DE3137689A1 - Verfahren zur herstellung einer suspension eines hydrophilen polymers in einer waessrigen salzloesung - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer suspension eines hydrophilen polymers in einer waessrigen salzloesungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Polymeren
enthaltenden flüssigen Gemischen, die für verschiedene Anwendungszwecke wertvoll sind, bei denen eine Viskositätszunahme,
die Einstellung eines Filtrats oder die Beeinflussung einer anderen Eigenschaft auf das in
dem Gemisch enthaltene Polymer zurückzuführen ist.
Polymere enthaltende flüssige Gemische werden als Hilfsflüssigkeiten, z.B. zum Bohren, Bearbeiten und
Endbehandeln von Oberflächen, Behandeln von unterirdischen Formationen und zum Ausfüllen von Zwischenräumen
und Hohlräumen sowie für Stopfbüchsen oder zu anderen
Zwecken Verwendet, bei denen ein. dickeres wässriges Medium erforderlich ist. Es ist bekannt, hydrophile
Polymere, wie Hydroxyäthylcellulose (HEC), z.B. als
Verdickungsmittel in wässrigen Medien, z.B. in Hilfsflüssigkeiten
beim Bohren, einzusetzen. Jedoch werden solche Polymere in wässrigen Lösungen, die ein oder
mehrere wasserlösliche Salze mit mehrwertigen Kationen enthalten, nicht leicht hydratisiert, solvatisiert
oder dispergiert. Solche wäßrigen Lösungen sind z.B. die schweren Flüssigkeiten für ölfeider mit einer
Dichte von über 1,39 g/cm3 (11,6 pounds per gallon =
ppg), die für die Herstellung von Bohrflüssigkeiten
bevorzugt werden. Es sind höhere Temperaturen und/ oder das Mischen mit hohen Scherkräften über längere
Zeiträume erforderlich, um ein wirksames Verdicken solcher Flüssigkeiten mit hydrophilen Polymeren und
ein homogenes Gemisch zu erhalten. In vielen Fällen, z.B. beim Bearbeiten von Materialien, ist die zur Verfügung
stehende maschinelle Ausrüstung zur Herstellung der Hilfsflüssigkeiten solchen Ansprüchen nicht gewachsen.
Dementsprechend ist es im allgemeinen bei der
Verwendung solcher verdickter Flüssigkeiten nötig, sie abseits von der Bohrstelle vorzubereiten oder die
Flüssigkeit in dem heißen Bohrloch im Kreis zu führen.
*. fl Λ #
-7-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung von verdickten Flüssigkeiten, die ein Polymer enthalten, anzugeben. Insbesondere
handelt es sich um schwere Flüssigkeiten mit einer Dichte von über 1,39 g/cm3 (11,6 ppg) durch Mischen
mit geringen Scherkräften ohne Anwendung von Wärme.
Erfindungsgemäß wird eine Suspension aus einem hydro-10
philen Polymer und Wasser dadurch hergestellt, daß man im allgemeinen das Polymer in Wasser gleichmäßig dispergiert.
Anschließend wird der Suspension ein anorganisches Salz mit einer positiven Lösungswärme ohne
äußere Wärmezufuhr zugegeben. Die Menge des zugegebenen 15 Salzes reicht aus, um die Temperatur der Dispersion
aufgrund der genannten Lösungswärme auf etwa 710C oder
mehr zu erhöhen. Diese Suspension kann in Abhängigkeit von der gewünschten Dichte direkt als Bohrflüssigkeit
dienen.
20
20
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird
der Suspension des Polymers eine ausreichende Menge einer schweren wäßrigen Flüssigkeit zugegeben, um eine
bestimmte Menge einer Bohrflüssigkeit mit der gewünsch- ^ ten Dichte zu bekommen.
Die erfindungsgemäß einsetzbaren hydrophilen Polymere
sind feste organische Polymere, die im allgemeinen in Wasser löslich oder dispergierbar sind und beim Lösen
oder Dispergieren in einem wäßrigen Medium dessen Viskosität erhöhen, jedoch bei Zugabe zu schweren
Flüssigkeiten mit einer Dichte von über 1,39 g/cm3 (11,6 ppg) und einem Gehalt an löslichen Salzen mit
mehrwertigen Kationen nicht leicht hydratisieren, dis-
pergieren oder die Löslichkeit fördern. Solche Polymere
sind z.B. Cellulosederivate, in Wasser dispergierbare Stärkederivate/ Polysaccharidgummen und Gemische aus
mindestens zwei dieser Polymeren. 5
Beispiele für Cellulosederivate sind Carboxyalkylcelluloseäther,
wie Carboxymethylcellulose und Carboxyäthylcellulose,
Hydroxyalkylcelluloseäther f wie Hydroxyäthylcellulose
und Hydroxypropylcellulose, sowie gemischte Celluloseäther, wie Carboxyalkylhydroxyalkylcellulose,
z.B. Carboxymethylhydroxyäthylcellulose, " Alkylhydroxyalkylcellulose/ z.B. Methylhydroxyäthyl-cellulose
und Methylhydroxypropylcellulose, und Alkylcarboxyalky!cellulose,
z.B. Äthylcarboxymethylcellulose
15 (US-PS 4 110 230).
Spezielle Beispiele für Stärkederivate sind Carboxy- alkylstärkeäther, wie Carboxymethylstärke und Carboxyäthylstärke,
Hydroxyalkylstärkeäther, Wie Hydroxyäthyl-
^ stärke und Hydroxypropylstärke, sowie gemischte Äther,
wie Carboxyalkylhydroxyalkylstärke, z.B. Carboxymethylhydroxyäthy!stärke,
Alkylhydroxyalky!stärke, z.B. Methylhydroxyäthylstärke, und Alkylcarboxyalkylstärke,
z.B. Äthylcarboxymethylstärke.
