DE2845398A1

DE2845398A1 - Abstandsfluide fuer oelbohrungen

Info

Publication number: DE2845398A1
Application number: DE19782845398
Authority: DE
Inventors: Jimmie Lee Watson
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1978-10-18
Filing date: 1978-10-18
Publication date: 1980-04-24

Description

Abstandsfluide für Ölbohrungen
Die Erfindung betrifft Abstandsfluide, die in Bohrlöchern bei Ölbohrungen eingesetzt werden, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Fluide, welche bislang als Abschlußfluide, Ballastfluide oder Fackfluide verwendet wurden, waren entweder kostspielig oder bei erhöhten Temperaturen nicht stabil. Sie wurden dünner oder erlitten eine Abnahme der Viskosität und der Gelfestigkeit mit der Zeit und/oder ansteigender Temperatur, so daß ein Absetzen von Peststoffen möglich wurde. Darüber Elinaus wiesen sie eine unzureichende Fluidverlustkontrolle auf, konnten nur bis auf etwa 1,65 kg/l ohne Verwendung eines die Formation beschädigenden Materials im spezifischen Gewicht angehoben werden bzw. bes@hwert werden, waren zu korrosionsfähig oder besaßen eine leitung, sich zu verfestigen. Typische Anwendungen sind in den US-Patentschriften 2 805 722, 3 254 714 und 3 378 070 beschrieben.
Auf';abe der Erfindung sind hochstabile Fluide und insbesondere Formationen nicht beschädigende Abstandsfluide, die leicht beschwert werden können, d. h, auf ein höheres spezifisches Gewicht gebracht werden können.
Das erfindungsgemäße, hochstabile Fluid ist ein Fluid auf Wasserbasis zur Verwendung als Ballast-, Abstands-, Pack-, Überarbeitungs- Abschluß-, Bohr- oder Perforationsfluid, oder es kann in Verbindung mit einer hieselpackung verwendet werden. Seine Auslegung ist derart, daß zahlreiche der nicht erwünschten Eigenschaften von bislang verwendeten Fluiden ausgeschaltet wurden. Es besteht aus Wasser, d. h. frischem Wasser oder Salzlösungen, Dispergiermitteln (wahlweise in einigen Fällen), einem I'olymerisat oder die Viskosität veränderndem mittel, einem Beschwerungsmittel (d. h. das spezifische Gewicht erhöhenden Mittel) wie Calciumcarbonat und/oder Eisencarbonat (wobei dies in Säure lösliche Materialien sind), zur Einstellung des Gewichtes oder der~Dichte. und @.@ bis @@. @ns@asonders einem Inhibitor wie Raliumchlorid in einer Menge von/3 Gew.-% des Wassers zur Inhibierung zum Verhindern einer Schädigung aus dem Einfiltrieren in wasserempfindliche Formationen.
Das erfindungsgemäße, hochstabile Fluid kann über einem breiten Temperaturbereich von Gefriertemperaturen bis zu etwa 150 °C (149 °C) unter angemessenem Druck für ausgedehnte Zeitspannen eingesetzt werden Es kann als Ballast zur Herstellung eines Gesamtgewichtes, als Beschwerungsfluid zur Lieferung eines minimalen oder vorher ausgewählten hydrostatischen kopfes mit einer Dichte von etwa 1,32 bis 2,11 kg/l (11 bis 17,6 lbs per gallon = ppg) oder als relativ inertes, relativ nicht-komprimierbares Abstandsfluid zur Trennung oder zur Bewegung anderer Fluide oder zur Aufrechterhalten von Drücken auf Oberflächen oder Formationen unter sowohl statischen als auen dynamischen Bedingungen entweder während chemischen oder mechanischen Arbeitsvorgängen wie dem Bohren oder zwischen den Arbeitsvorgängen eingesetzt werden.
Das Aufschlämmungsgewicht des erfindungsgemäßen Fluid 5 kann bis auf 1,92 kg/l (16 ppg) unter sverwendung von Calciumcarbonat als Beschwerungamittel, wie in Tabelle I gezeigt, und bis auf 2,11 kl/l (17, pFg) unter Verwendung einer Kombination von Calciumcarbonat und Eisencarbonat als Beschwerungsmittel erhöht werden. Diese iiaterialien sind in Säure löslich.
Die Viskosität, die Belastungsgrenze (yield point) und die Gelfestigkeit können innerhalb der Grenzen entweder durch Variieren der enge und der Art des verwendeten Dispergiermittels oder durch Variieren der Menge an die Viskosität verändernden Mittel, wie in den Tabellen IV und V gezeigt, gesteuert werden. bas die viskosität verändernde Mittel zusammen mit den Beschwerungsmaterialien ergibt eine gute Fluidverlustkontrolle und liefert eine ausreichende Gelfestigkeit, um die Beschwerungamaterialien unter statischen Bedingungen bei Temperaturen bis zu 143 °C suspendiert zu halten. Nach einer Aufbewahrung unter statischen Bedingungen bei 121 0 während 60 Tagen ergibt sich kein Absetzen von Teilchen in den erfindungsgemäßen fluiden bei Dichten oder Gewichten von 1,44 und 1,92 kg/l (12 und 16 ppg). ebenfalls tritt kein Absetzen von Teilchen in einem erfindungsgemäßen Fluid mit 2,04 kg/l (17,0 ppg) nach dem Halten unter statischen Bedingungen bei 143 °C für 60 Tage auf. Jedes dieser Fluide kann sehr leicht gepumpt oder in Bewegung gehalten werden, wobei es keine Neigung zur Verfestigung besitzt.
Die Viskosität und die Belastungsgrenze bzw. der Fließpunkt werden durch Temperaturerhöhung herabgesetzt, jedoch nicht zu dem Punkt, bei welchem ei. Absetzen möglich wird. Diese Verminderung der Viskosität sollte das an-Ort-und-Stellebringen erleichtern, und die Verminderung der Belastungsgrenze bzw. des Fließpunktes erleichtert die Erzielung einer Verschiebung. Die Tabellen I, II und IlI zeigen Formulierungen für typische Aufsehlämmungen mit Dichten von 1,32 bis 2,11 kg/l (11 bis 17,6 ppg) und die J?luideigenschaften dieser Aufschlämmungen bei 22,2 °C, 65,6 °C und 71,1 °C.
Das Mitreißen von Gas als Ergebnis der Reaktion von Säure mit dem erfindungsgemäßen Fluid oder als Ergebnis des Durchperlens von stickstoff durch das Fluid stellt entsprechend den Ergebnissen von Laboratoriumsuntersuchungen kein Problem dar. Das aus der Reaktion von Salzsäure und Calciumcarbonat herrührende Gas kommt leicht aus dem Fluid heraus. Stickstoff wurde durch das erfindungsgemäße Fluid so lange durchgeperlt, bis es mit Gas 7 % verschnitten war, d. h. eine 7 %ige Zunahme des Volumens oder eine 7 %ige Abnahme der Dichte erfahren hatte. Die Zugabe eines Entschäumungsmittels zur einfachen Entgasung des Fluids und das fortgeführte Durchperlen von Gas durch das behandelte Fluid ergab keine Wiedermitnhme des Gases. Ein Vakuumentgaser ist ebenfalls zur Entfernung von mitgerissenem Gas oder mitgerissener Luft wirksam.
Da alle bei der Ilerstellung der erfindungsgemäßen fluide verwendeten Feststoffe praktisch in Säure löslich sind, können die Feststoffe leicht entfernt werden, falls sie in die Formation eindringen sollten. Die Verwendung von Kaliumchlorid in aem Fluid zur Inhibierung und für einen geringen Fluidverlust soll eine Schädigung der Formation auf einem Minimum halten. Strömungsuntersuchungen durch einen Sandsteinkern zeigten keine Verminderung der Rückströmung von Rohöl, nachdem das erfindungsgemäße Fluid gegen die Kernfläche unter einem Druck von 7,03 kp/cm2 und einer Temperatur von 65,6 °C vorgelege hatte. Wenn der Kern mit 15 %iger Salzsäure im Anschluß an die Exposition mit dem erfindungsgemäßen Fluid gespült wurde, ergab sich eine Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit des Rohöles, wie in der Tabelle VII gezeigt.
Um die Vertriglichkeit des erfindungsgemäßen tluids mit anderen Fluiden zu zeigen, wurde es mit unterschiedlichen Fluiden vermischt, und die Ablesungen am VG-Meßgerät von den Mischungen durchgeführt. Das VG-Meßgerät ist in den US-Eatentschriften 2 703 006, 3 057 421, 3 327 825 und 3 435 666 beschrieben. Die Untersuchungen wurden entsprechend der API-Methode 10B durchgeführt. Die Viskosität des erfindungsgemäßen Fluids wurde in jedem Fall vermindert, wenn es bis zu 50 Vol.-°Xo mit einer Aufschlämmung von feinem Bentonit, einer reinen nementaufschlämmung und einem gelierten, wäßrigen Fluid vermischt wurde. Diese Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
Tabelle Zusatz Bentonitschlamm Zementschlamm geliertes, wäßriges Fluid Prozent 0 20 30 50 20 30 50 20 30 50 Ablesung bei 100 Upm 275 158 92 153 108 73 50 157 137 127 Als Folge der Anwesenheit eines die Viskosität modifizierenden Mittels, das zur Dispersion der Beschwerungsmittel und zur Verminderung des Fluidverlustes verwendet wird, sind die Druckverluste oder die Strömungsreibungsdrucke des erfindungsgemäßen Fluids höher als für keine Feststoffe enthaltende Fluide. Es können jedoch vernünftige Geschwindigkeiten der Strömung für das Anortbringen und das Verschieben erreicht werden. Die Strömungsgeschwindigkeit und die Reibungsdruckverluste können für spezifische Bedinngen in einfacher Weise unter Heranziehung der gemachten Ausführungen bestimmt werden.
