DE951711C

DE951711C - Emulsionsbohrfluessigkeit fuer Tiefbohrloecher

Info

Publication number: DE951711C
Application number: DEO3858A
Authority: DE
Inventors: Doyne L Wilson
Original assignee: Oil Base Inc
Current assignee: Oil Base Inc
Priority date: 1954-09-28
Filing date: 1954-09-28
Publication date: 1956-10-31

Description

Emulsionsbohrflüssigkeit für Tiefbohrlöcher Die Erfindung betrifft Bohrflüssigkeiten für Tiefbohrlöcher.
Beim Bohren von Öl- und Gasquellen nach. dem Rotary-Verfahren wird eine Bohrflüssigkeit benötigt, die aus einer Suspension, z. B. von Tonen, Calciumcarbonat in Wasser oder Öl oder Wasser und Öl besteht. Diesen Suspensionen werden zuweilen noch andere schwerere Stoffe, z. B. zerkleinerte Muschelschalen, Baryt und Galenit, zugesetzt. Diese Bohrflüssigkeiten erfüllen verschiedene Funktionen: Sie schmieren den Bohrmeißel, sie bringen die erbohrten Bodenmassen an die Oberfläche, und durch ihren hydrostatischen Druck wird das Einstürzen der Bohrlochwandung verhindert; schließlich bilden sie auf den Wänden des Bohrloches einen dichten Filterkuchen, der den Verlust von Flüssigkeit in die Bodenschichten hinein verhindert. Bei .der Auffindung neuer Ölfelder muß man Versuchsbohrungen in den unerforschten Gebieten durchführen. Das Ölpotential des zu erbohrenden Gebietes wird durch eine Analyse der Bohrkerne bzw. der während des Bohrens aus den Bodenschichten zutage geförderten Bodenmassen bestimmt. Ein weit verbreitetes Verfahren zur Analyse besteht darin, daß man einen solchen Bohrkern ultraviolettem Licht innerhalb des Bereiches von 26oo bis 3700 A aussetzt, wodurch bei Anwesenheit von Rohöl und/oder Destillat Fluoreszenz hervorgebracht wird. Nach einem anderen Analysenverfahren werden die Bohrkernbruchstücke bzw. das Bohrklein aus dem Bohrloch mit Petroläther, Tetrachlorkohlenstoff oder einem ähnlichen Lösungsmittel geschüttelt. - Dadurch wird etwa vorhandenes Rohöl oder Destillat aus der Probe extrahiert, so daß man den Extrakt durch die Fluoreszenz, die er entwickelt, wenn man ihn ultraviolettem Licht aussetzt, und/oder durch seine Färbung bzw. seinen »Schein« analysieren kann.
Es leuchtet ein, daß die durch Verunreinigung des Bohrkerns bzw. der Bodenmassen mit Öl aus einer abseits liegenden fremden Quelle hervorgerufene Fluoreszenz oder Färbung ein positives Prüfungsergebnis vortäuschen könnte. Da diese Teste von den Bohrfachleuten und Erdölgeologen zur Feststellung ertragreicher Ölzonen in einem unerforschten Gebiet dienen, ist es wichtig, daß die Prüfungen unbedingt zuverlässig und Fehlschlüsse unmöglich sind, die zu außerordentlich hohen Ausgaben in Zonen führen können, die tatsächlich gar nicht ergiebig sind.
Bis vor kurzem wurden als Bohrflüssigkeiten in derartigen unerforschten Gebieten ganz allgemein Ton-Wasser-Schlämme benutzt. Die dabei verlorengehende Flüssigkeit besteht im wesentlichen aus Wasser und gewissen wasserlöslichen Bestandteilen, die negative Ergebnisse bei der Fluoreszenzprüfung und Lösungsmittelfärbung ergeben und daher nicht zu maskierten oder falschen Bohrkernanalysen u. dgl. führen.
Während der letzten Jahre sind Bohrflüssigkeiten, die Emulsionen sind, und zwar in der Hauptsache Öl-in-Wasser-Emulsionen, zunehmend angewandt worden und haben bei der Bohrung von Versuchsfeldern ausgedehnte Verwendung gefunden. Obwohl Emulsionsschlämme, die auf der Basis von Öl-in-Wasser hergestellt sind, elektrisch leiten und aus diesem Grunde die elektrische Messung in der gleichen Weise erlauben wie Ton-Wasser-Schlämme und obwohl die Emulsionsschlämme Ton-Wasser-Schlämmen insofern überlegen sind, als die Bohrungen besser durchführbar sind, sind von Seiten der Erdölanalytiker und -geologen ernstliche Einwände gegen ihre Anwendung erhoben worden. Die in solchen Emulsionsschlämmen benutzten Rohöle und Dieselöle fluoreszieren in solchem Ausmaß und ergeben eine so ausgesprochene Färbung, daß die Durchdringung der Bohrkerne und erbohrten Bodenmassen mit einer derartigen Emulsionsflüssigkeit es tatsächlich unmöglich macht, die zu untersuchende Probe mit einiger Gewißheit auf Grund ihrer Fluoreszenz und ihrer Färbung zu bewerten. Die Lage wird weiter dadurch erschwert, daß die hierbei benutzten Emulgiermittel, wie z. B. Tallölseifen, ebenfalls fluoreszieren und zu falschen Ergebnissen führen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb eine Bohrflüssigkeit vom Emulsionstyp, die alle genannten Nachteile nicht aufweist. Die Ölkomponente der Emulsionsbohrflüssigkeit soll nicht fluoreszieren, nicht färben und vor allem diese Eigenschaften auch unter Betriebsbedingungen nicht zeigen. Auch das Emulgiermittel soll nicht fluoreszieren, in dem Öl unlöslich sein und daher das Öl nicht färben.
Es wurde gefunden, daß sich gewisse raffinierte Öle, die eine verhältnismäßig kleine Menge an Aromaten und Ungesättigtem enthalten, sich besonders zur . Verwendung in Öl-in-Wasser-Emulsionen für Bohrflüssigkeiten eignen. Es wurde ferner gefunden, daß, obwohl im wesentlichen alle Öle mit weniger als 5 Volumprozent Aromaten und Ungesättigtem bei ihrer Verwendung als Ölphase in einer Emulsionsbohrflüssigkeit in ultraviolettem Licht eine vernachlässigbare Fluoreszenz zeigen, durchaus nicht alle diese Öle in solchen Flüssigkeiten verwendet werden können, da sie bei den im Bohrloch herrschenden erhöhten Temperaturen und zuweilen auch bei normalen Temperaturen eine Färbung zeigen. Bei der Auswahl eines Öls für Bohrungen in neu zu erschließenden Gebieten muß man sich deshalb auf jene Öle beschränken, die neben geringen Gehalten an Aromaten und Ungesättigtem hinsichtlich der Färbung thermisch beständig sind. Unter ethermisch beständig« werden Öle verstanden, die beim Erhitzen auf mindestens 12z° auf Grund der Bildung von Farbkörpern im Öl keine merkliche Verfärbung zeigen.

