungsmittel bei Ringraumgeschwindigkeiten bis zu etwa 90 - 150 in/min. und sogar
bei etwas höheren Geschwindigkeiten, die möglicherweise bis zu 180 m/min.
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reichen können. Die erfindungsgemäßen Schäume bilden brauchbare Bohrlochsplungsflüssigkeiten
im Bereich der Temperaturen, die gewöhnlich in einem Bohrloch auftreten. Sie sind
unter den Ringraumunwälz-Gesohwindigkeiten von etwa 3 - 9 m/min stabil, die gewöhnlich
als minimale praktische Geschwindigkeit auftreten und sogar noch bei vernachlässigbaren
Geschwindigkeiten von 0 - 3 m/min über brauchbare Zeitapannen hinweg, z.B., falls
sie als Wärmeisolator zwischen dem Ringraum und einer zentralen Dampfleitung benutzt
werden, wenn ein Bohrloch mit Dampf unter hoher Temperatur behandelt wird. Dabei
wird die Verrohrung kühl genug gehalten, um übermäßige Temperaturgefälle und Beschädigungen
der Verrohrung auszuschließen. Vorzugsweise sollen für das erfindungsgemäße Verfahren
Strömungsgeschwindigkeiten des Schaums im Bohrloch-Ringraum im Bereich von etwa
1,5 - 90 m/min liegen.
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Organische Schäummittel sind im allgemeinen für die Verwendung nach
der Erfindung brauchbar, vorausgesetzt, daß das Mittel eine anfängliche Schaumhöhe
nach Ross-Mildes von wenigstens 10 cm und eine kumulative Schaumhöhe von wenigstens
30 cm bei der verwendeten Eonzentration liefert (ASTM D1173-53 (1965); siehe auch
Bureau of Mines, Monograph 11 von H.N.Dunning, J.L.
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Eakin, und C.J.Walker, pp. 11-14). Die brauchbaren Schaummittel-Konzentrationen
hängen davon ab, welches Mittel jeweils benutzt wird. Im allgemeinen liegt die zu
verwendende Menge, ausgedrückt in Gewichtsteilen für 100 Teile der schäumbaren Lösung,
im Bereich von etwa 0,005 - 1. Größere Mengen des Schäummittels können auch verwendet
werden, jedoch ist ein solcher Einsatz verhältnismäßig wirkungslos im Hinblick auf
die Kosten, insbesondere bei Konzentrationen, die etwa 2 - 5 Teile auf 100 übersteigen.
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Vorzugsweise werden elastische Schäume verwendet.
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Diese Schäume sind im allgemeinen besser geeignet, die Beanspruchungen
beim Durchgang durch ein Bohrloch zu überdauern und dennoch wirksam als Spülung
zu funktionieren. Im allgemeinen gibt es für ein vorgegebenes Schäummittel einen
günstigsten Konzentrationsbereich, der ungefähr in dem Bereich liegt, in welchem
die Lösung etwa 0,1 - 0,5 Teil. pro 100 enthält, und in den das Schätunmittel den
elastischen Schaum ergibt.
In diesem Bereich ist die Änderung der
Oberflächenspannung der Lösung, bzeogen auf die Änderung in der Schäummittel-Konzentration,
verhältnismäßig groß.
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Dieser Bereich ist auch als reversibler Oberflächenspannungsbereich
bekannt. Schäumbare Lösungen mit Schäummittel-Konzentrationen, die innerhalb di.eses
Bereiches liegen, ergeben im allgemeinen die brauchbarsten geschäumten Spülungæmittel
für Bohrlöcher Unter organischen Schäummitteln sind organische Verbindungen, Salze
organischer Verbindungen und Mischungen daraus zu verstehen, deren wässerige Lösung
einen Schaum bilden, wenn Luft durch die Lösung hindurchsprudelt. Diese Mittel sind
auch als Oberflächenaktive Verbindungen bekannt und werden in anionische, kationische
und amphotere Mittel unterteilt (siehe Detergents und Emulsifiers, 1966 Annual,
John W.
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EcCutcheon, Inc., oder Surface Active Agents, Bd. I und II, A.M. Schwartz.
J.W. Perry und J. Berch, Interscience Publishers, Inc., New York (1949 und 1958)).
