-
Die vorliegende Erfindung betrifft
die Verwendung von Kohlenwasserstoff-Gelen für das AufBrechen einer Formation
und ansonsten der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus unterirdischen
Formationen. Insbesondere schließen Kohlenwasserstoff-Gele,
die zur Verwendung für
das Aufbrechen einer Formation erzeugt werden, Erdalkalimetall-Verbindungen
ein, die unter dem Einfluss geringer Mengen Wasser und der Umgebungstemperaturen
des Bohrloches sich langsam und vorteilhaft auflösen. Zur Anwendung gelangen
geeigneterweise sich langsam auflösende Erdalkalimetall-Verbindungen,
wie beispielsweise Magnesiumoxid, Dolomit und Kalkstein, wobei die
bevorzugte Zusammensetzung hart gebranntes Magnesiumoxid ist, d.h.
Magnesiumoxid, das unter Wärme
zur Verringerung seiner Oberfläche
und Lösungsgeschwindigkeit
behandelt wurde.
-
Seit Jahren sind mehrwertige Metallsalze
von Orthophosphatestern verwendet worden, um in Kohlenwasserstoffen,
wie beispielsweise Rohöl,
Kerosin, Dieselöl
und dergleichen Gele mit hoher Viskosität zu erzeugen, die sodann zum
Aufbrechen von Formation verwendet werden. Die Abteufbohrung wird
zementiert und mit einem Gehäuse
ausgestattet, wobei das Gehäuse
perforiert ist, um ein Fluid zum Aufbrechen durchzulassen, wonach
das Fluid zum Ausbrechen und in diesem Fall das gelierte Kohlenwasserstoff
das ein Stützmittel
führt,
unter einem ausreichend großen
Druck in das Gehäuse
gedrückt,
um Brüche
in der Formation zu erzeugen und so Risse für die Passage der Kohlenwasserstoffe
zu schaffen, die gewonnen werden sollen. Gute Beschreibungen dieser
Prozesse und speziell der Nutzung von Aluminiumsalzen der Orthophosphatester kann
man in den folgenden Patentschriften finden: Griffin, US-4174283; Burnham
und Tiner, US-4200539; Burnham, US-4200540; Burnham, US-4316810;
und Harris, Hottmeyer und Pauls, US-4 622 155. Aufbrechprozesse
unter Nutzung von Eisen-Verbindungen in Kombination mit ähnlichen
Orthophosphatestern sind von Monroe in der US-3505374 und von Smith
und Persinski in der US-5417287 beschrieben worden. Die US-A-3990978
und 4795574 offenbaren beide Gel-Aufbrechmethoden
unter Einsatz von Verbindungen, wie beispielsweise Natriumhydrogencarbonat,
Calcium- und Barium-Verbindungen.
-
Das gelierte, viskose Kohlenwaserstoff-Fluid
zum Aufbrechen ist hinsichtlich seiner Fähigkeit zum Führen von
Stützmitteln
hervorragend und bringt sie in die durch den Aufbrechprozess erzeugten
Risse, wo die Stützmittel
während
der Produktionsabläufe
verbleiben. Eine wirksame Produktion macht erforderlich, dass das
Gel aufbrechen sollte, d.h. die Viskosität wird herabgesetzt, so dass
die zu gewinnenden Kohlenwasserstoffe durch die Risse mit den sich
dort befindenden Stützmitteln
hindurch gelangen. Die US-A-4 622 155 offenbart ein Verfahren zum
Erzeugen eines leicht pumpfähigea
gelierten Fluids.
-
Über
das Ausbrechen des Gels ist in den vorgenannten Patentschriften
wenig ausgesagt worden, obgleich in der chemischen Struktur des
Gelbildners begründet
ist, dass es sich nicht durch eine starke chemische Bindung auszeichnet.
Im typischen Fall wird eine starke Base, wie beispielsweise wasserfreies
Natriumcarbonat oder Natriumhydrogencarbonat in fester Form zusammen
mit den Gel-Komponenten zum Zeitpunkt ihrer Zugabe zu dem Kohlenwasserstoff-Fluid
zum Aufbrechen zugesetzt. Das Alkali- oder anderes Material wirkt
aufgrund des normalerweise sehr geringen Wassergehalts in dem Aufbrechfluid
nicht sofort unter Ausbrechen des Gels. Daher beruht das konventionelle
System auf einem geringen Wassergehalt, um die Auflösung des
Alkalis zu verzögern
und das Gel ausreichend lange zu erhalten, um eine gute Aufbrechprozedur
zu ermöglichen.