Die Beispiele z bis 8 nennen raffinierte Öle aus weit voneinander getrennt liegenden Quellen, die sich gemäß der Erfindung als zur Verwendung in Bohrflüssigkeiten geeignet erwiesen haben. Die geeignetsten Öle sind jene, die nach dem Edeleanu-Verfahren raffiniert worden sind, um die Aromaten und ungesättigten Verbindungen zu entfernen. Wie bekannt ist, besteht dieses Verfahren darin, daß man das Kerosen mit flüssigem Schwefeldioxyd oder einem Gemisch desselben mit Benzol extrahiert, anschließend gewöhnlich mit Ton nachbehandelt, um auf diese Weise in dem Raffinat die gewünschte Fraktion zu erhalten.

Beispiel z

Quelle .................... Californien

API-Dichte ............... 42-

Zündpunkt ................ 52°

Schwefel ................. . o,o2 °/o

Destillation

Anfänglicher Siedepunkt .. r68°

Endpunkt ..... _ ....... 252°

Anilinpunkt ............... 72°

Aromaten und Ungesättigtes 20/,

Farbe .................... -f- 28 Minimum-

Saybolt (hellwasser)

Fraktion .................. straight run

Behandlung ............... Edeleanu und Ton

Rohbasis ................. asphaltisch

Fluoreszenz bei 366o Ä ..... vernachlässigbar

Beispiel 2

Quelle ................... Californien

API-Dichte .............. 4o-

Zündpunkt ............... 52°

Schwefel ................. o,oz %

Destillation

Anfänglicher Siedepunkt . i88°

Endpunkt .............. 262°

Anilinpunkt .............. 69°

Aromaten und Ungesättigtes 50/,

Farbe ................... 25 Saybolt (wasserhell)

Fraktion ................. straight run

Behandlung .............. Edeleanu und Ton

Rohbasis ................ asphaltiscb

Fluoreszenz bei 366o Ä .... vernachlässigbar

Beispiel 3

Quelle ....... . ........... Oklahoma

API-Dichte .............. 45,6°

Zündpunkt ............... 62°

Schwefel ................. o,6"/,

Destillation

Anfänglicher Siedepunkt . a85°

Endpunkt ............. 26a°

Anilinpunkt .............. 65°

Aromaten und Ungesättigtes 2 0/0

Farbe ..... .............. 25 Saybolt (wasserhell)

