DE4012105A1 - Verwendung von hydriertem rizinusoel als viskositaetsbildner in oelbasierten bohrspuelsystems - Google Patents
Verwendung von hydriertem rizinusoel als viskositaetsbildner in oelbasierten bohrspuelsystemsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung auf dem Gebiet der
ölbasierten Bohrspülungen für die Erschließung geologischer
Vorkommen und betrifft insbesondere ölbasierte, übliche Be
schwerungsmittel wie Baryt enthaltende Bohrschlämme, die frei
sind von den heute in großem Umfang eingesetzten oleophilen, mit
quartären N-Verbindungen ausgerüsteten Tonen.
Die Praxis der Erschließung geologischer Vorkommen durch Land-
und/oder See-gestützte Bohrungen unterscheidet bekanntlich
zwischen den beiden Systemen der wasserbasierten Bohrspül
systeme einerseits und den ölbasierten Bohrspülungen bzw.
Bohrspülsystemen andererseits. Die Erfindung beschäftigt sich mit
der zuletzt genannten Stoffklasse und betrifft dabei Spülungen
der genannten Art, die - wenigstens bei Beginn ihres Einsatzes -
praktisch wasserfrei sein können oder als sogenannte Invert-
Spülungen vom Typ der W/O-Emulsionen ausgebildet sind.
Bohrspülsysteme der hier betroffenen Art enthalten gelöst
und/oder dispergiert in fließfähigen Ölphasen ausgewählter
Rheologie eine Mehrzahl von Zusatzstoffen, deren Gegenwart die
Brauchbarkeit des jeweiligen Systems unter Praxisbedingungen
erst sicherstellt. Verwiesen wird auf die einschlägige Fach
literatur, beispielsweise auf die Veröffentlichung Adam T.
Bourgoyne Jr. et al. APLIED DRILLING ENGINEERING, SPE
TEXTBOOK SERIES, VOL. 2, SOCIETY OF PETROLEUM
ENGINERS, Richardson, TX 1986, dort insbesondere das Unter
kapitel 2.5 Oil Muds, a.a.O. Seiten 75 bis 81.
Ein wesentlicher Bestandteil solcher ölbasierten Spülsysteme ist
der Viskositätsbildner. Seine Auswahl und Kontrolle bestimmen zu
einem ganz erheblichen Anteil die rheologischen Eigenschaften der
Spülung im praktischen Gebrauch, die ihrerseits wiederum auf
eine Mehrzahl von Parametern einwirken. Ohne Anspruch auf
Vollständigkeit seien hiervon aufgezählt: die Betriebskosten für
das Umpumpen der Bohrspülung, das Erfordernis, die einge
brachten Beschwerungsmittel, insbesondere Baryt, sicher in
Suspension zu halten, das erbohrte Gestein sicher an die
Oberfläche zu tragen, hier gleichzeitig aber die rasche Trennung
von erbohrtem Gestein und gegebenenfalls gasförmigen Anteilen
einerseits und zurückzuführender Bohrspülflüssigphase an
dererseits zu gewährleisten.
Als besondere Erschwernis für die praktische Brauchbarkeit der
Viskositäts-bildenden Zusatzstoffe ist der nachfolgende
Sachverhalt zu berücksichtigen: Die vorwärtsschreitende Bohrung
fordert die ständige Nach- und Zudosierung zusätzlicher Anteile
der Bohrspülung. In der Praxis werden hierzu vor Ort die er
forderlichen zusätzlichen Anteile als Frischansatz hergestellt und
in das System eingespeist. In diesem Zusammenhang stellt sich an
den Viskositäts-aufbauenden Zusatzstoff die Forderung der sich
praktisch spontan aufbauenden erhöhten Viskosität in der öl
basierten Flüssigphase. Nur bei der Gewährleistung eines solchen
spontanen Viskositätsaufbaus auch unter den Umgebungsbedin
gungen gelingt die sichere Einarbeitung anderer zwingender
Komponenten des Bohrspülsystems, insbesondere der Beschwe
rungsmittel. Ein verzögerter Viskositätsaufbau, wie er mit einer
ganzen Reihe von bekannten Viskositätsbildnern festzustellen ist,
führt zu einer nicht akzeptablen Phasentrennung in den frisch
bereiteten Anteilen der Bohrspülung und verhindert damit deren
störungsfreien Einsatz im laufenden Betrieb.
