DE19733710A1 - Verfahren zur erleichterten Entsorgung von Arbeitsmitteln auf Basis von W/O-Invert-Emulsionen - Google Patents

Description

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Erleichterung der Entsorgung von fließ- und pumpfähigen Arbeitsmitteln auf Basis Emulgatoren-enthaltender W/O-Invert-Emul­ sionen und zur vereinfachten Reinigung damit verschmutzter Feststoffflächen mittels Wasser-basierter Spülhilfen. In der nachfolgenden Erfindungsschilderung werden die Elemente des erfindungsgemäßen Handelns an entsprechenden fließ- und pumpfähigen Arbeitsmitteln für den Erdreichaufschluß - insbesondere entspre­ chende Bohrlochbehandlungsmittel - dargestellt, die unter Mitverwendung von Emulgatoren sowohl eine Ölphase wie eine wäßrige Phase aufweisen. Als cha­ rakteristisches Beispiel für Behandlungsmittel dieser Art wird im nachfolgenden die Erfindung anhand von Bohrspülflüssigkeiten und darauf aufgebauten Bohrspül­ schlämmen beschrieben. Das Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Ab­ wandlung von Hilfsflüssigkeiten der hier betroffenen Art ist jedoch nicht darauf ein­ geschränkt. Verwandte und durch die Erfindung betroffene Arbeitsgebiete sind bei­ spielsweise spotting-fluids, spacer, packer-fluids, Hilfsflüssigkeiten für work over und Stimulierung und für das Fracturing.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Lehre hat besondere Bedeutung für die Er­ schließung von Erdöl und Erdgas, insbesondere im off-shore Bereich, ist aber nicht darauf eingeschränkt. Die neue Lehre kann allgemein Verwendung auch bei land­ gestützten Bohrungen finden, beispielsweise beim Geothermiebohren, beim Was­ serbohren, bei der Durchführung geowissenschaftlicher Bohrungen und bei Boh­ rungen im Bergbaubereich.

Zum Stand der Technik

Flüssige Spülsysteme zur Niederbringung von Gesteinsbohrungen unter Aufbrin­ gen des abgelösten Bohrkleins sind bekanntlich beschränkt eingedickte, fließfähige Systeme, die einer der drei folgenden Klassen zugeordnet werden können:
Rein wäßrige Bohrspülflüssigkeiten, Bohrspülsysteme auf Ölbasis, die in der Regel als sogenannte W/O-Invert-Emulsionsschlämme eingesetzt werden sowie die Wasser-basierten O/W-Emulsionen, die in der geschlossenen wäßrigen Phase eine heterogene feindisperse Ölphase enthalten.

Bohrspülungen auf geschlossener Ölbasis sind im allgemeinen als Drei-Phasen-System aufgebaut: Öl, Wasser und feinteilige Feststoffe. Die wäßrige Phase ist da­ bei heterogen fein-dispers in der geschlossenen Ölphase verteilt. Es ist eine Mehr­ zahl von Zusatzstoffen vorgesehen, insbesondere Emulgatoren, Beschwerungs­ mittel fluid-loss-Additive, Alkalireserven, Viskositätsregler, wasserlösliche Salze und dergleichen. Zu Einzelheiten wird beispielsweise verwiesen auf die Veröffentli­ chung P. A. Boyd et al. "New Base Oil Used in Low-Toxicity Oil Muds" Journal of Petroleum Technology, 1985, 137 bis 142 sowie R. B. Bennett "New Drilling Fluid Technology - Mineral Oil Mud" Journal of Petroleum Technology, 1984, 975 bis 981 sowie die darin zitierte Literatur.

Unbestritten sind auch noch heute die Öl-basierten W/O-Invertsysteme die sicher­ sten Arbeitsmittel, insbesondere beim Durchbohren von wassersensitiven Schich­ ten. Die geschlossene Ölphase der W/O-Invertemulsion bildet an der Oberfläche der erbohrten Gesteinsschichten und der in die Bohrspülung eingetragenen cut­ tings eine geschlossene semipermeable Membrane aus, so daß die Steuerung und Kontrolle der Richtung einer potentiellen Wasserdiffusion möglich wird. Die durch den Einsatz der W/O-Invertspülungen mögliche Optimierung des Arbeitsergebnis­ ses wird bis heute durch keinen anderen Spülungstyp erreicht. Der Einsatz dieser Arbeitsmittel schafft allerdings auch beträchtliche Probleme aus dem Gesichtspunkt ihrer Entsorgung und der damit gegebenen möglichen Umweltbelastung, insbe­ sondere gilt das für großtechnische Einsatzbereich wie off-shore-Bohrungen, bei denen große Mengen des Bohrkleins - der sogenannten cuttings - anfallen, die mit beträchtlichen Restmengen der W/O-Invert-Spülungen behaftet sind. Diese Cut­ tings wurden bisher im allgemeinen bei off-shore-Bohrungen über Bord entsorgt.

Bohrspülungen der zuletzt geschilderten Art und vergleichsweise aufgebaute ande­ re Bohrlochbehandlungsmittel verwendeten ursprünglich Mineralölfraktionen als Ölphase. Damit ist eine nicht unbeträchtliche Belastung der Umwelt verbunden wenn beispielsweise die Bohrschlämme unmittelbar oder über das erbohrte Ge­ stein in die Umwelt gelangen. Mineralöle sind nur schwer und anaerob praktisch nicht abbaubar und damit als langfristige Verschmutzung anzusehen. Insbesonde­ re in dem letzten Jahrzehnt sind von der beteiligten Fachwelt eine Vielzahl von Vorschlägen zum Austausch der Mineralölfraktionen gegen ökologisch verträgliche­ re und leichter abbaubare Ölphasen gemacht worden. Die Anmelderin beschreibt in einer größeren Zahl von Schutzrechten mögliche Alternativen für die Ölphase, wobei auch Abmischungen solcher Austauschöle eingesetzt werden können. Be­ schrieben sind im einzelnen insbesondere ausgewählte oleophile Monocarbonsäu­ reester, Polycarbonsäureester, wenigstens weitgehend wasserunlösliche und unter Arbeitsbedingungen fließfähige Alkohole, entsprechende Ether und ausgewählte Kohlensäureester. Summarisch wird hier verwiesen auf die folgenden Druckschrif­ ten: EP 0 374 671, EP 0 374 672, EP 0 386 638, EP 0 386 636, EP 0 382 070, EP 0 382 071, EP 0 391 252, EP 0 391 251, EP 0 532 570, EP 0 535 074.

Aber auch von dritter Seite sind eine Mehrzahl von Vorschlägen zu alternativen Öl­ phasen für das hier betroffene Arbeitsgebiet gemacht worden. So sind beispiels­ weise die folgenden Stoffklassen zum Austausch der Mineralölphase in W/O-Invert­ spülungen vorgeschlagen worden: Acetale, α-Olefine (LAO), Poly-α-Olefine (PAO), Interne Olefine (IO), (Oligo)amide, (Oligo)imide und (Oligo)ketone, siehe hierzu: EP 0 512 501, EP 0 627 481, GB 2 258 258, US 5,068,041, US 5,189,012 und WO 95/30643 und WO 95/32260.

Heute ist eine Mehrzahl konkreter alternativer Ölphasen für das erfindungsgemäß betroffene Arbeitsgebiet im praktischen Einsatz. Gleichwohl besteht nach wie vor das Bedürfnis zu einer besseren Abgleichung der drei entscheidenden Parameter für sinnvolles technisches Handeln: Optimiertes technologisches Arbeitsergebnis, optimierte Bewältigung des ökologischen Problembereiches und schließlich Opti­ mierung des Kosten/Nutzen-Verhältnisses.

Die Aufgabe der Erfindung und das Konzept ihrer technischen Lösung

Die Erfindung geht in ihrer breitesten Fassung von der Aufgabe aus, unter Beibe­ haltung und Nutzung des heute bestehenden umfangreichen technischen Fachwis­ sens zum erfindungsgemäßen Sachgebiet eine neuartige Konzeption zu offenba­ ren, die die angestrebte Optimierung des Gesamtergebnisses ermöglicht. Hohe technische Leistungsfähigkeit soll in angemessenem Kosten/Nutzen-Verhältnis zu­ gänglich werden und gleichzeitig eine optimierte Verwirklichung der heute beste­ henden ökologischen Anforderungen ermöglichen. Diese Konzeption ist dabei als breites Arbeitsprinzip formuliert, das unter Einsatz des konkreten Fachwissens in nahezu beliebig vielen spezifischen Ausführungsformen variiert und damit dem je­ weiligen Anwendungszweck optimiert angepaßt werden kann.

Die Lehre der Erfindung sieht als technische Lösung für diese breite Konzeption die Kombination der folgenden Arbeitselemente vor:

• - Die Zusammensetzung des fließ- und pumpfähigen Wasser- und Öl-basierten Mehrkomponentengemisches stellt sicher, daß unter den konkreten Einsatzbe­ dingungen, insbesondere im Bereich gefährdeter Gesteinsformationen innerhalb des Bohrlochs, die W/O-Invertspülung mit der dispersen wäßrigen Phase in der geschlossenen Ölphase ausgebildet ist.
• - Außerhalb des Bereichs gefährdeter Gesteinsformationen und insbesondere im Rahmen der Aufarbeitung und Beseitigung der mit Spülungsresten überzogenen cuttings besteht die Möglichkeit zur Phasenumkehr unter Ausbildung des Was­ ser-basierten O/W-Emulsionszustandes.

Zugänglich wird damit die Kombination der nachfolgenden erwünschten Arbeitser­ gebnisse:

• - Im Arbeitsbereich und insbesondere innerhalb gefährdeter Gesteinsformationen liegt das fließfähige Arbeitsmittel als W/O-Invert-Emulsion vor, die - in bekannter Weise - auf der Gesteinsoberfläche den erwünschten Verschluß im Sinne der Ausbildung einer semipermeablen Membran bildet. Die Bohrlochstabilität ist da­ mit in heute optimaler Form zu verwirklichen.
• - Durch das im nachfolgenden erläuterte Element der Erfindung einer gezielten Phasenumkehr zur O/W-Emulsion mit geschlossener wäßriger und disperser Öl­ phase erschließen sich jetzt aber gleichzeitig die der Fachwelt bekannten Er­ leichterungen bei der Aufarbeitung und Beseitigung der erbohrten und von der im Kreislauf geführten Spülungsphase abgetrennten cuttings. Die hier in disper­ gierter Form vorliegende Ölphase läßt sich zum wenigstens überwiegenden Anteil leicht von den cuttings abspülen, wobei - je nach Ökoverträglichkeit der Ölphase - ein getrennter Waschvorgang oder aber auch nur das einfache Dum­ ping im Meerwasser bei off-shore-Bohrungen vorgesehen sein kann. Die disper­ se Ölphase kann von der Waschflüssigkeit abgetrennt werden, beziehungsweise ist dem erleichterten aeroben Abbau im Bereich der Seewasseroberfläche zu­ gänglich.

Die erfindungsgemäße Lehre verwirklicht dabei dieses Prinzip der Phaseninversion durch Ausnutzung eines im Kreislaufverfahren der Bohrspülung vorgegebenen Ar­ beitsparameters, nämlich der Temperatur der Bohrspülung am jeweiligen Einsatz­ ort. Innerhalb des Bohrloches sind mit zunehmender Bohrlochtiefe rasch anstei­ gende Temperaturen vorgegeben. Die mit den heißen cuttings beladene aufge­ heizte Bohrspülflüssigphase verläßt den Bohrlochbereich ebenfalls noch mit stark angehobenen Temperaturen. Durch Steuerung und Einstellung vorbestimmter Phasenumkehrtemperaturen kann jetzt außerhalb des Bohrlochs die angestrebte Umkehr der W/O-Invertphase zur O/W-Emulsionsphase gezielt jeweils dort bewirkt werden, wo eine solche Phasenumkehr aus arbeitstechnischen Gründen wün­ schenswert oder gar notwendig ist. Insbesondere gilt das für die erleichterte Besei­ tigung der Öl- bzw. Spülungsbestandteile, die den außerhalb des Bohrlochs vorlie­ genden und von der Bohrspülung abgetrennten Anteilen des Bohrkleins anhaften und einer möglichst einfachen und kostengünstigen Entsorgung zugeführt werden sollen. Die erfindungsgemäß vorgesehene Phasenumkehr der ursprünglich vorlie­ genden W/O-Invertphase zur O/W-Emulsionsphase eröffnet hier den entscheiden­ den Zugang. Einzelheiten dazu vergleiche im nachfolgenden. Durch den im Sinne der Erfindung ausgewählten und damit in der jeweiligen Spülung vorgegebenen Parameter der Phaseninversionstemperatur (PIT) ist aber gleichzeitig sicherge­ stellt, daß die im Kreislauf geführte Bohrspülflüssigkeit im Bohrvorgang vor Ort den hier erwünschten Zustand der W/O-Invertemulsion aufweist.

Zum naturwissenschaftlichen Hintergrund des erfindungsgemäßen Handelns

Zur Homogenisierung nicht mischbarer Öl/Wasser-Phasen durch Emulgierung werden bekanntlich Emulgatoren beziehungsweise Emulgatorsysteme eingesetzt. Dabei gilt das Allgemeinwissen: Emulgatoren sind Verbindungen, die in ihrer Mole­ külstruktur hydrophile und lipophile Bausteine miteinander verbinden. Auswahl und Ausmaß der jeweiligen Bausteine im betroffenen Emulgatormolekül beziehungs­ weise Emulgatorsystem werden häufig durch den HLB-(number)Wert gekenn­ zeichnet, der eine Aussage zur Hydrophilic-Lipophilic-Balance macht. Dabei gilt üb­ licherweise:
Emulgatoren beziehungsweise Emulgatorsysteme mit vergleichsweise stark hydro­ philen Anteilen führen zu hohen HLB-Werten und in ihrer praktischen Anwendung in der Regel zu den Wasser-basierten O/W-Emulsionen mit disperser Ölphase. Emulgatoren beziehungsweise Emulgatorsysteme mit vergleichsweise stark lipo­ philen Anteilen führen zu vergleichsweise niedrigeren HLB-Werten und damit zur W/O-Invertemulsion mit geschlossener Ölphase und disperser Wasserphase.

Diese Darstellung ist allerdings stark vereinfacht:
Durch eine Mehrzahl von Begleitfaktoren im Gesamtgemisch kann die Wirkung der eingesetzten Emulgatoren beziehungsweise Emulgatorsysteme beeinflußt und damit verändert werden. Als bekannte Parameter für diese Modifikationen sind im erfindungsgemäßen Sachzusammenhang insbesondere zu nennen: die Beladung der wäßrigen Phase mit löslichen organischen und/oder anorganischen Kompo­ nenten, z. B. wasserlöslichen, insbesondere mehrwertigen niederen Alkoholen und/oder deren Oligomeren, löslichen anorganischen und/oder organischen Sal­ zen, das Mengenverhältnis von Emulgator/Emulgatorsystem zur Ölmenge und schließlich eine Konstitutions-Abstimmung in dem Aufbau des Emulga­ tors/Emulgatorsystems einerseits und der Molekülstruktur der Ölphase anderer­ seits.

Ein im Sinne der erfindungsgemäßen Lehre besonders bedeutungsvoller Parame­ ter für die im konkreten Fall gegebene Emulgatorwirkung bezüglich der Ausbildung des O/W- oder des W/O-Emulsionszustandes kann die jeweilige Temperatur des Mehrkomponentensystems sein. Insbesondere wenigstens anteilig nichtionische Emulgatoren/Emulgatorsysteme zeigen diesen Effekt der ausgeprägten Tempera­ turabhängigkeit in Abmischungen von nicht ineinander löslichen Öl- und Wasser­ phasen.

Der zuvor bereits erwähnte System-Parameter der Phaseninversionstemperatur (PIT) bekommt damit eine entscheidende Bedeutung: Im Zusammenwirken mit den weiteren zuvor genannten Parametern des Systems führen die eingesetzten Emul­ gatoren/Emulgatorsysteme zu den folgenden Emulsionszuordnungen:
Systemtemperaturen unterhalb der PIT bilden den O/W-Emulsionszustand aus, Systemtemperaturen oberhalb PIT bilden die W/O-Invertemulsion. Durch Tempe­ raturverschiebung in den jeweils anderen Temperaturbereich wird die Phasenin­ version des Systems bewirkt.

