JPH036287A

JPH036287A - 高温度用泥水組成物

Info

Publication number: JPH036287A
Application number: JP14041789A
Authority: JP
Inventors: Morihiro Sano; 佐野　守宏; Masao Hoshino; 星野　政夫; Atsushi Konno; 淳今野
Original assignee: Telnite Co Ltd
Current assignee: Telnite Co Ltd
Priority date: 1989-06-02
Filing date: 1989-06-02
Publication date: 1991-01-11
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JP2843997B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】ａ、　産業上の利用分野本発明は、石油、天然ガス、地熱蒸気井、その他の高温
下にさらされる各種坑井を、掘削する際に用いる水系掘
削循環流体組成物に関する。

ｂ、　従来の技術坑井掘削力、法は、掘削機械の作動原理から、基本的に
回転式、衝撃式の２方法に大別できる。

これらの方法は、使用目的によってそれぞれ特徴を生か
しながら逐次改良されているが、近年回転式が多くの面
で利点があり、その汎用性が認められ、掘削機械の方式
として大勢を占めている。

この回転式掘削技術は１、中空パイプ状のドリルストリ
ングの下端に錐状のビットを取付け、ドリルストリング
とビットを回転させることによって、ビットで地層の岩
石を砕き坑井を掘進して行くものである。

ビットにより砕かれた地層中の岩石（以下「カッティン
グ」という。）は、地表に運びださねばならないが、そ
の役目をするのが、掘削循環流体（以下「泥水」という
、）である。

掘削の際、この泥水は、ポンプによりドリルストリング
の中に通し、ビットの先端から噴出させ、それによって
ビットを冷却しながら、カッティングと共に坑壁とドリ
ルストリングの間を通って地表まで上昇し、カッティン
グを搬出する。

このとき、泥水は新しくできた坑壁の表面に泥水構成組
成物による泥壁を形成し、坑壁の崩壊を防止すると共に
、その泥水圧により、高圧の石油。

ガス、蒸気等が地層内から噴出してくるのを防止し、さ
らにドリルストリングと坑壁との摩擦抵抗を小さくする
という役目をも果たす。

すなわち、泥水は、坑壁の表面に薄くて強靭な泥壁を作
ることにより坑壁を保護し、かつ、泥水圧と地層圧との
バランスを保ち、地層の崩壊を防止するものである。

用いる泥水の組成は、地層の状況に応じて決定されるが
、従来より用いられている一般的な泥水は、次のような
ものである。

（１）ベントナイト泥水：ベントナイト等の粘土鉱物の
懸濁液に、少量の増粘剤及びフミン酸塩若しくはりゲニ
ンスルホン酸塩又はアクリル酸塩の１種又は２種以上を
添加した泥水。

（２）リグネート泥水：ベントナイト等の粘土鉱物の懸
濁液に、３〜５％のフミン酸塩とりゲニンスルホン酸塩
の複合物を加えた泥水。

（３）カルシウム泥水：ベントナイト等の粘土鉱物の懸
濁液に、消石灰又は石膏及びフミン酸塩又はリグニンス
ルホン酸塩を加えた泥水。

（４）ポリマー泥水：ベントナイト等の粘土鉱物の懸濁
液に、カルボキシメチルセルロース又はその誘導体、ザ
ンサンガムなどの天然系若しくは半合成系ポリマー又は
アクリルアミド／アクリル酸の共重合物などの合成系ポ
リマーの１種又は２種以上を主体に添加した泥水。

（５）にＣｌポリマー泥水：（４）のポリマー泥水にＫ
ＣＩを併用した泥水。

（６）ｌ（Ｃ１又はＫＯＨリグネート泥水：（２）のり
グネート泥水にＭＣＩ又はＫＯＩ＋を併用した泥水。

（７）ボタシラムライム泥水：（３）のカルシウム泥水
にＫＯＨを併用した泥水。

Ｃ１発明が解決しようとする課題ところが、上記泥水（１）〜（７）は、高温度下におか
れると、その組成が熱により変化して、流動性が后化し
、脱水量が増加するというような、泥水機能の劣化を起
こす。従って、高温度地層の坑井を掘削する場合は、上
記の如き泥４！！能の劣化の少ない泥水を使用しなけれ
ばならない。