In der Praxis der heute im großen Umfang eingesetzten Bohr
spülsysteme auf Basis ölbasierter Wirkstoffgemische kommt den
hydrophobierten Tonen, insbesondere oleophil ausgerüstetem
Bentonit, überragende Bedeutung zu. Als oleophile Ausrüstung
wird eine Beladung des quellfähigen Schichtsilikats mit quartären
Ammoniumverbindungen vorgesehen, die das ursprünglich hydro
phile mineralische Einsatzmaterial zu einem oleophilen Wirkstoff
umwandeln. Hydrophobierte Tone dieser Art erfüllen die viel
gestaltigen Anforderungen an den Viskositätsbildner in ölbasierten
Spülsystemen nach heutiger Vorstellung optimal. Aufgrund ihrer
raschen und gleichmäßigen Verteilbarkeit in der geschlossenen
Ölphase stellen sie insbesondere auch beim Frischansatz die
geforderte spontane Ausbildung des gewünschten Viskositäts
grades sicher.
Erkenntnisse der jüngeren Vergangenheit lassen jedoch eine Ein
schränkung des Einsatzes solcher quarternierten Tone in großen
Mengen als wünschenswert erscheinen. Insbesondere im Gebiet
See-gestützter Bohrungen ist davon auszugehen, daß beträcht
liche Anteile dieses Verdickungsmittels in die marine Umgebung
gelangen und dann in eine sekundäre Interaktion mit dem marinen
Ökosystem treten. Quartäre Ammoniumverbindungen werden heute
als nicht unbedenkliche Komponenten für den ungestörten Ablauf
des Stoffwechsels im marinen Ökosystem angesehen, so daß ein
zunehmendes Bedürfnis besteht, den Einsatz von Viskositäts
bildnern auf Basis quartärer Stickstoffverbindungen zu ver
meiden. Aber auch aus rein praktischen Gründen können die
hydrophobierten oleophilen Tone des Standes der Technik zu
Schwierigkeiten führen. Bei der Interaktion der Bohrspülung mit
dem zu erbohrenden Gestein treten gelegentlich Fällungsreaktionen
auf, die zu einer Flockung der Viskositätsbildner der hier be
sprochenen Art führen. Auch in diesen Fällen scheidet der Ein
satz der oleophilen Tone zum angegebenen Zweck schon aus rein
praktischen Gründen aus.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Austausch der Viskosi
tätsbildner in ölbasierten Spülsystemen der hier geschilderten Art
und insbesondere mit dem Einsatz von N-freien alternativen Vis
kositätsbildnern. Die Erfindung will dabei insbesondere in ver
besserter Weise die Teilaufgabe der von der Praxis geforderten
Spontanausbildung hinreichender Viskosität beim Frischansatz von
Bohrspülungen auch und gerade unter den Praxisbedingungen lö
sen.
Die erfindungsgemäße Lehre geht von der Erkenntnis aus, daß
der Einsatz von hydriertem Rizinusöl - und insbesondere einer
ausgewählten bestimmten Qualität des hydrierten Rizinusöls -
alleine oder auch zusammen mit weiteren N-freien an sich be
kannten Viskositätsbildnern zu einer Viskositätseinstellung in der
Ölphase des ölbasierten Spülungssystems führt, die allen An
forderungen der Praxis gerecht wird. Es wird nicht nur die
Einstellung und Kontrolle der Viskosität im Dauerbetrieb er
möglicht, insbesondere ermöglicht der Einsatz des hydrierten
Rizinusöls als Austauschmaterial gegen die bisher verwendeten
hydrophobierten Bentonite auch die spontane Ausbildung der
angestrebten Viskosität beim Frischansatz. Das erfindungsgemäß
eingesetzte hydrierte Rizinusöl unterscheidet sich damit von den
bisher bekannten Viskositätsbildnern beispielsweise auf Basis
N-freier Wachse, höhere Fettsäuren und/oder deren Salze.
Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend in einer ersten
Ausführungsform die Verwendung von hydriertem Rizinusöl an
stelle organophiler quaternierter Tone zur Viskositätskontrolle und
insbesondere zum spontanen Viskositätsaufbau in Öl-basierten
Bohrspülungen für die Erschließung geologischer Vorkommen.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung öl
basierte Bohrspülungen für die Erschließung geologischer
Vorkommen, enthaltend in der Ölphase gelöste Viskositätsbildner,
dispergierte Beschwerungsmittel, fluid-loss-Additive und ge
wünschtenfalls weitere Zusatzstoffe wie Emulgatoren, Alkalien und
gelöste Salze, wobei diese Bohrspülungen dadurch gekennzeichnet
sind, daß sie als öllöslichen Viskositätsbildner hydriertes
Rizinusöl gewünschtenfalls zusammen mit weiteren bekannten
N-freien Viskositätsbildnern enthalten und von quaternierte
N-Verbindungen enthaltenden öldispergierbaren, feindispersen
Feststoffen, insbesondere entsprechend ausgerüsteten Tonen, frei
sind.
