DE3926970A1 - DRILL RINSING AND METHOD FOR DRILLING A HOLE - Google Patents

DRILL RINSING AND METHOD FOR DRILLING A HOLE

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Abstract

A drilling fluid having an aqueous medium, a water-soluble cationic polymer, hydroxyethyl cellulose having a molecular weight of 3,000 to 40,000, and a generally water-insoluble weighting agent stabilizes shale formations, and exhibits good fluid loss control. Preferred cationic polymers (a) branched emulsion polymers of diallyldimethylammonium chloride having a molecular weight of at least 5,000, (b) dialkylaminoalkyl acrylic ester polymers, (c) dialkylaminoalkyl methacrylic ester polymers, (d) dialkylaminoalkyl acrylic acid-acrylamide copolymers, (e) dialkylaminoalkyl methacrylic acid-acrylamide copolymers, (f) N-(Dialkylaminoalkyl) acrylamide polymers, (g) N-(Dialkylaminoalkyl) methacrylamide polymers, (h) poly(2-vinylidazoline), (i) poly(alkyleneamines), (j) poly(hydroxalkylene polyamines), and mixtures thereof.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bohrspülungen und insbe­ sondere derartige Flüssigkeiten, die eine gute Kontrolle des Flüssigkeitsverlusts und eine Stabilisierung von Schieferforma­ tionen bieten.The present invention relates to drilling fluids and in particular special such liquids that have good control of the Loss of fluid and stabilization of slate formats offers.

Bekannterweise besteht Schiefer vorwiegend aus Tonen, die beim Kontakt mit Bohrspülungen auf Wasserbasis quellen und disper­ gieren. Dieses Quellen und Dispergieren kann zu einem als "Drücken" ("heaving") bezeichneten Phänomen führen, bei dem die Bohrlochwände einfallen. Um diese Quell- und Dispersionsneigung von Schiefertonen abzuschwächen, ist es üblich, sie durch Zu­ gabe kationischer Salze hydrophob zu machen. Dabei macht man aber auch die anionischen Polymerisate hydrophob, die üblicher­ weise als Viskosmacher in Bohrspülungen eingesetzt werden; sie verlieren dann ihre Fähigkeit, die Bohrspülung viskos zu machen und den Flüssigkeitsverlust aus der Formation zu verringern.As is known, slate mainly consists of clays that Swell and disperse contact with water-based drilling fluids yaw. This swelling and dispersing can result in a "Heaving" referred phenomenon, in which the Borehole walls collapse. This tendency to swell and disperse to weaken slate clays, it is common to reduce them by addition of cationic salts to make them hydrophobic. You do it but also the anionic polymers hydrophobic, the more common be used as a viscose in drilling fluids; they then lose their ability to make the drilling fluid viscous and reduce fluid loss from the formation.

Beim Bohren von Schieferformationen ist die Verwendung von Ge­ mischen von kationischen Polymerisaten und hochmolekularer Hydroxyethylcellulose (HEC) zum Stabilisieren des Schiefers durch Flockung und Viskosmachen des Tons bekannt. Die bekannten HEC-haltigen kationischen Bohrschlammsysteme sind jedoch da­ hingehend nachteilig, daß der Flüssigkeitsverlust unerwünscht hoch ist und Beschwerungsmittel wie Baryt bei Viskositäten, die ein Pumpen der Flüssigkeit erlauben, nicht mehr effektiv su­ spendiert werden können.When drilling shale formations, the use of Ge mixing of cationic and high molecular weight polymers Hydroxyethyl cellulose (HEC) to stabilize the slate known by flocculation and viscosification of the clay. The well-known  However, HEC-containing cationic drilling mud systems are there disadvantageous in that the loss of fluid is undesirable is high and weighting agents such as barite at viscosities that allow a pumping of the liquid, no longer effectively su can be donated.

Es besteht daher Bedarf an einer Bohrspülung auf Polymerisat­ basis, die den Schiefer stabilisiert, einen niedrigen Flüssig­ keitsverlust bietet, und Gewichtungsmittel wie Baryt viskos macht und wirksam suspendiert.There is therefore a need for drilling fluid on polymer base that stabilizes the slate, a low liquid loss of weight, and weighting agents such as barite viscous makes and effectively suspended.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine effek­ tive Bohrspülung anzugeben.It is therefore an object of the present invention to provide an effec tive drilling fluid.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine kati­ onische Bohrspülung auf Polymerisatbasis anzugeben, die einen niedrigen Flüssigkeitsverlust bietet.It is another object of the present invention to provide a cat onic polymer-based drilling fluid to specify a offers low fluid loss.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, kationi­ sche Bohrspülungen auf Polymerisatbasis anzugeben, die Beschwe­ rungsmittel effektiv suspendieren, einen niedrigen Flüssig­ keitsverlust bieten und Schieferformationen stabilisieren.It is another object of the present invention to cationi polymeric drilling fluids to specify, the weight effectively suspend a low liquid Provide loss of stability and stabilize slate formations.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Anlegen eines Bohrlochs unter Verwendung einer Bohrspülung anzugeben, die ein kationisches Polymerisat und ein niedermolekulares Hydroxyethylcellulose-Polymerisat enthält.It is another object of the present invention using a method of drilling a well specify a drilling fluid that contains a cationic polymer  and a low molecular weight hydroxyethyl cellulose polymer contains.

Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung ergeben sich ausführlicher aus der folgenden Beschreibung und den Ansprü­ chen.These and other objects of the present invention will be apparent in more detail from the following description and the claims chen.

