DE4141485A1

DE4141485A1 - Verfahren zur aufbereitung und/oder entsorgung von bohrspuelungen

Info

Publication number: DE4141485A1
Application number: DE19914141485
Authority: DE
Inventors: Joachim Middelmann
Original assignee: Allied Colloids GmbH
Current assignee: Allied Colloids GmbH
Priority date: 1991-12-16
Filing date: 1991-12-16
Publication date: 1993-06-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung und/ oder Entsorgung von Bohrspülungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Von Bohrspülungen ist bekannt, daß es sich bei ihnen um für den Spülungsumlauf beim Spülbohren verwendete Flüssigkeiten handelt. Ihre wesentliche Aufgabe besteht darin, daß sie das Bohrklein von der Bohrlochsohle entfernen, das bohrende Werkzeug kühlen, das Absetzen des Bohrkleins im Bohrloch vermeiden und über Tage ermöglichen, Nachfall und Auskesselungen verhindern, den Lagerstättendruck beherrschen und die Lagerstätte nicht verunreinigen. Im wesentlichen werden Bohrspülungen auf der Grundlage von Wasser, Öl oder Luft bzw. Gas hergestellt.

Bekannte Bohrspülungen sind die Tonsüßwasserspülung mit einem Gehalt an 30 bis 50 g/l Bentonit, einer Dichte von 1,2 bis 1,3 und einem pH von ca. 9,5, geschützte Tonsüßwasserspülungen, die im wesentlichen den vorstehend genannten Tonsüßwasserspülungen entsprechen, jedoch ca. 3 g/l Schutzkolloide wie Carboxymethylcellulose enthalten, schwach aufgesalzene Spü lungen, die ebenfalls der Tonsüßwasserspülung entsprechen, jedoch bereits ca. 50 g/l KCl enthalten. Neben den vorstehend genannten Bohrspülungen werden jedoch immer mehr an die Bohr tätigkeit angepaßte voll aufgesalzene und geschützte Spülungen eingesetzt, wobei diese Spülungen sogenannte Schutzkolloide, wie Carboxymethylcellulose, enthalten und darüber hinaus einen großen Salzgehalt haben, der in der Regel in einer Größenordnung von 300 g/l KCl liegt. Neben diesen voll aufgesalzenen und geschützten Spülungen gibt es jedoch auch mit Bariumsulfat beschwerte Spülungen und mit Bariumsulfat beschwerte und mit Schutzkolloiden versetzte Spülungen, die voll aufgesalzen sind, d. h. einen Gehalt von 300 g/l KCl oder mehr aufweisen.

Von den vorstehend genannten Bohrspülungs-Typen sind die voll aufgesalzenen und mit sogenannten Schutzkolloiden versehenen geschützten Spülungen sowie die beschwerten und mit Schutz kolloiden versehenen voll aufgesalzenen Spülungen die am meisten verwendeten Spülungs-Typen.

Von den herkömmlichen Bohrspülungs-Typen ist bekannt, daß sie wegen der Abtrennung des geförderten Bohrkleins (in der Regel das bei der Zerkleinerungsarbeit auf der Bohrlochsohle anfallende Gut) und des sauer aufgeschlossenen Bentonits in der Regel mit anionischen Polyelektrolyten versetzt werden. Dabei wird der verbrauchte, ausgeschiedene Bentonit durch die Flockung mit anionischen Polyelektrolyten entfernt und durch einen neuen, frischen Bentonit ersetzt. Dies wird in der Regel in Zentrifugen durchgeführt, aber auch der Einsatz von Zweiphasen- oder Dreiphasen-Dekantern sowie der Einsatz von Siebbandpressen ist bekannt. Die Schlammentwässerung geschieht dabei im Regelfall über Zentrifugen, jedoch auch eine kontinuierliche Abtrennung des Schlammwassers über Bandfilterpressen oder diskontinuierlich über Kammerfilterpressen ist möglich, wobei jedoch das Tiefenwasser mit allen gelösten Salzen und dickflüssig anfällt.

Beim Tiefenbohren ab einer Tiefe von ca. 600 m müssen jedoch die Bohrspülungen im Regelfall mit Salzen versetzt werden, damit die salzhaltigen Schichten besser durchbohrt werden können. Diese stark aufgesalzenen Bohrspülungen, die weltweit, insbesondere jedoch in den USA aber auch in Norddeutschland bei Öl- und Gasbohrungen regelmäßig anfallen, müssen jedoch entsorgt werden. Die Abtrennung der in den aus Fest-Flüssig-Gemischen bestehenden Bohrspülungen erfolgt jedoch in der Regel mit Zentrifugen, wobei ein entsprechend schlechter Abscheidegrad erhalten wird.