Hiervon macht die erfindungsgemäße Lehre sinnvollen Gebrauch und benutzt da­ mit die naturgegebene Variation dieses Arbeitsparameters:
Im heißen Inneren der Gesteinserbohrung ist - durch Wahl geeigneter Emulgato­ ren/Emulgatorsysteme in Abstimmung mit den weiteren hier zu berücksichtigenden Variablen - der W/O-Invertzustand mit geschlossener Ölphase gewährleistet. Im vergleichsweise kalten Außenbereich kann durch Temperaturabsenkung unter die PIT des Systems die Phasenumkehr der Spülung und damit die erleichterte Aufar­ beitung abzutrennender Anteile in einfacher Weise verwirklicht werden. Die mit der Kreislaufführung der Spülung im Erdinneren stets verbundene Aufheizung stellt den gewünschten hohen Temperaturbereich oberhalb der PIT des Systems an der heißen Gesteinsoberfläche und damit deren Inertisierung gegen den dispersen Wasseranteil der Bohrspülung an diesem Ort sicher.

Bevor auf die Einzelheiten der erfindungsgemäßen technischen Lehre eingegan­ gen wird, seien zusammenfassend hier wesentliche einschlägige Literatur und Fachwissen zum Phänomen der temperaturabhängigen Phaseninversion und des zugehörigen Parameters PIT zitiert. Im Licht dieses der Allgemeinheit zugänglichen Grundwissens erschließt sich das Verständnis und die Möglichkeit zur Verwirkli­ chung der erfindungsgemäßen Lehre.

Eine sehr sorgfältige Darstellung der Phasengleichgewichte von 3-Kompo­ nenten-Systemen aus wäßriger Phase/Ölphase/Surfactant (insbesondere nichtionische Emulgatoren/Emulgatorsysteme) findet sich in der Veröffentlichung K. SHINODA und H. KUNIEDA "Phase Properties of Emulsions: PIT and HLB" in "Encyclopedia of Emulsion Technology, 1983, Vol. 1, 337 bis 367. Die Verfasser beziehen in ihre Veröffentlichung insbesondere auch den einschlägigen umfangreichen druck­ schriftlichen Stand der Technik ein, wobei zum Verständnis der im nachfolgenden gegebenen erfindungsgemäßen Lehre insbesondere das Wissen zur Tempera­ turabhängigkeit der Phaseninversion solcher Emulgatoren enthaltenden Öl/Wasser-Systeme von Bedeutung ist. Die zitierte Veröffentlichung SHINODA et al. geht auf diesen Temperaturparameter und die durch seine Variation ausgelö­ sten Effekte im Mehrphasensystem ausführlich ein. Dabei wird insbesondere aber auch Bezug genommen auf das frühere Fachwissen, vgl. beispielsweise aus der Referenzen-Liste (a.a.O. Seiten 366/367) die älteren Veröffentlichungen von K. SHINODA und Mitarbeitern gem. Ref. 7 bis 10. SHINODA beschreibt hier den Pa­ rameter der Phaseninversionstemperatur (PIT, HLB-Temperature), wobei der Effekt der Temperaturabhängigkeit des jeweiligen Systems unter Einsatz von nichtioni­ schen Emulgatoren besonders herausgestellt ist in den älteren Veröffentlichungen von SHINODA et al. gem. Ref. 7 und 8. Dargestellt sind für fließfähige Stoffgemi­ sche auf Basis der 3-Komponenten-Systeme Öl/Wasser/Emulgator insbesondere die Abhängigkeit der sich jeweils einstellenden Phasengleichgewichtszustände von der Temperatur des Mehrkomponentensystems. Der im vergleichsweise niedrige­ ren Temperaturbereich stabile Zustand der O/W-Emulsion mit einer dispersen Öl­ phase in der geschlossenen Wasserphase geht bei Temperatursteigerung in den Bereich der Phaseninversion - PIT bzw. Bereich der "Mittelphase" - über. Bei weite­ rer Temperatursteigerung invertiert das Mehrkomponentensystem zum stabilen W/O-Invertzustand, in dem in der geschlossenen Ölphase die Wasserphase jetzt dispergiert vorliegt.

SHINODA verweist in seiner Referenzen-Liste - a.a.O. Ref. 31 und 32 - auf ältere Arbeiten von P. A. WINSOR. Im Text seiner zuvor zitierten Veröffentlichung (Seiten 344 bis 345) werden die von WINSOR geprägten Phasengleichgewichtsbezeich­ nungen WINSOR I, WINSOR III und WINSOR II zu den temperaturabhängigen stabilen Phasenbereichen O/W-Mittelphase W/O in Beziehung gesetzt: WINSOR I ist der Bereich der stabilen wasserbasierten O/W-Phase, WINSOR II entspricht dem Bereich der stabilen Invertphase vom Typ W/O, WINSOR III bezeichnet die Mittelphase und entspricht damit dem Temperaturbereich der Phaseninversion PIT im Sinne des heutigen Sprachgebrauchs und der erfindungsgemäßen Lehre.

Die Bestimmung dieser zuletzt genannten unterschiedlichen Phasenbereiche und insbesondere gerade auch die Bestimmung der im jeweiligen System gegebenen (Mikroemulsions-)Mittelphase (WINSOR III) ist in zweifacher Weise möglich, wobei diese beiden Möglichkeiten zweckmäßigerweise miteinander verbunden werden:

• a) Bestimmung der Temperaturabhängigkeit und die damit verbundene Phasen­ verschiebung durch experimentelles Ausprüfen des jeweiligen Systems, insbesondere mittels Leitfähigkeitsbestimmung.
• b) Vorab besteht aufgrund des heutigen Fachwissens die Möglichkeit zur rechnerischen Ermittlung der PIT des jeweils betroffenen Systems.

Grundsätzlich gilt zunächst einmal das Folgende: Das Phänomen der Phasenin­ version und der zugehörigen Phaseninversionstemperatur (PIT) findet innerhalb ei­ nes Temperaturbereiches statt, der seinerseits mit einer Untergrenze sich gegen den O/W-Emulsionszustand und mit seiner Obergrenze gegen den W/O-Invert­ emulsionszustand abgrenzt. Die experimentelle Ausprüfung des jeweiligen Systems, insbesondere durch Leitfähigkeitsbestimmung bei ansteigender und/oder abfallender Temperatur, gibt Maßzahlen für die jeweilige PIT-Untergrenze und PIT-Ober­ grenze, wobei hier nochmals leichte Verschiebungen vorliegen können, wenn die Leitfähigkeitsprüfung einmal in aufsteigendem Temperaturast und zum anderen im abfallenden Temperaturast bestimmt werden. Die Phaseninversionstemperatur (PIT) oder besser gesagt der PIT-Bereich zeigt insoweit Übereinstimmung mit der Definition der zuvor erläuterten WINSOR III-(Mikroemulsions-)Mittelphase. Dabei gilt jedoch:
Der Abstand zwischen der PIT-Untergrenze (Abgrenzung gegen O/W-) und der PIT-Obergrenze (Abgrenzung gegen W/O-Invert-) ist in aller Regel ein steuerbarer und durch Wahl geeigneter Emulgatorkomponenten bzw. -systeme vergleichsweise beschränkter Temperaturbereich. Häufig sind hier Temperaturbereiche gegeben, die als Differenzwert weniger als 20 bis 30°C, insbesondere nicht mehr als 10 bis 15°C, ergeben. Die erfindungsgemäße Lehre kann davon Gebrauch machen, wenn sie die eindeutige Umwandlung der Invertspülung - oder abgetrennter Anteile da­ von - in den O/W-Emulsionszustand vollziehen will. Für bestimmte im nachfolgen­ den noch geschilderte Ausführungsformen kann es aber durchaus interessant sein, mit vergleichsweise breiten Temperaturbereichen für die Phaseninversion zu ar­ beiten, solange sichergestellt ist, daß im Arbeitstemperaturbereich beim Einsatz der Bohrspülung im Erdinneren die Obergrenze dieses PIT-Bereiches - Einstellung des W/O-Invertzustandes - nicht nur erreicht, sondern bevorzugt hinreichend über­ schritten ist.

Die rechnerische Ermittlung der PIT des jeweils betroffenen Systems gemäß b) führt demgegenüber nicht zur exakten Bestimmung der zuvor erwähnten Tempe­ raturgrenzwerte des jeweiligen PIT-Bereiches, sondern zu einem Zahlenwert, der in der Größenordnung des in der Praxis dann tatsächlich auftretenden PIT-Bereiches liegt. Damit wird verständlich, daß die Kombination der Ermittlungen zur Phasen­ verschiebung gemäß a) und b) für die Praxis zweckmäßig sein kann. Hier gilt dann im einzelnen:
Die experimentelle Bestimmung der Leitfähigkeit des Systems zeigt im Bereich der Wasser-basierten O/W-Spülung optimale Leitfähigkeit, im Bereich der W/O-Invert­ phase ist in der Regel keine Leitfähigkeit gegeben. Wird an einer Emulsions­ probe im Bereich der Phaseninversionstemperatur die Leitfähigkeit unter Tempe­ raturvariation (ansteigend und/oder abfallend) gemessen, dann sind hier in sehr genauer Weise die Grenztemperaturen zwischen den genannten drei Bereichen O/W-Mittelphase-W/O zahlenmäßig zu ermitteln. Zur Leitfähigkeit beziehungsweise nicht mehr bestehenden Leitfähigkeit der beiden Grenzbereiche gilt das zuvor Ge­ sagte, zwischen diesen beiden Bereichen liegt der Temperaturabschnitt der hier eintretenden Phaseninversion des jeweiligen Systems, der mit seinen Temperatur­ grenzen nach unten (Leitfähigkeit gegeben) und nach oben (keine Leitfähigkeit) exakt zu ermitteln ist.

Diese experimentelle Bestimmung des Temperaturbereiches zur Phaseninversion durch Leitfähigkeitsmessungen ist in dem hier einschlägigen druckschriftlichen Stand der Technik ausführlich beschrieben. Insoweit kann darauf Bezug genom­ men werden. Verwiesen wird beispielsweise auf die Offenbarung der EP 0 354 586 und EP 0 521 981. Die unter den Phaseninversions-Temperaturbereich abgekühl­ ten O/W-Emulsionen zeigen bei der Leitfähigkeitsbestimmung eine elektrische Leitfähigkeit von über 1 mSiemens pro cm (mS/cm). Durch langsames Erwärmen unter vorgegebenen Programmbedingungen wird ein Leitfähigkeitsdiagramm er­ stellt. Der Temperaturbereich, innerhalb dessen die Leitfähigkeit auf Werte unter­ halb 0,1 mS/cm abfällt, wird als Phaseninversions-Temperaturbereich notiert. Für die Zwecke der erfindungsgemäßen Lehre ist es zweckmäßig ein entsprechendes Leitfähigkeitsdiagramm auch auf dem abfallenden Temperaturast zu erstellen, bei dem die Leitfähigkeit an einem Mehrkomponentengemisch ermittelt wird, das zu­ nächst auf Temperaturen oberhalb des Phaseninversions-Temperaturbereichs er­ hitzt worden ist und dann in vorbestimmter Weise gekühlt wird. Die hier bestimmten oberen und unteren Grenzwerte für den Phaseninversions-Temperaturbereich müssen nicht voll identisch sein mit den entsprechenden Werten des zuvor ge­ schilderten Bestimmungsabschnittes mit ansteigender Temperatur des Mehrkom­ ponentengemisches. In der Regel sind allerdings die jeweiligen Grenzwerte doch so dicht beieinander gelagert, daß für das großtechnische Arbeiten mit vereinheit­ lichten Maßzahlen - insbesondere durch Mittelwertbildung der jeweils zueinander gehörigen Grenzwerte - gearbeitet werden kann. Aber auch für den Fall, daß hier stärkere Differenzierungen der Grenzwerte des Phaseninversions-Tempe­ raturbereiches einmal bei der Bestimmung in ansteigender Temperatur und zum anderen in der Bestimmung bei abfallender Temperatur gemessen werden, ist die Durchführbarkeit der im nachfolgenden im einzelnen geschilderten technischen Lehre aus den hier eingesetzten Arbeitsprinzipien sichergestellt. Das Mehrkompo­ nentensystem ist in seinen Arbeits- und Wirkungsparametern so aufeinander abzu­ stimmen, daß sich die Einstellung des zuvor geschilderten erfindungsgemäßen Ar­ beitsprinzips verwirklichen läßt: Im heißen Inneren der Gesteinserbohrung ist der W/O-Invertzustand mit geschlossener Ölphase gewährleistet. Im vergleichsweise kalten Außenbereich kann durch Temperaturabsenkung unter die PIT des Systems die Phasenumkehr der Spülung und damit die erleichterte Aufarbeitung abzutren­ nender Anteile in einfacher Weise verwirklicht werden.

Zur Minderung des experimentellen Arbeitsaufwandes kann die rechnerische Er­ mittlung der PIT des jeweils betroffenen Mehrkomponentensystems zweckmäßig sein. Insbesondere gilt das aber auch für potentielle Optimierungen in der Auswahl der Emulgatoren beziehungsweise Emulgatorsysteme und ihrer Anpassung an die durch sonstige Überlegungen zum technischen Handeln vorgegebene Auswahl und Abmischung von wäßriger Phase einerseits und Typ der Ölphase andererseits. Einschlägiges Fachwissen ist gerade in jüngster Zeit aus an sich ganz anderen Be­ reichen, insbesondere aus dem Bereich der Kosmetika-Herstellung, entwickelt worden. Die Erfindung sieht hier den Einsatz dieses allgemein gültigen Fachwis­ sens jetzt auch und gerade für das erfindungsgemäß betroffene Arbeitsgebiet der Erbohrung von Erdreich beziehungsweise der Behandlung von bereits bestehen­ den Erdreichbohrungen mit optimierten Öl- und Wasser-Phasen enthaltenden Sy­ stemen vor.

Verwiesen wird in diesem Sachzusammenhang insbesondere auf die Veröffentli­ chung TH. FÖRSTER, W. VON RYBINSKI, H. TESMANN und A. WADLE "Calculati­ on of optimum emulsifier mixtures for phase inversion emulsification", in Internatio­ nal Journal of Cosmetic Science 16, 84-92 (1994). Dargestellt ist hier im einzelnen wie auf rechnerischem Weg für vorgegebene 3-Komponenten-Systeme aus einer Ölphase, einer Wasserphase und einem Emulgator auf der Basis des für die Öl­ phase charakteristischen EACN-Wertes (equivalent alkane carbon number) der Temperaturbereich der Phaseninversion (PIT) über die CAPICO-Methode (calcula­ tion of phase inversion in concentrates) errechnet werden kann. Diese Veröffentli­ chung FÖRSTER et al. bezieht insbesondere wiederum wesentliche Literatur für den hier angeschnittenen Themenkomplex an, vgl. die Referenz-Liste a.a.O. Seiten 91 und 92, die im Zusammenhang mit der Offenbarung dieser Veröffentlichung FÖRSTER et al. zu sehen ist. Im einzelnen wird dann anhand zahlreicher Beispiele dargestellt, wie mittels der CAPICO-Methode im Rahmen des EACN-Konzepts die Auswahl und Optimierung der Emulgatoren/Emulgatorsysteme zur optimalen Ein­ stellung vorgegebener Werte für den Temperaturbereich der Phaseninversion zu­ gänglich wird.

Basierend auf diesen Grundkenntnissen wird es möglich, für die jeweils zum prakti­ schen Einsatz beabsichtigten Komponenten - insbesondere die Ölphase und zuge­ hörige Emulgatoren/Emulgatorsysteme nach Art und Menge - vorab Mischungen und Mischungsverhältnisse zu bestimmen, deren PIT in dem erfindungsgemäß an­ gestrebten Temperaturbereich liegt. Hieraus ergibt sich ein erster sinnvoller Ansatz zur Durchführung experimenteller Arbeiten im Sinne der Ermittlungsmethode zu a). Über die rechnerische Ermittlung der PIT hinausgehend kann insbesondere der Bereich der Bildung der Mittelphase mit ihrer Temperaturuntergrenze und insbe­ sondere ihrer Temperaturobergrenze bestimmt werden. Völlig eindeutig sind damit die Temperaturgrenzwerte festgelegt oberhalb deren der W/O-Invertbereich für die Spülung im unmittelbaren Kontakt mit der heißen Wandinnenfläche des Bohrloches für die Ausbildung der geschlossenen semipermeablen Membran liegt. In der Re­ gel wird es dabei zweckmäßig sein - siehe dazu die nachfolgenden Erläuterungen der erfindungsgemäßen Lehre - diese obere Temperaturgrenze des Bereichs der Phaseninversion im praktischen Einsatz mit einem hinreichenden Sicherheitsab­ stand auszuwählen und zu gewährleisten, um die im Heißbereich geforderte W/O-Invertphase sicherzustellen.

Auf der anderen Seite soll im niederen Temperaturbereich die Unterschreitung des W/O-Invertzustandes in solchem Ausmaß möglich sein, daß von den Vorteilen der Phasenumkehr bis hin zur O/W-Phase und der damit in der Regel verbundenen erleichterten Aufarbeitung abgetrennter Anteile der Bohrspülung Gebrauch ge­ macht werden kann.