Die erfindungsgemäße Bohrspülung weist ein wässriges Medium, ein Schieferformationen stabilisierendes wasserlösliches kationisches Polymerisat, Hydroxyethylcellulose mit einem Molekulargewicht von etwa 3000 bis etwa 40 000 sowie ein Be­ schwerungsmittel auf. Das kationische Polymerisat ist vorzugs­ weise gewählt aus der Gruppe, die aufweist (a) verzweigte Emulsionspolymerisate von Diallyldimethylammoniumchlorid mit einem Molekulargewicht von mindestens 5000, (b) Dialkylamino­ alkylacrylsäureester-Polymerisate, (c) Dialkylaminoalkyl­ methacrylsäureester-Polymerisate, (d) Dialkylaminoalkylacryl­ säure-Acrylamid-Mischpolymerisate, (e) Dialkylaminoalkyl­ methacrylsäure-Acrylamid-Mischpolymerisate, (f) N-(Dialkyl­ aminoalkyl)acrylamid-Polymerisate, (g) N-(Dialkylaminoalkyl)­ methacrylamid-Polymerisate, (h) Poly(2-vinylimidaziolin), (i) Poly(alkylenamine), (j) Poly(hydroxyalkylenpolyamine) sowie deren Mischungen. The drilling fluid according to the invention has an aqueous medium, a slate formation stabilizing water soluble cationic polymer, hydroxyethyl cellulose with a Molecular weight from about 3000 to about 40,000 and a Be weight means. The cationic polymer is preferred wisely selected from the group that has (a) branched Emulsion polymers of diallyldimethylammonium chloride with a molecular weight of at least 5000, (b) dialkylamino alkyl acrylate polymers, (c) dialkylaminoalkyl methacrylic acid ester polymers, (d) dialkylaminoalkyl acryl acid-acrylamide copolymers, (e) dialkylaminoalkyl methacrylic acid-acrylamide copolymers, (f) N- (dialkyl aminoalkyl) acrylamide polymers, (g) N- (dialkylaminoalkyl) methacrylamide polymers, (h) poly (2-vinylimidaziolin), (i) Poly (alkylene amines), (j) poly (hydroxyalkylene polyamines) and their mixtures.  

Enthält das wäßrige Medium ein Salz eines mehrwertigen Ka­ tions, enthält die Bohrspülung auch einen nicht wasserquell­ baren Ton, der der Bohrspülung vor Beginn des Bohrens zugegeben oder von dieser in situ beim Bohren aufgenommen werden kann.The aqueous medium contains a salt of a polyvalent Ka tions, the drilling fluid also contains a non-water source clay that was added to the drilling fluid before drilling started or can be picked up in situ during drilling.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die oben beschriebene Bohrspülung im Bohrloch während des Bohrens im Umlauf gehalten.According to the inventive method, the one described above is used Drilling fluid circulated in the borehole during drilling.

Das in den erfindungsgemäßen Bohrspülungen verwendete wäßrige Medium kann Frischwasser, eine Sole von einwertigen Kationen wie eine Natrium- und Kaliumchloridlösung, eine Sole von mehr­ wertigen Kationen wie Calciumchloridlösung, Meerwasser usw. sein. Die Beschaffenheit des wäßrigen Mediums bestimmt, wie im folgenden zu sehen, die Zusammensetzung der Bohrspülung.The aqueous used in the drilling fluids according to the invention Medium can be fresh water, a brine of monovalent cations like a sodium and potassium chloride solution, a brine of more valuable cations such as calcium chloride solution, sea water etc. be. The nature of the aqueous medium determines how see below the composition of the drilling fluid.

Die für die Mittel und das Verfahren der vorliegenden Erfindung einsetzbaren kationischen Polymerisate sind diejenigen, die wasserquellbare Tone enthaltende Schiefer stabilisieren, d.h. ihre Erosion oder ihr Dispergieren verhindern, so daß das Drücken beim Bohren verhindert wird; sie sind im wesentlichen wasserlöslich oder im wäßrigen Medium dispergierbar und be­ wirken ein Suspendieren von Beschwerungsmitteln wie Baryt. Die kationischen Polymerisate liegen im Mengen von etwa 0,23 kg (0.5 lbs.) bis etwa 1,36 kg (3 pounds) pro Barrel wäßriges Medium vor. Die Erfindung nicht einschränkende Beispiele ge­ eigneter kationischer Polymerisate sind u.a. (a) verzweigte Emulsionspolymerisate von Diallyldimethylammoniumchlorid mit einem Molekulargewicht von mindestens 5000, (b) Dialkylamino­ alkyl-Acrylsäureester-Poly-merisate, (c) Dialkylaminoalkyl- Methacrylsäureester-Polymerisate, (d) Dialkylaminoalkylacryl­ säure-Acrylamid-Copolymerisate, (e) Dialkylaminoalkylmeth­ acrylsäure-Acrylamid-Copolymerisate, (f) N-(Dialkylaminoalkyl) ­ acrylamid-Polymerisate, (g) N-(Dialkylaminoalkyl)methacrylamid- Polymerisate, (h) Poly(2-vinyl-imidaziolin), (i) Poly(alkylen­ amine), (j) Poly(hydroxyalkylenpolyamine) sowie deren Mischun­ gen.Those for the agents and method of the present invention usable cationic polymers are those that Stabilize slates containing water-swellable clays, i.e. prevent their erosion or dispersion, so that the Pressure during drilling is prevented; they are essentially water soluble or dispersible in an aqueous medium and be suspend weighting agents such as barite. The cationic polymers are in amounts of about 0.23 kg (0.5 lbs.) To about 1.36 kg (3 pounds) per barrel of aqueous Medium before. Non-limiting examples ge Suitable cationic polymers include (a) branched  Emulsion polymers of diallyldimethylammonium chloride with a molecular weight of at least 5000, (b) dialkylamino alkyl-acrylic acid ester polymers, (c) dialkylaminoalkyl Polymers of methacrylic acid esters, (d) dialkylaminoalkylacryl acid-acrylamide copolymers, (e) dialkylaminoalkylmeth acrylic acid-acrylamide copolymers, (f) N- (dialkylaminoalkyl) acrylamide polymers, (g) N- (dialkylaminoalkyl) methacrylamide Polymers, (h) poly (2-vinyl-imidazioline), (i) poly (alkylene amines), (j) poly (hydroxyalkylene polyamines) and their mixtures gene.

