EP0513041A1 - Use of selected ether-based emulsifiers in oil-based invert emulsions - Google Patents

Use of selected ether-based emulsifiers in oil-based invert emulsions

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EP0513041A1
EP0513041A1 EP19910902405 EP91902405A EP0513041A1 EP 0513041 A1 EP0513041 A1 EP 0513041A1 EP 19910902405 EP19910902405 EP 19910902405 EP 91902405 A EP91902405 A EP 91902405A EP 0513041 A1 EP0513041 A1 EP 0513041A1
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EP
European Patent Office
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emulsifiers
invert
alcohols
ethers
embodiment according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19910902405
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German (de)
French (fr)
Inventor
Heinz Müller
Claus-Peter Dr. Herold
Fritz Dr. Lange
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henkel AG and Co KGaA
Original Assignee
Henkel AG and Co KGaA
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Filing date
Publication date
Application filed by Henkel AG and Co KGaA filed Critical Henkel AG and Co KGaA
Publication of EP0513041A1 publication Critical patent/EP0513041A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K23/00Use of substances as emulsifying, wetting, dispersing, or foam-producing agents
    • C09K23/42Ethers, e.g. polyglycol ethers of alcohols or phenols
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02Well-drilling compositions
    • C09K8/32Non-aqueous well-drilling compositions, e.g. oil-based
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K23/00Use of substances as emulsifying, wetting, dispersing, or foam-producing agents

Definitions

  • the invention relates to the use of selected emulsifiers with increased ecological compatibility for the production of W / 0 invert emulsions and the technical use of such stabilized emulsion types in the context of drilling fluids and invert drilling fluids based thereon, which are characterized by high ecological compatibility and at the same time airszetrime ⁇ raft good standing and usage.
  • An important area of application for the new drilling mud systems is offshore drilling for the development of, for example, oil and / or natural gas deposits.
  • the use of the systems stabilized with the emulsifiers according to the invention is of particular importance in the marine field, but is not restricted to this. Drilling in permafrost areas should be mentioned as an important area of use
  • the new flushing systems according to the invention can also be used quite generally in land-based drilling, for example in geothermal drilling, in petroleum / natural gas, in carrying out geoscientific drilling and in drilling in the mining sector.
  • Oil-based drilling fluids are generally used as so-called invert emulsion muds, which consist of a three-phase system: oil, water and finely divided solids. These are preparations of the W / O emulsions type, ie the aqueous phase is heterogeneously finely dispersed in the closed oil phase.
  • additives in particular emulsifiers or emulsifier systems, weighting agents, thickeners, fluid loss additives, alkali reserves, viscosity regulators and the like.
  • additives in particular emulsifiers or emulsifier systems, weighting agents, thickeners, fluid loss additives, alkali reserves, viscosity regulators and the like.
  • the object of the present invention is to provide emulsifiers or emulsifier systems which are nitrogen-free and at the same time are ecologically compatible to a high degree.
  • emulsifiers or emulsifier systems which are nitrogen-free and at the same time are ecologically compatible to a high degree.
  • the technical requirements given by practice should be able to be met at least to the extent known to date by using the new emulsifiers.
  • the invention aims to create systems of the type described, which contribute to the further optimization of these tools, through the simultaneous use of the new environmentally compatible emulsifiers and, at the same time, of oil phases with increased environmental compatibility.
  • the teaching of the invention makes use of older proposals by the applicant regarding the nature of the closed oil phase in invert drilling fluids, which will be discussed in more detail below. Accordingly, the invention relates in a first embodiment to the use of partial ethers of lower polyfunctional alcohols with monofunctional alcohols containing at least 8 carbon atoms and / or their alkoxylates as nitrogen-free emulsifiers in oil-based invert emulsions.
  • the invention is based on the knowledge that selected, in particular oil-soluble partial ethers of the type described for the work area concerned here, with their varied requirements for the function of the emulsifier or the emulsifier system, surprisingly well for the exchange and replacement of the most effective emulsifiers to date Are based on nitrogen-containing compounds.
  • the invention relates to invert drilling fluids which, in a closed oil phase, contain a disperse aqueous phase together with customary other auxiliaries, for example emulsifiers, weighting agents, thickeners, fluid loss additives and alkali reserves, and are characterized thereby that they contain, as nitrogen-free W / O emulsifiers, at least some of the compounds of the type described above based on selected partial ethers of lower polyfunctional alcohols.
  • nitrogen-free partial ethers form the at least predominant proportion of the emulsifiers used in the invert rinse and, if additional emulsifier components are also used, nitrogen-free systems are preferably also used.
  • known nitrogen-containing emulsifiers can also be used together with the selected nitrogen-free partial ethers.
  • the selected partial ethers should also form the at least predominant portion of the emulsifiers used in the invert rinse.
  • the emulsifiers are used in invert drilling fluids, the closed oil phase of which is formed at least in part and preferably at least predominantly from oils which are more environmentally compatible.
  • Preferred oil phases here are ester oils, oil-soluble alcohols and / or oil-soluble ethers of the nature specified below.
  • the new nitrogen-free emulsifiers are, in particular, partial ethers of polyhydric alcohols having 2 to 6 carbon atoms and 2 to 6, preferably 2 to 4, hydroxyl groups.
  • partial ethers of ethylene glycol corresponding partial ethers of ethylene glycol, the
  • emulsifier systems which contain at least partially glycerol partial ethers of the type specified can be of particular importance in the context of the invention.
  • the monofunctional alcohols used to etherify a portion of the hydroxyl groups of the lower polyfunctional alcohols are oil-soluble compounds of this type or are derived from corresponding oil-soluble monofunctional alcohols having at least 8 carbon atoms. Suitable for partial etherification are in particular straight-chain and / or branched monofunctional alcohols with 8 to 36 C atoms and preferably those with 8 to 24 C atoms in the molecule. Corresponding monofunctional alcohols with 10 to 18 carbon atoms can be of particular importance. The alcohols themselves can be aliphatically saturated and / or mono- and / or poly-olefinically unsaturated. Corresponding alcohols of natural origin can be of particular importance in the context of the invention.
  • this class of substances are the so-called fatty alcohols, which are accessible on a large industrial scale, and which are reductive from fatty acids of natural origin or their derivatives. Partial ethers of this nature are characterized by their high ecological compatibility even with the particularly sensitive marine systems. However, the invention is not restricted to such components of natural origin. As is well known, synthetic chemistry is also able to provide comparable ecologically compatible components.
  • the partial etherification of the polyfunctional lower alcohols can also be carried out using alcohol alkoxylates, such as are obtained in particular by ethoxylation and / or propoxylation of the monofunctional alcohols.
  • the ethoxylated derivatives in particular can be of particular importance here as etherification components. If such alkoxylated fatty alcohols are used for ether formation, particular preference is given to corresponding alkoxylates with an average of up to 12 alkoxy radicals and in particular corresponding alcohol derivatives with an average of up to 8 alkoxy radicals in the alkoxylated monofunctional alcohol.
  • Partial ethers based on glycerol can be of particular importance both for reasons of ecological compatibility and for reasons of the required technical qualification.
  • monoethers of glycerol have proven to be effective emulsifiers and stabilizers of the invert system, but glycerol diethers can also be used at least in part in the systems.
  • these partial ethers of glycerol can also be present in a mixture with excess free glycerol. This means that there is no need to separate off an excess of glycerol caused by the preparation of the ethers.
  • Particularly suitable emulsifiers are ethers of the type described which have flash points above 100 ° C. and in particular above 120 ° C.
  • Compounds of this type can be safely used in drilling fluid based on invert emulsions. They are usually present in the multicomponent mixture in amounts below 10% by weight, preferably in amounts in the range from about 1 to 5% by weight, based in each case on invert rinsing.
  • R is a straight-chain and / or branched hydrocarbon residue with 8 to 36 C atoms and preferably a corresponding residue with 10 to 24 C atoms. If there are several etherifying residues of the type concerned here on the polyfunctional alcohol base molecule, the same, but also mixtures of different residues R of the given definition may be present. In the case of ethers based on monofunctional alcohols of natural origin, there are generally mixtures of homologous alcohol residues, the composition of which is derived in terms of the number of the respective carbon atoms and quantitative distribution of the alcohol residues of different chain lengths by the processes for isolating the alcohol mixtures based on natural products.
  • the radical Alk-0 from the general formula (I) denotes a lower alkylene oxide radical, ethylene oxide and / or propylene oxide radicals being preferred in particular.
  • the ethylene oxide residue is of particular importance here.
  • n denotes a number from 0 to 12 and preferably has a value from Q to 8.
  • y from the general formula (I) gives the number of hydroxyl groups of the lower polyfunctional alcohol R '- (0H) y used.
  • y preferably denotes a number from 2 to 6 and in particular a number from 2 to 4, where, in the case of glycerol, y assumes the value 3.
  • x from the general formula (I) is an integer or fractional number and preferably has the value of at least 1.
  • x is necessarily a number that is less than y.
  • x can have the value 1 and / or 2.
  • the balance between free and etherified hydroxyl groups of the lower polyfunctional alcohol is to be coordinated in a manner known per se in such a way that the compounds of the general formula (I) used are in fact W / 0 emulsifiers of the required type and thus in particular oil-soluble compounds are.
  • R 'from the general formula (I) means the radical of the lower polyfunctional alcohol used which is free of hydroxyl groups and has in particular 2 to 6, preferably 2 to 4, carbon atoms.
  • ethers used according to the invention as emulsifiers can be prepared in a manner known per se under conventional etherification conditions. Two types are particularly suitable driving types.
  • alcohols of the general formula (Ib) R-0- (Alk-0) n -H, in which R, Alk-0 and n have the meanings * indicated can be sulfated in a manner known per se. The sulfates formed are then reacted with the multifunctional lower alcohols in a known manner to give the partial ethers of the general formula (I).
  • the corresponding halide compounds in particular the corresponding chlorides, can be reacted with the lower polyfunctional alcohols in a manner known per se to give the ethers of the general formula (I).
  • this reaction component For the preparation of the partial ethers of lower polyfunctional alcohols, this reaction component latter is used in a preferred embodiment in a molar excess, with even more fold molar excess can be useful for example if, for example, 'monoether or predominantly monoether reaction mixtures containing required.
  • the resulting reaction mixtures which in addition to the partial ethers formed also contain free polyfunctional lower alcohols, can be used as such in the oil-based invert emulsions. If desired, however, the unreacted portion of the polyfunctional alcohol can also be withdrawn from the reaction mixture at least in part in a manner known per se.
  • the sulfate salts formed during the etherification in particular the corresponding sodium sulfate, may also remain in the reaction product, so that particularly inexpensive access to those used according to the invention can be obtained here
  • emulsifiers in industrial use.
  • the emulsifiers used according to the invention based on the partial ethers can be used in oil-based invert rinses of any desired oil phase. Accordingly, the diesel oil fractions still used on a large scale as well as the corresponding fractions of low-aromatic hydrocarbon compounds are suitable as a closed oil phase.
