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Publication number: DEN0009276MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 29. Juli 1954 Bekanntgemacht am 19. Januar 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen, gegebenenfalls Ton und/oder ein anderes Beschwerungsmaterial enthaltenden Flüssigkeit für Bohrzwecke. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkeit, die mit Vorteil beim Bohren nach Erdöl und natürlichen Gasen verwendet werden kann.

Beim Bohren nach Erdöl oder natürlichen Gasen wird eine Bohrflüssigkeit, die in der Regel aus einer Suspension von Ton in Wasser besteht, durch ein Bohrrohr auf den Grund des Bohrloches gepumpt und dann durch den zwischen dem Bohrrohr und der Wandung des Bohrloches befindlichen Zwischenraum wieder an die Oberfläche gefördert. Es ist bekannt, daß sich bei Verwendung einer wäßrigen Flüssigkeit, z. B. einer Ton-Wasser-Suspension, als Bohrflüssigkeit verschiedene Nachteile ergeben, insbesondere dann, wenn die Bohrung durch Schichten von instabilem Ton oder durch zur Splitterung neigenden Schieferzonen, erfolgt. Beim Durchbohren von solchen Tonformationen unter Verwendung einer wäßrigen Bohrflüssigkeit wird nämlich die Wandung des Bohrloches häufig von der Flüssigkeit erodiert, wodurch starke Aushöhlungen und unregelmäßige Ausweitungen des Bohrloches entstehen können. Beim Bohren von zur Splitterung neigenden Schieferschichten quillt der Schiefer beträchtlich auf, so daß die Bildung von Aushöhlungen stark gefördert wird oder die Bohr-

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werkzeuge steckenbleiben können. Dies kann unter Umständen sogar zum vollkommenen Verlust des Bohrloches führen.

Bei Verwendung einer wäßrigen Bohrflüssigkeit wird ferner auch Ton aus der angebohrten Formation aufgenommen, und dadurch kann bei¹ einer langdauernden Bohrung die Viskosität der Bohrflüssigkeit unzulässig hoch werden. In diesem Falle muß. die Bohrflüssigkeit mit Chemikalien behandelt und schließlieh auch noch häufig mit Wasser verdünnt werden, wobei man gleichzeitig Beschwerungsmittel, wie Bariumsulfat,. zusetzt und mitunter auch ein Suspensionsmittel, z. B. ein kolloidales Material, wie Bentonit, beimischt, damit das Beschwerungsmittel in dem verdünnten Schlamm der Bohrflüssigkeit in Suspension gehalten und am Absetzen verhindert wird. Ferner ergeben sich beim Bohren durch Tonschichten häufig dadurch Schwierigkeiten, daß der Ton an den Bohrrohren, Bohrfuttern und den Bohreinsätzen festhaftet, was man als »Zusammenballung« bezeichnet, und dann als weitere Folge ebenfalls ein Steckenbleiben der Bohrwerkzeuge verursachen kann. Um die oben angeführten Nachteile in einem möglichst großen Ausmaß zu vermeiden, wird der Bohrflüssigkeit Öl zugesetzt. Diese zugesetzte Ölmenge muß in der Ton-Wasser-Mischung emulgiert werden, was man gewöhnlich durch Zusatz eines Emulgators erreicht. Diese Maßnahme ist.jedoch nicht immer einfach durchzuführen. Überdies bringt die An-

Wendung von Öl weitere Schwierigkeiten mit sich, die mit der erforderlichen Stabilität der Emulsion, insbesondere im Falle von hohen Bohrtemperaturen, in Zusammenhang stehen. Schließlich ist es auch schwierig, die Anwesenheit von Öl in der angebohrten Formation festzustellen, wenn die Bohrwerkzeuge an sich schon mit dem aus der Bohremulsion stammenden Öl verunreinigt sind. Es ist auch bekannt, der Bohrflüssigkeit Nätriumsilikat in einer Konzentration von mindestens 20% Silikat und 2% anderer ■40. Natrium- bzw. Kaliumsalze, wie z. B. Natriumchlorid, -nitrat und -chromat, hinzuzufügen. Solche relativ hochprozentigen Natriumsilikatlösungen sind jedoch, kostspielig. Außerdem ist die Gelfestigkeit dieser Spüllösungen für die'Verwendung in der Praxis nicht sicher genug.

Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, daß die oben angegebenen verschiedenen Nachteile vermieden werden können, wenn man der Bohrflüssigkeit eine oder mehrere organische, sauerstoffhaltige, wasserlösliche Siliciumverbindungen, z. B. wasserlösliche Silikonate, hinzufügt. Sehr gute Ergebnisse werden durch den Zusatz von Natriummethylsilikonat, z. B. CH₃Si(OH)₂ONa zur Bohrflüssigkeit erhalten. Im allgemeinen werden die organischen Siliciumverbindungen in solchen Mengen zugesetzt, daß ihr Gehalt in der Bohrflüssigkeit zwischen 0,1 und 5°/₀ beträgt. Der Zusatz der obenerwähnten wasserlöslichen, organischen Siliciumverbindungen zu einer Bohrflüssigkeit läßt sich in wesentlich einfacherer Weise durchführen als die Überführung einer wäßrigen Bohrflüssigkeit in eine Bohremulsion. Die angeführten Siliciumverbindungen können aber auch in einer fertigen Bohremulsion gelöst werden. Der Zusatz von organischen Siliciumverbindungen zu einer wäßrigen Bohrflüssigkeit hat die Wirkung, daß die Wandung des Bohrloches nicht oder nur viel langsamer angegriffen wird, so daß eine Aushöhlung überhaupt nicht oder nur in einem viel geringeren Maße als ohne Verwendung dieser Verbindungen eintritt. Das Aufquellen des Tons in den gebohrten Schichten wird in weitem Ausmaß verhindert.

Es wurde weiterhin' gefunden, daß Ton, wenn ein solcher doch noch von der Bohrflüssigkeit aufgenommen werden sollte, z. B. weggebohrter Ton, in Gegenwart der Siliciumverbindungen die Viskosität der Bohrflüssigkeit nicht oder in' einem weit geringeren Ausmaß als dies ohne diesen Zusatz der Fall wäre, erhöht, so daß es nicht mehr nötig ist, eine chemische Behandlung oder eine Verdünnung der Bohrflüssigkeit vorzunehmen oder zumindestens auf keinen Fall erforderlich ist, eine solche chemische Behandlung oder Verdünnung der Flüssigkeit in so kurzen Zeiträumen wie bisher durchzuführen. Ferner besteht auch keine Gefahr mehr, daß eine Zusammenballung des Tons eintritt.

Häufig ist es angebracht, den p_H-Wert der Bohrflüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung verhältnismäßig niedrig zu halten. Die besten Ergebnisse werden meist dann erzielt, wenn der p_H-Wert der Flüssigkeit unter etwa 10 bis 12 liegt. . 90·

Die hervorragenden Eigenschaften von wäßrigen Bohrflüssigkeiten mit einem Zusatz von Natriummethylsilikonat werden in den folgenden Beispielen näher erläutert.

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Beispiel 1

Zunächst wurde eine 5%ige Suspension von Bentonit in Wasser hergestellt (Viskosität 50 g Stornier). Dieser Suspension wurden jeweils verschiedene Mengen an Siliciumverbindungen sowie unter kräftigern Rühren 5% trockener Bentonit zugesetzt.