Sofern andererseits keine ausreichende Wasserkontamination aus der
Formation oder anderswo vorhanden ist, wird eine geringe Menge Wasser,
vielleicht im Bereich von etwa 1.000 ppm, zugesetzt, um die Fähigkeit
des Alkalis zu gewährleisten,
das Gel zu neutralisieren. Dort, wo sich das Personal beim Ausbrechen sicher
sein kann, dass weniger als 1.000 ppm Wasser für das System verfügbar sind,
kann damit das Ausbrechen des Gels bis zu einem gewissen Maße dadurch
kontrolliert werden, dass die Wasserkonzentration gesteuert wird,
wobei jedoch all zu häufig
sehr viel höhere
Konzentrationen an Wasser aus unkontrollierten Quellen in das System
eintreten, wie beispielsweise die Behälter des Ausbrechfluids, die
Mischwannen, das Aufbrechfluid selbst, "Rückstände" in den Behältern und
unvorhergesehene Bohrlochquellen. Die höheren Konzentrationen an Wasser
bewirken die sofortige Verteilung und Aktivierung des Alkalis, setzen
es dem mehrwertigen Metall aus und führen dadurch zu einer vorzeitigen
Neutralisierung und Ausbrechen des Gels. Wenn das Gel vor der Beendigung
des Aufbrechprozesses aufgebrochen ist, ist der Aufbrechprozess
unwirksam und insbesondere dann, wenn das Gel nicht über die
Stärke
verfügt,
das Stützmittel
zu führen,
so dass das Stützmittel
schlecht verteilt wird. Die US-A-S 259 455 offenbart Maßnahmen
zum Verzögern
des Vernetzens (d.h. der Gelbildung) eines Ausbrechfluids unter
Verwendung von Magnesiumoxid.
-
Eine andere Schwierigkeit bei der
Kontrolle der Variablen in dem konventionellen Kohlenwasserstoff-Gelaufbrechen
und Gelaufbrechprozess besteht darin, dass das wasserfreie Natriumcarbonat,
das normalerweise in dem Prozess zur Anwendung gelangt, einen Partikelgrößenbereich
enthalten kann und einschließlich
relativ große
Partikel, die sich in dem Bemühen
zur Kontrolle ihrer Größe mahlen
lassen, die jedoch in jedem Fall hinsichtlich ihrer Größe weiter
reduziert werden bis zu einem relativ unkontrollierten Maß durch Anreiben
während
des Einspritzprozesses, z. B. bei der Passage durch die Pumpen und
dem Vorschub in der Abteufbohrung unter großem Druck und Turbulenz. Der
Betreiber hat wenig Kontrolle über
die Größe des wasserfreien
Natriumcarbonats an seiner Wirkungsstelle und verfügt normalerweise
auch nicht über
eine Möglichkeit,
diese zu beobachten. Die Einführung
sehr kleiner Stücke
ist nicht wünschenswert
da ihre große
Oberfläche
sie anfällig
zur vollständigen
Auflösung
beim Kontakt mit Wasser macht, was zu einem zu vorzeitigen Zerfall
des Gels führt.
Die Oberfläche
und die aufgelöste
Konzentration der Alkalimetallhydroxide sind daher Variablen, deren
Kontrolle für
die Betreiber daher außerordentlich
schwierig ist.
-
Von Hill, Smith und Kucera wird in
der US-3749173 (Spalte 3, Zeile 51) Calciumhydroxid als Gelbrecher
erwähnt,
das "langsam funktioniert", wobei sich diese Patentschrift jedoch
nicht mit dem Ausbrechen befasst und keine Anweisung für die in
einem Ausbrechprozess erforderliche verzögerte Wirkung gegeben wird.