  • the invention provides for the use of selected oil phases as described in a number of older applications by the applicant.
  • a first class of particularly important oil components are ester oils in the sense of the inventive action, as described in particular in the earlier applications P 3842659.5, P 3842703.6, P 3907391.2 and P 3907392.0 (D 8523, D 8524, D 8606 and D 8607) .
  • the disclosure content of these named applications is hereby expressly made the subject of the present disclosure of the invention.
  • invert drilling fluids of the type concerned according to the invention regardless of the particular nature of the closed oil phase - that they are in preferred embodiments have a plastic viscosity (PV) in the range of about 10 to 60 Pas and a yield point (YP) in the range of about 24 to 190 dPa - each determined at 50 ° C.
  • PV plastic viscosity
  • YP yield point
  • the ester oils preferably ester oils from monocarboxylic acids and 1- and / or 2-functional alcohols - at least about a third, preferably the predominant ones Make up the proportion of these ecologically compatible oils.
  • the oil phase of the invert sludge should expediently have a Brookfield (RVT) viscosity below 50 mPas and preferably not above 40 mPas in the temperature range from 0 to 5 ° C.
  • RVT Brookfield
  • the disperse water content of the invert rinses is expediently 5 to 45% by weight, preferably approximately 10 to 25% by weight.
  • Salts for example of the type of CaCl2 and / or KC1, can be dissolved in the aqueous phase.
  • weighting agents There are weighting agents, fluid loss additives, viscosity formers and alkali reserves.
  • hydrophobicized lignite is used in particular as a fluid loss additive and thus in particular to form a dense covering of the drilling walls with a largely liquid-impermeable film.
  • Suitable amounts are for example in the range from about 15 to 20 lb / bbl or in the range from about 5 to 7% by weight, based on the oil phase.
  • the viscosity former usually used is a cationically modified, finely divided bentonite, which is present in particular in amounts of about 8 to 10 lb / bbl or in the range of about 2 to 4% by weight, based on the oil phase.
  • the weighting agent normally used in the relevant practice for setting the required pressure compensation is barite, the additional amounts of which are adapted to the respectively expected conditions of the bore. For example, by adding barite it is possible to increase the specific weight of the drilling fluid to values in the range up to about 2.5 and preferably in the range from about 1.3 to 1.6.
  • a characteristic parameter for the respective invert rinsing in the so-called HT / HP test under standard conditions is also described here.
  • the filtrate quantities determined here under standard conditions, which occur at high pressures and temperatures, are meaningful values, especially for the suitability of the emulsifiers used in each case.
  • emulsifiers are preferred according to the in the respective drilling fluid under standard conditions (HT / HP; 125 ° C) result in a fluid loss value in the range up to a maximum of 20 ml and preferably up to a maximum of 12 ml.
  • Particularly suitable values are in the range below 10 ml, for example in the range from 1 to 8 ml.
  • Drilling fluid I low aromatic oil
  • organophilic lignite (Duratone, NL Baroid)
  • the viscosity was measured at 50 ° C. in a Fann 35 viscometer from NL Baroid. Here were the plastic ones Viscosity, the yield point and the gel strength determined after 10 seconds and 10 minutes.
  • the oil rinse samples were then heated (aged) for 16 hours at 125 ° C. in small autoclaves, in a so-called “roller oven”, in order to check the influence of temperature on stability.
  • the viscosity was then determined again at 50 ° C.
  • the fluid loss at 125 ° C. was determined using an HT / HP filter cell (Baroid HT / HP cell No. 387).
  • Emulsifier A Emulsifier A

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Abstract

L'invention décrit de nouveaux émulsifiants sans N s'utilisant dans des émulsions inverties à base huileuse. Les émulsifiants objets de l'invention sont des éthers partiels d'alcools polyfonctionnels inférieurs comprenant des alcools monofonctionnels contenant au moins 8 atomes C et/ou leurs alkoxylats. Les éthers partiaux de glycérine correspondants sont particulièrement appropriés. On peut fabriquer avec les émulsifiants des fluides de forage invertis du type indiqué ci-dessus et améliorés sur le plan écologique, appropriés pour une exploitation de gisements géologiques qui ne nuise pas à l'environnement, et contenant une phase aqueuse dispersée à l'intérieur d'une phase huileuse fermée, avec d'autres adjuvants traditionnels, par exemple, des émulsifiants, des agents alourdissants, épaississants, des additifs fluid-loss et des réserves alcalines.The invention describes new N-free emulsifiers for use in invert oily-based emulsions. The emulsifiers which are the subject of the invention are partial ethers of lower polyfunctional alcohols comprising monofunctional alcohols containing at least 8 C atoms and / or their alkoxylates. The corresponding partial glycerin ethers are particularly suitable. Inverted drilling fluids of the type indicated above and ecologically improved can be produced with emulsifiers, suitable for the exploitation of geological deposits which do not harm the environment, and containing an aqueous phase dispersed inside. a closed oily phase, with other traditional adjuvants, for example, emulsifiers, weighting agents, thickeners, fluid-loss additives and alkaline reserves.

Description

"Verwendung ausgewählter Emulgatoren auf Etherbasis für Öl-basierte Invert-Emul ionen""Use of selected ether-based emulsifiers for oil-based invert emulsions"
Die Erfindung betrifft die Verwendung ausgewählter Emulgatoren mit erhöhter ökologischer Verträglichkeit für die Herstellung von W/0-Invert-Emulsionen sowie den technischen Einsatz derart stabi¬ lisierter Emulsionstypen im Rahmen von Bohrspülflüssigkeiten und darauf aufgebaute Invert-Bohrspülschläiπrae, die sich durch hohe ökologische Verträglichkeit bei gleichzeitig guten Stand- und Ge¬ brauchseigerfs raften airszetrimeπ. Ein wichtiges Einsatzgebiet für die neuen BohrspülSysteme sind off-shore-Bohrungen zur Erschließung von beispielsweise Erdöl- und/oder Erdgasvorkommen. Der Einsatz der mit den erfindungsgemäßen Emulgatoren stabilisierten Systeme hat besondere Bedeutung im marinen Bereich, ist aber nicht darauf ein¬ geschränkt. Als wichtiges Einsatzgebiet sind Bohrungen in Permafrostbereichen zu nennen, die einer verschärften ökologischenThe invention relates to the use of selected emulsifiers with increased ecological compatibility for the production of W / 0 invert emulsions and the technical use of such stabilized emulsion types in the context of drilling fluids and invert drilling fluids based thereon, which are characterized by high ecological compatibility and at the same time airszetrimeπ raft good standing and usage. An important area of application for the new drilling mud systems is offshore drilling for the development of, for example, oil and / or natural gas deposits. The use of the systems stabilized with the emulsifiers according to the invention is of particular importance in the marine field, but is not restricted to this. Drilling in permafrost areas should be mentioned as an important area of use
Kontrolle unterliegen. Die erfindungsgemäßen neuen Spülsysteme können aber auch ganz allgemeine Verwendung bei landgestützten Bohrungen finden, beispielsweise beim Geothermiebohren, bei Erd¬ öl/Erdgas, bei der Durchführung geowissenschaftlicher Bohrungen und bei Bohrungen im Bergbaubereich.Subject to control. However, the new flushing systems according to the invention can also be used quite generally in land-based drilling, for example in geothermal drilling, in petroleum / natural gas, in carrying out geoscientific drilling and in drilling in the mining sector.
Zum Stand der TechnikThe state of the art
Bohrspülungen auf Ölbasis werden im allgemeinen als sogenannte Invert-Emulsionsschlämme eingesetzt, die aus einem Drei-Phasen-Sy¬ stem bestehen: Öl, Wasser und feinteilige Feststoffe. Es handelt sich dabei um Zubereitungen vom Typ der W/O-Emulsionen, d. h. die wäßrige Phase ist heterogen feindispers in der geschlossenen Öl- phase verteilt. Zur Stabilisierung des Gesamtsystems und zur Ein¬ stellung der gewünschten Gebrauchseigenschaften ist eine Mehrzahl von Zusatzstoffen vorgesehen, insbesondere Emulgatoren bzw. Emulgatorsysteme, Beschwerungsmittel, Verdickungsmittel , fluid- loss-Additive, Alkalireserven, Viskositätsregler und dergleichen.- Zu Einzelheiten wird beispielsweise verwiesen auf die Veröffentli¬ chung 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.Oil-based drilling fluids are generally used as so-called invert emulsion muds, which consist of a three-phase system: oil, water and finely divided solids. These are preparations of the W / O emulsions type, ie the aqueous phase is heterogeneously finely dispersed in the closed oil phase. There is a plurality for stabilizing the overall system and for setting the desired usage properties of additives, in particular emulsifiers or emulsifier systems, weighting agents, thickeners, fluid loss additives, alkali reserves, viscosity regulators and the like. For details, reference is made, for example, to the publication PA Boyd et al. "New Base Oil Used in Low-Toxicity Oil Muds" Journal of Petroleum Technology, 1985, 137 to 142 and RB Bennett "New Drilling Fluid Technology - Mineral Oil Mud" Journal of Petroleum Technology, 1984, 975 to 981 and the literature cited therein .
Die Stabilität und Brauchbarkeit solcher Invert-Emulsionen unter den Bedingungen des praktischen Einsatzes werden in hohem Ausmaß durch die mitverwendeten W/O-Emulgatoren bzw. die entsprechenden Emulgatorsysteme bestimmt. An diese Emulgatoren werden vielgestal¬ tige Anforderungen gestellt. Sie müssen nicht nur bei Umgebungs¬ temperatur sondern auch unter den häufig hohen Temperaturen auf der Bohrlochsohle die Stabilität der Emulsion garantieren. In vielen Fällen werden der Bohrspülung Baryt oder andere anorganische Be¬ schwerungsmaterialien höherer Dichte zugegeben. Der Emulgator sollte auch die Ölbenetzbarkeit dieser anorganischen Beschwerungs¬ materialien verbessern. Schließlich ist bekannt, daß die Abdichtung des auf der Bohrlochwand abgelagerten Filterkuchens gegen den Durchtritt von Öl, Wasser und/oder W/O-Emulsion in hohem Ausmaß durch die jeweils eingesetzten Emulgatoren mitbestimmt wird.The stability and usability of such invert emulsions under the conditions of practical use are largely determined by the W / O emulsifiers used or the corresponding emulsifier systems. Various requirements are placed on these emulsifiers. They must guarantee the stability of the emulsion not only at ambient temperature but also under the often high temperatures on the bottom of the borehole. In many cases, barite or other inorganic weighting materials of higher density are added to the drilling fluid. The emulsifier should also improve the oil wettability of these inorganic weighting materials. Finally, it is known that the sealing of the filter cake deposited on the borehole wall against the passage of oil, water and / or W / O emulsion is largely determined by the emulsifiers used in each case.