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Anionische Schälçmmittel werden zur Verwendung bei der Herstellung
von geschäumten Bohrlochspülungen nach der Erfindung bevorzugt. Aus dieser Gruppe
von Mitteln kommen insbesondere anionische Oberfläohenaktive Mittel der Formel R(O)nSO3M
infrage,
in welcher R ein olöophiles Radikal M das Ammonium oder ein Alkali-Metall-Kation
und # n Null oder 1 ist. Das oleophile Radikal R kann ein Kohlenwasserstoff-Radikal
sein, das etwa von 10 bis 20 Kohlenstoffatome enthält oder ein Radikal der Formel
R'O(CH2CH2O)min welcher R' ein deophiles Kohlenwasserstoff-Radikal mit etwa 8 -
18 Kohlenstoffatomen und m eine ganzo Zahl im Bereich von 1 bis twa 15 ist.
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Alkylbenzolsulfonate, Parafinsulfonate und Alkenyl-lsulfonate, d.h.
die Fälle, in denen n der Formel gleich Null ist, sind bevorzugte Untergruppen der
oben beschriebenen Mittel aus Gründen der Verfügbarkeit, der Gebrauchseigenschaften
und Kosten.
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Yon den vorstehenden Schäummitteln worden di. Alpha-Olefineulfonate
besonders bevorzugt. Diese Materialien sind ein komplexes Gemisch aus Verbindungen,
welohe einen Schaum liefern, der als Bohrloch-Spülungsmittel besonders brauchbar
ist. Im allgemeinen sind diese Schäume dioht und bestehen aus verhältnismäßig gleichförmigen
kleinen Bläschen. Die geringe Bläschengröße scheint die # Schaumstabilität zu fördern
und dem Schaum die ausgezeichneten Gebrauchseigenschaften zu verleihen.
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Aufgrund der hier gebrauchten Definition bedeutet der Ausdruck "α-Olefin
sulfonate" (AOS) ein breites Gemisch, das bei einer Reaktionstemperatur im Bereich
von etwa 10°- 600 a durch Umsetzung eines α-Olefins RCH=CH2, in welchem R
ein Alkylradikal aus dem 08-C18-Bereich iat, mit durch Luft verdünntem Schwefeltrioxid
erhalten wird, wobei das Produkt neutralisiert und hydrolysiert wird unter Verwendung
von wässerigem Natriumhydroxid oder einer gleichwertigen starken Base bei einer
Temperatur ja Bereich ton etwa 50°-130° C.
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(siehe z.B. "Alpha-Olefins in the Surfactant Industry" von T.H. Liddicoet,
The American Oil Chemists Society November 1963, Bd. 40, No. 11, pp. 631-636, und
"Alpha Olefin Sulfonates from a Commercial SO3-Air Reactor" von D.M. Marquis et
al., ibid, Bd. 43, No. 11, pp. 607-614, 1966.) Schäummittel, wie sie vorstehend
beschrieben sind und die die erforderlichen Eigenschaften innerhalb eines Ross-Miles-Schaumtestes
haben, liefern für die Verwendung als Bohrloch-Spülungsmittel nach der Erfindung
befriedigende Schäume. Diese Mittel können auch durch Schaumtreibmittel (foam booster)
ergänzt werden, falls erwünscht, wie auch an sich bekannt ist.
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Pig. 3 ist eine vereinfachte Darstellung einer Schaumprüfeinrichtung
für
Laboratoriumszwecke, in der ein vorgefertigter Schaum simmulierten Bohrlochbedingungen
unterworfen werden kann. Die Ventile 40, 41, 42 und 43 ermöglichen eine Steuerung
und Uberwachung der Einheit nach Wunsch. Druckmesser 44 und 45 zeigen den Leitungsdruck
an, und die Messeinrichtungen 46, 47 und 48 ermöglichen, die Fließgeschwindigkeiten
und die geförderten Mengen zu bestimmen, Ein Sichtglas 49 dient zur Beobachtung
des erzeugten Schaumes0 Eine Heizschlange 50 umgibt ein TemperatursteuerungsbadO
Der Zylinder 51 ist aus hochbeanspruchbarem Glas; eine darin angeordnete zantrale
Abgabeleitung 52 entspricht einem Bohrlochrohrstrango Ein lösbar daran angeordneter
poröser Kern 53 entspricht einem Oelsandkern, und der Ringraum des Zylinders 51
einem BohrlochringraumO Der über die Leitung 52 zugeführte Schaum geht durch den
Kern 53 oder durch mit Oel und Teer verschmutzten Sand oder durch Oel oder Lauge
oder Mischungen daraus hindurch, die im unteren Teil des Zylinders 51 angeordnet
sind, und von da aus den Ringraum aufwärts und wird über die Leitung 53a nach außen
befördert.
