DE3048078C2

DE3048078C2 - Bohrspülung mit Beschwerungsmittel und Antiverschleißmittel

Info

Publication number: DE3048078C2
Application number: DE3048078A
Authority: DE
Inventors: James D. Houston Tex. Kercheville; Michael J. Nevins
Original assignee: NL Industries Inc
Current assignee: NL Industries Inc
Priority date: 1980-01-07
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1985-07-18
Also published as: MY8500850A; DE3048078A1; NO803542L; GB2066876B; ES8202614A1; SG66984G; IT1141154B; AU538522B2; DK511180A; GB2066876A; AU6506080A; BR8100038A; CA1135039A; NO150920C; IT8026963A0; NL8006888A; ES497672A0; FR2473054A1; NO150920B; FR2473054B1

Description

Beim Bohren in öl- oder Gasfeldern oder bei der Bildung von anderen Bohrlöchern In der Erde werden im aligemeinen Bohrspülungen eingesetzt, die wäßrige Gemische darstellen. Die Spülungen enthalten Ton oder andere kolloidale Materialien sowie gewisse Additive, deren Verwendung von den Eigenschaften des Bohrlochs abhängt. Die Bohrspülung oder der Bohrschlamm dient hauptsächlich als Medium zum Transport des durch den Bohrmeißel losgelösten Matertals an die Oberfläche. Zusätzlich wirkt die Bohrspülung als Schmiermittel fDr den Bohnneißei ind 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 Bohrspülung noch anderen Zwecken und hat noch andere Eigenschaften, die bekannt sind (vgl. Rogers' „Composition and Properties of Oll Well Drilling Fluids", 3. Auflage, 1963; Klrk-Othmer, „Encyclopedia οΓ Chemical Technology", 2. Auflage, 1965, Band 7, Seiten 287 bis 307).

Wie erwähnt, liegt eine Aufgabe der Bohrspülung darin, einen ausreichenden hydrostatischen Druck in der Flüssigkeitssäule Im Bohrloch aufrechtzuerhalten, um den Eintritt 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 Errel-

³⁽¹ chung des gewünschten hydrostatischen Drucks die Bohrspülung zur Erhöhung seiner Dichte mit einem geeigneten Beschw.ningsmlttel zu beladen. Deartige Mittel liegen Im allgemeinen In Form von fein verteilten Feststoffen aus einem Material mit einer hohen Eigendichte vor. Das meistbekannte Beschwerungsmittel Ist fein gemahlener-3aryt. Jedoch wunien auch Eisenoxide, Zölestin, Bleigtanz und andere Stoffe dafür eingesetzt. Baryt war deshalb bisher bevorzugt, da es sich durch eine relativ hohe Dichte, Unlöslichkeit, chemische Inertheit und bisher durch leichte Zugänglichen auszeichnete. Jedoch steht Baryt inzwischen nicht mehr in den gewünschten Mengen zur Verfügung, so daß andere Beschwerungsmittel gesucht werden.

Abgesehen von der Talsache, 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 welch. Letzteres beeinträchtigt die Theologischen Eigenschaften der Bohrspü lung, nachdem der Baryt während des Bohrens In dem Bohrloch zirkulierte. Das ganze Zlrkullerungssystcm beim Bohren verhält sich wie etwa eine Strahlmühle in der Weise, daß die weicheren Mineralteilchcn einem Abrieb unterworfen und dadurch In Ihrer Korngröße verkleinert werden. Diese Verminderung der Korngröße hat eine Zunahme der Viskosität der Bohrspülung 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 Harte des Baryts zu vermelden. Diese anderen Beschwerungsmittel werden schrittweise zerkleinert. In der GB-PS 14 95 874 ist der Einsatz von Ilmenlt und/oder Hämatit als Beschwerungsmittel für Bohrspülungen erwähnt. Auch Ist aus der CO-PS 9 396 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 rela-

^ tiv weich, schuppenförmlg, glimmerartig und von ausgeprägter Schichtstruktur. Diese Form des glimmerartigen

' Specularlts neigt beim Mahlen zur Bildung sehr dünner Plättchen. Diese werden bei der Verwendung In einer

Bohrspülung leicht in sehr kleine Teilchen überführt, die dazu neigen, die Viskosität der Bohrspülung zu erhö-

hen. Unter den Im Bohrloch herrschenden Bedingungen wirkt der glimmerartige Specuiarlt Im wesentlichen nicht wie ein Schleifmittel.

