JP2001521560A

JP2001521560A - 溝無し傾斜堀りのための掘穿用流体

Info

Publication number: JP2001521560A
Application number: JP54192598A
Authority: JP
Inventors: ライアオ、ダブリュ・アンドリュー
Original assignee: ドレッサー・インダストリーズ・インコーポレイテッド
Priority date: 1997-04-01
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2001-11-06
Also published as: CA2285309A1; AU726193B2; WO1998044070A1; NO994766D0; NO994766L; BR9808453A; AR011705A1; EP0973843B1; DE69819881T2; US5723416A; CO5021175A1; DE69819881D1; EP0973843A1; AU6790698A

Abstract

(57)【要約】水膨潤性粘土、特に、ベントナイトのようなナトリウムモンモリロナイト、炭酸ナトリウム、及び水溶性生重合体、及び特にキサンタン生重合体を含む組成物が開示される。この組成物は淡水と混合されたとき、小規模横方向傾斜掘り（mini-horizontal directional drilling）、誘導ボーリング（guided boring）、オーガーボーリング、パイプジャッキング、マイクロトンネル掘進（microtunneling）、河川連結路（river crossing）を含む溝無し傾斜掘り（trenchless directional drilling）において使用するための低いＡＰＩ流体損失及び１０秒／１０分／３０分ゲルの高いゲル強度プロフィールを含む所望の流体特性を有する水性掘穿泥水（aqueous drilling mud）を形成する。水性媒質と混合されたこの組成物は、未固結（unconsolidated）地層、特に海水のような塩水で汚染された環境における溝無し傾斜掘りに適用可能な水性の掘穿泥水を提供する。この組成物は、約９１〜９８重量％のワイオミングベントナイト、約１〜８重量％のアルカリ金属の炭酸塩、及び約０．５〜４重量％の選択的キサンタン生重合体の混合物を含む。

Description

【発明の詳細な説明】溝無し傾斜堀りのための掘穿用流体発明の分野本発明は、水性媒質と混合したときに、地下に孔をボーリングする際に使用するための水性掘穿泥水（drilling mud）を形成する組成物に関するものである。詳述すると、本発明は、小径ユーティリティーパイプ、ケーブル、大径下水管、及び河川連結路（crossing）を取り付けるための小規模横方向傾斜掘り（mini-h orizontal directional drilling）、誘導ボーリング（guided boring）、オーガーボーリング、マイクロトンネル掘進（microtunneling）、及びパイプジャッキング（pipe jacking）に最も適した特定の特徴を有する掘穿泥水に関するものである。その特定の態様では、本発明は、汚染されていない環境のみならず、海水のような高い塩度で汚染された環境においても利用可能な掘穿泥水を提供する。発明の背景細粒ベントナイト粘土と水性媒質における有機及び無機化合物の双方を含む他の添加物を含む水性掘穿泥水は、縦方向若しくは横方向何れかの地下のボアホールを穿孔するための回転式穿孔法において頻繁に使用される。この掘穿泥水は、ドリルビットにおける開口部を通してドリルステムを下向きにポンピングされ、かつ、ドリルステムとボアホールの壁の間の環状の空間を通して上向きに地上までポンピングされる。掘穿泥水を用いることの主な利点の一つは、ボーリング処理の際にドリルビットによって生成される繰粉（cuttings）を捕捉し、この繰粉を地上まで輸送できる点である。穿孔されたホールを開いた状態に維持するため、繰粉は穿孔された孔から除去しなければならない。一定の流体特性を示す掘穿泥水はこの目的を達成する。掘穿泥水の他の重要な機能は、ボアホールの壁上に薄く不透過性のフィルタケークを与えて、ボアホールから地層への水の浸出を減らすことである。掘穿泥水から周囲の地層への水の浸潤によって地層が軟化し、これがボアホールの脱落、崩落を誘起する。掘穿泥水の他の利点には、ビットやドリルステムの潤滑、ビットの冷却、トルクと前進抵抗の低下、及び静水圧頭を与えて地層の流体が流れからボアホールに流れ込むのを防止する点が含まれる。