-
Es besteht daher ein Bedarf nach
einer Methode zum Vermieiden eines vorzeitigen Gelaufbrechens und
zum Kontrollieren des Prozesses des Gelaufbrechens von Kohlenwasserstoff
Ausbrechfluids, die unabhängig
von der vorhandenen Wassermenge erst nach dem Aufbrechprozess stattfinden
dürfen.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Gemäß unserer Erfindung werden
als Gelbrecher in gelierten Kohlenwasserstoff-Fluids zum Aufbrechen
besonders langsam lösliche
Erdalkalimetall-Verbindungen verwendet, wie sie in den Ansprüchen festgelegt
sind. Da sie bei den hohen Temperaturen der Abteufbohrung sehr langsam
löslich
sind, wird ihre Wirkung selbst dann verzögert, wenn das gelierte Kohlenwasserstoff-Fluid
einer großen Wassermenge
ausgesetzt ist. Daher werden unsere Kohlenwasserstoff-Gel-Aufbrechfluids
selbst bei Vorhandensein unerwartet hoher Konzentrationen von Wasser
nicht vorzeitig ausbrechen. Die vorliegende Erfindung gewährt dementsprechend
ein Verfahren, einen Prozess und ein Fluid, wie in den Ansprüchen festgelegt
ist. Die abhängigen
Unteransprüche legen
bevorzugte Ausführungsformen
fest. In der vorliegenden Erfindung wird Magnesiumoxid verwendet,
das vorzugsweise einer Wärmebehandlung
unterzogen worden ist, um eine Oberfläche von nicht mehr als etwa
5 m2/g und am meisten bevorzugt 0,3 bis
0,8 m2/g zu erhalten, wie nachfolgend ausgeführt werden
wird. Gegenüber
Calcium-Verbindungen werden von uns Magnesium-Verbindungen bevorzugt,
da sie schließlich
besser löslich
sind als Calcium-Verbindungen
und weniger wahrscheinlich pH-Werte größer als etwa 9 erzeugen und sie
daher weniger wahrscheinlich zur Zunderbildung neigen.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung umfasst Verfahren und
Zusammensetzungen zum Aufbrechen unterirdischer Formationen und
bereitet diese zur Produktion durch eine Abteufbohrung vor. Die
Zusammensetzungen sind Fluids zum Ausbrechen, die einen flüssigen Kohlenwasserstoff-Träger aufweisen,
ein mehrwertiges Metallsalz eines Phosphorsäureesters, ein Stützmittel
und einen Gelbrecher. Die Verfahren schließen Verfahren zum Ausbrechen
von Formationen unter Verwendung solcher Verbindungen und Verfahren
zum Aufbrechen von Kohlenwasserstoffgelen ein. Ihre wesentlichen
Merkmale sind in den Ansprüchen
festgelegt.
-
Die Kohlenwasserstoff-Träger oder
die zugrunde liegenden Brechfluids sind auf dem Gebiet gut bekannt
und schließen
Rohöl ein,
Dieselöl,
verschiedene Schmieröle,
Kerosin und dergleichen. Die Aufgaben des Fluids zum Aufbrechen
sind zweifacher Art, nämlich
beim Einspritzen unter großem
Druck nach unten in die Abteufbohrung und durch Perforationen in
dem Bohrgehäuse
hindurch bricht es die Formation auseinander; und es führt kleine
Partikel aus relativ hartem oder starken Material mit sich, wie
beispielsweise Sand, um als Stützmittel
zu dienen und die Risse nach ihrer Erzeugung durch das Aufbrechen
offen zu halten. Insbesondere ist festgestellt worden, dass die
Aufgabe des Mitführens
des Stützmittels
besser gelöst
wird, wenn das Kohlenwasserstoff-Fluid mit einer hohen Viskosität oder als
Gel bereitgestellt wird. Im Verlaufe der vorliegenden Diskussion
wird sich zeigen, dass das Stützmittel,
bei dem es sich um Sand, Glaskugeln, gemahlene Walnussschalen, Partikeln
aus synthetischem Harz oder beliebigem kleinen dispersen Material
handeln kann, das in der Lage ist, einen Riss wirksam offen zu halten,
in unseren Fluids zum Aufbrechen/Gelen in Mengen von 120 g/l oder
weniger (ein Pound oder weniger pro Gallon) bis zu mehreren Pounds,
d.h. 2,4 kg/l oder mehr (zwanzig oder mehr Pound pro Gallon) vorhanden
sein kann, wobei die verwendete Menge des Stützmittels in der Regel eine
Sache des Dafürhaltens
der Betreiber ist.
-
Bei den Gelkomponenten unserer Zusammensetzungen
handelt es sich um mehrwertige Metallsalze von Orthophosphatestem.
Diese werden bevorzugt am Ort des Bohrkopfes erzeugt, indem der
Orthophosphatester und ein mehrwertiges Metallsalz (bevorzugt ein
anorganisches Eisen- oder Aluminiumsalz) separat dem Kohlenwasserstoff-Fluid
zum Aufbrechen zugesetzt werden, wie es auf dem Gebiet bekannt ist.
