DE3048078A1

DE3048078A1 - "bohrfluessigkeit"

Info

Publication number: DE3048078A1
Application number: DE19803048078
Authority: DE
Inventors: James D. 77040 Houston Tex. Kercheville; Michael J. 77043 Houston Tex. Nevins
Original assignee: NL Industries Inc
Current assignee: NL Industries Inc
Priority date: 1980-01-07
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1981-09-24
Also published as: MY8500850A; AU538522B2; DE3048078C2; FR2473054A1; BR8100038A; NO803542L; CA1135039A; IT8026963A0; GB2066876B; GB2066876A; FR2473054B1; ES497672A0; SG66984G; NO150920B; ES8202614A1; DK511180A; NO150920C; AU6506080A; NL8006888A; IT1141154B

Description

Beim Bohren in öl- oder Gasfeldern oder bei der Bildung von anderen Bohrlöchern in der Erde werden im allgemeinen Bohrflüssigkeiten eingesetzt, die wässrige Gemische darstellen. Die Flüssigkeiten enthalten Ton oder andere kolloidale. Materialien sowie· gewisse Additive, deren Verwendung von den Eigenschaften des Bohrlochs abhängt. Die Bohrflüssigkeit oder der Bohrschlamm dient hauptsächlich als Medium zum Transport des durch den Bohrmeißel losgelösten Materials an die Oberfläche. Zusätzlich wirkt die Bohrflüssigkeit als Schmiermittel für den Bohrmeißel und dessen Schaft und verhindert den Eintritt von in der Erde vorliegendem öl, Gas und Salzwasser in das Bohrloch während des Bohrens. Darüber hinaus dient die Bohrflüssigkeit noch anderen Zwecken und hat noch andere Eigenschaften, die bekannt sind (vgl. Rogers¹ "Composition and Properties of Oil Well Drilling Fluids", 3. Auflage (1963)· ; Kirk-Othmer, "Encyclopedia of Chemical Technology", 2. Auflage (1965), Band 7, Seite 287 bis 307).

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Wie erwähnt, liegt eine Aufgabe der Bohrflüssigkeit darin, einen ausreichenden hydrostatischen Druck in der Flüssigkeitssäule im Bohrloch aufrechtzuerhalten, um den Ein- · tritt von anderen Flüssigkeiten in das Bohrloch und, unter extremen Verhältnissen, ein Herausblasen aus dem Bohrloch zu verhindern. In Abhängigkeit von den Bohrbedingungen kann ein ausreichender hydrostatischer Druck mit normalem Wasser fast erreicht werden. Jedoch ist es unter normalen Umständen, und im allgemeinen als Vorsichtsmaßnahme notwendig, zur Erreichung des gewünschten hydrostatischen Drucks den Bohrschlamm zur Erhöhung seiner Dichte mit einem geeigneten Beschwerungsmittel zu beladen. Derartige Mittel liegen im allgemeinen in Form von fein verteilten Feststoffen aus einem Material mit einer hohen Eigendichte vor. Das meistbekannte Beschwerungsmittel ist fein gemahlener Baryt. Jedoch wurden auch Eisenoxide, Zölestin, Bleiglanz und andere Stoffe darüf eingesetzt. Baryt war deshalb bisher bevorzugt, da es sich durch eine relativ hohe Dichte, Unlöslichkeit, chemische Inertheit und bisher durch leichte Zugänglichkeit auszeichnete. Jedoch steht Baryt inzwischen nicht mehr in den gewünschten Mengen zur Verfügung, so daß andere Beschwerungsmittel gesucht werden.

Abgesehen von der Tatsache, daß die Barytvorkommen allmählich erschöpft sind und in einigen Gebieten der Erde, wo viele Erdbohrungen vorgenommen werden, praktisch nicht vorhanden sind, ist Baryt auch mit einer Mohs-Härte von 2,5 bis 3,5 relativ weich. Letzteres beeinträchtigt die rheologischen Eigenschaften des Bohrschlamms, nachdem der Baryt während des Bohrens in dem Bohrloch zirkulierte. Das ganze Zirkulierungssystem beim Bohren verhält sich etwas wie eine Strahlmühle in der Weise, daß die weicheren Mineralteilchen einem Abrieb unterworfen und dadurch in ihrer Korngröße verkleinert werden. Diese Verminderung

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der Korngröße hat eine Zunahme der Viskosität des Bohrschlamms zur Folge. Die Ursache hierfür ist die wesentlich kleinere Korngröße sowie eine Zunahme der Gesamtzahl der Teilchen.

Es sind auch Beschwerungsmittel als Ersatz für Baryt angegeben worden, um die vorgenannten Schwierigkeiten wegen der geringen Härte des Baryts zu vermeiden. Diese anderen Beschwerungsmittel werden schrittweise zerkleinert. In der GB-PS 1 495 874 ist der Einsatz von Ilmenit und/oder Hämatit als Beschwerungsmittel für Bohrflüssigkeiten erwähnt. Auch ist aus der CO-PS 9396 die entsprechende Verwendung von glimmerartigem Specularit bekannt.