地下ホールをボーリングするための回転式穿孔法のための望ましい掘穿用流体は、繰粉を捕捉しボアホールをクリーニングするに十分な粘性及びゲル強度を有し、かつ穿孔されたボアホールの崩壊を防止するべく掘穿泥水から周囲の地層への水の浸潤を防止するに十分に低い流体損失度を有しているべきである。垂直方向又は傾斜ホールの何れかのボーリングのための掘穿泥水の基本的な要求特性は同一であるが、傾斜ホールの穿孔、特に横方向の傾斜ホールの穿孔の場合、これらの機能の幾つかが特に重要となる。ゲル強度及び流体損失度は、小規模横方向傾斜掘り及びマイクロトンネル掘進の際に使用される掘穿泥水の最も重要な２つの要求特性である。ゲル強度は、流体が静止状態にあるときに捕捉した繰粉を支持する掘穿泥水の能力の要求特性として定義される。掘穿泥水のゲル強度を測定するために用いられる手順は、American Pertoleum Institute(API)Rec ommended Practice 13B-1(RP 13B-1)Section ２−Viscosity and Gel Strength に基づいている。掘穿泥水は、繰粉が沈降しないようにするだけの十分なゲル強度を有しているべきである。掘穿泥水が十分なゲル強度を示さない場合は、掘穿泥水内の繰粉が沈降して、カッティングベッド（cutting bed）の滑りが生じたり、ドリルパイプが固着したり、或いは孔が完全に埋まってしまうことが起こり得る。WORLD OILから1993年５月に出版された“How To Select Drilling Fluids For Horizontal Wells”なる名称の文献（59〜60頁）において、Lindsey J. Fraserは、横方向井戸の掘削において使用するための掘穿泥水の捕捉能力はホールのクリーニングど同様に重要であり、より重大な問題点は、水平部分でなく接線方向の部分において生じ得るという事実について記述している。また掘穿泥水が通常有するゲル強度は経時的に変化する。このゲル強度値は、掘穿泥水が静止状態にあった時間に応じて変化する。ゲル強度は時間の関数なのである。従って、ゲル強度の測定値を取るときは、例えば１０秒ゲル、１０分ゲル、及び３０分ゲルのようにゲル強度を時間と共に記述する必要がある。一般に掘穿泥水のゲル強度は、それが平坦域に達するまで経時的に上昇し続ける。２点ゲル強度測定（１０秒及び１０分ゲル）は、垂直ホールをボーリングするために用いられる掘穿泥水が繰粉を効率的に捕捉し得るか否かを予測するために用いられることが多い。１０秒ゲル及び１０分ゲルに加えて３０分ゲルを含む３点ゲル強度測定は、傾斜、水平ホールのボーリングのために用いられる掘穿泥水の繰粉捕捉効率を予測するためのゲル強度プロフィールを得るために必要である。垂直又は傾斜ホールのボーリングのための掘穿泥水の別の要求特性は、流体損失度、つまり油井及びガス井の掘削工業でいうフィルターロスが低いことである。掘穿泥水は、泥水の循環が止まったときに泥水から繰粉が沈降するのを防止するために十分なゲル強度を有し得る。しかし、掘穿泥水のフィルターロスが低くない場合には、ボアホールの壁上に厚いフィルタケークが被着することになり得、ボアホールが不安定になり得ることになる。多量の水が掘穿泥水からボアホールの周りの地層へ浸潤すると、ホールの壁に泥水の固形分がフィルタケークとして残り、環状の孔の径が狭くなってしまう。厚いフィルタケークが形成されると、ドリルパイプが動かない状態になり得る。掘穿泥水のフィルタロスが大きいためにドリルパイプが動かなくなる傾向は、垂直なホールより横向きのホールをボーリングする際により高くなる。横方向ホール、特にシルト又は砂質土のような未固結地層の場合には、ボアホールの崩落を防止するために流体損失度の低い掘穿泥水が必要である。1988年２月にPetroleum Engineer Interna tionalから出版された“Fluid Loss Is Key In Drilling Highly Deviated Well s”なる名称の論文において、B.Byrd及びM.Zamoreは、特に高度に傾斜した井戸の穿孔における地層の損傷を最小限に抑えるための浸潤の調節の重要性について記述している。流体損失は、API Recommended Practice 13B-1 Section ３−Low Temperature/Low Pressure Filtration Test Procedureによって測定される。低浸潤度を有する掘穿用流体では、ボアホールに広がる圧力差の下で、泥水からボアホールの周りの地層へ拡散する水の量は少量で済む。効果的な掘穿泥水は、多くの場合、ナトリウムベースのベントナイト粘土の細粒と淡水を混合することによって調製される。