高温度下で用いる水系泥水としては、従来、次のような
ものが知られている。

（８）　　粘土鉱物の懸濁液に、脱水調整剤としてビニ
ルアミド／ビニルスルホン酸の共重合物（商品名：ホス
タドリル、西独ヘキスト社の製品）、分散剤としてポリ
アクリル酸ソーダ又はスチレンスルホン酸／無水マレイ
ン酸共重合物（以下ｒ　ＳＳＭＡ　Ｊという、）を添加
し、さらに、必要に応じて坑壁保護剤、酸化防止剤など
を併用したポリマー泥水。

（９）　　粘土鉱物の懸濁液に、脱水減少剤としてクロ
ム酸類とリグナイト　（フミン酸含有物）１！の反応生
成物、分散剤としてスルホメチル化タンニン又はＳＳＭ
Ａ、泥水の熱安定性同上剤としてビニルアミド／ビニル
スルホン酸の共重合物を添加し、さらに坑壁保護剤、潤
滑剤などを併用した高温度用リグナイト泥水。

０［１）　　粘土鉱物のＭ濁液に、脱水減少剤としてフ
ミン酸又はその塩類及びアクリル酸又はその塩類とから
得られる共重合物（特願昭６２−１２０５５９号、商品
名：Ｇ−５００５）　、分散剤としてアクリル酸ソーダ
またはフミン酸塩を添加したＧ−５００５泥水。

Ｑｌ）　　粘土鉱物の懸濁液に、増粘剤として無機合成
ポリマー（商品名言サーマビス、米国バロイド社の製品
）、分散剤としてアクリル酸ソーダ、脱水減少剤として
ビニルアミド／ビニルスルホン酸の共重合物（以下「ホ
スタドリル」という、）を使用した無機合成ポリマー泥
水。

しかし、これらの泥水（８）〜００には、泥水中に一定
量以上の固形懸濁物質類（加重剤、カッティング等）が
存在して、泥水比重が１＝４０以上になったり、泥水温
度が２１０〜２３０℃の熱的限界点に達したとき、泥水
機能の劣化が促進されるという欠点がある。

たとえば、掘削深度が６０００　ｍ以上になると、泥水
の比重を上げるために、加重剤〔例えば、比重４゜２以
上の重晶石微粉末（パライト）〕を多量に添加する必要
がある。また、掘削深度６０００　ｍ以上では掘進率が
小さくなるため、カッティング等の摩砕が進み、より微
細化された固形懸濁物質類が多量に泥水中に残存するが
、これらの固形懸濁物質類を、泥水中から分離すること
は困難であり、泥水中に蓄積される。このため、泥水の
流動性が悪化し、また脱水量が増加するなどの泥水機能
の著しい低下を起こす、さらに掘削深度が６０００　ｒ
ｎ以上になると２２０’Ｃ以上の高温度地層に遭遇する
ことになるため、熱的にも泥水機能の劣化が促進される
。

したがって、上記の泥水（８）〜ＯＤは、固形懸濁物質
類が多く混入し、高温度下におかれるような坑井の掘削
には適さない。

近年の石油、ガス井などは、６０００　ｍ以上の高深度
のものが多（、かつ、安全、確実、迅速そして安価に掘
削することが要求されている。

従って、高比重を維持し、かつ高温度下でも安定した流
動特性、最適な脱水特性、さらには強靭な泥壁を形成す
る特性、その他坑井の条件に応じた必要特性を持たせた
新たな泥水の開発が、強く望まれている。

すなわち、本発明は、２２０〜２６０℃の高温度下、多
量の固形懸濁物質類を含む組成においても、安定な泥水
として、緒特性を維持する掘削泥水を提供することを目
的とするものである。

ｄ、　　ｉ１題を解決するための手段上記目的を達するため、本発明の要旨は、粘土鉱物の懸
濁液に、無機合成ポリマー、フミン酸又はその塩類とア
クリル酸又はその塩類とからなる共重、金物、及び必要
に応じて加重剤、脱水減少剤。

潤滑荊、坑壁安定剤、逸泥防止剤を添加してなるご七を
特徴とする高温度用泥水組成物にある。

泥水に増粘剤として無機合成ポリマー（以下、サーマビ
スという、ンを添加することは知られている。

サーマビスは、それ自体の熱分解温度が約３７０℃であ
り、高温度用泥水材料として、従来から多く使用されて
いる打機系ポリマーに比べて、飛躍的に高い耐熱特性を
有する物質である。