Die Erfindung betrifft schließlich auch das Verfahren zum
Frischansatz von ölbasierten Bohrspülungen unter Umgebungsbe
dingungen, wobei diese Bohrspülungen Viskositätsbildner, Be
schwerungsmittel, fluid-loss-Additive und gewünschtenfalls weitere
Zusatzstoffe enthalten. Das Verfahren ist dadurch gekennzeich
net, daß man Viskositätsbildner auf Basis von hydriertem
Rizinusöl in Abwesenheit öldispergierbarer und mit quartären
N-Verbindungen oleophil ausgerüsteter feinstteiliger Feststoffe
einsetzt.
Hydriertes Rizinusöl ist als Handelsprodukt des Marktes bekannt.
Es wird in der Regel als Feststoff mit Schmelzpunkten oberhalb
80°C, insbesondere oberhalb 85°C angeboten. Für die Zwecke
der Erfindung eignen sich insbesondere Materialien, die nicht nur
- beispielsweise durch Feinmahlung - besonders feinteilig sind,
sondern die sich darüber hinaus durch eine vergleichsweise hohe
Hydroxylzahl auszeichnen. Erfindungsgemäß geeignet sind ins
besondere pulverförmige feinteilige hydrierte Rizinusöltypen mit
einer OH-Zahl von wenigstens 150, wobei besondere Bedeutung
den Typen zukommt, deren OH-Zahl den Wert von 154 überschrei
tet. Es hat sich gezeigt, daß für die praktische Brauchbarkeit
bei der spontanen Ausbildung der angestrebten Viskosität beim
Frischansatz das Quell- und Löseverhalten der hier definierten
Typen des hydrierten Rizinusöls zu einem optimalen technischen
Handeln führt.
Hydriertes Rizinusöl löst sich in den in der Praxis eingesetzten
Ölphasen von Bohrspülsystemen der hier betroffenen Art. Gleich
wohl wird der angestrebte Effekt des Viskositätsaufbaus im Sinne
des zu ersetzenden hydrophobierten Bentonits erreicht. Das hy
drierte Rizinusöl kann dabei alleine als Viskositätsgeber zum
Einsatz kommen, in einer bevorzugten Ausführungsform wird es
allerdings als Mischungsbestandteil in Abmischung mit anderen
Viskositäts-erhöhenden Zusatzstoffen eingesetzt. Diese weiteren
Mischungskomponenten können ihrerseits ebenfalls öllöslich,
gegebenenfalls aber auch öldispergierbar sein. Übereinstimmend
gilt für sie, daß sie ebenso wie das hydrierte Rizinusöl von
unerwünschten N-Verbindungen und dabei insbesondere quartären
Stickstoffverbindungen frei sind.
Beispiele für solche Zusatzkomponenten sind Wachse und Wachs
artige Verbindungen wie Montanwachs und Tallpech, höhere, ins
besondere bei Umgebungstemperatur feste Fettsäuren und/oder
deren Salze. Im Bereich solcher Salze sind insbesondere ent
sprechende Verbindungen mit mehrwertigen Kationen bevorzugt,
wobei hier zwei- und/oder dreiwertigen Kationen von der Art des
Magnesiums, Calciums und/oder Aluminiums wiederum besondere
Bedeutung zukommt.
In Mischsystemen des hydrierten Rizinusöls mit solchen zu
sätzlichen Viskositäts-bildenden Komponenten beträgt der Anteil
des hydrierten Rizinusöls üblicherweise wenigstens etwa 20
Gew.-% und liegt insbesondere bei wenigstens etwa 25 bis 45
Gew.-% - Gew.-% jeweils bezogen auf das Viskositäts-ausbildende
Wirkstoffgemisch.