Zur Vervollständigung der Angaben zum einschlägigen Fachwissen sei auf folgen­ des verwiesen: In jüngerer Vergangenheit ist ein beträchtlicher Forschungsauf­ wand zur Verbesserung der sogenannten tertiären Erdölförderung durch Fluten öl­ haltiger Erdreichschichten mit Emulgatoren/Emulgatorsysteme enthaltenden Emul­ sionen vom O/W-Typ betrieben worden. Das hier angestrebte Ziel sieht insbeson­ dere vor, entsprechende Systeme im Bereich der Emulsionsmittelphase (WINSOR III) innerhalb der Formation zum Einsatz zu bringen. Verständlich ist das sofort aus der von der erfindungsgemäßen Lehre abweichenden entgegengesetzten Zielvor­ stellung: Die Optimierung des Gleichgewichtes O/W-W/O unter Ausbildung der Mi­ kroemulsionsphase im Mehrkomponentensystem führt zur Steigerung der Wirk­ samkeit des im Fluten geforderten Waschprozesses und damit zur Steigerung des Auswaschens der Ölphase aus der Gesteinsformation. Entscheidend ist hier, daß aufgrund des Mikroemulsionszustandes die unerwünschte Verstopfung des Poren­ volumens im Gestein durch größere Öltröpfchen mit Sicherheit verhindert werden kann.

Die Zielvorstellung der Erfindung ist diesem Arbeitsschritt der tertiären Erdölförde­ rung durch Fluten entgegengesetzt:
Die erfindungsgemäße Lehre will - im Sinne des bekannten Arbeitens mit W/O-Invertemulsionen - das gezielte Verschließen der Porenoberfläche der Gesteins­ formation im Bohrloch durch die geschlossene Ölschicht. Gleichzeitig soll aber au­ ßerhalb des Bohrloches durch Phasenumkehr die erleichterte Entsorgung der Bohrspülung beziehungsweise von Anteilen der Bohrspülung erreicht werden.

Der Gegenstand der Erfindung

Erfindungsgegenstand ist dementsprechend in einer ersten Ausführungsform ein Verfahren zur Erleichterung der Entsorgung von fließ- und pumpfähigen Arbeits­ mitteln auf Basis Emulgatoren enthaltender W/O-Invert-Emulsionen - insbesondere entsprechenden Hilfsmitteln aus dem Bereich des Erdreichaufschlusses, wie ölba­ sierten W/O-Invert-Bohrspülungen - und zur vereinfachten Reinigung damit ver­ schmutzter Feststoffflächen gewünschtenfalls unter Mitverwendung fließfähiger Spülhilfen. Dieses erfindungsgemäße Verfahren ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß man durch Auswahl und Abstimmung der Emulgatoren/Emulgatorsysteme auf die Ölphase der Invert-Emulsion eine temperaturgesteuerte Phaseninversion im Temperaturbereich unterhalb der Einsatztemperaturen der W/O-Invert-Emulsionen sicherstellt, wobei gleichzeitig aber diese Temperatur-gesteuerte Phaseninversion oberhalb der Verfestigung der wäßrigen Phase durch Einfrieren stattfindet. Die Er­ findung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Entsorgung bzw. Reinigung im Temperaturbereich der Phaseninversion und/oder bei darunterliegenden Tem­ peraturen vorgenommen wird.

In bevorzugten Ausführungsformen ist weiterhin die Abkühlung des verschmutzten Feststoffmaterials oder wenigstens die Abkühlung der abzutrennenden Invert-Emulsion auf den Bereich der Phaseninversionstemperatur (PIT) vor und/oder bei der Reinigung der verschmutzten Feststoffflächen sichergestellt. Dabei kann eine wenigstens weitgehende Abtrennung insbesondere grobteiliger Feststoffe von bei Arbeitstemperaturen fließ- und pumpfähigen Anteilen des zu reinigenden Gutes unter Einwirkung erhöhter Schwerkraft erfolgen. Weiterhin kann die Wäsche der verschmutzten Feststoffflächen mit Wasser-basierten Spülhilfen, insbesondere mit kaltem Wasser vorgenommen werden, dessen Temperatur unterhalb des PIT-Bereiches der abzuspülenden Emulsionsreste liegt. Dieser Waschvorgang kann insbesondere durch Eintrag mechanischer Energie beschleunigt werden, so daß mit zeitlich kurzfristig begrenzten Waschstufen gearbeitet werden kann. Einzelhei­ ten dabei vgl. im nachfolgenden.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die erfindungsgemäße Lehre insbeson­ dere die Anwendung des hier geschilderten Verfahrens zur erleichterten Reinigung und Entsorgung des mit Restanteilen des Bohrschlammes beladenen Bohrkleins (cuttings) aus der Erdreich-Erbohrung bei und/oder bevorzugt vor dessen on-shore- oder off-shore-Deponierung.

Weitere Einzelheiten zur erfindungsgemäßen Lehre

Diese Darstellung der erfindungsgemäßen Konzeption und ihrer technischen Lö­ sung zeigt auf, daß der Auswahl geeigneter Emulgatoren bzw. Emulgatorsysteme unter Anpassung an die weiteren Arbeitsparameter entscheidende Bedeutung zu­ kommt. Geeignet sind dazu insbesondere Emulgatoren bzw. Emulgatorsysteme, die wenigstens anteilsweise und vorzugsweise zum wenigstens überwiegenden Anteil nichtionischer Struktur sind und/oder sowohl nichtionische Strukturelemente als auch an ionische Strukturelemente in der Molekülgrundstruktur der Emulgato­ ren/Emulgatorsysteme miteinander verbinden.

Wenn die Verwirklichung des erfindungsgemäßen Arbeitsprinzips auch nicht zwin­ gend an den Einsatz von Emulgatoren beziehungsweise Emulgatorsystemen nich­ tionischer Struktur gebunden ist, so wird im nachfolgenden gleichwohl die Darstel­ lung allgemeiner und bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lehre vor allem unter Einsatz solcher nichtionischen Emulgatoren/Emul­ gatorsysteme erläutert. Auch für die praktische Verwirklichung des erfin­ dungsgemäßen Prinzips bietet sich diese Emulgatorenklasse besonders an. Der Einfluß einer Salzbeladung der wäßrigen Phase mit insbesondere Salzen mehr­ wertiger Kationen auf die emulgierende Wirkung dieser Stoffklasse ist vergleichs­ weise gering. Die Mitverwendung gerade solcher Salz-beladenen wäßrigen Phasen in der Invertspülung kann aber für die Regulierung des Gleichgewichts der osmoti­ schen Drucke zwischen der Bohrspülung einerseits und der Flüssigphase im um­ gebenden Gestein andererseits von wichtiger praktischer Bedeutung sein. Nichtio­ nische Emulgatoren/Emulgatorsysteme können für bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lehre als fließfähige Komponenten auch schon bei Raumtemperatur oder nur schwach erhöhten Temperaturen zur Verwendung kommen. Der Bereich: geeigneter nichtionischer Emulgatoren ist so breit gestreut und dabei aus Chemikalien sowohl natürlichen als auch synthetischen Ursprungs zugänglich, daß optimierte Emulgatorsysteme aus dem Gesichtspunkt der Ökover­ träglichkeit und insbesondere auch der gegebenenfalls zu berücksichtigenden ma­ rinen Toxizität eingesetzt werden können. Gleichzeitig sind die hier wesentlichen Komponenten kostengünstig zugänglich. Entscheidend ist aber für diese erfin­ dungsgemäß bevorzugte Auswahl nichtionischer Emulgatorkomponenten ihre aus­ geprägte Temperaturabhängigkeit der PIT im jeweiligen Ölsystem, die zusätzlich durch die Mengenverhältnisse in der Abmischung der Ölphase zu den Emulgato­ ren/Emulgatorkomponenten entscheidend gesteuert werden kann - siehe die zuvor zitierte Literaturstelle Förster et al.

In bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lehre werden dabei die Emulgatoren/Emulgatorsysteme so auf die weiteren im jeweiligen Fall konkret gegebenen Parameter in der Spülungszusammensetzung abgestimmt, daß die PIT des Mehrkomponentengemisches in einem Temperaturbereich liegt, der als Unter­ grenze die Kaltwäsche der zur reinigenden Feststoffflächen mit einer wäßrigen Phase zuläßt. Wie zuvor schon kurz angesprochen, liegt üblicherweise in Spü­ lungssystemen der hier betroffenen Art eine wäßrige Phase vor, die beträchtliche Mengen an gelösten organischen und/oder anorganischen Hilfsstoffen, z. B. an lös­ lichen Salzen zur Einstellung und Regulierung des Druckausgleiches der miteinan­ der konkurrierenden Wasserphasen und ihrer osmotischen Drücke einerseits im umgebenden Gestein der Erdreichbohrung und andererseits in der Bohrspülung enthalten kann. Die Erstarrungstemperaturen solcher beispielsweise Salz­ beladener wäßriger Phasen kann deutlich unterhalb 0°C - beispielsweise im Be­ reich von -10 bis -20°C - liegen. Eine bevorzugte Untergrenze für die PIT - bezie­ hungsweise den PIT-Bereich - des Mehrkomponentengemisches liegt allerdings oberhalb 0 bis 5°C und insbesondere bei Werten im Bereich von 10 bis 15°C oder auch bei 20°C. Im nachfolgenden wird auf die praktische Bedeutung dieser ver­ gleichsweise niedrig liegenden Grenzwerte für die Bestimmung des PIT-Bereiches nach unten im Zusammenhang mit bevorzugten konkreten Ausführungsformen für das erfindungsgemäße Handeln noch eingegangen.

Zur Bestimmung der erfindungsgemäß einzustellenden Obergrenze des Tempera­ turbereichs, innerhalb dessen die Phaseninversion bei Abkühlung stattfindet, gelten die nachfolgenden allgemeinen und bevorzugten Angaben:
Die Obergrenze des Temperaturbereiches zur Auslösung der Phaseninversion soll einen hinreichenden Abstand zum Bereich der stabilen W/O-Invertemulsion auf­ weisen. Zweckmäßigerweise liegt damit die Obergrenze des angesprochenen Temperaturbereiches zur Phaseninversion wenigstens 3 bis 5°C unterhalb der Ar­ beitstemperatur des Mehrkomponentengemisches im Bereich des geologischen Aufschlusses. Bevorzugt sind hier allerdings stärker ausgeprägte Abstände zwi­ schen diesen beiden Temperaturparametern. So kann es in bevorzugten Ausfüh­ rungsformen zweckmäßig sein einen Temperaturabstand der hier gegeneinander bestellten Parameter von wenigstens 10 bis 15°C und insbesondere von wenig­ stens 20 bis 30°C einzustellen. Für die Praxis werden damit keine besonderen Schwierigkeiten ausgelöst. Im heißen Erdreich werden ja vergleichsweise rasch Temperaturbereiche von 100°C und deutlich darüber erreicht.

Es ist damit in der Regel bevorzugt, die Obergrenze für die Definition und Bestim­ mung der PIT beziehungsweise des PIT-Bereiches im Sinne des erfindungsgemä­ ßen Handelns bei maximal 100°C oder nur beschränkt höheren Temperaturen - beispielsweise bei maximal 110 bis 120°C - festzulegen. In bevorzugten Ausfüh­ rungsformen liegt die Obergrenze für die Auswahl und Einstellung der PIT bei Temperaturen unter 100°C, z. B. bei maximal etwa 80 bis 90°C, vorzugsweise bei maximal 60°C und insbesondere im Temperaturbereich bis maximal 50°C. Hieraus leitet sich für das erfindungsgemäße Handeln ab, daß Mehrkomponentengemische der angegebenen Art besonders bevorzugt sein können, deren PIT innerhalb des Temperaturbereiches von etwa 5 bis 80°C, vorzugsweise im Bereich von etwa 10 bis 60°C und insbesondere im Temperaturbereich von 15 bis 50°C, liegt. In der im nachfolgenden näher konkretisierten Ausgestaltung der Erfindung in einer beson­ ders bevorzugten Ausführungsform können Zahlenwerte für die PIT im Tempera­ turbereich von 20 bis 35°C oder auch bis 40°C besonders sinnvoll sein. Verständ­ lich wird das anhand der nachfolgenden Überlegungen:
Der Einsatz erfindungsgemäßer Mehrkomponentengemische, beispielsweise im Rahmen der Erdreicherbohrung als fließ- und pumpfähige Bohrspülflüssigkeit, sieht die kontinuierliche Kreislaufführung dieser Flüssigphase in das Erdreich nach unten und von dort - beladen mit den erbohrten cuttings - nach oben zurück zur Bohr­ plattform vor. Hier auf; der Bohrplattform werden die erbohrten cuttings - üblicher­ weise - abgetrennt und die zurückgewonnene fließ- und pumpfähige Flüssigphase in einen Vorratsbehälter gegeben, von dem aus die Invertspülung erneut nach un­ ten in das Bohrloch gepumpt wird. Innerhalb dieses Kreislaufes durchläuft die Bohrspülung ein beträchtliches Temperaturgefälle, auch wenn die mit cuttings be­ ladene Spülung noch heiß nach oben gefördert wird. Die technischen Stufen der Absiebung und der Zwischenlagerung der Spülungsphase im Vorratsbehälter füh­ ren in der Regel zu einem Absinken ihrer Eigentemperatur beispielsweise auf Werte im Bereich von etwa 40 bis 60°C.

Durch Anpassung der Phaseninversion beziehungsweise der PIT an diese Gege­ benheiten sieht die erfindungsgemäße Lehre eine bevorzugte Ausführungsform vor, in der die Phaseninversion in der im Kreislauf geführten Spülung auch in den vergleichsweise kühleren Bereichen außerhalb des Erdreiches nicht auftritt. Wird die PIT (der PIT-Bereich) des Systems hinreichend unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes von beispielsweise 50°C vorgegeben und eingehalten, dann läßt sich diese Zielvorstellung mit einfachen Mitteln verwirklichen. Selbst in kalten Jahres­ zeiten können im Spülungskreislauf - beispielsweise durch entsprechende Heiz­ elemente im Vorratsbehälter - solche unteren Grenzwerte für die sich im Kreislauf einstellende Temperatur der umgepumpten Invertschlammphase aufrechterhalten werden. Für die Aufarbeitung und Entsorgung der abgetrennten cuttings erschlie­ ßen sich jetzt aber die Vorteile des erfindungsgemäßen Handelns: Durch weiterfüh­ rende Temperaturabsenkung wird der PIT-Bereich nach unten erreicht und ge­ wünschtenfalls unterschritten, so daß sich zunächst in den den cuttings anhaften­ den Spülungsanteilen die Mikroemulsionsmittelphase und bei weiterer Temperatur­ absenkung die Wasser-basierte O/W-Emulsionsphase einstellen. Es leuchtet sofort ein, daß damit die Entsorgung des den Cuttings anhaftenden Restöles substantiell vereinfacht werden kann.

So kann es beispielsweise im Bereich der Bohrschlämme für die landgestützte und/oder bevorzugt off-shore-Erbohrung von Erdreich zweckmäßig sein, Bohr­ schlämme mit einer PIT im Temperaturbereich gleich/kleiner 50°C und beispiels­ weise mit einer PIT im Bereich von 20 bis 35°C einzusetzen. Hier erschließt sich die Möglichkeit, einerseits den Spülungskreislauf ohne Phasenumkehr und damit kontinuierlich im Bereich des W/O-Invertschlammes zu erhalten. Die abgetrennten cuttings können jetzt aber in vereinfachter Weise - insbesondere vor Ort - einer Reinigungsstufe unterworfen oder aber auch durch unmittelbares Dumping ent­ sorgt werden. Unter Einsatz des allgemeinen Fachwissens kann die jeweils opti­ male konkrete Ausführungsform für diesen Entsorgungsschritt gefunden werden. Hier gilt dann insbesondere:
Werden die mit erfindungsgemäß ausgestalteten Bohrspülungen beladenen cut­ tings durch einfaches Dumping unmittelbar in das umgebende Meerwasser bei off-shore-Bohrungen gegeben, so stellt sich durch Abkühlung im Meerwasser rasch die temperaturgesteuerte Inversionsphase (Emulsionsmittelphase) und nachfol­ gend der O/W-Emulsionszustand in diesen Spülungsresten ein. Die Verdünnungs­ wirkung des umgebenden Seewassers kann sich voll auswirken, die gebildeten Öl­ tröpfchen haften nicht mehr dem Gestein an und sind damit beweglich. Wenigstens anteilsweise schwimmen sie im Seewasser nach oben auf, erreichen dort den Be­ reich vergleichsweise erhöhter Sauerstoffkonzentrationen in der wäßrigen Phase und unterliegen dort dann dem vergleichsweise erleichterten aeroben Abbau.