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Das aus der Leitung 53a austretende Strömungsmittel wird in einem
geeigneten Gefäß, z.B. einem Becherglas, einem Meßzylinder usw. aufgefangen und
auf Schaumzustand, flüssige oder feste, durch den Schaum aus dem Bohrloch beföraerto
Teile und ähnliohes geprüft.
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Die nachfolgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
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Diese Schaumprüfbeispiele wurden in einer Prüfeinrichtung nach Fig.
3 mit der Ausnahme ausgeführt, daß kein Kern 53 benutzt wurde. In den Versuchen
wurde Luft mit 3,5 kg/cm² Überdruck verwendet. Bei einem Durchfluß von 10 SCF/Std.
hatte die Einrichtung einen Gegendruck von 0,11 kg pro cm2 Überdruck. Die Badtemperatur
wurde auf 98,90 0 - 107,20 c gehalten und der abgegebene Schaum hatte eine Temperatur
im Bereich von 61,1° C - 65,5° C. (SCF = Standard-Kubikfuß) Beispiel 1 Ein lineares
Natriumalkylbenzolsulfonat (LAS) des C10-C15-Alkylbereiches wurde zur Zubereitung
einer schäumbaren Lösung verwendet, die etwa 1 Volumenprozent der aktiven Masse
enthielt. Die folgenden ergebnisse wurden erzielt: Gas, Fließ-Geschwindigkeiten
Volumen über. Bemerkungen SC2/Std. Elüssig- Gal/Std. verhältn.kg/cm keit 10 0.1
100 0,14 Instabiler Schaum, Zersetzung nach 1/3 des Aufstiegs durch den Ringraum
10 0,2 50 0,21 Schaum läuft durch (SLD), d.h. Zylinder gefüllt, aber zersetzt sich
10 0,3 33,3 0,56 SLD, gute Stabilität, 10 0,4 25 0,77 sehr stabil SLD 10 0,5 20
0,91 SLD sehr stabil,
Beispiel 2 Bei diesem Versuch wurde als Schäummittel
das Ammoniumsalz eines sulfatisierten linearen C12-C13 Alkoholäthoxylats (RO(CH2CH2O)nSO3NH4)
verwendet, mit durchschnittlich etwa 3 Äthoxylateinheiten per Mol. Bei einer 1%igen
Konzentration ergaben sich die folgenden Ergebnisse: Fließ-Geschwindigkeiten Volumen-
über, Bemerkungen Gas SCF/Std. Flüssig- Gal/Std. verhältn. kg/cm² keit 10 0,1 100
0,14 Schaum instabil zersetzt sich nach l/4Aufstieg durch den Zylinder 10 0,2 50
0,18 Schaum instabil zersetzt sich nach dem halben Aufstieg durch den.
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Zylinder 10 0,3 33,3 0,35 SLD, jedoch wässerig und unbefriedigend,
intermittierend langsam fließend 10 0,4 25 0,63 9LD, brauchbare Stabilität 10 0,5
20 0,77 SLD, gute Stabilität 5 0,1 50 0,25 Schaum inatabil, zersetzt sich nach l/4Aufstieg
durch Zylinder 5 0,2 25 0,32 SLD, zersetzt sich Jedoch 5 0,3 16,7 0,63 SLD, brauchbare
Stabilität 5 0,4 12,5 1,69 SLD, sehr stabil.
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Beispiel 3 Dieser Versuch wurde wie in Beispiel 1 mit der Abänderung
ausgeführt, daß das Schäummittel Alkoholäthoxysulfat, RO(OH2CH2O)3-5SO3-NH4+(R#C15-C20
Alkyl) war, mit 1 % Volumenkonzentration bei 60% aktiver Masse.
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Fließ-Geschwindigkeiten Volumen- übers. Bemerkungen Gas SCF/Std.