Spezielle Beispiele für Polysaccharidgummen sind Biopolymere, wie Xanthomonas-Gummi (Xanthan), Galactomannan-Gummen,
wie Guar-Mehl, Johannisbrot-Gummi und
Tara-Gummi sowie Glucomannan-Gummen und Derivate die-
2Q ser Stoffe, insbesondere Hydroxyalky!derivate (US-PSen
4 o21 355 und 4 1o5 461).
Andere einsetzbare Polymere sind z.B. pulverisierte vorgelatinierte Stärke und ein pulvereiertes toxisches,
nicht ionisches, stabilisiertes und teilweise dextriniertes Polysaccharide
Besonders bevorzugt sind Hydroxyäthylcellulosepolymere,
die in großer Menge vorliegen, wasserlöslich und nicht ionische Stoffe darstellen und durch Behandlung von Cellulose
mit Natriumhydroxid und nachfolgende Reaktion mit 5- Äthylenoxid erhalten werden. Jede an Hydroglucose-Einheit
im Cellulose-Molekül hat drei reaktionsfähige Hydroxylgruppen. Die durchschnittliche Anzahl der Mole an Äthylenoxid, die an jede an Hydroglucoseeinheit in der Cellulose
gebunden ist, wird "Molzahl gebundener Substituenten" genannt. Im allgemeinen nimmt mit steigendem Substitutionsgrad die Wasserlöslichkeit zu. Meist sind Hydroxyäthyl-Cellulosepolymere
mit einer möglichst großen Molzahl der Substitution bevorzugt.
Bei der Zugabe eines der vorgenannten trockenen festen hydrophilen Polymeren zu einem wässrigen Medium,- wie
einer Salzlösung, werden die Polymerζeichen an der Oberfläche
hydratisiert und verhindern dabei, daß das Innere
dieser Teilchen leicht hydratisiert, solvatisiert oder 20
in anderer Weise in dem wäßrigen . Medium dispergiert wird.
Dementsprechend müssen hohe Scherkräfte, lange Mischungszeiten und/oder höhere Temperaturen angewandt werden,
um ein homogenes System zu erhalten.
Dagegen können erfindungsgemäß die hydrophilen Polymeren
unter relativ geringen Scherkräften und bei Umgebungstemperatur leicht in einer wäßrigen Salzlösung hydratisiert,
gelöst oder dispergiert werden.
In der Anfangsstufe des Verfahrens werden das hydrophile
Polymer und Wasser, z.B. frisches oder destilliertes Wasser, unter Bedingungen gemischt, bei denen eine gleichförmige
Dispersion des Polymers in Wasser erhalten wird.
Der Ausdruck "gleichförmige Dispersion" bedeutet in die-
sein Zusammenhang, daß das Polymer und Wasser ein im allgemeinen
homogenes System bilden, sei es in Form einer Lösung oder in Form eines Gemisches, in dem diskrete
- 1ο -
Polymerteilchen im allgemeinen gleichförmig in der Suspension
aus Polymer und Wasser verteilt sind. Das Polymer und das Wasser können nach der üblichen Mischungstechnik
gemischt werden. Es sind keine speziellen Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Mischungszeit oder anderer Parameter
einzuhalten. Es brauchen lediglich das Polymer und das Wasser miteinander ausreichend vermischt zu werden,
um die gleichmäßige Dispersion des Polymers im Wasser zu erzielen.
In der nächsten Stufe des Verfahrens wird der Suspension
aus dem Polymer und Wasser mindestens ein anorganisches Salz in trockener Form zugegeben. Es ist ein Salz mit
■^5 einer positiven Lösungswärme. Beim .Lösen des Salzes in
Wasser wird Wärme frei. Die Menge des der Polymersuspension zugegebenen anorganischen Salzes wird so gewählt,
daß eine Temperatur von etwa 710C (etwa 16o°F)oder mehr
als Folge der Lösungswärme des Salzes erreicht wird,
2Q ohne daß extern Wärme zugeführt wird. Das Salz kann
in der Polymersuspension mit der üblichen Mischtechnik gelöst werden.
Jedes der in der zweiten Stufe des Verfahrens eingesetzten anorganischen Salze ist irgendein wasserlösliches
Salz, das beim Auflösen in Wasser Wärme freisetzt und vorzugsweise Salzlösungen bildet, die im· Zusammenhang
mit der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen wertvoll sind. Bevorzugte Salze sind Calciumchlorid, Calciumbromid, Zink-Chlorid,
Zinkbromid und Gemische aus mindestens zwei dieser Verbindungen. Die zugegebene Menge des Salzes wird
vorzugsweise so gewählt, daß die Temperatur der Suspension aus Polymer und Wasser etwa 710C oder mehr erreicht.
Insbesondere ist bevorzugt, die Temperatur auf mindestens 82°C (18o°F), am besten auf mindestens 93°C (2oo°F)
anzuheben. Verschiedene Salze haben verschiedene positive Lösungswärmen. Deshalb hängt die Menge des Salzes
oder der Salze, die zugegeben wird, von der Salzart ab.
Die auf die vorstehende Weise erhaltene Suspension aus
& Polymer und Wasser kann selbst als Bohrflüssigkeit verwendet
werden, wenn die Menge der zugefügten anorganischen Salze genügend groß ist, um die gewünschte Dichte
zu erreichen. 3o kann z.B. die Menge des Polymers, des Wassers und de s zugemischten anorganischen Salzes ausreichend
sein, um eine verdickte Lösung der gewünschten
Dichte herzustellen. Häufig wird jedoch der Suspension ι
aus Polymer urd Wasser, die das Salz gelöst enthält, eine wäßrige Lösung mit einer bestimmten Dichte zugegeben.
