DE2732170C2 - Verfahren zur Minderung des Drehwiderstandes eines Gestänges - Google Patents

Verfahren zur Minderung des Drehwiderstandes eines Gestänges

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DE2732170C2 DE2732170A DE2732170A DE2732170C2 DE 2732170 C2 DE2732170 C2 DE 2732170C2 DE 2732170 A DE2732170 A DE 2732170A DE 2732170 A DE2732170 A DE 2732170A DE 2732170 C2 DE2732170 C2 DE 2732170C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minderung des Drehwiderstandes eines Gestänges bei der Herstellung von Bohrungen nach insbesondere öl- und Gasquellen unter Verwendung von Spülflüssigkeiten, denen perlförmige feste Partikel zugesetzt werden.
Aus der FR-PS 13 80 452 ist die Verwendung von kugelförmigen Glaspartikcln beim Versteifen von Spalten oder Durchbrochen in unterirdischen harten Schichten im Zusammenhang mit Bohrungen bekannt. Die Teilchengröße liegt im Bereich von 4,76 und 0,84 mm; ihr Einsatz zum Verfahren gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs wird weder beschrieben noch nahegelegt.
Aus der US-PS 38 27 978 ist eine thermisch isolierende Dichtungsmasse für Bohrlöcher beschrieben, die aus einer wirksamen Menge an wärmeisolierenden hohlen Glas- und Kunststoflpartikeln und einem Kohlenwasserstofföl besteht. Das Verfahren gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs wird auch in dieser Entgegenhaltung weder beschrieben noch nahegelegt. Gleiches gilt für das Verfahren gemäß der US-PS 37 00 050, in der die Verwendung der Masse gemäß US-PS 38 27 978 beschrieben wird.
US-PS 32 42 032 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von im allgemeinen kugelförmigen Glaspartikeln hoher Festigkeit, die unter anderem für die Verwendung in Bohrlöchern für das Abstützen und Offenhalten eines Flüssigkeitsflusses durch Aufbrechspalten verwendet werden sollen. Auch aus dieser Vorveröffentlichung geht jedoch ein Verfahren zur Minderung des Drehwiderstandes eines Gestänges bei der Herstellung von Bohrungen unier Verwendung von Spülflüssigkeiten, denen perlenförmige, feste Partikel zugesetzt werden, nicht hervor.
Ein Verfahren zur Verhinderung des Festfressens eines Bohrgestänges ist aus der US-PS J2 Ib 911 bekannt, wobei der Spülflüssigkeit Siahlpariikel einer bestimmten Siebgröße zugesetzt werden; «Is weiterer gleichwertiger Zusatz wird Sand beschrieben. Es wird in dieser Vorveröffentliehiing jedoch weder nahegelegt noch offenbart, daß es sieh bei dem Spülflüssigkeiieiizusutz um pcricnförmige. feste Partikel handeln soil.
Aus der US-PS 31 86 812 ist die Verwendung von kleinen Glaskugeln beim Bohren von Bohrlöchern bekannl. Hierbei werden jedoch hohle Glaskugeln verwendet, durch deren Implodieren der Vortrieb beschleunigl wird. Hierdurch wird jedoch das Verfahren gemäß Oberbegriff des Hauplanspruchs unter Verwendung von perlenförmigen, festen Partikeln ebenfalls nicht nahegelegt.
Dieses gilt gleichermaßen für das Verfahren zur Verbesserung der Bohrgeschwindigkeit gemäß US-PS 3174 561, bei dem ebenfalls Hohlkugeln verwendet werden.
Als ebenfalls zu berücksichtigender Stand der Technik könnte als eventuelles älteres Recht der Anmeldungsgegenstand gemäß der DE-OS 27 39 442 gelten, sofern diese ältere Anmeldung zum Patent führt Allerdings handelt es sich bei dem anmcldungsgcmäßen Gegenstand um einen bestimmten Bohrschlamm, der durch Gehalt an Perlen aus Kunststoffmaterial gekennzeichnet ist, die praktisch alle im wesentlichen kugelförmig und in Öl und Wasser unlöslich sind, und die gegenüber den bei Ölbohrungen auftretenden Kräften mechanisch widerstandsfähig sind. Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich durch Material, Größe und definiertem Härtemaß der erfindungsgemäß verwendeten perlenförmigen festen Partikel wesentlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs zur Verfügung zu stellen, durch das eine wesentliche Reduzierung des Drehmoments erzielbar wird. Dieses soll durch einen Zusatz zu Spülflüssigkeiten erzielt werden, der chemisch und physikalisch mit den Spülflüssigkeiten vereinigt werden kann, ohne nachteilige Auswirkungen auf die anderen Funktionen der Spülflüssigkeiten auszuüben.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens gemäß Hauptanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den An-Sprüchen 2 und 3.