Ebenso kann aber wenigstens eine Teilreinigung der zu entsorgenden cuttings von der Ölphase durch einen getrennten Arbeitsschritt - bevorzugt vor Ort - vorgenom­ men werden: Beim Einstellen des Temperaturbereiches für die Inversions-Mittel­ phase ist die in dem Stand der Technik im Rahmen der tertiären Erdölförde­ rung angestrebte besonders leichte Auswaschbarkeit der Ölphase gegeben, so daß z. B. ein entsprechender Waschprozeß ohne unzumutbaren Arbeitsaufwand mit Wasser-basierten Waschflüssigkeiten - z. B. ganz einfach Meerwasser - vorge­ nommen werden kann. Durch weiterführende Temperaturabsenkung wird der Be­ reich der O/W-Emulsionsbildung eingestellt. Damit kann eine Auftrennung einer­ seits in die wäßrige Phase und die Ölphase als potentieller Arbeitsschritt einer sol­ chen Reinigungsstufe unschwer verwirklicht werden. Insbesondere wird aber hier die Trennung zwischen fließ- und pumpfähigen Anteilen - die den erbohrten Cut­ tings anhaftenden Reste der Bohrspülung - und den zu entsorgenden cuttings substantiell erleichtert. Dabei können unterschiedliche Trenn-Prinzipien voneinan­ der getrennt oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Einzelheiten hier­ zu werden nachfolgend erläutert.

Unter Berücksichtigung dieser Überlegung wird verständlich, daß erfindungsgemäß bevorzugte Bohrschlämme für die landgestützte und/oder bevorzugt für die off-shore-Erbohrung von Erdreich, insbesondere zur Erschließung von Öl- und/oder Gasvorkommen, so ausgebildet sein können, daß die Bohrschlämme mit einer PIT im Temperaturbereich gleich/kleiner 50°C, vorzugsweise gleich/kleiner 40°C und insbesondere im Bereich von 20 bis 35°C ausgebildet sind. Die PIT des Gesamtsy­ stems kann insbesondere derart auf die Einsatzbedingungen des Bohrschlammes abgestimmt sein, daß die mit Bohrschlamm beladenen cuttings nach ihrer Abtren­ nung von der Hauptmasse des Bohrschlamms durch geeignete Trennverfahren, insbesondere unter Einsatz erhöhter Schwerkraft und/oder durch eine Wäsche mit z. B. kaltem Wasser - insbesondere mit Meerwasser - und bevorzugt unter Pha­ seninversion W/O zu O/W gereinigt werden können.

Bevor auf Einzelheiten eines solchen Wasser-basierten Waschverfahrens der mit Bohrschlamm beladenen cuttings eingegangen wird, sei jedoch auf den nachfol­ genden wichtigen Aspekt der erfindungsgemäßen Lehre eingegangen: Die Um­ wandlung der im praktischen Einsatz vorliegenden W/O-Invert-Emulsionen durch Temperaturabsenkung in den PIT-Bereich und insbesondere auf Temperaturen unterhalb des PIT-Bereiches kann zu einer substantiellen Erleichterung bzw. Ver­ stärkung der Trennung zwischen den als Feststoff vorliegenden cuttings einerseits und den darauf anhaftenden Emulsionsresten mit oder ohne Zusatz von flüssigen Waschmitteln führen. So kann die reine Schwerkrafttrennung der flüssigen von der festen Phase durch Behandlung des mehrphasigen Einsatzgutes in schnellaufen­ den Trennvorrichtungen - etwa entsprechenden Dekantern und/oder Zentrifugen - im hier jetzt vorliegenden Zustand der O/W-Emulsion deutlich verstärkt werden. Zusätzlich kann dabei davon Gebrauch gemacht werden, daß die Fließfähigkeit der Emulsion im O/W-Zustand gegenüber der gleichen Mehrkomponentenmischung - jetzt jedoch im W/O-Invertzustand - deutlich gesteigert bzw. die entsprechende Viskosität im O/W-Zustand abgesenkt sein kann. Die Lehre der Erfindung kann in wichtigen Ausführungsformen hiervon Gebrauch machen. Durch geeignete Ein­ stellung dieser physikalischen Parameter in der Mehrkomponentenemulsion ist es möglich, einerseits die Anforderungen im praktischen Einsatz im Zustande der W/O-Invert-Emulsion sicherzustellen, andererseits kann mittels der Phaseninversi­ on zum nachfolgenden Reinigungsschritt im Sinne der Erfindung eine deutliche Steigerung der Schwerkrafttrennung und damit ein verstärktes Abfließen der jetzt im O/W-Zustand befindlichen Emulsionsreste von den zu reinigenden cuttings si­ chergestellt werden. Insbesondere bei Einsatz ökologisch verträglicher Ölphasen im Rahmen des Bohrprozesses im W/O-Invert-Bohrschlamm kann damit eine so weitgehende Absenkung der Ölmenge auf den zu entsorgenden cuttings eingestellt werden, daß auch bei off-shore-Bohrungen deren Entsorgung durch einfaches Dumping auch bei hohen Anforderungen an die ökologische Verträglichkeit des Bohrprozesses in seiner Gesamtheit möglich wird.

Zur praktischen Durchführung einer solchen Trennung fließfähiger Anteile von den Feststoffflächen der cuttings durch erhöhte Schwerkrafteinwirkung steht das um­ fangreiche entsprechende Fachwissen zur Verfügung. In Betracht kommt hier ins­ besondere der Einsatz von Trennvorrichtungen mit hoher Umlaufzahl von der Art entsprechender Dekanter, Zentrifugen und/oder Zyklone. Durch Wahl und Steue­ rung der Umlaufgeschwindigkeit kann hier bekanntlich die Schwerkraftzahl g auf Werte bis in den Bereich von 10.000 bis 12.000 erhöht werden, wobei gleichzeitig der Durchsatz im großtechnischen Verfahren anfallender Mengen an aufzutren­ nendem Gut sichergestellt ist. Geeignete Vorrichtungen sind beispielsweise Rohr­ zentrifugen, Vollmantelzentrifugen, aber auch Siebzentrifugen oder Separatoren von der Art der Tellerzentrifugen. Auf das einschlägige Fachwissen kann hier ver­ wiesen werden. Entsprechendes gilt für die vergleichbaren Arbeitsmittel des Berei­ ches der Dekanter und der Zyklone. Hier kann insbesondere dem Einsatz von De­ kantern Bedeutung zukommen, die unter dem technischen Begriff der Schnecken­ austragszentrifugen in der Fachwelt bekannt sind. Die der erfindungsgemäßen Lehre zugrundeliegenden Arbeiten haben gezeigt, daß durch eine solche reine Trennung unter Einsatz erhöhter Schwerkraft - beispielsweise im Bereich der g-Zahl von 1.000 bis 15.000 und insbesondere im Bereich von 5.000 bis 12.000 - die Abtrennung des Restöles von den erbohrten cuttings soweit ermöglicht wird, daß auch bei erhöhten ökologischen Anforderungen die Entsorgung der cuttings durch direktes Dumping möglich wird. Gültig ist das insbesondere für die Fälle, in denen ökologisch akzeptable Ölphasen in den Invert-Bohrschlämmen zum Einsatz kom­ men, wobei hier wiederum Esteröl-basierten Hilfsmitteln besondere Bedeutung zu­ kommen kann.

Die hier aufgezeigte Möglichkeit des erfindungsgemäßen Handelns auch ohne Ein­ satz von zusätzlichen Waschmitteln wird durch gezielte Mitverwendung solcher Waschhilfen substantiell erweitert. Dabei können optimierte Waschergebnisse un­ ter Einsatz jeweils sehr stark begrenzter Mengen an Waschflüssigkeit erzielt wer­ den. Die praktisch vollständige Reinigung der cuttings von anhaftenden Resten des Emulsions-Bohrschlammes wird möglich.

Zur konkreten technischen Verwirklichung des Waschprozesses steht das umfang­ reiche einschlägige Fachwissen zur Verfügung. Zur Auswahl optimierter spezieller Verfahrensbedingungen gelten insbesondere für die Cutting-Wäsche beispielsweise die folgenden zusätzlichen Erwägungen: Es kann wünschenswert sein die Menge der insgesamt einzusetzenden wäßrigen Waschflüssigphase soweit wie möglich zu begrenzen und gleichwohl die optimale Reinigung unter Entfernung der anhaften­ den Ölphase sicherzustellen. Der Waschprozeß kann dabei einstufig oder auch mehrstufig durchgeführt werden. In der Regel wird es bevorzugt sein, mit zeitlich kurzfristig begrenzten Waschstufen zu arbeiten, wobei die Zeitdauer der jeweiligen Waschstufe beispielsweise im Minutenbereich, vorzugsweise bei maximal etwa ei­ ner Minute oder auch noch deutlich darunter liegt. Zu berücksichtigen ist hierbei die jeweilige Beschaffenheit des abzuwaschenden Gutes. Es leuchtet ein, daß beim Vorliegen Wasser-quellbarer Tone in den zu reinigenden cuttings deren Bereit­ schaft zur Quellung unter Wasseraufnahme zu berücksichtigen ist, während ent­ sprechende Bedenken bei cuttings auf Basis nicht-quellbarer Mineralien in den Hintergrund treten.

Die erfindungsgemäße Lehre sieht in wichtigen Ausführungsformen die Kombinati­ on einer Mehrzahl von Arbeitsparametern zur Förderung und Erleichterung des Trennprozesses zwischen der Feststoffphase einerseits und der abzutrennenden Emulsionsphase auf Basis der Bohrschlammrückstände andererseits vor. In Be­ tracht kommen hier insbesondere Kombinationen von Waschstufen und Trennung unter Einwirkung von erhöhten Schwerkraftwirkungen. So kann beispielsweise die zuvor geschilderte Stofftrennung durch einfaches Abschleudern der verschmutzten cuttings in der Zentrifuge bei Temperaturen im O/W-Emulsionsbereich dadurch verstärkt werden, daß zusätzlich Waschflüssigkeit auf das zu reinigende Gut auf­ gegeben und insbesondere aufgesprüht wird. Dabei wird bevorzugt Wasser­ basiertes Spülmittel und insbesondere ganz einfach kaltes Wasser als Reinigungs­ hilfe eingesetzt. Diese Auswaschhilfe kann einmalig oder auch in einer Mehrzahl aufeinander folgenden Stufen auf das bevorzugt im Schleudervorgang gehaltene Feststoffmaterial aufgebracht werden.

Die verbesserte Cutting-Wäsche mit Wasser-basierten Spülhilfen ist aber auch oh­ ne Einsatz der Zentrifugentechnologie möglich. Allgemeines Fachwissen ermög­ licht hier die Optimierung des Kaltwaschprozesses. Auch hier kann der Waschvor­ gang grundsätzlich durch Eintrag mechanischer Energie beschleunigt werden. Da­ bei wird es in der Regel bevorzugt sein, den Energieeintrag in die wäßrige Wasch­ mittelphase vorzunehmen und dementsprechend im Sinne einer Sprühwäsche mit angehobenen Drücken in einer oder mehreren Verfahrensstufen das zu reinigende Gut abzuwaschen. Hier kann insbesondere vorteilhaft von der einschlägigen Tech­ nologie Gebrauch gemacht werden, vor dem Waschprozeß im Sinne der Erfindung die Abtrennung der erbohrten cuttings von der flüssigen Bohrspülung durch Absie­ ben und insbesondere durch entsprechende Behandlung auf Schüttelsieben vor­ zunehmen. Die erfindungsgemäß anschließende Waschstufe kann also beispiels­ weise unmittelbar an dem in vergleichsweise dünner Schicht auf dem Sieb zurück­ gehaltenen Feststoffgut vorgenommen werden. Dabei eignet sich hier beispiels­ weise insbesondere die entsprechende Druckwäsche mit Auftrag der Waschflüs­ sigkeit durch Vollkegel-Düsenköpfe, die insbesondere als entsprechende Druckdü­ sen und dabei gewünschtenfalls auch als Mehrstoffdüsen ausgebildet sein können. Besonders wirkungsvoll ist eine entsprechende Wäsche unter Einsatz von Mehr­ stoffdüsen aus dem Bereich der Luftzerstäubung. Hier kann in an sich bekannter Weise der Düsensatz durch Änderung des Luft- und Flüssigkeitsdruckes so justiert werden, daß entweder eine besonders feintropfige oder grobtropfige Zerstäubung erzielt wird. Möglich wird damit ein großes Regelverhältnis von Luft- zu Flüssig­ keitsmenge unter gleichzeitiger optimierter Intensivierung des Energieeintrags der tropfenförmigen Waschflüssigkeit und damit des Abspülergebnisses. Möglich wird auf diese Weise nicht nur eine substantielle Reduzierung der insgesamt, einzuset­ zenden Menge an Waschflüssigkeit, auch die Zeitdauer des Abspülprozesses kann hier substantiell verkürzt werden, so daß ein wirkungsvolles Waschergebnis im Se­ kundenbereich, beispielsweise im Bereich bis 20 oder bis 40 Sekunden oder auch noch darunter, erzielt werden kann. Auch hier kann bevorzugt mit einer Sequenz mehrfacher Waschstufen gearbeitet werden, wobei die Zeitdauer der einzelnen Waschstufe beispielsweise im Bereich von 1 bis 10 oder auch nur von 1 bis 5 Se­ kunden liegen kann.

Zur weiteren Verstärkung und Verkürzung des Waschprozesses kann auch in die­ ser Verfahrensstufe des Waschens der cuttings auf dem Sieb mit entsprechenden Rüttelsieben gearbeitet werden, so daß in den aufeinanderfolgenden Waschstufen immer wieder neue Bereiche der verschmutzten Cutting-Außenflächen den auftref­ fenden Tropfen der wäßrigen Spülflüssigkeit ausgesetzt werden.

Die Hochdruckwäsche kann beispielsweise mit Drücken der versprühten Wasch­ flüssigphase von 2 bis 200 bar, vorzugsweise von 10 bis 100 bar, vorgenommen werden. Der Abstand der Düsenstrahler von den zu reinigenden Feststoffflächen liegt beispielsweise im Bereich von maximal 10 bis 50 cm. Mit beschränkten Men­ gen an Waschflüssigkeit, die nur einen Bruchteil des Cutting-Volumens ausmachen, werden wirkungsvolle Reinigungseffekte erzielt.

Das die abgespülten Emulsionsanteile enthaltende Waschwasser kann - ge­ wünschtenfalls nach einer Zwischenlagerung unter partieller Phasentrennung - z. B. mit einem 3-Phasen-Separator - weiter in Wasserphase/Ölphase sowie gegebe­ nenfalls eine feinteilige Feststoffphase aufgetrennt werden. Auch hier steht das umfangreiche Wissen der Fachwelt zur Trennung entsprechender Wasser/Öl-Emul­ sionen bzw. -Dispersionen zur Verfügung. Dabei kann unter Einsatz rein me­ chanischer Arbeitsmittel, insbesondere durch Schwerkrafttrennung in schnell rotie­ renden Zentrifugen gearbeitet werden. Je nach Stabilität der im Einzelfall vorlie­ genden O/W-Gemische kann auch der Einsatz entsprechender Separatoren mit niedrigeren Werten für die Schwerkraftzahl g in Betracht kommen. In an sich be­ kannter Weise können sowohl Separatoren wie Zentrifugen dabei in kontinuierli­ cher Verfahrensweise in das Trennverfahren eingebunden sein.

Andere bekannte Möglichkeiten zur Trennung der Öl und Wasser enthaltenden Waschflüssigkeiten sind bekannte Verfahren wie die Flotation oder insbesondere auch die Trennung über Membranverfahren. Falls erforderlich kann zuvor durch Zusatz von Demulgatoren ein zu intensiver Emulsionszustand in der Waschflüssig­ keit gebrochen werden.

Grundsätzlich ist es in dieser Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, zu einer hinreichenden Trennung von Wasserphase und Ölphase zu kommen. Hieraus leitet sich dann wiederum die Möglichkeit ab, die jetzt von einander ge­ trennt vorliegenden Bestandteile wenigstens anteilsweise einer Wiederverwendung zuzuführen, z. B. für die Wasserphase beim Umsetzen neuer Bohrspülung.

Verständlich wird insbesondere auch aus diesen Überlegungen die hohe Flexibilität der erfindungsgemäßen Lehre zur Beschaffenheit der im konkreten Fall einzuset­ zenden Ölphase. Auch hohe Anforderungen an die ökologische Verträglichkeit des Verfahrens bezüglich der zu entsorgenden cuttings können in W/O-Invertsystemen mit solchen Ölphasen erfüllt werden, die bisher aufgrund ihrer Umwelt-Un­ verträglichkeit und insbesondere ihrer unzureichenden Abbaubarkeit durch na­ türliche Abbauprozesse unter anaeroben Bedingungen nicht mehr eingesetzt wer­ den konnten. Damit erschließen sich für die erfindungsgemäß beabsichtigte Opti­ mierung der drei Hauptparameter (technische Perfektionierung und volle ökologi­ sche Verträglichkeit bei angemessenem Kosten/Nutzen-Verhältnis) ganz neue Möglichkeiten: Über die zuvor dargestellten Möglichkeiten zur gezielten oder selbsttätigen Reinigung und Befreiung der cuttings von den anhaftenden Ölanteilen findet bei der off-shore-Entsorgung durch Dumping am Meeresboden nicht mehr der Aufbau eines größeren Vorrates an abzubauender Ölphase statt. Natürliche aerobe Abbauprozesse im sauerstoffreichen Bereich der Meeresoberfläche werden wirksam. Durch eine einfache Vorwäsche mit einer Waschflüssigkeit auf Basis von kaltem Wasser läßt sich der wenigstens überwiegende Ölanteil von den cuttings vor ihrem Dumping abtrennen.