Die für die Mittel und das Verfahren der vorliegenden Erfindung einsetzbaren Diallyldimethylammoniumchlorid-Polymerisate können Homo- oder Copolymerisate anderer Monomere wie Acrylamide sein. Vorzugsweise handelt es sich bei den Polymerisaten um verzweig­ te Polymerisate des Emulsionstyps mit Verzweigungsmitteln wie Triallylmethylammoniumchlorid, Tetraallylammoniumchlorid sowie Bis-Diallylammoniumsalzen wie Tetraallylpiperiziniumchlorid und N,N,N′,N′-Tetraallyl-N-N′-dimethylhexamethylendiammoniumchlo­ rid. Die Emulsionspolymerisate können nach Emulsions- oder Sus­ pensions-Polymerisationsverfahren hergestellt werden, wie sie in der US-PS 39 68 037 offenbart sind, und können etwa 95 bis etwa 99.99 Mol-% Diallylmethylammoniumchlorid und etwa 0,01 bis etwa 5 Mol-% eines der oben angegebenen Verzweigungsmittel ent­ halten. Die verzweigten Emulsionspolymerisate können ein Mole­ kulargewicht von 5000 aufwärts haben; bevorzugt sind verzweig­ te Emulsionspolymerisate mit einem Molekulargewicht von etwa 40 000 bis etwa 5 000 000. Besonders bevorzugt sind Homopoly­ merisate von Dimethyldiallylammoniumchlorid mit einem Moleku­ largewicht von etwa 1 000 000 bis etwa 5 000 000.Those for the agents and method of the present invention usable diallyldimethylammonium chloride polymers Homopolymers or copolymers of other monomers such as acrylamides. The polymers are preferably branched te polymers of the emulsion type with branching agents such as Triallylmethylammonium chloride, tetraallylammonium chloride and Bis-diallylammonium salts such as tetraallylpiperizinium chloride and N, N, N ′, N′-tetraallyl-N-N′-dimethylhexamethylenediammoniumchlo rid. The emulsion polymers can be Emulsions- or Sus Pension polymerization processes are prepared as they in U.S. Patent 3,968,037, and can be about 95 to about 99.99 mole percent diallyl methyl ammonium chloride and about 0.01 to about 5 mol% of one of the branching agents specified above ent hold. The branched emulsion polymers can have one mole have a weight of 5000 or more; branching is preferred  te emulsion polymers with a molecular weight of about 40,000 to about 5,000,000. Homopoly are particularly preferred merisate of dimethyldiallylammonium chloride with one molecule Lar weight from about 1,000,000 to about 5,000,000.

Weitere, für die Anwendung in den Zusammensetzungen und nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung besonders geeignete kationische Polymerisate sind die N-(Dialkylaminoalkyl)acryl­ amid-Polymerisate wie bspw. Polymerisate, die über die Mannich- Reaktion hergestellt werden, bei der Polyacrylamid mit Form­ aldehyd und einem Amin zu aminomethyliertem Polyacrylamid um­ gesetzt wird. Besonders bevorzugt sind derartige Polyacrylamide mit Molekulargewichten von etwa 40 000 bis etwa 4 000 000.Further, for use in the compositions and after particularly suitable for the method of the present invention cationic polymers are the N- (dialkylaminoalkyl) acrylic amide polymers such as, for example, polymers which can be obtained via the Mannich Reaction can be made using the polyacrylamide mold aldehyde and an amine to aminomethylated polyacrylamide is set. Such polyacrylamides are particularly preferred with molecular weights from about 40,000 to about 4,000,000.

Eine weitere bevorzugte Art von kationischen Polymerisaten für die Verwendung in den Mitteln und nach dem Verfahren der vor­ liegenden Erfindung sind die Dialkylaminoalkyl-Derivate eines wasserlöslichen Polymerisats, das aus einem ethylenisch unge­ sättigten Amidmonomer und einem aus der aus Acrylsäure, den alkylsubstituierten Acrylsäuren und deren Mischungen beste­ henden Gruppe gewählten Comonomer - bspw. dem Comonomer von Acrylamid und Methacrylsäure - gebildet ist. Derartige Poly­ merisate, deren Molekulargewichte im Bereich von 40 000 bis 4 000 000 liegen kann, lassen sich bspw. nach dem in der US-PS 39 23 756 beschriebenen Verfahren herstellen. Eine besonders bevorzugte Klasse von Copolymerisaten sind die Dialkylamino­ alkylacrylamidmethacrylsäure-Copolymerisate mit einem Mole­ kulargewicht im Bereich von etwa 40 000 bis 4 000 000. Beson­ ders bevorzugte, die Erfindung aber nicht einschränkende Bei­ spiele solcher Copolymerisate sind die Dimethylaminoethylsul­ fate und -chloride von Copolymerisaten von Acrylamid und Meth­ acrylsäure.Another preferred type of cationic polymers for use in the compositions and according to the process of the present invention are the dialkylaminoalkyl derivatives of a water-soluble polymer which consists of an ethylenically unsaturated amide monomer and one of acrylic acid, the alkyl-substituted acrylic acids and mixtures thereof existing group selected comonomer - for example the comonomer of acrylamide and methacrylic acid - is formed. Such poly merisate, the molecular weights of which can be in the range from 40,000 to 4,000,000 can be produced, for example, by the process described in US Pat. No. 3,923,756. A particularly preferred class of copolymers are the dialkylamino alkyl acrylamide methacrylic acid copolymers with a molecular weight in the range from about 40,000 to 4,000,000. Particularly preferred, but not restrictive examples of such copolymers are the dimethylaminoethyl sulfates and chlorides of copolymers of Acrylamide and meth acrylic acid.