Da die Rückgewinnung bzw. Regenerierung der verbrauchten Bohrspülungen nicht möglich ist, mußten diese Bohrspülungen abgepumpt, abgefahren und in großen, mehrere Hunderttausend Kubikmeter fassenden Spülteichen deponiert werden. Dies hat jedoch den Nachteil, daß hohe Kosten entstehen. Aufgrund des hohen Salzgehaltes der Bohrspülungen ist diese Art der Entsorgung ökonomisch und ökologisch von großer Gefahr.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfaches und kontinuierlich reproduzierbares Verfahren zur Aufbereitung und/oder Entsorgung von Bohrspülungen bereitzustellen, mit dem die hohen Lagerkosten der verbrauchten Bohrspülungen vermieden und die bereits verwen deten Bohrspülungen wieder in den Bohrkreislauf eingeleitet bzw. auf ein geringeres Volumen eingeengt und deponiert werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterfüh rungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß erfolgt die Bearbeitung der Bohrspülung mit anorganischen und organischen Konditionierungsmitteln, an die sich nachfolgend eine Trennung der so behandelten Bohrspülungen in eine feste und eine flüssige Phase anschließt und die so abgetrennten Phasen im Kreislauf geführt oder deponiert werden. Durch dieses Konditionieren kann z. B. in einer Zentrifuge oder in einer Kammerfilterpresse die Spülung in eine wäßrige und im wesentlichen flüssige und in eine pastöse, insbesondere feste Phase getrennt werden. Aus dem erhaltenen Zentrat (der flüssigen Phase) kann eine neue Frischspülung hergestellt werden, wobei die im Zentrat enthaltenen Salze nicht mehr zugesetzt werden müssen, so daß hiermit die Kosten von Bohrspülungen stark verringert werden können, wobei bis zu 300 g Salz pro Liter Bohrspülung eingespart werden können.

Der Vorteil liegt dabei insbesondere darin, daß die bis jetzt ökonomisch und ökologisch gefährliche Lagerung dieser Bohr spülungen in Teichen stark herabgesetzt werden kann bzw. nicht mehr notwendig ist, da im wesentlichen keine flüssigen und verbrauchten Bohrspüllösungen mehr anfallen, sondern nur noch eine pastöse, im wesentlichen abgetrennte Feststoffe enthaltende Masse deponiert werden muß.

Als für die Erfindung geeignete anorganische und organische Konditionierungsmittel haben sich kationische synthetische Flockungsmittel und/oder anorganische Fällungsmittel besonders geeignet gezeigt. Handelsüblich erhältliche kationische Polyelektrolyte von hohem Molekulargewicht und einer hohen kationischen Ladungsdichte sowie Gemische aus anorganischen Fällungsmitteln und organischen Flockungshilfsmitteln zur Fest- Flüssig-Trennung erfüllen diese Forderung, wobei die organischen Flockungshilfsmittel sowohl eine niedere kationische Ladung, eine mittlere kationische Ladung oder eine nicht-ionogene Polymerkomponente enthalten können, und die Basis des anorganischen Fällungsmittels Al³⁺- und/oder Fe³⁺-Salze sind. Als besonders geeignete Salze des anorganischen Fällungsmittels haben sich die Aluminiumsulfate gezeigt. Der Einsatz solcher kationischer synthetischer Flockungsmittel der erfindungsgemäßen Art und/oder die Kombinationen aus synthetischen organischen Flockungshilfsmitteln mit Salzen der vorher beschriebenen Art führten zu einer Flockung auch sehr stark aufgesalzener Spülungen mit einem Gehalt an bis zu 300 g/l KCl, die zusätzlich als Schutzkolloide z. B. Carboxymethylcellulose enthielten, sowie Bentonit in Mengen bis zu 60 g/l und die zusätzlich auch mit Bariumsulfat beschwert sein können.

Mittels der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann dabei der als Dichtungs- und Dickemittel in den Bohrspülungen eingesetzte Bentonit, der in der Regel von einem feinen Mahlgrad ist und der in der Regel auch noch nicht ganz verbraucht ist, als sogenannter Restbentonit aus den verbrauchten, aufgesalzenen Bohrspülungen rückgewonnen werden bzw. in dem aus den aufgearbeiteten Bohrspülungen erhaltenen Zentrat gezielt eingestellt werden. Bei entsprechender Auswahl des Polyelektrolyten wird dabei ein hoher Abscheidegrad an abgetrenntem Feststoff im Zentrat zu abgetrenntem Feststoff (in der Regel das Bohrklein) erzielt, wobei der Bentonit sich im Zentrat befindet. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise ist es daher möglich, einen Teil des Bentonits wieder in den Bohrkreislauf einzuführen, so daß erhebliche Einsparungen, bis maximal 50%, an dem sehr teuren Bentonit möglich sind.