Verständlich wird damit, daß sich für die erfindungsgemäße Lehre der gesamte bisher bekannte breite Bereich potentieller Ölphasen auftut. So sind für die Lehre der Erfindung Ölphasen beziehungsweise Ölmischphasen geeignet, die wenig­ stens anteilsweise - bevorzugt zum wenigstens überwiegenden Anteil - den nach­ folgenden Stoffklassen zugeordnet sind:
Gesättigte Kohlenwasserstoffe (geradkettig, verzweigt und/oder cyclisch), olefinisch ungesättigte Kohlenwasserstoffe, insbesondere vom Typ LAO (lineare α-Olefine), IO (Interne Olefine) und/oder PAO (polymere α-Olefine), Aromaten, Naphthene, Carbonsäureester, Ether, Acetale, Kohlensäureester, Fettalkohole, Silikonöle, (Oli­ go)-Amide, (Oligo)-Imide und/oder (Oligo)-Ketone.

Der in diesem Zusammenhang zuvor aufgeführte Begriff der Carbonsäureester umfaßt einerseits entsprechende Ester von Monocarbonsäuren und/oder Polycar­ bonsäuren, andererseits entsprechende Ester von monofunktionellen Alkoholen und/oder polyfunktionellen Alkoholen. Auf die eingangs zitierten druckschriftlichen Veröffentlichungen zum Einsatz entsprechender Esterphasen auf dem hier betrof­ fenen Sachgebiet, die auf Arbeiten der Anmelderin zurückgehen, wird in diesem Zusammenhang nochmals ausdrücklich verwiesen. Über die Offenbarung dieser Literaturstellen hinausgehend, hat sich für die erfindungsgemäße Variante jetzt aber auch noch das Folgende gezeigt:
In erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der hier betroffenen Mehrkomponenten­ gemische und insbesondere entsprechend aufgebauter Bohrspülflüssigkeiten kön­ nen erstmalig Ester mehrfunktioneller Alkohole mit Monocarbonsäuren und dabei insbesondere Glycerinester natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs als Öl­ phase oder als Bestandteil der Ölphase wirkungsvoll zum Einsatz kommen. In ein­ schlägigen Druckschriften des Standes der Technik wird bekanntlich seit Jahren die Behauptung aufgestellt, Öle natürlichen Ursprungs - und damit entsprechende Glycerin-basierte Triester höherer ungesättigter Fettsäuren - als ökologisch ver­ trägliche Ölphase in W/O-Invertspülungen einsetzen zu können. In den eingangs zitierten Veröffentlichungen der Anmelderin zu dem hier angesprochenen Gebiet der Ester-basierten Bohrspülungen ist dargestellt, daß diese Aussagen des druck­ schriftlichen Standes der Technik rein theoretischer Natur sind, sich in der Praxis bisher aber nicht haben verwirklichen lassen. Überraschenderweise zeigt sich jetzt unter Einsatz der erfindungsgemäßen und im nachfolgenden im einzelnen defi­ nierten Systeme, daß hier die Verwendung beziehungsweise Mitverwendung sol­ cher Triglyceride natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs als Ölphase oder in der Ölphase der Spülungen möglich ist. So können beispielsweise Triglyceride pflanzlichen und/oder tierischen Ursprungs - beispielsweise von der Art des Rüböls oder des Fischöls - zum Einsatz kommen, die sowohl aus ökologischen Überle­ gungen als auch aus Betrachtungen zum Kosten/Nutzen-Verhältnis hochinteres­ sant sein können. Offensichtlich schaffen die mit der technischen Verwirklichung der erfindungsgemäßen Konzeption verbundenen Abwandlungen in der Zusam­ mensetzung der Spülungen - möglicherweise Wahl der bevorzugten Emulgatoren nach Art und Menge - derart abgewandelte Grundvoraussetzungen, daß hier der seit langem angestrebte technische Einsatz solcher Ölphasen, insbesondere natür­ lichen Ursprungs, erstmals wirklich möglich wird.

Grundsätzlich sind damit von ihrer chemischen Struktur her alle Ölphasen geeig­ net, die die Einstellung der in der hier betroffenen Technologie notwendigen physi­ kalischen Parameter zulassen, auf die zu einem späteren Zeitpunkt noch einge­ gangen wird. Der Gesichtspunkt der optimierten ökologischen Verträglichkeit bleibt natürlich ein wichtiger Gesichtspunkt im Rahmen der Auswahl der Ölphase, ihm kommt aber nicht mehr - auch unter Berücksichtigung der Auflagen des Gesetzge­ bers - die heutige Bedeutung zu. Durch den Einsatz der temperaturgesteuerten ge­ zielten Phaseninversion wird die umweltkonforme ökologische Entsorgung gerade des Anteiles der Bohrspülung möglich, der bis zum heutigen Tage beim Arbeiten mit Spülungen auf W/O-Invertbasis die entscheidenden Schwierigkeiten bereitet.

Über diese Erleichterung hinausgehend erschließt die erfindungsgemäße Lehre aber auch die Möglichkeit zur Verwirklichung des angestrebten Umweltschutzes in einem bis heute nicht bekannten Ausmaß. Durch Auswahl besonders umweltver­ träglicher Ölphasen für die Invertspülung einerseits und durch die erfindungsge­ mäß gegebene Möglichkeit die Problematik des Abbauprozesses auf ein Minimum abzusenken, kann in Summe ein bis heute nicht bekanntes Arbeitsergebnis im Sinne der erfindungsgemäßen Zielvorstellung eingestellt werden. Zu berücksichti­ gen ist in diesem Zusammenhang insbesondere auch die - an sich bekannte, jetzt aber erfindungsgemäß mit besonderem Vorteil einzusetzende - Möglichkeit, aus­ gesuchte Abmischungen unterschiedlicher Öle als Ölphase des Spülungssystems zu verwenden. So können Gemische einerseits von vergleichsweise schwerer ana­ erob und/oder aerob abbaubaren Ölen mit andererseits besonders leicht anaerob und/oder aerob abbaubaren Ölen zum Einsatz kommen, die in der erfindungsge­ mäß optimierten Form der Cutting-Entsorgung einen wichtigen Schritt in Richtung auf das erfindungsgemäß angestrebte Ziel der Gesamtoptimierung darstellen.

In diesem Zusammenhang sei zunächst auf eine weitere Möglichkeit der Abwand­ lung der hier betroffenen Technologie der W/O-Invertsysteme eingegangen. Auch hier bieten sich substantielle Erweiterungen zu technisch fortschrittlichem Handeln gegenüber dem einschlägigen Stand der Technik an:
W/O-Invertsysteme konventioneller Art und insbesondere entsprechende Invert­ bohrspülungen enthalten nach der heutigen Praxis die Ölphase - bezogen auf das Volumenverhältnis der Summe von Öl- und Wasser-Phase - in einer Menge von wenigstens 50 Vol.-%. Üblicherweise liegt der Gehalt der Ölphase im praktischen Einsatz deutlich höher, beispielsweise im Bereich von 70 bis 90 Vol.-% des Öl/Wasser-Gemisches. Die einschlägige Literatur erwähnt zwar auch Öl­ abgemagerte Invertspülungen, in der Praxis, insbesondere der heute geforderten Systeme mit hinreichender ökologischer Verträglichkeit, spielt dieser Bereich der vergleichsweise ölarmen Abmischungen aber keine Rolle.

Schon eingangs ist darauf hingewiesen worden, daß der Bereich der Phaseninver­ sionstemperatur unter anderem mitbestimmt wird durch das Mengenverhältnis an Ölphase zu insbesondere nichtionischem Emulgator/-Emulgatorsystem. Dabei gilt:
Je höher die eingesetzte Menge an Emulgator/Emulgatorsystem - bezogen auf Menge an Ölphase - gewählt wird, um so stärker wird in der Regel der Tempera­ turbereich zur Einstellung der PIT abgesenkt. Gleichzeitig damit wird aber die Sta­ bilität der W/O-Invertemulsion im praktischen Arbeiten so stark angehoben, daß sich der Bereich für praktisch brauchbare Mengenverhältnisse im jeweiligen Öl/Wasser-Gemisch substantiell erweitert. Damit werden für den Aufbau der mehr­ phasigen und bevorzugt pumpfähigen Abmischungen Mengenverhältnisse (Volu­ menteile) von Wasser-basierter Phase (W) zur Ölphase (Öl) in den folgenden Be­ reichen zugänglich: 90 bis 10 W auf 10 bis 90 Öl. Bevorzugt können dabei insbe­ sondere Mischungsverhältnisse von 85 bis 20 W auf 15 bis 80 Öl sein. Unter Be­ rücksichtigung der im nachfolgenden definierten Emulgatoren/Emulgatorsysteme ist es ohne Schwierigkeiten möglich mit W/Öl-Mischungsverhältnissen zu arbeiten, die die W-Phase in Mengen von wenigstens 30 oder 40 Volumenteilen oder sogar auch von wenigstens 50 Volumenteilen - und dabei beispielsweise in Mengen von 55 bis 85 Volumenteilen - enthalten. Die Ölphase kann damit auch zur mengenmä­ ßig untergeordneten Komponente werden, die beispielsweise im Bereich von we­ nigstens 10 bis 15 Volumenteilen, vorzugsweise von 20 bis 50 Volumenteilen - je­ weils bezogen auf die Summe von W und Öl - stabile W/O-Invertbedingungen im Temperaturbereich des praktischen Einsatzes im Inneren des Erdreichs gewährlei­ stet. In diesem Sinne können erfindungsgemäß Mehrkomponentengemische be­ vorzugt sein, deren Anteil an Wasser-basierter Phase (Vol.-% bezogen auf Mi­ schung W/Öl) gleich/größer 30 bis 35%, vorzugsweise gleich/größer 40% und wei­ terhin bevorzugt gleich/größer 50%, ist. Dem Mischungsbereich mit einem über­ wiegenden Wasseranteil kann besondere Bedeutung zukommen, wobei hier Men­ gen bis zu 85 Vol.-% und insbesondere dem Bereich von 55 oder 60 bis 80 Vol.-% der Wasser-basierten Phase wiederum besonders bevorzugt sein können. In den Rahmen der Erfindung fallen damit W/O-Invertspülungen mit stark abgemagertem Gehalt an Ölphase, der - bezogen auf die Flüssigphasen - nicht mehr als 20 bis 40 Vol.-% ausmachen muß, gleichwohl aber die gestellten Anforderungen im Einsatz erfüllt. Daß hier auch die Entsorgung substantiell erleichtert wird leuchtet sofort ein.

Zur chemischen Beschaffenheit insbesondere nichtionischer Emulgatoren, die zur Temperatur-gesteuerten Phaseninversion befähigt sind, beziehungsweise zur Be­ schaffenheit entsprechende nichtionische Komponenten enthaltender Emulgator­ systeme kann auf das außergewöhnlich umfangreiche Fachbuchwissen und das sonstige druckschriftliche einschlägige Material verwiesen werden. Schon die ein­ gangs zitierte Veröffentlichung SHINODA et al., Encyclopedia of Emulsion Tech­ nology, 1983, Vol. 1, 337 bis 367, gibt eine Auflistung von über 100 speziellen Ver­ tretern von Emulgatoren, die weitaus überwiegend der Klasse der nichtionischen Emulgatoren zuzuordnen sind. Hierbei ist in der tabellarischen Aufstellung (Tabelle 4 a.a.O.) der jeweiligen chemischen Komponente auch ihr HLB-(number)Wert zu­ geordnet. Dabei ist insbesondere der Zahlenbereich von 1 bis 20 erfaßt. Zum ein­ schlägigen druckschriftlichen Material wird weiterhin verwiesen auf die Veröffentli­ chung Gordon L. Hollis, Surfactants Europa, Third Edition, The Royal Society of Chemistry, dort insbesondere Kapitel 4, Nonionics (Seiten 139 bis 317). Zu der un­ gewöhnlich umfangreichen einschlägigen Literatur wird weiterhin beispielsweise verwiesen auf die nachfolgenden Veröffentlichungen, die in Buchform erschienen sind: M. J. Schick "NONIONIC SURFACTANTS", Marcel Dekker, INC, New York, 1967; H. W. Stache "ANIONIC SURFACTANTS", Marcel Dekker, INC, New York, Basel, Hongkong; Dr. N. Schönfeldt "Grenzflächenaktive Ethylenoxid-Addukte", Wis­ senschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, Stuttgart 1976.

Aus diesem umfangreichen Wissen zu Emulgatoren beziehungsweise Emulgator­ systemen wenigstens anteilsweise nichtionischer Konstitution kann unter Einsatz des ebenfalls eingangs zitierten Fachwissens (SHINODA et al. sowie Th. Förster et al.) der Bereich der Phaseninversionstemperatur für vorgegebene Stoffgemische aus Ölphase, Emulgator bzw. Emulgatorgemische und wäßriger Phase berechnet werden. Im nachfolgenden werden dementsprechend einige zusätzliche, erfin­ dungsgemäß bevorzugte Bestimmungselemente für die Auswahl der Emulgatoren beziehungsweise Emulgatorsysteme gebracht.

Zur Steuerung und Anpassung des erwünschten Bereiches zur Phaseninver­ sionstemperatur (PIT) an die jeweils vorgegebene Abmischung des Mehrkompo­ nentensystems - insbesondere unter Berücksichtigung der Auswahl der Ölphase nach Art und Menge sowie der Beladung der wäßrigen Phase mit löslichen Kom­ ponenten - hat es sich als hilfreich erwiesen, mehrkomponentige Emulgatorsyste­ me einzusetzen. Dabei können Abmischungen bevorzugt sein, die wenigstens eine Emulgator-Hauptkomponente zusammen mit Go-Emulgatoren enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform sind dabei wiederum Emulgator-Hauptkomponenten vorgesehen, die zusammen mit der Eignung zur Temperatur-gesteuerten Phasen­ inversion vergleichsweise höhere Zahlenwerte des HLB-(number)Bereiches auf­ weisen. Komponenten mit entsprechenden HLB-Werten des Bereiches von etwa 6 bis 20 und vorzugsweise von 7 bis 18, haben sich als geeignete nichtionische Emulgator-Hauptkomponenten erwiesen. Diese Hauptkomponenten werden bevor­ zugt gemeinsam mit stärker lipophilen Co-Emulgatoren eingesetzt, die - bezogen auf die jeweilige(n) Emulgator-Hauptkomponente(n) - ihrerseits niedrigere HLB-(number)Werte besitzen. Brauchbare Co-Emulgatoren liegen dementsprechend zunächst einmal in dem Zahlenbereich unterhalb des zuvor genannten Zahlenbe­ reiches für die Emulgator-Hauptkomponente(n). Geeignete Co-Emulgatoren kön­ nen auch in diesen Zahlenbereich mit ihrem HLB-Wert fallen, liegen dann aber in der Regel bei niedrigeren Werten als die in Abmischung vorliegenden Emulgator-Haupt­ komponente(n) mit ihren jeweils individuellen Zahlenwerten.

Für die praktische Verwirklichung der erfindungsgemäßen Lehre hat sich die nachfolgende Variante als besondere interessant erwiesen: Die heute im prakti­ schen Verfahren insbesondere in Öl-basierten Invertspülungen eingesetzten W/O-Emulgatoren können in einer wichtigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lehre die Funktion des vergleichsweise stärker lipophilen Co-Emulgators in den er­ findungsgemäß definierten Emulgatorgemischen übernehmen. Im großtechnischen Einsatz heute befindliche Beispiele für solche W/O-Emulgatoren Öl-basierter In­ vertspülungen sind Verbindungen aus der Klasse anionisch modifizierter Oligo-Aminoamide langkettiger Fettsäuren. Den sich in Gegenwart von Kalk (lime) bil­ denden Calciumsalzen dieser Komponenten kommt ausgesprochene W/O-Emul­ gatorwirkung zu. In Abmischung mit Emulgatorhauptkomponenten im Sinne der erfindungsgemäßen Lehre werden sie zu wirksamen Co-Emulgatoren für Sy­ steme der erfindungsgemäß definierten Art. Daß diese Variante des erfindungsge­ mäßen Handelns besonders interessant sein kann, leuchtet sofort ein. Das bisheri­ ge Wissen der Fachwelt zum Aufbau Öl-basierter W/O-Invertemulsionen bzw. ent­ sprechender Bohrschlämme kann im wesentlichen beibehalten werden. Lediglich durch Zugabe einer oder mehrerer weiterer Emulgatorkomponenten der zuvor defi­ nierten Art mit der Befähigung zur Temperatur-gesteuerten Phaseninversion im W/O-Invertsystem wird die Verwirklichung der erfindungsgemäßen Lehre ermög­ licht. Die Umstellung in der Praxis erprobter Mehrkomponentensysteme der hier betroffenen Art auf die Erfüllung der Anforderungen der erfindungsgemäßen Lehre kann damit substantiell vereinfacht werden.