ひとたび粘土粒子が淡水のなかで水和物を作り、膨潤すると、得られる粘土スラリーは、井戸の掘削において用いるための適切な密度、粘度、ゲル強度、及び流体損失度調節を与える。しかし掘穿泥水が、塩水、つまり塩化ナトリウム又は塩化カリウム、特にカルシウム及びマグネシウムの塩のような高濃度の無機電解質を含む不純物に接触すると、その望ましい特性は減少する。無機塩は、水和したベントナイト粘土粒子の周りの部分的に結合した水の拡散二重層の効果（グイ−チャップマン理論）を低下させ得る。水の塩分が増加するにつれ、ベントナイトの降伏つまり、膨潤する能力は急激に低下する。塩度が海水のレベルに近くなると、ベントナイトは不活性となり、掘穿泥水として使用するための利点を与えなくなる。塩素（18,970ppm）、ナトリウム（16,550ppm）、カルシウム（400ppm）、及びマグネシウム（1,270ppm ）を含む、高濃度の電解質を含む海水は、ナトリウムベントナイトを含む掘穿泥水に対して有害であり得る。 Martin dam Bourgoyne,Jr.等は、Applied Drilling Engineering（Society Petr oleum Engineers(SPE),1991,Chapter 2.Section4.3(74〜75頁)）のなかで、ワイオミングナトリウムベントナイトスラリーの１バレル（約１５９リットル）当たり２０ポンド（約９ｋｇ）の粘度に対して、種々の量の塩化ナトリウムを含む塩水の与える影響の詳細について記している。海水で汚染された掘穿泥水に即座に現れる悪影響は、浸潤度調節能力の滅失である。流体損失度は劇的に高まり、掘穿用流体の凝集のために壁のケークも厚くなる。掘穿泥水の浸潤度調節が失われることに起因するボアホール上への壁ケークの蓄積によって、特にスチールまたはＰＶＣの大径パイプの引き抜く際に、小規模傾斜水平掘削オペレーションが妨げられ得る。通孔が部分的に塞がると、パイプが孔の傾斜の大きい部分で固着しがちになる。多くの場合、掘穿用流体に流体調節剤を添加して、掘穿泥水の流動学的特性に対する海水汚染の悪影響を軽減する。 William Alexanderに賦与された米国特許第4,634,538号には、水で膨潤する粘土、特に、回転式掘穿において掘穿泥水として、或いは潟及び埋立地の密封剤として使用するための、ベントナイト、キサンタンガム、及び１種又はそれ以上の追加の水溶性ガムのようなモンモリロナイト粘土を結合する組成物が開示されている。ここに開示された従来技術では、モンモリロナイト粘土組成物が、塩で汚染された水及び高塩度の水と接触したときに概ね凝結又は凝集するのを防止するために、キサンタンガムを１種又はそれ以上の別の水溶性ガムとともに用いている。また従来技術では、ドリルホールの周りの地層をシールするために回転式掘穿用流体添加剤としてベネトナイト組成物をドリルホール内に循環させる過程を含む回転式掘穿方法や、潟又は埋立地の地表にベントナイト組成物を与えることによって潟の底や埋立地の表面等に水を保持する方法を開示している。しかし、この従来技術は、地下のボアホールのボーリングのための方法、特に小規模横方向傾斜掘り（mini-horizontal directional drilli ng）、誘導ボーリング（guided boring）、オーガーボーリング、マイクロトンネル掘進（microtunneling）、パイプジャッキング、及び連結路において許容されるボーリング方法を提供するものではない。１種又はそれ以上の水溶性ガムを添加することにより、水膨潤性ベントナイト粘土を含む掘穿用流体を安定化させ得る。しかし、得られたスラリー又は泥水は、本発明の組成物が特に適する上述のような特定の掘削の用途で使用するに必ずしも適していない。 Thomas Byerleyに賦与された米国特許第4,267,062号には、ナトリウムモンモリロナイトのような水膨潤性粘土ジェラン、炭酸ナトリウムのような水溶性アルカリ金属塩、カルボキシメチルセルロースのような非吸湿性塩を含む組成物が開示されている。この従来技術の組成物は、淡水と混合されて、廃坑をシールするための密封剤として水性スラリーを形成する。しかしこの技術では、本発明の最も適する用途である小規模横方向傾斜ボーリングやマイクロトンネル掘進のような掘穿の用途は開示されていない。また、この技術では、淡水と混合した後、この用途に適する一定の流体流動学的特性を有する水性スラリーを形成する組成物が開示されている。しかし、実施例１の表１には、この従来技術と本発明それぞれによって調製された２種の掘穿泥水に対する海塩による汚染の影響が示されている。データから、スラリーが海塩によって汚染されると、従来技術によって調製された水性スラリーのAPI流体損失が大きく上昇することがわかる。