DE2418115C3

DE2418115C3 - Dispergiermittel zum Dispergieren von kolloidalem, festem Asphalt in ölfreiem Wasser und seine Verwendung

Info

Publication number: DE2418115C3
Application number: DE2418115A
Authority: DE
Inventors: Leroy L. Duncan Okla. Carney (V.St.A.)
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1973-04-20
Filing date: 1974-04-13
Publication date: 1978-08-24
Also published as: IT1007976B; CA1027008A; NL7404533A; DE2462132A1; FR2226461A1; DE2462132B2; DE2462132C3; FR2226461B1; DE2418115A1; US3896031A; DE2418115B2; GB1453250A

Description

Die Erfindung betrifft ein Dispergiermittel aus einem Gemisch eines Fettsäurederivates und Zellstoffabiauge zum Dispergieren von kolloidalem festem Asphalt in Jj ölfreiem Wasser sowie seine Verwendung.

Wäßrige Lösungen, die kolloidale Suspensionen von festen Stoffen enthalten, werden in der Industrie für verschiedene Anwendungen benutzt Beispielsweise werden oft verschiedene feste Stoffe in Rohrleitungen λο von einem Ort zu einem anderen in Form kolloidaler Suspensionen in wäßrigen Trägerflüssigkeiten transportiert. Auch werden bei Erdölbohrungen wäßrige Bohrflüssigkeiten oder solche auf Wasserbasis verwendet, die kolloidale Suspensionen verschiedener fester Stoffe enthalten.

Bei unterirdischen Bohrungen werden Bohrflüssigkeiten sowohl auf ölbasis als auch auf Wasserbasis verwendet, welche Flüssigkeiten Beschwerungsstoffe und andere Zusätze enthalten, die den Flüssigkeiten die jeweils gewünschten Eigenschaften geben. Bei auf dem Meer durchgeführten sogenannten Off-shore-Bohrungen werden im allgemeinen Bohrflüssigkeiten auf Wasserbasis verwendet, um die Gefahr von Verunreinigungen zu verringern, falls die Bohrflüssigkeiten in das die Bohrstelle umgebende Wasser eindringen. Um die Wirkungsweise derartiger wäßriger Bohrflüssigkeiten zu verbessern und insbesondere eine bessere Schmierung des Bohrmeißels und des Bohrstranges zu ermöglichen und Störungen im Bohrloch, wie Zusammenballungen, drückender Schiefer, Bohrlochvergrößerungen usw., /u vermeiden, sind kolloidale Suspensionen von Asphalt in den Bohrflüssigkeiten üblich. Da kolloidale Asphaltstoffe in Wasser wedc löslich nocli direkt dispergierbar sind, war es bisher zur Bildung der '>"> gewünschten Suspensionen notwendig, zuerst die Asphaltstoffe einer ölmenge. ζ. Β Dieselöl, zuzusetzen Lind dann das Ol und die Feststoffe mit der Bohrlochflüssigkeit zu einer Öl-Wasser-Emulsion zu mischen. Im Hinblick auf die Ökologiebestrebungen, beispielsweise zur Vermeidung von ölverschmutzungen des die Off-shore-Bohrstellen umgebenden Wassers, ist die Verwendung von öl zur Herstellung von Suspensionen von Asphaltstoffen in wäßrigen Bohrflüssigketten unerwünscht Wenn außerdem die Asphaltstoffe in einer wäßrigen Bohrflüssigkeit mittels einer öl-Wasser-Emulsion suspendiert werden, sind sie in der inneren ölphase der Emulsion enthalten und können sich nicht in der gewünschten Weise auf den Wandungen des Bohrlochs usw. ablagern.