Specularit ist ein natürlich vorkommendes Mineral, das in unterschiedlichen Formen und Reinheiten über die ganze Welt verstreut zu finden ist. Zum Beispiel ist dieses Mineral gemäß der letztgenannten Druckschrift relativ weich, schuppenförmig, glimmerartig und yon ausgeprägter Schichtstruktur. Diese Form des glimmerartigen Specularits neigt beim Mahlen zui Bildung sehr dünner Plättchen. Diese werden bei der Verwendung in einer Bohrflüssigkeit leicht in sehr kleine Teilchen überführt, die dazu neigen, die Viskosität der Bohrflüssigkeit zu erhöhen. Unter den im Bohrloch herrschenden Bedingungen wirkt der glimmerartige Specularit im wesentlichen nicht wie ein Schleifmittel. .

Der im Rahmen der Erfindung eingesetzte Specularit ist ein nicht hydratiertes Mineral, das trotz seiner im allgemeinen schichtförmigen Struktur hart ist und beim Mahlen in Teilchen mit unregelmäßigen Kanten übergeht, die wie ein Schleifmittel wirken. Das Mineral hat eine relativ hohe Eigendichte von über 4,3 und eine Mohs-

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Härte von etwa 5 bis 6. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung des Specularits neigt dieser nicht dazu, in kleinere Teilchen überzugehen, welche die rheologischen Eigenschaften der Bohrflüssigkeit wesentlich ändern wurden. Jedoch wirkt dieses Mineral wegen seiner¹,Härte ähnlich wie ein Schleifmittel und kann zu einem übermäßigen Verschleiß an der Bohrvorrichtung, insbesondere an den Leitungen und am Bohrmeißel, führen. Da die Suche nach öl und Gas immer tiefere Bohrlöcher erfordert, gewinnt die übermäßige Abnutzung z.B. der Leitungen und des Bohrmeißels, immer mehr an Bedeutung und erfordert eine brauchbare Problemlösung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bohrflüssigkeit zur Verfügung zustellen. Diese soll den Einsatz eines relativ harten und ähnlich wie ein Schleifmittel wirkenden Beschwerungsmittels ermöglichen» Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Die Erfindung betrifft somit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine verbesserte Bohrflüssigkeit angegeben, die neben Wasser einen nicht hydratisierten Specularit als Beschwerungsmittel und ein in Wasser dispergierbares Antiverschleißmittel enthält. Das Antiverschleiß.mittel liegt in einer solchen Menge vor, daß die Schleifwirkung der Bohrflüssigkeit deutlich vermindert ist. Die Korngröße des Beschwerungsmittels in der Bohrflüssigkeit soll so eingestellt sein, daß mindestens 85 Gew-% des Mittels ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,044 mm passieren. Die Menge des Beschwerungsmittels in der Bohrflüssigkeit hängt von den Bohrbedingungen ab, liegt jedoch im allge-

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meinen in einer Größenordnung, welche die Dichte der Bohrflüssigkeit deutlich erhöht.

Erfindungsgemäß wird die Bildung von Bohrlöchern in der Erde dadurch verbessert, daß die erfindungsgemäße Bohrflüssigkeit während des Bohrens in dem Bohrloch zirkuliert.

In der Zeichnung ist die Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des durch Schleifwirkung sich ergebenden Gewichtsverlusts bei Einsatz verschiedener Bohrflüssigkeiten, und

Fig. 2 eine graphische Darstellung der durch Schleifwirkung verursachten Abnutzung bei Verwendung verschiedener Bohrflüssigkeiten.

Die im Rahmen der Erfindung geeigneten Beschwerungsmittel für die Bohrflüssigkeiten sind harte, nicht hydratisierte Mineralien mit einer Dichte von etwa 4,3 oder höher. Ein spezielles Beispiel für ein derartiges Mittel ist Specularit. Dieses Mineral ist häufig anzutreffen und stellt chemisch gesehen das Eisenoxid Fe^(X. .dar. Das Mineral ist z.B. von Ivan Rostov in "Mineralogy", 1. engl. Auflage (1968), beschrieben. Typischer Specularit enthält 69,94% Eisen und 30,06% Sauerstoff. Es kann auch etwas.Titan anwesend sein. Specularit wird oft im Gemisch mit hydratisierten Eisenoxiden, Eisencarbonat und Magnetit sowie Eisensilicaten gefunden. Jedoch ist auch nichthydratisierter Specularit zugänglich, bei dem eine Abtrennung von Hydratwasser nicht erforderlich ist.