Bekanntlich wird beim Bohren von öl- und Gasquellen u. ä. unter Anwendung der Drehbohrmethode ein Gestänge mit einer am unteren Ende des Gestänges angebrachten Bohrspitze rotiert und verursacht somit das Bohren eines Loches durch die Schneideelemente oder »Zähne« an der Bohrspitze. Spülflüssigkeit zirkuliert durch das Bohrrohr, tritt aus den Öffnungen in der Bohrspitze heraus und läuft dann wieder zu den Oberflächen der Arealen zwischen dem Bohrrohr und den
so Wänden des Bohrungsloches zurück. Eine derartige Zirkulation ist zum größten Teil kontinuierlich während der Bohrarbeiten und wird nur durch notwendige Arbeitsgänge, wie zum Beispiel die zusätzliche Bestückung mit einem Bohrrohrabschnitt an der Spitze des Bohrgestänges unterbrochen, oder wenn das ganze Bohrgestänge aus der Quellbohrung herausgezogen werden muß, um eine abgenutzte Bohrspitze zu ersetzen.
Die Spülflüssigkeit übt außer der Entfernung von Bohrabfällen aus der Bohrung noch viele andere Funk-
M) tioncn aus, die für eine erfolgreiche Bohroperation von großer Bedeutung sind. Diese Funktionen wurden von Rodgers (»Kompositionen und Bestandteile der ölquclldriliriüssigkeitcn«, Walter \'. Rodgers, pps. 10—18, GuII' Publishing Company, Houston, Texas, 1963)disku-
n5 licit.
Beim Bohren von Quellen ist die Verschmutzung der Spulflüssigkeil ein Resultat des Bohrens von Tonschiefer und Sandstein. Sand ist ein höchst iinerwi'mschtes
mechanisches Verschmutzungsmiltel.da Sand erheblich stärker als die meisten Stahlarten ist und seine Reibungseigenschaften übertrieben schnelle Abnutzung des Rohrkniestückes und der Kolben- und Kreiselpumpen verursachen. Höhere Sandvorkommen in der Spülflüssigkeit erhöhen die Bohrrohrfriklion, was wiederum zu erhöhten Drehmomenten und Widerständen führt Das zu schnelle Absetzen von Sand kann sogar das Steckenbleiben des Bohrrohres im Bohrloch zur Folge haben oder auch das Versagen der Kernwalzen verursachen. Sand kann außerdem auch aus der Verrohrung heraustreten und eine zufriedenstellende Zementierung verhindern. Aus diesen Gründen müssen die mit den Bohrarbeiten beschäftigten Arbeitskräfte alles in ihrer Kraft tun, um den Sand aus der Spülflüssigkeit herauszuhalten; ein Sandvorkommen von 2 bis 3 Prozent isf zulässig, wenn der Prozentsatz jedoch steigt, müssen entsprechende Schritte zur Reduzierung des Sandvorkommens getroffen werden.
Ungleichmäßige Löcher, einschließlich »Hundebeine«, Korkenzieher und nicht-vertikale Bohrlöcher sind die häufigsten Gründe für überhöhte Drehmomente und Widerstände.
Es ist besonders wichtig, daß erkannt wird, daß das Bohren von einfachen ungleichmäßigen Löchern sehr einfach unterbunden werden kann, indem ausreichende bohrtechnische Maßnahmen getroffen werden. Jedoch diktieren gegenwärtige wirtschaftliche und umweltbedingte Gegebenheiten, daß eine stets wachsende Anzahl von Quellen, Erd- sowie küstennahe Quellen absichtlich von diesem Grundsatz abweichen. In derartigen, abweichenden Löchern, wo das Bohrloch sich im Winkel zu der vertikalen Richtung befindet, muß das Gestänge gegen die Seite der Quellbohrung gestützt werden. Diese seitliche Kraft erhöht das normale Drehmoment und den Widerstand erheblich über die Werte der vertikalen Bohrung hinaus, ungeachtet der Tatsache, ob die Flüssigkeit eine öl- oder Wassergrundlage hat. Dieser Friktionseffekt nimmt heutzutage mit dem Bohren in Küstennähe an Bedeutung zu, wc 20 bis 22 Quellen von einer einzigen Plattform aus gebohrt werden und die vertikale Abweichung des Qucllenloches 60" oder mehr beträgt.