Siehe hierzu die vorgenannten Patentschriften von Monroe et al.,
Griffith, Burnham et al. und Smith et al. Wie auch in der vorgenannten
US-4622155 von Harris, et al. erläutert wird, lassen sich die
erzeugten Salze folgendermaßen ausdrücken:
worin R eine geradkettige
oder verzweigte Alkyl- oder eine Aryl-, Alkoxy- oder Alkaryl-Gruppe
mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen ist und R
1 Wasserstoff
oder eine Aryl-, Alkaryl-, Alkyloxy- oder Alkyl-Gruppe mit bis zu 18 Kohlenstoffatomen
ist, M ist ein mehrwertiges Metall, ausgewählt aus Aluminium und Eisen,
m ist eine Zahl von 1 bis 3, n beträgt Null bis 2 und die Summe
von m und n beträgt
3. Noch allgemeiner lassen sich die von uns verwendeten Eisen- oder
Aluminiumphosphatester als Eisen- oder Aluminiumsalze von Phosphatester-Gelbildnern
beschreiben, die über
6 bis 36 Kohlenstoffatome verfügen
(wobei sich die Numerierung der Kohlenstoffatome auf einen einzelnen
Phosphatester-Rest bezieht und zu berücksichtigen ist, dass, wenn
m 2 oder 3 beträgt,
die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome höher sein kann als 36).
-
Wie auf dem Gebiet bekannt ist, wird,
sofern es sich bei "M" um Aluminium handelt, dieses normalerweise
in Form einer basischen Aluminium-Verbindung eingeführt, wie
beispielsweise Natriumaluminat, Aluminiumisopropoxid oder hydratisiertes
Aluminat. Wie in einer Übersicht
in der US-4 316 810 (Spalte 5, Zeilen 52-60) von Burnham gezeigt
wird, ist eine bevorzugte elementare Quelle für Aluminium Natriumaluminat,
das gemeinsam mit Natriumhydroxid einem geeigneten Phosphatester
zugesetzt wird. Im Fall eines Eisensalzes wird Eisen(III)-sulfat
bevorzugt, wie in der vorgenannten Patentschrift von Smith und Persinski
beschrieben wurde. In jedem Fall können das Eisen- oder Aluminiumsalz
dem Phosphatester am Bohrkopf mehr oder weniger gleichzeitig zugesetzt
werden.
-
Die Phosphatester werden wiederum
mit Hilfe der bekannten Reaktion einer Phosphor-Verbindung, wie beispielsweise Phosphorpentoxid,
mit einem Alkohol hergestellt, der über die gewünschten Alkyl- oder andere
Gruppen verfügt,
die für
R und R
1 festgelegt ist, wie sie in der
vorgenannten Formel I angegeben wurden. Derartige Reaktionen können Mischungen
von Phosphatestern ergeben, die unterschiedliche Kohlenstoff enthaltende
Bestandteile aufweisen. Selbstverständlich können Mischungen von Alkoholen
verwendet werden, um mit dem Phosphorpentoxid oder einer anderen
geeigneten Phosphor-Verbindung zu reagieren. Sofern das Natriumaluminat
oder eine andere Aluminium-Verbindung
mit dem Phosphatester umgesetzt werden, wird sich eine Mischung
von Aluminiumphosphatester-Salzen ergeben. Derartige Mischungen
sind in unserer Erfindung anwendbar, da sie Mischungen von Eisenphosphatester-Salzen
sind. Wir können
alle beliebigen konventionellen Salze mehrwertiger Metalle von Phosphatestern
verwenden, die allgemein auf dem Gebiet von Gel-bildenden Kohlenwasserstoff
Fluids zum Ausbrechen eingesetzt worden sind. Wie von McCabe in
der US-5 271 464 (Spalte 2, Zeilen 21-34) ausgeführt wird, hat der mit einem
Salz eines mehrwertigen Metalls umzusetzende Phosphatester zur Erzeugung
eines Gels die allgemeine Formel:
worin R und R
1 wie vorstehend festgelegt sind.