Die im Rahmen der Erfindung eingesetzten Beschwerungsmittel haben eine Dichte von mindestens 4,3, vorzugsweise

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von mindestens 4,5. Erforderlichenfalls kann das Beschwerungsmittel durch im Bereich der Metallurgie bekannte Methoden, wie Flotation, bezüglich der Korngröße aufbereitet werden, um die gewünschte Mindestdichte zu erreichen. Das Be.schwerungsmittel hat eine Mohs*-Härte von mindestens 4,3. Viele Formen des Specularits weisen eine Härte von 5 bis 6 auf. Für den Einsatz im Rahmen der Erfindung haben die Beschwerungsmittel eine solche Korngröße, daß mindestens 85 Gew-% davon, vorzugsweise 90 bis 92 %, ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,044 mm, und mindestens 98% ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,074 mm passieren. Die gewünschte Korngröße des Beschwerungsmittels kann durch Mahlen in üblicher Weise erzielt werden.

Die Menge des Beschwerungsmittels in der erfindungsgemäßen Bohrflüssigkeit kann in Abhängigkeit von der gewünschten Dichte des BohrSchlamms sehr unterschiedlich sein. Der Bohrschlamm seinerseits hängt von den Bohrbedingungen ab. In jedem Fall ist die für eine bestimmte Schlammdichte benötigte Barytmenge bekannt und kann mit Hilfe von Tabellen, die sich auf diesen Zusammenhang beziehen, ermittelt werden. Ein Vergleich der Eigendichten der Beschwerungsmittel mit der Eigendichte von Baryt zeigt, daß diese Tabellen zur Bestimmung der Menge des Beschwerungsmittels benutzt werden können, die zur Einstellung der gewünschten Dichte des Bohrschlamms oder der Bohrflüssigkeit erforderlich ist.

Wie bereits erwähnt, sind die erfindungsgemäß eingesetzten Beschwerungsmittel relativ harte Stoffe und unterliegen daher in geringerem Maß einer allmählichen Zerkleinerung. Gleichzeitig wirken diese Beschwerungsmittel relativ stark schleifmittelähnlich, was zu einer übermäßigen Erosion von Teilen der Bohrvorrichtung, z.B. von Bohrpumpen,

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-gestänge und -meißeln, während des Bohrens führt. Es wurde nun gefunden, daß beim Zusatz von in Wasser dispergierbaren Antiverschleißmitteln zu Bohrflüssigkeiten, die - wie im Fall der Erfindung - relativ harte Beschwerungsmittel enthalten, die Schleifwirkung der Bohrflüssigkeit soweit vermindert werden kann, daß im wesentlichen keine Äbnutzungserscheinungen mehr beobachtet werden, verglichen mit Bohrflüssigkeiten ähnlicher Dichte, die mit dem viel weicheren Baryt als Beschwerungsmittel erhalten worden sind. Das erfindungsgemäß eingesetzte Antiverschleißmittel muß in Wasser soweit dispergierbar sein, daß es ein Colloid, eine Emulsion oder ein anderes derartiges heterogenes System bildet, in dem das Antiverschleißmittel im allgemeinen gleichförmig in der Wasserphase verteilt ist. Das Antiverschleißmittel soll ermöglichen, daß die gewünschten rheologischen Eigenschaften der Bohrflüssigkeit erhalten werden. Vorzugsweise ist dieses Mittel ein Material, das bei Einsatz in ausreichenden Mengen und unter Verwendung des erfindungsgemäß vorgesehenen harten Beschwerungsmittels eine gute Bohrflüssigkeit bildet. Dabei ergeben sich durch das harte Beschwerungsmittel Abrieb- und/oder Schleifeigenschaften, die .im allgemeinen ähnlich oder im wesentlichen gleich jenen Eigenschaften sind, die bei einer Bohrflüssigkeit mit im wesentlichen der gleichen Dichte oder dem gleichen Gewicht unter Verwendung von Baryt als Beschweruhgsmittel erhalten werden. Eine Gruppe von Antiverschleißmittel/ die in erfindungsgemäßen Bohrflüssigkeiten auf der Basis von frischem Wasser besonders wirksam sind, enthält Fettsäuren, wie ölsäure, Stearinsäure, Linalsäure oder Palmitinsäure. Derartige Fettsäuren kommen im allgemeinen in Pflanzenölen, wie Baumwollsaatöl, Sojabohnenöl, Maisöl, Ricinusöl. oder Leinöl, vor. Die

