DE2019455A1 - Verfahren zur Verbesserung von fuer Bohrzwecke dienenden Tonspuelmitteln - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung von fuer Bohrzwecke dienenden Tonspuelmitteln

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DE2019455A1
DE2019455A1 DE19702019455 DE2019455A DE2019455A1 DE 2019455 A1 DE2019455 A1 DE 2019455A1 DE 19702019455 DE19702019455 DE 19702019455 DE 2019455 A DE2019455 A DE 2019455A DE 2019455 A1 DE2019455 A1 DE 2019455A1
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clay
water
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lignosulfonates
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DE19702019455
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Belikov Valerij A
Zuchovickij Solomon J
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VNII PRIRODNYCH GAZOV
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VNII PRIRODNYCH GAZOV
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02Well-drilling compositions
    • C09K8/04Aqueous well-drilling compositions
    • C09K8/14Clay-containing compositions
    • C09K8/18Clay-containing compositions characterised by the organic compounds
    • C09K8/20Natural organic compounds or derivatives thereof, e.g. polysaccharides or lignin derivatives
    • C09K8/203Wood derivatives, e.g. lignosulfonate, tannin, tall oil, sulfite liquor

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  • Detergent Compositions (AREA)

Description

  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • Schließlich sind auch Verfahren zur Behandlung von Tonspülmitteln mit einem Umsetzungsprodukt von Lignosulfonaten und Aluminiumsalzen, z.B. Aluminiumsulfat, bekannt (US-Patentschrift 2 771 421).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die erfindxngsgemäße Behandlung von aus Kaíktonbereiteten Spülmitteln erfolgt ohne besondere Schwierigkeiten: die Flüssigkeit wird verdünnt, wobei gleichzeitig die Wasserabgabe sinkt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Durch die Benutzung von billigeren Reagenzien in geringen Mengen ist das erfindungsgemäße Verfahren zur chemischen Behandlung von auch wirtschaftlich betrachtet, vorteilhaft.

Claims (5)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verbesserung von für Bohrzwecke dienenden Tonspülmitteln mittels Lignosulfonaten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man in die Tonspülmittel außer den Lignosulfonaten gesondertderart> auch was- serlösliche Aluminiumverbindungen/einführt, daß jeder der beiden Stoffe unmittelbar auf die Tonteilchen einwirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bis 8 Gew.% Lignosulfonate und 0,3 bis 1,5 Gew.% wasserlösliche Aluminiumverbindungen einführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lignosulfonate und die wasserlöslichen Aluminiumverbindungen unmittelbar nacheinander in das Tonspülmittel einführt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen der Zusatzstoffe in das Tonanmachwasser, den anderen In das gewonnene Tonspülmittel einführt.
5 Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lignosulfonate und die wasserlöslichen Aluminiumlösungen in getrennte Anteile der Tonspülmittel unter nachfolgendem Zusammenmischen einführt.
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