Es hat sich herausgestellt, daß das Molekulargewicht des jewei­ ligen kationischen Polymerisats keine wesentliche Auswirkung auf dessen Fähigkeit hat, den Schiefer zu stabilisieren oder das Beschwerungsmittel zu suspendieren. Wie oben erwähnt, las­ sen sich also kationische Polymerisate mit innerhalb eines breiten Bereichs unterschiedlichen Molekulargewichten einset­ zen.It has been found that the molecular weight of each cationic polymer no significant effect on its ability to stabilize the slate or to suspend the weighting agent. As mentioned above, read So cationic polymers are within one wide range of different molecular weights Zen.

In den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ist auch Hydroxy­ ethylcellulose als Viskosmacher und Zusatz zur Verringerung von Flüssigkeitsverlusten benutzt. Die HEC ist in den Mitteln im allgemeinen in Mengen von etwa 0,23 kg (0.5 lbs.) bis etwa 1,36 kg (3 pounds) (vorzugsweise 0,23 kg (0.5 lbs.) bis 1,14 kg (2,5 lbs.)) pro Barrel wäßriges Medium enthalten und muß - abhängig vom Grad der Viskosmachung - ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 3000 bis etwa 40 000 haben. HECs mit höherem Molekulargewicht sind zur Herstellung beschwerter Schlämme nach vorliegender Erfindung nicht geeignet. In the compositions according to the invention, hydroxyethyl cellulose is also used as a viscosifier and additive to reduce fluid loss. The HEC is generally in the compositions in amounts from about 0.23 kg (0.5 lbs.) To about 1.36 kg (3 pounds) (preferably 0.23 kg (0.5 lbs.) To 1.14 kg (2, 5 lbs.)) Per barrel of aqueous medium and - depending on the degree of viscosification - must have a molecular weight in the range from about 3000 to about 40,000. HECs with a higher molecular weight are not suitable for producing weighted sludges according to the present invention.

Enthält die erfindungsgemäße Bohrspülung ein Salz eines mehr­ wertigen Kations (bspw. Calciumchlorid, Meerwasser oder o.ä.), muß ein nicht wasserquellbarer Ton eingesetzt werden, um eine akzeptable Einstellung der Flüssigkeitsverluste zu erreichen. Derartige Tone können entfallen, wenn es sich beim wäßrigen Medium um Frischwasser handelt oder es nur das Salz eines ein­ wertigen Kations - bspw. Natriumchlorid - enthält. Der nicht wasserquellbare Ton kann der Bohrspülung zu Beginn des Bohr­ vorgangs zugegeben werden, wenn die zu durchbohrende Formation keinen nicht wasserquellbaren Ton enthält. Alternativ kann der Ton in situ von der Bohrspülung beim Bohren aufgenommen werden, da viele Formationen derartige nicht wasserquellbare Tone als Teil des Bohrkleins enthalten. Der nicht wasserquellbare Ton ist normalerweise in der Bohrspülung in Mengen von etwa 1 bis etwa 15 pounds pro Barrel des wäßrigen Mediums enthalten. Geeignete, die Erfindung nicht einschränkende Beispiele für derartige nicht wasserquellbare Tone sind Kaolin, Attapulgit, Sepiolit usw.If the drilling fluid according to the invention contains a salt of a polyvalent cation (for example calcium chloride, sea water or the like), a clay which cannot be swelled by water must be used in order to achieve an acceptable setting for the loss of liquid. Such clays can be omitted if it is in aqueous medium to fresh water or it is only the salt of a valent cation - for instance sodium chloride -. Containing. The non-water-swellable clay can be added to the drilling fluid at the start of the drilling process if the formation to be drilled contains no non-water-swellable clay. Alternatively, the clay can be picked up in situ from the drilling fluid during drilling, since many formations contain such non-water-swellable clays as part of the cuttings. The non-water swellable clay is normally contained in the drilling fluid in amounts of from about 1 to about 15 pounds per barrel of the aqueous medium. Suitable, non-limiting examples of such non-water-swellable clays are kaolin, attapulgite, sepiolite, etc.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten weiterhin ein wasserunlösliches Beschwerungsmittel wie Baryt, obgleich andere Beschwerungsmittel wie Galenit, Hämatit und andere Minerale verwendet werden können. Das Beschwerungsmittel ist in den Zu­ sammensetzungen generell in Mengen von etwa 1 bis etwa 300 lbs. pro Barrel des wäßrigen Mediums enthalten. The compositions according to the invention also contain a water insoluble weighting agent such as barite, although others Weighting agents such as galena, hematite and other minerals can be used. The weighting agent is in the zu compositions generally in amounts from about 1 to about 300 lbs. contained per barrel of the aqueous medium.  

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können weitere Stoffe oder Zuschläge enthalten (bspw. weitere Viskosmacher, Zusätze zur Verringerung des Flüssigkeitsverlusts, Salze usw.), um den Schlamm auf die im Einzelfall vorliegenden Forderungen einzu­ stellen.The compositions according to the invention can contain further substances or contain supplements (e.g. additional viscosisers, additives to reduce fluid loss, salts, etc.) to the Sludge to meet the individual requirements put.

Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird, sofern die Formation keinen nicht wasserquellbaren Ton enthält, die Spü­ lung im Bohrloch im Umlauf gehalten; nicht quellbarer Ton wird der Spülung in situ beigegeben. Alternativ wird die Spülung mit zugegebenem nichtquellbarem Ton im Bohrloch beim Bohren im Umlauf gehalten, wenn die durchbohrte Formation keinen nicht wasserquellbaren Ton enthält.According to the method of the present invention, if the Formation contains no non-water-swellable clay, the rinse lung circulated in the borehole; sound that does not swell added to the flush in situ. Alternatively, the rinse with added non-swellable clay in the borehole when drilling in Circulated if the pierced formation does not have one contains water-swellable clay.

Mit den folgenden Beispielen, die die Erfindung nicht ein­ schränken sollen, wird die Erfindung ausführlicher erläutert.With the following examples, the invention is not a are intended to limit, the invention is explained in more detail.

Beispiel 1example 1

Es wurde eine Anzahl Bohrschlämme unterschiedlicher Zusammen­ setzung hergestellt und geprüft. Sofern in diesem und den an­ deren Beispielen nicht anders angegeben, wurden die Schlämme jeweils hergestellt, indem sie 20 min. in einem Multimixer durchmischt und dann vor dem Prüfen 16 Std. bei 66°C (150°F) warmgewalzt ("hot rolled") wurden. Die Zusammensetzungen der Bohrspülungen und die Prüfergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt. A number of drilling muds with different compositions were produced and tested. Unless otherwise stated in this and in the examples thereof, the slurries were each prepared by 20 min. mixed in a multimixer and then hot rolled for 16 hours at 66 ° C (150 ° F) before testing. The compositions of the drilling fluids and the test results are summarized in Table 1.

Wie aus den Daten in der Tabelle 1 ersichtlich, zeigen die erfindungsgemäßen Bohrspülungen rheologische Eigenschaften und eine Kontrolle des Flüssigkeitsverlusts, die ausgezeichnet sind. Beim Schlamm Nr. 4 ist zu ersehen, daß mit zu viel HEC mit höherem Molekulargewicht - bspw. 40 000 - die Bohrspülung zu dick wird. In der Tat hat sich herausgestellt, daß es mit HECs mit Molekulargewichten von mehreren Millionen praktisch unmöglich wird, eine akzeptable Bohrspülung mit wasserunlösli­ chem Beschwerungsmittel zu erreichen. Der Schlamm Nr. 4a zeigt zwar akzeptable rheologische Eigenschaften, aber auch eine sehr schlechte Schieferstabilität; dies deutet auf die Notwendigkeit des kationischen Polymerisats hin, um den Schiefer zu sstabili­ sieren. Ohne HEC (Schlamm Nr. 4b) erhält man praktisch keine Kontrolle des Flüssigkeitsverlusts. Die Daten in der Tabelle 1 zeigen weiterhin, daß die beschwerten Schlämme bis zu 1816 kg (4000 lbs.) des Beschwerungsmittels pro Barrel enthalten kön­ nen, aber immer noch eine akzeptable Bohrspülung darstellen. Bei derart stark beschwerten Schlämmen (vergl. den Schlamm Nr. 10) ist die Fließgrenze ("yield point") jedoch höher als nor­ malerweise erwünscht.As can be seen from the data in Table 1, the drilling fluids according to the invention show rheological properties and fluid loss control which are excellent. With mud no. 4 it can be seen that with too much HEC with a higher molecular weight - for example 40,000 - the drilling fluid becomes too thick. In fact, it has been found that HECs with molecular weights of several million make it practically impossible to achieve an acceptable drilling fluid with water-insoluble weighting agents. Sludge No. 4a shows acceptable rheological properties, but also very poor shale stability; this indicates the need for the cationic polymer to stabilize the slate. Without HEC (sludge # 4b) there is practically no control of fluid loss. The data in Table 1 also show that the weighted muds can contain up to 1816 kg (4000 lbs.) Of the weighting agent per barrel, but still represent an acceptable drilling fluid. With such heavily weighted sludges (see sludge No. 10), the yield point is higher than is normally desired.

Beispiel 2Example 2

Es wurden mehreren Ansätze von Bohrspülungen hergestellt und geprüft. Die Zusammensetzung der Schlämme und die Prüfergeb­ nisse sind in der Tabelle 2 unten gezeigt. Several approaches to drilling fluids were made and checked. The composition of the sludge and the test results nisse are shown in Table 2 below.  

Tabelle 2 Table 2

Dieses Beispiel zeigt, daß, wenn Salze mehrwertiger Kationen (bspw. solche in Meerwasser) vorliegen, ein nicht wasser­ quellbarer Ton eingesetzt werden muß, damit die Bohrspülung akzeptable Flüssigkeitsverlusteigenschaften zeigt. This example shows that when salts of polyvalent cations (e.g. those in sea water), not water swellable clay must be used so that the drilling fluid shows acceptable fluid loss properties.  

Beispiel 3Example 3

Eine Serie von Bohrspülungen wurde durch 20-minütiges Vermi­ schen der Bestanteile auf einem Multimixer hergestellt. Die Spülungen wurden dann 16 Std. bei 66°C (150°F) warmgewalzt ("hot rolled") und geprüft. Die Zusammensetzungen der Schlämme und die Prüfergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt.A series of drilling fluids was completed by Vermi the ingredients are produced on a multimixer. The Rinses were then hot rolled at 66 ° C (150 ° F) for 16 hours ("hot rolled") and checked. The compositions of the sludge and the test results are shown in Table 3.

