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Verfahren zur Verbesserung von für Bohrzwecke dienenden Tonspülmitteln
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung von für Bohrzwecke dienenden
Tonspülmitteln, vorzugsweise zur Regelung der rheologischen und Filtrationseigenschaften
dieser Mittel.
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Bekannt sind Verfahren zur chemischen Behandlung von Xonspülmitteln
mit Lignosulfonaten, indem man z.B. ein aus einem Erdalkalimetallkatione enthaltenden
Ton hergestellteg Tonspülmittel mit Lignosulfonaten, die zuvor mit Ätznatron behandelt
waren, versetzt (US-Patentschrift 3 007 864). Oder man benutzt zum Regeln der Zähigkeit
der Tonspülmittel ein Sulfitlaugenkonzentrat (Lignosulfonat-onzentrat), das vorher
mit Heißluft oxydiert oder durch vorheriges Ausfällen der Sulfitlaugeligno sulfonate
mittels Erdalkalimetallhydroxid gewonnen war (US-Patentschriften 2 901 429 und 2
491 436).
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Andererseits sind Verfahren zur chemischen Behandlung von Tonspülmitteln
mit Aluminiumverbindungen, z.B. durch Zusatz von Calciumaluminat oder wasserlöslichem
Aluminat bekannt (US-Patentschriften 2 167 455 und 2 336 595); diese Verfahren dienen
jedoch lediglich zur Verhinderung von Einstürzen in der Bohrung sowie zur Erhöhung
der Gelatiniereigenschaften von Bentonit-Ton-Gemi schen.
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Schließlich sind auch Verfahren zur Behandlung von Tonspülmitteln
mit einem Umsetzungsprodukt von Lignosulfonaten und Aluminiumsalzen, z.B. Aluminiumsulfat,
bekannt (US-Patentschrift 2 771 421).
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Jedes dieser Verfahren ist zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften
der Tonspülmittel bestimmt. Die Lignosulfonate benutzenden Verfahren ermöglichen
eine Verflüssigung der Tonspülmittel nur im Falle einer Eindickung. Da die ltignosulfonate
einen sehr schwachen Einfluß auf das Filtriervermögen der Tonspülmittel ausüben,
mußten diesbezügliche Verfahren kombiniert werden mit der Benutzung von kostspieligen
Wasserabgabe-Erniedrigungsmitteln, wie Carboxymethylcellulose oder Polyakrylaten,
die aber die Zähigkeit der Gonspulmittel erhöhen, wodurch eine wesentliche Verdünnung
derselben bei der Bearbeitung erforderlich wird.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bezweckt die Beseitigung
der erwähnten Nachteile durch L?ntwicklung eines
wirtschaftlich
durchführbaren Verfahrens zur chemischen Behandlung von Tonspülmitteln mittels einer
Kombination von Lignosulfonaten und wasserlöslichen Aluminiumverbindungen, die in
die Tonspülmittel in solcher Reihenfolge und in solch geringen Mengen eingeführt
werden, daß sowohl die mit Süßwasser hergestellte@wie auch mineralisierte Tonspülmittel
nicht nur verdünnt, sondern auch deren Wasserabgabe erheblich gesenkt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man bei der
chemischen Behandlung von Tonspülmitteln in diese außer den Lignosulfonaten gesondert
auch wasserlösliche Alu-
miniumverbindungenreinfuhrt, daß jeder der beiden Stoffe unmittelbar auf die Tonteilchen
einwirkt.
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Es ist zweckmäßig, die Lignosulfonate in einer Menge von 1,5 bis 8
Gew.% und die wasserlöslichen Aluminiumverbindungen in einer Menge von 0,3 bis 1,5
Gew.% einzuführen. Als wasserlösliche Aluminiumverbindung wird vorzugsweise Natriumaluminat
verwendet.
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Die Lignosulfonate und wa sserlö slichen Aluminiumverbindungen können
unmittelbar nacheinander in das Tonspülmittel eingeführt werden. Auch kann einer
der Zusatzstoffe in das onanmachwasser, der andere in das gewonnene Tonspülmittel
eingeführt werden. Ferner können die Lignosulfonate und wasserlöslichen liuminiumverbindungen
in getrennte Anteile der Tonspülmittel
unter nachfolgendem Zusammenmischen
eingeführt werden.