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Fettsäuren, entweder in reiner Form oder in Form der vorgenannten Pflanzenöle, werden mit kleinen Mengen grenzflächenaktiver Stoffe gemischt, um die Dispergierbarkeit in Wasser zu erzielen. Entsprechende grenzflächenaktive Stoffe sind z.B. langkettige Alkohole, Alkanolamine und sulfonierte Pflanzenölderivate, wie sulfonierten Ricinus" · öl. Ein besonders wirksames Antiverschleißmittel ist ein Gemisch aus Sojabohnenöl, langkettigen Alkoholen und sulfoniertem Ricinus. Dieses Gemisch und ähnliche Stoffe ergeben jeweils ein geradezu ideales Antiverschleißmittel, da sie nur in relativ kleinen Mengen der Bohrflüssigkeit zugegeben werden müssen, um deren Schleifwirkung auf ein annehmbares Maß zu vermindern. Hinzu kommt, daß wegen dieser Verwendung von relativ kleinen Mengen des Antiverschleißmittels die rheologischen Eigenschaften der Bohrflüssigkeit nur in einem geringen bis vernachlässigbaren Umfang beeinträchtigt werden.

Die Menge des Antiverschleißmittels in der Bohrflüssigkeit kann sehr verschieden sein, liegt jedoch im allgemeinen bei 0,1 bis etwa 5 Gew-%. Jedoch braucht dieses Mittel häufig nur in einer Menge eingesetzt zu werden, die eine wesentliche Verminderung der Schleifwirkung der Bohrflüssigkeit bewirkt.

Vorzugsweise enthält die Bohrflüssigkeit Verdickungsmittel. Derartige Mittel können auf Ton basieren und z.B. Schiefer- oder Tonerdesand darstellen, denen man beim Bohren begegnet und die von der Bohrflüssigkeit oder dem Bohrschlamm aufgenommen und ein Teil hiervon werden. Alternativ oder zusätzlich können Tone dem Bohrschlamm zugegeben werden. Spezielle Beispiele für hochcplloidale Tone sind Smektit, insbesondere Bentonit,Atta.p_Uigit und Sepiolith. Bentonit ist als Ton bevorzugt. Daneben kommt noch eine Vielzahl anderer in Wasser dispergierbarer

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ORIGINAL INSPECTED

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Stoffe, insbesondere organische Colloide, als Verdickungsmittel in Betracht. Beispiele hierfür sind Stärke-Derivate, Cellulosederivate, synthetische Polymere, wie Natriumpolyacrylat, sowie natürliche Gummiarten, wie Guar-Mehl, Karaya-Gummi und durch Bakterien gebildete Gummiarten, die von gewissen Mikroorganismen der Art Xanthomonas gebildet werden. Gegebenenfalls können auch Gemische derartiger Verdickungsmittel verwendet werden. Die Technologie der Verdickungsmittel in Bohrschlamm ist weit entwickelt und dem Fachmann bekannt. Die verschiedenen Verdickungsmittel sind in ihrer auf das Gewicht bezogenen Wirksamkeit sehr unterschiedlich. Das heißt, die in eine bestimmte Menge der Bohrflüssigkeit oder des Bohrschlamms (z.B. in -1^9 1) einzuarbeitende Menge des Verdickungsmittels (z.B. ein Vielfaches von 0,453 kg) kann sehr unterschiedlich sein, um die gewünschte Konsistenz zu erhalten.

Außer den Verdickungsmitteln kann der Bohrschlamm ggfs. Mittel zur Einstellung des Flüsslgkeitsverlustes, Viskositätsregler, Antischaummittel, Mittel zur Gefrierpunktserniedrigung und andere Zusätze enthalten.

Im Rahmen der Erfindung können bei der Anwendung der Bohrflüssigkeiten während des Bohrens zusätzliche Mengen an Beschwerungsmittel und/oder Antiverschleißmittel zugegeben werden, um die Dichte und die Schleifeigenschaften des Bohrschlamms in gewünschter Weise aufrechtzuerhalten oder zu verändern.

Die Beispiele erläutern die Erfindung. Der eingesetzte Specularit ist nicht hydratisiert und hat eine Dichte von 4,9 bis 5,1 (Lieferant U.S. Steel Corporation}.

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Beispiel 1

Eine Standard-Bohrflüssigkeit oder ein Standard-Bohrschlaraii wird durch Rühren von 25 g Bentonit (AQUAGEL; NL Baroid, Houston) und 50 g Schiefer (GLENN Rose) in 350 ml Wasser während 20 min in einem Schnelldispersator gemischt. Der Schlamm wird dann mit 5 g. Lignosulfonat (Q-BROXIN; NL Baroid, Houston) ,. 5 g eines organischen Materials auf der Basis von Huminsäure (CARBONOX; NL, Baroid, Houston), 1,5 g Ätznatron und 4 g eines grenzflächenaktiven Stoffes für Bohrflüssigkeiten (AKTAFLO S; NL Baroid, Houston) versetzt, währens 10 Minuten das Rühren in dem Dispersator fortgesetzt wird. Den erhaltenen Bohrschlamm läßt man während 16 bis 18 Stunden absetzen.