Flüssig- Gal/Std. verhältn. kg/cm keit 10 0,1 100 0,14 Unbefriedigend 10 0,2 50
0,25 Unbefriedigend 10 0,3 33,3 0,35 Unbefriedigend 10 0,4 25 0,53 SLD, wässerig
10 0,5 20 0,74 SLD, trockner stabiler Schaum 5 0,2 25 0,35 SLD, naß und geringe
Stabilität 5 0,3 16,7 0,67 SLD, trocken und gute Stabilität 5 0,4 12,5 1,02 SLD,
dichter, befriedigend 5 0,5 10 1,12 SLD, sehr dicht, befriedigend Zehn Milliliter
Dieseloel wurden in die Einheit 51 über die Seitenöffnung eingeführt. Der Schaum
in der Einheit brach dadurch zusammen. Bei fortgesetztem Zufluß von Schaum mit einem
Verhältnis,von 5:0,5 in die Einheit füllte der Schaum Jedoch die Einheit und schwemmte
das Diese oel hinaus. Der austretende Schaum sah naß aus und hatte einen starken
Versuch nach Dieseloel.
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Beispiel 4 Dieser Versuch wurde wie in Beispiel 1 ausgeführt, mit
der Änderung, das als Schäummittel Alkoholäthoxysulfat RO(CH2CH2O)3SO3-Na+, mit
R = C11-C15 in 1%iger Volumenkonzentration bei 60% aktiver Masse verwendet wurde.
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Fließ-Geschwindigkeiten Volumen- Überdr.
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Gas SCF/Std. Flüssig- Gal/Std. verhältn. kg/cm keit 10 0,2 50 0,25
SLD, jedoch Mersetzung - unbefriedigend 10 0,3 33,3 0,35 SLD, stabil 10 0,4 25 0,56
SLD, gute Stabilität 10 0,5 20 0,70 SLD, ausgezeichnete Stabilität 10 0,75 13 1,16
SLD, ausgezeichnete Stabilität 5 0,5 10 1,34 SLD, unbefriedigend 5 0,3 16,3 0,60
gute Stabilität 10 1,0 10 1,62+ SLD, ausgezeichnete Stabilität Beispiel 5 Beispiel
3 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß das verwendete Ammoniumsalz von einem
anderen Hersteller bezogen wurde und ein durchschnittliches Molekulargewicht von
435 aufwies; es wurde mit 1%iger Volumenkonzentration bei 60% aktiver Masse gearbeitet.
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Volumen-Verhältnis Druck in Bemerkungen kg/cm² Überdruck 50 0,25 SLD,
geringe Stabilität 33,3 0,35 SLD, brauchbare Stabilität 25 0,53 SLD, gute Stabilität
20 0,60 SLD, ausgezeichnete Stabilität 13 1,1 SLD, ausgezeichnete Stabilität 10
2,1+ Verstopfung, d.h.
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übermäßiger Gegendruck übersteigt die für die Einrichtung zulässige
Grenze.
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Beispiel 6 Bei dieser Prüfung wurde das Beispiel 1 wiederholt, wobei
das LAS-Sohäummittel verwendet wurde mit der Abwandlung, daß die Badtemperatur auf
176,70 C erhöht wurde, um die Temperaturwirkungen zu veranschaulichen und die Schaumstabilität
bei hohen Temperaturen zu zeigen, wie sie auftreten können, wenn der Schaum als
Isolation zwischen einer Dampfleitung und der Bohrlochverrohrung bei einem Dampfeinleitungsvorgang
verwendet wird. Der austretende Schaum hatte eine Temperatur im Bereich von 82,1
- 93,30 C.
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Fließ~Geschwindigkeiten Volumen- Überdr.
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Bemerkungen Gas SCF/Std. Flüssig- Gal/Std. verhältn. kg/cm² keit
10 0,5 20 0,42 SLD, naB 10 0,75 13 0,88 SLD, gute Stabili tät 10 1,0 10 1,44 sehr
stabil; 10 ml zugefügtes Dieseloel zersetzte den Schaut in dem Zylinder nicht
Beispiel
7 Beispiel 6 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß als Schäummittel eine lineare
Alkylbenzolsulfosäure (RC6H4S03H) verwendet wurde, wobei R ein C11-C14 -Alkylgruppengemisch
war. Das durchschnittliche kolekulargewicnt der Säure war 360.
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Eließ-Geschwindigkeiten Volumen- Überdr. Bemerkungen Gas SCF/Std.