Die DE-OS 26 11 092 berichtet über ein Bohrspülmittel, das für eine wesentliche Steigerung der Dichte dieses Mittels Ilmenit enthält, der zu 85 Gew.-% eine Korngröße von unter 0,044 mm aufweist. Bekanntlich hai Ilmcnit eine Dichte von 4,5 bis 5 und eine Härte von 5 bis 6. In der Druckschrift Ist ein Antlverschlelßmittel nlchi

^Ml erwähnt.

Aus der DE-AS 25 28 464 ist ein Verfahren zur Herstellung von Beschwerungsmitteln für Bohrspülungen durch Glühen von überwiegend Elsenoxid enthaltenden Feststoffen In oxidierender Atmosphäre bekannt.

In der DD-PS 76 450 sind zwar Antlverschlelßmittel für Bohrspülungen beschrieben. Diese Mittel sind aber nicht auf ein spezielles Beschwerungsmittel abgestimmt.

^(l<1 In der GB-PS 8 96 144 sind ebenfalls Antlverschlelßmittel angegeben. Diese sind aber nicht für Bohrspülungen mit einem Beschwerungsmittel hoher Dichte und hoher Härte vorgesehen. Die dort erwähnten Bohrspülungen enthalten als suspendierten Feststoff z. 3. Bentonlt, der bekanntlich ein sehr weiches Material darstellt. Die US-PS 22 98 984 befaßt sich mit der Verwendung von Eisenoxid als Beschwerungsmittel. Der gleich-

zeltige Einsatz eines Antiverschlelßmlttels Ist dort nicht erwähnt.

In der Veröffentlichung »Bohrtechnik-Brunnenbau-Rohrleitungsbau«, Nr. 7, 1973, Seite 262, wU-d aber die Eignung von Eisenoxid anstelle von Schwerspat als Beschwerungsmittel berichtet. Ein Antlverschleißmltte! Ist In diesem Zusammenhang nicht angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bohrspülung zur Verfügung zu stellen, die den s Einsatz eines relativ harten und ähnlich wie ein Schleifmittel wirkenden Beschwerungsmittels ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Bohrspülung mit einem Gehalt an Wasser und an einem nicht hydratlsierten Mineral als Beschwerungsmittel, dessen Dichte mindestens 4,4 beträgt, dessen Korngrößenverteilung derart ist, daß mindestens 85 Gew.-ss des Beschweruagsmlttels ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,044 mm und mindestens 98 Gew.-» ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,074 mm passleren, und das eine Mohs-Härte von ic etwa 4,5 oder höher aufweist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie zusätzlich etwa 0,1 bis 5,0 Gew.-%-Anteile eines Antiverschlelßmittels aufweist.

Vorzugsweise enthält die Bohrspülung als Beschwerungsmittel Specuiarit.

Der im Rahmen der Erfindung eingesetzte Specuiarit ist ein nicht hydratiertes Mineral, das trotz seiner Im allgemeinen schichtförmigen Struktur hari 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-Härte von etwa 5 bis 6. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung des Specularits neigt dieser nicht dazu, in kleinere Teilchen überzugehen, welche die Theologischen Eigenschaften der Bohrspülung wesentlich ändern würden. Jedoch wirkt dieses Mineral wegen seiner Härte ähnlich wie ein Schleifmittel und kann zu einem übermäßigen Verschleiß an der Bohrvorrichtung, insbesondere an den Leitungen und am Bohrinsel, führen. Da die Suche nach Öi und Gas immer tiefere Bohrlöcher erfordert, gewinnt die übermäßige Abnutzung z. B. der Leitungen und des Bohrmeißels immer mein- an Bedeutung und erfordert eine brauchbare Problemlösung.