Aus der US-Patentschrift 27 14 582 ist es bereits bekannt Asphalt in ölfreiem Wasser mittels eines Schutzkolloids und eines Dispergiermittels zu dispergieren. Als Dispergiermittel sind in dieser Druckschrift auch Zellstoffablaugeprodukte, gegebenenfalls unter Zusatz von Seifen von Fetten und ölen ^-^iannt Bei diesen vorbekannten, asphalthaltigen Zusammensetzungen handelt es sich jedoch um Trockenmischungen von fein zerteiltem Asphalt unter Zusatz der Dispergiermittel und des Schutzkoüuides, wobei diese Trockenmischung in Wasser leicht redispergierbar ist Als Hauptanwendungszweck in dieser Druckschrift ist die Verwendung bei der Herstellung von Faserplatten und bei der Papierherstellung genannt Diese vorbekannten, redispergierbaren Trockenmischungen bilden jedoch nur relativ stabile, kolloidale Dispersionen, d.h. ihre Stabilität reicht nur dazu aus, daß sie bei der Herstellung von Papier bzw. Faserplatten eingesetzt werden können. Demgegenüber ermöglichen die erfindungsgemäßen Dispergiermittel die Herstellung von Dispersionen von kolloidalen Asphaltfeststoffen, welche wesentlich stabiler sind und sich auch nach längerer Zeit nicht absetzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und ein neues Dispergiermittel für das Dispergieren oder Bilden kolloidaler Suspensionen von festem Asphalt in ölfreiem Wasser, d. h. ohne Zusatz von öl zu schaffen, so daß die Herstellung von wäßrigen Bohrflüssigkeiten mit kolloidalen Suspensionen von Asphaltfeststoffen ohne öl möglich wird.

Das erfindungsgemäße Dispergiermittel aus einem Gemisch eines Fettsäurederivates und Zellstoffablauge zum Dispergieren von kolloidalem festem Asphalt in ölfreiem Wasser zeichnet sich dadurch aus, daß das Fettsäurederivat ein Amid einer gesättigten oder ungesättigten Fettsäure von etwa 14 bis 18 Kohlenstoffatomen ist

Die Zellstoffablauge ist ein Abfailprofukt des in der Zel'stoffindustrie verwendeten Sulfit- oder Kraftprozesses und berieht vorzugsweise aus Sulfitablauge. Bekanntlich wird beim Sulfitprozeß Holz unter Druck in einer wäßrigen Lösung gekocht, die eine Sulfitverbindung, z. B. Natriumbisulfit und häufig auch schweflige Säure enthält. Es sind auch Ammonium-, Kalzium- oder Magnesiumbisulfite hierbei üblich. Während des Kochens des Lignozellulose enthaltenden Holzes gehen die Sulfitverbindungeii eine Reaktion mit dem Lignin ein, wobei Zellulose freigestellt wird, die als Pulpe oder Holzstoff von der Lauge getrennt wird. Die nach der Trennung verbleibende Sulfitablauge ist eine wäßrige Lösung von Ligninsulfosäure. Holzzucker und anorganischen Verbindungen.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Dispergiermittels zur Bildung 'on wäßrigen Bohrfliissigkeiten wird nicht nur den heutigen Anforderungen der

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Ökologie Genüge geleistet, sondern es können solche Bohrflüssigkeiten auch bedeutend wirtschaftlicher hergestellt und verwendet werden als die bisher benutzten ölhaltigen, wäßrigen Bohrflüssigkeiten,

Die neuen Dispergiermittel bilden kolloidale Suspensionen von Asphalt in ölfreien, wäßrigen Lösungen und Bohrflüssigkeiten und werden vorteilhaft zur Bildung von ölfreien, wäßrigen Bohrflüssigkeiten mit kolloidalen Suspensionen von Asphaltstoffen verwendet

Die erfindungsgemäßen Dispergiermittel für die Dispersion von kolloidalem Asphalt in ölfreien, wäßrigen Lösungen bestehen vorzugsweise aus Oleyl-Amiden und Sulfitablauge.

Es können auch andere Amide als Oleyl-Amide verwendet werden. Solche Amide werden aus gesättigten und ungesättigten Fettsäuren hergestellt und enthalten etwa 14 bis 18 Kohlenstoffatome pro Molekül. Die Fettsäuren können aus Linolensäure, Stearinsäure, Palmitinsäure. Myristinsäure und Myristoleinsäure bestehen, ohne auf diese beschränkt zu sein.

Die Amide können mittels verschiedener üblicher Methoden hergestellt werden. Beispielsweise können Fettsäure und Phosphortrichlorid als Ausgangsprodukte miteinander in Reaktion gebracht werden und bilden ein Zwischenchlorid, das seinerseits in Reaktion mit N-Methyltaurin gebracht wird, um das Amid zu bilden. Das N-Methyltaurin kann dadurch erkälten werden, daß Natriumbisulfit mit Äthylenoxyd in Reaktion gebracht wird, wodurch ein Zwischenprodukt entsteht, das seinerseits mit Monomethylamin in Reaktion gebracht wird.