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Das Wesen der erfindungsgemäßen Behandlung der Gonspülmittel besteht
vermutlich in folgendem: Das Kristallgitter eines Tonteilchens besteht aus Siliciumoxid-
und Aluminiumoxid-Tetraedern. Die Oberflächenabschnitte der durch Aluminiumoxid
gebildeten Tonteilchen besitzen dank ihrem basischen Charakter das Vermögen, sich
leicht durch Lignosulfonsäure zu stabilisieren, wodurch das Entstehen einer chemischen
Verbindung mit dem Säuremolekül bedingt wird. Die durch Siliciumoxid gebildeten
Oberflächenabschnitte der Tonteilchen verbleiben dagegen als schwach geschützte
Bereiche, wodurch die Instabilität des Tonspülmittels bedingt wird. Beim Einführen
der Aluminiumverbindungen in das Tonspülmittel wird auf den durch Siliciumoxid gebildeten
Oberflächenabschnitten der Tonteilchen eine Schutzschicht aus iluminiumhydroxid
erzeugt, das den schwachgeschützten Oberflächenabschnitt der Tonteilchen absperrt.
Bei der nachfolgenden Adsorbtion von Lignosulfonsäuren wird die ganze Tonteilchenoberfläche
in eine geschützte umgewandelt; diese Schutzschicht gewährleistet die Erseugung
eines Tonspülmittela mit üblichen rheologischen Eigenschaften, nämlich hohes Beweglichkeit
und Thixotropie sowie geringer Wasserabgabe.
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Die erfindxngsgemäße Behandlung von aus Kaíktonbereiteten
Spülmitteln
erfolgt ohne besondere Schwierigkeiten: die Flüssigkeit wird verdünnt, wobei gleichzeitig
die Wasserabgabe sinkt.
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Bei der Behandlung von aus Natrontonsorten mit Süßwasser hergestellten
Spülmitteln erfolgt dagegen eine unerwünschte, mehr oder weniger intensive Zwischeneindickung;
dieser Eindickungsvorgang kann jedoch durch eine zusätzliche Behandlung mit Verdünnungsmitteln,
z.B. mit Natriumhumat oder mit Kalk, wesentlich abgeschwächt werden, Das erfindungsgemäße
Verfahren gewährleistet die Erzeugung von Tonspülmitteln mit normalen rheologischen
Eigenßhaften und geringer Wasserabgabe unabhängig von der Tonsorte und der chemischen
Zusammensetzung der Spülmittelfiltrate, -z.B. bei Anwesenheit von Natriumchlorid
und Calciumsulfat bis zur Sättigung in den Tonspülmitteln. Ausgenommen sind hochkonzentrierte
Gemische ein- und mehrwertiger Kationen.
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Bei Bereitung der Spülmittel aus Natrontonsorten wird dem
Anmachwasser zweckmäßigerweise Kalk oder eine geringe Menge (etwa 3%) Natriumchlorid
zugesetzt; enthält jedoch das Tonspülmittel Calciumsulfat, so braucht kein Kalk
zugesetzt werden.
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Beispiel 1:
Einem aus
mit SüBwasser bereiteten Spülmittel setzte
man 10 Gew.% eines Kohle-Alkali-Reagenzes
(bezogen auf das Flüssigkeitsvolumen des Spülmittels) zu, das aus 15 Gew.% Braunkohle
und 2,5 Gew.% ätznatron (bezogen auf die Wassermenge) bestand. Danach wurden nacheinander
3,5 Gew.% Calciumlignoat und 1,1 Gew.% Natriumaluminat eingeführt.
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Das erhaltene Spülmittel wies folgende Kennzahlen auf:
Zähigkeit nach der Normtrichtermethode (T) 54 sec
nach 1 min (#1) 30 mp/cm2 dass. nach 10 min ( ) 155 mp/cm2 Wasserabgabe W (Filter
PI 75 mm, Druckgefälle 1 at) nach 30 min 5,4 cm3.