Diese weitere Salzlösung wird in einer Menge
■^5 . zugefügt, daß eine Bohrflüssigkeit mit einer vorbestimmten
Dichte erhalten wird. Bei dieser letzten Ausführungsform des er.findungsgemäßen Verfahrens werden
das Polymer, das Wasser und das anorganische Salz wie oben beschrieben gemischt, um das Polymer zu hydrati-
2Q sieren und die Suspension aus Polymer und Wasser zu
bilden. Anschließend wird die wäßrige Salzlösung mit der das anorg nische Salz enthaltenden Suspension aus
Polymer und W isser gemischt, wobei sich die Bohrflüssigkeit ergibt, sie wäßrige Salzlösung, die mit der Suspen-
sion aus Poly ier und Wasser gemischt wird, enthält im
allgemeinen lisliche Salze, wie Sal2e von Alkalimetallen,
Erdalkalimetallen, Metallen der Gruppe Ib oder lib des
Periodensyste is der Elemente und wasserlösliche Ammoniumsalze und SaI :e anderer Kationen. Im allgemeinen ent-
halten die ge nannten wäßrigen Salzlösungen lösliche Salze mit mehrwertigen Kationen, wie Zink- und Calciumionen.
Deshalb sind solche wäßrigen Salzlösungen bevorzugt, die Calciumchlorid, Calciumbromid, Zinkchlorid,
Zinkbromid oder ein Gemisch aus mindestens zwei dieser Salze enthalten. Die wäßrige Salzlösung hat im allgemeinen
eine Dichte von etwa 1,39 bis etwa 2,3o g/cm3
(etwa 11,6 bis etwa 19,2 ppg).
Die Menge des erfindungsgemäß eingesetztm hydrophilen
Polymers wird so gewählt, daß eine Endkoazentration von
etwa o,28 bis etwa 28,53 g/l (etwa o,1 his etwa Io ppb)
erreicht wird, unabhängig davon, ob die endgültige Bohr flüssigkeit
a) eine Polymer-Wasser-Suspension, herge stellt durch
Mischen des Polymers, Wasser und des anorganischen
Salzes, oder
b) das Polymer, Wasser, ein anorganisch/ s Salz und eine bestimmte Menge einer wäßrigen Salzlösung
enthält.
Der Mechanismus des erfindungsgemäßen V rfahrens ist
zwar nicht vollständig bekannt. Es hat .ich aber gezeigt, daß erfindungsgemäß hergestellte Salzlö "ungen verbesserte
rheologische Eigenschaften und Filtr .ereigenschaften
im Vergleich zu Salzlösungen aufweisen, die einfach durch Dispergieren des trockenen hydrophilen Polymers in einer
Salzlösung und anschließendes Erhitzen les Gemisches zum
Solvatisieren des Polymers hergestellt vorden sind. Das künstliche Erwärmen eines Gemisches aus einem hydrophilen
Polymer und einer Salzlösung bringt zwar einige Verbesserungen, führt aber nicht zu den besonders vorteilhaften
Ergebnissen, die man erhält, wenn das Polymer zuerst in Wasser dispergiert und die erhaItene Suspension
mit Hilfe der natürlichen Lösungswärme von mindestens
einem in der Suspension gelösten anorgi nisehen Salz auf
eine höhere Temperatur gebracht wird.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Messungen physikalischer
Eigenschaften wurden gemäß den Testmethoden in "Standard Procedure for Testing Dri .ling Fluid, API
RP 13B, 7. Auflage, April 1978" durchgeführt, soweit
nichts anderes angegeben ist. In den Beispielen wurden
folgende hydrophile Polymere eingesetzt:
A = Carboxyme :hylcellulose (Hi Vis Cellex; NL Industries,
Inc.)
5 B = Xanthangv.Timi (Barazan; NL Industries, Inc.)
5 B = Xanthangv.Timi (Barazan; NL Industries, Inc.)
C = Hydroxyäthylcellulose (Natrasol 250 HHR; Hercules
Chemical Company)
D = Polyanionische Cellulose in Pulverform (Drispac; Drilling Specialities)
E = Vernetzte 1 ydroxyäthylstärke (Bohramyl; Auebe, N.V.)
10 F = Vorgelatin erte Stärke in Pulverform (Dnpermex; NL Ind. ,Inc.)
G = Toxisches ι lichtionisches stabilisiertes, teilweise dextriniertes
Poly sac charid in Pulverform (Dextrid, NL Industries, Inc.)
Es werden ve ■ schiedene hydrophile Polymere z\ir Herstellung von die .en wäßrigen Salzlösungen eingesetzt. Etwa
2 g des Poly; iers wurden etwa 1o Minuten in einem Mischer
(Multinixer) mit 2o4,4 g Wasser gemischt. Anschließend w irde das vorhydratisierte Polymer mit 114,ο g
CaCl2-Pellet ; (94 bis 97%) und 28o,5 g CaBr2 (91%) versetzt.
Dann mrden 16,8 ml einer Salzlösung zugegeben,
die 2,3o g/c i3 (19,2 ppg) CaBr3ZZnBr3 enthält, um die
Dichte der erhaltenen Salzlösung auf 1,82 g/cm3 (15,2
ppg). einzustellen. Die Lösungswärme der zugegebenen
Salze bracht ι jede Probe zum Sieden bei etwa 1oo°C
(212°F). Das erhaltene verdickte Gemisch wurde bei ümgebungsteir jeratur über Nacht stehengelassen. Anschließend
wurden lie rheologischen Eigenschaften und die Filtriere ige ischaften eines jeden Gemisches be:; ti turnt.