Fraktion ................. straight run

Behandlung .............. Edeleanu und Ton

Rohbasis ................ naphthenisch

Fluoreszenz bei 366o Ä .... vernachlässigbar

Beispiel 4

Quelle ................... Pennsylvanien

API-Dichte .............. 47,7-

Zündpunkt ............... 6o'

Schwefel ................. o,20/,

Destillation

Anfänglicher Siedepunkt . a85°

Endpunkt ............. 252°

Anilinpunkt .............. 73°

Aromaten und Ungesättigtes 2 0/0

Farbe ................... 25 Saybolt (wasserhell)

Fraktion ................. straight run

Behandlung .............. Edeleanu und Ton

Rohbasis ......... .... paraffinisch

Fluoreszenz bei 366o Ä . .... v ernachlässigbar

Beispiel s

Quelle ................... Oklahoma

API-Dichte .............. 42,3°

Zündpunkt ................ 57,5°

Schwefel ................. 0,4%

Destillation

Anfänglicher Siedepunkt . 18o°

Endpunkt ............. 267°

Anilinpunkt .............. 64°

Aromaten und Ungesättigtes 20/,

Farbe ................... 25 Saybolt (wasserhell)

Fraktion ................. straight run

Behandlung .............. Edeleanu und Ton

Rohbasis ................ paraffinisch

Fluoreszenz bei 366o A .... vernachlässigbar

Beispiel 6

Quelle ................... Pennsylvanien

API-Dichte .............. 45,9-

Zündpunkt............... 53°

Schwefel ................. o,20/,

Destillation

Anfänglicher Siedepunkt . a84°

Endpunkt ............. 27o°

Anilinpunkt .............. 72°

Aromaten und Ungesättigtes 20110

Farbe ................... 25 Saybolt (wasserhell)

Fraktion ................. straight run

Behandlung .............. Edeleanu und Ton

Rohbasis ................ paraffinisch

Fluoreszenz bei 366o Ä .... vernachlässigbar

Beispiel 7

Quelle ................... Pennsylvanien

API-Dichte .............. 44,6-

Zündpunkt ............... 6o°

Schwefel ................. 10/0

Destillation

Anfänglicher Siedepunkt . a89°

Endpunkt- ............. 28o°

Anilinpunkt .............. 64°

Aromaten und Ungesättigtes 2010

Farbe ................... 25 Saybolt (wasserhell)

Fraktion ................. straight run

Behandlung .............. Schwefelsäure

Rohbasis ......... .... paraffinisch

Fluoreszenz bei 366o Ä . .... vernachlässigbar

Beispiel 8

Quelle ................... Louisiana

API-Dichte .............. 43,4°

Zündpunkt............... 124'

Schwefel ................. Spur

Destillation

Anfänglicher Siedepunkt . 266°

Endpunkt .............. 34o°

Anilinpunkt .............. 71°

Aromaten und Ungesättigtes 9,0/,

Farbe ................... + 19 Saybolt

(wasserhell).

Fraktion ................. straight run

Behandlung .............. Schwefelsäure

.Rohbasis ................ naphthenisch-

paraffinisch

Fluoreszenz bei 366o Ä .... vernachlässigbar

Bei der Durchführung der Erfindung stellt man bevorzugt ein Konzentrat aus dem nicht fluoreszierenden, nicht färbenden Öl, Wasser und einem geeigneten Emulgiermittel her, so daß man dieses Konzentrat leicht zur Bohrstelle befördern und dort mit einem Ton-Wasser-Schlamm zur Emulsionsbohrflüssigkeit vermischen kann. Ein solches Konzentrat besteht z. B. aus 1o31 Öl (Beispiel 1), 561 Wasser und 11,3 kg Emulgiermittel.