Die Geschwindigkeit, mit der das Loch gebohrt wird, hängt teilweise von der Rotationsgeschwindigkeit des Bohrrohres sowie von dem »Gewicht auf dem Boden« ab, oder der Kraft, mit der die Bohrspitze auf die Bohrlochsohle einwirkt. Diese Kraft wird durch zusätzliche Schwerstangen kontrolliert, diese haben größere Dimensionen und Massen als Bohrrohre. Es ist daher äußerst wünschenswert, die Friktion am Bohrgestänge so niedrig wie möglich und die Kraft an der Bohrspitzc so hoch wie möglich zu halten.
Es ist klar, daß hohe Rotationsfriktion oder hohe Widerstandsfriktion beim Entfernen einer Länge von Bohrgestänge zum Zwecke der periodischen Austauschung von Bohrspitzen ernstlich die Leistungsfähigkeit sowie den Wirkungsgrad einer Bohreinrichtung zum Bohren von tiefen Löchern begrenzen kann und weiterhin auch die Bohrkosten erheblich erhöht.
Beim heutigen küstennahen Bohren bestehen Gebiele, wo die Kosten für die grundsätzlichen oberirdischen Ausrüstungen sich auf $ 50 000 pro Tag oder mehr belaufen. Es ist daher wirtschaftlich wünschenswert, so schnell wie möglich und mit einem Mindestaul'wand an Ausrüstungen und Kraft zu bohren.
Moderne Spülflüssigkcilstechnologien, die sich darauf konzentrieren, die festen Lehmsubstanzen in der Spülflüssigkeit so niedrig wie möglich zu halten, tragen auch zu einem erhöhten Drehmoment und Rohrwiderstand bei. Herkömmlicher Bohrschlamm enthielt beachtliche Esstandteile von hydratisierten Bentoniten.
die als Bohrlochschmiermittel Verwendung fanden. Mit dem Erscheinen von Konirollapparaten für feste Körper und der absichtlichen Reduzierung der Bentonitbestandteilc zum Zwecke eines erhöhten Pentrationsgrades und einer niedrigen Strukturbeschädigung wurde
ίο der Schmiereffekt des Bentonitmateriales erheblich reduziert.
Sogar mit traditionellen bentonitischen Spülflüssigkeiten und Techniken hat die beim Ein- und Ausführen der Rohrlängen entstehende Friktion, die Erhöhung des Drehmomentes und der Kraft bei der Rotation des Drillbohrers, die Abnutzung und Belastung des Bohrrohres und die Gefahr von Bohrrohrverzerrungen dazu geführt, daß verschiedene Bohrflüssigkeiten näher untersucht wurden.
Dieser Vorgang hat herausgestellt, daß derartige Schmier-Bohr-Additive aus gesättigten und ungesättigten Fettsäuren, Fettsäure- und Harzsäuremischungen, natürlich erscheinenden Triglyzeriden, Aluminiumstearaten und anderen Metallen, Fettamiden, vulkanisiertes Planzoelen, sulfatierten Fettsäuren und Fettalkoholstoffcn und deren Mischungen und Lösungen oder Emulsionen in Wasser oder Primäralkohol von 12 bis 15 Kohlenstoffatomen bestehen.