Eine bevorzugte I;lasse von die Viskosität verändernden Mittel fiir das erfindungsgemäße, hochstabile Fluid besteht aus den in Wasser löslichen Polysacchariden und insbesondere substituierten, nicht-ionischen Cellulosepolymerisaten wie Hydroxyalkylcellulose oder Celluloseäthern, in denen die Alkylgruppe 2 bis 3 Kohlenstoffatome aufweist. Andere Substituenten können vorliegen oder eingesetzt werden, die in Wasser lösliche Cellulose bilden, welche nicht in negativer Weise in ciem Fluidsystem von hoher Dichte reagiert. Die substituierte Cellulose sollte in dem Fluid mit hoher Dichte hydratisierbar sein. Die bevorzugte Celluloseklasse kann als eine Reihe von Anhydroglucoseeinheiten dargestellt werden, die folgenden Aufbau besitzen: Der in Klammern gezeigte Abschnitt stellt zwei Anhydroglucoseeinheiten dar, wovon jede drei reaktionsfähige Hydroxylgruppen aufweist. N ist eine ganze Zahl, welche die gewünschte Länge des Polymerisatmoleküls und vorzugsweise eine Viskosität in Wasser von etwa 105-150 Viskositätseinheiten der Konsistenz bei 22,2 OC (annähernd gleich der Viskosität in centipoise CCP]) auf einem VG-Meßgerät bei 300 Upm in einer 2,5 %igen wäßrigen Lösung in frischem Wasser ergibt.
Wenn das Cellulosepolymerisat mit Natriumhydroxid behandelt und mit Äthylenoxid umgesetzt wird, wird eine durch Äthergruppen substituierte Cellulose, z. B. eine Hydroxyäthyläther-oder eine Hydroxyäthylcellulose, gebildet, wie im folgenden dargestellt: Die hier wiedergegebene Hydroxyäthylcellulose oder HEG hat drei der sechs Hydroxylgruppen durch Äthylenoxid substituiert; daher beträgt der Substitutionsgrad oder DS-Wert 3 von 6 oder 1,5 pro Anhydroglucoseeinheit. Der bevorzugte DS-Wert für Viskositätsmodifizierungsmittel in Form von Cellulosepolymerisaten gemäß der Erfindung beträgt etwa 1,0 bis 3,0.
Die oben angegebene Formel zeigt ebenfalls, daß zwei der substituierten Hydroxylgruppen 2 Mol Äthylenoxid und das eine ein Mol Äthylenoxid besitzen. Daher beträgt das Verhältnis der Mole von Äthylenoxid zu Anhydroglucoseeinheiten oder das MS-Verhältnis 5 Mole auf 2 Einheiten oder 2,5. Das bevorzugte KS-Verhältnis für Viskositätsmodifikationsmittel in Form von HEC-Polymerisaten gemäß der Erfindung beträgt 1,5 bis 3,0.
Daher kann die bevorzugte lasse von Celluloseatherpolymerisaten verschiedene Polymerisatlängen, Substitutionsgrade und Längen der Seitenketten besitzen. Da diese Faktoren untereinander in Beziehung stehen, können die bevorzugten Folymerisate in einfacher Weise durch die Viskosität in wäßrigen Lösungen definiert werden. Die Brockfield-Viskositat in Centipoise von bevorzugten Typen von HEG sind in der Tabelle X angegeben.
Die Messung der Viskosität und die Probenherstellung muß sorgfältig kontrolliert werden. Die Viskositätsmessungen müssen standardisiert werden, da die Ablesung der Viskosität von der Scherrate, der Temperatur, dem Ausmaß des Inbewegunghaltens oder iührens vor der Messung und der verstrichenen Zeit zwischen dem Rühren bzw. Inbewegunghalten und der Messung abhängig ist. Die Probe muß vollständig aufgelöst sein und eine Feuchtigkeitskorrektur muß durchgeführt werden. Die Proben werden in einem Ausgleichsofen bei konstanter Temperatur von etwa 105 + 0,5 °G für 3 Stunden erhitzt. Die Proben werden in einem Exsikkator abgekühlt und bei Umgebungstemperatur ausgewogen. Das Erhitzen für etwa 45 Minuten und das Abkühlen werden wiederholt, bis die wiederholten Gewichtsmessungen innerhalb einer Abweichung vor' rv 5 mg auf jeweils 5 g der I-robe liegen. Die Feuchtigkeitsmenge in den Proben wird benutzt, um die Lösungskonzentration von zurückbleibenden Teilen des Cellulosepolymerisates zu berechnen. Die Polymerisatlösung und die Proben für die Feuchtigkeitsbestimmung sollten zur gleichen Zeit hergestellt werden, un eine Übereinstimmung zwischen der Feuchtigkeitskorrektur und der für die Herstellung der Lösung verwendeten irob en sicherzustellen.
Eine geschätzte Menge des Polymerisates zur Herstellung der gewünschten Konzentration und die Menge der Tolymerisatlösung sollten ausgewogen und in einem gegen Feuchtigkeit abgedichteten Behijlter aufbewahrt werden. Nachdem der Feuchtigkeitskorrekturfaktor in Betracht gezogen wurde und die genaue Menge des erforderlichen Wassers bestimmt ist, sollten das Wasser und das Polymerisat sorgfältig unter langsamem Rühren vermischt werden. Nachdem das Polymerisat anscheinend vollständig aufgelöst ist, sollte jie Lösung für 10 bis 15 Minuten kräftig gerührt werden. Für die Viskositätsmessung sollte die Lösung bei einer konstanten Temperatur von 25 t (), für wenigstens 30 Minuten vorliegen, jedoch muß die Viskosität t innerhalb von 2 Stunden nach dem kräftigen Rühren gemesseii werden oder die Lösung sollte kräftig ernelit für 10 Plinuten gerührt und bei einer konstanten Temperatur von 25 °C für 30 Minuten aufbewahrt werden, bevor die Messung durchgeführt wird. Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fluidzusammensetzung verwendeten Dispergiermittel gehören zu zwei Haupttypen. Jeder der beiden Typen von Dispergiermitteln kann über den gesamten Dichtebereich angewandt werden, jedoch wird des erste Dispergiermittel, das im folgenden als Sulfonatdispergiermittel bezeichnet wird, vorzugsweise für Dichten bis zu etwa 1,92 kg/l (16 ppg) angewandt. Für Fluide mit höherer I)ichte, bei denen mehr als eine Sorte von Beschwerungsmittel und/oder hohe Belastungen an Beschwerungsmittel verwendet werden, wird das zweite Dispergiermittel, das im folgenden als @leylamiddispergiermittel bezeichnet wird, eingesetzt.
Im allgemeinen werden weniger als etwa 0,4- Gew.-% (d. h. 1,13 kg pro i3arrel oder 159 l[ppb]) des ersten Dispergiermittels und weniger als etwa 0,45 (ew.-°sÓ oder 1,36 kg pro Barrel oder 159 1 des zweiten Dispergiermittels in dem erfindungsgemäßen, hochstabilen Fluid verwendet. Für niedrige Dichten, z. B.
1,44 kg/l, und unter bestimmten Bedingungen kann das Dispergiermittel nur wahlweise eingesetzt werden, jedoch wird es im allgemeinen für ein leichteres Vermischen und zur Verbesserung der Eigenschaften der Suspension des Fluids auf Wasserbasis, wobei dies Wasser oder Salzlösung sein kann, eingesetzt.
Die maximale l;onzentration an Dispergiermittel wird üblicherweise durch wirtschaftliche Gründe und durch die gewünschte Dichte festgelegt, jedoch beträgt sie vorzugsweise weniger als etwa 1,5 Gew.-% des fertigen Fluids.
Die bevorzugte Klasse der primären oder ersten Dispergiermittel ist das Produkt eines niedermolekularen Aldehyds und eines Naphthalinsulfonatsalzes. Ein bevorzugtes Sulfonatdispergiermittel kombiniert mit lolyvinylpyrrolidon (d. h. PVP) ist in der US-Patentschrift 3 359 225 beschrieben, auf die hiermit Bezug @enommen wird. his zu 10 % PVP können mit dem Naphthalinsulfonat verwendet werden, wobei dieses in Form eines Alkali oder Erdalkalimetallsalzes vorliegen kann, jedoch vorzugsweite ein ilatrium- oder Kaliumsalz ist. Andere konventionelle Dispergier:nittel wie Lignosulfonate, sulfonierte Lignite (Braunkohlen), uluconsäure, Deltalacton und Zellstofflaugen können in einigen Fällen allein und in lLombination mit einem primären Sulfonatdispergiermittel verwendet werden.