Neben oder anstelle solcher öllöslichen Mischungskomponenten
kann das hydrierte Rizinusöl aber auch zusammen mit öldisper
gierbaren Feststoffkomponenten zum Einsatz kommen, die zum
Viskositätsaufbau des ölbasierten Spülsystems beitragen. In
Betracht kommen hier organophil hydrophobierte feinstteilige
Feststoffe, wobei jetzt aber im Sinne der erfindungsgemäßen
Lehre auf oleophile Ausrüstungen auf Basis quartärer Stick
stoffverbindungen verzichtet wird. In Betracht kommen hier bei
spielsweise feinstteilige Kieselsäuren, die an ihrer Oberfläche
durch Kohlenwasserstoff-Gruppen enthaltende Silylreste oleophil
ausgerüstet sind. Solche Produkte sind beispielsweise unter der
Bezeichnung "Hydrophobes AEROSIL®" bekannt und können
durch Behandlung der Oberfläche feinteiliger Kieselsäuren mit
Halogensilanen, Alkoxysilanen, Silazanen, Siloxanen und derglei
chen erhalten werden. Ein anderes Beispiel für solche ökologisch
unbedenklich ausgerüsteten oleophilen Feinstmaterialien sind die in
der älteren Patentanmeldung P 39 14 916.1 (D 8636 "Mittel zum
Viskositätsaufbau in nicht-wäßrigen Flüssigphasen, Verfahren zu
ihrer Herstellung und ihre Verwendung") der Anmelderin ge
schilderten polykationischen Schichtverbindungen auf Basis
2-dimensionaler anorganischer Polykationen und 1- und/oder
mehrbasischen Säureanionen ausgeprägt oleophilen Charakters.
Auch bei der Mitverwendung von solchen unlöslichen Mischungs
komponenten gelten die zuvor angegebenen Zahlenbereiche für den
Mindestgehalt des hydrierten Rizinusöls im Stoffgemisch für den
Viskositätsaufbau.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Zusatzstoffe zum Viskositäts
aufbau auf Basis hydriertes Rizinusöl werden üblicherweise in
Mengen von etwa 1 bis 10 Gew.-% - bezogen auf das Gewicht der
Ölphase aus der ölbasierten Spülung - verwendet. Besonders
geeignet können Zusatzmengen im Bereich von etwa 2 bis 5
Gew.-% liegen.
Als ölbasierte Spülsysteme kommen sowohl entsprechende Stoff
mischungen auf Basis praktisch wasserfreier Öle bzw. Ölfrak
tionen geeigneter Rheologie als auch ölbasierte Spülsysteme auf
Basis von W/O-Invertemulsionen, insbesondere mit Gehalten der
dispergierten wäßrigen Phase bis zu etwa 40 bis 45 Gew.-%, in
Betracht. Zum Aufbau, zur Beschaffenheit und zum Anforde
rungsprofil an solche ölbasierten Bohrspülsysteme wird auf den
einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Bohrspülungen dieser
Art bestehen bekanntlich aus einem Mehrphasensystem, das Öl,
gegebenenfalls Wasser und feinteilige Feststoffe aufweist. Zur
Stabilisierung der feindispers in der geschlossenen Ölphase
verteilten wäßrigen Phase und zur Stabilisierung des Gesamt
systems sowie zur Einstellung der gewünschten Gebrauchseigen
schaften ist eine Mehrzahl von Zusatzstoffen vorgesehen. Zu
nennen sind hier insbesondere die Beschwerungsmittel, insbe
sondere Baryt, zur Regulierung der Dichte der Bohrspülung,
Emulgatoren, fluid-loss-Additive, Alkalireserven und dergleichen.
Zusätzlich zu der bereits zitierten Literatur sei beispielsweise
verwiesen auf die Veröffentlichung P. A. Boyd et al. "New Base
Oil Used in Low-Toxicity Oil Muds" Journal of Petroleum
Technology, 1985, 137 bis 142 sowie R. B. Bennett "New Drilling
Fluid Technology - Mineral Oil Mud" Journal of Petroleum
Technology, 1984, 975 bis 981 sowie die darin zitierte Literatur.
Als Ölphase werden ausgewählte Dieselölfraktionen sowie insbe
sondere in letzter Zeit zunehmend wenigstens weitgehend aroma
tenfreie reine Paraffinöle eingesetzt. Die einschlägige Technologie
hat seit einiger Zeit die Bedeutung der durch diese Ölphasen
ausgelösten Umweltproblematik erkannt. Hieraus erklärt sich die
zunehmende Bedeutung der Ölspülungen auf Basis sogenannter
nonpolluting oils. Zu der Klasse der nonpolluting oils werden
neben den aromatenfreien Mineralölfraktionen insbesondere Öl
phasen auf Esterbasis gerechnet. Brauchbare und gerade aus dem
Gesichtspunkt des Umweltschutzes deutlich verbesserte Esteröle
bzw. Invert-Bohrspülsysteme auf Basis von Esterölen sind Gegen
stand einer Reihe von älteren Anmeldungen der Anmelderin. Ver
wiesen wird hier insbesondere auf die Anmeldungen P 38 42 659.5
und P 38 42 703.6, die älteren Patentanmeldungen P 39 07 391.2
und P 39 07 392.0 sowie auf die damit im Zusammenhang stehende
Weiterentwicklung solcher Invert-Bohrspülungen auf Esterölbasis
aus der älteren Anmeldung P 39 03 785.1 der Anmelderin. Die
Offenbarung aller dieser älteren Anmeldungen hat prinzipiell
Gültigkeit auch für die im Rahmen der vorliegenden Anmeldung
beschriebene Modifikation bezüglich der Viskositäts-aufbauenden
Zusatzstoffe.