Besondere Bedeutung kann für das Arbeiten im Sinne der erfindungsgemäßen Lehre dem folgenden Sachverhalt zukommen:
In den Rahmen geeigneter Ölphasen fallen Verbindungen, die gleichzeitig eine ausgesprochene Co-Emulgatorwirkung in dem Zusammenspiel Emulgatorsy­ stem/Ölphase besitzen. Ein klassisches Beispiel hierfür sind lipophile Fettalkohole natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs. Hinreichende Fließfähigkeit unter den Einsatzbedingungen vorausgesetzt, können sie ein wertvoller Bestandteil der Ölphase sein oder sogar die Ölphase als ganzes ausbilden, gleichzeitig wirken sie auf zugegebene stärker hydrophile Emulgator-Hauptkomponenten im Sinne der angestrebten Absenkung des PIT-Bereiches. Alkohole dieser Art sind bekanntlich ökologisch verträgliche Komponenten. Sie sind sowohl aerob wie anaerob abbau­ bar. Ihre Abmischungen mit anderen Ölkomponenten, die insbesondere auch schlechter abbaubar sein können, führen dann zu wertvollen Arbeitsergebnissen im Sinne der erfindungsgemäßen Konzeption der Gesamtoptimierung. Aber auch an­ dere aus der Literatur bekannte Ölphasen, die überwiegende lipophile Molekülan­ teile mit eingebauten Gruppen erhöhter Polarität aufweisen, können in entspre­ chender Weise Co-Emulgatorwirkung besitzen. Als Beispiele seien hier die (Oligo)-Amide, (Oligo)-Imide, (Oligo)-Ketone und Oligo-Ether genannt.

Aus dem großen Bereich der nichtionischen Emulgatoren lassen sich erfindungs­ gemäß besonders geeignete Emulgator-Hauptkomponenten und/oder Co-Emulgatoren wenigstens einer der nachfolgenden Stoffklassen zuordnen:
(Oligo)-Alkoxylate - insbesondere niedrig-Alkoxylate, wobei hier entsprechenden Ethoxylaten und/oder Propoxylaten besondere Bedeutung zukommt - von lipophile Reste enthaltenden und zur Alkoxylierung befähigten Grundmolekülen natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs. Dabei bestimmt in bekannter Weise die Länge der Alkoxylatreste im Verhältnis zu den im Molekül vorliegenden lipophilen Resten das jeweils gegebene Mischungsverhältnis von hydrophilem und hydrophobem Verhalten und die damit verbundene Zuordnung der HLB-Werte. Alkoxylate der angegebenen Art sind bekanntlich als solche - d. h. mit endständiger freier Hy­ droxylgruppe am Alkoxylatrest - nichtionische Emulgatoren, die entsprechenden Verbindungen können aber auch Endgruppen-verschlossen sein, beispielsweise durch Veresterung und/oder Veretherung.

Eine weitere wichtige Klasse nichtionischer Emulgatoren für die Zwecke der Erfin­ dung sind Partialester und/oder Partialether mehrfunktioneller Alkohole mit insbe­ sondere 2 bis 6 C-Atomen und 2 bis 6 OH-Gruppen und/oder deren Oligomere mit lipophile Reste enthaltenden Säuren und/oder Alkoholen. Geeignet sind dabei ins­ besondere auch Verbindungen dieser Art, die zusätzlich in ihre Molekülstruktur (Oligo-)Alkoxyreste und dabei insbesondere entsprechende Oligo-Ethoxyreste ein­ gebunden enthalten. Die polyfunktionellen Alkohole mit 2 bis 6 OH-Gruppen im Grundmolekül beziehungsweise die sich davon ableitenden Oligomeren können insbesondere Diole und/oder Triole beziehungsweise deren Oligomerisierungspro­ dukte sein, wobei dem Glykol und dem Glycerin oder ihren Oligomeren besondere Bedeutung zukommen kann. Aber auch andere polyfunktionelle Alkohole der hier zusammenfassend genannten Art wie Trimethylolpropan, Pentaerythrit bis hin zu Glykosiden, beziehungsweise ihren jeweiligen Oligomeren - können Grundmole­ küle für die Umsetzung mit lipophile Reste enthaltenden Säuren und/oder Alkoho­ len sein, die dann wichtige Emulgatorkomponenten im erfindungsgemäßen Sinne sind. Dem Bereich von Partialethern mehrfunktioneller Alkohole sind auch be­ kannte nichtionische Emulgatoren von der Art der Ethylen­ oxid/Propylenoxid/Butylenoxid-Blockpolymeren zuzuordnen.

Ein weiteres Beispiel für entsprechende Emulgatorkomponenten sind Al­ kyl(poly)glykoside langkettiger Alkohole sowie die bereits benannten Fettalkohole natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs beziehungsweise Alkylolamide, Aminoxide und Lecithine. Die Mitverwendung heute handelsüblicher Al­ kyl(poly)glykosid-Verbindungen (APG-Verbindungen) als Emulgatorkomponenten im erfindungsgemäßen Sinn kann u. a. deswegen besonders interessant sein, weil es sich hier um eine Emulgatorklasse besonders ausgeprägter Ökoverträglichkeit handelt. Dabei ist es z. B. zur Steuerung der Phaseninversion in die erfindungsge­ mäß beschriebenen Temperaturbereiche auch möglich anteilsweise andere Emul­ gatorhauptkomponenten, z. B. Niotensidverbindungen mit stärker ausgeprägtem Phaseninversionsverhalten mit zu verwenden. In Betracht kommen z. B. die schon mehrfach erwähnten Oligo-Alkoxylat-Verbindungen, insbesondere entsprechende Verbindungen vom Typ der Oligo-Ethoxylatkomponenten. Möglich ist es allerdings auch diese Variation der verbesserten Steuerbarkeit des Phaseninversionsverhal­ tens durch eine entsprechende Oligo-Alkoxylierung der APG-Komponenten selber einzustellen. Durch geeignete Auswahl der APG-Komponenten nach Art und Men­ ge als Hauptemulgator und Co-Emulgatoren, z. B. heute üblicher W/O-Invert-Emul­ gatoren, können aber auch hier ohne weitere Hilfsstoffe mit Emulgatorwirkung die erfindungsgemäßen Anforderungen erfüllt werden.

Ohne Anspruch auf Vollständigkeit seien aus den hier aufgezählten Stoffklassen geeigneter Emulgatorkomponenten zusätzlich die folgenden Vertreter benannt: Die (Oligo)-Alkoxylate von lipophile Reste enthaltenden Grundmolekülen können sich insbesondere von ausgewählten Vertretern aus den nachfolgenden Klassen der li­ pophile Reste enthaltenden Grundmoleküle ableiten: Fettalkohole, Fettsäuren, Fettamine, Fettamide, Fettsäure- und/oder Fettalkoholester und/oder -ether, Alka­ nolamide, Alkylphenole und/oder deren Umsetzungsprodukte mit Formaldehyd so­ wie weitere Umsetzungsprodukte von lipophile Reste enthaltenden Trägermolekü­ len mit niederen Alkoxiden. Wie angegeben können die jeweiligen Umsetzungs­ produkte auch wenigstens anteilsweise Endgruppen-verschlossen sein. Beispiele für Partialester und/oder Partialether mehrfunktioneller Alkohole sind insbesondere die entsprechenden Partialester mit Fettsäuren, beispielsweise von der Art der Gly­ cerinmono- und/oder -diester, Glykolmonoester, entsprechende Partialester oligo­ merisierter mehrfunktioneller Alkohole, Sorbitanpartialester und dergleichen sowie entsprechende Verbindungen mit Ethergruppierungen. Auf das umfangreiche Fachwissen kann hier verwiesen werden. Solche Partialester und/oder -ether kön­ nen insbesondere auch Grundmoleküle für eine (Oligo)-Alkoxylierung sein.

Wie zuvor schon ausgeführt, ist ein wesentliches Bestimmungselement für die er­ findungsgemäße Lehre, daß die Emulgatoren/Emulgatorsysteme in ihrer Einsatz­ menge im Mehrkomponentengemisch auf den hier vorliegenden Anteil an Ölphase abgestimmt sind. Bevorzugte Emulgatormengen liegen dementsprechend in dem Bereich von gleich/größer 1 Gew.-%, vorzugsweise in dem Bereich von 5 bis 60 Gew.-% - bezogen jeweils auf die Ölphase. Für das praktische Arbeiten haben sich die folgenden Mengenbereiche für die erfindungsgemäß eingesetzten Emulgato­ ren/Emulgatorsysteme - wiederum bezogen auf die Ölphase - als besonders ge­ eignet erwiesen: 10 bis 50 Gew.-%, zweckmäßigerweise 15 bis 40 Gew.-% und insbesondere Mengen in dem Bereich von 20 bis 35 Gew.-%. Hier liegen also - ver­ glichen mit konventionellen W/O-Invertemulsionssystemen des erfindungsge­ mäß betroffenen Arbeitsbereiches - vergleichsweise größere Emulgatormengen vor. Das muß aber zu keinem Nachteil führen: Einerseits kann auf diesem Wege - wie zuvor angegeben - die notwendige Ölmenge im Wasser/Öl-Gemisch gegen­ über der heutigen Praxis stark abgesenkt werden, ohne hierdurch Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Zum anderen ist der zuvor dargestellte Sachverhalt zu be­ rücksichtigen, daß ausgewählte Ölphasen - beispielsweise dargestellt an den Fett­ alkoholen - eine Doppelfunktion übernehmen können und damit sowohl Ölphase als auch gleichzeitig wirksamer Co-Emulgator im erfindungsgemäß formulierten System sind. Es leuchtet ein, daß auch aus diesem Gesichtspunkt sich völlig neue Ansätze zur System- und Prozeßoptimierung im Sinne der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung ableiten.

Zur Auswahl der Ölphasen gelten über die bisher gemachten Angaben hinaus noch die folgenden Ergänzungen: Die - zunächst emulgatorfreie - Ölphase soll zum we­ nigstens überwiegenden Anteil unlöslich in der wäßrigen Emulsionsphase und da­ bei vorzugsweise auch schon bei Raumtemperatur fließ- und pumpfähig sein. Flammpunkte der Ölphasen oberhalb von 50 bis 60°C, vorzugsweise gleich/größer 80 bis 100°C und insbesondere gleich/größer 120°C, sind erwünscht beziehungs­ weise bevorzugt. Es kann weiterhin zweckmäßig sein, Ölphasen zu verwenden, die im Temperaturbereich von 0 bis 10°C eine Brookfield(RVT)-Viskosität von nicht mehr als 55 mPas und vorzugsweise von nicht mehr als 45 mPas aufweisen. Inso­ weit kann auf die zitierte einschlägige Literatur zu modernen W/O-Invertemulsionen verwiesen werden. Insbesondere wird hier Bezug genommen auf die Offenbarung der eingangs genannten EP-Druckschriften der Schutzrechte der Anmelderin, de­ ren Offenbarung hiermit ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Er­ findungsoffenbarung gemacht wird.

Entsprechendes gilt auch für die als Bohrschlamm ausgebildeten Gemische aus wäßriger Phase, Ölphase, Emulgatoren und üblichen Zusatzstoffen. Hier gilt insbe­ sondere, daß das als Bohrschlamm ausgebildete Gemisch im Temperaturbereich von 10 bis 15°C oberhalb der Grenztemperatur zwischen Emulsionsmittelphase und W/O-Invertbereich eine Plastische Viskosität (PV) nicht größer 100 mPas auf­ weist. Bevorzugt sind entsprechende Bohrschlämme, deren PV-Wert nicht größer als 80 mPas ist und insbesondere im Bereich von 30 bis 45 mPas liegt. Die Fließ­ grenze (YP) erfindungsgemäß aufgebauter Bohrschlämme soll im Temperaturbe­ reich von 10 bis 15°C oberhalb der Grenztemperatur zwischen Emulsionsmittel­ phase und W/O-Invertbereich nicht größer als 80 lb/100 ft² sein. Bevorzugte Werte für diese Fließgrenze (YP) liegen hier bei Werten nicht größer 50 lb/ft² und insbe­ sondere im Bereich oberhalb 4 bis 5 lb/ft², z. B. im Bereich von 10 bis 25 lb/ft².

Der jeweils zweckmäßige Gesamtaufbau des fließfähigen Hilfsmittels im Sinne der erfindungsgemäßen Lehre richtet sich im übrigen nach den heute üblichen Anfor­ derungen der Praxis. Auch hier kann insoweit auf den umfangreichen druckschrift­ lichen Stand der Technik verwiesen werden, der im Rahmen der Erfindungsbe­ schreibung insbesondere zu den W/O-Invertspülungen benannt ist. Entsprechende Abmischungen im Sinne der Erfindung enthalten also beispielsweise als Bohr­ schlamm zusätzlich in diesem Einsatzgebiet übliche Hilfsstoffe wie Viskositätsbild­ ner, fluid-loss-Additive, feinteilige Beschwerungsstoffe, Salze, gewünschtenfalls Al­ kalireserven und/oder Biocide. Nähere Angaben, die auch für die erfindungsgemä­ ße Ausgestaltung von Bohrspülungen gelten, finden sich beispielsweise in der EP 374 672. Auch die Mitverwendung wasserlöslicher Methylglykosidverbindungen in der wäßrigen Phase fällt in den Rahmen der Erfindung, vgl. hierzu beispielsweise PCTWO 94/14919.

Auf eine Besonderheit sei in diesem Zusammenhang eingegangen, die sich auf an sich bekanntes Wissen des hier betroffenen Fachgebietes stützt, in der Zusam­ mensetzung bisheriger W/O-Invertspülungen jedoch in der Regel keine Rolle ge­ spielt hat:
Es ist bekannt, daß Wasser-basierte Emulsionsspülungen und insbesondere Spül­ systeme vom O/W-Typ durch Mitverwendung von wasserlöslichen Polymerverbin­ dungen auch im vergleichsweise niedrigen Temperaturbereich gegen ein uner­ wünschtes Absetzen dispergierter Feststoffanteile der Spülung stabilisiert werden können. Geeignete wasserlösliche Polymerverbindungen sowohl natürlichen als auch synthetischen Ursprungs sind hier grundsätzlich geeignet. Auf das einschlä­ gige Fachwissen kann hier verwiesen werden.

Die erfindungsgemäße Lehre sieht die Möglichkeit vor, gegebenenfalls auch die Bohrspülung als Ganzes außerhalb des Einsatzbereiches soweit abzukühlen, daß hier die Phaseninversion zur O/W-Emulsionsspülung stattfindet. Hier gelten dann für die hinreichende Stabilisierung des Systems die aus diesem Arbeitsbereich gül­ tigen Regeln, so daß also insbesondere hier die Mitverwendung solcher stabilisie­ render wasserlöslicher Polymerverbindungen und/oder auch Wasser-quellbarer Tone miterwogen werden kann. Ihre Gegenwart im Zustand der W/O-Invertspülung im heißen Arbeitsbereich stört nicht.

Ausführliche Sachinformationen zum Aufbau von Arbeitsflüssigkeiten der erfin­ dungsgemäß betroffenen Art und insbesondere Wasser-basierten bzw. Öl-ba­ sierten Bohrspülungen sowie zu den in diesem Zusammenhang in der Praxis verwendeten Hilfsstoffen finden sich beispielsweise in dem eingangs genannten Fachbuch George R. Gray und H. C. H. Darley "Composition in Properties of Oil Well Drilling Fluids", 4. Auflage, 1980/81, Gulf Publishing Company, Houston. Im hier betroffenen Sachzusammenhang wird insbesondere verwiesen auf die Kapitel 1 "Introduction to Drilling Fluids" und Kapitel 11 "Drilling Fluids Components".