Eine bevorzugte Klasse von zweiten oder sekundären Dispergiermitteln sind Fettsäureamide, welche durch Reaktion von gesättigten oder ungesättigten Fettsäurehalogeniden mit etwa 14 bis 18 Kohlenstoffatomen pro Molekül mit einer niedermolekularen Aminosulfonsäure mit etwa 1 bis 6 Kohlenstoffatomen hergestellt wurden. Die Sulfonsäure kann Alk.yl- und/oder Arylreste mit 1 bis 6 @ohlenstoffatomen und eine oder mehrere Sulfonsäuregruppen aufweisen oder in Salzform vorliegen. Ein bevorzuges Amid ist das Reaktionsprodukt von Oleylchlorid und einer C3-Sulfonsäure oder des Natriumsalzes hiervon, nämlich N-Methyltaurat. Dieses bevorzugte Oleylamid wird ebenfalls mit annähernd 25 bis 75 Gew. -%, jedoch vorzugsweise in gleichen Mengen, mit Zellstoffablauge vermischt. Diese Zellstoffablauge ist das Abfallprodukt des Sulfitprozesses oder des Kraftprozesses, welcher in der Holzzellstoffindustrie angewandt wird. Dieses Lignin ist mit einem Schwefelgehalt von vorsugsweise etwa 1 bis 3 Gew. -% sulfoniert. Andere Fettsäuren, die eingesetzt werden können, sind Linolein£äure, Linolensäure, Stearinsäure, Palmitinsäure, Myristinsäure, Myristoleinsäure und Mischungen von Fettsäuren. Das Amiddispergiermittel kann als Flüssigkeit oder adsorbiert auf einem relativ inerten, teilchenförmigen Träger wte Diatomeenerde eingesetzt werden Das Wasser oder die wäßrige Pasls, die zur ilerstellung der erfindungsgemäßen, hochstabilen Fluide eingesetzt wird, kann frisches Wasser oder Salzlösung sein, die eines oder mehrere Snlze bis zur Sättigung enthält. Wie noch gezeigt wird, wird frisches Wasser als Pasisr'a--terial oder Ausgangsmaterial bevorzugt, da es leichter mit den Inhaltsstoffen zu vermischen ist, falls eine besondere Reihenfolge eingehalten wird. Ein Salz oder ein Inhibitor wird üblicherweise als letzte Komponente, falls möglich, zugesetzt. Das Salz dient dazu, Tone zu inhibieren, aie angetroffen werden können. Das Polymerviskositätsmodifikationsmittel wirkt ebenfalls als Inhibitor.
Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und Ammonium sind bevorzugte Kationen des Salzes, insbesondere Natrium, magnesium, Kalium und/oder Calcium, und bevorzugte Anionen sind Halogenide wie Chloride, Bromide. Selbstverständlich können auch Mischungen solcher Salze verwendet werden. Die Salzkonzentration sollte etwa 0,5 bis 15 Gew. % und vorzugsweise etwa 1 bis 6 Gew.-% betragen.
Die für die erfindungsgemäßen Fluide verwendeten Beschwerungsmittel sind relativ inerte, fein zerteilte, teilchenförmige Materialien mit einer solchen Teilchengröße, daß wenigstens 80 Gew. -% der Teilchen zwischen etwa 2 und 50 Mikron (µm) liegen. Vorzugsweise können das gesamte Material oder wenigstens 90 % des Materials durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,074 mm durchtreten. Das teilchenförmige Beschwerungsmittel sollte weiterhin ein spezifisches Gewicht von wenigstens 2,4 und vorzugsweise etwa 2,5 bis 3,8 aufweisen. Eine bevorzugte Klasse von Beschwerungsmitteln werden als säurelöslich in wäßrigen Säuren wie Essigsäure, Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, schwefliger Säure und Phosphorsäure angesehen.
Diese Klasse umfaßt Calciumcarbonat, Eisencarbonat und die Eisenoxide. Beschwerungsmittel mit höherem spezifischem Gewicht, z. B. einen spezifischen Gewicht von 4,0 bis 7,0 wie Bariumsulfat und Bleisulfat können in Kombination mit den in Säure löslichen Beschwerungsmitteln verwendet werden.
Die säurelöslichen Beschwerungsmittel besitzen vorzugsweise eine solche Verteilung der Teilchengröße, daß wenigstens 80 % zwischen 2 und 20 Mikron Größe bei einer mittleren Größe von etwa 4 bis 10 Mikron liegen. Die Beschwerungsmittel mit hohem spezifischem Gewicht besitzen vorzugsweise eine solche Teilchengrößenverteilung, daß wenigstens 80 o zwischen 2 und 50 Mikron nit einer mittleren Größe von etwa 15 bis 20 Mikron liegen. hohe i;onzentrationen von sehr kleinen Teilchen können eine Erhöhung der Viskosität der erhaltenen Zusammensetzung bewirken, während größere Teilchen die Neigung zu rascherem Absetzen aufweisen. Die Beschwerungsmittel mit höherem spezifischem Gewicht werden als nicht in Säure löslich bei den Anwendungsbedingungen angesehen, da jedoch das erfindungsgemäße, hochstabile Fluid nicht in die meisten Formationen eindringt, wird es als nicht-schädigend selbst mit den Materialien mit höheren spezifischem Gewicht angesehen. iii e besonderen Beschwerungsmittel und die Teilchengrößenverteilung beeinflussen den Fluidverlust. Die Viskosität und der APl-Fluidverlust werten nach Standard-API-Methoden bestimmt, wie sie durch die API-Me@hode 10B beschrieben werden, wobei ein direkt ablesendes Rotationsviskosimter, das oft auch als VG-Meßerät oder Fann-VG-Meßgerät beschrieben wird, eingesetzt wird; ein solches Meßgerät ist in den US-@atentschriften 2 703 006, 3 327 825, 3 433 666 und 3 057 421 beschrieben. Unter Anwendung des VG-Meßgerätes, sollte die Viskosität des erfindungsgemäßen, hochstabilen Fluids einen minimalen Wert von wenigstens etwa 4C) Viskositätseinheiten bei 22,2 Og für ein Fluid mit einer Dichte von 1,92 kg/l besitzen. Die maximale Viskosität kann oberhalb von 300 Einheiten für Fluide mit hohem Gewicht iii Abhängigkeit von den Beschränkungen der zu verwendenden Rühr- und Pumpeinrichtungen liegen. Die Viskositätsabesun des VG-Meßgerät 5 wird in Viskositätseinheiten oder Konsistenzeinheiten angegeben, die annähernd Werten in Centipolse (cI) entsprechen, je@och gibt es keine exakte Beziehung, da die Fluide Nicht-Newton'sche Eigenschaften besitzen. Die fluide können in einfacher Weise bis zu 1,92 kg/l mit einem oder menreren der säurelöslichen Beschwerungsmittel wie Calciumcarbonat unter Bildung eines hochstabilen, keine Schädigung hervorrufenden Fluides beschwert werden. Dichten bis zu etwa °,11 1 kg/l können unter verwendung von Mitteln in Kombination wie Calciumcarbonat und Eisencarbonat erhalten werden. Diese Dichten übersteigen weit die Begrenzungen von zuvor bekannten bestenen, wobei diese Grenze bei etwa 1, kg/l (13,6 ppg) lag. Hochstabile fluide mit niedriger Dichte könnten unter Verwendung von teilehenförmigen Materialien mit niedriger Dichte erreicht werden, wobei in diesem Fall die Menge an Viskositätsmodifikationsmittel reduziert werden kann. Höhere Sichten werden durch Steigerung der Menge von teilchenförmigen Materialien mit höherer Dichte erhalten. Die Dispergiermittel und die Beschwerungsmaterialien werden vorzugsweise stufenweise zusammengegeben, um die Dichten und das Dispersionsvermögen zu erhöhen. Für nie meisten Anwendungen sollte der Fluidverlust des hochstabilen Fluides 8,0 oder weniger und vorzugsweise weniger als etwa 5 ml pro 30 Minuten bei 22,2 °C betragen. Die bevorzugten Konzentrationen an saurelöslichen Beschwerungsmitteln betragen weniger als 30 bis 65 Gew.-% oder 63,5 bis 1O3 kg pro Barrel oder 159 1 [ppbl.
Die Erfindung wird anhand der Beispiele näher erläutert.
Beispiele Die Arbeitsweisen zur Herstellung der hochstabilen, keine Schädigung hervorrufenden, wäßrigen Fluide gemäß der Erfindung mit hoher Dichte zusammen mit den Eigenschaften von zahlreichen Eroben werden im folgenden beschrieben. Diese Beispiele, die Arbeitsweisen und die Werte ermöglichen die Durchführung der Erfindung mit zahlreichen, offensichtlichen Abänderungen.
Die Fluid e können un-ter Einbeziehung dieser Beschreibung hergestellt und modifiziert werden. Die Tabellen 1 bis IX zeigen die Bereiche und die Konzentrationen der verschiedenen Bestanteile. Die Angaben in Teilen, Prozentsätzen und Verhältnissen beziehen sicl: auf Gewicht, falls nichts anderes angegeben ist. Die genannten Literaturstellen sind, soweit erforderlich, heranzuziehen.