In der heutigen Praxis werden je nach verwendetem Öl, d. h. Diesel¬ oder Mineralöl mit geringem Aromatenanteil, verschiedene Emulgatorsysteme eingesetzt. Besonders häufig verwendet werden Alkylbenzolsulfonate, Fettsäuren bzw. Fettsäuresalze und Aminoamide sowie I idazoline. Solche Emulgatorsysteme sind z. B. beschrieben in der US-PS 4,374,737 und der dort zitierten Literatur. Besondere Bedeutung haben heute im praktischen Einsatz stickstoffhaltige Emulgatorsysteme auf Basis "von Aminoamiden und/oder Imidazolinen. Diesen Emulgatoren kommt zwar hohe Wirksamkeit bezüglich der ge¬ schilderten technischen Anforderungen zu, sie werden jedoch zuneh¬ mend aus ökologischen Überlegungen heraus als nicht unbedenklich angesehen. Die Verbindungen zeigen insbesondere wegen ihres Ge¬ haltes an A inoverbindungen relativ hohe Toxizitäten gegen Wasser¬ organismen und sind damit unter Berücksichtigung der heute stei¬ genden Anforderungen an die ökologische Verträglichkeit beispiels¬ weise für See-gestützte Bohrungen oder für Bohrungen imIn current practice, depending on the oil used, ie diesel or mineral oil with a low aromatic content, different emulsifier systems are used. Alkylbenzenesulfonates, fatty acids or fatty acid salts and aminoamides and idazolines are used particularly frequently. Such emulsifier systems are e.g. B. described in US Patent 4,374,737 and the literature cited therein. Nitrogen-containing ones are of particular importance in practical use Emulsifier systems based on aminoamides and / or imidazolines. Although these emulsifiers are highly effective with regard to the technical requirements described, they are increasingly regarded as not harmless for ecological reasons. The compounds in particular show because of their content relatively high toxicities to aquatic organisms against aquatic organisms and are therefore, taking into account the increasing demands on ecological compatibility today, for example for sea-based drilling or for drilling in
Permafrostbereich weniger erwünscht.Permafrost area less desirable.
Die Aufgabe der Erfindung und ihre technische LösungThe object of the invention and its technical solution
Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, Emulgatoren bzw. Emulgatorsysteme zur Verfügung zu stellen, die Stickstoff-frei und gleichzeitig in hohem Ausmaß ökologisch verträglich sind. Dabei soll insbesondere hohe Verträglichkeit gegenüber den empfindlichen marinen Systemen gegeben sein. Gleichzeitig sollen die von der Praxis gegebenen technischen Anforderungen mindestens im bisher bekannten Ausmaß durch den Einsatz der neuen Emulgatoren erfüllt werden können.The object of the present invention is to provide emulsifiers or emulsifier systems which are nitrogen-free and at the same time are ecologically compatible to a high degree. In particular, there should be a high level of compatibility with the sensitive marine systems. At the same time, the technical requirements given by practice should be able to be met at least to the extent known to date by using the new emulsifiers.
In einer weiterführenden Aufgabe will die Erfindung durch den gleichzeitigen Einsatz den neuen umweTtvertragliehen Emulgatoren und gleichzeitig von Ölphasen erhöhter Umweltverträglichkeit Sy¬ steme der geschilderten Art schaffen, die zur weiteren Optimierung dieser Arbeitsmittel beitragen. In dieser zuletzt geschilderten Ausführungsform greift die Lehre der Erfindung auf ältere Vor¬ schläge der Anmelderin zur Beschaffenheit der geschlossenen Ölphase in Invert-Bohrspülungen zurück, auf die im nachfolgenden noch im einzelnen eingegangen wird. Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend in einer ersten Aus¬ führungsform die Verwendung von Partialethern niederer poly¬ funktioneller Alkohole mit wenigstens 8 C-Atome enthaltenden monofunktionellen Alkoholen und/oder deren Alkoxlaten als Stick¬ stoff-freie Emulgatoren in Öl-basischen Invert-Emulsionen.In a further task, the invention aims to create systems of the type described, which contribute to the further optimization of these tools, through the simultaneous use of the new environmentally compatible emulsifiers and, at the same time, of oil phases with increased environmental compatibility. In this last-described embodiment, the teaching of the invention makes use of older proposals by the applicant regarding the nature of the closed oil phase in invert drilling fluids, which will be discussed in more detail below. Accordingly, the invention relates in a first embodiment to the use of partial ethers of lower polyfunctional alcohols with monofunctional alcohols containing at least 8 carbon atoms and / or their alkoxylates as nitrogen-free emulsifiers in oil-based invert emulsions.
Die Erfindung geht hier von der Erkenntnis aus, daß ausgewählte, insbesondere.öllösliche Partialether der geschilderten Art für das hier betroffene Arbeitsgebiet mit seinen vielgestaltigen Anforde¬ rungen an die Funktion des Emulgators bzw. des Emulgatorsystems überraschend gut zum Austausch und Ersatz der bisher wirkungsvollsten Emulgatoren auf Basis stickstoffhaltiger Verbin¬ dungen geeignet sind.The invention is based on the knowledge that selected, in particular oil-soluble partial ethers of the type described for the work area concerned here, with their varied requirements for the function of the emulsifier or the emulsifier system, surprisingly well for the exchange and replacement of the most effective emulsifiers to date Are based on nitrogen-containing compounds.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung Invert- Bohrspülungen, die in einer geschlossenen Ölphase eine disperse wäßrige Phase zusammen mit üblichen weiteren H lfsstoffen, bei¬ spielsweise Emulgatoren, Beschwerungsmitteln, Verdickungsmitteln, fluid-loss-Additiven und Alkalireserven enthalten und dadurch ge¬ kennzeichnet sind, daß sie als Stickstoff-freie W/O-Emulgatoren wenigstens anteilig Verbindungen der zuvor geschilderten Art auf Basis von ausgewählten Partialethern niederer polyfunktioneller Alkohole enthalten. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, daß solche Stickstoff-freie Partialether den wenigstens überwiegenden Anteil der in der Invert-Spülung eingesetzten Emulgatoren bilden und bei Mitverwendung zusätzlicher Emulgatorkomponenten vorzugsweise eben¬ falls Stickstoff-freie Systeme zum Einsatz kommen. Darüber hinaus können zusammen mit den ausgewählten Stickstoff-freien Partialethern auch bekannte Stickstoff-haltige Emulgatoren Verwen¬ dung finden. Aber auch hierbei sollen die ausgewählten Partialether den wenigstens überwiegenden Anteil der in der Invert-Spülung ein¬ gesetzten Emulgatoren bilden. In bevorzugten Ausführungsformen kommen die Emulgatoren in Invert- Bohrspülungen zum Einsatz, deren geschlossene Ölphase wenigstens anteilig und vorzugsweise wenigstens überwiegend aus Ölen erhöhter U weltverträglichkeit gebildet ist. Bevorzugte Ölphaseπ sind hier Esteröle, öllösliche Alkohole und/oder öllösliche Ether der im nachfolgenden noch angegebenen Beschaffenheit.In a further embodiment, the invention relates to invert drilling fluids which, in a closed oil phase, contain a disperse aqueous phase together with customary other auxiliaries, for example emulsifiers, weighting agents, thickeners, fluid loss additives and alkali reserves, and are characterized thereby that they contain, as nitrogen-free W / O emulsifiers, at least some of the compounds of the type described above based on selected partial ethers of lower polyfunctional alcohols. According to the invention, it is preferred that such nitrogen-free partial ethers form the at least predominant proportion of the emulsifiers used in the invert rinse and, if additional emulsifier components are also used, nitrogen-free systems are preferably also used. In addition, known nitrogen-containing emulsifiers can also be used together with the selected nitrogen-free partial ethers. However, the selected partial ethers should also form the at least predominant portion of the emulsifiers used in the invert rinse. In preferred embodiments, the emulsifiers are used in invert drilling fluids, the closed oil phase of which is formed at least in part and preferably at least predominantly from oils which are more environmentally compatible. Preferred oil phases here are ester oils, oil-soluble alcohols and / or oil-soluble ethers of the nature specified below.
Die neuen Stickstoff-freien Emulgatoren sind insbesondere Partialether von mehrwertigen Alkoholen mit 2 bis 6 C-Atσmen und 2 bis 6 - vorzugsweise mit 2 bis 4 - Hydroxylgruppen. Geeignet sind insbesondere entsprecheιτcte Partialether des Ethylenglykols, desThe new nitrogen-free emulsifiers are, in particular, partial ethers of polyhydric alcohols having 2 to 6 carbon atoms and 2 to 6, preferably 2 to 4, hydroxyl groups. Corresponding partial ethers of ethylene glycol, the
1,2-Propandiols, des 1,3-Propandiols, des Trimethylolpropans, des Glycerins und/oder des Pentaerythrits. Besondere Bedeutung kann im Rahmen der Erfindung solchen EmuIgatorSystemen zukommen, die we¬ nigstens anteilsweise Glycerinpartialether der angegebenen Art enthalten.1,2-propanediol, 1,3-propanediol, trimethylolpropane, glycerol and / or pentaerythritol. Such emulsifier systems which contain at least partially glycerol partial ethers of the type specified can be of particular importance in the context of the invention.
Die zur Veretherung eines Anteils der Hydroxylgruppen der niederen polyfunktionellen Alkohole eingesetzten monofunktionellen Alkohole sind öllösliche Verbindungen dieser Art bzw. leiten sich von ent¬ sprechenden öllöslichen monofunktionellen Alkoholen mit wenigstens 8 C-Atomen ab. Geeignet sind für die partielle Veretherung insbe¬ sondere geradkettige und/oder verzweigte monofunktionelle Alkohole mit 8 bis 36 C-Atomen und vorzugsweise solche mit 8 bis 24 C-Atomen im Molekül. Besondere Bedeutung kann entsprechenden monofunktionellen Alkoholen mit 10 bis 18 C-Atomen zukommen. Die Alkohole selber können dabei aliphatisch gesättigt und/oder ein- und/oder mehrfach olefinisch ungesättigt sein. Im Rahmen der Er¬ findung kann dabei- entsprechenden Alkoholen natürlichen Ursprungs besondere Bedeutung zukommen. Besonders wichtige Beispiele für diese Stoffklasse sind die im großtechnischen Umfang zugänglichen sogenannten Fettalkohole, die auf reduktivem Wege aus Fettsäuren natürlichen Ursprungs bzw. ihren Derivaten gewonnen werden. Partialether dieser Beschaffenheit zeichnen durch hohe ökologische Verträglichkeit auch gegenüber den besonders empfindlichen marinen Systemen aus. Die Erfindung ist allerdings nicht auf solche Be¬ standteile natürlichen Ursprungs eingeschränkt. Auch die synthe¬ tische Chemie ist bekanntlich in der Lage, vergleichbar ökologisch verträgliche Komponenten zur Verfügung zu stellen.The monofunctional alcohols used to etherify a portion of the hydroxyl groups of the lower polyfunctional alcohols are oil-soluble compounds of this type or are derived from corresponding oil-soluble monofunctional alcohols having at least 8 carbon atoms. Suitable for partial etherification are in particular straight-chain and / or branched monofunctional alcohols with 8 to 36 C atoms and preferably those with 8 to 24 C atoms in the molecule. Corresponding monofunctional alcohols with 10 to 18 carbon atoms can be of particular importance. The alcohols themselves can be aliphatically saturated and / or mono- and / or poly-olefinically unsaturated. Corresponding alcohols of natural origin can be of particular importance in the context of the invention. Particularly important examples of this class of substances are the so-called fatty alcohols, which are accessible on a large industrial scale, and which are reductive from fatty acids of natural origin or their derivatives. Partial ethers of this nature are characterized by their high ecological compatibility even with the particularly sensitive marine systems. However, the invention is not restricted to such components of natural origin. As is well known, synthetic chemistry is also able to provide comparable ecologically compatible components.
