DE3688859T2

DE3688859T2 - Mischung aus sulfoniertem Asphalt/kaustifizierter Braunkohle.

Info

Publication number: DE3688859T2
Application number: DE86106918T
Authority: DE
Inventors: Bharat Balubhai Patel
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1985-05-23
Filing date: 1986-05-21
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2006-05-22
Also published as: EP0203517A2; NO862047L; MX166916B; EP0203517B1; NO172057C; NO172057B; DE3688859D1; US4645609A; EP0203517A3

Description

Mischung aus sulfoniertem Asphalt/kaustifizierter Braunkohle Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Bohrspülflüssigkeiten. Es ist bekannt, Bohrspülflüssigkeiten zur Verbesserung ihrer rheologischen Eigenschaften mit sulfoniertem Asphalt zu versetzen. An Bohrspülflüssigkeiten werden aufgrund ihrer speziellen Natur besondere und schwer zu erfüllende Anforderungen gestellt. Einerseits soll die Flüssigkeit ziemlich komplizierte Verhaltensmerkmale aufweisen, z. B. den Zerfall des Abtragmaterials in genau dem richtigen Ausmaß hemmen, unstabilen Schiefer schützen, schmierende Eigenschaften besitzen und eine ausreichende Viskosität aufweisen, um die Pumpbarkeit zu ermöglichen. Andererseits müssen sämtliche Materialien, die in großen Mengen in ein Bohrloch injiziert werden sollen, offensichtlich möglichst billig sein.
US-4 404 108 beschreibt eine Bohrspülflüssigkeit auf Wasserbasis mit einem Gehalt an einer wäßrigen Tondispersion, die das im wesentlichen wasserlösliche Produkt enthält, das durch gemeinsames Erhitzen von Quebracho, Braunkohle, Gilsonit und Natriumsulfit, Paraformaldehyd sowie Natriumhydroxid als Sulfonierungs-, Methylierungs- bzw. Kaustifizierungsmittel erhalten worden ist.
Tatsächlich sind jedoch einige der Additive in Bohrschlämmen relativ teuer, beispielsweise sulfonierter Asphalt. Naturgemäß trachtet man auf fast sämtlichen Gebieten der Technik danach, einen teuren Bestandteil durch einen billigeren als Füll- oder Streckmittel zu ersetzen, wobei aber ein derartiger Ersatz nur so weit gehen kann, als man die durch den Füllstoff oder Streckmittel im allgemeinen hervorgerufenen schlechteren Eigenschaften in Kauf nehmen kann.