Mit Hilfe der Erfindung wird die Bildung von Bohrlöchern in der Erde dadurch verbessert, daß die erfindungsgemäße Bohrspülung während des Bohrens in dem Bohrloch zirkuliert.

In der Zeichnung ist die Erfindung erläutert. Es zeigt

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

F i g. 2 eine graphische Darstellung der durch Schleifwirkung verursachten Abnutzung bei Verwendung verschiedener Bohrspülungen.

Die im Rahmen der Erfindung geeigneten Beschwerungsmittel für die Bohrspülungen sind harte, nicht hydra- ^Μ tisierte Mineralien mit einer Dichte von etwa 4,3 oder höher. Ein spezielles Beispiel für ein derartiges Mittel ist Specuiarit. Dieses Mineral ist häufig anzutreffen und stellt chemisch gesehen das Eisenoxid Fe₂O₃ dar. Das Mineral ist z. B. von Ivan Kostov in »Mineralogy«, 1. engl. Auflage (1968), beschrieben. Typischer Specuiarit enthält 69,94% Eisen und 30,06% Sauerstoff. Es kann auch etwas Titan anwesend sein. Specuiarit wird oft Im Gemisch mit hydratlsierten Elsenoxiden, Eisencarbonat und Magnetit sowie EisensiUcaten gefunden. Jedoch Ist ^ auch nicht-hydratlslerter Specuiarit 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 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 ^m Mindestdichte zu erreichen. Das Beschwerungsmittel 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 passleren. Die gewünschte Korngröße des Beschwerungsmittels kann durch Mahlen In üblicher Welse erzielt werden.

Die Menge des Beschwcrungsmluels In der erfindungsgemäßen Bohrspülung kann In Abhängigkeit von deren gewünschter Dichte sehr unterschiedlich sein Die Art der Bohrspülung hängt ihrerseits von den Bohrbedlngungcn ab. In jedem Fa!) ist die für eine bestimmte. Dichte der Bohrspülung 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 weiden können, die zur Einstellung der gewünschten Dichte der Bohrspülung 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 Beschwerungsmlttel relativ stark schleifmittelähnlich, was zu einer übermäßigen Erosion von Teilen der Bohrvorrichtung, z. B. von Bohrpumpen, -gestänge und -meißeln, während des Bohren» führt. Es wurde nun gefunden, daß beim Zusatz von In Wasser dlspergiertaren Antiverschleißmitteln zu Bohrspülungen die - wie im Fall der Erfindung - relativ harte Beschwerungsmittel enthalten, die Schielfwirkung der Bohrspülung soweit vermindert werden kann, daß Im wesentlichen keine Abnutzungserscheinungen mehr beobachtet werden, verglichen mit «ι Bohrspülungen ähnlicher Dichte, die mit dem viel weicheren Baryt als Beschwerungsmitte! erhalten worden sind. Das erfindungsgemäß eingesetzte Antlverschlelßmlttel muß in Wasser soweit dlsperglerbar sein, daß es ein Colloid, dnc Emulsion oder ein anderes derartiges heterogenes System bildet. In dem das Antlverschlelßmlttel Im allgemeinen gleichförmig in der Wasserphase verteilt Ist. Das Antiverschle'ßmlttel soll ermöglichen, daß die gewünschten Theologischen Eigenschaften der Bohrspülung erhalten werden. Vorzugswelse Ist dieses Mittel ein ^(>5 Material, das bei Eln-atz in ausreichenden Mengen und unter Verwendung des erfindungsgemäß vorgesehenen harten Beschwerungsniittels eine gute Bohrspülung 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 Bohrspülung mit Im wesentlichen der gleichen Dichte oder dem gleichen Gewicht unter Verwendung von Baryt als Beschwerungsmittel erhalten werden. Eine Gruppe von Antlverschlelßmlttel, die In erfindungsgemäßen Bohrspülungen auf der Basis von frischem Wasser besonders wirksam sind, enthält Fettsäuren, wie Ölsäure, Stearinsäure, Llnolsäure oder Palmltlnsäure. Derartige Fettsäuren kommen im allgemeinen In Pflanzenölen, wie Baumwollsaatöl, Sojabohnenöl, Maisöl, Riclnusöl oder Leinöl, vor. Die Fettsäuren, entweder In reiner Form oder In Form der vorgenannten Pflanzenöle, werden mit kleinen Mengen grenzflächenaktiver Stoffe gemischt, um die Dlsperglerbarkeit in Wasser zu erzielen. Entsprechende grenzflächenaktive Stoffe sind z. B. langkettlge Alkohole, Alkanolamine und sulfonlerte Pflanzenölderivate, wie sulfonlertes Riclnusöl. Ein besonders wirksames Antlverschleißmlttel Ist ein Gemisch aus Sojabohnenöl, lang keitlgen Alkoholen und sulfonlertem Rlclnus. Dieses Gemisch und ähnliche Stoffe ergeben jeweils ein geradezu Ideales Antlverschleißmlttel, da sie nur In relativ kleinen Mengen der Bohrspülung zugegeben werden müssen, um deren Schleifwirkung auf ein annehmbares Maß zu vermindern. Hinzu kommt, daß wegen dieser Verwendung von relativ kleinen Mengen des Antlverschlelßmlttels die Theologischen Eigenschaften der Bohrspülung nur In einem geringen bis vern.ichlässlgbaren Umfang beeinträchtigt werden.