Neben oder anstelle der monofunktionellen Alkohole der1 geschil¬ derten Art können zur partiellen Veretherung der polyfunktionellen niederen Alkohole auch Alkoholalkoxylate eingesetzt werden, wie sie insbesondere durch Ethoxylierung und/oder Propoxylieruπg der monofunktionellen Alkohole erhalten werden. Besonders den ethoxylierten Derivaten kann hier als Veretherungsko ponente be¬ sondere Bedeutung zukommen. Werden solche alkoxylierten Fettalko¬ hole zur Etherbildung eingesetzt, so sind insbesondere entspre¬ chende Alkoxylate mit durchschnittlich bis zu 12 Alkoxyresten und insbesondere entsprechende Alkoholderivate mit durchschnittlich bis zu 8 Alkoxyresten im alkoxylierten monofunktionellen Alkohol be¬ vorzugt.In addition to or instead of the monofunctional alcohols of the 1 type described, the partial etherification of the polyfunctional lower alcohols can also be carried out using alcohol alkoxylates, such as are obtained in particular by ethoxylation and / or propoxylation of the monofunctional alcohols. The ethoxylated derivatives in particular can be of particular importance here as etherification components. If such alkoxylated fatty alcohols are used for ether formation, particular preference is given to corresponding alkoxylates with an average of up to 12 alkoxy radicals and in particular corresponding alcohol derivatives with an average of up to 8 alkoxy radicals in the alkoxylated monofunctional alcohol.
Sowohl aus Gründen der ökologischen Verträglichkeit als auch aus Gründen der geforderten technischen Qualifikation kann Partial¬ ethern auf Glycerinbasis besondere Bedeutung zukommen. Hier haben sich insbesondere Monoether des Glycerins als wirkungsvolle Emulgatoren und Stabilisatoren des Invert-Systems erwiesen, wobei aber auch Glycerindiether wenigstens anteilsweise in den Systemen zum Einsatz kommen können. Diese Partialether des Glycerins können erfindungsgemäß auch in Abmischung mit überschüssigem freien Glycerin vorliegen. Dies bedeutet, daß sich die Abtrennung eines durch die Herstellung der Ether bedingter Überschuß an Glycerin erübrigt. Als Emulgatoren sind insbesondere Ether der geschilderten Art ge¬ eignet, die Flammpunkte oberhalb 100 °C und insbesondere oberhalb 120 °C aufweisen. Verbindungen dieser Art können unbedenklich in Bohrspülflüssigkeiten auf Basis von Invert-Emulsionen eingesetzt werden. Sie liegen dabei normalerweise in Mengen unter 10 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen im Bereich von etwa 1 bis 5 Gew.-% - bezogen jeweils auf Invert-Spülung - im Mehrstoffgemisch vor.Partial ethers based on glycerol can be of particular importance both for reasons of ecological compatibility and for reasons of the required technical qualification. Here, in particular, monoethers of glycerol have proven to be effective emulsifiers and stabilizers of the invert system, but glycerol diethers can also be used at least in part in the systems. According to the invention, these partial ethers of glycerol can also be present in a mixture with excess free glycerol. This means that there is no need to separate off an excess of glycerol caused by the preparation of the ethers. Particularly suitable emulsifiers are ethers of the type described which have flash points above 100 ° C. and in particular above 120 ° C. Compounds of this type can be safely used in drilling fluid based on invert emulsions. They are usually present in the multicomponent mixture in amounts below 10% by weight, preferably in amounts in the range from about 1 to 5% by weight, based in each case on invert rinsing.
Für die Zwecke der Erfindung sind insbesondere oleophile und höch¬ stens begrenzt wasserlösliche Ether der nachfolgenden allgemeinen Formel (I) geeignetParticularly suitable for the purposes of the invention are oleophilic and at most water-soluble ethers of the following general formula (I)
JR - 0 (Alk-O)J-χ R' - (0H)y_x (I)JR - 0 (Alk-O) J-χ R '- (0H) y _ x (I)
In dieser Formel bedeutetIn this formula means
R einen geradkettigen und/oder verzweigten Kohlenwasserstoff- rest mit 8 bis 36 C-Atomen und vorzugsweise einen entsprechen¬ den Rest mit 10 bis 24 C-Atomen. Liegen mehrere verethernde Reste der hier betroffenen Art am mehrfunktionellen Alkohol- Grundmolekül vor, so können gleiche, aber auch Mischungen ver¬ schiedener Reste R der angegebenen Definition vorliegen. Bei Ethern auf Basis von monofunktionellen Alkoholen natürlichen Ursprungs liegen in aller Regel Gemische homologer Alkoholreste vor, deren Zusammensetzung sich bezüglich Anzahl der jeweiligen Kohlenstoffatome und mengenmäßiger Verteilung der Alkoholreste unterschiedlicher Kettenlänge durch die Verfahren zur Isolie¬ rung der Alkoholgemische auf Naturstoffbasis ableiten.R is a straight-chain and / or branched hydrocarbon residue with 8 to 36 C atoms and preferably a corresponding residue with 10 to 24 C atoms. If there are several etherifying residues of the type concerned here on the polyfunctional alcohol base molecule, the same, but also mixtures of different residues R of the given definition may be present. In the case of ethers based on monofunctional alcohols of natural origin, there are generally mixtures of homologous alcohol residues, the composition of which is derived in terms of the number of the respective carbon atoms and quantitative distribution of the alcohol residues of different chain lengths by the processes for isolating the alcohol mixtures based on natural products.
Der Rest Alk-0 aus der allgemeinen Formel (I) bedeutet einen niederen Alkylenoxidrest, wobei insbesondere Ethylenoxid- und/oder Propylenoxidreste bevorzugt sind. Besondere Bedeutung kommt hier dem Ethylenoxidrest zu. n bedeutet in der allgemeinen Formel (I) eine Zahl von 0 bis 12 und hat bevorzugt einen Wert von Q bis 8.The radical Alk-0 from the general formula (I) denotes a lower alkylene oxide radical, ethylene oxide and / or propylene oxide radicals being preferred in particular. The ethylene oxide residue is of particular importance here. In the general formula (I), n denotes a number from 0 to 12 and preferably has a value from Q to 8.
y aus der allgemeinen Formel (I) ergibt die Anzahl der Hydro¬ xylgruppen des eingesetzten niederen polyfunktionellen Alkohols R'-(0H)y wieder. Im Sinne der erfindungsgemäßen Definition be¬ deutet y bevorzugt eine Zahl von 2 bis 6 und insbesondere eine Zahl von 2 bis 4-, wobei.im.Fall des Glycerins y den Wert von 3 annimmt.y from the general formula (I) gives the number of hydroxyl groups of the lower polyfunctional alcohol R '- (0H) y used. In the sense of the definition according to the invention, y preferably denotes a number from 2 to 6 and in particular a number from 2 to 4, where, in the case of glycerol, y assumes the value 3.
x aus der allgemeinen Formel (I) ist eine ganze oder gebrochene Zahl und hat vorzugsweise den Wert von wenigstens 1. Dabei ist x notwendigerweise eine Zahl, die kleiner als y ist. Das ergibt sich aus der erfindungsgemäßen Forderung des Einsatzes der Partialether der vorgelegten niederen polyfunktionellen Alko¬ hole. In bevorzugten Partialethern kann x den Wert von 1 und/oder 2 aufweisen. Dabei ist allerdings in an sich bekannter Weise das Gleichgewicht zwischen freien und veretherten Hydro¬ xylgruppen des niederen polyfunktionellen Alkohols derart ab¬ zustimmen, daß die eingesetzten Verbindungen der allgemeinen Formel (I) tatsächlich W/0-Emulgatoren der geforderten Art und damit insbesondere öllösliche Verbindungen sind.x from the general formula (I) is an integer or fractional number and preferably has the value of at least 1. Here, x is necessarily a number that is less than y. This results from the requirement according to the invention for the use of the partial ethers of the lower polyfunctional alcohols submitted. In preferred partial ethers, x can have the value 1 and / or 2. However, the balance between free and etherified hydroxyl groups of the lower polyfunctional alcohol is to be coordinated in a manner known per se in such a way that the compounds of the general formula (I) used are in fact W / 0 emulsifiers of the required type and thus in particular oil-soluble compounds are.
R' aus der allgemeinen Formel (I) bedeutet schließlich den von Hydroxylgruppen freien Rest des eingesetzten niederen polyfunktionellen Alkohols mit insbesondere 2 bis 6, vorzugs¬ weise mit 2 bis 4 C-Atomen.Finally, R 'from the general formula (I) means the radical of the lower polyfunctional alcohol used which is free of hydroxyl groups and has in particular 2 to 6, preferably 2 to 4, carbon atoms.
Die Herstellung der erfindungsgemäß als Emulgatoren eingesetzten Ether kann in an sich bekannter Weise unter üblichen Verethe- rungsbedingungen erfolgen. Geeignet sind insbesondere zwei Ver- fahrenstypen. So kann man in einer ersten Ausführungsform Alkohole der allgemeinen Formel (Ib) R-0-(Alk-0)n-H, in der R, Alk-0 und n die angebenen Bedeutungen*, haben, in an sich bekannter Weise sulfatieren. Die gebildeten Sulfate werden dann mit den mehrfunk- tionellen niederen Alkoholen in bekannter Weise zu den Partialethern der allgemeinen Formel (I) umgesetzt.The ethers used according to the invention as emulsifiers can be prepared in a manner known per se under conventional etherification conditions. Two types are particularly suitable driving types. Thus, in a first embodiment, alcohols of the general formula (Ib) R-0- (Alk-0) n -H, in which R, Alk-0 and n have the meanings * indicated, can be sulfated in a manner known per se. The sulfates formed are then reacted with the multifunctional lower alcohols in a known manner to give the partial ethers of the general formula (I).