Zu berücksichtigen sind in diesem Zusammenhang schließlich auch
noch die älteren Anmeldungen P 39 11 238.1 sowie P 39 11 299.3,
die ebenfalls neuartige Systeme auf W/O-Basis für den Zweck der
Bohrspülungen betreffen, sich durch erhöhte Umweltverträglich
keit auszeichnen und die Verwendung ausgewählter oleophiler
Alkohole und/oder Ether als Ölphase beschreiben. In den Rahmen
der Erfindung fallen auch beliebige Abmischungen der zuvor
aufgezählten Öl-Typen.
Übereinstimmend gilt für alle diese Möglichkeiten ölbasierter
Bohrspülsysteme, daß durch Einsatz der erfindungsgemäßen Lehre
praktisch unter beliebigen Umgebungs- und Arbeitsbedingungen
die spontane Viskositätsausbildung beim Ansatz der Ölspülung
ermöglicht wird. Die gute Löslichkeit und hohe Quellfähigkeit des
erfindungsgemäß ausgewählten hydrierten Rizinusöls, das ins
besondere als feinteiliger Feststoff mit der Ölphase vermischt
werden kann und sich rasch darin löst, stellt sicher, daß eine
zuverlässige Suspendierung auch hoher Anteile an Beschwerungs
mittel unmittelbar beim Frischansatz gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird damit ein problemloses Arbeiten auch bei
niederen Temperaturen, beispielsweise in Permafrostgebieten er
möglicht, so daß auch insoweit ein vollwertiger Ersatz für die mit
quartären Ammoniumverbindungen ausgerüsteten oleophilen
Bentonite gewährleistet ist.
Weiterhin gilt das Folgende:
Invert-Bohrspülschlämme der hier betroffenen Art sind entweder wasserfrei oder praktisch wasserfrei (Wassergehalt in der Ölphase maximal bei etwa 5 Gew.-%) oder sie enthalten üblicherweise zusammen mit der geschlossenen Ölphase die feindisperse wäßrige Phase in Mengen von etwa 5 bis 50 Gew.-% und vorzugsweise in Mengen von etwa 5 bis 25 Gew.-%. Für die Rheologie bevorzugter Invert-Bohrspülungen gelten die folgenden rheologischen Daten: Plastische Viskosität (PV) im Bereich von etwa 10 bis 60 mPas, bevorzugt von etwa 15 bis 40 mPas, Fließgrenze (Yield Point YP) im Bereich von etwa 5 bis 40 lb/100 ft2, bevorzugt von etwa 10 bis 25 lb/100 ft2 - jeweils bestimmt bei 50°C. Für die Be stimmung dieser Parameter, für die dabei eingesetzten Meß methoden sowie für die im übrigen übliche Zusammensetzung der hier beschriebenen Invert-Bohrspülungen gelten im einzelnen die Angaben des Standes der Technik, die eingangs zitiert wurden und darüber hinaus ausführlich beispielsweise beschrieben sind in dem Handbuch "Manual Of Drilling Fluids Technology" der Firma NL-Baroid, GB, dort insbesondere unter Kapitel "Mud Testing - Tools and Techniques" sowie "Oil Mud Technology", das der in teressierten Fachwelt frei zugänglich ist. Zusammenfassend kann hier zum Zwecke der Vervollständigung der Erfindungsoffen barung das folgende gesagt werden:
Invert-Bohrspülschlämme der hier betroffenen Art sind entweder wasserfrei oder praktisch wasserfrei (Wassergehalt in der Ölphase maximal bei etwa 5 Gew.-%) oder sie enthalten üblicherweise zusammen mit der geschlossenen Ölphase die feindisperse wäßrige Phase in Mengen von etwa 5 bis 50 Gew.-% und vorzugsweise in Mengen von etwa 5 bis 25 Gew.-%. Für die Rheologie bevorzugter Invert-Bohrspülungen gelten die folgenden rheologischen Daten: Plastische Viskosität (PV) im Bereich von etwa 10 bis 60 mPas, bevorzugt von etwa 15 bis 40 mPas, Fließgrenze (Yield Point YP) im Bereich von etwa 5 bis 40 lb/100 ft2, bevorzugt von etwa 10 bis 25 lb/100 ft2 - jeweils bestimmt bei 50°C. Für die Be stimmung dieser Parameter, für die dabei eingesetzten Meß methoden sowie für die im übrigen übliche Zusammensetzung der hier beschriebenen Invert-Bohrspülungen gelten im einzelnen die Angaben des Standes der Technik, die eingangs zitiert wurden und darüber hinaus ausführlich beispielsweise beschrieben sind in dem Handbuch "Manual Of Drilling Fluids Technology" der Firma NL-Baroid, GB, dort insbesondere unter Kapitel "Mud Testing - Tools and Techniques" sowie "Oil Mud Technology", das der in teressierten Fachwelt frei zugänglich ist. Zusammenfassend kann hier zum Zwecke der Vervollständigung der Erfindungsoffen barung das folgende gesagt werden:
Für die Praxis brauchbare Emulgatoren sind Systeme, die zur
Ausbildung der geforderten W/O-Emulsionen geeignet sind. In
Betracht kommen insbesondere ausgewählte oleophile Fettsäure
salze, beispielsweise solche auf Basis von Amidoaminverbindungen.