Arbeitsweise zur Ilerstel lung der Proben Die Proben fiir die Ermittlung der in den Tabellen angegebenen Werte wurden durch Vermischen unter mäßigem bis kräftigem Rühren in einem Mischer und langsame und gleichförmige Zugabe der Inhaltsstoffe in der angegebenen Reihenfolge wie folgt hergestellt: 1. Die erforderliche Menge an Leitungswasser wurde in den Mischer bei Umgebungsbedingungen eingefüllt; 2. unter mäßigem Rühren wurde die erforderliche Menge an Sulfonat oder primäre Dispergiermittel in das Wasser eingemischt und für eine zusätzliche Minute gerührt; 3. unter mäßigem Rühren wurde Calciumcarbonatbeschwerungsmittel oder primäres Beschwerungsmittel in das Wasser ein-Lemischt und dann zusätzlich für zwei Minuten gemischt; 4. unter mäßigem bis kräftigem Hiihren wurde HEC-Viskositätsmodifikationsmittel (Hydroxyäthylcellulose) in das Wasser oder die wäßrige Aufschlammung unter zusätzlichem Rühren i'iir 10 Minuten eingemischt sekundäres Dispergiermittel wie Oleylamiddispergiermittel und sekundäres Beschwerungsmittel wie Eisencarbonat oder tertiäres Beschwerungamittel wie Bleisulfid oder Bariumsulfat können zu diesem Zeitpunkt zur Erzielung von Dichten oberhalb von 1,92 kg/l zugesetzt werden; 5. während der Mischens wird ein Inhibitorsalz wie Kaliumchlorid, Natriumchlorid oder Calciumchlorid zugesetzt.
Das Mischen wird für etwa 3 Minuten weitergeführt.
Die Proben warden entsprechend den AII-Methoden, z. B. der Methode 10B, untersucht. Die Viskositätsmessungen wurden von einem direkt ablesenden Viskosimeter wie einem Modell 35 Mann-VG-Meßgel@t unter Verwendung einer Feder Nr. 2 abgelesen, und die auf dem Meßgerät angezeigten Werte wurden verdoppelt und in die Tabellen aufgenommen. Der Fluidverlust und die anderen Werte wur5eu nach Standardmethoden gemessen.
Die scheinbare Viskosität ist in Einheiten der Konsistenz angegeben und ist annähernd gleich den Werten in cP und wurde als eine Hälfte der Ablesung bei 600 Upm berechnet. Die plastische Viskosität wurde als Differenz zwischen den Ablesungen bei 600 Upm und 300 Upm berechnet. Die plastische Viskosität ist eine Anzeige für den Feststoffgehalt des Fluides.
Die Belastungsgrenze bzw. der Fließpunkt wurde als Differenz zwischen dem Doppelten der Ablesung bei 300 Upm und der Ablesung bei @00 Upm berechnet. @ie ist eine Anzeige für die Anziehung zwischen den Teilchen In dem lul in kg pro 9,29 (pounds per 100 square feet).
Mischvorschriften Aus Gründen der Bequemlichkeit und der Leichtigkeit bei der Jierstellung wird das erfindungsgemäße Fluid vorzugsweise an einen Ort gemischt, der gute Meß- und Mischeinrichtungen aufweist und das Fluid wird dann zu Irgend einem beliebigen, entfernten Anwendungsort, z. B. dem Ort eines Bohrloches, geliefert. Die Lagerbehälter sollten sauber sein, und -obwohl ein Absetzen des Beschwerungsmaterials während der Lagerung nicht anzunehmen ist - sollten sie gewisse Einrichtungen für ein periodisches Rühren aufweisen. Das Lager- und Mischsystem sollte vor und nach der Lagerung des Beschwerungs mittels wie Calciumcarbon@t gründlich gereingt und inspiziert werden. lrgendwelche Luft, die fjr das Nisc'hen oder das Fördern vorwendet wird, so@lte trocken sein.
Das erfindungs@emäße Fluid wird vorzugsweise in einem Turbinenmischer gemischt, jedoch kann es auch erfolgreich unter Verwendung eines Jet-Mischers oder eines Bandmischers hergestellt werden. Typische Mischeinrichtungen sind in den US-Patentschriften 2 884 23C, 3 237 805, 7; 251 583, 3 463 460, 3 512 841, 3 563 517 und 3 844 351 beschrieben.
Bei Anwendung eines Bandmischers ist ein eusreichendes Riihren erforderlick, um das Viskositätsmodifizierungsmittel in das Fluid "einzuziehen", andernfalls es wasserbenetzte Kugeln von Polymerisat bildet, die sich nicht leicht dispergieren.
Die Reihenfolge der Zugabe der Beschwerungsmittel für eine Dichte bis zu 1,92 kg/l ist wie folgt: Wasser, Sulfonatdispergiermittel, Beschwerungsmittel, Viskositätsmodifizierungsmittel und Inhibitor, z. B. Kaliumchlorid. Die Reihenfolge der Zugabe für Dichten von 1,92 bis 2,11 kg/l ist wie folgt: Wasser, Sulfonatdispergiermittel, Beschwerungsmittel, Oleylamiddispergiermittel, Beschwerungsmittel hoher Dichte, z. B. Eisencarbonat, Viskositätsmodifizierungsmittel und Inhibitor. Das Oleylamiddispergiermittel und das Sisencarbonat können zusammen zugesetzt werden, um ein Schäumen auf ein Minimum herabzusetzen, oder es kann ein Antischaumzusatz verwendet werden.
Herstellungsmethode 1 unter Verwendung eines Turbinenmischers 1. Die erforderliche Wassermenge wird auf einer Seite des Turbinenmischers abgemessen.
2. illit dem Nischen wird fortgefahren und die erforderliche enge des Sulfonatdispergiermittels zugesetzt.
3. Mit dem Mischen wird fortgefahren und die erforderliche Menge an Beschwerungsmaterial zugesetzt.
4. Mit dem Mischen wird fortgefahren und zusammen jede zusätzlich erforderliche Menge an Oleylamiddispergiermittel für die gewünschte Dichte und zusätzliches Beschwerungsmittel für die hohe Dichte wie Eisencarbonat zugesetzt.
5. Mit dem Hischen und dem Zirkulieren wird fortgefahren und die erforderliche Henge an Viskositätsmodifizierungsmittel durch den Einfülltrichter hinzugegeben.
6. Mit den Nischen wird fortgefahren und die erforderliche menge an Inhibitor wie Kaliumchlorid mit etwa 4,76 kg/Barrel (10,5 ppb) zugesetzt.
7. Hit dem Inbewegunghalten der Autschlammung und dem Mischen wird fortgefahren, bis die gewünschten Eigenschaften erreicht sind.
Herstellungsmethode II unter Verwendung eines Jet-Mischers 1. Die erforderliche Wassermenge wird in einen sauberen Behälter eingemessen.
2. Während des Zirkulierens wird die erforderliche enge an Sulfonatdispergiermittel zugesetzt.
3. Mit dem Zirknlieren wird fortgefahren und es wird langsam die erforderliche Menge an Beschwerungsmaterial, z. B.
Calciumcarbonat, zugesetzt.
4. Mit dem Zirkulieren wird fortgefahren und es wird langsam die erforderliche enge an Viskositätsmodifizierungsmittel zugesetzt.
5. Mit dem Zirkulieren wird fortgefahren und der Inhibitor, z. B. Kaliumchlorid, wird zugesetzt.
6. Mit dem Inbewegunghalten der Aufschlämmung wird fortgefahren, bis die gewünschten Eigenschaften erreicht sind.
7. Das Oleylamiddispergiermittel kann zugesetzt werden, falls niedrigere Viskosität erwünscht ist.
Herstellungsmethode III unter Verwendung eines Band (schnecken)-mischers 1. Die erforderliche Wassermenge wird in einen sauberen Behälters eines Bpndmischers abgemessen.
@. Es wird au@reichend S@@re, z. B. 15 %ige Salzsäure, zur Erniedrigung des pH-Wertes auf 6,0 bis 6,2 zugesetzt.+) Dies erfordert annährend 1,1' 1 bis 3,C,3 1 pro Barrel = 159 1 in Abhängigkeit von dem zu mischenden Gewicht.
3. Während des Inbewegunghaltens des Fluids wird die erforderliche Menge an S@lfonatdispergiermittel zugesetzt.
4. mit dem @ühren wird fortgefahren und langsam die erforderliche @enge an Keschwerungsmaterial, z. B. Calciumcarbonat, ungesetzt.
5. Mit dem Rühren wird fortgefahren und langsam die richtige Menge an Viskositätsmodifizierungsmittel zugesetzt.
6. hit dem Führen wird fortgefahren und der Inhibitor, z. B.
@aliumchlorid, nit etwa 4,76 kg/Barrel = 159 1 (10,5 ppb) zugesetzt.
7. Iiit dem Rühren wird fortgefahren und ausreichend 20 %ige Hydroxidlösung (vorzugsweise NaOH oder KOH) zugesetzt, um den yil-tiiert auf etwa 7,5 bis 10,5 oder zurück auf normal zu bringen. ++) Dies erfordert annähernd 0,38 1 pro Barrel = 1,9 1, in Abhangigkeit von der zu mischenden Dichte.