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gemisch zur Verwendung in einer Bohrloch-Bearbeitungsflüssigkeit sowie eine dieses Gemisch enthaltende Bohrloch-Bearbeitungsflüssigkeit bereitzustellen, die billiger sind und verbesserte Eigenschaften aufweisen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Verfahren zur Herstellung von Bohrloch-Flüssigkeitszusammensetzungen und zum Bohren von Löchern bereitzustellen.
Erfindungsgemäß werden ein Gemisch, das sich für Bohrloch-Bearbeitungsflüssigkeiten eignet, und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Gemisches mit einem Gehalt an kaustifizierter Braunkohle und sulfoniertem Asphalt gemäß der Definition in den Patentansprüchen bereitgestellt. Ferner werden erfindungsgemäß eine Bohrloch-Bearbeitungsflüssigkeit mit einem Gehalt an einem derartigen Gemisch sowie ein verbessertes Verfahren zum Erstellen von Bohrlöchern unter Verwendung der Bohrloch-Bearbeitungsflüssigkeit gemäß der Definition in den Ansprüchen bereitgestellt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bei den erfindungsgemäß in Betracht kommenden Bohrlochspülflüssigkeiten handelt es sich um Flüssigkeiten des herkömmlichen Typs. Hierzu gehören wäßrige Flüssigkeiten sowie solche auf der Basis von Ölen oder Emulsionen. Im allgemeinen enthalten die Flüssigkeiten feinverteilten Ton, wie Bentonite, Kaolin oder Illite und ferner organische Kolloide, wie Natriumcarboxymethylcellulose oder Natriumpolyacrylate. Häufig stellt Quebracho einen Bestandteil der Flüssigkeiten dar. Geeignete Bohrlochspülflüssigkeiten, auf die die Erfindung anwendbar ist, sind in US-3 028 333 (Stratton et al., 3. April 1962) beschrieben.
Sulfonierte Asphalte sind bekannte und handelsübliche Produkte. Der Ausdruck "Asphalt" bezieht sich auf dunkle, halbfeste oder feste Kohlenwasserstoffmaterialien, die in Schwefelkohlenstoff ganz oder in wesentlichem Umfang löslich sind. In diesen Materialien stellen Bitumenprodukte die einzigen oder überwiegenden Bestandteile dar. Spezielle Beispiele sind Asphaltene, Maltene, geblasener Asphalt, Destillationsrückstandsöl, Destillationsrückstände, Destillationsbodenprodukte, Crackrückstände und asphaltartige Bitumenprodukte. Der hier verwendete Ausdruck "sulfonierter Asphalt" soll ammonium- oder alkalimetallsulfonierte Asphalte umfassen, die mit einem Sulfonierungsmittel, wie flüssigem SO&sub3;, sulfoniert worden sind. Weitere geeignete Sulfonierungsmittel sind rauchende Schwefelsäure, Chlorsulfonsäure, konzentrierte Schwefelsäure und Schwefeltrioxid. Die Herstellung von geeigneten sulfonierten Asphalten ist ausführlich in der vorgenannten US-3 028 333 sowie in US-3 089 842 (Stratton, 14. Mai 1963) beschrieben. Häufig werden Asphalte mit 0 bis 10 Gew.-% gesättigten Anteilen, maximal 35 Gew.-% Harzen, 30 bis 40 Gew-Z aromatischen Bestandteilen und 20 bis 30 Gew.-% Asphaltenen verwendet.
Der Ausdruck "Braunkohle" (Lignit) wird im herkömmlichen Sinn zur Bezeichnung einer Kohleart verwendet, die ein Mittelding zwischen Torfkohle und bituminöser Kohle darstellt. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß Braunkohle mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens etwa 20 Gew.-% und üblicherweise im Bereich von etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, gemessen auf Trockenbasis, verwendet. Braunkohlematerialien mit einem hohen Gehalt an Huminsäuren, die somit leicht in basischen Lösungen in Lösung gehen, werden besonders bevorzugt. Derzeit bevorzugt wird Leonardit, der durch einen hohen Sauerstoffgehalt und eine erhöhte Alkalilöslichkeit gekennzeichnet ist. Die Löslichkeit von Leonardit ist größer als die von herkömmlicher Braunkohle. Beispielsweise beträgt die Löslichkeit von herkömmlicher Braunkohle typischerweise etwa 68 % in Alkali, während Leonardit eine Löslichkeit von etwa 85 % aufweist. Sämtliche hier gemachten Verhältnisangaben beziehen sich auf das Gewicht. Ein typischer Leonardit mit einer Löslichkeit von 85 % besteht aus 13,5 % Feuchtigkeit, 71,5 % Huminsäuren und 15 % Rest, während Braunkohle mit einer Löslichkeit von 67,7 % eine Analyse von 15 X Feuchtigkeit, 51,7 % Huminsäuren und 33,3 % Rest ergeben kann. Bei Leonardit handelt es sich um eine weiche, erdartige, mittelbraune kohleähnliche Substanz, die zusammen mit Braunkohleschichten in Norddakota, Süddakota, Montana und Texas vorkommt und gewerblich abgebaut wird. Normale Braunkohle kann durch Oxidation in ein Material mit ähnlichen Eigenschaften umgewandelt werden. Eine so umgewandelte Braunkohle kann zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet werden. Leonardit weist einen Sauerstoffgehalt auf, der über dem von anderen Lignittypen liegt, im allgemeinen bei etwa 28 bis 29 % Sauerstoff im Vergleich zu 10 % Sauerstoff in Lignit. Der höhere Sauerstoffgehalt von Leonardit ist auf die größere Anzahl von Carbonsäuregruppen zurückzuführen, was die erheblich größere Alkalilöslichkeit von Leonardit im Vergleich zu anderen Braunkohlen erklären kann.
Das Gewichtsverhältnis von sulfoniertem Asphalt zu kaustifizierter Braunkohle liegt vorzugsweise im Bereich von 3 : 1 bis 1 : 1 und insbesondere von 2,5 : 1 bis 1,5 : 1.
Die Braunkohle wird kaustifiziert, da das kaustifizierte Material leicht wasserlöslich ist. Die Braunkohle soll während der Sulfonierung des Asphalts nicht vorhanden sein, da ein derartiges Verfahren zu einem Produkt führt, bei dem die Braunkohle vor dem Asphalt sulfoniert wird. Unter Berücksichtigung dieser Einschränkungen, gibt es zwei erfindungsgemäße Ausführungsformen.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann die nicht-kaustifizierte Braunkohle zusammen mit Ätznatron zu der sulfonierten Asphaltzusammensetzung im wesentlichen unmittelbar nach deren Bildung gegeben werden, um gleichzeitig die Braunkohle zu kaustifizieren und die restliche Sulfonsäure zu neutralisieren. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Braunkohle kaustifiziert und entweder in dieser Form zu der Aufschlämmung von sulfoniertem Asphalt nach der Neutralisation gegeben, oder die kaustifizierte Braunkohle kann getrocknet und einfach physikalisch mit dem getrockneten sulfonierten Asphalt vermischt werden. Das bevorzugte Kaustifizierungsmittel ist kaustisches NaOH, wenngleich KOH im wesentlichen ebenso wirksam ist. Kaustifizierte Braunkohle ist im Handel erhältlich und läßt sich auf bekannte Weise herstellen. Geeignete Verfahren zum Kaustifizieren von Braunkohle sind in US-3 441 504 (Browning, 29. April 1969) beschrieben.
Das erfindungsgemäße Gemisch kann in Bohrspülflüssigkeiten in der gleichen Konzentration wie sulfonierter Asphalt verwendet werden. Im allgemeinen werden 45 g bis 4,5 kg (0,1 bis 10 lb) der Mischung aus sulfoniertem Asphalt/kaustifizierter Braunkohle pro Barrel mit 159 l (42 Gallonen) Bohrspülflüssigkeit verwendet.
Obgleich sulfonierter Asphalt ein hervorragendes Bohrspülflüssigkeiten-Additiv zum Stabilisieren von Schieferbereichen und zur Hemmung der Dispersion von Feststoffen ist, besitzt er die Neigung, in den Schlämmen eine Schaumbildung hervorzurufen und er erhöht auch die Schlammrheologie, d. h. die plastische Viskosität, die Fließgrenze und die Gelstärke. Wie die nachstehenden Daten zeigen, führt die Zusammensetzung aus sulfoniertem Asphalt/kaustifizierter Braunkohle, die aufgrund der geringen Kosten der Braunkohle naturgemäß billiger ist, zu einem Produkt, das die Eigenschaften der Bohrspülflüssigkeit verstärkt und sie nicht beeinträchtigt. Beispielsweise wird die Schaumbildung stark verringert, die rheologischen Eigenschaften werden insgesamt verbessert, und die reibungsmindernden Eigenschaften bleiben im wesentlichen unverändert.