Im allgemeinen wurden bisher die verschiedenen Weichfestsubstanzen einschließlich Grafit, poröser Asphalt, Gilsonit, Seife, Kunststoff (wie zum Beispiel Polyethelene oder Teflon Partikeldispersionen) als Spülflüssigkeitsschmiermittel vorgeschlagen. Eine Reihe von derartigen Substanzen, die einen bekannten Hintergrund als Grenz- oder hydrodynamische Schmiermittel in der Industrie haben, wurden als Spülflüssigkeitsschmieradditive eingeführt, wie zum Beispiel in den US-Patenten 27 73 030; 27 73 031; 30 14 862; 30 27 324; 30 47 493; 30 47 494; 30 48 538; 32 14 374; 32 42 160; 32 75 551 ;33 40 188;33 72 Π2;33 77 276; und 37 61 410. Gemahlene Walnußhülsen werden allgemein in Verbindung mil Spülflüssigkeiten zur Regelung des Zirkulationsverlustes verwendet. Es ist jedoch allgemein bekannt, daß die Einführung von spitzen Walnußhülsenstücken in die Zirkulationsflüssigkeit eine Reduzierung des Drehmomentes zur Folge hat, und daß Klebetendenzen reduziert werden. Es ist weiterhin bekannt, daß dieser Schmiereffekt sich mit der Zeit vermindert, es wird angenommen, daß dies aufgrund der chemischen Disintegration der Nußhülse in der Zirkulationsflüssigkeit geschieht. Es wurde in diesem Verfahren gezeigt, insbesondere US-Patent 29 43 679, Tabelle V, daß der Schmiereffekt von Walnußhülsen einen Höchstwert bei Gittergrößen von 4 bis 10 erreicht und schnell bei Gittergrößen von weniger als 80 abnimmt.
Bedauerlicherweise ist es beim Gebrauch von gemahlenen Walnußhülsen notwendig, die Schlammgiiter zu vermeiden, was wiederum zu einem unerwünschten Aufbau von festen Lehmsubstanzen in der Spülflüssig-
bo keil führt. Weiterhin resultiert der Gebrauch von Walnußhülsen in der Spülflüssigkeit in einem erhöhten Pumpendruck, in manchen Fällen in derartigem Ausmaß, daß Strukturen zerstreut werden und es zu einem Zirkulationsverlust kommt. Hohe Lehmsubstanzen und Walnußhülsen tragen auch zur Reduzierung des Durchdringungseffektes bei.
Der 1977-78 Führer für Bohr-, Überarbeitungs- und Fertigstellungsflüssigkeitcn, GnIf Publishing Company,
(Verlag) Houston. Texas, führt zweiundsechzig zugehörige Spülflüssigkeitsschmiermitteladditive, die von verschiedenen Spii!flüssigkeitsadditivlief~ranten angeboten werden, auf. Sämtliche dieser Zusätze, auf den oben genannten ölen und Weichschmiermittelsubstanzen aufgebaut, bezeugen das Interesse an und der Notwendigkeit für praktische und wirkungsvolle Mittel zur Reduzierung des Widerstandes und des Rotationsdrehmomentes in der Drehbohrung von Quellen. Die Herstellung von Schmiermitteladditiven wird durch die Tatsache kompliziert, daß es keine Standardmethode für die Wirksamkeitsbewertung dieser Additive durch Labortests gibt
Derartige Tests wurden vor kurzen von einer Arbeitsgruppe des »Standardisierungsausschusses für Spülflüssigkeitsmateriale des amerikanischen Petroleuminstitutes« näher geprüft Es wurde festgestellt daß das darin verwickelte Variable derartige Tests zur Bestimmung der tatsächlichen Feldleistung eines gegebenen Additives fast wertlos erscheinen lassen. Aus diesem Grunde, obwohl sich die Notwendigkeit von sinnvollen Tests mit Schmiermitteladditiven deutlich erwiesen hat, löste sich die Arbeitsgruppe auf.