Vorzugsweise enthält die Bohrspülung Verdickungsmittel. Derartige Mittel können auf Ton basleren und /.. B. Schleier- oder Tonerdesand darstellen, denen man beim Bohren begegnet und die von der Bohrspülung aufgenommen und ein Teil hiervon werden. Alternativ oder zusätzlich können Tone der Bohrspülung zugegeben werden. Spezielle Beispiele für hochcolloldale Tone sind Smektit, Insbesondere Bentonlt, Attapulglt und Seploiiih. Bentonii isi ais Ton bevorzugt. Daneben kommt noch eine Vielzahl anderer tn Wasser dlsperglerbarcr

^2U Stoffe, Insbesondere organische Collolde, als Verdickungsmittel In Betracht. Beispiele hierfür sind Stärke-Derivate, Cellulosederivate, synthetische Polymere, wie Natrlumpolyacrylat, sowie natürliche Gummiarten, wie Guar-Mehl, Karaya-Gumm! 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 für Bohrspülungen 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 Bohrspülung (z. B. In 1591) einzuarbeitende Menge des Verdickungsmittel (z. B. ein Vielfaches von 0,453 kg) kann sehr unterschiedlich sein, um die gewünschte Konsistenz zu erhalten.

Außer den Verdickungsmittel kann die Bohrspülung gegebenenfalls Mittel zur Einstellung des Flüsslgkclls-

■"» Verlustes, Visk •ütätsregler. Antischaummittel, Mittel zur Gefrierpunktserniedrigung und andere Zusätze enthalten.

Im Rahmen der Erfindung können bei der Anwendung der Bohrspülungen während des Bohrens zusätzliche Mengen an Beschwerungsmittel und/oder Antlverschleißmlttel zugegeben werden, um die Dichte und die Schieileigenschaften der Bohrspülung In gewünschter Welse aufrechtzuerhalten oder zu verändern.

■" Die Beispiele erläutern die Erfindung. Der eingesetzte Specularli Ist nicht hydratlslert und hat eine Dichte von 4,9 bis 5,1.

Beispiel 1

Eine Standard-Bohrspülung wird durch Rühren von 25 g Bentonit und 50 g Schiefer In 350 ml Wasser während 20 min in einem Schnelldlspersator gemischt. Der Schlamm wird dann mit 5 g Llgnosulfonat, 5 g eines organischen Materials auf der Basis von Huminsäure, 1,5 g Ätznatron und 4 g eines grenzflächenaktiven Stoffes für Bohrspülungen versetzt, während 10 Minuten das Rühren in dem Dlspersator fortgesetzt wird. Die erhaltene Bohrspülung läßt man während 16 bis 18 Stunden absetzen.