Die rheologi ichen Eigenschaften wurden mit Viscosimetern (Fann Fodel 35A und Brookfield RVT) gemessen. Die
Filtriereigeischaften wurden auf einer API-Filtrierpresse
best.i rant. Die angegebenen Eigenschaften sind die plastische ^iskosität (pv) in 1o~3Pa.s (cP), die"
- 14 -
Quetschgrenze oder Yield Point (YP) in α,ο4.9 kg/m2
(lb/1oo ft2), die Scheinviskosität (AV) in 1ο~' Pa- s
(cP), die 10-Sek. Gelfestigkeit (GEL 10 s) in 0,049 kg/m2
(lb/1oo ft2) und das API-Filtrat (API-I IL) in ml. Alle
Filtrationsversuche wurden nach der Zucabe von CaCO-, in
einer Menge von o,285 kg/1 (1o lb/bbl) durchgeführte*
Die Ergebnisse sind in der nachfolgende η Tabelle I zusammengefaßt. Die Tabelle II enthält die entsprechenden
Werte der gleichen Proben, die 16 Stunden bei 65,60C (15o°F) gewalzt worden sind.
* Das CaCCU dient als Vermittlersubstar r,.
PV | YP | TabeJ.le | X | GEL | API | |
- | O | 1o S | FIL | |||
Polymer | 92 | 3o | AV | 24,5 | 1,5 | |
A | - | - | 15o+ | 2,5 | 6,5 | |
B | 8o | 4 | 1o9 | 41,ο | O, 5 | |
D | 72 | 6 | 15o+ | 2,ο | 3,0 | |
E | 73 | 6 | 82 | 2,ο | 1oo | |
F | 74 | 1,5 | 53 | |||
G | 76 | |||||
PV | YP | Tabelle | II | GEL | API | |
- | - | Io s | FIL | |||
Polymer | - | - | AV | 11 ,o | ο,5 | |
A | - | — | 15o+ | 6,ο | 4'5 | |
B | 76 | 4 | 15o+ | 9,ο | o,5 | |
D | 62 | 4 | 15o+ | 2,ο | 1,o | |
E | 68 | 6 | 78 | 2, ο | 77 | |
F | 64 | 2,ο | 89 | |||
G | 71 | |||||
Zur Kontrolle 'urden verdickte wäßrige Salzlösungen dap.
durch hergeste .It/ daß man 2 g von jedem der in Beispiel
1 einges atzten trockenen Polymeren einer Salzlösung
zugab, lie eine Konzentration von 1 ,821 g/cm3/
(15,2 ppg) auf/ies und durch Mischen von 214,2 g Wasser,
119,5 g CaCl0, 294,ο g CaBr0 und 16,2 ml einer
, 0 CaBr0-ZnBr0-SaLzlösung mit einer Konzentration von
2,3o g/cm3 (19,2 ppg) hergestellt worden ist. In der Tabelle III si id die rheologischen Eigenschaften und
die Filtrierenjenschaften der Kontrollproben angegeben,
nachdem diese über Nacht stehengelassen wurden. Aus der
Y^ Tabelle IV sir J die entsprechenden VJerte nach einem 16-'
stündigen Wal2 an der gleichen Proben bei 65,60C (15o°F)
ersichtlich.
Werden die Weite mit jenen in den Tabellen I und II verglichen,
zeigt sich, daß die erfindungsgemäß hergestellten Lösungen ■>
Beispiel 1) , bei denen das Polymer zuerst hydratisiert 1 nd die trockenen Salze zugegeben worden
sind, eine hö) ere Viskosität haben und weniger Filtrat
ergeben. Dies gilt für alle Fälle vor dem Heißwalzen und im wesentlich» η für alle Fälle nach dem Heißwalzen.
\J I 1Kj I KJ
- 16 -
PV | Tabelle III | AV | GEL | API | |
54 | 54 | 1ο s | FIL | ||
Polvmer | 46 | YP | 46 | 2,ο | 18ο |
A | 55 | ο | 55 | 1,5 | 2ο 1 |
B | 49 | ο | 49 | 1,5 | 174 |
D | 51 | 1 | 52 | 1,ö | 19ο |
E | 51 | 1 | 51 | 2,ο | 172 |
F | 1 | 1,5 | 17σ | ||
G | 1 | ||||
PV | Tabelle IV | AV | GEL | API | |
49 | 5ο | 1ο S | FIL | ||
Polymer A |
67 | YP | 67 | 2Γο | 25ο |
B | 5ο | ο | 52 | 1,5 | 1 |
D | 73 | - | 71 | 1,5 | 262 |
E | 67 | 3 | 7ο | 1,5 | 6 |
F | 65 | - | 64 | 2,ο | 42 |
G | 6 | 1,5 | 6 | ||
— | |||||
- 17 -1
Gemäß Beispiel 1 wurden ein Polymer enthaltende -wäßrige
Salzlösungen mit verschiedenen Dichten hergestellt. 5 5 g des Polyme rs A wurden durch zehnminütiges Mischen
in Wasser vorh /-dratisiert. In das vorhydratisierte Polymer
wurde troc <enes Calciumchlorid in Form von Pellets eingemischt. I-an erhielt ein Konzentrat des Polymers A
mit einer Dielte von 1,39 g/cm3 (11,6 ppg) . 14o ml des
1^ Konzentrats wi rden zu 21o ml einer wäßrigen Salzlösung
mit einer Diel te von 1,39 g/cm3 (11,6 ppg) gegeben, wobei
eine Polynerkonzentration von 5,7o g/l (2 ppg) erhalten
wurde. In gleicher Weise wurden wäßrige Salzlösungen mit Dichten von 1,7o und 2,ο4 g/cm3 ( 14,2 und
17,ο ppg) hergestellt. Die Zusammensetzungen der Lösungen
sind in der Tabelle V zusammengefaßt.