Unbeachtet der Wirkung eines Spülflüssigkeitsschmiermittels in der Reduzierung der Friktion entweder in einem Laborfriktionstest oder an der Stelle, kann das Additiv nur zweckmäßig sein, wenn es dem Brauchbarkeitskriterium entspricht. Es darf die notwendigen Spülfiüssigkeitseigenschaften, entweder von chemischer oder physikalischer Natur, nicht unterbinden. In dieser Hinsicht wird erkannt, daß ein Schmiermittel Begrenzungen hat die seine Brauchbarkeit ernstlich beeinflussen können. Zum Beispiel muß ein Schmiermitteladditiv den pH- und Elektrolytvariationen, die normalerweise in Verbindung mit dem Bohren vorkommen, gegenüber tolerant sein. Einige Additive gerinnen und formen beim Vorhandensein von Kalzium eine Kugel und werden auf Tonschiefersiebgittern entfernt. Andere Additive verursachen ölbenetzung des Baryts in wasserbasischen Flüssigkeiten oder Wasserbenetzung von Baryt in ölbasischen Flüssigkeiten. In beiden Fällen könnte der Baryt aus Flüssigkeiten von niedrigem Gewicht leicht ausscheiden oder ungebührlich hohe Viskositäten in Flüssigkeiten von hohem Gewicht hervorrufen. Einige Additive verursachen ein Schäumen, mit dem Ergebnis, daß der Schlamm gasdurchdrungen wird und mit Kolbenschlammpurrjpen nicht gepumpt werden kann. Andere Additive widerstehen der Ausnässung und Dispersion in der Spülflüssigkeit und schwimmen auf den Schlammgruben oder werden durch die Siebe ausgeschieden und entfernt. Einige Additive fluoreszieren in ultraviolettem Licht und intervenieren somit mit bestimmten Arbeitsgängen. Einige der vorgeschlagenen Additive sind nur in unwirtschaftlichen Mengen wirksam. Andere Additive können möglicherweise giftige oder karzinogene Eigenschaften entwickeln oder unerwünschte Umweltbedingungen nach sich ziehen.
Im Gegensatz zu den Erwartungen, die sich aufgrund der obigen Feststellungen gebildet haben, wurde gefunden, daß, wenn nicht-weichende, kleinste feste Glaskugeln (Perlen) in die Spülflüssigkeit eindringen, eine überraschende Reduzierung im Rotationsdrchnioment und Widerstand beim Drehbohren von öl- und Gasquellen stattfindet. Wenn man die unvorherschbarcn Eigenschaften der Spülflüssigkcitsadditive in Erwägung zieht, würde man nicht erwarten, daß derartige Glasperlen tatsächlich als Friktionsreduzierniittcl in der Spülflüssickcit funktionieren würden.
Die Glasperlen gemäß der Erfindung sind bevorzugt im wesentlichen sphärisch, frei von Glasteilen, aufgebaut aus chemisch widerstandsfähigen Siliziumdioxid mit einer Härte von 5,5 auf der Mohs-Skala und einer Teilchengröße von 88 bis 44 Mikron (durch 170 Netzwerk auf 325 Netzsieben). Wenn solche Perlen einer Spülflüssigkeit durch den chemischen Fülltrichter oder durch andere Maßnahmen zugefügt werden, in Mengen zwischen 2 bis 8 Pfund pro Tonne und zusammen mit
ίο einer öl- oder wasserbasischen Flüssigkeit, hat dies eine beachtliche Reduzierung des Rotationsdrehmomentes und Widerstandes zum Resultat
Der Friktionsreduziereffekt der Glasperlen ist verwertbar in Frischwasser, gegen Kalzium geschützten Spüllaugen und in Salz- oder Seewasserspülflüssigkeiten bei allen geeigneten ph-Werten. Diese Glasperlen haben einen Erweichungspunkt von 730° C, und einem Schmelzpunkt von 871°C. Da Spülflüssigkeiten selten eine Temperatur von 260°C erreichen, braucht man eine Erweichung oder ein Schmelzen der Glasperlen während der Bohrarbeiten nicht zu erwarten.
Die Härte der Glasperlen ist erheblich geringer als die der Bohrausrüstungsstähle (530 Knoop für die Perlen, 800 bis 1760 Knoop für die Stähle). Der Härtegrad der Perlen ist derart, daß er einen nichtreibenden Effekt auf die Bohrausrüstungen ausübt, es handelt sich jedoch deutlich nicht um eine Weichsubstanz, wie es normalerweise bei Schmiermitteln der Fall ist. Materialien mit einer Härte von weniger als 3,0 neigen dazu, übereilt in der Spülflüssigkeit abzuschaben. Die in der Industrie weit verbreitete Anwendung dieser Glasperlen in Kunststoffeinspritzformkompositionen in 40% Anteilen, ohne daß Preßdüsenerosion hervorgerufen wird, weist weiterhin auf die nichtreibende Natur der Glasperlen gemäß der Erfindung hin.