Wie aus den Daten der Tabelle 3 ersichtlich, zeigen erfin­ dungsgemäß hergestellte Bohrspülungen ausgezeichnete rheolo­ gische Eigenschaften und eine gute Kontrolle der Flüssig­ keitsverluste. Es wird darauf hingewiesen, daß bei fehlender niedermolekularer HEC (Schlämme Nr. 7-10) praktisch keine Kontrolle des Flüssigkeitsverlusts möglich ist. As can be seen from the data in Table 3, drilling fluids according to the invention show excellent rheological properties and good control of the liquid losses. It should be noted that in the absence of low molecular weight HEC (sludge No. 7-10) practically no control of the loss of fluid is possible.

Beispiel 4Example 4

Um zu zeigen, daß die erfindunssgemäßen Bohrspülungen Schiefer effektiv stabilisieren, wurde eine Serie von Borhspülungen hergestellt und mit einem herkömmlichen Bohrschlamm auf Polya­ merisatbasis verglichen, der üblicherweise eingesetzt wird, wo eine Schieferstabilisierung wichtig ist. Beim Prüfen der Bohr­ spülungen auf die Fähigkeit, Schiefer zu stabilisieren, wurden Proben von Pierre-Schiefer mit einem Gewicht von 15 g und einem Durchmesser zwischen 2,03 mm (0,08 in.) und 4,83 mm (0,19 in.) über einen Zeitraum von 6 Tagen bei 66°C (150°F) warmgewalzt ("hot rolled"). Die Schieferprobe wurde in regelmäßigen Abstän­ den aus der jeweiligen Bohrspülung herausgenommen und gewogen, um das Ausmaß der Erosion zu bestimmen. Die Schlammzusammen­ setzungen und die Prüfdaten sind in der Tabelle 4 zusammenge­ faßt. To show that the drilling fluids according to the invention are slate effectively stabilize, has been a series of boron rinses manufactured and with a conventional drilling mud on polya Merisat basis compared, which is usually used where stabilizing slate is important. When checking the drilling washes on the ability to stabilize slate Samples of Pierre slate weighing 15 g and one Diameters between 2.03 mm (0.08 in.) And 4.83 mm (0.19 in.) Hot rolled at 66 ° C (150 ° F) for 6 days ("hot rolled"). The slate sample was taken at regular intervals taken out of the respective drilling fluid and weighed, to determine the extent of erosion. The mud together Settlements and the test data are summarized in Table 4 sums up.  

Tabelle 4 Table 4

Der Schlamm Nr. 2 ist eine herkömmliche, vielfach zum Bohren von Schieferformationen eingesetzte Bohrspülung auf anionischer Polymerisatbasis. Sie zeigt eine akzeptable Schieferstabili­ sierung und läßt sich mit Beschwerungsmitteln wie Baryt oder anderen nicht wasserlöslichen Beschwerungsmitteln nicht effek­ tiv beschweren. Demgegenüber ist der erfindungsgemäß herge­ stellte Schlamm Nr. 1 gleich wirksam bei der Schieferstabili­ sierung und läßt sich, wie aus vorhergehenden Daten ersicht­ lich, leicht mit Baryt beschweren. Wie ebenfalls ersichtlich, können Bohrspülungen, die weder das kationische Polymerisat noch HEC enthalten enthalten, Schiefer nicht wirksam stabili­ sieren (vergl. Schlamm Nr. 3 und Nr. 4). Sofern außerdem nicht sowohl das kationische Polymerisat und auch die niedermoleku­ lare HEC anwesend sind (Schlamm Nr. 5), sind die Bohrspülungen hinsichtlich einer Stabilisierung des Schiefers (auch bei An­ wesenheit eines für die Schieferstabilisierung häufig einge­ setzten anionischen Polymerisats) nicht so wirkungsvoll.The No. 2 mud is a conventional one, often for drilling drilling fluid used by shale formations on anionic Polymer base. It shows an acceptable slate stability sation and can be with weighting agents such as barite or other non-water-soluble weighting agents are not effective complain. In contrast, the herge according to the invention made mud # 1 equally effective in slate stabilization As can be seen from the previous data lightly, weight it down with barite. As can also be seen can drilling fluids that are neither the cationic polymer still contain HEC, slate not effective stabili sieren (see mud No. 3 and No. 4). Unless not both the cationic polymer and the low molecular weight lare HEC are present (mud No. 5), are the drilling fluids with regard to stabilizing the slate (also with An Essence one is often used for slate stabilization set anionic polymer) not so effective.

Es ist also einzusehen, daß die erfindungsgemäßen Bohrspülungen eine wirkungsvolle Schieferstabilisierung und niedrige Flüssigkeitsverluste ergeben und sich mit herkömmlichen, generell was­ serunlöslichen Beschwerungsmitteln wie Baryt leicht beschweren lassen.It can thus be seen that the drilling fluids according to the invention effective slate stabilization and low fluid loss surrender and with conventional, generally what Lightly weigh down insoluble weighting agents such as barite to let.