Beispiele hierfür werden in der US-PS 43 74 737 und der dort
zitierten Literatur beschrieben. Ein besonders geeigneter
Emulgatortyp ist das von der Firma NL-Baroid unter dem Han
delsnamen "EZ-MUL" vertriebene Produkt.
Emulgatoren der hier betroffenen Art werden im Handel als
hochkonzentrierte Wirkstoffaufbereitungen vertrieben und können
beispielsweise in Mengen von etwa 2,5 bis 5 Gew.-%, insbesondere
in Mengen von etwa 3 bis 4 Gew.-% - jeweils bezogen auf die
Ölphase - Verwendung finden.
Als fluid-loss-Additiv und damit insbesondere zur Ausbildung
einer dichten Belegung der Bohrwandungen mit einem weitgehend
flüssigkeitsundurchlässigen Film wird in der Praxis insbesondere
hydrophobierter Lignit eingesetzt. Geeignete Mengen liegen bei
spielsweise im Bereich von etwa 15 bis 20 lb/bbl oder im Bereich
von etwa 5 bis 7 Gew.-% - bezogen auf die Ölphase.
Die Menge des Beschwerungsmittels - in der Praxis üblicherweise
Baryt - zur Einstellung des erforderlichen Druckausgleiches wird
den jeweils zu erwartenden Bedingungen der Bohrung angepaßt.
Es ist beispielsweise möglich, durch Zusatz von Baryt das spe
zifische Gewicht der Bohrspülung auf Werte im Bereich bis etwa
2,5 und vorzugsweise auf Werte im Bereich von etwa 1,3 bis 1,6
zu erhöhen.
Die disperse wäßrige Phase wird in Invert-Bohrspülungen der
hier betroffenen Art üblicherweise mit löslichen Salzen beladen.
Überwiegend kommt hier Calciumchlorid und/oder Kaliumchlorid
zum Einsatz, wobei die Sättigung der wäßrigen Phase bei Raum
temperatur mit dem löslichen Salz bevorzugt ist.
Die zuvor erwähnten Emulgatoren bzw. Emulgatorsysteme dienen
gegebenenfalls auch dazu, die Ölbenetzbarkeit der anorganischen
Beschwerungsmaterialien zu verbessern. Neben den bereits ge
nannten Aminoamiden sind als weitere Beispiele Alkylbenzol
sulfonate sowie Imidazolinverbindungen zu nennen. Stickstoff-freie
Emulgatorsysteme und ihre Verwendung in ölbasierten Bohr
schlämmen sind in der älteren Patentanmeldung P 40 03 028.8
(D 8158 "Verwendung ausgewählter Emulgatoren auf Etherbasis
für ölbasierte Invert-Emulsionen") der Anmelderin beschrieben.
Es wird eine wasserfreie, mit Baryt beschwerte reine Ölspülung
auf Basis eines handelsüblichen Mineralöls (BP 83 HF) gemäß der
folgenden Rezeptur hergestellt und ausgeprüft:
340 ml Mineralöl
266 g Baryt
20 g organophiler Lignit ("DURATONE" der Fa. NL-Baroid)
3 g Türkischrotöl als Emulgator
x g hydriertes Rizinusöl ("Thixcin" der Fa. Kronos Titan)
266 g Baryt
20 g organophiler Lignit ("DURATONE" der Fa. NL-Baroid)
3 g Türkischrotöl als Emulgator
x g hydriertes Rizinusöl ("Thixcin" der Fa. Kronos Titan)
Beispiel 1 enthält in der angegebenen Rezeptur 8 g des hy
drierten Rizinusöles, in Beispiel 2 wird dieser Viskositätsbildner
in der Menge von 5,4 g eingesetzt.