Anstelle der Alkohole der allgemeinen Formel (Ib) können die ent¬ sprechenden Halogenidverbindungen, insbesondere die entsprechenden Chloride mit den niederen polyfunktionellen Alkoholen in an sich bekannter Weise zu άen Etheπr άer allgemeinen Formel (I) umgesetzt werden.Instead of the alcohols of the general formula (Ib), the corresponding halide compounds, in particular the corresponding chlorides, can be reacted with the lower polyfunctional alcohols in a manner known per se to give the ethers of the general formula (I).
Zur Herstellung der Partialether der niederen polyfunktionellen Alkohole wird diese zuletzt genannte Reaktionskomponente in einer bevorzugten Ausführungsform im molaren Überschuß eingesetzt, wobei sogar mehrfacher molarer Überschuß beispielsweise dann sinnvoll sein kann, wenn beispielsweise'Monoether oder überwiegend Monoether enthaltende Reaktionsgemische gefordert werden. Für die Zwecke der Erfindung können die dabei anfallenden Reaktionsgemische, die neben den gebildeten Partialethern auch freie mehrfunktionelle niedere Alkohole enthalten, als solche in den ölbasierten Invert-Emulsionen eingesetzt werden. Gewünschtenfalls kann aber in an sich bekannter Weise auch wenigstens anteilsweise der nicht reagierte Anteil des polyfunktionellen Alkohols aus deπr Reaktionsgemisch abgezogen wer¬ den. Von besonderer Bedeutung ist für die zuerst genannte Verfah¬ rensvariante der Veretherung über die Alkoholsulfate weiterhin, daß die bei der Veretherung entstehenden Sulfatsalze, insbesondere das entsprechende Natriumsulfat -ebenfalls im Reaktionsprodukt verblei¬ ben kann, so daß hier ein besonders preiswerter Zugang zu den erfindungsgemäß eingesetzten Emulgatoren im großtechnischen Einsatz besteht. Wie zuvor angegeben, können die erfindungsgemäß eingesetzten Emulgatoren auf Basis der Partialether in ölbasischen Invert- Spülungen beliebig gewählter Ölphase zum Einsatz kommen. Geeignet sind dementsprechend als geschlossene Ölphase die heute noch immer im großen Umfang eingesetzten Dieselölfraktionen ebenso wie die entsprechenden Fraktionen aromatenarmer KohlenwasserstoffVerbin¬ dungen.For the preparation of the partial ethers of lower polyfunctional alcohols, this reaction component latter is used in a preferred embodiment in a molar excess, with even more fold molar excess can be useful for example if, for example, 'monoether or predominantly monoether reaction mixtures containing required. For the purposes of the invention, the resulting reaction mixtures, which in addition to the partial ethers formed also contain free polyfunctional lower alcohols, can be used as such in the oil-based invert emulsions. If desired, however, the unreacted portion of the polyfunctional alcohol can also be withdrawn from the reaction mixture at least in part in a manner known per se. Of particular importance for the first-mentioned process variant of etherification via the alcohol sulfates is furthermore that the sulfate salts formed during the etherification, in particular the corresponding sodium sulfate, may also remain in the reaction product, so that particularly inexpensive access to those used according to the invention can be obtained here There are emulsifiers in industrial use. As indicated above, the emulsifiers used according to the invention based on the partial ethers can be used in oil-based invert rinses of any desired oil phase. Accordingly, the diesel oil fractions still used on a large scale as well as the corresponding fractions of low-aromatic hydrocarbon compounds are suitable as a closed oil phase.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe, Arbeitsmittel verbes¬ serter Ökologie und insbesondere meeresbiologisch akzeptable Bohr¬ spülungen einzusetzen, sieht die Erfindung die Verwendung ausge¬ wählter Ölphasen vor, wie sie in einer Reihe von älteren Anmel¬ dungen der Anmelderin beschrieben sind. Eine erste Klasse besonders wichtiger Ölko ponenten sind dementsprechend im Sinne des erfindungsgemäßen Handelns umweitvertragliehe Esteröle, wie sie insbesondere in den älteren Anmeldungen P 3842659.5, P 3842703.6, P 3907391.2 und P 3907392.0 (D 8523, D 8524, D 8606 und D 8607) geschildert sind. Der Offenbarungsinhalt dieser genannten Anmeldungen wird hiermit ausdrücklich zum Gegenstand auch der vorliegenden Erfindungsoffenbarung gemacht.To achieve the object according to the invention of using work equipment of improved ecology and in particular drilling biologically acceptable drilling fluids, the invention provides for the use of selected oil phases as described in a number of older applications by the applicant. Accordingly, a first class of particularly important oil components are ester oils in the sense of the inventive action, as described in particular in the earlier applications P 3842659.5, P 3842703.6, P 3907391.2 and P 3907392.0 (D 8523, D 8524, D 8606 and D 8607) . The disclosure content of these named applications is hereby expressly made the subject of the present disclosure of the invention.
Zusammen mit Esterölen dieser Art oder anstelle dieser Esteröle sind aber auch ausgewählte öllösliche Alkohole bzw. ausgewählte öllösliche Ether als Grundöl der Invert-Spülung geeignet, wie sie beispielsweise in den älteren Patentanmeldungen P 39 11 238.1 und P 39 11 299.3 (D 8511 und D 8539) der Anmelderin beschrieben sind. Auch der Gegenstand dieser Druckschriften wird hiermit ausdrücklich zum Gegenstand der vorliegenden Erfindungsoffenbarung gemacht.Together with ester oils of this type or instead of these ester oils, however, selected oil-soluble alcohols or selected oil-soluble ethers are also suitable as the base oil of the invert rinse, as used, for example, in the earlier patent applications P 39 11 238.1 and P 39 11 299.3 (D 8511 and D 8539 ) are described by the applicant. The subject of these publications is hereby expressly made the subject of the present disclosure of the invention.
Übereinstimmend gilt für Invert-Bohrspülungen der erfindungsgemäß betroffenen Art - unabhängig von der bestimmten Beschaffenheit der geschlossenen Ölphase - daß sie in bevorzugten Ausführungsformen eine Plastische Viskosität (PV) im Bereich von etwa 10 bis 60 Pas und eine Fließgrenze (Yield Point YP) im Bereich von etwa 24 bis 190 dPa - jeweils bestimmt bei 50 °C - aufweisen. Es kann weiterhin bevorzugt sein, daß bei der Mitverwendung von ökologisch verträg¬ lichen Ölen in der geschlossenen Ölphase die Esteröle - bevorzugt Esteröle aus Monocarbonsäuren und 1- und/oder 2-funktionellen Al¬ koholen - wenigstens etwa ein Drittel, vorzugsweise den überwie¬ genden Anteil dieser ökologisch verträglichen Öle ausmachen.The same applies to invert drilling fluids of the type concerned according to the invention - regardless of the particular nature of the closed oil phase - that they are in preferred embodiments have a plastic viscosity (PV) in the range of about 10 to 60 Pas and a yield point (YP) in the range of about 24 to 190 dPa - each determined at 50 ° C. It can furthermore be preferred that when ecologically compatible oils are used in the closed oil phase, the ester oils - preferably ester oils from monocarboxylic acids and 1- and / or 2-functional alcohols - at least about a third, preferably the predominant ones Make up the proportion of these ecologically compatible oils.
Die Ölphase des Invert-Schlamms soll zweckmäßigerweise im Tempera¬ turbereich von 0 bis 5 °C eine Brookfield(RVT)-Viskosität unterhalb 50 mPas und vorzugsweise nicht über 40 mPas aufweisen.The oil phase of the invert sludge should expediently have a Brookfield (RVT) viscosity below 50 mPas and preferably not above 40 mPas in the temperature range from 0 to 5 ° C.
Der disperse Wasseranteil der Invert-Spülungen beträgt zweckmäßi¬ gerweise 5 bis 45 Gew.-%, bevorzugt etwa 10 bis 25 Gew.-%. In der wäßrigen Phase können Salze beispielsweise von der Art des CaCl2 und/oder KC1 gelöst sein.The disperse water content of the invert rinses is expediently 5 to 45% by weight, preferably approximately 10 to 25% by weight. Salts, for example of the type of CaCl2 and / or KC1, can be dissolved in the aqueous phase.
Weitere Mischunαskomponenten der Invert-BohrspülunqOther mixing components of the invert drilling fluid
In Betracht kommen hier alle üblichen Mischungsbestandteile zur Konditionierung und für den praktischen Einsatz der Invert- Bohrspülsehlamme, wie sie nach der heutigen Praxis mit Mineralölen als geschlossene Phase zur Verwendung kommen. Neben der dispersen wäßrigen Phase, der Ölphase und den Emulgatoren sind vor allenAll usual mixture components for conditioning and for the practical use of the invert drilling mud sludge are considered here, as they are used according to current practice with mineral oils as a closed phase. In addition to the disperse aqueous phase, the oil phase and the emulsifiers are all
Dingen Beschwerungsmittel, fluid-loss-Additive, Viskositätsbildner und Alkalireserven zu nennen.There are weighting agents, fluid loss additives, viscosity formers and alkali reserves.
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 beispielsweise im Bereich von etwa 15 bis 20 lb/bbl oder im Bereich von etwa 5 bis 7 Gew.-% - bezogen auf die Ölphase.In practice, hydrophobicized lignite is used in particular as a fluid loss additive and thus in particular to form a dense covering of the drilling walls with a largely liquid-impermeable film. Suitable amounts are for example in the range from about 15 to 20 lb / bbl or in the range from about 5 to 7% by weight, based on the oil phase.
In Bohrspülungen der hier betroffenen Art ist der üblicherweise eingesetzte Viskositätsbildner ein kationisch modifizierter fein¬ teiliger Bentonit, der insbesondere in Mengen von etwa 8 bis 10 lb/bbl oder im Bereich von etwa 2 bis 4 Gew.-%, bezogen auf Ölpha¬ se, verwendet werden kann. Das in der einschlägigen Praxis übli¬ cherweise eingesetzte Beschwerungsmittel zur Einstellung des er¬ forderlichen Druckausgleichs ist Baryt, dessen Zusatzmengen den jeweils zu erwartenden Bedingungen der Bohrung angepaßt werden. Es ist beispielsweise möglich, durch Zusatz von Baryt das spezifische Gewicht der Bohrspülung auf Werte im Bereich bis etwa 2,5 und vor¬ zugsweise im Bereich von etwa 1,3 bis 1,6 zu erhöhen.In drilling fluids of the type concerned here, the viscosity former usually used is a cationically modified, finely divided bentonite, which is present in particular in amounts of about 8 to 10 lb / bbl or in the range of about 2 to 4% by weight, based on the oil phase. can be used. The weighting agent normally used in the relevant practice for setting the required pressure compensation is barite, the additional amounts of which are adapted to the respectively expected conditions of the bore. For example, by adding barite it is possible to increase the specific weight of the drilling fluid to values in the range up to about 2.5 and preferably in the range from about 1.3 to 1.6.