Die feste Natur dieser Perlen und die Abwesenheit von Gaseinschlüssen tragen dazu bei, daß die Perlen unter dem durch die Bohrarbeiten verursachten Druck nicht pulverisieren. Die Glasperlenbeschaffenheit ermöglichi den Gebrauch in Spülflüssigkeiten mit dem Resultat einer nichtflockenden Dispersion. Die Teilgrößcnverteilting dieser Perlen (170— 325 Geflecht) ermöglicht es, daß sie ohne Entfernung durch ein 80 Geflecht-Schlammsieb erneut zirkuliert werden können. Minus-200-Geflecht-Perleii können benutzt werden, soweit erforderlich. Weder der Labor- noch der praktische Gebrauch hat gezeigt, daß die Verwendung von ungiftigen Glasperlen etwaige nachteilige Seiteneffekte auf die Spülfiüssigkeitseigenschaften ausübt.
Man ist sich noch nicht völlig bewußt, wie das erfindungsgemäße Verfahren die friktionsreduzierenden Effekte von Materialien, die sich so erheblich von denen der bisher üblichen Spülflüssigkeitsschmieradditiven unterscheiden, erreicht. Obwohl es nicht die Absicht ist, daß diese Erfindung durch etwaige Spekulationen oder theoretische Erklärungen gebunden sein soll, sollten bestimmte sich auf die chemische Beschaffenheit beziehende Eigenschaften der Glasperlen wahrgenommen werden.
Die Glasperlen gemäß der Erfindung qualifizieren sich nicht als oberflächenaktive Mittel und reduzieren auch nicht die Oberflächen- oder Interfliichenspannung tier Flüssigkeiten, auch spielen sie nicht eine Netzmitielr»llc. Sie können weiterhin auch nicht als weiche Sub-
b5 stanzen, die in der Lage sind, die Friktion durch vollen Flüssigkeitsslrom oder hydrostatischen Mechanismus reduzieren können, klassifiziert werden. Es könnte jedoch sein, daß die Mikroglasperlen als ein mechanisches
Analog von chemischen Extremdiuck-Sehmiermilieln (Browning, W. C, in »Komposition und Eigenschaften von Ölbohrungsspülflüssigkeiten«, Walter F. Rodgeis, pps. b27—630, GuIi Vcrlagsgesellschaft, Houston, Texas, 1963), arbeiten.
Der unerwartete Schmiereffckl von Glasinikrospliaren in Spülflüssigkeilen könnte jedoch möglicherweise ein obcrflachenrelativer Effekt sein, in dem die »Kis«-Struklur von gebundenem Wasser an der Glasoberfläche ein Resultat produziert, das dem von Metallstcrcalen in herkömmlichen Schmierkomposilionen (»Wasser — Eine umfangreiche wissenschaftliche Abhandlung«, Felix Frank, ED. Vol. 5 Plenum Press, New York. 1975; Williams, P. S, |our. Angewandte Chemie (London), 3, 120 (1953); Swenny, K. H. und Gecklcr, R. D„ Jour. Angewandte Physik, 25,1135,(1954)) ähnlich ist.
Die bevorzugten Glasperlen gemäß der Erfindung sind Ballontoni lmpaktperlcn, unter US-Patenlcn 23 34 578, 26 19 776, 29 45 326 und 29 47 115 hergestellt. Zur Funktion als praktisches und zweckmäßiges Additiv zum Reduzieren des Drehmomentes und Rohrwidcrstandcs bei Drehbohrarbeiten ist es bevorzugt, daß die festen Glasperlen zum Großteil 100% sphärisch sind. Die Rundform wird während der Herstellung zu ASTM 1155-53 kontrolliert. Die bevorzugten Größen der Glasperlen gemäß der Erfindung sind 170 bis 325 U. S. standard Geflecht. Die Größen werden entsprechend Mil Spc G-9954-A bestimmt. Die höchst zulässigen gebrochenen oder spitzen Teilchen betragen 3% bei Berechnung. Die Perlen sind fest ohne Gasbestandtcilc. Die Menge der versehentlich eingedrungenen Gasbestandteile wird mikroskopisch festgestellt und während der Hersteilung zu Mil G-9954 unter Gebrauch einer 1,50 rcfraktiven Indexflüssigkeil begrenzt. Die wahre Dichte der Perlen wird zwischen 2,45—2,55 mg/cm21 gehalten, und die Härte liegt bei 5,5, auf der Mohs-Skala (530 Knoop). Um eine niedrige chemische Reaktion der Silikatkalkglases in der Perlcnherstcllung zu versichern, wird der Silikagehalt über 67% gehalten, wie in ASTM C-169-57T festgelegt. Über die chemische Beständigkeit dieser Perlen wurde von Kcppel und Walker (Ind. Eng. Chem. Produktforschung, 1, 132 (1962)) berichtet. Die bevorzugten Glasperlen gemäß der Erfindung sind nicht giftig, weder in chemischer noch physikalischer Beziehung, und entsprechen sämtlichen gefahrlosen industriellen Gcbrauchsanfordcrungcn, einschließlich der US-militärischen Spezifikationen. Insbesondere haben sich diese Glasperlcnmikrosphären als verträglich in Verbindung mii Her Chemie der Wasser und öl basierten .Spülflüssigkeiten erwiesen und verursachen keine unerwünschten chemischen oder physikalischen Seiteneffekte auf die Drillflüssigkeitseigenschaftcn.