+) Die Erniedrigung des pil-lwertes ermöglicht eine gleichmäßigere Dispersion des Viskositätsmodifizierungsmittels unter Anwendung einer viel geringeren Energie oder Scherung als unter normalen Umständen. Dies hemmt ebenfalls die Hydratisierung des Viskositätsmodifizierungsmittels, so daß die Viskosität auf einen Minimalwert gehalten wird, was ein einfacheres Mischen erleichtert.
++) Wenn der pH-Wert auf normal angehoben wird, schreitet die Hydratisierung des Viskositätsniodifizierungsmittels fort, und die gewünschte Viskosität wird dann erreicht.
Sollte die Viskosität nie@riger als gewünscht sein, oder sollte eine größere Stabilität, eine bessere Fluidverlustkontrolle usw. erforderlich sein, um das erfindungsgemäße Fluid als @@@@fluid @erwenden zu @@nnen, @ann der pH-Wert wiederum o@@iedri@@ werden, damit mehr Viskositätsmodifizierungsmittel leichter zugesetzt werden kann. Die Wiedereinstellung des pH-Wertes auf normal ergibt die Hydratation des Viskositäts@odifizierungsmittels unter Bildung des gewünschten Viskosität@ansitegs. @ein Unterschied in den Eigenschaften des erfindungsgemäßen Fluids ergab sich, wenn der pH-Wert auf 7,5 und auf 11,5 angenoben wurde, was zeigt, daß der End-pH-Wert nicht kritis@@ ist, solang er oberhalb etwa 7,5 liegt.
Sollten Einstellungen des Gewichts bzw. der Dichte gewünscht werden, können die erforderlichen Mengen an Wasser oder Beschwer@ngs@ittel leicht entsprec@end der Beschreibung bestimmt und eingestellt werden.
Tabelle 1 Dichte (kg/1) 1,318 1,378 1,437 1,497 1,557 1,617 1,677 1,737 1,797 1,857+ 1,@17+1,@17++ Frisches Wasser (1) 129,2 123,2 117,9 112,2 106,5 10@,@ 95,5 90,2 @4,1 78,8 72,8 72,8 Sulfonatdispergiermittel (kg/Barrel = 159 l) 0 0 0 0,091 0,091 0,227 0,227 0,908 0,908 1,135 1,135 1,135 Beschwerungsmittel, CaCO3 (kg/Barrel = 159 l) @0,8 @6,2 @11,2 126,2 141,6 156,6 171,6 187,0 202,0 217,0 232,4 232,4 Viskositätsmodifizierungsmittel, HEC (kg/Barrel = 159 l) 3,18 2,95 2,27 2,27 1,82 1,59 1,36 0,681 0,567 0,454 0,227 0,227 Inhibitor, KCl (kg/ Barrel = 159 l) 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 Anfangsrheologie bei 22,2 °C scheinbare Viskosität 212 230 157 211 186 180 200 120 176 164 300+ 113 600-Ablesung 424 460 314 422 372 360 400 240 352 328 600+ 226 300-Ablesung 272 292 192 260 230 216 234 134 200 174 430 118 plastische Viskosität 152 168 122 162 142 144 166 106 152 154 --- 108 Fließpunkt (Grenzbelastung), kg/9,29 m2 54,5 56,3 31,5 44,5 40,0 32,7 30,9 12,7 21,8 9,08 --- 4,54 200-Ablesung 20@ 224 143 192 170 196 172 96 144 120 336 80 100-Ablesung 126 134 86 112 100 90 100 54 82 70 17@ 46 6-Ablesung 14 16 12 12 12 10 14 10 16 24 4@ 18 3-Ablesung 8 10 8 8 8 7 10 8 14 22 30 16 Gelfestigkeit (10 Sek.) +++ 4,54 4,54 3,63 4,54 4,54 3,63 7,26 5,44 9,92 14,5 15,4 10,9 (10 Min.) +++ 5,44 4,54 5,44 6,35 7,26 9,08 13,6 9,98 19,1 19,1 23,6 15,4 pH-Wert 8,45 8,20 8,25 8.20 8,10 8,20 8,25 8,1 8,1 8,1 8,1 8,1 API-Fluidverlust (ml/30 Min.) 4,3 4,0 5,4 4,4 4,7 5,5 5,2 3,8 5,7 5,3 7,4 5,1 + 0,227 kg/Barrel = 159 l an Oleylamiddispergiermittel (Bezeichnung Spacer Sperse) ++ 0,454 kg/Barrel = 159 l an Oleylamiddispergiermittel +++ in kg/9,29 m2 (lbs/100 ft2) Tabelle II Dichte (kg/1) 1,318 1,378 1,437 1,497 1,557 1,617 1,677 1,737 1,7@7 1,857+ 1,@17+ 1,917++ Frisches Wasser (1) 1@@,2 123,2 117,@ 112,2 1@6,5 1@@,8 @5,5 @@,2 @4,1 @@,8 72,8 72,8 Sulfonatdispergiermittel (kg/Barrel = 159 l) @ 0 @ 0,091 0,@@1 0,227 0,227 0,@@@ @,@@8 1,135 1,135 1,135 Beschwerungsmittel, CaCO3 (kg/Barrel = 159 l) @@,8 @6,2 111,2 126,2 141,6 1@0,6 17@,0 187,@ @@@,@ 2@@,@ 2@2,4 232,4 Viskositätsmodifizierungsmittel, HEC (kg/Barrel = 159 l) 3,18 2,95 2,27 2,27 1,82 1,59 1,36 0,68@ @,@@7 0,434 0,227 0,227 Inhibitor, KCl (kg/ Barrel = 159 l) 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 Anfangsrheologie bei 71,1 °C scheinbare Viskosität 78 80 61 71 69 60 6@ 1@4 @@ 63 110 49 600-Ablesung 156 160 122 142 138 120 132 208 114 126 220 98 300-Ablesung 92 92 72 80 80 70 78 116 66 74 120 54 plastische Viskosität 64 68 50 62 58 50 54 92 48 52 100 44 Fließpunkt (Grenzbelastung), kg/9,29 m2 12,7 10,9 9,90 8,17 9,99 9,08 10,9 10,9 2,17 9,99 9,08 4,54 200-Ablesung 62 66 52 58 60 50 58 82 48 26 84 42 100-Ablesung 36 38 32 32 34 30 36 50 30 22 52 28 6-Ablesung 4 6 6 6 8 6 10 14 12 24 18 16 3-Ablesung 6 4 5 4 6 5 8 12 10 22 16 15 Gelfestigkeit (10 Sek.) +++ 2,72 2,72 3,63 3,63 4,54 3,63 6,35 8,16 7,26 10,9 8,16 8,16 (10 Min.) +++ 2,72 3,63 6,35 4,54 8,16 6,35 7,26 14,5 11,8 15,4 18,1 14,5 + 0,227 kg/Barrel = 159 l an Oleylamiddispergiermittel (Bezeichnung Spa@er Sperse) ++ 0,454 kg/Barrel = 159 l an Oleylamiddispergiermittel +++ in kg/9,29 m2 (lbs/1@@ ft2) Tabelle III Dichte (kg/l) 1,977 2,036 2,1@8 1,977 @,03@ 2,1@8 Frisches Wasser (1) 85,58 83,08 78,23 86,11 83,2@ 78,23 Sulfonatdispergiermittel (kg/Barrel = 159 l) 0,091 0,091 0,091 0,091 0,091 0,091 Beschwerungsmittel I (kg/Barrel = 159 l) 114,0 110,3 104,9 114,0 110,3 104,@ Oleylamiddispergiermittel (kg/Barrel = 159 l) 0,081 0,908 1,362 0,681 0,9@@ 1,362 Beschwerungsmittel II, Eisencarbonat (kg/Barrel = 159 l) 115,3 129,4 151,6 115,3 129,4 151,6 Viskositätsmodifizierungsmittel, HEC (kg/Barrel = 159 l) 1,362 1,362 1,135 1,362 1,362 1.135 Inhibitor, KCl (kg/Barrel = 159 l) 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 4,77 Anfangsrheologie bei 22,2 °C Anfangsrheologie bei 65,6 °C scheinbare Viskosität 300+ 300+ 300+ 165 171 200 600-Ablesung 600+ 600+ 600+ 330 342 400 300-Ablesung 600+ 600+ 600+ 230 219 230 plastische Viskosität --- --- --- 100 123 170 Fließpunkt (Grenzbelastung) kg/9,29 m2 --- --- --- 59,0 43,6 27,2 200-Ablesung 474 520 5@9 208 166 168 100-Ablesung 306 336 370 160 114 102 6-Ablesung 78 80 68 36 44 24 3-Ablesung 62 64 52 32 40 24 Gelfestigkeit (10 Sek.)+++ 31,6 32,7 59,0 17,3 22,7 29,9 Gelfestigkeit (10 Min.)