Einzelheiten zur üblichen Zusammensetzung von Invert-Bohrspülungen, die zu ihrer Austestung eingesetzten Meßmethoden und die Bestimmung der dabei ermittelten Parameter sind Gegenstand zahlreicher Veröf¬ fentl chungen des druckschriftlichen Standes der Technik, wie er eingangs zitiert wurde. Ausführliche Angaben finden sich bei¬ spielsweise in dem Handbuch "Manual Of Drilling Fluids Technology" der Firma NL-Baroid, London, GB, dort insbesondere unter Kapitel "Mud Testing - Tools and Techniques" sowie "Oil Mud Technology", das der interessierten Fachwelt frei zugänglich ist.Details of the usual composition of invert drilling fluids, the measurement methods used to test them and the determination of the parameters determined in the process are the subject of numerous publications of the state of the art in print as cited at the beginning. Detailed information can be found, for example, in the "Manual Of Drilling Fluids Technology" manual from NL-Baroid, London, GB, there in particular under the chapters "Mud Testing - Tools and Techniques" and "Oil Mud Technology", which are of interest to the specialist community is freely accessible.
Beschrieben ist hier insbesondere auch eine charakteristische Be¬ stimmungsgröße für die jeweilige Invert-Spülung im sogenannten HT/HP-Test unter Standardbedingungen (125 °C). Die hier unter Standardbedingungen bestimnten Filtratmengen, die bei hohen Drucken und Temperaturen anfallen, sind aussagekräftige Werte, insbesondere auch gerade für die Eignung der jeweils eingesetzten Emulgatoren. Erfindungsgemäß werden dementsprechend Emulgatoren bevorzugt, die in der jeweiligen Bohrspülung unter Standardbedingungen (HT/HP; 125 °C) einen fluid-loss-Wert im Bereich bis maximal 20 ml und vorzugsweise bis maximal 12 ml ergeben. Besonders geeignete Werte liegen im Bereich unterhalb 10 ml, beispielsweise im Bereich von 1 bis 8 ml.In particular, a characteristic parameter for the respective invert rinsing in the so-called HT / HP test under standard conditions (125 ° C.) is also described here. The filtrate quantities determined here under standard conditions, which occur at high pressures and temperatures, are meaningful values, especially for the suitability of the emulsifiers used in each case. Accordingly, emulsifiers are preferred according to the in the respective drilling fluid under standard conditions (HT / HP; 125 ° C) result in a fluid loss value in the range up to a maximum of 20 ml and preferably up to a maximum of 12 ml. Particularly suitable values are in the range below 10 ml, for example in the range from 1 to 8 ml.
In den nachfolgend angegebenen Beispielen wird die Herstellung ei¬ ner Mehrzahl von Partialethern im Sinne der erfindungsgemäßen De¬ finition und ihr Einsatz als Stabilisator von Bohrspülungen be¬ schrieben. Dabei werden die im nachfolgenden angegebenen zwei un¬ terschiedlichen Bohrspülungstypen I und II eingesetzt.The examples given below describe the production of a plurality of partial ethers in the sense of the definition according to the invention and their use as a stabilizer for drilling fluids. The two different drilling fluid types I and II given below are used.
Bohrspülung I (aromatenarmes Öl)Drilling fluid I (low aromatic oil)
170 ml Trägeröl (BP 83 HF)170 ml carrier oil (BP 83 HF)
4 g organophiler Bentonit (Geltone, Fa. NL Baroid)4 g organophilic bentonite (Geltone, NL Baroid)
4,5 g organophiler Lignit (Duratone, Fa. NL Baroid)4.5 g organophilic lignite (Duratone, NL Baroid)
62 ml Wasser62 ml water
30 g CaCl2 x 2 H2O30 g CaCl2 x 2 H2O
6 g Emulgator (siehe Tabelle 1)6 g emulsifier (see table 1)
3 g Stearinsäure3 g stearic acid
3 g Ca(0H)2 180 g Baryt3 g Ca (0H) 2 180 g barite
Zur Prüfung der Eigenschaften dieser und weiterer Ölspülungen wur¬ den folgende Tests* durchgeführt:The following tests * were carried out to test the properties of these and other oil rinses:
* (Standard Procedure, RP 13 B (8th Ed) Standard Procedure for Testing Drilling Fluids)* (Standard Procedure, RP 13 B (8th Ed) Standard Procedure for Testing Drilling Fluids)
Die Messung der Viskosität bei 50 °C geschah in einem Fann 35-Vis- kosimeter der Firma NL Baroid. Hier wurden die Plastische Viskosität, die Fließgrenze sowie die Gelstärke nach 10 Sekunden und 10 Minuten bestimmt.The viscosity was measured at 50 ° C. in a Fann 35 viscometer from NL Baroid. Here were the plastic ones Viscosity, the yield point and the gel strength determined after 10 seconds and 10 minutes.
Anschließend wurden die ÖlSpülungsproben jeweils 16 Stunden bei 125 °C in kleinen Autoklaven, im sogenannten "Roller-oven" erhitzt (gealtert), um den Einfluß der Temperatur auf die Stabilität zu überprüfen. Danach wurde erneut die Viskosität bei 50 °C bestimmt.The oil rinse samples were then heated (aged) for 16 hours at 125 ° C. in small autoclaves, in a so-called "roller oven", in order to check the influence of temperature on stability. The viscosity was then determined again at 50 ° C.
Außerdem wurde mit einer HT/HP-Filterzelle (Baroid HT/HP-Zelle No. 387) der fluid-loss bei 125 °C bestimmt.In addition, the fluid loss at 125 ° C. was determined using an HT / HP filter cell (Baroid HT / HP cell No. 387).
Bohrspülung IIDrilling fluid II
(Spülung auf Basis von Fettsäureestern mit Öl/Wasser-Verhältnis 90 : 10)(Flushing based on fatty acid esters with an oil / water ratio of 90:10)
239 ml Fettsäureester (Isobutyloleat)239 ml fatty acid ester (isobutyl oleate)
6 g organophiler Bentonit (Omnigel, Fa. Milpark)6 g organophilic bentonite (Omnigel, Milpark)
9 g Emulgator (siehe Tabelle 2)9 g emulsifier (see table 2)
20 g organophiler Lignit (Duratone, Fa. NL Baroid)20 g organophilic lignite (Duratone, NL Baroid)
28 g H2028 g H 2 0
12 g CaCl2 x 2 H2012 g CaCl2 x 2 H 2 0
4 g Ca(0H)2 4 g Ca (0H) 2
259 g Baryt 259 g barite
15 B e i s p i e l e15 B e i s p i e l e
Beispiel 1example 1
Emulgator AEmulsifier A
In einem Kolben wurden 1105 g (12 Mol) Glycerin und 1000 ml Hexanol vorgelegt, dreimal mit Stickstoff gespült und in 6 Stunden 2772 g 26,8%iges wäßriges C12/14-8 E0-Fettalkohol(FA)-Sulfat (1 Mol) - (Zusammensetzung des FA-Ge isches: 70 bis 75 Gew.-% gesättigter C12-FA; 24 bis 30 Gew.-% gesättigter C14-FA; Rest gesättigter CIQ- und C15-FA) - bei einer Temperatur von 90 °C im WasserstrahlVakuum von 15 mbar in das Reaktionsgemisch eingesaugt und dabei entwäs¬ sert. Anschließend wurden bei 150 °C 44 g (1,1 Mol) NaOH zugegeben und das Hexanol im Wasserstrahlvakuum destillativ entfernt. Es wurde auf 170 °C erwärmt, 8 Stunden bei dieser Temperatur gerührt, auf 90 °C abgekühlt, zweimal mit Wasser gewaschen und anschließend getrocknet. Man erhielt 780 g des entsprechenden Glycerinethers (OHZ 318).1105 g (12 moles) of glycerol and 1000 ml of hexanol were placed in a flask, flushed three times with nitrogen and 2772 g of 26.8% strength aqueous C12 / 14-8 E0 fatty alcohol (FA) sulfate (1 mole) in 6 hours. - (Composition of the FA mixture: 70 to 75% by weight of saturated C12-FA; 24 to 30% by weight of saturated C14-FA; balance of saturated CIQ- and C15-FA) - at a temperature of 90 ° C sucked into the reaction mixture in a water jet vacuum of 15 mbar and dewatered in the process. Then 44 g (1.1 mol) of NaOH were added at 150 ° C. and the hexanol was removed by distillation in a water jet vacuum. The mixture was heated to 170 ° C., stirred at this temperature for 8 hours, cooled to 90 ° C., washed twice with water and then dried. 780 g of the corresponding glycerol ether (OHZ 318) were obtained.
Beispiel 2Example 2
Emulgator BEmulsifier B
In ein Reaktionsgefäß wurden unter Stickstoff-Atmosphäre 45 kg (488,7 mol) Glycerin und 7,2 kg (90 mol) 50 % wäßrige Natronlauge vorgelegt und bei 150 °C entwässert. In die gut entwässerte Mi¬ schung wurden 26,1 kg (90 mol) eines Natrium-FA-Sulfates (79 bis 75 % C12-FA, 24 bis 30 % C14-FA, Rest gesättigter CIQ- und C16-FA) in zwei Portionen gegeben und die Reaktionsmischung auf 175 °C er¬ wärmt. Nach 8 Stunden wurde die Mischung auf 90 °C abgekühlt und zweimal mit je 20 kg Wasser gewaschen. Nach Trocknen im Vakuum er¬ hielt man 18 kg (83 %) des Glycerinethers.45 kg (488.7 mol) of glycerol and 7.2 kg (90 mol) of 50% aqueous sodium hydroxide solution were placed in a reaction vessel under a nitrogen atmosphere and dehydrated at 150.degree. 26.1 kg (90 mol) of a sodium FA sulfate (79 to 75% C12-FA, 24 to 30% C14-FA, remainder saturated CIQ- and C16-FA) were added to the well-dewatered mixture in two Portions and the reaction mixture warmed to 175 ° C. After 8 hours the mixture was cooled to 90 ° C and washed twice with 20 kg of water each. After drying in vacuo, 18 kg (83%) of the glycerol ether were obtained.