Die Brauchbarkeit und praktische Nutzbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den folgenden Feldtestbeispielen dargelegt, wobei das Verfahren dazu ausgenutzt wurde, das Drehmoment und den Widerstand während der Drehbohrarbeiten von Ölquellen zu reduzieren.
Beispiel I
Eine in Harris County, Texas, gebohrte Quelle mit einer projektierten Tiefe von 9,471 Fuß, wich bei 3000 Fuß mit einem Winkel von 19'/2Grad ab. Die Quelle wurde wieder bei 2500 m auf die Vertikale korrigiert, was zu einem Bohrloch mit einer S-geformten DoDDelkurve führte. Die Glasperlen dieser Erfindung
wurden bei 2640 in zugegeben. Der Widerstand des aus dein Loch gezogenen Rohres vor der Glasperlenzugabc berechnete sich auf 37 000 Pfund. Nachdem 4 Pfund der Perlen pro Tonne wasscrbasischcm Bohrschlamm zugegeben wurde, rcdu/.ierie sich der Widerstand auf 25 000 Pfund, eine Ermäßigung von .52,4% Widerstand. Das Drehmoment wurde ebenfalls auf 6.25% reduziert. Vor der Zugabe der Perlen hatte die Spülflüssigkeit eine Viskosität von 52Ccntipoisc und einen API Flüv sigkcitsvcrlust von 6,2 ml. Nach der Zugabe der Perlen betrug die Viskosität 52 Centipoise, und der Wasserverlust lag bei 6,0 ml. Die Zugabe der Perlen erwies sich somit im wesentlichen als ineffektiv hinsichtlich der Viskosität und Filtrierwerl der Spülflüssigkeit.
Beispiel Il
Eine Quelle wurde in Küstennähe bei Louisiana mit einer ölbasischen Spülflüssigkeit gebohrt. Bei 5300 in Tiefe wurden 4 Pfund pro Tonne der Glasperlen dieser Erfindung der ölbasischcn Spülflüssigkeit zugegeben. Der Drehmoment vor der Zugabe der Perlen wurde bei 560 Ampere abgelesen, nach Zugabe der Perlen betrug es 490 Ampere, eine Ermäßigung von 12,5%. Die Viskosilät der ölbasischen Flüssigkeit vor Zugabe der Glasperlen betrug 61 cp, nach Zugabe der Perlen lag die Viskosität bei 61 cp. Demnach haben die Glasperlen gemäß der Erfindung im Gegensatz zu den chemischen Spülflüssigkcitsschmiermittcln, eine überzeugende Wir-
3(i kung in wasser- sowie ölbasischen Spülflüssigkeiten.
Beispiel III
Eine auf 3000 m projektierte Bohrung im Nord-Dryersdale Feld im Harris County, Texas, wich bei 600 m mit einem Winkel von 28 Grad ab und wurde wieder bei 2600 m auf die Vertikale gebracht. Diese Rückwärtsbiegung verursachte übermäßige Widerstands- und Drehmomentprobleme. 4 Pfund pro Tonne der Glasperlen gemäß der Erfindung wurden der wasserbasisLnen Spülflüssigkeit bei 2200 m zugegeben. Nach Zugabe der Glasperlen reduzierte sich der steigende Widerstand von 50 000 Pfund auf 35 000 Pfund, eine Ermäßigung von 30%. Das Drehmoment wurde um 50% bis 66% reduziert. Eine bemerkenswerte Veränderung in der Schlanimbesehaffenheit wurde nicht beobachtet.