Charakteristisches Merkmal für alle Hilfsflüssigkeiten und insbesondere Bohrspü­ lungen im Sinne der erfindungsgemäßen Definition bleibt trotz Mitverwendung aller an sich bekannten Hilfsstoffe: Durch die richtige Auswahl und Abstimmung der Emulgatoren/Emulgatorsysteme nach Art und Menge, insbesondere auf die Be­ schaffenheit der eingesetzten Ölphase, bildet sich im Kontakt mit dem Erdreich-Inne­ ren und der sich hier einstellenden hohen Arbeitstemperatur wenigstens an der Kontaktfläche von heißem Erdreich/Emulsion die W/O-Invertphase oberhalb der Emulsionsmittelphase aus. Außerhalb des Arbeitsbereiches im Erdreich-Inneren ist die Temperaturabsenkung vorgesehen, wobei wiederum die Auswahl und Abstim­ mung der zuvor genannten Parameter das Verhalten der hier befindlichen Anteile der Bohrspülung in ihrer Gesamtheit oder in davon nochmals abgetrennten Antei­ len in unterschiedlichster Weise gesteuert werden kann. Letztlich kann damit die eingangs formulierte erfindungsgemäße Zielvorstellung in bisher nicht bekannter Weise verwirklicht werden.

Die nachfolgenden Beispiele schildern konkrete Ausführungsformen der erfin­ dungsgemäßen Lehre, ohne diese darauf zu beschränken.

Beispiele

Die nachfolgenden Beispiele 1 bis 7 stellen zunächst einmal Rahmenrezepturen zusammen, die durch das Grundsystem Ölphase/Wasser bzw. wäßrige Pha­ se/Emulgator bzw. Emulgatorsystem gekennzeichnet sind. Während die Rezeptur des Beispiels 1 sich auf diese Grundkomponenten einschränkt, werden in den nachfolgenden Beispielen 2 bis 7 praxisübliche Zusatzkomponenten aus dem Be­ reich der Bohrspülschlämme mitverwendet.

In den tabellarischen Zusammenfassungen dieser Beispiele sind dann dem jeweili­ gen System die ermittelten Zahlenwerte für den Temperaturbereich der Phasenin­ version - PIT/°C - zugeordnet. Dabei ist der PIT-Bereich jeweils durch seine Tem­ peraturuntergrenze und Temperaturobergrenze gekennzeichnet.

Die experimentelle Ermittlung der Phaseninversionstemperatur erfolgt dabei durch Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit der wäßrigen Emulsionen in Abhängig­ keit von der Temperatur. Einzelheiten zur Versuchsdurchführung finden sich in den im Allgemeinen Beschreibungsteil bereits benannten Druckschriften EP 0 345 586 und EP 0521 981.

In den Rezepturen dieser Beispiele sind einige der jeweils eingesetzten Kompo­ 20141 00070 552 001000280000000200012000285912003000040 0002019733710 00004 20022nenten durch ihre Handelsnamen identifiziert. Dazu gilt im einzelnen:

Ölphasen:

Cetiol OE: Etheröl auf Basis Di-n-Octylether;
OMC 586: Ölphase auf Basis eines Estergemisches aus im wesentlichen gesättigten Fettsäuren auf Basis Palmkern und 2-Ethylhexanol, das zum weitaus über­ wiegenden Teil auf C_12/14-Fettsäuren zurückgeht;
Mineralöl Ha-359: low-aromatic Mineralöl-Fraktion für Invert-Spülungen;

Emulgatoren:

Dehydol LT5: C_12-18-Fettalkohol mit 5 EO;
CETIOL HE: Polyol-Fettsäure-Ester auf Basis Polyoxyeth­ ylen-Glyceryl-Monococoat;
DEHYMULS SML: Sorbitan-Monolaurat;
Eumulgin EP4: Oleylalkohol + 4 EO;
Lutensol
TO5 bzw. TO7: Isotridecylalkohol + 5 EO bzw. + 7 EO;
Dehydol 980: C_10-14-Fettalkohol + 1,6 PO + 6,4 EO;
RS 1100: Sojapolyol 85 + 61 EO;
Ez-Mul NTE: W/O-Invert-Emulgator, Handelsprodukt der Fa. BAROID, Aberdeen;

Hilfsstoffe:

Geltone II: Organophiler Bentonit;
Duratone: Organophiler Lignit;
Tylose VHR sowie CMC E HVT: Kaltwasserlösliche Polymerverbindungen auf Basis Carboxymethylcellulose;
Natrosol Plus: Kaltwasserlösliche Polymerverbindung auf Basis Hydroxyethylcellulose (HEC).

Die darüberhinaus in den Tabellen aufgezählten Zusatzstoffe sind aus ihrer chemi­ schen Identifizierung heraus verständlich.

Beispiel 1

Es werden mengengleiche Abmischungen der Ölphase auf Etherbasis und Wasser beziehungsweise einer 5 gew.-%igen wäßrigen Lösung von CaCl₂ unter Einsatz eines nichtionischen Emulgators nach üblicher Arbeitsweise homogenisiert. An den jeweiligen Emulsionen wird dann die elektrische Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt und damit der Temperaturbereich der Phaseninversion bestimmt. Im einzelnen gelten hier die folgenden zahlenmäßigen Daten:

Beispiel 2

In drei Vergleichsversuchen wird die Abhängigkeit des PIT-Bereiches grundsätzlich vergleichbarer, im einzelnen jedoch abgewandelter Systeme bestimmt. Dabei gilt im einzelnen:
Die Etherölphase und der Emulgator entsprechen in allen Ansätzen den Verbin­ dungen des Beispiels 1. Zusammen damit werden jetzt aber übliche Hilfsstoffe aus dem Bereich der beschwerten Bohrschlämme als Zusatzkomponenten einge­ mischt. Die Abweichungen der drei Ansätze dieses Beispiels kennzeichnen sich wie folgt:

Beispiel 2a

Verhältnis Ölphase/wäßrige Phase (5%iges CaCl₂) in gleichen Gewichtsmengen.

Beispiel 2b

Der Anteil der Ölphase wird gegenüber der wäßrigen Phase stark abgemagert (12 Gewichtsteile auf 41 Gewichtsteile wäßrige Phase). Dabei wird in der Rezeptur kein Kaltwasser-löslicher Verdicker mitverwendet.

Beispiel 2c

Die Grundrezeptur des Beispiels 2b wird beibehalten, jedoch mit den folgenden Abwandlungen: Der Salzgehalt der wäßrigen Phase wird von 5 Gew.-% CaCl₂ auf 30 Gew.-% CaCl₂ angehoben, zusätzlich wird eine Kaltwasser-lösliche Polymer­ verbindung als Verdicker der wäßrigen Phase auch im niederen Temperaturbereich beigemischt.

An allen Stoffgemischen wird der Temperaturbereich der Phaseninversion (PIT/°C) bestimmt. Darüber hinaus wird die Viskosität der Stoffgemische einmal bei einer Temperatur deutlich unterhalb des PIT-Bereiches - Viskosität bei 25°C - und zum anderen bei einer Temperatur deutlich oberhalb des PIT-Bereiches - Viskosität bei 70°C - bestimmt.

Im einzelnen gilt:

Ersichtlich wird auch hier die deutliche Absenkung des PIT-Bereiches durch Steige­ rung der Salzkonzentration in der wäßrigen Phase (Beispiel 2c gegenüber Beispiel 2b). Die niedere Viskosität des Mehrstoffgemisches im Zustand der wasserba­ sierten O/W-Spülung bei Temperaturen unterhalb der PIT (Beispiel 2b) wird durch die Mitverwendung der geringen Menge an polymerem Verdicker auf HEC-Basis aufgefangen.

Beispiel 3

Die nachfolgenden Beispiele 3a und 3b modifizieren die Ölphase des jeweiligen Mehrkomponentengemisches. Eingesetzt wird jetzt das Esteröl OMC 586. Dabei wird - unter Anlehnung an die Grundrezepturen des Beispiels 2 - die Ölphase und die Wasserphase mengengleich (Beispiel 3a) eingesetzt und nachfolgend (Bei­ spiel 3b) das O/W-Verhältnis wieder sehr stark abgemagert. Für beide Stoff­ mischungen wird der Temperaturbereich der Phaseninversion bestimmt.

Beispiel 4

In Anlehnung an die Rezeptur des Beispiels 3b wird eine Esteröl-basierte Spülung zusammengestellt und der Temperaturbereich der Phaseninversion bestimmt. Da­ bei sind in der nachfolgenden tabellarischen Zusammenstellung die beiden gemes­ senen Bereichswerte im aufsteigenden Temperaturast (PIT/°C "aufwärts") und im absteigenden Temperaturast (PIT/°C "abwärts") getrennt aufgeführt.

Weitere Proben dieses Mehrkomponentengemisches werden jetzt zunächst einer konventionelle Alterung durch Behandlung für den Zeitraum von 16 Stunden im Autoklaven - im sogenannten roller-oven - unterworfen. Dabei wird die Alterung an einer Probe - Beispiel 4b - bei einer Temperatur von 250°F vorgenommen, die Al­ terung einer weiteren Probe erfolgt bei einer Temperatur von 300°F - Beispiel 4c.

An den gealterten Mustern werden jetzt die jeweiligen Temperaturbereiche der Phaseninversion ("aufwärts" und "abwärts") bestimmt. Die nachfolgende tabellari­ sche Zusammenstellung zeigt, daß zwar eine gewisse Einwirkung der Alterung auf den PIT-Bereich festzustellen ist, die Abweichungen halten sich jedoch in Grenzen, die aus dem Gesichtspunkt des praktischen Einsatzes vertretbar sind.

Beispiel 5

In den beiden nachfolgenden Ansätzen wird die Ölphase nochmals ausgetauscht. Zum Einsatz kommt jetzt ein lineares Olefin "LAO (C_14/16)", das als Handelspro­ dukt auf dem Markt ist und zum Einsatz als Ölphase für W/O-Invertspülungen in der Praxis verwendet wird.

In Anlehnung an die Ansätze des Beispiels 3 werden - bei gleichem Emulgator - zwei Spülungsansätze miteinander verglichen, die einmal die Ölpha­ se/Wasserphase im Verhältnis 1 : 1 enthalten (Beispiel 5a), zum anderen die Öl­ phase in einem stark abgemagerten Mengenverhältnis aufweisen. Die jeweils be­ stimmten Temperaturbereiche für die Phaseninversion - PIT/°C ("aufwärts") und PIT/°C ("abwärts") - sind in der nachfolgenden Tabelle den jeweiligen Rezepturan­ sätzen zugeordnet.

Beispiel 6

In den nachfolgenden Ansätzen wird - unter Beibehaltung der Ölphase aus dem Beispiel 5 - das Emulgatorsystem geändert. Zum Einsatz kommt hier eine Emul­ gatorkombination aus einem vergleichsweise hydrophilen Polyol-Fettsäureester Cetiol HE, der in Kombination mit einem stärker hydrophoben Co-Emulgator (De­ hymuls SML) verwendet wird.

Die Beispiele 6a und 6b arbeiten dabei mit Ansätzen der Ölphase/wäßrige Salz­ phase von 1 : 1 und sonst identischen Mengen an Zusatzstoffen, verändern jedoch das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten der Emulgatorkombination. Der Vergleich der jeweils bestimmten Temperaturbereiche für die Phaseninver­ sion - PIT/°C ("aufwärts") und PIT/°C ("abwärts") - zeigt, daß über die Variation der Men­ genverhältnisse der Emulgatorkomponenten zueinander eine deutliche Steuerung der sich jeweils einstellenden PIT-Bereiche möglich wird. Die optimierte Anpassung des beziehungsweise der PIT-Bereiche an konzeptionelle Vorgaben wird damit technisch ermöglicht.

Der Ansatz des Beispiels 6c variiert - im Sinne der vorherigen Beispiele - wieder­ um das Öl/Wasser-Verhältnis im Ansatz in Richtung auf eine vergleichsweise Öl-arme Stoffmischung, gleichwohl ist auch hier der im praktischen Einsatz geforderte W/O-Inversions-Bereich nicht nur in der heißen Bohrung, sondern auch in ver­ gleichsweise kühleren Außenbereichen der Zirkulierung der Bohrspülflüssigkeit gewährleistet.

Beispiel 7

Unter Einsatz des Emulgatorengemisches aus Beispiel 6 und einer Ölphase auf Basis des Esteröles OMC 586 werden zwei Bohrspülungssysteme mengenmäßig so aufeinander abgestimmt, daß die Phaseninversionstemperatur jeweils in dem Bereich von etwa 20 bis 30°C liegt.

Dabei wird das eine Spülungssystem mit gleichen Mengenanteilen an Ölphase und wäßriger 30 gew.-%iger Calciumchloridlösung gewählt - Beispiel 7a -, während im zweiten Fall mit einem Gewichtsverhältnis der Wasserphase zur Ölphase von etwa 2 : 1 gearbeitet wird.

Die Zusammensetzung der jeweiligen Spülungssysteme und der ermittelte Tempe­ raturbereich der Phaseninversion - PIT/°C ("aufwärts") und PIT/°C ("abwärts") - sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt.

Beispiel 8

Unter Einsatz der vergleichsweise Öl-armen Mehrkomponentenmischung gem. Beispiel 7b mit ihrem Temperaturbereich der Phaseninversion von etwa 20 bis 25°C werden eine Mehrzahl von Bohrspülsystemen auf Basis heute bekannter Öl­ phasen für das Gebiet der W/O-Invert-Bohrspülungen zusammengestellt. Dann werden am ungealterten und am gealterten Material die Viskositätskennwerte wie folgt bestimmt:
Messung der Viskosität bei 50°C in einem Fann-35-Viskosimeter der Firma Baroid Drilling Fluids INC. Es werden in an sich bekannter Weise bestimmt die Plastische Viskosität (PV), die Fließgrenze (YP) sowie die Gelstärke (lb/100 ft²) nach 10 sec. und 10 min.

Die Alterung der jeweiligen Bohrspülung gem. der Standardrezeptur aus Beispiel 7b wird durch Behandlung für den Zeitraum von 16 h bei 250°F im Autoklaven - im sogenannten roller-oven - vorgenommen.

Nachfolgend sind die in der jeweiligen Rezeptur eingesetzten Ölphasen identifiziert und die am ungealterten und am gealterten Material bestimmten Kennzahlen in der tabellarischen Zusammenfassung aufgeführt.

Die ausgetesteten Mehrkomponentengemische entsprechen dabei jeweils der nachfolgenden Rezeptur:

Ölphase	76,5 g
Cetiol HE	7,9 g
Dehymuls SML	9,2 g
CaCl2-Lösung (30%ig)	157,5 g
Bentonit	0,9 g
Geltone II	1,8 g
Duratone HT	2,7 g
Barite	193,5 g

Beispiel 8a

Als Ölphase kommt hier Rüböl als Triglycerid natürlichen Ursprungs zum Einsatz. Die am ungealterten und am gealterten Material bestimmten Kennzahlen sind in der nachfolgenden tabellarischen Zusammenfassung aufgeführt.

Beispiel 8b

Als Ölphase kommt hier der Di-n-Octylether Cetiol OE zum Einsatz. Die am unge­ alterten und am gealterten Material bestimmten Kennwerten sind wie folgt:

Beispiel 8c

Als geschlossene Ölphase kommt jetzt Isotridecyl-Alkohol zum Einsatz. Die am Sy­ stem bestimmten Werte sind wie folgt:

Beispiel 8d

Die hier eingesetzte Ölphase ist das Handelsprodukt XP07 der Firma Baroid, eine fließfähige Ölphase auf Basis gesättigter Paraffine.

Die bestimmten Wertzahlen sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Beispiel 8e

Als Ölphase kommt hier ein αOlefin C_14/16 (70/30) vom LAO-Typ zum Einsatz. Die am gealterten und ungealterten System bestimmten Maßzahlen sind die Folgen­ den:

Beispiel 8f

Als Ölphase wird hier das Esteröl OMC 586 eingesetzt. An der ungealterten und der gealterten Spülung werden die folgenden Kennzahlen bestimmt:

Beispiel 9

Die nachfolgende Tabelle faßt in den Beispielen 9a, 9b und 9c Rezepturen für Bohrspülemulsionen zusammen, in denen als Ölphase jeweils das Esteröl OMC 586 zusammen mit einer 30%igen wäßrigen Lösung von CaCl₂ zum Einsatz kommt. Die jeweils eingesetzten Emulgatorengemische aus Emulgatorhauptkom­ ponente und Co-Emulgator sind ebenso wie die weiteren üblichen Mischungskom­ ponenten der Bohrspülemulsionen in der nachfolgenden Tabelle den Beispielen 9a bis 9c benannt und zugeordnet. In dieser Tabelle sind schließlich die am jeweili­ gen Mehrstoffgemisch bestimmten PIT-Temperaturbereiche angegeben.

Beispiel 10

Die Versuchsansätze dieses Beispiels - 10a bis 10g - setzen übereinstimmend in allen konkreten Rezepturen als Co-Emulgator einen W/O-Invert-Emulgator des Handels (Ez-Mul NTE der Fa. Baroid, Aberdeen) ein, der in der heutigen großtech­ nischen Praxis der Invertbohrspülungen Einsatz findet.