スラリーが、高い塩濃度の水で汚染されると、従来技術の組成物におけるカルボキシメチルセルロースがその粘土スラリーを安定化効果を失うために、従来技術の望ましい流体特性が失われる。従って、汚染されていない環境のみならず、塩度の高い水のような高濃度の電解質で汚染された環境において効果的で、かつ、海水の存在下でも低いAPI流体損失及び高いゲル強度プロフィールのような望ましいん流体の流動学的特性を維持し、かつ、小径ユーティリティーパイプ、ケーブル、大径下水管、及び河川連結路（river crossing）を取り付けるための小規模横方向傾斜掘り（mini-horiz ontal directional drilling）、誘導ボーリング（guided boring）、オーガーボーリング、マイクロトンネル掘進（microtunneling）、及びパイプジャッキングのための掘穿泥水に特に利用可能な水性の掘穿泥水を水性媒質と混合したとき形成する組成物の必要性が存在する。発明の要約従って、本発明の目的は、水性媒質と混合したとき、溝無し傾斜掘りの用途において使用するための水性掘穿泥水を形成する組成物を提供することである。本発明の別の目的は、ＰＶＣ及びスチールのパイプ、電話線、光ケーブル、及び電気通信用ケーブルのような小径のユーティリティーラインの取り付けを助けるための誘導ボーリング、小規模横方向傾斜掘穿、及びオーガーボーリングにおいて、或いは下水管の取り付けを助けるためのマイクロトンネル掘進及びパイプジャッキングにおいて、及び大径パイプラインの取り付けを助けるための河川連結路において使用するための掘穿泥水を提供することである。本発明の更に別の目的は、前述のような特定の掘穿の用途において使用するための、高い粘度、特に３０分ゲルのような高い啓示的ゲル強度プロフィール、及び低い浸潤度のような望ましい特性を有する掘穿泥水を提供することである。本発明の更に別の目的は、汚染されていない地層のみならず、汚染された環境、例えば海水や汽水性の水の進入のある環境において井戸の掘削に使用するための掘穿泥水を提供することである。本発明の別の目的は、キサンタン生重合体のような生重合体で改質された、水膨潤性ナトリウムベントナイトの細粒と、炭酸アルカリ塩を含む組成物を提供することである。本発明の更に別の目的は、掘穿泥水が海水や汽水性の水と接触したときにも未固結の繰粉を捕捉するだけの高いゲル強度を掘穿泥水が保持できるように、抗沈降剤としてキサンタン生重合体のような選択的生重合体を含む組成物を提供することである。本発明の上述の目的及び他の目的は、後述した説明及び添付の請求項の記載から明らかとなろう。或る実施例では、本発明は、ワイオミング型モンモリロナイトのような水膨潤性ナトリウムベントナイト粘土の細粒、炭酸ナトリウムのようなアルカリ金属炭酸塩、及びキサンタン生重合体のような生重合体を含む。本発明の別の実施例では、組成物を淡水と混合すると、高い粘度、高いゲル強度、及び低い流体損失のような望ましい流体特性を有しているために固結地層及び未固結地層の双方において利用できる、溝無し横方向掘穿に適した水性掘穿泥水が形成される。本発明の更に別の実施例では、抗沈降性キサンタン生重合体、炭酸ナトリウム、及びナトリウムベントナイトの細粒を含む組成物から調製された掘穿泥水が、海水や汽水性の水のような塩水が侵入、またはそれで汚染された地層を通しての掘穿での使用のために効果的である。好適実施例の説明本発明の組成物は、好ましくは、水膨潤性モンモリロナイト粘土、即ち主成分として９１〜９８重量％の水膨潤性ナトリウムベントナイト；１〜８重量％の、炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムのようなアルカリ金属の炭酸塩；及び０．５〜４重量％の、キサンタン生重合体のような抗沈降剤を含む。本発明の組成物は水性媒質と混合すると、小規模横方向傾斜掘穿及び他の溝無し横方向ボーリングで使用するのに適した掘穿泥水を形成する。この組成物の５０ポンド（約２２．７ｋｇ）入りの一袋を約１００ガロン（約３７８．５リットル）の淡水と直接混合すると、海水や塩水の侵入が起こる可能性があるクリーンな未汚染ゾーンにおける溝無し横方向掘穿（trenchless horizontally boring）で用いるに最も適した望ましい流体の流動学的特性を有する１バレル（約１５９リットル）当たり２０ポンド（約９ｋg）（20lb/bbl）の掘穿泥水が形成される。これらの望ましい流体特性には、１００平方フィート（約９．２９ｍ²）当たり２０ポンド（約９ｋｇ）（20lb/100ft²）以上の降伏点、１００平方フィート（約９．２９ｍ²）当たりのポンド（０．４５３６ｋｇ）数で表した、１５／２５／３２の（１０秒／１０分／３０分ゲル）のゲル強度プロフィール、及び浸潤時間３０分間当たり１５ミリリットル（15ml/30min.）