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Nach Sättigung mit Natriumchlorid und Zusatz von 13% Wasser
hatten sich die Kennzahlen
praktisch kaum geändert; sie betrugen: T = 58 sec; #1 = 40 mp/cm2; #10 = 185 mp/cm2;
W = 5,3 cm3.
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Beispiel 2: Eine Tonsuspension wurde durch
Anmachen von
mit 3%-iger wässriger Natriumchloridlösung, die 7,5% Calciumlignosulfonat enthielt,
bereitet. Mit Ansteigen der Zähigkeit, die durch das Verdünnen der Tonsuspension
verursacht wurde, wurde 1,2 Gew.% Natriumaluminat zugegeben. Das erhaltene Spülmittel
zeigte folgende Kennwerte: T = 61 sec; #1 = 12 mp/cm2; #10 = 83 mp/cm2; W = 1,9
cm3.
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Nach Sättigung Mit Natriumchlorid und Zusatz von 8,8% Wasser ergaben
sich folgende Kennwerte: T - 57 sec; 81 s 15 mp/cm2; #10 @ 67 mp/cm2; W - 1,1 cm3.
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Beispiel 3t
Das Tonspülmittel bereitete iaan aus
Ton unter Zusatz einer 3%igen Natriumchloridlösung, die 5,6 Gew.% Calciumlignosulfonat
und 0,3% Calciumhydroxid enthielt. Mit Ansteigen der Zähigkeit wurden 0,7 Gew.%
Na-@ triumaluminat zugegeben. Das erhaltene Spülmittel hatte die Kennwerte: T =
48 sec; #1 = 31 mp/cm2; #10 = 98 mp/cm2; W = 3,2 cm3
Nach Sättigung de@
mit Natriumchlorid und Zusatz von 5% Wasser waren die Kennwerte wie folgt verändert:
T = 56 sec; #1 = 22 mp/cm2; #10 = 112 mp/cm2; W = 4,6 cm3.
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Beispiel 4: Das Tonspülmittel wurde mit gesättigter Natriumchloridlösung
bereitet. Beim Umlauf des Spülmittels in den Spülrinnen der Bohranlage wurden an
der Bohrung
gleichzeitig, aber an verschiedenen Stellen der Binnen 7,5 Gew.% Calciumlignosulfonat
und 1,2 Gew.% Natriumaluminat zugegeben. Während des Umlaufs des Tonspülmittels
in der Bohrung erfolgte das Durchmischen aes Spülmittels. Das erhaltene Spülmittel
hatte folgende Kennwerte: T = 34 sec; #1 = 24 mp/cm2; #10 = 79 mp/cm2-; W = 2,2
cm3
Beispiel 5: Das Tonspülmittel bereitete man mit Süßwasser, dem
7,6 Gew.% Calciumlignosulfonat zugesetzt waren. Mit dem Anmachen des Tons und dem
Ansteigen der Zähigkeit wurden dem Spülmittel
0,3 Gew.% Natriumaluminat und de@ erhaltenen
noch 1,1 Gew.% Aluminiumchlorid bis zur Erreichung des pH-Wertes von 5,9 zugesetzt.
Danach wurden noch 1,5 Gew.% Calciumchlorid zugeführt. Die Kennwerte des erhaltenen
Spülmittels betrugen: T = 39 sec: #1 = 10 mp/cm2; #10 = 51 mp/cm2; W = 3,5 cm3.
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Durch die oben angeführten Beispiele ist nachgewiesen, daß das erfindungsgemäße
Verfahren die Erzeugung von
ees, die eine geringe Zähigkeit, normale strukturelle Eigenschaften und geringe
Wasserabgabe aufweisen, gewährleistet, wodurch die technologischen Vorschriften
zum Niederbringen von Bohrungen eingehalten werden.
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Durch die Benutzung von billigeren Reagenzien in geringen Mengen ist
das erfindungsgemäße Verfahren zur chemischen Behandlung von
auch wirtschaftlich betrachtet, vorteilhaft.