Beispiel I

Dieses Beispiel erläutert die Ergebnisse von Schaumtests, die an Bohrschlämmen mit einem Gehalt an Soltex®-Additiv, einem gemischten Additiv aus 3 : 1 Gew./Gew. Soltex®/kaustifizierter Braunkohle, einem gemischten Additiv aus 1 : 1 Gew./Gew. Soltex®/kaustifizierter Braunkohle und einem Additiv aus kaustifizierter Braunkohle durchgeführt wurden. Ein Schaumtest wurde auch mit dem Basisschlamm, der 5 g Bentonit pro 175 ml Frischwasser enthielt, durchgeführt.
In den einzelnen Tests wurden jeweils 3,0 g Additiv zu 175 ml Basisschlamm (0,017 kg/l) gegeben. Das Gemisch wurde 10 Minuten mit einem Multimixer gerührt. Das gesamte Gemisch wurde sodann in einen 500 ml fassenden Meßzylinder gegeben und abgedeckt. Das ursprüngliche Gesamtvolumen (Volumen von Schlamm + Schaum) sowie das Schaumvolumen wurden sofort gemessen. Eine erneute Messung erfolgte nach 10-minütigem Stehenlassen des Systems. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt. Tabelle I Schaumtests an Bohrschlämmen (6 ppb Additiv) Additiv Ansatz Nr. Anfängl. Meßwerte Gesamtvolumen Schaumvolumen keines (Basisschlamm)* Soltex® a 3:1 Additiv b kaustifizierte Braunkohle * Der Basisschlamm enthielt 5 g Bentonit pro 175 ml Frischwasser. a Soltex® ist eine Warenbezeichnung der Firma Phillips für das Natriumsalz von sulfoniertem Asphalt. b Additivgemisch aus 3 Gewichtsteilen Soltex® und 1 Gewichtsteil kaustifizierter Braunkohle. c Additivgemisch aus 1 Gewichtsteil Soltex® und 1 Gewichtsteil kaustifizierter Braunkohle.
Aus den Ansätzen 3 und 4 von Tabelle I geht hervor, daß die anfänglichen und endgültigen Schaumvolumina geringer als im Ansatz 2 mit dem Soltex®-System waren, was zeigt, daß der (Oberflächen)-Schaum in den Ansätzen 3 und 4 rascher zusammenbrach (weniger stabil war) als der dispergierte ("innere") Schaum im System von Ansatz 2. Der dispergierte Schaum ergibt sich aus gleichen ursprünglichen Werten für Gesamtvolumen und Schaumvolumen. Die Ergebnisse der Ansätze 1 bzw. 5 zeigen, daß im Basisschlammsystem keine Schaumbildung und im kaustifizierten Braunkohlesystem eine relativ geringe Schaummenge beobachtet wurden.
Im allgemeinen ist eine Schaumbildung in Bohrschlämmen unerwünscht, da sie sich nachteilig auf die rheologischen Eigenschaften des Schlamms auswirkt. Die verringerte Schaumbildung des Schlamms in den Ansätzen 3 und 4 kann daher als eine wünschenswerte charakteristische Eigenschaft angesehen werden, die aus der Verwendung der Additivgemische resultiert.