Flüssig- Gal/Std. verhältn. kg/cm keit 10 0,3 33,3 0,21 Schaum zersetzt sich nach
1/3 AuSstieg durch Zylinder 10 04 25 0,28 SLD, suppig 10 0,5 20 0,35 nasser Schaum,
brauchbare Stabilität 10 0,75 13 0,53 guter dichter stabiler Schaum 10 1,0 10 0,95
ausgezeichnet stabiler Schaum Beispiel 8 Beispiel 7 wurde mit der Abänderung wiederholt,
daß ein Viertel Volumenprozent Methanol hinzugefügt wurde.
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Vol.Verhältnis Druck in kg/cm² Bemerkungen SCF/Gal Überdruck 33,3
0,28 Schaum zersetzt sich nach 1/3 Aufstieg im Zylinder 25 0,39 SLD brauchbar bis
mangelhaft 20 0,42 nasser Schaum brauchbare Stabilität 13 0t70 guter dichter stabiler
Schaum 10 0,95 ausgezeichnete Stabilität
Beispiel 9 Beispiel 6
wurde mit der Abänderung wiederholt, daß das Schäummittel ein lineares C15-C20 Alkoholsulfat
(ROSO3ta) war und mit 1%iger Volumenkonzentration bei 60 % aktiver Masse gearbeitet
wurde.
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Fließ-Geschwindigkeiten Volumen- Überdr.
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Gas SCF/Std. Flüssig- Gal/Std. verhältn. kg/cm² Bemerkungen keit 10
0,3 33,3 0,31 SLD, instabil 10 0,4 25 0,49 brauchbare Stabilität, trocken 10 0,5
20 0,70 guter stabiler Schaum, sehr leicht 10 0,75 13 1,05-1,27 ausgezeichnet stabiler
Schaum mit feiner Struktur 10 1,0 10 1,76-1,90 Neigung zum Verstopfen und zögernden
Fließen Beispiel 10 Beispiel 9 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß eine 1/2%ige
Volumenkonzentration bei 60% aktiver Masse des Schäummittels verwendet wurde. Die
Badtemperatur war 149,9°C.
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Volumen-Verhältnis Druck in kg/om2 Bemerkungen Überdruck 25 0,42 Schaumzersetzung
nach halbem Aufstieg durch den Zylinder 20 0,63 SLD, brauchb.Stabilität 13 0,81
SLD, brauchb.Stabilität 10 0,91 SLD, gute Stabilität
Beispiel 11
Bei diesem Versuch wurde das lineare Alkylbenzol des Beispiels 1 mit 1/2%iger Volumenkonzentration
verwendet. Die übrigen Bedingungen waren die des Beispiels 6 mit einem Bad von 149,90
Co Über die Volumenverhältnisse von 25 bis 10 änderte sich der Druck von 0,7 bis
1,2 2 kg/cm2 Überdruck. In diesem Bereich lag die Schaumstabilität von befriedigend
bis ausgezeichnet.
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Beispiel 12 Beispiel 11 wurde mit der Abänderung wieerholt, daß die
Volumenkonzentration des LAS-Schäummittels auf 1/4 verringert wurde.
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Volumenverhältnis Druck in kg/cm2 Bemerkungen Überdruck 20 0,70 Schaum
brauchbar bis mangelhaft 13 0,88 brauchbare Stabilität 10 1,20 gute Stabilität Bei
Einführung von Dieseloel in den Zylinder 51 über die Seitenöffnung in einem Ausmaß
von einer Gaione pro Stunde blieb die Schaumsäule beständig, so daß das Dieseloel
durch den Schaum hinausbefördert wurde, der sich in der Auslaßleitung 53a zersetzt
Beispiel 13 Beispiel 3 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß eine l/2sige Volumenkonzentration
bei 60% aktiver Masse und die Bedingungen de. Beispiels 6 verwendet wurden.