Beispiel 2

Unter Verwendung des gemäß Beispiel 1 erhaltenen Standard-Bohrschlamms werden verschiedene Arten von beschwertem Bohrschlamm unter Einsatz von Baryt (BAROID; NL Baroid, Houston) und Specularit hergestellt. Die Werte für den jeweiligen beschwerten Bohrschlamm sind für einen Bohrschlamm von 1,558 kg/1 in der Tabelle I, für einen Bohrschlamm von 1,917 kg/1 in der Tabelle II und für einen Bohrschlamm von 2,157 kg/1 in der Tabelle III zusammengefaßt.

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Tabelle I

Probe ' ' AB A B AB A B

. ' Standard-Schlamm, m³ .0,159 0,159 0,159 0,159 0,159 0,159 0,159 0,159

Baryt, kg 122,5 122,5 .122,5 122,5

: Specularit, kg 117,9 117,9 117,9 117,9

Rührzeit, min 15 15 15 15 20 20 25 25

Wälzzeit bei 65,6°C Stunden 0 0 16 16 16 . 16 16 16

Alterungszeit bei 14 9°C, Stunden 0 0 0 0 0 0 16 16

^ Plastische Viskosität, Pa.s 0,054 0,047 .0,043 0,032 0,065 0,049 0,097 0,072

JE? Fließgrenze, kg/m² 0,488 0,732 0,342 0,293 1,220 1,074 1,269 1,269

^ 10 s Gel, kg/m² .0,195 0,439 0,146 0,146 0,244 0,293 0,195 0,244

ο 10 min Gel, kg/m² ■ 0,342 0,439 0,244 0,195 0,244 0,293 0,244 0,244

pH-Wert . 10,4 10,5 9,0 9,0

API-Filtrat, ml/30 min 3,0 3,5 4,5 5,0 3,5 4,0

Filtrat, 149⁰C, 35,2 kg/cm^a, ml * 12,4 16,4

Scherfestigkeit, kg/m² 4,882 4,882

-P» OO O

Tabelle II

Ca) O O CaJ CO

CD CO O> O

Probe

Standardschlamm, m³ P iry t, kg Specularit, kg

Rührzeit, min Walzzeit bei 65,6°C, Stunden Alterungszeit bei 149°C, Stunden

Plastische Viskosität, Pa «s Fließgrenze, kg/m² 10 s Gel, kg/m² 10 min Gel, kg/m² pH-Wert API-Filtrat, ml/30 min Filtrat, 149°C, 35,2 kg/cm², ml Scherfestigkeit, kg/m² Absetzen des Beschwerungsmittels

O	,159	15	O₁	159	5	0	,1 59	15	0	,1 59	15	0	,159	20	0	,159	20	0	,153	25	0,159
240,4	0			0	240,4	16			16	240,4	16			16	240,4	16
	0	232,2	0		0	232,2	0		0	232,2	0		16	232,2
	,061	1	051		,088		,028		,073		,036		,100	25
	,781		097		,660		,244		,342		,390		,146	16
	,244		195		,293		,097		,244		,146		,439	16
0	,390	0,	244	0	,390	0	,097	0	,488	0	,195	0	,709	0,038
0	,8	0,	7.	1		0		0	,4	0	,5	0	,6	0,146
0	,5	0,	5	0		0		0	,5	0	,0	0	,0	0,097
0		0,		0		0		0	40,0	O	65,0	1		0,097
8		8,						8		8		8	9,530	8,4
2		2,						2		3		5		8,0

						1	7,812
				0	mäßig

Tabelle III

Probe . A B A B A B · A B

Standard-Schlamm, m³ ' 0,159 0,159 0,159 0,159 0,159 0,153 0,159 0,159

Baryt, kg 326,6 326,6 326,6 326,6

Specularit, kg " 301,6 301,6 , 301,6 301,6

Rührzeit, min.

Walzzeit bei 65,6⁰C, Stunden Alterungszeit bei 149°C, Stunden

I to	Plastische Viskosität, Pa-s
f	Fließgrenze,
	10 s Gel,
' _Λ	10 min Gel,
t*>	pH-Wert
O	API-FiItrat,
O	, kg/m²
CJ CO	kg/m²
>. O	kg/m²
CO
TO	, ml/30 min
O	Filtrat, 294⁰C, 35,2 kg/cm²
Scherfestigkeit, kg/m^a

1	5	15	0	15	0	15	20	20	25	25
	0	0	0	16	0	16	16	16	16	16
	0	.0	0	0	0	0	0	0	16.	16
0,	077	0,036	0	,043	0	,0*3	0,066	0,038	hoch	0,063
0		0,195		,342		,146	0,146	0,586	hoch	0,928
0		0,146		,097		,097	0,146	0,097	5,859	0,293
0,	049	0,195		,244		,195	0,195	0,146	11,132	1,855
9,	9	10,1			9,0	9,5
5,	0	5,0			6,0	5,5	10,0	8,4
					64,0	118,0

48,826 19,530

-O OO O

Aus den Tabellen I, II und III ist ersichtlich, daß die mit Specularit hergestellten Bohrflüssigkeiten im Vergleich zu üblichen, mit Baryt erhaltenen Bohrflüssigkeiten günstige Eigenschaften aufweisen.