Salzlösung
(2,3o g/cm3), ml - - 166,6
, ml | 1 ,39 | g/cm3 | 6 | 1 ,7o | g/cm3 | 2 | 2 | ,o4 | g/cm3 | 2 | |
Wasser | g | 299, | 7 | 234, | 9 | 1 | 12, | 6 | |||
CaCl2, | g | 197, | 137, | 3 | 62, | 1 | |||||
CaBr2, | - | 224, | 1 | 54, | |||||||
Es wurden Kor trollproben von verdickten wäßrigen SaIz-35
lösungen dadirch hergestellt, daß man 2 g des trockenen
Polymers A mit vorher hergestellten Salzlösungen mischte,
deren Dichter bei 1,39 , 1,7o und 2,o4 g/cm3 (11,6 ,- 14,2
und 17,ο ppg) lagen. Die rheologischen Eigenschaften
und die Filtriereigenschaften der gemäß Beispiel 1 hergestellten Proben sowie der Kontrolleroben wurden
gemessen, wie in den vorstehenden Beispielen beschrie-5
ben ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle VI Zusammengefaßt.
In der Tabelle VII sind die c ntsprechenden Werte nach 16-stündigem Walzen der Proben bei 65,6°C
(15o°F) angegeben. Es ist ersichtlich,- daß die Scheinviskositäten
der erfxndungsgemaß hergestellten Lösungen
das Zweifache oder mehr im Vergleic ι zu den Kontrollproben
betragen. Auch die besseren FiIt -iereigenschaften der erfxndungsgemaß hergestellten P Oben sind aus
dem Vergleich dieser Werte erkennbar.
co cn |
Probe gemäß |
ω ο |
1, | 39 | N) Cn |
to O |
7o | cn | 1—' O |
cn | 2 | ,o4 | »-■ | I | |
erhalten Bpi^ηϊ pi |
1 | g/cm3 | Tabelle VI | 1 | g/cm3 | erhalten Beispiel |
1 | g/cm3 | VO I |
||||||
14 | Kontrolle | Kontrolle | Probe gemäß |
29 | |||||||||||
2 | 7 | 1, | 6 | 17 | |||||||||||
15 | 1 | Probe erhalten gemäß Beispiel |
1 | 38 | |||||||||||
PV | 1,5 | 8 | 35 | 7 | 3,ο | ||||||||||
YP | S | 12 | 1,o | - | 1,o | o,5 | Kontrolle | ||||||||
AV | 33o | ■ 34 | 3 3o | 2o | |||||||||||
GEL 1o | 2,ο | O | |||||||||||||
API-FIL | o,5 | 2o | |||||||||||||
1,0 | |||||||||||||||
33o | |||||||||||||||
21 | 9 | Tabelle VII | β | 45 | 21 | '·'::' co | |
- | ο | 1 | ■ 1ο | 2 | ■'" OJ | ||
PV | 19 | 9 | 38 | 7 | 5ο | 22 | CO m |
YP | 4,ο 1ο |
ο,5 15ο |
2 | ο,5 31ο |
4,ο 4 |
ο·, 5 31ο |
|
AV | 39 | ||||||
GEL 1o s API-FIL |
4,ο 3 |
||||||
t \J t \J \J \J
-Zo-
Es werden Salzlösungen mit einer Dichte von 1,84 g/cm3
ö (15,4 ppg) hergestellt, die das Äquivalent von 2,853 g/l
(1 ppb) Carboxymethylcellulose (entweder das Polymer A mit Hochviskoseeinstellung oder das Polymei D) enthalten. Dazu
wurde das Polymer zu 176 ml Wasser gegeben. Durch Mischen wurde das Polymer gelöst. Anschließend
wurden unter Rühren 114g CiCl„ (95%) und
ISo g CaBr2 (91%) (entsprechend-325,2 Wl bezw. 114 ppb
Calciumchlorid und 513,6 g/1 bezw. 18o ppb CaIciumbromid) zugefügt. Die Lösungswärme dieser Salze erhöhte die Temperatur
auf 1oo°C (212°F). Die API-Rheologie und der Flüssigkeitsverlust wurden an diesen V3 skosen Lösungen
nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur bestimmt. Die erhaltenen Werte sind in der Tabelle VII. zusammengefaßt.
ω
ο
ο
bo
ο
ο
cn
cn
Gelfestigkeit
Polymer | 600 gen |
Umdrehun- pro min. |
3oo Umdrehun gen pro min. |
AV | PV | YP | 1o s | 10 min. |
A D |
249 223 |
151 136 |
124 111 |
98 87 |
53 49 |
4,5 4 |
6 5 |
API-
Flüssigkeits-
verlust
ml
ο ι ο / ο ο
— T) _
Es wurden Salzlösungen mit verschiedenen Dichten hergestellt, die 4,28 g/l (1,5 ppb) Hydroxyäthylcellulose
(Polymer C) enthielten- Dazu- wurde das Polymer mit der in der Tabelle IX angegebenen Wassermenge gemischt. Mit dem Hydratisieren des Polymers im Wasser stieg die Viskosität der Lösung an. Anschließend wurde unter Rühren die angegebene Menge von CaCl2 (95% aktiv) zugefügt.
Die Lösungswärme dieses Salzes erhöhte die Temperatur
auf etwa 82°C (18o°F), wobei die Lösung viskoser wurde. Die angegebene Menge einer CaBr?-Lösung (1,7o g/cm3 bezw.
(Polymer C) enthielten- Dazu- wurde das Polymer mit der in der Tabelle IX angegebenen Wassermenge gemischt. Mit dem Hydratisieren des Polymers im Wasser stieg die Viskosität der Lösung an. Anschließend wurde unter Rühren die angegebene Menge von CaCl2 (95% aktiv) zugefügt.
Die Lösungswärme dieses Salzes erhöhte die Temperatur
auf etwa 82°C (18o°F), wobei die Lösung viskoser wurde. Die angegebene Menge einer CaBr?-Lösung (1,7o g/cm3 bezw.