+++ 63,6 59,0 113,5 33,6 39,9 60,8 pH-Wert 8,5 8,5 8,5-API-Fluidverlust (ml/30 Min.) 5,0 5,5 4,9-HT-HF-Fluidverlust 3,0 24 ++ 34-31,6 kp/cm2-121,1°C ++ Fluidverlust bei 104,4 °C +++ in kg/9,29 m2 (lbs/100 ft2) Tabelle Iv Fluid @it einer @ichte von 2,036 kg/1 83,23 l Wasser 0,091 kg/Barrel = 159 l Sulfonatdispergiermittel 0,908 kg/Barrel = 159 l Oleylamiddispergiermittel 112,6 kg/Barrel = 159 l Beschwerungsmittel CaCO@ 129,4 kg/Barrel = 159 l Beschwerungsmittel Eisencarbo@e@ variable Mengen HEC-Viskositätsmodifizier@@gs@i@tel 4,77 kg/Barrel = 159 l HCl-Inhibitor Viskositätsmodifizierungs-0,908 @,@6@ mittel, kg/Barrel = 159 l Temperatur, °C 22,@ 65,6 79,4 93,3 22,2 65,6 scheinbare Viskosität 300+ 150 110 @1 300+ 171 600-Ablesung 600+ 300 200 162 600+ 34@ 300-Ablesung 548 176 13@ 104 @@@+ 219 plastische Viskosität --- 124 82 5@ --- 12@ Fließpunkt (Grenzbelastung) kg/9,29 m2 --- 23,6 25,4 20,@ --- 43,6 200-Ablesung 442 134 104 @2 @2@ 166 100-Ablesung 270 84 08 56 33@ 114 6-Ablesung 62 26 22 20 80 44 3-Ablesung 52 21 20 18 64 40 Gelfestigkeit (10 Sel.) ++ 30,0 14,5 --- --- 32,7 22,7 Gelfestigkeit (10 Min.) ++ 53,6 30,0 --- --- 59,@ 40,0 AFI-Fluidverlust (ml/30 Min.) 8,6 --- --- --- 5,@ ---HT-HP-Fluidverlust (ml/30 Min.) bei 65,6 °C 30 --- --- --- 16,8-bei 104,4 °C --- --- --- --- 24 ---++ in kg/9,29 m2 (lbs/100 ft2) Tabelle V Veränderung der @@@eologie mit dem pH-Wert; Anfangsrheologie eines Fluids mit 1,677 kg/l bei 22,2 °C pH-Wert 6,1 7,05 8,05 8,65 @,4 @,75 10,75 11,25 12,@ scheinbare Viskosität 201 222 275 280 271 270 233 235 242 600-Ablesung 402 444 550 560 542 540 506 540 484 300-Ablesung 238 264 326 334 322 320 300 3@1 288 plastische Viskesität 164 180 224 226 220 220 206 209 198 Fließpunkt (Grenzbelastung) kg/9,29 m2 33,6 38,1 46,3 49,0 46,3 45,4 42,7 41,8 40,0 200-Ablesung 174 1@2 238 246 236 224 220 22@ 208 100-Ablesung 100 110 138 142 136 134 126 126 120 6-Ablesung 11 12 18 18 16 16 15 16 15 3-Ablesung 7 8 12 12 10 12 10 10 10 Gelfestigkeit (10 Sek.) ++ 3,63 4,54 6,35 7,26 6,35 7,26 6,35 6,35 6,35 Gelfestigkeit (10 Min.) ++ 6,35 6,35 9,98 9,98 6,62 1@,9 9,@8 9,@8 9,@8 API-Fluidverlust (ml/30 Min.) 5,7 5,4 4,4 4,6 4,8 3,8 4,3 4,6 4,4 ++ in kg/9,29 m2 (lbs/100 ft2) Tabelle VI Alterungs@esi bei einem erfindungsgemä@en Fluid mit 2,@36 kg/l Wasser 83,23 l Sulfonatdi@pergiermittel 0,@@1 kg/Barrel = 159 l CaOO3-Bese@@erungsmittel 111,2 kg/Barrel = 159 l Oleylamiddispergiermittel 0,9@@ kg/Barrel = 159 l Eisen@arbonat-Beschwerungsmittel 129,4 kg/Barrel = 159 l HEC-Viskositätsmodifizierungsmittel 1,362 kg/Barrel = 159 l @Cl-@n@ibitor 4,77 kg/Barrel = 159 l Turbomischertank erster @ag dritter @@@ linker rechter linker @ank r@@@ter Tank Tank Tank Temperatur (°C) 22,2 22,2 22,2 65,6 79,4 22,2 65,6 79,4 scheinbare Viskosität (UV) 300+ 300+ 300+ 185 147 300+ 179 147 600-Ablesung 600+ 600+ 600+ 370 294 600+ 35@ 294 300-Ablesung 4@@ 500 560 246 206 58@@ 238 194 plastische Viskosität (UV) --- --- --- 124 @@@ --- 120 100 Fließpunkt (Grenzbelastung) kg/9,29 m2 --- --- --- 55,4 53,6 --- 53,6 42,7 200-Ablesung 360 390 434 200 170 454 138 154 100-Ablesung 240 258 284 144 136 296 130 110 6-Ablesung 70 68 70 64 62 76 52 50 3-Ablesung 58 58 58 58 58 60 48 42 Gelfestigkeit (10 Sek.)++ --- --- --- 27,2 --- --- 22,7-Gelfestigkeit (10 Min.)++ --- --- --- 34,5 --- --- 32,7-API-Verlust (ml/30 Min.) --- --- 5,4 --- --- 5,3-HT-HP-Fluidverlust bei 121,1 °C und 31,6 kp/ cm2 (ml/30 Min.) --- --- 19,0 --- --- 18,8-Dichte (kg/l) 2,036 2,036 2,036 --- --- 2,036 --- --- Anmerkung zu Tabelle VI: Beim Anmachen warde das Oleylamiddispergiermittel zusammen mit dem Eisen@arbonat zugesetzt, um ein Schäumen zu vermeiden.
++ in kg/9,2@ m2 (lbs/100 ft2) UV = Einheitsviskosität Fluid @r. Beschreibung A @rfindungsgemäßes Fluid mit 2,036 kg/l, 18 Tage gealtert B erfindungsgemäßes Fluid, aufbewahrt im Lagerbe@älter, wie am 16. Tag gemischt.
C @ombination von Fluid A und B nach dem 19. Tag Fluid ++A B C Temperatur (°C) 22,2 22,2 22,2 scheinbare Viskosität (UV) 300+ 300+ 300+ 600-Ablesung 600+ 600+ 600+ 30 -hblesung 526 600+ 510 plastische Viskosität (UV) Fließpunkt (Grerzbela stunE;)-200-Ablesung 416 500 400 100-Ablesung 280 316 270 6-Ablesung 78 60 86 3-Ablesung 70 24 72 Dichte (kgjl) 2,036 2,012 2,036 ++ Das Fluid Jc war i.n dem Lagerbehälter für 20 Tage statisch aufbewahrt worden. Das Fluid wurde einmal während der 20 Tage gerührt. Es ergab sich kein Absetzen von Feststoffen una keine Veränderung in den Eigenschaften.
Tabelle VII Tests an Kernen mit einem erfindungsgemäßen Fertigstellungsfluid Dic@te: 1,797 kg/l Ansatz: 1 Barrel = 159 l Frischer Wasser 84,1 l Sulfona@dispergiermittel 0,227 kg/Barrel = 159 l Ca@O3-Beschwerungsmittel 202,0 kg/Barrel = 159 l HEC-Viskosität@modi@izierungs- 0,908 kg/Barrel = 159 l nittel KCl-Inhibitor 4,77 kg/Bareel = 159 l Test A Stufe 1 - Rohöl (Morrow @rude) wurde durch den Kern (Berea core) mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 ccm/10 Min.
= 10 ccm/min bei 7 kp/cm2 und 65,6 °C strömen gelassen.
Stufe 2 - Der @ern wurde mit dem Fertigstellungsfluid bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2,5 ccm/10 Min. = 0,25 ccm/ min einer Rückstrombehandlung unterzogen.
Stufe 3 - Las Rohöl (Morrow cmuae) wurde durch den Kern (ßerea core) in der gleichen Richtung wie in Stufe 1 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 ccm/9 Min. = 11,1 ccm/min strömen gelassen.
Test B Stufe 1 - Rohöl (Morrow crude) wurde durch den Kern (Berea core) strömen gelassen. Strömungsgeschwindigkeit = 198 ccm/ 17 Min. = 11,65 ccm/min.
Stufe 2 - Der hern wurde mit den erfindungsgemäßen Fertigstellungsfluid bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 ccm/30 Hin. in umgekehrter Richtung einer Durchströmbehandlung unterzogen.
Stufe 3 - Der Kern wurde schwach mit Wasser gespült, uni das gesamte Fluid mit Ausnahme des Filterkuchens zu entfernen. 15 %ige HCl wurde auf dem Kuchen für @@ @i@@ten statisch stehengelas@en. Als nächstes wurde 15 %ige HCl durch den @ern in der gleichen @ichtung wie in @tufe 2 strömen gelassen; Strömungsges@@wi@@igkeit = 218 ccm/13 @in. = 1@,77 ccm/min.
Stufe 4 - @o@öl (Morrow @rade) wurde durch den @ern (Berea core) in der gleichen @ichtung wie in Stufe 1 strömen gelassen; @trömungsgeschwindigkeit = 199 ccm/ @,5 Min. = @0,@ ccm/min.
Test C Stufe 1 - @ohöl (Morrow @rude) wurde durch den @ern (Berea @ore) strömen gelassen; Strömungsgeschwindigkeit = 157 ccm/30 Hin. = 5,23 ccm/min.