Als Prüfparameter wurden gemessen: Plastische Viskosität (PV) in
cP und Yield Point (YP) in lb/100 ft2 sowie die Gelstärke (GS) in
lb/100 ft2 für 10 sec. und 10 min., wobei sich jeweils die erste
Angabe in der Tabelle auf den Wert nach der Herstellung der
Spülung und die zweite Angabe auf den Wert nach Alterung (16
Stunden bei 250°F) beziehen. Die bestimmten Werte sind in der
nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt.
Es werden ölbasierte, mit Baryt beschwerte Bohrspülsysteme auf
Basis Dieselöl gemäß der folgenden Rezeptur durch Einrühren bei
Raumtemperatur hergestellt:
300 ml Dieselöl
5 ml Seewasser
220 g Baryt
2 g organophiler Lignit (OPX der Fa. Hughes Drilling Fluids)
8 g Kalk
x g hydriertes Rizinusöl ("Rilanit spez. mikro" der Anmelderin)
y g Stearinsäure
z g eines pulverförmigen Wirkstoffgemisches aus Montanwachs (40 Gew.-%), Kalk (30 Gew.-%), Aluminiumstearat (10 Gew.-%), Stearinsäure (20 Gew.-%)
5 ml Seewasser
220 g Baryt
2 g organophiler Lignit (OPX der Fa. Hughes Drilling Fluids)
8 g Kalk
x g hydriertes Rizinusöl ("Rilanit spez. mikro" der Anmelderin)
y g Stearinsäure
z g eines pulverförmigen Wirkstoffgemisches aus Montanwachs (40 Gew.-%), Kalk (30 Gew.-%), Aluminiumstearat (10 Gew.-%), Stearinsäure (20 Gew.-%)
Für die Zusatzmengen gemäß x, y und z gelten dabei die folgenden
Angaben.
Beispiel 3: x=1,7; y=1,7; z=4,6
Beispiel 4: x=2,1; y=2,1; z=5,7
Beispiel 5: x=2,6; y=2,6; z=6,9
Beispiel 6: x=3,4; y=3,4; z=9,1
Beispiel 4: x=2,1; y=2,1; z=5,7
Beispiel 5: x=2,6; y=2,6; z=6,9
Beispiel 6: x=3,4; y=3,4; z=9,1
Wie in Beispiel 1 und 2 werden die Plastische Viskosität (PV), der
Yield Point (YP) sowie die Gelstärke (GS) für 10 sec. und 10
min. bestimmt. Die im Temperaturbereich von 29 bis 32°C im
Sinne der Angaben der Beispiele 1 und 2 bestimmten Parameter
vor und nach der 16stündigen Alterung bei 250°F sind die fol
genden:
Es wird eine ölbasierte Invertspülung auf Basis eines Esteröles
(zum überwiegenden Anteil Ethylhexylester von C₁₀/C₁₂-Carbonsäuren)
gemäß der nachfolgenden Rezeptur zusammengestellt und
im Frischzustand sowie nach einer Alterung für 16 Stunden bei
250°C ausgetestet.
239 ml Esteröl
20 g gesättigte wäßrige Calciumchloridlösung
150 g Baryt
20 g oleophiler Lignit (OPX der Fa. Hughes Drilling Fluids)
4 g Kalk
2 g hydriertes Rizinusöl (gemäß Beispiel 6)
5 g Tallpech
20 g gesättigte wäßrige Calciumchloridlösung
150 g Baryt
20 g oleophiler Lignit (OPX der Fa. Hughes Drilling Fluids)
4 g Kalk
2 g hydriertes Rizinusöl (gemäß Beispiel 6)
5 g Tallpech
Die vor und nach Alterung bestimmten Werte zur Plastischen
Viskosität, zum Yield Point sowie zur Gelstärke (10 sec und 10
min) sind die folgenden:
Claims (14)
1. Verwendung von hydriertem Rizinusöl anstelle organophiler
quaternierter Tone zur Viskositätskontrolle und insbesondere
zum spontanen Viskositätsaufbau in Öl-basierten Bohrspü
lungen für die Erschließung geologischer Vorkommen.
2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man hydriertes Rizinusöl mit einer OH-Zahl von we
nigstens 150, vorzugsweise oberhalb 154, eingesetzt, das
zweckmäßigerweise als feinst-gemahlenes Material vorliegt.