Beispiel 2

Unter Verwendung der gemäß Beispiel 1 erhaltenen Standard-Bohrspülung werden verschiedene Arten von beschwerter Bohrspülung unter Einsatz von Baryt und Specular» hergestellt. Die Werte für die jeweilige ⁵" beschwerte Bohrspülung sind für eine Bohrspülung von 1,558 kg/l in der Tabelle I, für eine Bohrspülung von 1,917 kg/1 in üer Tabelle II und für eine Bohrspülung von 2,157 kg/1 In der Tabelle III zusammengefaßt.

Tabelle I Probe ABABABAB Standard-Spülung, m^ 0,159 0,159 0,159 0,159 0,159 0,159 0,159 0,159

ho Baryt, kg 122,5 122,5 122,5 122,5

Speculating 117,9 117,9 117,9 117,9

Rührzeit, min	15	15	15	15	20	20	25	25
Walzzeit bei 65,6° C, Stunden	0	0	16	16	16	16	16	16
Alterungszeit bei 149° C, Stunden	0	0	0	0	0	0	16	16

	A	0,054	A	0,159	A	0,159	30	B	0,047	B	0,159	B	0,159	48 078	0,043	A	0,159	A	0,159	B	0,032	B	0,159	B	0,159	A	0,065	A	0,159	0,159	B	0,049	B	0,159	B	0,159	A	0,097	A	0,159	A	0,159	B	0,072	B	0,159	0,159
Fortsetzung	0,488	240,4	326,6		0,732				0,342	240,4	326,6	ö,293			1,220	240,4	326,6	1,074			1,269	240,4	326,6	1,269
Probe	0,195			0,439	232,2	301,6	A	0,146			0,146	232,2	301,6	0,244			0,293	232,2	301,6	0,195			0,244	232,2	301,6
Plastische Viskosität, Pa · s	0,342	15	15	0,439	15	15	0,244	15	15	0,195	15	15	0,244	20	20	0,293	20	20	0,244	25	25	0,244	25	25
Fließgrenze, kg/m²	10,4	0	0	1.0,5	0	0		16	16		16	16		16	16		16	16	9,0	16	16	9,0	16	16
IO si-el, kg/m²	3,0			3,5									4,5			5,0			3,5			4,0
10 min Gel, kg/m²		0	0		0	0		0	0		0	0	12,4	0	0	16,4	0	0		16	16		16	16
pH-Wert
API-Filtrat, ml/30 min		0,061	0,077		0,051	0,036		0,088	0,043		0,028	0,018		0,073	0,066		0,036	0,038	4,882	0.100	hoch	4,882	0,038	0,063
Filtrat, 149° C,		0,781	0		0,097	0,195		1,660	0,342		0,244	0,146		0,342	0,146		0,390	0,586		0,146	hoch		0,146	0,928
35,2 kg/cm², ml	0,244	0	0,195	0,146	0,293	0,097 5	0,097	0,097	0.244	0,146	0,146	0,097	0,439	5,859	0,097	0,293
Scherfestigkeit, kg/m²	0,390	0,244	0,390		0,097		0,488		0,195		1,709		0,097
Tabelle II	8.8	8,7				8,4		8.5		8,6		8,4
Probe	2,5	2,5			2,5	3,0	5,0	8,0
Standard-Spülung, m^}					40,0	65,0
Baryt, kg
Specularit, kg							19,530	7,812
Rührzeit, min							0	mäßig
Walzzeit bei 65,6° C,
Stunden
Aiterungszeit bei 149° C,	A	B
Stunden
Plastische Viskosität, Pa · s
Fließgrenze, kg/m²
!Os Ge!, kg/m²
10 min Gel, kg/m²
pH-Wert
API-Filtrat, πιΙ/30 min
Filtrat, 149° C,
35,2 kg/cm^J, ml
Scherfestigkeit, kg/m²
Absetzen des Beschwerungs
mittels
Tabelle III
Probe
Standard-Spülung, m³
Baryt, kg
Specularit, kg
Rührzeit, min
Walzet bei 65,6° C,
Stunden
Alterungszeit bei 149° C,
Stunden
Plastische Viskosität, Pa · s
Fließgrenze, kg/m²
10 s Gel, kg/m²

Fortsetzung

Probe

5	10 min Gel, kg/m²	0,049	0.1
	pH-Wert	9,9	10,1
	APl-Filtrat, ml/30 min	5,0	5,0
	Filtrat, 294"C,
II)	35,2 kg/cm², ml
	Scherfestigkeit, kg/m²

0,244 0,195 0,195 0,146 11,132 1,855

9,0	9,5
6,0	5,5
64,0	118,0

10,0

48,826 19.530

Aus den Tabellen I, Il und III ist ersichtlich, daß die mit Specularlt hergestellten Bohrspülungen Im Vergleich zu üblichen, mit Baryt erhaltenen Bohrspülungen günstigere Eigenschaften aufweisen.