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Volumenverhältnis Druck in kg/cm2 Bemerkungen Überdruck 25 0,65 SLD,
mangelhafte Stabilität 20 0,70 SLD, brauchbare Stabilität, naß 13 0,84 SLD, brauchbare
Stabilität, naß 10 0,98 SLD, gute Stabilität Beispiel 14 Beispiel 7 wurde mit der
Abänderung wiederholt, daß 1/2 % Volumenkonzentration der Sulfosäure mit Natriumhydroxid
neutralisiert wurde0 Volumenverhältnis Druck in kg/cm2 Bemerkungen Überdruck 25
0,53 SLD, brauchbare Stabilität 20 0,77 SLD, gute Stabilität 13 1,12 SLD, gute stabilität
10 1,23 SLD, ausgezeichnete Stabilität Beispiel 15 Beispiel 14 wurde mit der Abänderung
wiederholt, daß 1/4% Volumenkonzentration der Säure mit Natriumhydroxid neutralisiert
wurde0 Volumenverhältnis Druck in kgXcm2 Memerkungen Überdruck 20 0,56 SLD, brauchbare
Stabilität 13 0,91 SLD, gute Stabilität 10 1,12 SLD, ausgezeichnete Stabilität,
trocken
In den Zylinder 51 wurde über die Seitenöffnung Dieseloel
mit einem Ausmaß von 1,0 und 0,75 Gal/Std. eingeführt. Der Schaum entfernte wirksam
das Dieseloel aus der Einheit ohne zu zersetzen. Der durchlaufende Schaum war naß,
hatte aber eine brauchbare Stabilität.
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Beispiel 16 Beispiel 14 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß eine
1%ige Volumenkonzentration der Alkylbenzolsulfosäure mit überschüssigem Natriumsilikat
(etwa 5 Volumenprozent) neutralisiert wurde, so daß sich eine Lösung mit pH von
11,0 ergab0 Bei einem Volumenverhältnis von 13 und 20 war der Gegendruck 0,77 bzw.
1,62 kg/cmz Überdruck. Der Schaum hatte eine ausgezeichnete Stabilität und Tragefähigkeit.
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Beispiel 17 Beispiel 3 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß ein
Viertel Prozent Volumenkonzentration des Schäummittels und die Bedingungen des Beispiels
6 verwendet wurden.
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Volumenverhältnis Druck in kg/cm2 Bemerkungen ueberdruck 25 0,32 Schaum
zersetzt sich nach Aufstieg Über den halben Zylinder 20 0,35 Schaum zersetzt sich
nach Ausstieg Über 3/4 des Zylinders 13 0,46 SLD, mangelhafte Stabilität 10 0,67
SLD, brauchbar. Stabilität 5 0,70 SLD, gute Stabilität
Wenn Dieseloel
in einem Ausmaß von einer Gal/Std. über die Seitenöffnung eingeführt wurde, beförderte
der Schaum das Oel ohne zu zersetzen. Der austretende Schaum hatte eine mangelhafte
Stabilität.
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Beispiel 18 Es wurde ein Ammonium-Alpha-Olefinsulfonat des C15-C18
Bereiches verwendet. Angenähert gleiche Mengen des Mittels hatten das Cl5 c16- und
C17-Molekulargewicht.
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Die C18-Menge betrug etwa 1/2 dieser Menge. Die Konzentration betrug
etwa 1/2 Volumenprozent bei 23,4 % aktiver Masse. Die Badtemperatur war 149,90 C,
die Schaumtemperatur 73,8 - 87,8° C.
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Volumenverhältnis Druck in kg/cm2 Bemerkungen Überdruck 100 0,07 Unbefriedigend
50 0,07 - 0,11 Schaumzersetzung nach 1/8 Augstieg 33 0,18 Schaumzersetzung nach
1/4 Aufstieg 25 0,28 - 0,35 Schaumzersetzung im obersten Teil 20 0,35 - 0,42 SLD,
mangelhafte Stabilität 13 0,49 - 0,56 SLD, brauchbare Stabilität 10 0,77 SLD, steife,
dichte,gute Stabilität 6,7 1,20 - 1,41 SLD, steife, dichte, ausgezeichnete Stabilität
Beispiel 19 Beispiel 18 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß das
Natriumsalz
anstelle des Ammoniumsalzes bei 1/2 fo Volumenkonzentration und 4546 aktiver Masse
verwendet wurde.
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Volumenverhältnis Druck in kg/cm2 Bemerkungen Ueberdruck 100 0,07
Unbefriedigend 50 0,14 - X,18 Schaumzersetzung nach 1/4 Aufstieg 33 0,28 Schaumzersetzung
nach 5/4 Aufstieg 25 0,42 - 0,49 SLD, leicht und Suppig 20 0,56 SLD, brauchbare
Stabilität 13 0,84 SLD, steif und stabil 10 1,48 - 1,76 SLD, sehr steif und sehr
stabil, ausgezeichnete Qualität 6,7 -- Verstopfung Beispiel 20 Das Beispiel entspricht
Beispiel 19 mit der Ausnahme, daß 1/4 ffi Volumenkonzentration verwendet wurde.