Zur Steigerung bzw. zur Förderung der Flockung von stark auf gesalzenen bis salzgesättigten Bohrspülungen mit einem Salzgehalt von bis zu 300 g KCl pro Liter oder mehr ist erfindungsgemäß vorgesehen, zusätzlich ein Konditionierungshilfsmittel einzusetzen. Als geeignete Konditionierungshilfsmittel haben sich dabei anionische, synthetische Flockungsmittel gezeigt. Diese sind in der Regel sehr hochmolekulare, schwach anionische oder anionische Polyacrylamide, von denen bekannt ist, daß sie bei trüben Lösungen oder Schlammlösungen eine starke Absetzung auch bei geringem Zusatz von Polymer erzeugen, wobei eine ausgezeichnete Klarheit der Lösung erreicht wird. Mittels der erfindungsgemäß eingesetzten anionischen, synthetischen Flockungsmittel kommt es durch intensives Einmischen in die Bohrspülung zu einer Vorflockung, wobei eine deutliche Verdickung der Bohrspülung beobachtet wird.

Als für die Erfindung geeignete synthetische, anionische Flockungsmittel haben sich die von der Firma Allied Colloids vertriebenen Produkte der ALCLAR®- und MAGNAFLOC®-Reihe gezeigt. Durch den Einsatz der vorstehend genannten anionischen, synthetischen Polymere kann bereits bei sehr geringen Dosierungen eine Vorflockung mit einer gewissen Wasserabtrennung bzw. eine relativ starke Verdickung der Suspension erreicht werden, so daß die Flockung mit kationischen, synthetischen Polyelektrolyten stark gefördert wird.

Als kationische, synthetische Konditionierungsmittel für die Flockung von Bohrspülungen haben sich synthetische, hochmole kulargewichtige, kationische Polyacrylamide gezeigt, die eine mittlere oder hohe kationische Ladungsdichte aufweisen und von der Firma Allied Colloids unter dem Handelsnamen ZETAG® angeboten werden.

Erfindungsgemäß werden die vorstehend genannten Konditionie rungsmittel und/oder Konditionierungshilfsmittel in von 100 bis 6000 ppm, insbesondere von 200 ppm bis 5000 ppm, in Ab hängigkeit vom Salzgehalt der Bohrspülungen eingesetzt. Bei aufgesalzenen Spülungen mit einem Gehalt von ca. 100 g KCl pro Liter hat es sich dabei gezeigt, daß eine Vorflockung mit einem starken anionischen Polymer und anschließende Ladungsumkehr mit einem kationischen Polyelektrolyten Dosierungen in einem Bereich von ca. 300 bis 700 ppm an anionischem Flockungsmittel und anschließender Zugabe von bis zu 5000 ppm an kationischem Flockungsmittel mit mittlerem Molekulargewicht eine Mikroflocke erzeugt werden kann. Bei Einsatz eines hochmolekulargewichtigen kationischen Polyacrylamids mittlerer Ladungsdichte oder hoher Ladungsdichte anstelle des kationischen Flockungsmittel niederen Molekulargewichts und mittlerer kationischer Ladung wird bei einer Dosierung ab 300 ppm bei voll aufgesalzenen bis gesättigten Bohrspülungen von bis zu 300 g KCl pro Liter oder mehr eine relativ gute Flockung erreicht, unabhängig von der Beschwerung mit z. B. Bariumsulfat und unabhängig von der Dichte der Bohrspülung, so daß der kombinierte Einsatz von Konditionierungshilfsmitteln und Konditionierungsmitteln der erfindungsgemäßen Art eine ausreichende Flockung auch im wesentlichen unabhängig vom hohen Feststoffgehalt der Bohrspülung erlaubt.

Zur Steigerung der Flockung, insbesondere der stark aufgesalzenen bis salzgesättigten Bohrspülungen ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Konditionierungsmittel und/oder Konditionierungshilfsmittel stufenweise der Bohrspülung zuzusetzen. Durch Vorflockung mit geringen Mengen an anionischem Flockungsmittel und intensives Einmischen in die Bohrspülung wird dabei eine deutliche Verdickung der Bohrspülung beobachtet. Die anschließende, stufenweise Dosierung eines hochmolekularen, stark kationischen Poly acrylamids führt zwar dabei zunächst zu einer deutlichen Redu zierung der Verdickung der Bohrspülung bis hin zur Verflüssigung, die jedoch bei stufenweiser weiterer Nachdosierung des gleichen hochmolekularen, stark kationischen Polyacrylamids zu einer opti malen Flockenbildung führte.

Mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist es somit möglich, aufgesalzene sowie auch unaufgesalzene Bohrspülungen wieder aufzubereiten und sie nach Zusatz entsprechender Zusatzstoffe, wie Bentonit, wieder in den Bohrspülungskreislauf einzuführen oder die geflockte aufgesalzene sowie unaufgesalzene Bohrspülung einzudicken und damit für Deponierungszwecke und für die Zwecke der Entsorgung unter Berücksichtigung der gesetzlichen Auflagen zu lagern. Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Verfahren auch die Möglichkeit, die in Bohrspülungsteichen zwischenge lagerten alten aufgesalzenen Bohrspülungen wieder aufzubereiten und sie in den Bohrspülkreislauf rückzuführen bzw. als neue auf bereitete Bohrspülung einzusetzen.

Die Erfindung wird anhand der Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Eine mit 100 g KCl pro Liter aufgesalzene Bohrspülung wurde mit einem stark anionischen Polymer (MAGNAFLOC® 120 L der Firma Allied Colloids) vorgeflockt und anschließend mit einem kationischen Primärkoagulanten (MAGNAFLOC® 1597 oder 1697 der Firma Allied Colloids) die Ladung der Bohrspülung umgekehrt. Bei einer Dosierung von ca. 600 ppm MAGNAFLOC® 120 L und anschließender Zugabe von ca. 5000 ppm MAGNAFLOC® 1597 bildete sich eine deutlich erkennbare Mikroflocke.

Beispiel 2

Die Behandlung der aufgesalzenen Bohrspülung gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß anstelle von 5000 ppm eines kationischen Polymers (MAGNAFLOC® 1597 der Firma Allied Colloids) nur 300 ppm eines hochmolekularen kationischen Polyacrylamids mittlerer Ladungsdichte (ZETAG® 55 der Firma Allied Colloids) eingesetzt wurden. Es wurde eine etwas schmierige, aber relativ große Flocke erhalten.

Beispiel 3

Eine im wesentlichen zu den Beispielen 1 und 2 identische aufge salzene Bohrspülung mit einem Gehalt an 100 g KCl pro Liter wur de mit einem anionischen Polyacrylamid mittleren Molekularge wichts (MAGNAFLOC® 1017 bzw. ALCLAR® 500 der Firma Allied Colloids) anstelle des in den Beispielen 1 und 2 beschriebe nen stark anionischen Polymer (MAGNAFLOC® 1206 der Firma Allied Colloids) vorgeflockt. Nach Zugabe von ca. 300 ppm eines der vorstehend genannten Konditionierungshilfsmittel bildete sich eine relativ starke Verdickung der Suspension. Bei stufenweiser Zu gabe eines hochmolekularen kationischen Polyacrylamids mittlerer Ladungsdichte (ZETAG® 55 der Firma Allied Colloids) bis zu einer Dosierung von ca. 150 ppm verdünnte sich die gebildete Suspen sion geringfügig. Die weitere stufenweise Zugabe an ZETAG® 55 bis zu einem Wert von 250 ppm führte zu einer sichtbaren Flockung, die bei weiterer Zugabe bis zu einer Dosierung von ca. 300 ppm sehr kompakt war, wobei eine ausgezeichnete Wasserab trennung (Klarwasser) eintrat.

Beispiel 4

Bei einer mit 310 g KCl pro Liter aufgesalzenen Bohrspülung, die überdies noch eine hohe Dichte von 1,52 g/cm³ aufwies und mit Bariumsulfat beschwert war, wurde die Flockung gemäß Beispiel 3 durchgeführt, wobei bei gleichbleibender Dosis wie in Beispiel 3 und trotz des hohen Feststoffgehaltes sich eine ausgezeichnete Flocke bildete. Im Gegensatz zu der gemäß Beispiel 3 erhaltenen Lösung war jedoch das Wasser aufgrund des Gehaltes an gelösten Inhaltsstoffen nicht klar, sondern leicht bräunlich gefärbt.

Claims

1. Verfahren zur Aufbereitung und/oder Entsorgung von Bohr spülungen, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bohrspülung mit anorganischen und/oder organischen Kon ditionierungsmitteln versetzt,
die konditionierte Bohrspülung in eine feste und eine flüssige Phase getrennt und
die abgetrennten Phasen im Kreislauf geführt oder deponiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganische und/oder organische Konditionierungsmittel anionische und/oder kationische, synthetische Flockungsmittel und/oder anorganische Fällungsmittel eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Konditionierungshilfsmittel zusätzlich ein anionisches, synthetisches Flockungsmittel eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als synthetisches anorganisches Flockungsmittel ein Polyacrylat eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganische Fällungsmittel Al³⁺- und/oder Fe³⁺-Salze eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Konditionierungsmittel und/oder Konditionierungshilfsmittel in von 100 bis 6000 ppm eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz des Konditionierungsmittels und/oder Konditio nierungshilfsmittels stufenweise erfolgt.