14,2 ppg) wurde langsam zugegeben. Danach wurde die an-15
gegebene Menge einer ZnBr2/CaBr2-Lösung (2,3o g/cm3 bezw.
19,2 ppg) zugesetzt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur innerhalb einer Stunde wurden die API-Rheologie und
der Flüssigkeitsverlust bestimmt. Anschließend wurden
die Lösungen 16 Stunden bei 65,6°C (15o°F) gewalzt, auf 20
Raumtemperatur abgekühlt und erneut hinsichtlich der
API-Rheologie und des Flüssigkeitsverlustes untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle IX zusammengefaßt.
ω
ο
cn
,72 | J. U-»— | 4 | Zn] | Br2 | CaCl2 | ,7 | CaBr2 | ,4 | Lösung mit | g/cm3 | 34o | Lösung mit | g/cm3 | Wasser | ,27 | 0, | bbl | ] | 53 | 95% | Ib | ,6 | t | |
,75 | ppg | 6 | 26 | 18 | ,8 | 11 | ,7 | 2,3o | — — | 32o | 1,7o | ppg) | Liter | ,60 | 0, | 5175 | 4o | CaCl | 118 | ,9 1 | i~ *, a | |||
,75 | 14, | 6 | 24 | 13 | ,1 | 19 | ,9 | / -1 Π O | 347 | "4,2 | bbl | 82 | ,44 | 0, | 3875 | 53 | kg | 88 | Q , -> to |
|||||
,77 | 14, | 8 | 26 | 18 | ,o | 13 | ,1 | Liter | bbl | 2975 | Liter | CC-455 | 61 | ,54 | 0, | 462 | 29 | ,79 | 116 | ,7 w | j It » P · |
|||
,77 | 14, | 8 | 22 | 1o | ,6 | 26 | ,8 | 54,o5 | o, | 3245 | 7,23 | c,2195 | 73 | ,54 | 0, | 2865 | 34 | ,32 | 65 | ,7 ! | ||||
Did | ,77 | ■14, | 8 | 24 | 11 | ,o | 22 | ,2 | 5o,87 | o, | 3515 | 34,89 | o,o93 | 45 | ,97 | 0, | 33o5 | 5o | ,o2 | 75 | ,4 | ν ' '" ' ' » | ||
g/cm3 | ,79 | 14, | O | 26 | 17 | ,5 | 16 | ,3 | 55,16 | o, | 329 | 14,78 | o,362 | 52 | ,54 | 0, | 415 | 43 | ,80 | 111 | ,3 | * * CO |
||
1 | ,79 | 14, | O | 24 | 14 | ,1 | 21 | ,o | 47,29 | O, | 3565 | 57,55 | o,283 | 65 | ,53 | 0, | 33o5 | 48 | ,34 | 96 | ,8 | ■ · ■ . 1 | ||
1 | ,82 | 15, | 2 | 26 | 16 | ,1 | 18 | ,8 | 51 ,58 | O, | 333 | 44,99 | o,1385 | 52 | ,48 | 0, | 3745 | 46 | ,53 | I06 | ,9 | 37689 | ||
1 | ,82 | 15, | 2 | 24 | 15 | ,1 | 21 | ,9 | 55,88 | O, | 361 | 22,o2 | o,2565 | 59 | ,78 | 0, | 3o5 | 46 | ,68 | Ιοί | ,8 | |||
1 | ,84 | 15, | 4 | 26 | 16 | ,2 | 19 | ,o | 52, 3o | O, | 333 | 4o,78 | c,176 | 48 | ,85 | 0, | 332 | 44 | ,44 | ld | ,6 | |||
1 | ,84 | 15, | 4 | 23 | ,65 | 14 | ,2 | 24 | ,7 | 56,67 | O, | 366 | 27,98 | o,271 | 52 | , 1o | 0, | 257 | 43 | ,22 | 97 | ,8 | ||
1 | ,87 | 15, | 6 | 26 | 14 | ,4 | 21 | ,3 | 52,94 | O, | 33o5 | 43,08 | o,2175 | 4o | ,75 | 0, | 29o | 42 | ,17 | 96 | ,6 | |||
1 | ,87 | 15, | 6 | 23 | ,2 | 13 | ,4 | 16 | ,6 | 57,39 | O, | 37o5 | 34,58 | o,322 | 46 | ,o3 | 0, | 2o6 | 49 | ,27 | 92 | ,4 | ||
1 | ,89 | 15, | 8 | 26 | 13 | ,5 | 23 | ,6 | 52,94 | O, | 3285 | 51 ,19 | o,2575 | 32 | ,64 | 0, | 2455 | 39 | ,91 | 92 | ,3 | |||
1 | ,89 | 15, | 8 | 22 | ,75 | 12 | ,5 | 28 | ,5 | 58,18 | O, | 375 | 4o,9 3 | o,3775 | 39 | ,95 | 0, | 155 | 39 | ,00 | 87 | ,3 | ||
.1 | ,92 | 15, | O | 26 | 12 | ,6 | 25 | ,8 | 52,54 | O, | 342 | 6o,o1 | o,3oo5 | 24 | ,99 | 0, | 2o1 | 37 | ,41 | 87 | ,2 | |||
1 | ,92 | 15, | O | 23 | ,4 | 11 | ,6 | 29 | ,1 | 58,89 | O, | 38o | 47,77 | o,4335 | 31 | ,12 | 0, | 1195 | 37 | ,59 | 82 | ,2 | ||
1 | ,92 | 16, | O | 26 | 11 | ,6 | 27 | ,2 | 52,22 | O, | 4o95 | 68,91 | o,343 | 18 | ,81 | 0, | 158 | 37 | ,59 | 82 | ,2 | |||
1 | 16, | 28 | 11 | 25 | 59,61 | O, | 54,53 | o,458 | 25 | .1875 | ,28 | 82 | ||||||||||||
1 | 16, | 54,37 | O, | 72,81 | o,3825 | 29 | ,28 | |||||||||||||||||
1 | 6o,41 | O, | 6o,81 | o, 327 | ,28 | |||||||||||||||||||
1 | 65, o9 | O, | 51 ,98 | |||||||||||||||||||||
1 | ||||||||||||||||||||||||
1 | ||||||||||||||||||||||||
1 | ||||||||||||||||||||||||