Das im obigen Beispiel benutzte Emulgiermittel bestand aus einer pulverisierten Mischung von 3o Gewichtsprozent Lignit, 3o Gewichtsprozent Natriumhumat, 4o Gewichtsprozent Quebracho. Ein solches Emulgiermittel eignet sich im vorliegenden Fall besonders gut, da es nicht fluoresziert, in dem Öl unlöslich ist und dem Öl keine Färbung verleiht. Die Mengen Lignit und Natriumhumat können zwischen o und 30 % bzw. zwischen 30 und 6o % schwanken. Andere nicht fluoreszierende, nicht färbende (d. h. thermisch beständige) Emulgiermittel, die sich für die erfindungsgemäßen Bohrflüssigkeiten als geeignet erwiesen haben, sind z. B. Polyäthylenglykol-tert.-dodecylthioäther, Sorbitan Mono-oleate, Amine, und -zwar substituierte Oxazoline mit einem Molekular-und Äquivalentgewicht von 350.
Zur Herstellung des obigen Konzentrats wird zuerst das Emulgiermitfel unter mechanischem Rühren zum Wasser gegeben und anschließend das Öl. Man rührt, bis eine glatte homogene Emulsion entstanden ist. Aus wirtschaftlichen Gründen kann der Ölgehalt zwischen 5o und 65 Volumprozent, der Wassergehalt ztvisc':en 35 und 50 Volumprozent schwanken. Der Emulgiermittelgehalt kann zwischen 9 und 13,5 kg je 1591 des Öl-Wasser-Gemisches schwanken.
Nicht fluoreszierende, nicht färbende Emulsionsbohrflüssigkeiten wurden hergestellt, indem 1591 des beschriebenen flüssigen Konzentrats zu 7951 Ton-Wasser-Schlamm gegeben wurden, worauf in geeigneter Weise gerührt wurde, bis eine homogene Mischung entstanden war. Aus praktischen Gründen kann das Verhältnis von Konzentrat zu Ton-Wasser-Schlamm volumenmäßig zwischen 1 : 4 und i : 7 schwanken. Selbstverständlich kann das Konzentrat auch zu Ton-Wasser-Schlämmen gegeben werden, die bereits im Bohrloch verwendet werden, oder man setzt es frisch hergestellten Ton-Wasser-Schlämmen zu. Natürlich kann man auch Öl und Emulgiermittel an der Bohrstelle getrennt zu dem Ton-Wasser-Schlamm geben. Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die nicht fluoreszierenden, nicht färbenden Öle der Erfindung auch ohne Verbindung mit den hier genannten Emulgiermitteln eine besondere Verwendung gefunden haben. So werden z. B. derartige Öle allein zu vorher hergestellten Emulsionsflüssigkeiten gegeben, um die Ölkonzentration zu erhöhen. Je nach den Bedingungen an der Bohrstelle wird zuweilen gar kein Emulgiermittel zur Herstellung einer geeigneten Emulsionsflüssigkeit benötigt. Öle der hier beschriebenen Art sind auch entweder allein oder aber in einer Emulsionsbohrfiüssigkeit als >,Pille<< (Lockerungsmittel) benutzt worden.

In den hiesigen Versuchslaboratorien wurden nicht fluoreszierende, nicht färbende Emulsionsbohrflüssigkeiten mit und ohne Zusatz des oben beschriebenen Konzentrats hergestellt und mit Hilfe der Fluoreszenz, der Färbung und des Flüssigkeitsverlustes geprüft. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt

Bei- Ausgangsschlamm Konzentrat Flüssigkeitsverlust Fluoreszenz Färbung

Zusatz in C Cl

spiel 350 ccm in ccm ccm In. bei 366o

1 Gesättigte

Salzlösung/Ton o 0 16o 5 negativ negativ

2 - 87,5 59 5,6 30 - -

Ätzalkali

5 g Stärke

3 Golfküsten-

C/W-Bohrschlamm o 0 17,4 30 - -

4 - 87,5 0 2,7 30 - -

5 Westküsten-

C/W-Bohrschlamm o 0 12,2 30 - -

6 - 87,5 0 2,4 30 - -

Die obigen Beispiele begrenzen die Erfindung nicht. Es sind zahlreiche Abänderungen innerhalb des Erfindungsbereiches möglich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Emulsionsbohrflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Ölphase aus einem Mineralöl besteht, das gegen merkliche Verfärbung durch Farbkörperbildung beim Erhitzen unter Betriebsbedingung thermisch beständig ist, wobei dieses Öl einen Gehalt an Aromaten und Ungesättigtem von weniger als 5 °/a hat.
2. Emulsionsbohrflüssigkeit nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Aromate und Ungesättigtes in ihr eine merkliche Fluoreszenz zeigen, wenn sie ultraviolettem Licht im Bereich von 26oo bis 3700 Ä ausgesetzt wird.
3. Emulsionsbohrflüssigkeit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl ein Raffinat aus dem Edeleanuverfahren ist.
4. Einer Ton-Wasser-Bohrflüssigkeit zuzusetzendes Konzentrat, dadurch gekennzeichnet, daß es aus der Emulsion nach Anspruch 1, 2 oder 3, Wasser und gegebenenfalls einem nicht fluoreszierenden, nicht verfärbenden Emulgiermittel besteht.
5. Konzentrat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Emulgiermittel in dem Mineralöl unlöslich ist.
6. Konzentrat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 5o bis'65 °/o nicht fluoreszierendem Mineralöl, 35 bis 50 °/o Wasser und dem Emulgiermittel besteht.
7. Emulsionsbohrflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 1 Teil eines Konzentrats nach Anspruch 4 und 4 bis 7 Teilen eines Ton-Wasser-Schlammes besteht.