3. Ausführungsform nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das hydrierte Rizinusöl zusammen mit anderen
bekannten N-freien Viskositätsbildnern wie Wachsen, höheren
Fettsäuren und/oder deren Salzen verwendet werden, wobei
der Anteil des hydrierten Rizinusöls im Viskositäts-aus
bildenden Wirkstoffgemisch wenigstens etwa 20 Gew.-%
ausmacht und vorzugsweise bei wenigstens etwa 25 bis 45
Gew.-% - bezogen auf Wirkstoffgemisch - liegt.
4. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Viskositätsbildner auf Basis des hydrierten
Rizinusöls in Beschwerungsmittel, wie Baryt, enthaltenden
ölbasierten Bohrspülungen eingesetzt und dabei insbesondere
beim Frischansatz der Spülungen verwendet werden.
5. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der N-freie Viskositätsbildner in praktisch
wasserfreien Ölspülungen und/oder Invertspülsystemen vom
W/O-Typ zum Einsatz kommen.
6. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die N-freien Viskositätsbildner auf Basis
hydriertes Rizinusöl zum Viskositätsaufbau bei Umgebungs
temperaturen oder nur mäßig erhöhten Temperaturen, ins
besondere auch in Permafrostgebieten, zum Einsatz kommen.
7. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Viskositäts-ausbildende Zusatz auf Basis
des hydrierten Rizinusöls in Mengen von etwa 1 bis 10
Gew.-%, insbesondere in Mengen von etwa 2 bis 5 Gew.-%
verwendet wird.
8. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Viskositätsbildner auf Basis hydriertes
Rizinusöl zusammen mit N-frei hydrophobierten feinteiligen
Feststoffen zum Einsatz kommen.
9. Ölbasierte Bohrspülungen für die Erschließung geologischer
Vorkommen, enthaltend in der Ölphase gelöste Viskositäts
bildner, dispergierte Beschwerungsmittel, fluid-loss-Additive
und gewünschtenfalls weitere Zusatzstoffe wie Emulgatoren,
sowie gegebenenfalls eine disperse wäßrige Phase, Alkalien
und gelöste Salze, dadurch gekennzeichnet, daß sie als öl
löslichen Viskositätsbildner hydriertes Rizinusöl mit einer
OH-Zahl von wenigstens 150, gewünschtenfalls zusammen mit
weiteren bekannten N-freien Viskositätsbildnern, enthalten
und von quaternierte N-Verbindungen enthaltenden öldisper
gierbaren, feindispersen Feststoffen, insbesondere ent
sprechend ausgerüsteten Tonen, frei sind.
10. Ölbasierte Bohrspülungen nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß sie die Viskositätsbildner auf Basis
hydriertes Rizinusöl (OH-Zahl oberhalb 154) in Mengen von
etwa 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von etwa 2
bis 5 Gew.-% - bezogen auf Ölphase - enthalten.
11. Ölbasierte Bohrspülungen nach Ansprüchen 9 und 10, da
durch gekennzeichnet, daß sie zusammen mit dem hydrierten
Rizinusöl Wachse wie Montanwachs oder Tallpech, öllösliche
und bei Umgebungstemperatur insbesondere feste Fettsäuren
und/oder deren Salze mit insbesondere mehrwertigen Kat
ionen als Viskositätsbildner enthalten.
12. Ölbasierte Bohrspülungen nach Ansprüchen 9 bis 11, da
durch gekennzeichnet, daß das hydrierte Rizinusöl im Vis
kositätsbildner-System wenigstens etwa 20 Gew.-%, vorzugs
weise wenigstens etwa 25 bis 45 Gew.-% ausmacht.
13. Ölbasierte Bohrspülungen nach Ansprüchen 9 bis 12, da
durch gekennzeichnet, daß sie auf Basis Dieselöl, naph
thenisches und/oder paraffinisches Mineralöl, Paraffinöl,
Esteröle, oleophile Alkohole und/oder oleophile Ether als
Ölphase aufgebaut sind.
14. Verfahren zum Frischansatz unter Umgebungsbedingungen
von ölbasierten Bohrspülungen enthaltend Viskositätsbildner,
Beschwerungsmittel, fluid-loss-Additive und gewünschtenfalls
weitere Zusatzstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß man zur
spontanen Viskositätsausbildung auch bei tiefen Tempera
turen, z. B. in Permafrost-Gebieten, Viskositätsbildner auf
Basis von hydriertem Rizinusöl in Abwesenheit öldisper
gierbarer und mit quartären N-Verbindungen oleophil aus
gerüsteter feinstteiliger Feststoffe einsetzt.
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