ω O
σι
bo
Oi
Tabelle IX (Portsetzung)
4,28 g/Liter (1,5 ppb) Polymer C
1 Stunde / 23,3° C (74°F) 16 Stunden / 65,6° C (15o°F)
API-Rheologie API-Flüssig- API-^ Rheologie
6oo 3oo 3 keitsverlust 6oo 3oo 3
API-Flüssigkeitsverlust
137 | 99 | 12 | 69 | 135 | 98 | 11 | 1o8 |
13o | 95 | 12 | 17 | 131 | 93 | 13 | 16 |
135 | 96 | 12 | 7 | 145 | 1o3 | 15 | 8 |
1o9 | 69 | 3 | 4 | 113 | 73 | 5 | 2 |
125 | 9o | 1o | 3o | 124 | 89 | 1o | 42 |
136 | 97 | 1o | 41 | 144 | 1o3 | 12 | 2o |
1o2 | 6 2 | 2 | 3 | 65 | 36 | 1 | ■1 |
145 | 1o3 | 9 | 2 | 154 | 11o | 1o | 89 |
43 | 22 | 1 | O | 4o | 21 | 1 , | 2 |
156 | 1o8 | 14 | 15 | 156 | 1o4 | 1o | 2 |
59 | 3o | 1 | 85 | 49 | 24 | 1 | 2 |
163 | 112 | 15 | 158 . | 116 | 15 | 16 | |
ι» η | O 1 | on | 1 | 0 | |||
168 | 116 | 15 | 16 | 167 | 122 | 17 | 4o |
131 | 8o | 2 | 2 | 5o | 26 | 1 | 2 |
152 | 1o4 | 9 | 1 | 171 | 117 | 13 | 7 |
47 | 22 | O | 2 | 73 | 4o | 2 | 1 |
9 9 | 57 | 2 | 1 | 12o | 73 | 3 | 1 |
2o9 | 138 | 14 | 7 | 213 | 154 | 23 | 31 |
Durch Dispergiaren von 2 g des Polymers A in 3,89 ml
Wasser wurden Jrei Konzentrate dieses Polymers hergestellt. Ein Konzentrat (Kontrollprobe) wurde mit 155,5 ml
Wasser verdünnt und anschließend mit 114,ο g CaCl2,
28o,5 g CaBr2 and 16,8 ml einer CaBr2/ZnBr_-Lösung
(2,3o g/cm3 bzw. 19,2 ppg) versetzt. Die Temperatur dieser Probe erreichte 1oo°C (212°F).
10
Das zweite Konzentrat (Probe I) wurde bei Raumtemperatur einer Salzlösung zugegeben. Diese Salzlösung war mit
155,5 ml Wasser, 114,ο g CaCl2, 28o,5 g CaBr2 und 16,8 ml
CaBr„/ZnBJL„-Lösung (2,3o g/cm* bzw. 19,2 ppg) hergestellt
worden. Das Einmischen des Konzentrats verursachte eine Wärmeentwicklung, welche die Temperatur der Probe auf
45,60C (114°F) erhöhte. Es wurde festgestellt, daß sich
sofort unlösliche Klumpen von Carboxymethylcellulose bildeten. Beim Abkühlen über Nacht entstand eine Vielzahl
von suspendierten Fäden, die teilweise an der Oberfläche schwamnen. Es war nicht zu erkennen, daß ein Teil
des Polymerkonzentrats in die Salzlösung übergegangen war.
25 Das dritte Korzentrat (Probe II) wurde entsprechend der
Probe I hergestellt. Es bildete sich wieder Wärme beim
Einmischen de£ Konzentrats, wobei sich die Temperatur auf 43,9°C (11 0F) erhöhte. Anschließend wurde die Probe II
in einer Alterungszelle 3 Stunden bei 1oo°C (212°F) ge-
walzt. Nach dem Altern wurde eine Temperatur der Probe von 71,1°C (16o°F) gemessen. Obwohl einige suspendierte
Fäden aus Polymer gebildet wurden und nach oben aufschwammen, schien das meiste des polymeren Konzentrats
dispergiert zu sein.
Die vorgenannten 3 Proben wurden dann 64 Stunden bei 65,6°C (15o°F) gewalzt. Nach dem Abkühlen wurden sie
in einem Viskosimeter (Brookfield; 5o U/min.) vermessen. Die Kontrollprobe ergab eine Viskosität von 1,59 Pa. s
(159o cP) und.hatte eine gleichmäßige Konsistenz wie
vor dem Walzen. 5
Die meisten der unlöslichen Klumpen und alle der suspendierten Fäden lösten sich in der Probe I. Trotzdem betrug
die Viskosität nur o,18 Pa.s (18o cP).
Die Probe II erschien homogen und hatte eine Viskosität
von o,25 Pa.s (25o cP).
Daraus ist ersichtlich, daß ein bloßes Vorhydratxsieren des Polymers in Wasser allein (Probe I) nicht dem durch
ein Salz aktivierten Mechanismus des erfindungsgemäßen
Verfahrens entspricht. In anderen Worten, es ist auch nötig, daß nach dem Dispergieren des Polymers in Wasser
das trockene Salz (oder mehrere davon) mit einer positiven Lösungswärme dem Polymerkonzentrat zugegeben wird.