-
Unser bevorzugter Gelbrecher ist
ein hart gebranntes Magnesiumoxid einer Partikelgröße, die
durch ein Tyler-Sieb mit 200 Mesh geht und eine Oberfläche von
weniger als 5 m2/g und bevorzugt 0,3 bis
0,8 m2/g hat und einen Glühverlust
von nicht mehr als 0,5%. Kommerziell verfügbares, hart gebranntes Magnesiumoxid wird
in der Regel aus Magnesiumhydroxid erzeugt, das zuerst bis etwa
350°C erhitzt
wird, um es zu dehydratisieren. Das Magnesiumhydroxid wird wiederum üblicherweise
aus natürlichen
Quellen erzeugt, wie beispielsweise Dolomitkalk, das behandelt wird,
um Calciumchlorid von Magnesiumhydroxid abzutrennen.
-
Unter "hart gebrannt" verstehen wir,
dass es bei Temperaturen von 1.100° bis 1.300°C erhitzt oder calciniert wird,
um die gewünschte
Oberfläche
zu erhalten. Der von dem Hersteller angegebene Glühverlust
ist in der Regel umgekehrt proportional zu dem von den Herstellern
verwendeten Aktivitätsindex.
Siehe hierzu beispielsweise die "Technische Daten" für MagChem
10, MagChem 20, MagChem 30, MagChem 35, MagChem 40 und MagChem 50
von Martin Marietta. Das bedeutet, dass der geringe Glühverlust
in Konelation mit einem hohen Aktivitätsindex steht, was besagt,
dass die für
die Reaktivität
erforderliche Zeit groß ist.
Kein Aktivitätsindex
(bei dem es sich um ein Zeitmaß eines
Phenolphthalein-Umschlagpunktes
handelt) wird in den "Technischen Daten" für MagChem 10 angegeben, da
er verhältnismäßig lang
und schwierig zu messen ist; dementsprechend haben wir festgestellt,
dass wir "langsam löslich",
was für
unser bevorzugtes hart gebranntes Magnesiumoxid gilt, in Konelation
mit dem Glühverlust
und/oder der Oberfläche
setzen können.
Für die
Fachwelt ist jedoch erkennbar, dass "langsam löslich" andere Erdalkalimetall-Brecher
einbezieht, die über
die gewünschte
Wirkung eines verzögerten
Aufbrechens der hierin beschriebenen Gele verfügen. Selbst in Fällen, wo
große
Mengen Wasser vorhanden sind, werden das Magnesium- oder andere
Erdalkalimetalle unserer Erfindung nicht zum vorzeitigen Ausbrechen
des Gels in großen
Mengen nicht sofort verfügbar
sein wie im Fall des Natriumhydroxids. Ein geeignetes kommerzielles
Material des von uns bevorzugten Typs ist Magnesiumoxid in technischer
Reinheit, das von Martin Marietta hergestellt wird und bezeichnet
wird als "MagChem 10".
-
Andere Erdalkali-Materialien, die
zur Verwendung in der Erfindung geeignet sind, schließen ein:
hart
gebrannter Dolomit, Kalkstein, Dolomitkalk und Brucit, die über eine
Lösungsgeschwindigkeit
in der gleichen Größenordnung
wie hart gebranntes Magnesiumoxid verfügen. Sofern ein natürlich vorkommendes
Dolomit, Kalkstein oder Brucit nicht über eine solche Lösungsgeschwindigkeit
verfügen
(was bei den meisten der Fall ist), kann eine Wärmebehandlung oder ein Calcinieren
zum Einsaiz gelangen, um dieses zu den geeigneten physikalischen
Eigenschaften, speziell für
eine Oberfläche
von weniger als 5 m2/g und/oder einenGlühverlust
von nicht mehr als 0,5% umzuwandeln. Die Temperaturen zum Hartbrennen
dieser Materialien können
von denen des hart gebrannten Magnesiumoxids etwas abweichen, und
speziell bei dolomitischem Kalkstein, der bei 750° bis 850°C calciniert
und bei 900° bis
1.200°C
hart gebrannt werden kann; Kalkstein kann bei 950° bis 1.000°C calciniert
und bei 1.000° bis
1.300°C
hartgebrannt werden. Wir beziehen uns auf alle derartigen hart gebrannten
Erdalkalimetall-Verbindungen (speziell Oxid), die über eine
Oberfläche
von weniger als 5 m2/g und/oder einen Glühverlust von nicht mehr als
0,5% haben, als Erdalkalimetall-Verbindungen mit kontrollierter Lösungsgeschwindigkeit
oder langsam lösliche
Gelbrecher, die in unserer Erfindung verwendbar sind.