未満のＡＰＩフィルターロスが含まれる。溝無し横方向傾斜掘穿には、ボアホールを効果的にクリーンに維持するべく繰粉又はぼた（spoils）を捕捉するための高いゲル強度や、掘穿用流体が周囲の地層に浸潤するのを防止し、ボアホールを開いた状態に維持し、ホール壁の脱落が起こらないようにするための低いＡＰＩフィルターロスを有する掘穿泥水が必要である。本発明の組成物に混和されるような抗沈降剤は、それらの望ましい流動学的特性を備えた掘穿泥水を生成する助けとなる。横方向の抗井の掘穿のための掘穿用流体における生重合体 Grebe II,J.E.Traweek,Jr汲びM Dudlyによる”Biopolymer Fluids Eliminate Ho rizontal Well Problems”なる名称の文献に記載されている。更に、本発明の組成物から調製された20lb/bblの掘穿泥水の他の独特な特徴は、15lb/bbl（約１５９リットル当たり約６．８ｋｇ）の海塩（15lb/bblの海塩を含む水溶液は海水の組成に等しい）を添加しても、この掘穿泥水が溝無し横方向傾斜掘穿用として満足できる流動学的特性を維持している点である。この組成物の５０ポンド入りの一袋を、初めに１００ガロン（約３７８．５リットル）の淡水と混合し、20lb/bblの掘穿泥水を形成する。次に３５．７ポンド（約１６ｋｇ）の量の乾燥した海塩を掘穿用流体に加え、掘穿泥水が例えば海水のような塩水で汚染された際に発生する状況をシミュレートする。この流動学的特性には、 20lb/100ft²以上の降伏点、１５／２５／３０以上の１０秒／１０分／３０分ゲルのゲル強度プロフィール、及び淡水から生成した掘穿用流体の場合と比較して１３０％高い３４．５ｍｌ／３０分のＡＰＩ流体損失度を含む。一般に、15lb/b blの海塩で汚染されたときの淡水から生成した掘穿泥水におけるＡＰＩ流体損失度の上昇率のパーセンテージは、淡水で生成した掘穿泥水が有効な流体損失抑制剤又は本発明におけるもののような抗沈降剤を含んでいない場合、２００％超である。この組成物における好適な水膨潤性粘土は、８５％以上のナトリウムモンモリロナイトを含むナトリウムベースのベントナイトであり、粘土１００ｇ当たり７０ミリ当量以上のメチレンブルーキャパシティ（ＭＢＣ）値を有するものである。ＭＢＣ値は、American Petroleum Institute(API)によって推奨された手順、即ちAPI Recommended Practice 131(RP13I)Section 9 for Methylene Blue Capa city of Commercial Bentoniteによって決定される。好適な粘土の粒径分布は、２００メッシュ米国標準ふるいを通過できる十分小さい粘土粒子が７５％以上の粒径分布であるべきである。好適なナトリウムベントナイト粘土は、化学薬品による処理を受けていないのが好ましい。本発明の組成物における水膨潤性ナトリウムベースのベントナイト粘土の好適な量は９４〜９７重量％の範囲である。またこの組成物は、炭酸ナトリウム又は炭酸カリウムのようなアルカリ金属の炭酸塩を含んでおり、好適には炭酸ナトリウムを含む。組成物において水膨潤性粘土に混和されたこの炭酸ナトリウムの重要な機能は、淡水と混合して水膨潤性粘土粒子が水和し始める時に、粘土粒子の完全ではないがある程度の凝集を誘導することである。大半の粘土粒子が凝集状態にある得られた粘土スラリーは、ゲル強度及び降伏点の著しい上昇を示す。この２つの特性は、掘穿泥水の繰粉を捕捉する効果を示す。しかし、掘穿泥水における炭酸ナトリウムの量が過剰になると、掘穿泥水がペースト状になり、水和した粘土粒子の過剰な凝集を示すことになる。掘穿泥水が完全に凝集してしまうと、この掘穿泥水は、掘穿したボアホールの周りの地層への流体の浸潤を防止する能力を失う。凝集の結果、掘穿泥水のＡＰＩ流体損失度は劇的に上昇する。高いＡＰＩ流体損失度を有する掘穿泥水は、掘穿、特に傾斜井戸の掘穿に対しては害になる。従って、本発明の組成物において炭酸ナトリウムの量が適切であることは重要である。本発明の組成物における好適な炭酸ナトリウムの量は、２〜４重量％の範囲である。本発明の組成物に混和された生重合体は、特に横方向の傾斜井戸の掘穿の曲がり部分及び水平部分における効果的な繰粉輸送のためのものである。この水平部分における繰粉輸送のための理想的な流れの形態として乱流が提案されてきた。しかし、多くの場合、ポンピング速度の限界のため、パイプの電気のため、又はホールが大きくなって回転方向の流れの速度が低下するために乱流の生成が不可能であることが多い。更に、未固結の地層或いはひどく破損した地層のような不安定なホール条件が存在する場合には乱流が望ましくないことがある。