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Volumenverhäitnis Druck in kg/cm2 Bemerkungen Überdruck 20 0,21 SLD,
gute Stabilität, naß 13 0,25 SLD, guter stabiler leichter Schaum 10 0,28 SLD, guter
stabiler leichter trockener Schaum In Anbetracht der merklich geringeren Gegendrücke
und der ausgezeichneten Schaumeigenschaften der Alpha-Olefinsulfonate (AOS) sind
diese Materialien außergewöhnlich geeignet zur Erzeugung von Bohrlochspülungsmitteln
mit
geringer Dichte. Die folgenden zusätzlichen Versuche wurden
auf AOS-Basis angestellt.
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Beispiel 21 1. Eine 1%ige Lösung in Leitungswasser (100 Lösung in
einem 600 ml. Becher) schäumte bis zum Rand in einem mechanischen Mischversuch,
der einen sehr feinen dichten Schaum ergab, der sich nur sehr langsam verminderte.
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2. Eine l%ige Lösung in 3%igem Salzwasser schäumte bis zu 7/8 der
Höhe in dem Becherversuch und lieferte ebenfalls einen sehr feinen dichten Schaum.
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30 Eine 1%ige Lösung in zeiger Phosphorsäure schäumte bis zu 3/4 Höhe
und ergab einen feinen trockenen dichten Schaum.
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Diese Daten zeigen, daß AOS-Schäume gegenüber Laugen und Säuren ausgezeichnet
widerstandsfähig sind.
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Beispiel 22 In der Einheit nach Fig. 3 wurde der Kern 53 durch eine
Perlen-Packung ersetzt. Die Perlen waren mit Rohoel bedeckt, dessen Dichte 13,50
API betrug. Wie im Beispiel 7 wurde der Schaum aus einer zeigen Lösung der Sulfosäure
erzeugt und durch das Perlenbett hindurchgegeben. Der pH-Wert der Lösung war 1.
Bei einem Volumenverhältnis von 13 und einem Gegendruck von 0,35 pro cm2 Überdruck,
wie im Beispiel 7, bildete
sich ein guter dichter stabiler Schaum.
Der erste, durch das Bett hindurchtretende Schaum war durch das Rohoel schwarz gestreift.
Nach zwei Minuten war das Strömungsmittel durch den Ringraum hindurch aufwärts gestiegen
und aus der Austrittsöffnung hinaus gelangt.
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Es hatte das Aussehen einer schlechten emulsion. Nach drei minuten
schien der Schaum sich in der Perlenpackung zu zersetzen, und etwas flüssigkeit
wurde abgegeben. Iiaeh 5 Minuten ging wirklich eine ziemlich stabile Sehaumsäule
den Ringraum aufwärts und aus der Abgabeleitung hinaus. Nach acht Minuten war der
größere eil der Perlen in der Packung gesäubert.
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Beispiel 23 Wie im beispiel 22 wurde eine Perlenpackung einer Schaumreinigung
unterzogen, wobei jedoch die Sulfosäure mit Natriumhydroxid auf einen Ldsungs-pH-Wert
von etwa 11 neutralisiert worden war. Bei einem Volumenverhältnis von 13 war. der
Gegendruck 0,25 kg/cm2 Überdruck. Folgendes Ergebnis war festzustellen: Zeit in
Min. Bemerkungen 1 Dunkelbraune Flüssigkeit mit schwarzen Streifen-erster Schaum
läuft durch 4 in sehr lichtem Braun getönter Schaum, keine Oelstreifen - Mischung
aus Emulsion und Schaum mit brauchbarer Stabilität 5 Schaum im wesentlichen weiß,
Perlenpackung sauber, etwas Dampf 10 Gesamtmenge von 500 ml. Sohaum - Lösung durch
die Packung hindurchgelaufen.
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Beispiel 24 Erfindungsgemäßer Schaum wurde benutzt, um eine Pro-,
duktionsbohrung zu säubern und anzuregen, die wegen übermäßiger Sandansammlung stillgelegt
worden war.