-
Das Verfahren zum Ausbrechen einer
Bohrung wird ausgeführt,
nachdem die Bohrungmit einem Gehäuse
ausgestattet, zementiert und in auf dem Gebiet bekannter Weise perforiert
wurde. Der Gelbrecher wird gemeinsam mit dem Phosphatester und dem
Salz eines mehrwertigen Metalls entsprechend der Beschreibung hierin
zugesetzt. Für
die Zugabe ist keine spezielle Reihenfolge erforderlich. In der
Regel wird der Phosphatester bei Konzentrationen von 0,1 bis 1,2%,
das Aluminium- oder Eisensalz bei Konzentrationen von 0,1 bis 1,2%
und der Gelbrecher bei Konzentrationen von 0,9 bis 6,8 kg (zwei
bis fünfzehn
Pound) Gelbrecher pro 3.790 Liter (eintausend Gallon) Fluid zum
Ausbrechen zugesetzt. Damit werden das Phosphatester-Salz, das durch
den Phosphatester erzeugt wird, und das Metallsalz gemeinsam bei
Konzentrationen von 0,2 bis 2,4% des Fluids zugesetzt. Innerhalb
des Geltungsbereichs der Erfindung können höhere Mengen verwendet werden,
allerdings stehen normalerweise die zusätzlichen Vorteile nicht im
Einklang mit den Kosten, und ein Zuviel an Gelbildner kann faktisch
nachteilige Nebenwirkungen haben, wie auf dem Gebiet bekannt ist.
-
Der Nutzen unserer Erfindung ist
nahezu unabhängig
von der Menge des in der Bohrung und der umgebenden Formation vorhandenen
Wassers. Darüber
hinaus ist die Menge an Gelbrecher im Bezug auf das Phosphatester-Salz
nicht entscheidend, da eine Menge in der Nähe des unteren Ende des Bereichs
(sagen wir 0,9 bis 2,3 kg (zwei bis fünf Pound) Gelbrecher pro 3.790
Liter (eintausend Gallon) Fluid zum Ausbrechen) schließlich zufriedenstellend
funktionieren werden, wenn auch nicht in optimaler Zeit. Mengen
von mehr als 6,8 kg (funfzehn Pound) pro 3.790 Liter (eintausend
Gallon) sind in der Regel überflüssig, sofern
nicht hohe Konzentrationen an Gelbildnern angewendet worden sind,
und werden keinen nachteiligen Einfluss auf das Verfahren ausüben. Während wir
mindestens 1.000 ppm Wasser für
die Auflösung
des Gelbrechers als verfügbar
bevorzugen, umgeht unsere Erfindung das Problem des vorzeitigen
Gelaufbrechens unter einem großen
Bereich von Bedingungen, einschließlich geringerer Wassermengen.
Selbst bei Wassermengen weit oberhalb von 1.000 ppm werden die von
uns verwendeten langsam löslichen
Gelbrecher das Gel nicht sofort zum Zusammenbruch bringen.
-
Die folgende Reihe von Versuchen
veranschaulicht die Wirksamkeit unserer Erfindung. BEISPIEL 1 Es
wurden 300 ml Dieselöl
in einen Waring-Mischer gegeben. Danach wurden 3 ml eines Phosphatestersmit 10
bis 12 Kohlenstoffatomen, das Mittel zum Ausbrechen (wie in der
nachfolgenden Tabelle angegeben), Wasser und 3 ml einer 20%igen
Lösung
von Eisen(III)-sulfat zugegeben. Nach Zugabe des Mittels zum Ausbrechen wurde
die Mischung für
2 min gemischt und in einen Rollenofen bei 65,6° bis 71,1°C (150° bis 160°F) gegeben, bis das Gel aufgebrochen
war, was durch visuelle Beobachtung ermittelt wurde.
-
-
Bei dem verwendeten Magnesiumoxid
handelte es sich um "MagChem 10", einem hart gebrannten Magnesiumoxid
mit einer Oberfläche
von 0,3 bis 0,8 m2/g und einen Glühverlust von mehr als 0,5%.