通常の回転速度の乱流を発生させるには、粘度の低い流体が必要である。しかし粘性の低い流体では、循環しない間に繰粉が急速に沈降してしまう。水平部分では、乱流は有害であり得る。沈降した繰粉又は固体分が起状又は砂の形態でホールの底部を移動することが多くなる。この固体分の堆積物によって、トルクや前進抵抗が上昇したり、ビットを移動させることが不可能になり得る。更に、この体積物によってパイプがずれたり、ホールの方向が急に変化することが起こり得る。流体が循環していない状態の間の固形物の堆積を防止するためには、１０秒、１０分、３０分ゲル強度プロフィールのような極めて低いシャーリング速度（shear rate）で測定された高い捕捉特性が必要になる。試験した数種の生重合体は、繰粉の捕捉について様々な程度の改善を示す。本発明の組成物のために選択されたこの生重合体は、試験における評価基準に基づくものである。好適な生重合体は、Kelco Oil Field Group製のXANVISのような高度に精製された完成グレードのキサンタン生重合体である。直線的分子構造を有する多くの合成ポリマーとは異なり、この選択された生重合体は水と混合したとき、ポリマー鎖分子の網によって粘性を生ずる。このキサンタン生重合体の網、つまり枝分かれした分子構造によって、優れた繰粉捕捉特性が得られる。繰粉との高分子相互作用によるこの優れた捕捉特性は、特に傾斜ボアホールの曲線部分及び水平部分においてボアホールを開いた状態に維持するために必要不可欠である。（Ｐ９Ａ）直線的分子構造を有するポリアニオニック（polyanionic）セルロース（ＰＡＣ）及びカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のようなセルロースポリマー、ポリアクリルアミドのコポリマー及びポリアクリルアミドのような合成の直線型ポリマーの幾つかは、ポリマーのスラリーが塩水で汚染されると収縮する傾向を有する。直線型ポリマーの収縮のため、同時にポリマースラリーの粘度も低下する。木の枝に似た分子構造を有するXANVISのようなキサンタン生重合体は、海塩のような塩による汚染によって大きな影響を受けない。従って、XANVIS及び炭酸ナトリウムを含む掘穿泥水の繰粉捕捉能力に対する塩による汚染又は海水の侵入の影響は大きなものではない。XANVISは、１〜２重量％の好適な範囲の量で水膨潤性粘土及び炭酸ナトリウムに混和されるべきである。本発明の組成物は従来のドライブレンディング（dry blending）によって調製される。しかし各成分の添加の順番は重要ではない。生重合体と炭酸ナトリウムを水膨潤性粘土に混合することにより均一な混和物を得るのが望ましい。以下の実施例は、本発明を説明するためのものであり、本発明の限定を意図したものではない。表示されたパーセンテージの数値は、特に断りがない限り全て重量％である。全ての測定は、API Recommended Practice 13B-1(RP 13B-1)Firs t Edition,June 1,1990に記載のAmerican Petroleum Institutes Recommended P ractice Standard Procedure for Field Testing Water-Based Drilling Fluids に従って行った。実施例実施例１ラン１〜１６本発明の組成物は、９５％のワイオミングナトリウムベントナイト(２００メッシュサイズ)、４％の炭酸ナトリウム（粉末）、及び以下の化合物から選択された１％の抗沈降剤を混合することにより調製した。各配合における３種の成分の重量％の分布は同一であるが、試験された組成物におけるただ１つの違いは選択された抗沈降剤である。１バレル（４２ガロン；約１５９リットル）の淡水と２０ポンド（約９ｋｇ）の各組成物を混合し、均一な粘土スラリーを形成することによって２種類の20lb/bblの掘穿泥水を調製した。２種のスラリーの一方は、粘土スラリー１バレル（約１５９リットル）に対して１５ポンド（６．８ｋｇ）の乾燥海塩を加えることにより塩水汚染させた。15lb /bblの海塩の水溶液は天然の海水と等量である。一方が淡水（未汚染）で、他方が海水(汚染)に入っている点を除いて同一の20lb/bblの組成物を含む２つの掘穿泥水の流動学的特性をＡＰＩ推奨試験手順を用いて測定した。表２及び表３に試験の結果が示されている。各組成物を、海塩を加えたものと加えていない２つランにおいて試験した。ラン１〜１６は、８種の異なる抗沈降剤を含む８種の組成物を含むものであった。ラン１０−１と１０−２は、実験手順の精度を確保するべく独立して試験した二重反復試験である。