Zwar bringt die Anwendung von künstlicher Wärme (Walzen bei 1oo°C bzw. 212°F) eine gewisse Verbesserung (o,25 Pa.s
bzw. 25o cP bei der Probe II,verglichen mit o,18 Pa.s
bzw. 18o cP bei der Probe I). Jedoch ist diese Wirkung
praktisch unbedeutend im Vergleich zu der Viskosität von
25
1,59 Pa.s (159o cP), die bei der Verwendung der Kontrollprobe
erreicht wird, die nach der Methode mit der Salzaktivierung hergestellt worden ist.
Claims (17)
- DIPI..- ING. HANS Λ\'. GROENINGATKN T ANWALT S,Κ/Ν 18-92 fNL INDUSTRIES, INC: 1230 Avenue of the Americas New York, N.Y. 10020 USAVerfahren zur Herstellung einer Suspension eines hydrophilen Polymers in einer wäßrigen SalzlösungPatentansprüche. Verfahren zur Herstellung einer Suspension eines hydrophilen Polymers in einer wäßrigen Salzlösung, dadurch gekennzeichnet, daß man ein hydrophiles Polymer und Wasser unter Bedingungen mischt, unter denen eine im allgemeinen einheitliche Dispersion dieses Polymers in Wasser erhalten wird, und in der Dispersion ein anorganisches Salz lös-t, das eine positive Lösungswärme aufweist und in einer solchen Menge zugegeben wird, daß in der Dispersion als Folge der genannten Lösungswärme eine Temperatur von etwa 710C oder mehr erreicht wird.«rrHTHTSTH.4 · 8000 MCNCHEX 80 · POB 800 340 · KABEL·: ΚΗΒΙΝΡΛΤΕΝΤ · TEI.. «080) 471070 · TELEX 5-Ϊ3089
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als hydrophiles Polymer einen Carboxyalkylcelluloseäther, Hydroxyalkylcelluloseäther, gemischten Celluloseäther, Carboxyalkylstärkeäther, Hydroxyalkylstärkeäther, gemischten Stärkeäther, Polysaccharidgummi, ein vorgelatiniertes Stärkepulver, ein toxisches, nichtionisches Pulver eines stabilisierten und teilweise dextrinierten PoIysaccharids.oder ein Gemisch aus mindestens zwei dieser Stoffe einsetzt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als anorganisches Salz Calciumchlorid, Calciumbromid, Zinkchlorid oder Zinkbromid oder ein Gemisch aus mindestens zwei dieser Verbindungen einsetzt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Dispersion mit Hilfe der Lösungswärme des anorganischen Salzes auf etwa 820C oder mehr erhöht.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Dispersion mit Hilfe der Lösungswärme des anorganischen Salzes auf etwa 930C oder mehr erhöht.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß man das hydrophile Polymer in der Suspension in einer Menge von etwa 0,28 bis etwa 28,53 g/l (etwa 0,1 bis etwa 10 pounds per barrel) einsetzt.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein hydrophiles Polymer einsetzt, das Hydroxyäthylcellulose enthält.
- 8- Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Flüssigkeit, die als Bohrflüssigkeit verwendbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß man ein hydrophiles Polymer und Wasser unter Bedingungen mischt, unter denen eine im allgemeinen einheitliche Dispersiondieses Polymers in Wasser erhalten wird, in der jDispersion ein anorganisches Salz löst, das eine !positive Lösungswärme aufweist und in einer solchen Menge zugegeben wird, daß in der Dispersion15 als Folge der genannten Lösungswärme eine.Temperatur von etwa 710C oder mehr erreicht wird, sowie die Dispersion mit einer wässrigen Flüssigkeit versetzt, die eine bestimmte Dichte aufweist und in einer Menge zugegeben wird, die eine Bohrflüssig-keit mit einer vorbestimmten Dichte ergibt.
- 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als hydrophiles Polymer einen Carboxyalkylcelluloseäther, Hydroxyalkylcelluloseäther, ge-25 mischten Celluloseäther, Carboxyalkylstärkeäther, Hydroxyalkylstärkeäther, gemischten Stärkeäther, Polysaccharidgummi, ein vorgelatiniertes Stärkepulver oder ein toxisches nichtionisches stabilisiertes und teilweise dextriniertes Polysacchariden
° pulver oder ein Gemisch aus mindestens zwei.dieserStoffe einsetzt. - 10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als anorganisches Salz Calciumchlorid,Calciumbromid, Zinkchlorid, Zinkbromid oder ein Gemisch aus mindestens zwei dieser Verbindungen einsetzt.
- 11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Dispersion mit Hilfe der Lösungswärme des anorganischen Salzes auf etwa 82°C5 oder mehr erhöht.
- 12. Verfahren nach Anspruch 11/ dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Dispersion mit Hilfe der Lösungswärme des anorganischen Salzes auf etwa 93°C10 oder mehr erhöht.
- 13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Flüssigkeit einsetzt, die mindestens ein wraaserlöslichec Salz eines Alkalimetalls, Erdalkalimetalls, eines Metalls der Gruppe Ib oder eines Metalls der Gruppe Hb des Periodensystems der Elemente oder ein Gemisch aus mindestens zwei solcher Salze enthält.
- 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Flüssigkeit einsetzt, die als wasserlösliches Salz Calciumchlorid, Calciumbromid, Zinkchlorid, Zinkbromid oder ein Gemisch aus mindestens zwei dieser Verbindungen enthält.
- 15. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man ein hydrophiles Polymer einsetzt, das Hydroxyäthy!cellulose enthält.
- 16. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Polymer in einer Menge von etwa 0,28 bis etwa 28,53 g/l (etwa 0,1 bis etwa 10 pounds per barrel) einsetzt.
- 17. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Bohrflüssigkeit mit. einer Dichte von etwa 1,39 bis etwa 2,30 g/cm3 (etwa 11,6 bis etwa 19,2 pounds per gallon) herstellt.
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