Es wurde in Form einer Aufschlämmung
verwendet, die 4 kg (8,8 Pound) "MagChem 10" pro Gallon Butan-Dieselöl enthielt;
wobei die Aufschlämmung
eine Dichte von 1,68 kg/l (14 Pound pro Gallon) hatte. Wie aus den
Ergebnissen entnommen werden kann, spricht das Mittel zum Aufbrechen
mit dem Alkalimetall, Na2CO3,
stark auf die vorhandene Wassermenge an, während die Wirkung des Mittels
zum Ausbrechen aus hart gebranntem MgO im Wesentlichen gleichförmig verzögert wird
und die Verzögerung
unabhängig
von der vorhandenen Wassermenge ist. Damit lässt sich sagen, dass der erfindungsgemäße Gelbrecher
in der Lage ist, die angestrebte Verzögerung des Prozesses des Aufbrechens
des Gels zu kontrollieren.
-
BEISPIEL 2 – REAKTIONS-/LÖSUNGSGESCHWINDIGKEITEN
ZUM VERGLEICH
-
Die Aufgabe dieses Versuchs bestand
darin, die erhöhten
Reaktionsgeschwindigkeiten verschiedener Erdalkali-Verbindungen
unter ansonsten mehr oder weniger simulierten Bedingungen eines
Aufbrechprozess in einer Abteufbohrung unter Einsatz eines gelierten
Kohlenwasserstoffes als Aufbrechmittel zu erläutern. Wie nachfolgend dargestellt
wird, war die für
den jeweiligen Versuch in Anspruch genommene Zeit eine Funktion der
Lösungsgeschwindigkeiten
der Vertreter sowie ihrer Reaktionsgeschwindigkeiten, d.h. alle
Vertreter wurden als Feststoffe eingeführt und um den pH-Wert der
Mischung zu verändern,
mussten die Partikel aufgelöst werden
sowie mit der Phosphorsäure
reagieren, um den gewünschten
pH-Umschlagpunkt zu erreichen. Wie bereits erläutert, wurden die Kohlenwasserstoffgele
mit Phosphorsäureestern
hergestellt und durch Reaktion mit Salzen eines mehrwertigen Metalles
viskos gemacht. Um die Prüfungen
jedoch zu beschleunigen, wurde lediglich das Kohlenwasserstoff Fluid
und die Phosphorsäure
verwendet und kein Gelbildner erzeugt. Um darüber hinaus die Prüfung zu
beschleunigen, war in dem Versuch mehr Wasser vorhanden, als es
häufig
unter Außenbedingungen
der Fall sein wird.
-
Ablauf der Prozedur: es wurden 380
g Dieselkraftstoff in ein Becherglas mit einem 1.000 U/min-Riührer gegeben,
die zu testende Erdalkalimetall-Verbindung zugesetzt und mit Hilfe
des elektrischen Rülvers
bei 1.000 U/min für
5 min dispergiert. Sodann wurde eine pH-Messsonde eingesetzt und
29,8 g 1 N Phosphorsäure
(387 g 85%ige H3PO4 +
Wasser = 1.000 ml) gemeinsam mit zusätzlichen 50 ml Wasser zugegeben.
Die pH-Wert-Ablesungen wurden sofort aufgenommen und so lange fortgesetzt,
bis der pH-Wert
in jedem Fall einen Wert von 7 erreicht hatte.
-
Die Ergebnisse waren folgende:
Hinweis: "Dolime" ist
ein dolomitischer Kalkstein.... CaO·MgO; "leicht gebrannt" bedeutet
kaustisch calciniert.
-
Unter den Prüfbedingungen schienen der hart
gebrannte Kalkstein und das hart gebrannte Dolime mehr als das molare Äquivalent
der anderen Erdalkalimetall-Materialien zu erfordern, um die Prüfung auszuführen, was
auf die Schwierigkeit des Dispergierens zurückzuführen ist, obgleich dennoch
aus den Ergebnissen entnommen werden kann, dass mehr als 100 min
für sie
benötigt
wurden, um das Ziel der Neutralisation zu erreichen. Damit steht
unter den Bedingungen des vorstehend beschriebenen Tests für den pH-Wert-Umschlag
unsere alternative Festlegung von "langsam löslich" für unsere Aufgaben darin, dass
das in Frage kommende Material mehr als 100 min erfordert, um einen
pH 7 zu erreichen. Das bedeutet, unsere langsam löslichen
Gelbrecher sind Erdalkalimetall-Verbindungen und insbesondere Oxide,
die mehr als 100 min benötigen, um
in der vorgenannten Prüfung
einen pH-Wert von 7 zu erzielen.