Bei Herstellung ues erfindungsgemäßen Dispergiermittels wird die Sulfitablauge vorzugsweise in einer Menge von etwa 25 bis 75 Gewichtsprozent der Mischung mit dem benutzten Amü' gemischt Bei Konzentrationen über und unter diesem Bereich nimmt die Wirksamkeit des Dispergiermittels ab. Die Mischung kann in flüssiger Form zum Dispergieren von kolloidalem festem Asphalt in wäßrigen Lösungen verwendet werden. Zweckmäßig wird sie in üblicher <to Weise getrocknet, z. B. durch Sprühtrocknen, um ein im wesentlichen trockenes festes Produkt zu erhalten.

Ein bevorzugtes Dispergiermittel ist ein im wesentlichen trockenes Produkt das durch Mischung von Oleyl-Amid mit Sulfitablauge erhalten worden ist, die in der Mischung in einer Menge von etwa 50 Gewichtsprozent vorhanden ist, worauf die Mischung sprühgetrocknet wird.

Das erfindungsgemäße Dispergiermittel kann zum Dispergieren von kolloidalem Asphalt in wäßrigen, ölfreien Lösungen verwendet werden, der sonst normalerweise in Wasser nur dispergierbar ist, wenn er zuerst in öl usw. dispergiert worden ist. Das Dispergiermittel hat eine größere Affinität zu öl als zu Asphalten. Infolgedessen bewirkt der Zusatz von öl zu einem wäßrigen System, das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Dispergiermittels dispergieren Asphalt enthält, daß der Asphalt agglomeriert und dadurch das Dispergiermittel unwirksam macht Deshalb liegt der Zusatz von öl zu einem das beschriebene Dispergier- wi mittel enthaltenden wäßrigen System nicht im Rahmen dieser Erfindung.

Die erfindungsgemäßen Dispergiermittel können zum Bilden von Additiven für die Herstellung von kolloidalen Suspensionen von festen Asphaltstoffen in ». ölfreien. wäßrigen Lösungen, z. B. Bohrflüssigkeiten, auf Wasserbasis, verwendet werden. Solche Additive bestehen aus einer Mischung von kolloidalen Asphaltstofffen und einem erfindungsgemäßen Dispergiermittel.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Dispersionsmittel zur Bildung eines Additivs ist das Dispersionsmittel vorzugsweise in dem Additiv in einer Menge von etwa I bis 50 Gewichtsprozent enthalten. Bei der Konzentration des Dispersionsmittels in dem Additiv unter 1 Gewichtsprozent ergibt sich eine ungenügende Dispersion der Asphaltstoffe und bei Konzentrationen des Dispersionsmittels über 50% ist überschüssiges Dispergiermittel vorhanden. Ein Gehalt des Dispersionsmittels in dem Additiv von etwa 4 Gewichtsprozenten des Additivs ist am besten geeignet

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung zur Bildung der Additive werden als Asphaltstoffe bekannte bituminöse Substanzen verwendet, wie Naturasphalte oder Erdöldestillationsrückstände, die durch Dampfdestillation und bzw. oder Luftblasen erhalten wurden. Der vorzugsweise verwendete Asphalt ist bei Temperaturen bis zu etwa 127°C fest und kann in üblicher Weise zerkleinert werden, um die erforderlichen kolloidalen Partikeln zu erhalten.

Bei Verwendung der oben beschriebenen Additive zum Bilden von ölfreien, wäßrigen Bohrflüssigkeiten mit kolloidalen Suspensionen von Asphaltstoffen wird das Additiv in einer Menge von etwa 0,5 bis 2 Gewichtsprozent unmittelbar mit der wässrigen Bohrflüssigkeit vermischt Im allgemeinen wird das Additiv mit der Bohrflüssigkeit vermischt, während diese zirkuliert was eine unmittelbare Dispersion der kolloidalen Asphaltstoffe in der Bohrflüssigkeit bewirkt.