Beispiel 3

Zur Untersuchung der Abnutzungsgeschwindigkeit unter hohen Scherkräften bei Einsatz verschiedener Beschwerungsmittel in Bohrschlamm wird der gemäß den Beispielen 1 und 2 hergestellte Bohrschlamm von 1,917 kg/1 verwendet. Aus der nachfolgenden Tabelle IV ist ersichtlich, daß bei vergleichbaren Bohrschlammgemischen die Abnützungsgeschwindigkeit im Fall des Specularits beträchtlich geringer ist als im Fall des Baryts. Diese Beständigkeit des Specularits hat den Vorteil, daß sich die rheologischen Eigenschaften der Bohrflüssigkeit während des Bohrens , bei dem der Bohrschlamm im Bohrloch konstant zirkuliert, nicht so rasch ändern.

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Tabelle IV

Naßsiebanalyse, . Absoluter Prozentsatz der Zunahme an
% (unter 0,044· mm) Feinkorn (Differenz zwischen Anfangs-. und Endwert)

Bohrschlamm zu Beginn Bohrschlamm am
■ " ' . Ende

I	Baryt	93,2	97,0	3,8
τ—	Specularit	92,0	93,0 ;	1,0

to O O. Ca> co ¹W
0960/

-C-OO CD •<J CO

Beispiel 4

Unter Einsatz von 15 g Bentonit (AQUAGEL) und 60 g Schiefer (Glen Rose) sowie 350 ml Wasser und anschliessender Zugabe von 300 g des speziellen Beschwerungsmittels wird ein Bohrschlamm auf der Basis von Wasser hergestellt. Der Specularit enthaltende Bohrschlamm wird mit 0,285 kg/m"¹ eines" Polyphosphates (BARAFOS; NL Baroid, Houston) versetzt. Zur Untersuchung der Schleif- bzw. Abnutzungswirkung" der hergestellten Bohrschlammgemische und zur Prüfung der Wirkung einer Zugabe von Antiverschleißmitteln werden zwei Methoden angewandt. Gemäß der Methode A wird die durch die Bewegung der Teilchen in einer Flüssigkeit gegen eine Metalloberfläche verursachte Abnutzung beurteilt. In diesem Fall wird der gesamte Gewichtsverlust an der gesamten Oberfläche gemessen..

Methode A

Zur Simulierung der Schleifwirkung und des Zerkleinerns der Teilchen im Labormaßstab wird ein Mischer (Hamilton Beach, Typ 936) eingesetzt, der mit einer Drehzahl von 15000 U/min arbeitet. Für jeden Bohrschlamm wird ein neuer, gewogener Rührflügel verwendet, um dessen Abnutzung festzustellen. Der Rührflügel wird periodisch nach verschiedenen Rührzeiten auf seinen Gewichtsverlust hin untersucht. Die Bohrschlammgemische werden während des Mischens in ein Kühlbad getaucht, um ein Überhitzen und ein Verdampfen zu vermeiden. Durch Zugabe des vorgenannten Polyphosphats wird ein Verdicken der beschwerten Bohrschlammgemische während des Rührens möglichst gering gehalten. Die Ergebnisse der Untersuchungen der Abnutzung sind in der Tabelle V zusammengefaßt.

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Tabelle V

Probe

Standard-Schlamm, m

Baryt, kg Specularit, kg A-31O, 92,6% o,o44 mm A-314, 93,1% o,o44 mm

Polyphosphat, kg/m Antiverschleißmittel, kg/m Eigenschaften: Beginn

Plastische Viskosität, Pa«s

Fließgrenze, kg/m

Io s Gel, kg/m²

1o min Gel, kg/m²

pH-Wert

Eigenschaften: 4 Stunden

Plastische Viskosität, Pa.s

Fließgrenze, kg/m²

1o s Gel, kg/m²

1o min Gel, kg/m

pH-Wert

Eigenschaften: 8 Stunden Plastische Viskosität, Pa«s Fließgrenze, kg/m Io s Gel, kg/m² 1o min Gel, kg/m² pH-Wert

Rührflügelgewicht # g Gewichtsverlust, % des Rührflügels nach 1 Stunde nach 2 Stunden nach 4 Stunden nach 8 Stunden

o,159-251,7

o,o18 o, 1.46 o,146 o,586 8,2 .