Tabelle I

Menge der Silicium	Dauer \|1pc T? in H fATl G	Viskosität
verbindungen in °/₀	UCo -LvLll-i-X ClXo in Minuten	. (Stornier)
O	I	Zu hoch für
		die Messung
I	IO	200 g
2	IO	170 g
5	IO	70 g

Aus den in Tabelle I ersichtlichen Werten ist zu ersehen, daß die durch den Zusatz von 5°/₀ an trockenem Bentonit hervorgerufene. Viskositätserhöhung infolge der Anwesenheit der Silikonverbindungen nur sehr gering ist; mit anderen Worten heißt dies, daß die Hydratation des Bentonits durch die Gegenwart der Siliciumverbindungen beträchtlich vermindert wird. Daraus ergibt sich, daß selbst dann, wenn beim Wegbohren der Formation Ton in die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Bohrflüssigkeit gelangt, die Viskosität der Bohrflüssigkeit nicht oder auf jeden Fall nur in einem weit geringeren Ausmaße erhöht wird als dies sonst der Fall wäre.

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Beispiel 2

Unter Verwendung einer üblichen Ton-Wasser-Bohrflüssigkeit, die mit Hilfe von Ton aus La Paz hergestellt worden war,, wurden auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise Versuche durchgeführt. In der Bohrflüssigkeit wurden verschiedene Mengen von Natriummethylsilikonat gelöste Zu jeder der auf diese Weise erhaltenen Bohrflüssigkeiten wurden , 30 g von Ton aus La Paz auf 250 cm³ zugesetzt, worauf 10 Minuten lang kräftig gerührt wurde.

Tabelle	Ursprüngliche Bohr	II	b	Gelfestig]	seit nach
	flüssigkeit (U. B.)	Viskosität (Stormer)		0 Min.	10 Min.
	U.B. +i°/₀Silikon-		185	a	b
	verbindung .....	a
U.B. +2% Silikon		145	20/35	60/90
verbindung	95.
U.B. +4% Silikon		135	2/10	8/35
verbindung	75
	105	3/18	5/30
76
	5/25	5/28
76

Die in Tabelle II unter a angegebenen Werte beziehen sich auf die ursprüngliche Bohrflüssigkeit mit einem Zusatz von 0; 1, 2 oder 4% Siliciumverbindung; die unter b angegebenen Werte beziehen sich auf die Bohrflüssigkeiten nach dem Zusatz der weiteren Tonmenge. Die Gelfestigkeit wurde mit dem Stormer-Viskosimeter jeweils nach ο bzw. 10 Minuten gemessen. Die Ergebnisse zeigen die vorteilhafte Wirkung der zugesetzten Siliciumverbindung.

Beispiel 3

Bruehstücke von Ton aus La Paz wurden in Wasser bzw. in eine 3°/₀ige Lösung von Natriummethylsilikonat eingebracht. Der in Wasser gebrachte Ton zerfiel sehr rasch, bis schließlich ein weiches Pulver als Rückstand zurückblieb. Die Tonbrocken, die in eine Natriummethylsilikonatlösung eingebracht worden waren, zerfielen während der ersten Minuten nur in einem geringen Umfang. Nach 24 Stunden besaßen diese Tonbrocken noch immer ihre ursprüngliche Form und waren ganz fest. Dieser Ver- ' such zeigt, daß die gemäß der vorliegenden Erfindung der Bohrflüssigkeit zugesetzten Siliciumverbindungen die Eigenschaft besitzen, das Quellen und den Zerfall des Tones zu verhindern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wäßrige, insbesondere für das Bohren nach Erdöl und Erdgasen geeignete, ein gelöstes Silikat enthaltende Bohrflüssigkeit, die gegebenenfalls Ton und/oder andere Beschwerungsmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine

' organisch substituierte Silikat verbindung enthält.

2. Bohrflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Natriummethylsilikonat enthält.

3. Bohrflüssigkeit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Gehalt an organisch substituierter Silikatverbindung 0,1 bis 5°/₀, bezogen auf die Bohrflüssigkeit, beträgt.

4. Bohrflüssigkeit nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihr p_H-Wert auf einen Betrag unter etwa 10 bis 12 eingestellt ist.

Angezogene Druckschriften:
»Erdöl und Kohle« 1951, S. 35.

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