しかし、このサーマビスを粘土鉱物の懸濁液に添加し、
これに４従来から多く使用されている下記の如き分散剤
や脱水減少剤その他の添加剤を添加した泥水組成物では
、比重が１．４０以上で、坑底温度２２０〜２６０℃の
高温度下、さらに多量のカッティングなどの固形懸濁物
質類が含まれる場合に、泥水の流動特性、脱水特性等が
著しく悪化する。

記リグニン、リグナイト、タンニンなどの変成物やポリリ
ン酸塩系勧賞、ポリアクリル酸又はその塩類、ポリアク
リル＃／ポリアクリル酸エステル共重合物又はその塩類
、ポリアクリル酸／ポリアクリル酸エステル／スチレン
スルホン酸共重合物又はその塩類、スチレンスルホン酸
／無水マレイン酸共重合物又はその塩類など。

すなわち、サーマビスと上記の如き添加剤を含有する泥
水においても、高比重、高温度下、そして多量の固形懸
濁物質類が含まれる場合、その泥水機能は著しく劣化し
、坑内事故発生の原因となるなど、安定した掘削泥水機
能を維持できない。

ところで、分散剤と脱水減少剤の両特性を持つ添加剤と
して、フミン酸又はその塩とアクリル酸又はその塩類と
からなる共重合物（以下ｒ　Ｇ−５００５Ｊという、）
が知られている。このＧ−５０Ｏ３は、比較的泥水中の
固形懸濁物質類の含有量が少なく、高温度に遭遇する地
熱開発弁開けの高温度用泥水材料として開発され、使用
されているものである。

ところが、二〇Ｇ−５０Ｏ８を、従来のサーマビスを使
用しない泥水に添加すると、２５０℃程度の温度で分散
特性および脱水減少特性が劣化してしまう。

また、２５０″Ｃ程度の温度には耐えられるものの、高
温度下で、かつ、加重剤やその他の固形懸濁物質を多く
含有した場合には、これらの加重剤やその他の固形懸濁
物質の必要以上の沈降を防ぐために、ベントナイト、セ
ピオライト、アタパルジャイト、アスベストなどの従来
から使用されている無機系増粘剤を添加しなければなら
ない、さらに、加重剤やその他の固形懸濁物質が増加し
てくると粘性を維持するために、これらの無機系増結剤
の濃度を上げなければならない、この無機系増粘剤が増
加すると泥水のゲル化が進み、流動特性が悪化し、泥水
の循環が困難となり、重大な坑内事故発生の重大原因と
もなる。

また、無機系増結剤の代替として、ザンサンガム、グア
ガム、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチル
セルロース、ポリアクリレートポリアクリルアミドなど
の打機系増粘剤を使用した場合には、耐熱性が低くなり
、高温度に遭遇すると泥水の流動特性が急激に低下し、
泥水機能を失うことになる。

そこで本発明者らは、このような実情に鑑みて鋭意研究
を重ねた結果、多量の固形懸濁物質類を含有し、かつ、
高比重、高温度下（２２０″Ｃ以上）の条件にあっても
、安定した泥水機能を維持する泥水を得るに至ったもの
である。

すなわち本発明は、耐熱性に優れた高温度用泥水材料で
あるサーマビスとＧ−５００Ｓを必須の泥水構成組成物
とし、これに必要に応じて、高温度用の脱水減少剤とし
てホスタドリルなど、高温度用潤滑剤としてスピーダー
ＰＳ（商品名、チルナイト社の製品）など、高温度用坑
壁安定剤としてアステンクスＰ（チルナイト社の製品）
などを補助剤として適宜添加することにより、高比重、
高温度下（２２０〜２６０°Ｃ）、さらには多量の固形
懸′／＠物質類が混入する条件下でも、安定した泥水機
能を維持することができる泥水組成物を得たものである
。

本発明をさらに具体的に説明すると、ベントナイト等の
粘土鉱物懸濁液１００重量部に、サーマビスを０．５〜
５．０重量部、Ｇ−５０Ｏ３を０．５〜５．０重量部を
含有してなる基本泥水に、加重剤を５０〜１５０重量部
、さらに必要に応じて脱水減少剤、潤滑剤坑壁安定剤、
逸泥防止剤、その他の添加剤をそれぞれ０．５〜３０重
量部添加してなる高温度用泥水組成物である。