Beispiel II

Dieses Beispiel beschreibt Lubrizitätstests der Gemische aus Soltex®/kaustifizierter Braunkohle in Bohrschlämmen. Kontrollansätze wurden mit dem Basisschlamm und Schlämmen, die entweder Soltex®-Additiv (bekanntes Lubrizitätsverbesserungsmittel) oder kaustifizierte Braunkohle als Additiv enthielten, durchgeführt.
In den einzelnen Tests war das Additiv in einer Menge von 6 ppb vorhanden, und die Testgemische wurden 10 Minuten in einem Multimixer gerührt. Die Proben wurden 16 Stunden einer Heißwalzenbehandlung bei 71ºC (160ºF) unterzogen und sodann auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Anschließend wurde an den einzelnen Gemischen an einem Baroid-Lubrizitätstestgerät der Reibungskoeffizient (CF) bestimmt. Die CF-Werte sind definiert als Skalenablesung in Meter dividiert durch 100, mit der Maßgabe, daß die Ablesung bei 60 U/min mit einer 100 in-lb-Belastung am Baroid-Lubrizitätstestgerät vorgenommen wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt. Tabelle II Lubrizitätstests an Bohrschlämmen 0,017 kg/l (6 ppb Additiv) Additiv Ansatz Nr. Reibungskoeffizient prozentuale Verringerung des CF-Werts keines (Basisschlamm)* Soltex® a 3:1 Additiv b kausifizierte Braunkohle * Der Basisschlamm enthielt 3 Gew.-% Bentonit in entionisiertem Wasser. Das Gemisch wurde durch Sieben durch ein 0,105 mm(150 mesh)-Sieb entsandet. a,b,c Vergl. die Fußnoten a, b, und c in Beispiel I (Tabelle I).
Aus den Ergebnissen von Tabelle II geht hervor, daß die Gemische aus Soltex®/kaustifizierter Braunkohle (vergl. die Ansätze 3 und 4) eine Verringerung des Reibungskoeffizienten von Bohrschlämmen (Verbesserung der Lubrizität) um etwa 36 % im Vergleich zum Basisschlamm (Ansatz l), der kein Lubrizitätsadditiv enthielt, bewirkte. Das Kontroll-Soltex®-System in Ansatz 2 war in etwa genau so gut oder höchstens geringfügig besser (40 % Verringerung des Reibungskoeffizienten) als die Additivgemische in den Ansätzen 3 und 4 sowie das kaustifizierte Braunkohlesystem von Ansatz 5.