Stufe 2 - Tn umgekehrter Richtung wurde der Kern unter Verwendung von 15 %iger HCl gespült; Strömungsgeschwindigkeit = 213 ccm/2 Min. = 106,5 ccm/min.
Stufe 3 - Durch den @ern wurde @ohöl (Morrow @rude) in der gleichen Richtung wie in Stufe 1 strömen gelassen; Strömungsgeschwindigkeit = 207 ccm/15,5 Min. = 13,3@ ccm/min.
@as erfindungsge@@@e Fluid @urde in einem @amilton-Beach-Mischer mit einem @@yton-5-amp-@heostat, @instellung 10, gemischt. Der Mischvorgang war wie folgt: 1. Die erforderliche Wassermenge wurde abgemessen.
2. Während des Mischens wurde die erforderliche Nenge an Dispergiermittel zugesetzt, dann wurde das Mischen 1 Minute fortgeführt.
3. Während des Mischens wurde langsam die erforderliche Menge an Beschverungsmittel zugesetzt, dann wurde das Mischen für 2 Minuten fortgeführt.
4. Während des Mischens wurde langsam die erforderliche Menge an Viskositätsmodifizierungsmittel zugesetzt und das Mischen 10 Minuten fortgeführt.
5. Während des Mischens wurde langsam die erforderliche Menge an Inhibitor zugesetzt und das Nischen 3 Minuten fortgeführt.
Es wurde eine Feder Nr. r an einem modell 35-Fann-VG-Meßgerät zur Aufzeichnung der rhe@logischen Eigenschaften verwendet, und alle durchgeführten Able@ @ngen wurden verdoppelt.
Tabelle VIII Wäßriges, erfi@ @n@@gemäßes Fluid mit einer Dichte von 1,5@@ kg/l Frisches Wasser 108,5 l CaCO3-Beschwer@@@@m@ttel 141,6 kg/Barrel = 159 l HEC-Viskositäts@odifizie- 1,36 kg/Barrel = 159 l rungsmittel HCl-Inhibitor 4,77 kg/Barrel = 159 l Sulfonatdispergiermittel 0 0,045 0,091 0,136 (kg/Barrel) Temperatur (°C) 22,2 71,1 22,2 71,1 22,2 71,1 22,2 71,1 @cheinbare Viskosität 110 5@ 94 44 99 37 87 33 600-Ablesung 220 100 188 88 198 74 174 66 300-Ablesung 135 66 110 34 114 44 97 37 plastische Viskosität 85 34 78 34 84 30 77 29 Fließpunkt (kg/9,29 m2) 22,7 14,5 14,5 9,08 13,6 6,35 9,08 3,63 200-Ablesung 100 54 80 42 82 32 68 27 100-Ablesung 60 39 46 2@ 48 2@ 37 16 6-Ablesung 12 14 7 9 6 6 4 4 3-Ablesung 9 13 5 8 4 4 3 3 Gelfestigkeit (10 Sek.) 4,54 8,16 2,72 4,08 2,72 2,72 1,81 2,27 (kg/9.29 m2) Gelfestigkeit (10 Min.) 7,72 11,3 4,54 7,26 7,26 6,35 3,18 3,63 (kg/9,29 m2) API-Fluidverlust (ml/30 min) 6,8 --- 5,4 --- 4,9 --- 6,2 --- Tabelle VIII (Fortsetzung) Dichte 1,557 kg/l Frischer Wasser 106,5 l Sulfonatdispergiermittel 0,091 kg/Barrel = 159 l CaCO3-@eschwerungsmittel 141,6 kg/Barrel = 159 l KCl-In@@@itor 4,77 kg/Barrel = 159 l HEC-Viskositätsmodifizie- 0,908 1,36 1,59 1,82 2,04 rungsmittel (kg/Barrel) Temperatur (°C) 22,2 71,1 22,2 71,1 22,2 71,1 22,2 71,1 22,2 71,1 scheinbare Viskosität 46,5 24 99 37 133 53 186 69 224 80 600-Ablesung 93 48 198 74 266 106 372 138 448 160 300-Ablesung 51 30 114 44 156 62 23@ 80 270 94 plastische Viskosität 42 18 84 30 110 44 142 58 178 66 Fließpunkt (kt/9,29 m2) 4,08 5,44 13,6 6,35 20,9 8,16 39,9 9,98 41,@ 12,@ 200-Ablesung 36 34 82 32 114 46 170 60 202 70 100-Ablesung 20 16 48 20 64 28 100 34 120 40 6-Ablesung 3 6 6 6 8 6 12 8 14 8 3-Ablesung 2 5 4 4 6 5 8 6 10 7 Gelfestigkeit (10 Sek.), 1,36 3,63 2,72 2,72 3,63 3,63 4,54 4,54 5,44 4,54 (kg/9,29 m2) Gelfestigkeit (10 Min.), 3,18 5,90 7,26 6,35 7,26 7,26 7,26 8,16 9,08 7,71 (kg/9,29 m2) API-Fluidverlust 7,1 --- 4,9 --- 4,9 --- 4,7 --- 4,3-(ml/30 Min.) Tabelle IX Dichte 1,917 kg/l Wasser 72,8 l Sulfonatdispergiermittel @,454 kg/Barrel = 159 l CaCO3-Beschwerungsmittel 232,4 kg/Barrel = 15@ l HEC-Viskositätsmodifizie- @,227 kg/Barrel = 15@ l rungsmittel KCl-Inhibitor 4,77 kg/Barrel = 1@@ l Sulfonatdispergiermittel 0,227 0,454 @,@@@ 1,13 (kg/Barrel) Temperatur (°C) 22,2 71,1 22,2 71,1 22,2 71,1 22,2 71,1 scheinbare Viskosität 300+ 117 300+ 105 300+ 1@2 300+ @@ 600-Ablesung 600+ 234 600+ 210 600+ @@@ 600+ 1@@ 300-Ablesung 430 140 300 114 302 1@0 306 100 plastische Viskosität --- 94 --- 96 --- @4 --- 86 Fließpunkt (kt/9,29 m2) --- 2@,9 --- @,16 --- 7,26 --- 6,35 200-Ablesung 306 96 190 80 200 76 1@8 7@ 100-Ablesung 168 60 92 50 100 44 98 40 6-Ablesung 36 20 18 16 16 14 16 14 3-Ablesung 30 18 14 15 12 13 12 12 Gelfestigkeit (10 Sek.) 8,62 8,09 8,16 8,16 7,26 8,18 7,26 7,26 (kg/9,29 m2) Gelfestigkeit (10 Min.) 1@,1 15,4 13,6 1@,2 13,6 14,5 14,5 12,9 (kg/9,29 m2) API-Fluidverlust 11,8 --- 10,4 --- 7,6 --- 7,0-(ml/30 Min.) Tabelle IX (Fortsetzung) Dichte 1,917 kg/l Wasser 72,@ l Sulfonatdispergiermittel 1,13 kg/Barrel = 159 l CaCO3-Beschwerungsmittel 232,4 kg/Barrel = 159 l HEC-Viskositätsmodifizie- 0,227 kg/Barrel = 159 l rungsmittel KCl-Inhibitor 4,63 kg/Barrel = 159 l Sulfonatdispergiermittel 0 0,680 0,908 (kg/Barrel) Temperatur (°C) 22,2 71,1 22,2 71,1 22,2 71,1 scheinbare Viskosität 300+ 120 214 72 212 61 600-Ablesung 600+ 240 428 144 424 122 300-Ablesung 600+ 140 212 76 202 68 plastische Viskosität --- 100 216 68 222 54 Fließpunkt (kg/9,29 m2) --- 18,1 --- 3,63 --- 6,35 200-Ablesung 600+ 106 136 54 126 44 100-Ablesung 422 72 68 36 58 25 6-Ablesung 70 30 20 18 8 7 3-Ablesung 48 22 18 16 6 6 Gelfestigkeit (10 Sek.) 46,3 11,8 12,7 8,16 3,63 4,08 (kg/9,29 m2) Gelfestigkeit (10 Min.)64,5 24,5 17,2 15,4 5,44 6,35 (kg/9,29 m2) API-Fluidverlust NO@ --- 5,8 --- 5,9-(ml/30 Min.) @ keine Kontrolle Tabelle IX (Fortsetzung) Dichte 1,917 kg/l Wasser 72,8 l Sulfonatdispergiermittel 1,13 kg/Barrel = 159 l Oleylamiddispergiermittel 0,454 kg/Barrel = 159 l CaCO3-Beschwerungsmittel 232,4 kg/Barrel = 159 l KCl-Inhibitor 4,77 kg/Barrel = 159 l HEC-Viskositätsmodifizie- 0,136 0,181 0,227 0,272 rungsmittel (kg/Barrel) Temperatur (°C) 22,2 71,1 22,2 71,1 22,2 71,1 22,2 71,1 scheinbare Viskosität 237 85 215 85 300+ 93 300+ 93 600-Ablesung 474 170 430 170 600+ 186 600+ 186 300-Ablesung 230 90 22 92 306 100 376 104 plastische Viskosität 244 80 210 78 --- 86 --- 82 Fließpunkt (kg/9,29 m2) 0 4,54 4,54 6,35 --- 6,35 --- 9,98 200-Ablesung 152 64 150 64 198 70 254 74 100-Ablesung 76 38 76 38 98 40 140 48 6-Ablesung 14 14 12 14 16 14 36 20 3-Ablesung 10 12 10 12 12 12 30 18 Gelfestigkeit (10 Sek.) 3,63 7,71 6,35 7,26 7,26 7,26 15,4 9,08 (kg/9,29 m2) Gelfestigkeit (10 Min.) 16,3 19,1 15,4 17,2 14,5 10,9 24,5 7,26 (kg/9,29 m2) API-Fluidverlust 9,0 --- 9,4 --- 7,0 --- 5,4-(ml/30 Min.) Tabelle X Viskositäten von @EC-Polymerisaten Grenzen der Viskosität von wäßrigen Lösungen Polymeri- @rookfield-Viskosität bei 25 °C in cP satty@ bei unter@@@iedlichen @onzentrationen 1 % 2 % 5 % @@ 3400-5000-H4 2600-3300-H 1500-2500-MH 1000-1500-M --- 4500-6500 ---@ --- 1500-2500-G --- 150-400 ---@ --- 25-105-J --- --- 150-400 L --- --- 75-150

Claims

Patentansprüche 1. Hochstabiles, @eine Schäden verursachendes Fluid zur Aufrechterhaltung eines hydrostatischen Druches auf einer unterir@i@chen, von einem Bohrloch durchdrungenen Formation, dadurch g e k e n n z e i c h n n e t, daß es Wasser, ein @iskosität@modifizierungs@ittel in einer wirksamen Konzentration zun @uspendieren von Beschwerungsmittel in Form eines hy@ratisierbaren, substituierten lolymerisates, einen @nhibitor in einer wi@@sa@en @ouzentration zur Inhibierung der @uelle@s von Ton, der wenigstens ein wasserlösliches halogenidsalz eines Alkalimetalls, Erdalkalimetalls oder des Ammoniums umfaßt, ein in Wasser unlösliches, teilchenförmiges, festes Beschwerungsmittel mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von etwa 2 bis 20 Mikron, wobei das Beschwerungsmittel in einer konzertration zur Erteilung der gewünschten Fluiddichte vorliegt, sowie ein Dispergiermittel in einer @onzentration von weniger als etwa 1,5 Gew. -% des Fluides enthält, wobei das bispergiermittel wenigstens ein @ondensationsprodukt von Haphthalinsulfat und einem Aldehyd mit nic@erem @olgewicht, insbesondere Formaldehyd, oder ein Gemisch aus @leylamid-Zellstoffablauge oder einer @o@bination @iervon u@@aßt.