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Diese-Bohrung hatte aus den Amnicola und -Tulare-Sänden durch eine
mit Sandpackung versehene 6-5/8" Verrohrung in einem Teufenbereich von 288,3 - 123,6
m produziert.
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Die Bohrung war seit11/2 Jahren stillgelegt gewesen.
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Es wurde eine schäumbare wässerige Lösung, die 1 Volumenprozent eines
Detergentien-SchElçmmittels vom Sulfonat-Typ enthielt, und, Luft verwendet und daraus
ein Gasin-Flüssigkeit-Schaum am Bohrlochkopf erzeugt und durch die Bohrung im wesentlichen
tie in Fig. 1 dargestellt hindurchgeleitet. Das Bohrloch wurde von dem Füllmaterial
freigemacht, das aus der Bohrung durch den umgewälzten Schaum hinausgetragen wurde.
Zusätzlich wurden die Perforationen der Verrohrung etwa 3 Stunden lang als weitere
Hilfe zur Aufschließung der Perforationen aufgekratzt. Das Bohrloch wurde dann mit
Dampf behandelt, und der Schaum wurde benutzt, ul das durch den Kratzvorgang und
die Dampfbehandlung gelockerte Material herauszuholen.
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Als Ergebnis der Schaumreinigung hatte das Bohrloch eine anfängliche
Produktion von etwa 7,94 m³/Tag. Nach einer Dauer von 5 Wochen nahm die Produktion
auf 0,79 m³/Tag
abO Die Yerringerung der Produktion beruhte zu
dieser Zeit auf die Ansammlung von Sand.
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Das Bohrloch wurde erneut mit Schaum gereinigt und die Produktion
wieder aufgenommen, wobei Schaum als Fördermittel verwendet wurde. Es wurde gezeigt,
daß intermittierende und kontinuierliche Produktion des Bohrloches mittels Schaum
möglich war, wobei die Oelgewinnung ja Bereich von 6 - 11,75 m3/Tag betrug. Ein
Druck an der Bohrlochsole und eine Temperatur von 2,46 kg/cm² Überdruck und 73,8°C
wurden beobachtet.
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Anschließend wurde die Bohrung auf Produktion durch eine übliche Gestängepumpe
umgestellt. Nach einer Produktionsdauer von etwa 6 Monaten wurde die Bohrung überprüft.
Flüssigkeitsniveaumessungen zeigten Flüssigkeit an der Pumpe und kein Füllmaterial
an.
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Das Produktionsausmaß war befriedigend.
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Um den Schaum ja Bohrloch nach unten zu befördern, ist gemaß der Erfindung
ein Oberflächendruck erforderlich, der etwas höher, d.h. um 0,35 bis 4,57 kg/cm²
über dem Bohrlochsolendruck liegt. Drücke zum Eintreiben in der Größenordnung von
35 - 141 kg/cs2 über den Bohrlochsolendrücken sind im allgemeinen anwendbare Drücke.
19B Jedoch eine unerwünschte Schaum-InJektion in den durchteuften Formationen zu
vermeiden, werden Drücke zur Einleitung bevorzugt, die in der
Größenordnung
von 0,35 - 14,1 kg/cm2 über den Bohrlochsolendrücken liegen.
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Die vorstehenden Beispiele zeigen, daß die oben beschriebenen, -vorgefertigten
Schäume wirksame Bohrlochspülungsmittel sind0 Die Anwesenheit von Ammoniak in den
e-rfindungsgemäßen Gas- in-Flüssigkeit-Schäumen verbessert die Arbeitseigenschaften
dieser Schäume in großem Maße und in verschiedenster Hinsicht, einschließlich der
Verringerung der Gegendrücke, geringerem Arbeitsaufwand für die Umwälzung im Bohrloch
und verbesserten Bohrlochreinigungseigenschaften. Die Umwälzung eines Schaumes,
der nicht neutralisiertes Ammoniak enthält, ist ein besonders nützliches Mittel
zur Neutralisierung von Säure in einem Bohrloch.
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Ammoniak läßt sich bequem in die Bohrloch-Umlauf-Bereiche durch Zusatz
des Ammoniaks in der Schaum-Erzeugungsstufe einführen, z.B. durch Zusatz zur Lösung,
welche das Schäummittel enthält, in einer Menge im Bereich-von 0,05 - 10 Gewichtsteilen
Ammoniak auf 100 Gewichtsteile des erzeugten Schaumes.
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