Die unter Verwendung der beschriebenen Additive hergestellten wäßrigen Bohrflüssigkeiten sind den bisher bekannten und verwendeten wäßrigen Bohrflüssigkeiten insofern wesentlich überlegen, als sie kein öl enthalten und sich die suspendierten Asphaltstoffe rasch auf dem ausgebohrten Material und auf der Bohrlochwandung ablagern. Hierdurch wird eine bessere Kontrolle der Flüssigkeitsverluste sowie eine Verbesserung der anderen Eigenschaften der Bohrflüssigkeiten erreicht Außerdem sind die verbesserten Bohrflüssigkeiten wirtschaftlicher herzustellen und zu verwenden als die bisher als Bohrflüssigkeiten benutzten öl-Wasser-Emulsionen, weil weder OI noch Emulgierungsmittel erforderlich sind. Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Aus 60 Gew.-Teilen einer Sulfitzellstoffabiauge mit einem Trockensubstanzgehalt von 15% und 40 Gew.-Teilen des Oleylarnids von N-Methyltaurin wird in einem Mischer eine Suspension hergestellt.

Das Oleylamid von N-Methyltaurin wird durch Umsetzung von ölsäure mit Phosphortrichlorid, Gewinnung des Ölsäurechlorides und anschließende Umsetzung des ölsäurechlorids mit N-Methyltaurin hergestellt

15 Gew.-Teile der zuvor hergestellten Suspension des erfindungsgemäßen Dispergiermittels werden mit 85 Gew.-Teilen fein /.erteilten Teilchen aus Asphalt, der einen Erweichungspunkt von über I25°C besitzt, in einem Mischer unter Bildung eines Additivs vermischt. Bei der Eingabe dieses Additivs aus Dispergiermittel und festen Asphaltteilchen in eine wäßrige Bohrflüssigkeit ergibt sich eine ausgezeichnete Suspendierung der Asphaltteilchen.

Beispiel 2

Die gemäß Beispiel 1 hergestellte flüssige Suspension des Dispergiermittels wird in einem Sprühtrockner bei einer maximalen Lufteinlaßtemperatur von 220⁰C sprühgetrocknet. Hierbei wird ein körniges Produkt erhalten. Dieses körnige Produkt wird mit den in Beispiel 1 verwendeten, festen Asphaltteilchen, die kolloidale Abmessungen besitzen, in einem Trommelmischer vermischt, wobei 4 Gew.-Teile des festen Dispergiermittels mit 96 Gew.-Teilen Asphaltteilchen eingesetzt werden. Bei der Eingabe des auf diese Weise erhaltenen Additivs in eine wäßrige Bohrflüssigkeit ergibt sich eine ausgezeichnete kolloidale Suspension von festen Asphaltteilchen.

Beispiel 3

Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird wiederholt, wobei N,N-Diäthanol-Ölsäureamid verwendet wird. Hierbei werden die gleichen, günstigen Ergebnisse erhalten, d, h. nach Einsatz der wäßrigen, Asphalt und erfindungsgemäßes Dispergiermittel enthaltenden Suspensionen in einem Bohrloch tritt die wäßrige Bohrflüssigkeit aus dem Bohrloch wieder aus, ohne daß sich feste Asphaltklumpen gebildet hätten, was normalerweise der Fall ist

Beispiel 4

Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird wiederholt, wobei anstelle des dort verwendeten Oleylamids von N-Methyltaurin das N.N-Diäthanolamid von C|₆-i8-Talgsäure eingesetzt wird. Das mit diesem Amid erhaltene Dispergiermittel weis; bei der Verwendung von wäßrigen, Asphaltfeststoffe enthaltenden Bohrflüssigkeiten ausgezeichnete Dispergiereigenschaften auf.

Claims

Patentansprüche:

1. Dispergiermittel aus einem Gemisch eines Fettsäurederivates und Zellstoffablauge zum Dispergieren von kolloidalem festem Asphalt in ölfreiem Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Fettsäurederivat ein Amid einer gesättigten oder ungesättigten Fettsäure von 14 bis 18 C-Atomen ist.

2. Dispergiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zu 25 bis 75 Gewichtsprozent aus Zellstoffablauge besteht

3. Dispergiermittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Fettsäureamid 's Oleyl-Amid enthält

4. Dispergiermittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer getrockneten Mischung von Oleyl-Amid und Sulfitablauge besteht

5. Verwendung der Dispergiermittel nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Bildung eines Additivs für die Herstellung einer kolloidalen Suspension von Asphalt in einer ölfreiea. wäßrigen Lösung.

6. Verwendjng nach Anspruch 5, wobei das Dispergiermittel in dem Additiv in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsprozent enthalten ist

7. Verwendung nach Anspruch 5, wobei das Dispergiermittel in dem Additiv in einer Menge von 4 Gewichtsprozent enthalten ist

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