2. Hochstabiles, keine Schäden verursachendes Fluid nach Anspruch 1 zur Aufrechterhaltung eines hydrostatischen Druckes auf einer unterirdischen, von einem Bohrloch durchdrungenen Formation, dadurch gekennzeichnet, daß es Wasser, ein Viskositätsmodifizierungsmittel in einer wirksamen Konzentration zur Suspendierung von Beschwerungsmittel bis zu etwa 0,1 Gew. -% des Fluides, wobei das Viskositätsmodifizierungsmittel ein hydratisierbares Cellulosepolymerisat in Form von niedermolekularen @ydroxyalkylcellulosepolymerisaten ist, einen In@ibitor in einer wirksamen Konzentration zum Inhibieren des Quellens von Ton bis zu etwa 15 Gew.-% des Fluides, wobei der lnhibitor wenigstens ein wasserlösliches @@logenid@alz eines Alkalimetalls, Erdalkalimetalls oder von Ammonium in Form des Bromids oder Chlorids unfaßt, ein in Wasser unlösliches, in Säure lösliches, teilchenföraiges, festes Beschwerungsmittel mit einem spezifischen Gewicht von wenigstens 2,0 und einer -lt tieren Teilchengröße in Bereich von etwa 2 bis 20 Mikron, wobei das Bes@@werungsmittel wenigstens einen der Stoffe Calciumearbonat oder Eisencarbonat oder eine Kombination hiervon umfaßt und in einer Konzentration zur Erteilung der gewünschten Fluiddichte vorliegt, sowie ein Dispergiermittel in einer Konzentration von weniger als etwa 1,5 Gew.-% des Fluides enthalt, wobei das Dispergiermittel weniL:stens ein Kondensationsprodukt von Naphthalinsulfonat und einen Aldehyd mit niederem Molgewicht, insbesondere Formaldehyd, oder einem Gemisch aus Cleylamid-Zellstoffabauge oder eine Kombination hiervon umfaßt.
3. Hochstabiles, keine Schäden verursachendes Fluid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Viskositätsmodifizierungsmittel eine hydroxyäthylcellulose mit einer Viskosität in Wasser bei einer Eonzentration von 1 0A oder weniger von etwa Ç Cj cI ist.
4. Hochstabiles, keine Schäden verursachendes Fluid nach Anaspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhibitor ein Alkalimetallchorid ist.
5. Hochstabiles, @eine Schäden verursachendes Fluid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine größere Dichte als etwa 1,63 kg/1 aufweist.
6. Hochstabiles, keine @ch@den verursachendes Fluid nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, daß es eine größere Dichte als etwa 1,22 kg/1 aufweist.
7. Hochstabiles Fluid hoher Dichte, das als Ballast und zum Anbringen eines hydrostatischen Druckes brauchbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß es Wasser, ein Viskositätsmodifi@ierungsmittel in einer wirksamen Konzentration zum @nspendieren von @eschwerungsmittel, wobei das Viskositäts-@odifizierangsmittel ein hydratisierbares Polysa@charid ist, einen lnhibitor in einer wirksamen honzentration zum Inhibieren des Quellens von Ton, der wenigstens ein wasserlösliches Halogenidsalz eines Alkalimetalls, Erdalkali-@etalls ocer des Ammoniums umfaßt, sowie ein in Wasser unlösliches, teilchonförmiges, festes Beschwerungsmittel mit einer mittleren Teilchengröße in Bereich von etwa 2 bis 20 Mikron enthält, wobei das Beschwerungsmittel zur Einstellung der gewünschten Fluiddichte vorliegt.
8. Hochstabiles Fluid hoher Dichte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Dispergiermittel mit einer @onzentration von weniger als etwa 1,5 Gew. -% des Fluids enthält, wobei das Dispergiermittel wenigstens ein Salz eines @ondensationsproduktes von Naphthalinsulfonat und einem Aldehyd mit niederem Molgewicht, insbesondere Formaldehyd, oder ein Gemisch aus Oleylamid-Zellstoffablauge oder eine @ombination hiervon umfaßt.
Cl Hochstabiles Fluid hoher Dichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Viskositätsmodifizierungsmittel ein in nasser lösliches, substituiertes, nickit-ionisches Cellulosepolymerisat ist.
10. Hochstabiles Fluid hoher Dichte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Dichte von 1,56 kg/l oder höher besitzt, wobei das Beschwerungsmittel Eisencarbonat, Caleiumcarbonat oder eine @ombination bzw. Mischung h@ervon ist.
11. Hochstabiles Fluid hoher Dichte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhibitor Natrium-, Nalium-, @agnesi@@- des Calcinmchlorid oder -bromid oder ein beliebiges Gemis@@ niervon ist.
12. Verfa@ren zur @@@stell@ng eines noc@stabilen Fluids hoher Dichte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Mischen zu dem berechneten Volumen des Wassers zur Herstellung des gewünschten Volumens des Fluids hoher Dichte in folgender Reihenfolge zugegeben werden: ein ein Kondensations@rodukt von Naphthalinsulfonat und einem Aldehyd mit niederem @olgewicht, insbesondere Formaldehyd, umfassendes Dispergier@ittel, Beschwerungsmittel mit einer mittl@ren Teilchengröße im Bereich von etwa 2 bis 20 Mikron, Viskositätsmo@ifizierungsmittel, das ein hydratisierbares, substituiertes Cellulosepolymerisat umfaßt, sowie ein lnhibitor.
13. Verfahren nach tknspruci, 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Typ von Dispergiermittel, das ein Gemisch aus Cleylamid-Zellstoffablauge umfaßt, zusammen mit einem Beschwerungsmittel hokier Dichte zwischen den Stufen 2 und 3 zugesetzt und eingemischt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydratation des Viskositätsmodifizierungsmittels dadurch hinausgezögert wird, daß der pH-Wert des Fluides unterhalb von 6,5 gehalten wird, bis alle Bestandteile zugesetzt wurden und @it dem Fluid vermischt wurden.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Viskositätsmodifizierungsmittel zu dem Wasser vor der Zugabe des Inhibitors zugesetzt wird.
16. Verfahren zur herstellung eines hochstabilen, wäßrigen Fluids hoher Dichte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß praktisch das gesamte Beschwerungsmittel zu dem Wasser vor der Zugabe des Viskositätsmodifizierungsmittels zugesetzt wird.
17. Verfahren zur @erstellung eines hochstabilen, wäßrigen Fluids hoi1er Dichte nach Anspruch 1', dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teil des Dispergiermittels zu dem Wasser vor der Zugabe des Beschwerungsmittels zugesetzt wird.
18. Verwendung des Fluids nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Ste@erung des hydrostatischen Druckes in einem Bohrloch in der Nähe einer unterirdischen Formation.