Beispiel 3

Zur Untersuchung der Abnutzun°s°eschw!nii!^ilke!t unter hohen Scherkräften bsi Einsatz verschiedener Beschwerungsmittel in einer Bohrspülung wird die gemäß den Beispielen I und 2 hergestellte Bohrspülung von 1,917 kg/l verwendet. Aus der nachfolgenden Tabelle IV Ist ersichtlich, daß bei vergleichbaren Bohrspülungen die Abnutzungsgeschwindigkeit im Fall des Specularits beträchtlich geringer Ist als Im Fall des Baryts. Diese Beständigkeit des Specularits hat den Vorteil, daß sich die Theologischen Eigenschaften der Bohrspülung während des Bohrens, bei dem die Bohrspülung Im Bohrloch konstant zirkuliert, nicht so rasch ändern.

.10

Tabelle IV

NaUsicbanalyse, % (unter 0,044 mm)

Bohrspülung zu Beginn

Bohrspülung
am Ende

Absoluter Prozentsatz der Zunahme an Feinkorn (Differenz zwischen Anfangs- und Endwerl)

Baryt
Specularit

93,2 92,0

3,8 1,0

Beispiel 4

•mi Unter Einsatz von 15 g Bentonlt und 60 g Schiefer sowie 350 ml Wasser und anschließender Zugabe von 300 g des speziellen Beschwerungsmittels wird eine Bohrspülung auf der Basis von Wasser hergestellt. Die Specularlt enthaltende Bohrspülung wird mit 0,285 kg/m' eines Polyphosphates versetzt. Zur Untersuchung der Schleifbzw. Abnutzungswirkung der hergestellten Bohrspülungen und zur Prüfung der Wirkung einer Zugabe von Antiverschleißmltteln 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

^5U Zur Simulierung der Schleifwirkung und des Zerklelnerns der Teilchen im Labormaßstab wird ein Mischer eingesetzt, der mit einer Drehzahl von 15 000 U/min arbeitet. Für jede Bohrspülung wird ein neuer, gewogener Rührflügel verwendet, um dessen Abnutzung festzustellen. Der Rührflügel wird periodisch nach verschiedenen Rührzeiten auf seinen Gewichtsverlust hin untersucht. Die Bohrspülungen werden während des Mlschens In ein Kühlbad getaucht, um ein Überhitzen und ein Verdampfen zu vermeiden. Durch Zugabe des vorgenannten Polyphosphats wird ein Verdicken der beschwerten Bohrspülungen während des Rührens möglichst gering gehalten. Die Ergebnisse der Untersuchungen der Abnutzung sind in der Tabelle V zusammengefaßt.