本発明の高温度用泥水組成物は、加重剤を加えて、その
泥水比重を１．５０〜１．９０に維持することにより、
高温度用泥水として、より好ましく用いることができる
。

ｅ、　実施例次に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

〔実施例１〕ハミルトンビーチミキサーのカップに清水を３００ｄ取
り、ワイオミングベントナイト６ｇを加えて、充分攪拌
したのち、ベントナイトを充分に膨潤させるために一昼
夜放置する。このベントナイトの懸濁液に、サーマビス
を４．５ｇ、　Ｇ−５０Ｏ３を６ｇ、加重剤のパライト
を２４０ｇ、ホスタドリルを２．４ｇ添加し泥水をつく
る。

この泥水に、微粉砕したカッティング（頁岩）を３０ｇ
添加して、攪拌しながら、さらに３０％水酸化ナトリウ
ム溶液にて泥水のｐＨを１０．５に調整して、泥水組成
物を得た。

得られた泥水組成物の泥水特性を測定し、その測定値を
表−２に示す。

〔実施例２〕ハミルトンビーチミキサーのカップに清水を３００ｄ取
り、ワイオミングベントナイト６ｇを加えて、充分撹拌
したのち、ベントナイトを充分に膨潤させるために一昼
夜放置する。このベントナイトの懸濁液に、サーマビス
を９．０ｇ、　Ｇ−５０Ｏ３を９ｇ、加重剤のパライト
を３７０ｇ　、ホスタドリルを２．４ｇ添加して泥水を
つくる。

この泥水に、微粉砕したカッティング（頁岩）を３０ｇ
添加し、攪拌しながら、さらに３０％水酸化ナトリウム
溶液にて泥水のｐＨを１０．５に調整して、泥水組成物
を得た。

〔比較例１〜９〕ハミルトンビーチミキサーのカップに清水を３００ｄ取
り、ワイオミングベントナイト６ｇを加えて、充分攪拌
したのち、ベントナイトを充分に膨潤させるために一昼
夜放置する。このベントナイトの懸濁液に表−１に示す
各種の添加剤を添加して、懸濁液を作り、加重剤として
パライトを２４０ｇ添加して泥水をつくる。この各種泥
水に、微粉砕したカッティング（頁岩）を３０ｇ添加し
て、攪拌しながら、さらに３０％水酸化ナトリウム溶液
にて泥水のｐ）ＩをＩＱ、５に調整して、比較的泥水組
成物を得た。

〔実施例３〕実施例１，２の泥水組成物及び比較例１〜９の泥水を、
それぞれ養生セルに取り、２６０℃で１６時間加熱養生
した。放冷後泥水特性を測定し、その測定値を表−２に
示す。

〔実施例４〕実施例１，２の泥水組成物及び比較例１〜９の泥水を、
それぞれ高温高圧（５００ｐｓｉ　、　１５０　’Ｃ及
び５００ｐｓｉ、２００℃）下におき、脱水試験器によ
り、脱水量及び泥壁の厚さを測定した。測定値を表−２
に示す。

ｆ、　発明の効果本発明の高温度用泥水組成物は、多量の固形懸濁物質類
を含有し、かつ、高比重、高温度下（２２０”以上）の
条件下においても、安定した泥水機能を発揮することが
できる。

特許出願人株式会社 ′アルナイト（ほか２名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）粘土鉱物の懸濁液に、無機合成ポリマー、フミン
酸又はその塩類とアクリル酸又はその塩類とからなる共
重合物、及び必要に応じて加重剤、脱水減少剤、潤滑剤
、坑壁安定剤、逸泥防止剤を添加してなることを特徴と
する高温度用泥水組成物。
（２）粘土鉱物の懸濁液１００重量部に対して、無機合
成ポリマーを０．５〜５．０重量部添加したことを特徴
とする請求項（１）記載の高温度用泥水組成物。
（３）粘土鉱物の懸濁液１００重量部に対して、フミン
酸又はその塩類とアクリル酸又はその塩類とからなる共
重合物を０．５〜５．０重量部添加したことを特徴とす
る請求項（１）記載の高温度用泥水組成物。
（４）加重剤を加えることにより、泥水比重を１．５０
〜１．９０に維持したことを特徴とする請求項（１）記
載の高温度用泥水組成物。