Beispiel III

Dieses Beispiel erläutert den Hemmtest von Gemischen aus Soltex®/kaustifizierter Braunkohle in Bohrschlämmen. Kontrollansätze wurden am Basisschlamm und an Schlämmen, die entweder Soltex® (einen bekannten Ton-Inhibitor, d. h. ein Mittel zur Verhinderung der Dispersion von Tonteilchen) oder kaustifizierte Braunkohle als Additiv (bekanntes Dispergiermittel) enthielten, durchgeführt.
In den einzelnen Laboratoriumstests wurde das Additiv zu 350 ml Basisschlamm in einer Menge von 2,7 kg (6 lb) Additiv pro 159 l (Barrel) Basisschlamm gegeben. Probengemische wurden 10 Minuten in einem Multimixer gerührt, wonach 0,042 kg/l (15 ppb) unbehandelter Bentonit zugegeben wurde. Nach 10-minütigem Rühren der Proben wurde zusätzlicher unbehandelter Bentonit zugegeben, um die Bentonitkonzentration auf 0,071 kg/l (25 ppb) im Basisschlamm zu bringen. Die Proben wurde weitere 10 Minuten gerührt, auf Umgebungstemperatur gekühlt und getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt. Tabelle III Hemmtests in Bohrschlämmen 17 g/l (6 ppb Additiv) Additiv Ansatz Nr. Gele f Basisschlamm * Soltex® a 3:1 Additiv b kaustifizierte Braunkohle * Beim Basisschlamm handelte es sich um 2 gewichtsprozentigen unbehandelten Bentonit in entionisiertem Wasser. ** 71 g/l (25 ppb (lb pro Barrel mit 42 Gallonen)) an unbehandeltem Bentonit wurden zum Basisschlamm von Anspruch 1 gegeben. Dieses Produkt bildete den Basisschlamm für die folgenden Ansätze. a,b,c, Vergl. Fußnoten a, b, und c von Beispiel I (Tab. I) d PV bedeutet die plastische Viskosität (Pa·s (Centipoise)). e YP bedeutet den Fließpunkt, kg/m² (lb/100 ft²). f Gele bedeutet die Gelfestigkeitswerte, 10 sec/10 min kg/m² (lb/100 ft²).
Was die in Tabelle III angegebenen Werte für die plastische Viskosität (PV) und den Fließpunkt (YP) betrifft, ergibt sich, daß Soltex® die Fähigkeit besitzt, die Dispersion von Tonteilchen zu hemmen, was sich durch die niedrigeren PV- und YP-Werte im Ansatz 3 im Vergleich zu den höheren PV- und YP-Werten im Ansatz 2 (Basisschlamm mit 70 g/l zusätzlichem Bentonit (zusätzlich 25 ppb)) bemerkbar macht. Das System aus 3 : 1 Soltex®/kaustifizierter Braunkohle von Ansatz 4 zeigte einen Fließpunkt von 8, was einen angemessenen Grad der Ton-Hemmung bedeutet. Die Ergebnisse in den Ansätzen 5 und 6 von Tabelle III lassen darauf schließen, daß die vorhandene Menge an kaustifizierter Braunkohle ausreicht, um eine Ton-Dispersion (verminderte Fließpunkte und sehr geringe Gelfestigkeiten) hervorzurufen, die gegenüber einer Ton-Hemmung vorherrschte. Es ist wünschenswert, die Ton-Dispersion zeitweise zu hemmen, um die ausgebohrten Feststoffe an die Oberfläche gelangen zu lassen und sie dem System entnehmen zu können. Daher wird das 3 : 1-System gegenüber dem 1 : 1-System bevorzugt. Die geringe Gelfestigkeit zeigt, daß die kaustifizierte Braunkohle allein überhaupt nicht zufriedenstellend ist.