Dieser Co-Emulgator wird mit unterschiedlichen Emulgatorhauptkomponenten im Sinne der erfindungsgemäßen Definition kombiniert. Dabei werden die nachfolgend - den Ölphasen - jeweils zusammen mit 30 gew.-%iger wäßriger Calciumchloridlö­ sung - zum Einsatz gebracht:

Beispiel 10a

Mineralöl Ha-359.

Beispiele 10b bis 10e

Esteröl OMC 586.

Beispiele 10f und 10g

Lineares alpha-Olefin (LAO C_14/16 (70/30)).

Zusammen mit diesen Komponenten werden übliche Abmischungskomponenten für Bohrspülemulsionen eingemischt, die nach Art und Menge der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen sind. In dieser Tabelle sind auch die jeweils bestimmten Temperaturbereiche der Phaseninversion (PIT/°C) zugeordnet.

Beispiel 11

Unter Einsatz der Esterölphase OMC 586 und einer 30 gew.-%igen wäßrigen Cal­ ciumchloridlösung als Flüssigphase werden in 5 Versuchsansätze die jeweils ein­ gesetzten Öl/Wasser-Verhältnisse (Vol.-%) variiert. Es kommen die folgenden Öl/Wasser-Mischungsverhältnisse zum Einsatz: 40/60; 50/50; 60/40; 70/30; 80/20.

Als Emulgatorsystem wird in allen Ansätzen eine Abmischung von Lutensol TO5 als Emulgatorhauptkomponente und Ez-Mul NTE als Co-Emulgator verwendet.

Die nachfolgende Tabelle faßt zunächst die jeweils in dem Versuchsansatz vorlie­ genden Mengenanteile der 5 geprüften Abmischungen zusammen. An diesen Mehrkomponentengemischen werden dann jeweils vor Alterung (BHR) sowie nach Alterung (AHR) die Rheologie-Werte Plastische Viskosität (PV in mPas), Yield Point (YP in lb/100 ft²) und die Gelstärke (Gel 10''/10' in lb/100 ft²) bestimmt. Die Alterung der jeweiligen Bohrspülung erfolgt in konventioneller Weise bei 250°F für den Zeitraum von 16 Stunden im roller-oven. Die Bestimmung der Viskositätsdaten erfolgt ebenfalls in konventioneller Weise, s. hierzu im einzelnen die Angaben des Beispiels 8.

Tabelle zu Beispiel 11

Beispiel 12

Die nachfolgende Tabelle zeigt Versuchsreihen im Sinne der Erfindung unter Ein­ satz von Emulgatorsystemen, die APG-Verbindungen als Bestandteil der Emulga­ torhauptkomponente(n) bzw. als alleinige Emulgatorhauptkomponente verwenden. Als APG-Komponente kommt dabei das von der Anmelderin unter dem Handels­ namen APG 600 vertriebene C_12-16-APG-Produkt zum Einsatz. Co-Emulgator ist in beiden Fällen auch hier wieder der in großtechnischem Einsatz befindliche W/O-Invertemulgator Ez-Mul NTE.

Die nachfolgende Tabelle zeigt die Zusammensetzung der Bohrspülemulsionen in Gew.-%, sowie die Temperaturbereiche (PIT/°C aufwärts) für die Phaseninversion.

Beispiel 13

In weiteren Versuchen werden Bohrspül-Invertemulsionen unter Einsatz bzw. Mit­ verwendung von Rüböl als Triglycerid natürlichen Ursprungs untersucht. Das Bei­ spiel 13a setzt dabei Rüböl als alleinige Komponente der Ölphase ein. Beispiel 13b verwendet eine Abmischung von 1 Gewichtsteil Rüböl und etwas mehr als 4 Ge­ wichtsteilen des Esteröls OMC 586 als Ölphase.

Die jeweilige gewichtsmäßige Zusammensetzung (in g) der beiden geprüften Emulsionsansätze findet sich in der nachfolgenden Tabelle. Gem. den Angaben des Beispiels 8 werden beide Bohrspülemulsionen bei 250°F für einen Zeitraum von 16 Stunden gealtert und dann bei 50°C in der in Beispiel 8 geschilderten Weise zu ihren wesentlichen Rheologiedaten untersucht. Die jeweils gefundenen Zahlen­ werte vor Alterung (BHR) und nach Alterung (AHR) sind in der nachfolgenden Ta­ belle den jeweiligen Spülungsansätzen zugeordnet.

Den nicht gealterten und den gealterten Spülungsansätzen sind schließlich die er­ mittelten PIT-Temperaturen zugeordnet. Dabei sind als Zahlenwert die Temperatu­ ren benannt, bei der die Leitfähigkeit 0 mS/cm erreicht.

Tabelle zu Beispiel 13a und 13b

Beispiel 14

Zur Bestimmung der Reinigungsleistung des erfindungsgemäßen Verfahrens wer­ den Feststoffe mit Invert-Bohrspülsystemen benetzt und anschließend in einer Zentrifuge behandelt.

Es werden jeweils 10 g Ton-cuttings (mittlere Korngröße 1-5 mm) für 15 Minuten bei 50°C in 100 ml der Invert-Bohrspülungen 14a (normale Invertspülung) und 14b (Bohrspülung mit PIT bei 40 °C) getaucht. Die Zusammensetzung der Bohrspülung gen findet sich in der Tabelle 14.

Anschließend werden die cuttings auf ein Sieb gegeben; man läßt 1 Minute unter gelegentlichem Schütteln abtropfen und wiegt dann die ölbeladenen cuttings, um die Menge der anhaftenden Bohrspülung zu ermitteln. Die cuttings werden dann in ein Zentrifugenglas überführt, auf dessen Boden sich 2 cm hoch Watte befindet, um abgeschleuderte Spülung aufzusaugen, und 1,5 Minuten lang bei 1800 min¹ zentrifugiert.

Danach wird durch Extraktion mit Methylenchlorid der Rest an hydrophoben Be­ standteilen (in erster Linie Ester und ggf. Emulgator) von der Oberfläche der cut­ tings entfernt. Die Methylenchloridfraktion wird eingedampft. Im Rückstand verblei­ ben die hydrophoben Bestandteile.

Die Menge an extrahierten hydrophoben Bestandteilen lag im Falle der Spülung 14a bei 10 Gew.-% (bezogen auf die Menge an ursprünglich an den cuttings an­ haftender Spülung), im Falle der Spülung 14b aber nur bei 5 Gew.-%.

Tabelle 14 Bohrspülung A (normale Invertspülung)

OMC 586	250 ml
EZ-Mul NTE	12 g
Duratone HT	16 g
Geltone II	1,0 g
Lime	2,0 g
wäßriges CaCl2 (30%ig)	80 ml
Baryt	200 g

Bohrspülung B (Bohrspülung mit PIT bei 40°C)

OMC 586	176 ml
Lutensol TO 7	14 g
EZ-Mul NTE	1,8 g
Bentonit	0,9 g
Geltone II	1,8 g
Duratone HT	2,7 g
wäßriges CaCl (30%ig)	130 ml
Baryt	193 g

Claims (23)

1. Verfahren zur Erleichterung der Entsorgung von fließ- und pumpfähigen Ar­ beitsmitteln auf Basis Emulgatoren enthaltender W/O-Invert-Emulsionen - ins­ besondere entsprechenden Hilfsmitteln aus dem Bereich des Erdreichaufschlusses, wie ölbasierten W/O-Invert-Bohrspülungen - und zur vereinfachten Reinigung damit verschmutzter Feststoffflächen, gewünsch­ tenfalls unter Mitverwendung fließfähiger Spülhilfen, dadurch gekennzeich­ net, daß man durch Auswahl und Abstimmung der Emulgato­ ren/Emulgatorsysteme auf die Ölphase der Invert-Emulsion eine tempera­ turgesteuerte Phaseninversion im Temperaturbereich unterhalb der Ein­ satztemperaturen der W/O-Invert-Emulsionen, aber oberhalb der Verfesti­ gung der wäßrigen Phase durch Einfrieren sicherstellt und die Entsorgung bzw. Reinigung im Temperaturbereich der Phaseninversion und/oder bei da­ runterliegenden Temperaturen vornimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man vor und/oder bei der Reinigung der verschmutzten Feststoffflächen die Abküh­ lung wenigstens der abzutrennenden bzw. abzuwaschenden Invert-Emulsion auf den Bereich der Phaseninversionstemperatur (PIT) sicherstellt, wobei bevorzugt das zu reinigende Gut oder wenigstens die abzuwaschen­ den Rückstände der Invert-Emulsion auf Temperaturen unterhalb des PIT-Bereiches abgekühlt werden.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine wenigstens weitgehende Abtrennung der Feststoffe von bei Arbeitstempe­ raturen fließ- und pumpfähigen Anteilen des zu reinigenden Gutes unter Einwirkung erhöhter Schwerkraft erfolgt, wobei diese Trennung bevorzugt mittels Zentrifugen, Dekantern und/oder Zyklonen vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wäsche der verschmutzten Feststoffflächen mit Wasser-basierten Spülhil­ fen, insbesondere mit kaltem Wasser vornimmt, dessen Temperatur unter­ halb des PIT-Bereiches der abzuspülenden Emulsionsreste liegt, wobei der Waschvorgang durch Eintrag mechanischer Energie beschleunigt werden kann.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wäsche als Sprühwäsche, vorzugsweise als Überdruck-Sprühwäsche aus­ bildet, wobei der Einsatz von Mehrstoffdüsen aus dem Bereich der Luftzer­ stäubung bevorzugt sein kann.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Restanteilen des Bohrschlammes beladenes Bohrklein (Cuttings) aus der Erdreichbohrung der Reinigung und insbesondere dem Waschverfahren zuführt, das gewünschtenfalls mehrstufig ausgebildet sein kann.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit zeit­ lich kurzfristig begrenzten Waschstufen gearbeitet wird, wobei die bevor­ zugte Zeitdauer der jeweiligen Waschstufe im Minutenbereich, vorzugsweise bei maximal etwa einer Minute liegt.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Cutting-Wäsche abgetrennte flüssige Waschgut der Phasentrennung in den Öl-basierten und den Wasser-basierten Anteil unterworfen wird, die we­ nigstens anteilig zur Wiederverwendung rückgeführt werden können, wäh­ rend eine dabei gegebenenfalls zusätzlich anfallende überwiegend feinteili­ ge Feststoffe enthaltende Fraktion bevorzugt entsorgt wird.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man in den W/O-Invert-Emulsionen Emulgatoren bzw. Emulgatorsysteme verwen­ det, die im jeweils betroffenen Mehrkomponentengemisch zur temperaturge­ steuerten Phaseninversion bei einer Phaseninversionstemperatur (PIT) oberhalb 5 bis 10°C und vorzugsweise unterhalb 100°C führen.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die PIT des Mehrkomponentengemisches auf Werte im Temperaturbereich von 15 bis 80°C, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 60°C und insbesondere im Temperaturbereich von 25 bis 50°C eingestellt wird.

11. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Mehrkomponentensystem Emulgatoren/Emulgatorsysteme verwendet wer­ den, die wenigstens anteilsweise, vorzugsweise zum wenigstens überwie­ genden Anteil nichtionischer Struktur sind und/oder sowohl nichtionische Strukturelemente als auch an ionische Strukturelemente in der Molekül­ struktur miteinander verbinden.

12. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehr­ komponentige Emulgatorsysteme, insbesondere zur erleichterten Anpas­ sung der PIT an den im praktischen Einsatz vorgegebenen Temperaturbe­ reich verwendet werden, wobei Abmischungen aus Emulgator-Haupt­ komponenten mit vergleichsweise stärker ausgeprägter Hydrophilie und Co-Emulgatoren erhöhter Lipophilie bevorzugt sein können.

13. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Emul­ gator-Hauptkomponenten mit HLB-(number)Werten des HLB-(number)Be­ reiches von 6 bis 20, vorzugsweise von 7 bis 18, eingesetzt werden, die in einer bevorzugten Ausführungsform gemeinsam mit stärker lipophilen Co-Emulgatoren mit - bezogen auf die Emulgator-Hauptkomponente(n) - niedri­ geren HLB-(number)Wert zum Einsatz kommen.

14. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtionische Emulgatorkomponenten (Emulgator-Hauptkomponenten und/oder Co-Emulgatoren) Vertreter aus wenigstens einer der nachfolgen­ den Stoffklassen verwendet werden:
(Oligo)-Alkoxylate - insbesondere Ethoxylate und/oder Propoxylate - von li­ pophile Reste enthaltenden und zur Alkoxylierung befähigten Grundmole­ külen natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs, wobei die Alkoxylate auch Endgruppen-verschlossen sein können, Partialester und/oder Partial­ ether mehrfunktioneller Alkohole mit insbesondere 2 bis 6 C-Atomen und 2 bis 6 OH-Gruppen und/oder deren Oligomere mit lipophile Reste enthalten­ den Säuren und/oder Alkoholen, Alkyl(poly)Glykoside langkettiger Alkohole, Fettalkohole natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs, Oligo-Aminoamide langkettiger Fettsäuren mit anionischer Modifizierung, Alkylol­ amide, Aminoxide und Lecithine.

15. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulgatoren/Emulgatorsysteme in ihrer Einsatzmenge im Mehrkomponen­ tengemisch auf den hier vorliegenden Anteil an Ölphase abgestimmt sind und dabei bevorzugt in Mengen gleich/größer 1 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von 5 bis 60 Gew.-% (bezogen jeweils auf Ölphase) verwendet werden, wobei besonders bevorzugte Mengenbereiche für diese Emulgato­ ren - wiederum bezogen auf die Ölphase - wie folgt definiert sind: 10 bis 50 Gew.-%, 15 bis 40 Gew.-% und insbesondere 20 bis 35 Gew.-%.

16. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Ölpha­ sen beziehungsweise Ölmischphasen verwendet werden, die wenigstens anteilsweise - bevorzugt zum wenigstens überwiegenden Anteil - den nach­ folgenden Stoffklassen zugeordnet sind:
Gesättigte Kohlenwasserstoffe (geradkettig, verzweigt und/oder zyklisch), olefinisch ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Aromaten, Naphthene, Carbon­ säureester 1- und/oder mehrwertiger Alkohole, Ether, Acetale, Kohlensäu­ reester, Fettalkohole, Silikonöle, (Oligo)-Amide, (Oligo)-Imide und (Oligo)-Ketone.

17. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die PIT-Regulierung an Mehrkomponentensystemen vorgenommen wird, deren Mengenverhältnis (Volumenteile) von Wasser-basierter Phase (W) zu Öl­ phase (Öl) in den folgenden Bereichen liegt: 90 bis 10 W /10 bis 90 Öl, be­ vorzugt 85 bis 20 W /15 bis 80 Öl.

18. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der wasserbasierte Anteil (W) (Vol.-% bezogen auf Mischung W/Öl) gleich/größer 30 bis 35%, vorzugsweise gleich/größer 40%, weiterhin bevorzugt gleich/größer 50% und dabei insbesondere im Bereich bis 80% liegt.

19. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der PIT an Bohrschlämmen für die landgestützte und/oder bevor­ zugt off-shore-Erbohrung von Erdreich, insbesondere zur Erschließung von Öl- und/oder Gasvorkommen vorgenommen wird, wobei Bohrschlämme mit einer PIT im Temperaturbereich gleich/kleiner 50°C und insbesondere im Bereich von 20 bis 35°C besonders bevorzugt sein können.

20. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die PIT des Gesamtsystems derart auf die Einsatzbedingungen des Bohrschlammes abgestimmt wird, daß die mit Bohrschlamm beladenen cuttings nach ihrer Abtrennung vom Bohrschlamm durch eine Wäsche mit kaltem Wasser - ins­ besondere mit Meerwasser - unter Phaseninversion W/O zu O/W gereinigt werden können.

21. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die PIT-Regulierung an Bohrschlämmen vorgenommen wird, die im Temperaturbe­ reich von 10 bis 15°C oberhalb der Grenztemperatur zwischen Emulsions-Mittel­ phase und W/O-Invertbereich eine plastische Viskosität (PV) nicht grö­ ßer 100 mPas, vorzugsweise nicht größer 80 mPas, insbesondere im Be­ reich von 30 bis 45 mPas und eine Fließgrenze (YP) nicht größer 80 lb/100 ft², vorzugsweise nicht größer 50 lb/ft² und insbesondere im Bereich von 10 bis 25 lb/ft², aufweisen.

22. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß thixotrop eingedickte W/O-Invertsysteme der Regulierung und Einstellung ih­ res PIT-Bereiches unterworfen werden.

23. Anwendung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 22 zur erleichterten Rei­ nigung und Entsorgung des mit Restanteilen des Bohrschlammes beladenen Bohrkleins (cuttings) aus der Erdreich-Erbohrung bei und/oder bevorzugt vor dessen on-shore- oder off-shore-Deponierung.