実施例２この試験の結果が示すのは、主としてナトリウムベントナイトを含む各組成物から作られたスラリーが海塩の添加の後凝集したことである。スラリーの流動学的特性は、海塩の添加による影響を受けた。凝集の結果変化したこれらの特性の中で、最も大きく変化した３つの特性は、ＡＰＩ流体損失度の上昇、降伏点の上昇、及び３０分ゲル強度の低下である。通常、これら３種の流体特性は、掘穿泥水が汚染された環境においてもこれらの望ましい特性を維持できるように本発明の組成物に添加されるべき有効な抗沈降剤を選別するための基準として用いることができる。しかし、降伏点（正確にはビンガム降伏値と称される）は、ニュートン流体である掘穿用流体を移動させるために必要な応力の測定値である。通常は３００ｒｐｍの表示度数から塑性粘度を引くことによって、FANN 35Aのような直接表示型の粘度計によって求められる降伏点は、ポリマー、特に高いゲル強度を示すポリマーを含む掘穿泥水には十分に利用することができない。このため、海塩を添加した後のポリマーを含む掘穿泥水の降伏点の変化は、掘穿泥水の繰粉捕捉能力の変化を必ずしも意味するものではない。従って、この降伏点は基準の１つとして用いることができない。他の２つの流体の特性、即ちＡＰＩ流体損失度及び３０分ゲル強度を、本発明の組成物のための最も有効な抗沈降剤を選択するための選別基準として用いるべきである。選別基準として用いられる２つの計算量は、基準Ｉ：ＡＰＩ流体損失度の上昇率（％）と、基準１１：海塩の添加の前後の掘穿泥水の３０分ゲル強度の低下率（％）である。実施例３試験された組成物の中で、最も望ましい組成物は、15lb/bblの海塩と掘穿泥水を混合した後の３０分ゲル強度の低下率（％）が最も低い数値である掘穿泥水となるものである。許容される抗沈降剤は、両基準についての特定のパーセンテージの組、即ち基準Ｉについて１３５％未満、基準ＩＩについて４５％未満の条件を満たすべきである。表４に示すのは、各試験された組成物の両基準における変化率のパーセンテージである。このデータからBARAZAN、BIOZAN、及びXANVISが上述の２つの基準を満たすことが分かる。これらの３つの製品は、Baroid Drilling Fluids,Inc.of Houston.Texasから市販されている生重合体である。XANVISはキサンタンガム生重合体である。この製品は全て汚染されていない環境及び汚染された環境の何れにおいても十分な捕捉能力を有する掘穿泥水を形成するが、XANVISが最も好ましい。従って、本発明の組成物では好適な抗沈降剤としてXANVIS生重合体を選択した。水膨潤性ナトリウムベントナイト、炭酸ナトリウム、及びXANVIS生重合体を含むこの組成物は、淡水と混合すると、海水の汚染による影響が最も少ない掘穿泥水となる。実施例４ラン１７〜２７本発明の組成物における各成分の重量％の分布を最適化して、特定の穿孔の用途について掘穿泥水の最大限の効果を得ることは重要である。組成物には３種の成分が存在することから、最適化は、３種の成分のなかの１つの重量％を一定量に維持し、且つ他の２種の成分の重量％の分布を変化させることによって行う。第１の最適化は、炭酸ナトリウムを４重量％に維持すると共に、ワイオミングベントナイトとXANVISの間の重量％分布を変えることによって行った。３種の成分の重量％の合計は１００％に等しくなるはずである。表５（ラン１７〜２６）には、この第１の最適化の結果が示されている。データが示すように、最適な重量％の範囲は、ワイオミングベントナイトが９４〜９５．５重量％、XANVISが１〜２重量％の範囲である。実施例５ラン２７〜３６第２の最適化は、XANVISを１重量％に維持すると共に、ワイオミングベントナイトと炭酸ナトリウムの重量％分布を変化させることによって行った。表６（ラン２７〜３６）には、この第２の最適化の結果が示されている。このデータから、最適な重量％の範囲は、ワイオミングベントナイトが９４〜９７重量％、炭酸ナトリウムが２〜４重量％の範囲であることが分かる。この２つの最適化の結果から、本発明の組成物の各成分の最適な重量％の範囲は、ワイオミングナトリウムベントナイトが９４〜９７重量％、炭酸ナトリウムが２〜４重量％、XANVISが１〜２重量％の範囲であると結論することができる。表１海塩で汚染された淡水及び汚染されていない淡水における発明によって調製された掘穿泥水の流動学的特性と従来技術（米国特許第4,267,062号）で調製された掘穿泥水の流動学的特性との比較表２表３表４本発明のための抗沈降剤の選別基準表５最適化１−変量：XANVIS及びワイオミングベントナイト；一定量：炭酸ナトリウム表６最適化２−変量：炭酸ナトリウム及びワイオミングベントナイト；一定量：XANVIS