Beispiel IV

Dieses Beispiel beschreibt die Rheologie von unbeladenen, nicht-dispergierten Frischwasser-Bohrschlämmen mit einem Gehalt an Additiven aus Soltex®/kaustifizierter Braunkohle, wobei der Basisschlamm und die Bohrschlämme entweder das Soltex®-Additiv oder das Additiv aus kaustifizierter Braunkohle enthielten.
In den einzelnen Tests war das Additiv in einer Menge von 17 g/l (6 ppb) vorhanden, und die Testgemische wurden 10 Minuten in einem Multimixer gerührt. Die "anfänglichen" Eigenschaften der Proben wurden bestimmt, bevor die Proben 16 Stunden bei 80ºC (176ºF) gealtert wurden. Die thermisch gealterten Proben wurden auf Umgebungstemperatur abgekühlt und 2 Minuten in einem Multimixer gerührt. Sodann wurden die "endgültigen" Eigenschaften bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengestellt. Tabelle TV Gemische aus Soltex®/kaustifizierter Braunkohle in Frischwasser unbeladener, nicht-dispergierter Bohrschlamm 17g/l (6 ppb Additiv) Additiv Ansatz Nr. ursprüngliche Eigenschaften Gele f keines (Basisschlamm) Soltex® a 3:1 Additiv b kaustifizierte Braunkohle Tabelle IV (Forts.) Additiv Ansatz Nr. endgültige Eigenschaften nach thermischer Alterung Gele f keines (Basisschlamm)* Soltex® a 3:1 Additiv b kaustifizierte Braunkohle * Der Basisschlamm enthielt 40 g/l (14 ppb) Bentonit und 198 g/l (70 ppb) Kaolin in entionisiertem Wasser mit einem Gehalt an 1,4 g/l (0,5 ppb) Quebracho und 0,71 g/l (0,25 ppb) Natriumhydroxid. a,b,c Vergl. die Fußnoten a, b und c von Beispiel I (Tab. I) d,e,f Vergl. die Fußnoten d, e und f von Beispiel III (Tab. III) gRTWL bedeutet den API-Wasserverlust bei Raumtemperatur (ml/30 min). hHTWL bedeutet den API-Wasserverlust bei 149ºC (300ºF) und 3,45 MPa (500 psi) (ml/30 min.)
Was den Wasserverlust bei Raumtemperatur und den Wasserverlust bei erhöhter Temperatur betrifft, ergibt es sich, daß die Gemische aus Soltex®/kaustifizierter Braunkohle der Ansätze 3 und 4 eine wirksamere Kontrolle des Wasserverlustes ermöglichten als das Soltex®-System von Ansatz 2. Die Kontrolle des Wasserverlustes ist ein Merkmal von Soltex® und Systemen mit einem Gehalt an Soltex®, was mit der Verhinderung des Schieferzerfalls korreliert werden kann, da ein Wasserverlust an die Formation das Ablösen von Schiefer von den Wänden des Bohrloches während des Bohrvorgangs fördert.
Aus den YP- und Gelfestigkeitswerten der endgültigen Eigenschaften geht hervor, daß das Soltex®-Additiv einige unerwünschte Wirkungen auf das Basisschlammsystem hatte, was sich in wesentlich höheren YP- und Gelfestigkeitswerten im Ansatz 2 im Vergleich zum Ansatz 1 ausdrückt. Das 3 : 1-System aus Soltex®/kaustifizierter Braunkohle von Ansatz 3 und das 1 : 1-System aus Soltex®/kaustifizierter Braunkohle von Ansatz 4 wies PV- und Gelfestigkeitswerte in dem für das geprüfte System erwünschten Bereich auf. Das kaustifizierte Braunkohlesystem von Ansatz 5 wies etwas geringere YP- und 10 Minuten-Gelfestigkeitswerte im Vergleich zu den YP- und 10 Minuten-Gelfestigkeitswerten im Basisschlammsystem von Ansatz l auf, was eine unerwünschte Dispersion des geprüften Systems anzeigt.

Beispiel V

Dieses Beispiel beschreibt die Rheologie von mit Lignosulfonat beladenen Frischwasser-Bohrschlämmen mit einem Gehalt an Soltex®/kaustifizierter Braunkohle-Additiven, wobei der Basisschlamm und die Bohrschlämme entweder Soltex®-Additiv oder Additiv auf der Basis von kaustifizierter Braunkohle enthielten.
In den einzelnen Tests war das Additiv in einer Menge von 6 ppb vorhanden und die Testgemische wurden 10 Minuten in einem Multimixer gerührt. Die "anfänglichen" Eigenschaften der Proben wurden bestimmt, bevor die Proben 16 Stunden bei 80ºC (176ºF) gealtert wurden. Die thermisch gealterten Proben wurden auf Umgebungstemperatur abgekühlt und 2 Minuten in einem Multimixer gerührt. Sodann wurden die "endgültigen" Eigenschaften bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle V zusammengestellt. Tabelle V Soltex®/kaustifizierte Braunkohle-Gemische in mit Lignosulfonat beladenen Frischwasser-Bohrschlämmen 17g/l (6 ppb Additiv) Additiv Ansatz Nr. ursprüngliche Eigenschaften Gele f keines (Basisschlamm) Soltex® a 3:1 Additiv b kaustifizierte Braunkohle Tabelle V (Forts.) Additiv Ansatz Nr. endgültige Eigenschaften (nach thermischer Alterung) Gele f keines (Basisschlamm) Soltex® a 3:1 Additiv b kaustifizierte Braunkohle * Der Basisschlamm enthielt 64 g/l (22,5 ppb) Bentonit, 85 g/l (30 ppb) P95 Drehton (rotary clay) und 300 g/l (106 ppb) Barit in entionisiertem Wasser mit 14 g/l (5 ppb) Chromlignosulfonat und 2,8 g/l (1 ppb) Natriumhydroxid. a,b,c Vergl. die Fußnoten a, b und c von Beispiel I (Tab. I) d,e,f Vergl. die Fußnoten d, e und f von Beispiel III (Tab. III) g Vergl. die Fußnoten d, e und f von Beispiel I Tabelle III). g,h Vergl. die Fußnoten g und von Beispiel IV (Tabelle IV).
Was die Werte für den Wasserverlust von Tabelle V betrifft, ergibt es sich, daß die Systeme mit einem Gehalt an den Soltex®/kaustifizierte Braunkohle-Additiven (Ansätze 3 und 4) eine vergleichbare Kontrolle des Wasserverlustes wie das Soltex®-System von Ansatz 2 ergab, welches gegenüber der Kontrolle des Wasserverlustes, die durch den Basisschlamm in Ansatz 1 ohne Additiv erzielt wurde, überlegen war.