o,o3o 2,539 2,783 6,347 8,4

o,o36 2,343 2,685 5,127 8,2

5,17

o,24

o,47 o,94 1,52

c-,159
251,7

0,39a 0,399

o,o2o
0

o,o49
o,537
8,2

o,o29

1,758
2,148
5,713
8,3

o,o31
1,9o4
2,392
5,322
8,2

O/159

232,2

o,o16

o,195

9,0

o,o24 o,342 o,146 1,o74 9,ο

0,159 232; 2

1,484

o,o12 o, 683 o,S3o 2,49o 9,8

o,o19 o,o97 o,o97 o,586 9,6

o,o15 3,955 3,o27 9,326 9,6

3,92
8,oo
14,1o

2,85 5,42

1o,2o 14,33

o,159 0,108 122,5

122,5

18o,1

0,713 11,413

o,o23 O,o97 o,o49 o,586 9,6

o,o28

7,47o

6,689

12,548

9,5

⁵'¹⁵ 5,21 5,18 5,21

1,47 2,5o 4,67

o,o22 o,976 o, 1,172

o,o49 1,318 o,635 2,148 8,9

5,19

2,64 4,86 8,56

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Gemäß einer weiteren Testmethode zur Bestimmung der Abnutzung bzw. der Schleifwirkung wird die Bewegung von Metalloberflächen gegeneinander beurteilt, während diese Oberflächen einer fließenden Flüssigkeit ausgesetzt sind. Die dieser Methode B zugrundeliegende Aufgabe ist es, den Gewichtsverlust der beanspruchten Fläche zu bestimmen.

Methode B .

Der für das Messen von Eigenschaften unter extremem Druck vorgesehene·Testblock wird so bearbeitet, daß während des Tests eine konstante Abrieboberfläche dem Testring, ausgesetzt ist. Es wird eine Ringgeschwindigkeit von 432 U/min gewählt, da diese einer Drehung des Bohrgestänges mit 130 U/min etwa äquivalent ist und den Bedingungen bei der Bildung von Bohrlöchern gut entspricht. Bei dieser Geschwindigkeit werden der Ring und der Block während Zeitabschnitten von 15 Minuten mit verschiedenen Drehmomenten belastet. Das Gewicht des Testblocks zu Beginn und am Ende wird jeweils gemessen. Daraus ergibt sich der Gewichtsverlust des Blocks in jedem Bohrschlamm. Die Abnutzungsgeschwindigkeit wird dann für eine Stunde bestimmt und berechnet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen VI, VII und VIII zusammengefaßt.

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Tabelle VI

Beschwerungsmittei Baryt

σ co σι

Belastung, m*kp Ringgeschwindigkeit/ U/min Ringgeschwindigkeit, m/s Verschleißdauer, min :

Blockgewicht, Beginn, g Blockgewicht, Ende, g Gewichtsverlust, g Verschleißgeschwindigkeit, g/Stunde

Durchschnittliche Verschleißgeschwindigkeit, g/Stunde

1/152	1	,152	•V792 5	2,3o4	2,3o4	3,456	3,456	4,6o8	4,6o8
432	432	,84o1 ·	432	432	432	432	432	432
Ö.792 15	C 1	,8357	o,792 15	D,792 15	o,792 15	o,792 15	. o,792 15	o,792 15
9.8453	9	,oo44	9,8183	9,8too	9,769o	9,7562	9,7143	9,7oo5
9,84o1	9	,o176	9,81oo	8,8o26	9,7562	9,7423	•9,7oo5	9,6352 I
O.OO52	O	o,oo83	o,oo74	o,o128	o,o139	o,o138	o,o153 ^
O,o2o8	O	o,0332	o,o296	O,o512	O,o556	o,o552	o,o612

o,o129

Ο.Ο314.

o,o534

o,o582

Tabelle VII

■^» CD

Belastung, m*kp Ringgeschwindigkeit, U/min Ringgeschwindigkeit, m/s Verschleißdauer, min

Blockgewicht, Beginn, g Blockgewicht, Ende, g Gewichtsverlust, g

Verschleißgeschwindigkeit, g/Stunde

Durchschnittliche Verschleißgeschwindigkeit, g/Stunde

	576	792	o,	576	792	Beschwerungsraittel	152	792	1,152	. Specularit	3o4	792	2,	3o4	792
ο,	432			432		1,	432		432	2,	432			432
	ο,	4625	o,	4523	o,	4443	o,792	o,	395o	o,	3o82
15	4523	15	4445	15	4199	15	15	3o82	15	2116
9,	o1o2	9,	oo73	9,	o246	9,4199	9,	o863	. 9,	c-966
9,-	o4o3	9,	ö312	9,	o984	9,395o	9,	3472	9,	3864
o,		o,	o,	b,o249	o,	o,
ο,	o,	O,	o,o996		o,

o,o36o

o,o9.9o

o,3668

Tabelle VIII

d> co co

Antiverschleißmittel, kg/πΓ Belastung, m*kpi Ringgeschwindigkeit, U/min Ringgeschwindigkeit, m/s Verschleißdauer, min