Claims (18)

1. Bohrspülung, gekennzeichnet durch ein wäßriges Medium, ein wasserlösliches kationisches Polymerisat in einer Menge von etwa 0,23 kg (0.5 lbs) bis etwa 1,36 kg (3 lbs.) per Barrel des wäßrigen Mediums, Hydroxylethylcellulose mit einem Molekulargewicht von etwa 3000 bis etwa 40 000 in einer Menge von etwa 0,23 kg bis etwa 1,36 kg (etwa 0,5 bis etwa 3 pounds) per Barrel des wäßrigen Mediums und ein allge­ mein wasserunlösliches Beschwerungsmittel in einer Menge von etwa 0,45 kg (1 lb.) bis etwa 136 kg (300 lbs.) per Barrel des wäßrigen Mediums.1. drilling fluid, characterized by an aqueous medium, a water-soluble cationic polymer in an amount of about 0.23 kg (0.5 lbs) to about 1.36 kg (3 lbs.) Per barrel of the aqueous medium, hydroxylethyl cellulose with a molecular weight of about 3000 to about 40,000 in an amount of about 0.23 kg to about 1.36 kg (about 0.5 to about 3 pounds) per barrel of the aqueous medium and a general water-insoluble weighting agent in an amount of about 0.45 kg (1 lb.) to about 136 kg (300 lbs.) Per barrel of the aqueous medium. 2. Bohrspülung, dadurch gekennzeich­ net, daß das kationische Polymerisat aus der Gruppe, die aus (a) verzweigten Emulsionspolymerisaten von Diallyldimethyl­ ammoniumchlorid mit einem Molekulargewicht von mindestens 5000, (b) Dialkylaminoalkylacrylsäureester-Polymerisaten, (c) Dialkylaminoalkylmethacrylsäureester-Polymerisaten, (d) Di­ alkylaminoalkylacrylsäure-Acrylamid-Copolymerisaten, (e) Di­ alkylaminoalkylmethacrylsäure-Acrylamid-Copolymerisaten, (f) N­ (Dialkylaminoalkyl)acrylamid-Polymerisaten, (g) N-(Dialkyl­ aminoalkyl)methacrylamid-Polymerisaten, (h) Poly(2-vinylimid­ azolin), (i) Poly(alkylenaminen), (j) Poly(hydroxyalkylen­ polyaminen sowie deren Mischungen besteht, gewählt ist. 2. drilling fluid, characterized net that the cationic polymer from the group that from (a) branched emulsion polymers of diallyldimethyl ammonium chloride with a molecular weight of at least 5000, (b) dialkylaminoalkylacrylic acid ester polymers, (c) Dialkylaminoalkyl methacrylic acid ester polymers, (d) Di alkylaminoalkylacrylic acid-acrylamide copolymers, (e) Di alkylaminoalkyl methacrylic acid-acrylamide copolymers, (f) N (Dialkylaminoalkyl) acrylamide polymers, (g) N- (dialkyl aminoalkyl) methacrylamide polymers, (h) poly (2-vinylimide azoline), (i) poly (alkylene amines), (j) poly (hydroxyalkylene polyamines and mixtures thereof is selected.   3. Bohrspülung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das verzweigte Emulsionspolyme­ risat ein Molekulargewicht von etwa 40 000 bis etwa 5 000 000 hat.3. drilling fluid according to claim 2, characterized ge indicates that the branched emulsion polymer a molecular weight of about 40,000 to about 5,000,000 Has. 4. Bohrspülung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Verzweigungsmittel zur Her­ stellung der verzweigten Emulsionspolymerisate ein Mitglied der aus Triallylmethylammoniumchlorid, Tetraallylammoniumchlorid, Tetraallylpiperaziniumchlorid und N,N,N′,N′-Tetraallyl-N,N′- dimethylhexamethylendiammoniumchlorid bestehenden Gruppe ge­ wählt ist und die verzweigten Polymerisate etwa 95 bis etwa 99,99 Mol-% Diallylmethylammoniumchlorid und etwa 0,01 bis etwa 5 Mol-% des Verzweigungsmittels enthalten.4. drilling fluid according to claim 3, characterized ge indicates that as a branching agent to Her position of the branched emulsion polymers a member of from triallylmethylammonium chloride, tetraallylammonium chloride, Tetraallylpiperazinium chloride and N, N, N ′, N′-tetraallyl-N, N′- group consisting of dimethylhexamethylene diammonium chloride is selected and the branched polymers about 95 to about 99.99 mole percent diallylmethylammonium chloride and about 0.01 to about Contain 5 mol% of the branching agent. 5. Bohrspülung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das wasserlösliche kationische Copolymerisat ein Dimethylaminoalkylacrylamid-Methacrylsäure- Copolymer ist.5. drilling fluid according to claim 1, characterized ge indicates that the water soluble cationic Copolymer a dimethylaminoalkyl acrylamide methacrylic acid Is copolymer. 6. Bohrspülung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Molekulargewicht des Di­ methylaminoalkylacrylamid-Methacrylsäure-Copolymerisats etwa 40 000 bis etwa 4 000 000 beträgt. 6. drilling fluid according to claim 5, characterized ge indicates that the molecular weight of the Di methylaminoalkylacrylamide-methacrylic acid copolymer, for example 40,000 to about 4,000,000.   7. Bohrspülung nach Anspruch 1, gekennzeich­ net durch Baryt als Beschwerungsmittel.7. drilling fluid according to claim 1, characterized net by barite as a weighting agent. 8. Bohrspülung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das wäßrige Medium ein Salz eines einwertigen Kations enthält.8. drilling fluid according to claim 1, characterized ge indicates that the aqueous medium is a salt contains a monovalent cation. 9. Bohrspülung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das wäßrige Medium ein Salz eines mehrwertigen Kations und die Bohrspülung einen nicht wasserquellbaren Ton enthalten.9. drilling fluid according to claim 1, characterized ge indicates that the aqueous medium is a salt of a multivalent cation and the drilling fluid does not water-swellable clay included. 10. Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Bohren im Bohrloch eine Bohrspülung im Umlauf hält, die ein wäßriges Medium, ein wasserlösliches kationisches Polymerisat in einer Menge von etwa 0,23 kg (0.5 lbs.) bis etwa 1,36 kg (3 lbs.) per Barrel des wäßrigen Mediums, Hydroxylethylcellulose mit einem Mole­ kulargewicht von etwa 3000 bis etwa 40 000 in einer Menge von etwa 0,23 kg (0,5 lbs.) bis etwa 1,36 kg (3 lbs.) pro Barrel des wäßrigen Mediums und ein allgemein wasserunlösliches Be­ schwerungsmittel in einer Menge von etwa 0,45 kg (1 lb.) bis etwa 136 kg (300 lbs.) pro Barrel des wäßrigen Mediums und einen nicht wasserquellbaren Ton in einer Menge von etwa 0,45 kg (1 lb.) bis etwa 6,8 kg (15 lbs.) pro Barrel wäßriges Medium aufweist. 10. A method of drilling a borehole, thereby characterized in that when drilling in the borehole a drilling fluid in circulation, which holds an aqueous medium water-soluble cationic polymer in an amount of about 0.23 kg (0.5 lbs.) to about 1.36 kg (3 lbs.) per barrel of the aqueous medium, hydroxylethyl cellulose with one mole Specular weight from about 3000 to about 40,000 in an amount of about 0.23 kg (0.5 lbs.) to about 1.36 kg (3 lbs.) per barrel of the aqueous medium and a generally water-insoluble Be weighting agent in an amount of about 0.45 kg (1 lb.) to about 136 kg (300 lbs.) per barrel of the aqueous medium and a non-water-swellable clay in an amount of about 0.45 kg (1 lb.) to about 6.8 kg (15 lbs.) Per barrel of aqueous Medium.   11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das kationische Polymerisat aus der Gruppe, die aus (a) verzweigten Emulsionspolymerisaten von Diallyldimethylammoniumchlorid mit einem Molekulargewicht von mindestens 5000, (b) Dialkylaminoalkylacrylsäureester-Poly­ merisaten, (c) Dialkylaminoalkylmethacrylsäureester-Polymeri­ saten, (d) Dialkylaminoalkylacrylsäure-Acrylamid-Copolymeri­ saten, (e) Dialkylaminoalkylmethacrylsäure-Acrylamid-Copolyme­ risaten, (f) N-(Dialkylaminoalkyl)acrylamid-Polymerisaten, (g) N-(Dialkyl-aminoalkyl)methacrylamid-Polymerisaten, (h) Poly(2­ vinylimid-aziolin), (i) Poly(alkylenaminen), (j) Poly(hydroxy­ alkylenpolyaminen sowie deren Mischungen besteht, gewählt ist.11. The method according to claim 10, characterized ge indicates that the cationic polymer from the group consisting of (a) branched emulsion polymers of Diallyldimethylammonium chloride with a molecular weight of at least 5000, (b) dialkylaminoalkyl acrylate poly merisaten, (c) dialkylaminoalkyl methacrylic acid ester polymer saten, (d) dialkylaminoalkylacrylic acid-acrylamide copolymers saten, (e) dialkylaminoalkyl methacrylic acid-acrylamide copolyme risaten, (f) N- (dialkylaminoalkyl) acrylamide polymers, (g) N- (dialkylaminoalkyl) methacrylamide polymers, (h) poly (2 vinylimide azioline), (i) poly (alkylene amines), (j) poly (hydroxy alkylene polyamines and mixtures thereof is selected. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das verzweigte Emulsionspolyme­ risat ein Molekulargewicht von etwa 40 000 bis etwa 5 000 000 hat.12. The method according to claim 11, characterized ge indicates that the branched emulsion polymer a molecular weight of about 40,000 to about 5,000,000 Has. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Verzweigungsmittel zur Her­ stellung der verzweigten Emulsionspolymerisate ein Mitglied der aus Triallylmethylammoniumchlorid, Tetraallylammoniumchlorid, Tetraallylpiperaziniumchlorid und N,N,N′,N′-Tetraallyl-N,N′- dimethylhexamethylendiammoniumchlorid bestehenden Gruppe ge­ wählt ist und die verzweigten Polymerisate etwa 95 bis etwa 99,99 Mol-% Diallylmethylammoniumchlorid und etwa 0,01 bis etwa 5 Mol-% des Verzweigungsmittels enthalten.13. The method according to claim 12, characterized ge indicates that as a branching agent to Her position of the branched emulsion polymers a member of from triallylmethylammonium chloride, tetraallylammonium chloride, Tetraallylpiperazinium chloride and N, N, N ′, N′-tetraallyl-N, N′- group consisting of dimethylhexamethylene diammonium chloride is selected and the branched polymers about 95 to about  99.99 mole percent diallylmethylammonium chloride and about 0.01 to about Contain 5 mol% of the branching agent. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das wasserlösliche kationische Copolymerisat ein Dimethylaminoalkylacrylamid-Methacrylsäure- Copolymer ist.14. The method according to claim 13, characterized ge indicates that the water soluble cationic Copolymer a dimethylaminoalkyl acrylamide methacrylic acid Is copolymer. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Molekulargewicht des Di­ methylaminoalkylacrylamid-Methacrylsäure-Copolymerisats etwa 40 000 bis etwa 4 000 000 beträgt.15. The method according to claim 14, characterized ge indicates that the molecular weight of the Di methylaminoalkylacrylamide-methacrylic acid copolymer, for example 40,000 to about 4,000,000. 16. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeich­ net durch Baryt als Beschwerungsmittel.16. The method according to claim 10, characterized net by barite as a weighting agent. 17. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das wäßrige Medium ein Salz eines einwertigen Kations enthält.17. The method according to claim 10, characterized ge indicates that the aqueous medium is a salt contains a monovalent cation. 18. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das wäßrige Medium ein Salz eines mehrwertigen Kations und die Bohrspülung einen nicht wasserquellbaren Ton enthalten.18. The method according to claim 10, characterized ge indicates that the aqueous medium is a salt of a multivalent cation and the drilling fluid does not water-swellable clay included.
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