Beispiel VI

Dieses Beispiel erläutert die Herstellung und den Test auf Wasserlöslichkeit eines im US-Patent 4 420 405 beschriebenen Bohrschlammadditivs. Dieses herkömmliche Material wurde durch Umsetzung von Gilsonit (natürlich vorkommender Asphalt), Braunkohle und Natriumsulfit in einer wäßrigen Natriumhydroxidlösung hergestellt.
Ein Gemisch aus Gilsonit (55 g) und Tannathin-Braunkohle (20 g) wurde zu einer gerührten Lösung von 5 g Natriumhydroxid in 150 ml entionisiertem Wasser gegeben. Eine 20 g-Probe Natriumsulfit wurde zu der Aufschlämmung gegeben. Diese Aufschlämmung wurde 3 Stunden in der Wärme bei etwa 121ºC (250ºF) in einem geschlossenen Behälter gerollt und anschließend in einem Ofen bei etwa 93ºC (200ºF) getrocknet. Das getrocknete Material wurde pulverisiert. Das erhaltene Pulver wird nachstehend als "SG" bezeichnet.
Die Wasserlöslichkeit "SG" und die Additive von Tabelle 1, nämlich Soltex®, 3 : 1-Soltex®/kaustifizierte Braunkohle und 1 : 1-Soltex®/kaustifizierte Braunkohle wurde durch Soxhlet-Extraktion bestimmt. Die SG-Probe war nur zu 40 % in Wasser löslich, während Soltex® und die vorstehend aufgeführten Additive mit einem Gehalt an Soltex® eine Wasserlöslichkeit von 71 %, 74 % bzw. 76 % aufwiesen. Die relativ geringe Löslichkeit des GS-Materials in Wasser deutet vermutlich auf einen geringen Sulfonierungsgrad des Gilsonits hin. Es ist allgemein erwünscht, daß Bohrschlammadditive auf Wasserbasis eine Löslichkeit in Wasser von mehr als 50 % aufweisen.

Beispiel VII

Dieses Beispiel erläutert die Ergebnisse von Schlammrheologie-Laboratoriumstests an dem SG (sulfoniertes Gilsonit)-Bohrschlammadditiv von Beispiel VI. Das SG-Additiv wurde in dem unbeladenen, nicht-dispergierten Frischwasser-Schlamm von Beispiel IV sowie im mit Lignosulfonat beladenen Frischwasser-Schlamm von Beispiel V getestet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen VI und VII zusammengestellt. Die Ergebnisse der Systeme mit einem Gehalt an Soltex® und Soltex®-Gemischen der Tabelle IV (Ansätze 2, 3 und 4) und Tabelle V (Ansätze 2, 3 und 4) sind zu Vergleichszwecken ebenfalls mit aufgeführt. Tabelle VI Sulfonierter Gilsonit (SG) in Frischwasser unbeladener, nicht-dispergierter Bohrschlamm* 17g/l (6 ppb Additiv) Additiv Ansatz Nr. ursprüngliche Eigenschaften Gele f keines (Basisschlamm) Soltex® a 3:1 Additiv b Tabelle VI (Forts.) Additiv Ansatz Nr. endgültige Eigenschaften (nach thermischer Alterung) Gele f keines (Basisschlamm) Soltex® a 3:1 Additiv b * Verl. Fußnote * von Beispiel IV. a,b,c Vergl. die Fußnoten a, b und c von Beispiel I (Tab. I) d,e,f, Vergl. die Fußnoten d, e und f von Beispiel III (Tab. III) g,f Vergl. die Fußnoten g und h von Beispiel IV (Tabelle IV)
Was die in Tabelle VI ausgeführten Ergebnisse der Kontrolle des Wasserverlustes bei hoher Temperatur betrifft, ergibt es sich, daß die Additive mit einem Gehalt an Soltex® der Ansätze 2, 3 und 4 eine bessere Kontrolle des Wasserverlustes bei hoher Temperatur bewirkten als das herkömmliche System mit sulfoniertem Gilsonit (SG) (Ansatz 1). Tabelle VII Sulfonierter Gilsonit (SG) in Frischwasser beladener Lignosulfonat-Bohrschlamm* 17g/l (6 ppb Additiv) Additiv Ansatz Nr. ursprüngliche Eigenschaften Gele f keines (Basisschlamm) Soltex® a 3:1 Additiv b Tabelle VII (Forts.) Additiv Ansatz Nr. endgültige Eigenschaften (nach thermischer Alterung) Gele f keines (Basisschlamm) Soltex® a 3:1 Additiv b * Vergl. die Fußnote * von Beispiel V. a,b,c Vergl. die Fußnoten a, b und c von Beispiel I (Tab. I) d,e,f Vergl. die Fußnoten d, e und f von Beispiel III (Tab. III) g,h, Vergl. die Fußnoten g und h von Beispiel IV (Tabelle IV)
Was die Werte des Wasserverlustes in Tabelle VII betrifft, ergibt es sich, daß die Additive mit einem Gehalt an Soltex® der Ansätze 2, 3 und 4 eine geringfügig bessere Kontrolle des Wasserverlustes als das herkömmliche System mit sulfoniertem Gilsonit (Ansatz 1) ergaben.