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】１．電解質で汚染された地層を掘穿するための水ベースの掘穿泥水であって、水と、約９１〜９８重量％の、天然及び合成のナトリウムベースのベントナイト、カルシウムベースのベントナイト、モンモリロナイト、バイデル石(beidellite)、ヘクトライト、サポナイト、ステベンサイト(stevensite)及びその混合物の類から選択された水膨潤性粘土ジェラン（gellant）を含む前記水と混合される組成物と、約１〜８重量％の、ナトリウム、カルシウム及びその混合物からなる群から選択された水膨潤性アルカリ金属炭酸塩と、約０．５〜４重量％の、未改質及び改質キサンタンガム、ウェランガム（wela n gum）、グアルガム（guar gum）、デキストランガム、イナゴマメガム（locus bean gum）、及びその混合物からなる類から選択された水膨潤性生重合体とを含むことを特徴とする電解質で汚染された地層を掘穿するための水ベースの掘穿用流体。２．水と混合した前記組成物が、約９４〜９７重量％の細粒ナトリウムベントナイト、約２〜４０重量％の炭酸ナトリウム、及び約１〜２重量％のキサンタンガムを含むことを特徴とする請求項１に記載の掘穿用流体。３．前記掘穿用流体が、約１５９リットル（１バレル）の水に対して約９ｋｇ（約２０ポンド）の前記組成物を含むことを特徴とする請求項２に記載の掘穿用流体。４．前記組成物を水と混合して掘穿用流体を形成する前に、前記組成物の全ての成分が混合されていることを特徴とする請求項３に記載の掘穿用流体。５．前記組成物の一つ又はそれ以上の成分が、前記組成物の残りの成分と予め混合されておらず直接水に混合されることを特徴とする請求項３に記載の掘穿用流体。６．水と混合して水ベースの掘穿用流体を形成する組成物であって、約９１〜９８重量％の、天然及び合成のナトリウムベントナイト、カルシウムベントナイト、モンモリロナイト、バイデル石、ヘクトライト、サポナイト、ステベンサイト、及びその混合物からなる類から選択された水膨潤性粘土ジェランと、約１〜８重量％のナトリウム、カルシウム、及びその混合物からなる類から選択された水膨潤性アルカリ金属炭酸塩と、約０．５〜４重量％の、未改質及び改質されたキサンタンガム、ウェランガム、グアルガム、デキストランガム、イナゴマメガム、及びその混合物からなる類から選択された水膨潤性生重合体とを含むことを特徴とする水と混合して水ベースの掘穿用流体を形成する組成物。７．前記粘土ジェランが、約９４〜９７重量％の細粒ナトリウムベントナイトを含むことを特徴とする請求項６に記載の組成物。８．前記アルカリ金属炭酸塩が、約２〜４重量％の炭酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項７に記載の組成物。９．前記生重合体が、約１〜２重量％のキサンタンガムを含むことを特徴とする請求項８に記載の組成物。１０．水ベースの掘穿用流体を用いて横方向坑井を掘穿する方法であって、水に加えることによって水ベースの掘穿用流体を形成するような組成物を混合する過程と、前記組成物を水に混合して水ベースの掘穿用流体を形成し、前記掘穿用流体を用いて前記構成から繰粉を除去しつつ前記横方向の構成を掘穿する過程を含むことを特徴とし、前記組成物が、約９１〜９８重量％の、天然及び合成のナトリウムベースのベントナイト、カルシウムベースのベントナイト、モンモリロナイト、バイデル石（beidellite ）、ヘクトライト、サポナイト、ステベンサイト（stevensite）及びその混合物の類から選択された水膨潤性粘土ジェラン（gellant）を含む前記水と混合される組成物と、約１〜８重量％の、ナトリウム、カルシウム及びその混合物からなる群から選択された水膨潤性アルカリ金属炭酸塩と、約０．５〜４重量％の、未改質及び改質キサンタンガム、ウェランガム（we lan gum）、グアルガム（guar gum）、デキストランガム、イナゴマメガム（loc us bean gum）、及びその混合物からなる類から選択された水膨潤性生重合体とを含むことを特徴とする水ベースの掘穿用流体を用いて横方向坑井を掘穿する方法。１１．前記掘穿用流体が、約１５９リットル（１バレル）の水に対して約９ｋｇ（約２０ポンド）の前記組成物を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。１２．水と混合した前記組成物が、約９４〜９７重量％の細粒ナトリウムベントナイト、約２〜４重量％の炭酸ナトリウム、及び約１〜２重量％のキサンタンガムを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。