Tabelle V
^Wl Probe ABCDEF

65

Standard-Spülung, m¹ Baryt, kg

Specularit, kg A-310, 92,6% 0,044 mm A-314, 93,1% 0,044 mm

0,159 0,159

251,7 251,7

0,159

232,2

0,159 0,159

122,5

232,2

122,5

180,1

Fortsetzung

Probe	A	3,999	B	0,399	C	0,016	D	1,484	E	0,713	V	'1,413	S
Polyphosphat, kg/m^J				0
Antiverschleißmittel, kg/m^J				0
Eigenschaften: Beginn	0,018	0,020		0,195	0,012	0,023	0,022
Plastische Viskosität, Pa · s	0,146	0	9.0	0,683	0,097	0,976	lü
Fließgrenze, kg/m²	0,146	0,049		0,830	0,049	0,439
10 s Gel, kg/m²	0,586	0,537	0,024	2,490	0,586	1,172
10 min Gel, kg/m²	8,2	8,2	0.J42	9,8	9,6	9,1	\s
pH-Wert			0,146
Eigenschaften: 4 Stunden	0,030	0,029	1,074	0,019	0,028	0,049
Plastische Viskosität, Pa ■ s	2,539	1,758	9,0	0,097	7,470	i,3i«
Fließgrenze, lig/cm²	2,783	2,148		0,097	6,689	0,635	20
10 s Gt, kg/m²	6,347	5,713		0,586	12,548	2,148
10 min Gel, kg/m²	8,4	8,3		9,6	9,5	8,9
pH-Wert							25
Eigenschaften: 8 Stunden	0,036	0,031		0,015
Plastische Viskosität, Pa · s	2,343	1,904		J.955
Fließgrenze, kg/m²	2,685	2,392	3,027
10 s Gel, kg/m²	5,127	5,322	9,326			30
10 min Gel, kg/m²	8,2	8,2	9,6
pH-Wert

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

5.17

5,15

5,21

5,18

5,21

5,19

0,24	0,50	3,92	2.85	1,47	2,64
0,47	0,98	8,00	5,42	2,50	4,86
0,94	1,93	14,10	10,20	4,67	8,56
1,52	3,23		14,33

Gemäß einer weiteren Testmethode zur Bestimmung der Abnutzung bzw. der Schleifwirkung wird die B* Regung von Metalloberflächen gegeneinander beurteilt, während diese Oberflächen einer fließenden Flüssigkeit ausgesetzt sind. Die dieser Methode B zugrunde liegende Aufgabe Ist es, den Gewichtsverlust der beanspruchten Flüche zu bestimmen.

Methode B

Der für das Messen von Eigenschaften unter extremem Druck vorgesehene Testblock wird so bearbeitet, daß wahrend des Tests eine konstante Abrleboberfläche dem Testring ausgesetzt 1st. Es wird eine Rlnggeschwlndigkeit von 432 U/mln gewählt, da diese einer Drehung des Bohrgestänges mit 130 U/mln 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 jeder Bohrspülung. Die Abnutzungsgeschwindigkeit wird dann für eine Stunde bestimmt und berechnet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen VI, VII und VIII zusammengefaßt.

Tabelle Vl

Beschwerungsmittel Baryt

Belastung, m ■ kp 1,152 1,152 2,304 2,304 3,456 3,456 4,608 4,608

Ringgeschwindigkeit, U/min 432 432 432 432 432 432 432 432

Ringgeschwindigkeit, m/s 0,792 0,792 0,792 0,792 0,792 0,792 0,792 0,792

Verschleißdauer, min 15 15 15 15 15 15 15 15

Fortsetzung

Beschwerungsmittel Baryt

Blockgewicht-Beginn, g 9,8453 9,8401 9,8183 9,8100 9,7690 9,7562 9,7143 9,7005

Blockgewicht, Ende, g 9,8401 9,8357 9,8100 8,8026 9,7562 9,7423 9,7005 9,6852

Gewichtsverlust, g 0,0052 0,0044 0,0083 0,0074 0,0128 0,0139 0,0138 0,0153

Verschleißgeschwindigkeit, 0,0208 0,0176 0,0332 0,0296 0,0512 0,0556 0,0552 0,0612 g/Stunde

15

Durchschnittliche Verschleißgeschwindigkeit, g/Stunde

0,0314

0,0534

Tabelle VII

20

25

.M)

35

40

5(1

	Beschwerungsmittel SpecuJarit	0,576	0,0360	1,152	1,152	0,0990	2,304	2,304	0,3668
Belastung, m - kp	0,576	432		432	432		432	432
Ringgeschwindigkeit, U/min	432	0,792		0,792	0,792		0,792	0,792
Ringgeschwindigkeit, m/s	0,762	15		15	15	Beschwerungsmittel Specularit	15	15
Verschleißdauer, min	15	9,4523	9,4443	9,4199		9,3950	9,3082
Blockgewicht, Beginn, g	9,4625	9,4445	9,4199	9,3950	9,3082	9,2116
Blockgewicht, Ende, g	9,4523	0,0073	0,0246	0,0249	0,0868	0,0966
Gewichtsverlust, g	0,0102	0,0312	0,0984	0,996	0,3472	0,3864
Verschleißgeschwindigkeit, g/Stunde	0,0408
Durchschnittliche Verschleißgeschwindigkeit, g/Stunde
Tabelle VIII