Claims

1. Für Bohrloch-Bearbeitungsflüssigkeiten geeignetes Gemisch, enthaltend kaustifizierte Braunkohle und sulfonierten Asphalt, dadurch gekennzeichnet, daß der Asphalt unter Verwendung eines Sulfonierungsmittels aus der Gruppe Schwefeltrioxid, -rauchende Schwefelsäure, Chloroschwefelsäure und konzentrierte Schwefelsäure und in Abwesenheit von Braunkohle sulfoniert worden ist und das Gewichtsverhältnis des sulfonierten Asphalts zur kaustifizierten Braunkohle im Bereich von 3 : 1 bis 1 : 1 und insbesondere im Bereich von 2,5 : 1 bis 1,5 : 1 liegt.

2. Gemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Quebracho und/oder Ton und/oder Natriumcarboxymethylcellulose enthält.

3. Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei dem sulfonierten Asphalt um ein Ammoniumsalz oder Alkalimetallsalz von sulfoniertem Asphalt handelt, wobei es sich beim Alkalimetall insbesondere um Natrium handelt.

4. Bohrloch-Bearbeitungsflüssigkeit, enthaltend ein flüssiges Medium mit einem Gehalt an einem Gemisch gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich insbesondere bei der Flüssigkeit um eine Bohrspülflüssigkeit auf Wasserbasis handelt und wobei die Flüssigkeit aus ölhaltigen Bohrspülflüssigkeiten, Öl-in-Wasser-Emulsionen und Wasser-in-Öl-Emulsionen ausgewählt ist.

5. Flüssigkeit nach Anspruch 4, wobei die Flüssigkeit ferner Quebracho und/oder Ton und/oder Natriumcarboxymethylcellulose, insbesondere Ton und Natriumcarboxymethylcellulose, enthält.

6. Flüssigkeit nach einem der vorstehenden auf Flüssigkeiten gerichteten Ansprüche, wobei das Gemisch in einer Menge im Bereich von 45 g bis 4,5 kg (0,1 bis 10 lb) pro 159 l (Barrel) der Flüssigkeit vorhanden ist.

7. Flüssigkeit nach Anspruch 6, ferner enthaltend Bentonitton, wobei das Gewichtsverhältnis von sulfoniertem Asphalt zu kaustifizierter Braunkohle im Bereich von 2,5 : 1 bis 1,5 : 1 liegt.

8. Verfahren, umfassend das Sulfonieren eines Asphalts; das Kaustifizieren von Braunkohle; und anschließend die Kombination des sulfonierten Asphalts mit der kaustifizierten Braunkohle.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der sulfonierte Asphalt vor der Vereinigung mit der kaustifizierten Braunkohle neutralisiert und getrocknet wird.

10. Verfahren zur Herstellung eines Gemisches, umfassend die Sulfonierung von Asphalt; anschließend die Vereinigung des sulfonierten Asphalts mit Lignit und einem kaustischen Mittel; und Gewinnen eines Gemisches aus sulfoniertem Asphalt und kaustifizierter Braunkohle.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei es sich beim Sulfonierungsmittel um flüssiges SO&sub3; und beim Kaustifizierungsmittel um kaustisches NaOH handelt.

12. Verfahren zum Erstellen von Bohrlöchern mit Bohrwerkzeugen, wobei im Bohrloch eine Bohrspülflüssigkeit nach einem der vorstehenden, auf eine Flüssigkeit gerichteten Ansprüche im Kreislauf geführt wird.