Blockgewicht, Beginn, g Blockgewicht, Ende, g Gewichtsverlust, g

Verschleißgeschwindigkeit, g/Stunde

	Beschwerungsmittel	22,827	Specularit
11,413	.1.1,413	3,456	22,827
3,456	2,3o4	' 432	2, 3o4
432 .	432	o,792	432
o,792 ,	o,792	15	o, 792
15	15 '"	8,4313	15
8,4698	3,4433	8,4173	3,4178
0,4483	S,43iß	o,o14o	8,4o87
o,o215	o,o165	o,o56o	o,oo91
o,o36o	o,o66o	O,o364

J>CO

Aus den Tabellen V bis. VIII ist ersichtlich, daß der Specularit im Vergleich zu Baryt viel bessere Abriebeigenschaften aufweist. Die Tabelle V zeigt, daß die Zugabe des Antiverschleißmittels die .Abnutzung des mit Specularit beschwerten Bohrschlamms wesentlich vermindert. Die Ergebnisse sind in der Fig. 1 graphisch dargestellt. Gemäß dieser Darstellung wird ein mit Specularit beschwerter Bohrschlamm, der kein Antiverschleißmittel enthält (Kurve A) mit einem ähnlich beschwerten Bohrschlamm, der etwa 11,413 kg/m eines Antiverschleißmit- . tels enthält (Kurve B), sowie mit einem typischen, mit Baryt beschwerten Bohrschlamm (Kurve C) verglichen.

Aus den Tabellen VI, VII und VIII sowie Fig. 2 ergibt sich, daß bei einem mit Specularit hergestellten Bohrschlamm die Verschleißgeschwindigkeit viel größer als bei einem üblichen, mit Baryt beschwerten Bohrschlamm ist. Jedoch lassen die in dieser Figur eingetragenen Werte erkennen, daß die Zugabe von relativ kleinen Mengen eines Antiverschleißmittels die Verschlei'ßgeschwindigkeit we- ■ sentlich verringert. So entspricht zum Beispiel die' Verschleißgeschwindigkeit eines mit Specularit beschwerten Bohrschlamms (Kurve A), der ohne Antiverschleißmittel stark verschleißend wirkt, bei Zugabe von etwa 22,827 kg/m eines Antiverschleißmittels (Kurve D) einem Abriebverhalten, das ähnlich oder gleich ist dem Verhalten eines üblichen, mit Baryt beschwerten Bohrschlamms (Kurve C). Selbst bei relativ geringen Mengen an Antiverschleißmittel, zum Beispiel bei 11,413 kg/m (Kurve B), wird der Verschleiß wesentlich verringert.

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Daraus ergibt sich, daß mit harten oder relativ harten Beschwerungsmitteln verbesserte Bohrflüssigkeiten oder Bohrschlamm mit hervorragenden rheologischen Eigenschaften und ohne übermäßige Verschleißwirkung hergestellt werden können, wenn die Bohrflüssigkeit oder der Bohrschlamm zusätzlich ein Antiverschleißmittel enthält, wie es vorstehend beschrieben ist.

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-AG -

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Bohrflüssigkeit, gekennz ei ohne t durch einen Gehalt an Wasser, einem Beschwerungsmittel, das ein nicht hydratisiertes Mineral ist und eine Mohs-Härte von etwa 4,5 oder höher, eine Dichte von mindestens 4,4 sowie eine solche Korngrößenverteilung hat, daß mindestens 85 Gewr% des Beschwerungsmitte]s ein Sieb mit einer Maschenweite von o,o44 mm und etwa 98 Gew.-% ein Sieb mit einer Mäschenweite von o,o74 mm passieren, wobei das Beschwerungsmittel in einer ausreichenden Menge vorliegt, um die Dichte der Bohrflüssigkeit deutlich zu erhöhen, sowie durch ein in Wasser dispergierbares Antiverschleißmittel in einer ausreichenden Menge, um die Schleifwirkung der Bohrflüssigkeit zu vermindern.

. ORIGINAL INSPECTED

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30A8078

2. Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeich η'et, daß es das Antiverschleißmittel in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 5 Gew»-% enthält.

3. Flüssigkeit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschwerungsmittel Specularit ist.

4. Flüssigkeit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt an einem weiteren Beschwerungsmittel, das Baryt, Zölestin, Bleiglanz oder ein Gemisch aus mindestens zwei dieser Mineralien ist.

5. Flüssigkeit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Additiven, die Verdickungsmittel, Mittel zur Einstellung des Flüssigkeitsverlustes, zusätzliche Beschwerungsmittel, Verdünnungsmittel oder Gemische aus mindestens zwei dieser Mittel darstellen.

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