Beispiel IV
so Eine 2900 m, im Golf Gebiet von Texas und mit einer mit Lignosuilat-Lignit behandelten Spülflüssigkeii hergestellte Bohrung wich bei 1200 m mit einem Winkel von 17 Grad ab und wurde bei 2450 m wieder auf die Vertikale korrigiert Die Spülflüssigkeit wurde mit 4 Pfund pro Tonne der Glasperlen gemäß der Erfindung bei einer Tiefe von 2500 m behandelt Vor Zugabe der Glasperlen befand sich das angezeigte Drehmoment zwischen 125 und 130, und der steigende Widerstand war im Bereich von 15 000 Pfund bis auf 20 000 Pfund.
Nach Zugabe der Glasperlen reduzierte sich das angezeigte Drehmoment auf 90 und der steigende Widerstand auf einen Bereich von 8000 bis 10 000 Pfund. Durch Zugabe von 4 Pfund der Glasperlen gemäß der Erfindung pro Tonne wasserbasischer Spülflüssigkeit
b5 wurde somit eine Reduktion von 29,5% für das Drehmoment und 46,5% bis 50% für den Widerstand in diesem Falle erreicht. Die Spülflüssigkeitsviskosität blieb unverändert, und der API Filtrierwert war 6,4 ml vor
9 10 I
Zugabe der Perlen und b.O ml nach Zugabe der Glasper- ;tj
len gemäß der Erfindung. i:;'■;
Durch die oben aufgeführten Beispiele sowie durch |i
den fortgesetzten praktischen Gebrauch wurde klarge- ψ
macht, daß die Ballontoni Glasperlen dieser Erfindung r, H
im wesentlichen, sphärische, chemisch widerstandsfähige Kalksilikaglasperlen mit einer Härte von 5,5 auf der Mohs-Skala sind und eine Teilgröße von 88 bis 44 Mikron aufweisen und beim Gebrauch von 2 bis 8 Pfund pro Tonne wasser- oder ölbasischer Spülflüssigkeiten das Drehmoment sowie den Widerstand beim Drehbohren von öl- und Gasquellen wirksam reduzieren können.
Die Glasperlen gemäß der Erfindung haben bewiesen, daß sie sich chemisch und physikalisch mit den Spül- r> flüssigkeiten vereinen lassen, ohne nachteilige Auswirkungen auf die Spülflüssigkeitsbcschaffenheil auszuüben. ,
Die Vereinbarkeit der Glasperlen gemäß der Erfindung mit öl- oder wasserbasischen Spülflüssigkeiten bedeutet, daß sie als zusätzliche Mischung zugesetzt werden können, oder in Verbindung mit oberflächenaktiven oder Weichsubstanzen der Spülflüssigkeitsschmieradditive gebraucht werden können. Diese mikro-sphärischen Glasperlen können selbstverständlich auch im Zusammenhang mit anderen Spülflüssigkeitsadditiven, wie zum Beispiel Verdünner (Dispersionsmittel), Viskosifizierer, Bentonit, Flüssigkeitsverlustreglern und Zirkulationsverlustreglern, Verwendung finden, um eine Minderung des Drehmomentes und Widerstandes zu crwirken.
4ri
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Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur N Minderung des Drehwiderstandes eines Gestänges bei der Herstellung von Bohrungen nach insbesondere öl- und Gasquellen unter Verwendung von Spulflüssigkeiten, denen perlenförmige, feste Partikel zugesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß den Spülflüssigkeiten perlenförmige, feste Vollpartikel aus Glas zugesetzt werden, die eine Teilchengröße von 88 bis 44 Mikron und einen Härtegrad von 5,5 gemäß der Mohs-Skala aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasperlen aus Natron-Salzglas bestehen, wobei etwa 60 bis 80% der Perlen sphärisch sind und höchstens 3% der Perlen eine scharfe bzw. kantige Oberfläche aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Perlen einen Silikagehalt von über 67% aufweisen und ihre reale Dichte in einem Bereich zwischen 2,45 bis 2,55 g/cm3 liegt.
DE2732170A 1977-04-29 1977-07-15 Verfahren zur Minderung des Drehwiderstandes eines Gestänges Expired DE2732170C2 (de)

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