Antiverschleißmittel, kg/m³	11,413	11,413	22,827	22,827
Belastung, m - kp	3,456	2,304	3,456	2,304
Ringgeschwindigkeit, U/min	432	432	432	432
Ringgeschwindigkeit, m/s	0,792	0,792	0,792	0,792
Verschleißdauer, min	15	15	15	15
Blockgewicht, Beginn, g	8,4698	8,4483	8,4318	8,4178
Blockgewicht, Ende, g	8,4483	8,4318	8,4178	8,4087
Gewichtsverlust, g	0,0215	Ό.0165	0,0140	0,0091
Verschleißgeschwindigkeit, g/Stunde	0,0860	0,0660	0,0560	0,0364

Aus den Tabellen V bis VIII Ist ersichtlich, daß der Specularit Im Vergleich zu Baryt viel bessere Abrlcbclgenschaften aufweist. Die Tabelle V zeigt, daß die Zugabe des Antlvefschlelßmlttels die Abnutzung der mil Speculurlt beschwerten Bohrspülung wesentlich vermindert. Die Ergebnisse sind In der Fig. I gruphisch dargestellt. Gemäß dieser Darstellung wird eine mit Speculurlt beschwerte Bohrspülung, die kein Antlverschlelßniiitel enthalt. (Kurve .1) mit einer ähnlich beschwerten Bohrspülung, der etwa 11,413 kg/m' eines Antlverschleilimlitels enthalt (Kurve B), sowie mit einer typischen, mit Baryt beschwerten Bohrspülung (Kurve C) verglichen.

Aus den Tabellen VI, VII und VIII sowie Flg. 2 ergibt sich, daß bei einer mit Specularit hergestellten Bohr spülung die Verschleißgeschwindigkeit viel größer als bei einer üblichen, mit Baryt beschwerten Bohrspülung Ist. Jedoch lassen die In dieser Figur eingetragenen Werte erkennen, daß die Zugabe von relativ kleinen Mengen eines Antivcrschlclßmlticls die Vcrschlelßgeschwlndlgkelt wesentlich verringert. So entspricht zum Beispiel die

Verschleißgeschwindigkeit einer mit Specularlt beschwerten Bohrspülung (Kurve A), die ohne Antlverschleißmtttel stark verschleißend wirkt, bei Zugabe von etwa 22,827 kg/m³ eines Antlverschlelßmittels (Kurve D) einem Abriebverhalten, das ähnlich oder gleich ist dem Verhalten einer üblichen, mit Baryt beschwerten Bohrspülung (Kurve O- Selbst bei relativ geringen Mengen an Antiverschlelßmlttel. zum Beispiel bei 11,413 kg/m^J (Kurve B), wird der Verschleiß wesentlich verringert.

Daraus ergibt sich, daß mit harten oder relativ harten Beschwerungsmitteln verbesserte Bohrspülungen mit hervorragenden Theologischen Eigenschaften und ohne übermäßige Verschleißwirkung hergestellt werden können, wenn die Bohrspülung zusätzlich ein Antlverschlelßmlttel enthält, wie es vorstehend beschrieben ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bohrspülung, mit einem Gehalt an Wasser und an einem nicht hydratlslerten Mineral ais Beschwerungsmittel, dessen Dichte mindestens 4,4 betragt, dessen Korngrößenverteilung derart 1st, daß mindestens

* 85 Gew.-% des Beschwerungsr.iittels ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,044 mm und mindestens 98 Gew.-% ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,074 mm passieren, und das eine Mohs-Härte von etwa 4,5 oder höher aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrspülung zusätzlich etwa 0,1 bis 5,0 Gew.-«-Antelle eines Antiverschlelßmlttels aufweist.

2. Bohrspülung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Beschwerungsmittel Speiularit enthält.