Analyt. Daten: OHZ 366,3Analyte. Data: OHZ 366.3
Beispiel 3Example 3
Emulgator CEmulsifier C
Unter Stickstoff werden im Rührkessel 91,2 kg Glycerin 99,5%ig (848 mol) und 3,11 kg NaOH-P ätzchen vorgelegt. Es wurde 3 Stunden auf 150 °C erwärmt, wobei Wasser abdest liierte. In das Glyceriπolat wurden dann bei einer Temperatur von 120 °C portionsweise 33,9 kg (70,7 mol) Natrium C12/14-2 EO-FA-Sulfat - FA-Gemisch wie in Bei¬ spiel 1 - 79,5%ig sprühneut. gegeben, wobei wiederum Wasser abde- stillierte. Um die restlichen Spuren von Wasser zu entfernen, wurde bei 130 °C Strahlervakuum angelegt. Der Kolben wurde mit Stickstoff belüftet und auf 170 °C erwärmt. Es wurde 6 Stunden bei 170 °C ge¬ rührt. Anschließend wird auf 100 °C abgekühlt und zweimal mit je 2500 g Wasser gewaschen und filtriert, wobei man 950 g des Endpro¬ duktes erhielt, dessen OHZ 407,6 betrug.91.2 kg of 99.5% glycerol (848 mol) and 3.11 kg of NaOH pellets are placed in a stirred tank under nitrogen. The mixture was heated to 150 ° C. for 3 hours, water distilling off. 33.9 kg (70.7 mol) of sodium C12 / 14-2 EO-FA sulfate - FA mixture were then added in portions to the glycerolate at a temperature of 120 ° C. as in Example 1-79.5% strength spray new. given, again distilling off water. In order to remove the remaining traces of water, a lamp vacuum was applied at 130 ° C. The flask was vented with nitrogen and heated to 170 ° C. The mixture was stirred at 170 ° C. for 6 hours. The mixture is then cooled to 100 ° C. and washed twice with 2500 g of water each time and filtered, giving 950 g of the end product, the OHN of which was 407.6.
Beispiel 4Example 4
Emulgator DEmulsifier D
In einen 3-Hals-Kolben wurden 553 g (6 mol) Glycerin und 40 g NaOH (1 mol) vorgelegt und 3 Stunden bei 150 °C gerührt. Anschließend wurden 344,5 g (1 mol) Natrium-Ci2/i8-FA-Sulfat - Zusammensetzung des FA-Gemisches: 0 bis 3 Gew.-% CIQ; 48 bis 58 Gew.-% C12; 19 bis 24 Gew.-% C14; 9 bis 12 Gew.-% Ci6,* 11 bis 14 Gew.-% Cis - zugege¬ ben und 30 Minuten bei 175 °C gerührt. Weitere 40 g (1 mol) NaOH und 344,5 g (1 mol) Natrium-Ci2/i8-A1kylsulfat wurden bei 175 °C gerührt. Nach dem Abkühlen wurde zweimal mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhielt 542 g des OHZ: 290.553 g (6 mol) of glycerol and 40 g of NaOH (1 mol) were placed in a 3-necked flask and stirred at 150 ° C. for 3 hours. Then 344.5 g (1 mol) of sodium Ci2 / i8-FA sulfate - composition of the FA mixture: 0 to 3% by weight of CIQ; 48 to 58 wt% C12; 19 to 24 wt% C14; 9 to 12% by weight Ci6, * 11 to 14% by weight cis - added and stirred at 175 ° C. for 30 minutes. Another 40 g (1 mol) NaOH and 344.5 g (1 mol) of sodium Ci2 / i8- A1 alkyl sulfate were stirred at 175 ° C. After cooling, it was washed twice with water and dried. 542 g of the were obtained OHZ: 290.
Beispiel 5Example 5
Emulgator EEmulsifier E
Unter StickStoff-Atmosphäre werden im Kessel 2336 g (25,2 mol) Glycerin 99,5%ig und 336 g (4,2 mol) Natronlauge 50%ig vorgelegt. Es wird 2 Stunden auf 175 °C erwärmt, wobei Wasser abdestilliert. In das Glycerinolat wurden dann bei einer Temperatur von 175 °C in 2 Portionen 1440 g (4,2 mol) Natriumcetylstearylsulfat (Natrium Ci5/i8-FA-Sulfat gegeben (FA-Gemisch: 0 bis 3 Gew.-% C14; 45 bis 55 Gew.-% CIÖ 45 bis 55 Gew.-% Ciß). Es wird 8 Stunden gerührt. An¬ schließend wurde auf 100°C abgekühlt und zweimal mit je 3000 g Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhielt 1019 g des Glycerinethers. Die OHZ des Endproduktes betrug 282.2336 g (25.2 mol) of glycerol 99.5% and 336 g (4.2 mol) of 50% sodium hydroxide solution are placed in the vessel under a nitrogen atmosphere. The mixture is heated to 175 ° C. for 2 hours, water distilling off. 1440 g (4.2 mol) of sodium cetylstearyl sulfate (sodium Ci5 / i8-FA sulfate (FA mixture: 0 to 3% by weight of C14; 45 to.) Were then added to the glycerol enolate in two portions at a temperature of 175 ° C. 55% by weight of CIÖ 45 to 55% by weight of Ciss), the mixture is stirred for 8 hours and then cooled to 100 ° C. and washed twice with 3000 g of water and dried, giving 1019 g of the glycerol ether OHZ of the final product was 282.
Beispiel 6Example 6
Emulgator FEmulsifier F
In einem 3-Hals-Kolben wurden unter N2-Atmosphäre 138 g (1,5 mol) Glycerin und 80 g Natronlauge 50%ig (1 mol) 3 Stunden auf 150 °C erwärmt und Wasser abdestilliert. Anschließend wurden 296,1 g (1 mol) Natrium Ci2/i4-FA-Sulfat - FA-Gemisch des Beispiels 1 - bei 180 °C in 3 Portionen zugefügt und 8 Stunden bei 180 °C gerührt. Nach dem Abkühlen wurde zweimal mit Wasser gewaschen und im Vakuum getrocknet. Man erhielt 163 g einer fes.ten Substanz mit der OHZ von 299,5. Beispiel 7 Emulgator GIn a 3-neck flask, 138 g (1.5 mol) of glycerol and 80 g of 50% (1 mol) sodium hydroxide solution were heated at 150 ° C. for 3 hours under an N2 atmosphere and water was distilled off. Then 296.1 g (1 mol) of sodium Ci2 / i4-FA sulfate - FA mixture of Example 1 - were added in three portions at 180 ° C. and stirred at 180 ° C. for 8 hours. After cooling, it was washed twice with water and dried in vacuo. 163 g of a solid substance with an OH value of 299.5 were obtained. Example 7 Emulsifier G
In einem 3-Hals-Kolben wurden unter N2-Atmosphäre 1380 g Glycerin 99,5%ig (15 mol) und 400 g Natronlauge 50%ig (5 mol) gegeben. Es wurde unter destillativer Abtrennung von Wasser 3 Stunden auf 150 °C erwärmt, anschließend 1 Stunde im Vakuum von 25 bis 40 mbar. Dann wurde Decylchlorid 883,5 g (5 mol) zugegeben und 8 Stunden auf 170 °C erwärmt. Nach Abkühlen wurde zweimal mit 1,5 kg Wasser ge¬ waschen und getrocknet. Die Ausbeute betrug 905 g einer hellgelben leichtviskosen Flüssigkeit. Das Produkt wurde destilliert und die OHZ des Destillats betrug 482.In a 3-neck flask, 1380 g of 99.5% glycerol (15 mol) and 400 g of 50% sodium hydroxide solution (5 mol) were added under an N2 atmosphere. The mixture was heated to 150 ° C. for 3 hours while separating off water by distillation, then in a vacuum of 25 to 40 mbar for 1 hour. Then 883.5 g (5 mol) of decyl chloride were added and the mixture was heated at 170 ° C. for 8 hours. After cooling, it was washed twice with 1.5 kg of water and dried. The yield was 905 g of a light yellow, slightly viscous liquid. The product was distilled and the OHZ of the distillate was 482.
In der zuvor angegebenen Weise wurden die Emulgatoren dann im Rah¬ men der Bohrspülungen I und II zum Einsatz gebracht und ausgete¬ stet. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen 1 (Bohrspülung I) und 2 (Bohrspülung II) zusammengefaßt.The emulsifiers were then used and tested in the drilling fluids I and II in the manner indicated above. The results obtained are summarized in Tables 1 below (drilling fluid I) and 2 (drilling fluid II).
Zum Vergleich wurde ein stickstoffhaltiger Emulgator der heute üb¬ lichen Praxis wie folgt hergestellt:For comparison, a nitrogen-containing emulsifier of current practice was produced as follows:
Emulgator zum VergleichEmulsifier for comparison
Unter N werden 831 g Tallölsäure auf 100 °C erwärmt. Dann gibt man vorsichtig 171 g Diethylentria in zu und heizt anschließend auf 210 °C auf.831 g of tall oleic acid are heated to 100 ° C. under N. Then 171 g of diethylene tria in are carefully added and the mixture is then heated to 210.degree.
Dabei werden 52 g Wasser abgeschieden. Es wird auf 80 °C gekühlt und 61,3 g Maleinsäureanhydrid werden portionsweise zugegeben. Die Temperatur soll dabei nicht über 90 °C steigen. Nach erfolgter Ab- reaktion des Maleinsäureanhydrids wird für 1 Stunde auf 210 °C aufgeheizt und ca. 11 g Wasser werden abdest lliert. Unter Verwendung dieses Vergleichsemulgators wird eine Rezeptur gemäß "Bohrspülung I" zusammengestellt und ausgetestet. Die dabei erhaltenen Werte sind in die Tabelle 1 aufgenommen.52 g of water are separated off. It is cooled to 80 ° C. and 61.3 g of maleic anhydride are added in portions. The temperature should not rise above 90 ° C. After the maleic anhydride has reacted, the mixture is heated to 210 ° C. for 1 hour and about 11 g of water are distilled off. Using this comparative emulsifier, a recipe according to "Bohrspülung I" is compiled and tested. The values obtained are included in Table 1.
Tabelle 1 (Bohrspülung I)Table 1 (drilling fluid I)
Emul- Plast. Visk. Fließgrenze Gelstärke HT/HP gator (mPas) (dPa) 10 see 10min fluid-loss (dPa) bei .125°CEmul-Plast. Visc. Yield strength gel strength HT / HP gator (mPas) (dPa) 10 see 10min fluid loss (dPa) at .125 ° C
Emul- Plast. Visk. Fließgrenze Gelstärke HT/HP gator (mPas) (dPa) 10 see 10min fluid-loss (dPa) bei 125°CEmul-Plast. Visc. Yield strength gel strength HT / HP gator (mPas) (dPa) 10 see 10min fluid loss (dPa) at 125 ° C

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verwendung von Partialethern niederer polyfunktioneller Al¬ kohole mit wenigstens 8 C-Atome enthaltenden monofunk¬ tionellen Alkoholen und/oder deren Alkoxylaten als Stick¬ stoff-freie Emulgatoren in Öl-basierten Invert-Emulsionen.1. Use of partial ethers of lower polyfunctional alcohols with monofunctional alcohols containing at least 8 carbon atoms and / or their alkoxylates as nitrogen-free emulsifiers in oil-based invert emulsions.
2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Partialether von mehrwertigen Alkoholen mit 2 bis 6 C-Atomen und 2 bis 6, vorzugsweise mit 2 bis 4, Hydroxylgruppen, ins¬ besondere Partialether des Ethlyenglykols, der Propandiole, des Trimethylolpropans, des Pentaerythrits und/oder des Glycerins eingesetzt werden.2. Embodiment according to claim 1, characterized in that partial ethers of polyhydric alcohols having 2 to 6 carbon atoms and 2 to 6, preferably having 2 to 4, hydroxyl groups, in particular partial ethers of ethylene glycol, propanediols, trimethylolpropane, pentaerythritol and / or the glycerol can be used.
3. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß Partialether der niederen polyfunktionellen Alkohole mit geradkettigen und/oder verzweigten monofunk¬ tionellen Alkoholen mit bis zu 36 C-Atomen, vorzugsweise mit 8 bis 24 C-Atomen und insbesondere mit 10 bis 18 C-Atomen und/oder deren Alkoxylaten mit bevorzugt bis zu 12 Alk¬ oxyresten, insbesondere mit bis zu 8 Alkoxyresten eingesetzt werden.3. Embodiment according to claims 1 and 2, characterized gekenn¬ characterized in that partial ethers of the lower polyfunctional alcohols with straight-chain and / or branched monofunctional alcohols with up to 36 carbon atoms, preferably with 8 to 24 carbon atoms and in particular with 10th up to 18 carbon atoms and / or their alkoxylates with preferably up to 12 alkoxy radicals, in particular with up to 8 alkoxy radicals.
4. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß Partialether mit gesättigten und/oder olefinisch ungesättigten monofunktionellen Alkoholresten na¬ türlichen Ursprungs, insbesondere Resten von Fettalkoholen und/oder deren Ethoxylaten eingesetzt werden.4. Embodiment according to claims 1 to 3, characterized gekenn¬ characterized in that partial ethers with saturated and / or olefinically unsaturated monofunctional alcohol residues of natural origin, in particular residues of fatty alcohols and / or their ethoxylates are used.
5. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß Mono- und gegebenenfalls Diether auf Glyce- rinbasis eingesetzt werden, die auch in Abmischung mit über-5. Embodiment according to claims 1 to 4, characterized gekenn¬ characterized in that mono- and optionally diether are used on glycerin, which are also mixed with over-
' schüssigem freien Glycerin vorliegen können. ' free glycerin can be present.
6. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß Ether mit Flammpunkten oberhalb 100 °C, vorzugsweise oberhalb 120 °C, in Bohrspülflüssigkeiten auf Basis von Invert-Emulsionen eingesetzt werden, die in einer geschlossenen Ölphase eine disperse wäßrige Phase, gewünsch- tenfalls zusammen mit üblichen Hilfsstoffen enthalten und für die umweltschonende Erschließung biologischer Lagerstätten geeignet sind.6. Embodiment according to claims 1 to 5, characterized gekenn¬ characterized in that ether with flash points above 100 ° C, preferably above 120 ° C, are used in drilling fluids based on invert emulsions, which contain a disperse aqueous phase in a closed oil phase, if necessary together with conventional auxiliaries, and are suitable for the environmentally friendly development of biological deposits.
7. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Stickstoff-freien Ether den wenigstens überwiegenden Anteil der in der Invert-Spülung eingesetzten Emulgatoren bilden und bei Mitverwendung zusätzlicher Emulgatorkomponenten vorzugsweise Stickstoff-freie Systeme zum Einsatz kommen.7. Embodiment according to claims 1 to 6, characterized gekenn¬ characterized in that the nitrogen-free ethers form the at least predominant proportion of the emulsifiers used in the invert rinse and preferably nitrogen-free systems are used when additional emulsifier components are used.
8. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Ether-Emulgatoren bei See-gestützten Boh¬ rungen und/oder bei Bohrungen in Tieftemperaturbereichen, insbesondere in Permafrostgebieten zum Einsatz kommen.8. Embodiment according to claims 1 to 7, characterized gekenn¬ characterized in that the ether emulsifiers are used in sea-based bores and / or in bores in low temperature ranges, in particular in permafrost areas.
9. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Ether-Emulgatoren in Mengen unterhalb etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen im Bereich von etwa 1 bis 5 Gew.-% - bezogen jeweils auf Invert-Spülung - verwendet wer¬ den.9. Embodiment according to claims 1 to 8, characterized gekenn¬ characterized in that the ether emulsifiers in amounts below about 10 wt .-%, preferably in amounts in the range of about 1 to 5 wt .-% - each based on invert rinsing - Be used.
10. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Ether-Emulgatoren in Invert-Systemen auf Basis umweltfreundlicher Ölphasen, insbesondere auf Basis anaerob abbaubarer Ölphasen wie Esteröle, oleophile Alkohole und/oder oleophile Ether verwendet werden.10. Embodiment according to claims 1 to 9, characterized gekenn¬ characterized in that the ether emulsifiers are used in invert systems based on environmentally friendly oil phases, in particular based on anaerobically degradable oil phases such as ester oils, oleophilic alcohols and / or oleophilic ethers.
11. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß Ether-Emulgatoren verwendet werden, die in der Bohrspülflüssigkeit unter den Standardbedingungen (HT/HP; 125 °C) einen fluid-loss-Wert im Bereich bis maximal 20 ml, vorzugsweise bis maximal 12 ml, ergeben. 11. Embodiment according to claims 1 to 10, characterized gekenn¬ characterized in that ether emulsifiers are used which in the drilling fluid under the standard conditions (HT / HP; 125 ° C) a fluid loss value in the range up to a maximum of 20 ml, preferably up to a maximum of 12 ml.
12. Ausführungsform nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß oleophile und höchstens begrenzt wasserlösliche Ether der allgemeinen Formel (I)12. Embodiment according to claims 1 to 11, characterized gekenn¬ characterized in that oleophilic and at most limited water-soluble ethers of the general formula (I)
JR - 0 (Alk-0)n ~ R' - (0H)y.x (I)JR - 0 (Alk-0) n ~ R '- (0H) y . x (I)
eingesetzt werden, in derbe used in the
R einen geradkettigen und/oder verzweigten Kohlenwasser¬ stoffrest mit 8 bis 36 C-Atomen, vorzugsweise mit 10 bis 24 C-Atomen darstellt,R represents a straight-chain and / or branched hydrocarbon radical with 8 to 36 C atoms, preferably with 10 to 24 C atoms,
Alk-0 einen niederen Alkylenoxidrest, insbesondere den Ethylenoxid- und/oder Prσpyleπσxidrest, n eine Zahl von 0 bis 12, vorzugsweise von 0 bis 8, x eine ganze oder gebrochene Zahl größer 1 aber kleiner als y sowie y eine Zahl von 2 bis 6, vorzugsweise von 2 bis 4 und R1 den Hydroxylgruppen-freien Rest einen niederen, insbeson¬ dere wassermischbaren mehrwertigen Alkohols mit insbesondere 2 bis 6 C-Ätomen und bevorzugt 2 bis 4 C-Atomen bedeuten.Alk-0 is a lower alkylene oxide radical, in particular the ethylene oxide and / or prσpyleπσxidrest, n is a number from 0 to 12, preferably from 0 to 8, x is an integer or fractional number greater than 1 but less than y and y is a number from 2 to 6 , preferably from 2 to 4 and R 1 is the hydroxyl-free radical is a lower, in particular water-miscible polyhydric alcohol having in particular 2 to 6 carbon atoms and preferably 2 to 4 carbon atoms.
13. Invert-Bohrspülungen, die für eine umweltfreundliche Er¬ schließung von geologischen Vorkommen geeignet sind und in einer geschlossenen Ölphase eine disperse wäßrige Phase zu¬ sammen mit üblichen weiteren Hilfsstoffen, beispielsweise Emulgatoren, Beschwerungsmitteln, Verdickungsmitteln, fluid-loss-Additiven und Alkalireserven enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß sie als W/0-Emulgatoren wenigstens an¬ teilig öllösliche Partialether niederer polyfunktioneller Alkohole mit wenigstens 8 C-Atome enthaltenden monofunk¬ tionellen Alkoholen und/oder deren Alkoxylaten enthalten.13. Invert drilling fluids which are suitable for an environmentally friendly development of geological deposits and which contain a disperse aqueous phase together with customary additional auxiliaries, for example emulsifiers, weighting agents, thickeners, fluid loss additives and alkali reserves, in a closed oil phase , characterized in that they contain, as W / 0 emulsifiers, at least partially oil-soluble partial ethers of lower polyfunctional alcohols with monofunctional alcohols and / or their alkoxylates containing at least 8 carbon atoms.
14. Invert-Bohrspülung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie als ökologisch verträgliche geschlossene Ölphase Esteröle, oleophile Alkohole und/oder entsprechende Ether enthalten. 14. Invert drilling fluid according to claim 13, characterized in that it contains ester oils, oleophilic alcohols and / or corresponding ethers as the ecologically compatible closed oil phase.
15. Invert-Bohrspülung nach Ansprüchen 13 und 14, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß sie eine Plastische Viskosität (PV) im Be¬ reich von etwa 10 bis 60 mPas und eine Fließgrenze (Yield Point YP) im Bereich von etwa 24 bis 190 dPa - jeweils be¬ stimmt bei 50 °C - aufweist.15. Invert drilling fluid according to claims 13 and 14, characterized ge indicates that it has a plastic viscosity (PV) in the range of about 10 to 60 mPas and a yield point (yield point YP) in the range of about 24 to 190 dPa - each determined at 50 ° C.
16. Invert-Bohrspülung nach Ansprüchen 13 bis 15, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß bei der Mitverwendung von ökologisch ver¬ träglichen Ölen in der geschlossenen Olphase Esteröle wenig¬ stens etwa ein Drittel, vorzugsweise den überwiegenden Anteil dieser ökologisch verträglichen Öle ausmachen.16. Invert drilling fluid according to claims 13 to 15, characterized ge indicates that when using ecologically compatible oils in the closed oil phase, ester oils make up at least about one third, preferably the major part, of these ecologically compatible oils.
17. Invert-Bohrspülung nach Ansprüchen 13 bis 16, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß ihr disperser Wasseranteil etwa 5 bis 45 Gew.-%, bevorzugt etwa 10 bis 25 Gew.-% ausmacht und insbe¬ sondere Salze von der Art CaCl2 und/oder KC1 gelöst enthält.17. Invert drilling fluid according to claims 13 to 16, characterized ge indicates that its disperse water content is about 5 to 45 wt .-%, preferably about 10 to 25 wt .-% and in particular salts of the type CaCl2 and / or KC1 contains dissolved.
18. Invert-Bohrspülung nach Ansprüchen 13 bis 17, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Ölphase des Invertschlamms im Tempe¬ raturbereich von 0 bis 5 °C eine Brookfield(RVT)-Viskosität unterhalb 50 mPas, vorzugsweise nicht über 40 mPas aufweist. 18. Invert drilling fluid according to claims 13 to 17, characterized ge indicates that the oil phase of the invert sludge in the temperature range from 0 to 5 ° C has a Brookfield (RVT) viscosity below 50 mPas, preferably not more than 40 mPas.
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