JPH0625341B2 - 掘削泥水調整剤 - Google Patents

掘削泥水調整剤

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JPH0625341B2
JPH0625341B2 JP5715786A JP5715786A JPH0625341B2 JP H0625341 B2 JPH0625341 B2 JP H0625341B2 JP 5715786 A JP5715786 A JP 5715786A JP 5715786 A JP5715786 A JP 5715786A JP H0625341 B2 JPH0625341 B2 JP H0625341B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は土木工事の基礎工事、地熱開発井の掘削、石油
井の掘削等地盤を深く掘削する場合に使用される耐熱性
および耐塩性の両方に優れた性能を示す泥水調整剤に関
するものである。
〔従来の技術〕
近年、海岸及び沖合での土木工事の基礎工事や地下2000
〜3000mという深層部への地熱開発井および石油井の掘
削が行なわれる様になって来た。
地熱開発井や石油井の掘削において用いられる泥水は水
または海水をベースとした泥水であり、基本的には水−
ベントナイト懸濁液を主体としている。掘削に用いる泥
水は砂層の様な浸透性のある地層面においては、泥水中
の水分が地層中に失われ流動特性を悪化し掘削が困難と
なる。泥水調整剤は、この様な浸透性のある泥壁に非常
に薄い不浸透性の壁を作り泥水の流入を防ぐと同時に掘
削速度を減少することなく、又掘くず類の運搬能力を上
げるための増粘効果をもち、かつベントナイトが塩や高
温のため凝集を起し泥水の性質を維持出来なくなるのを
ふせぐ分散剤の役割をも持つことが必要である。
従来、泥水調整剤としては、ベントナイト、フミン酸誘
導体、リグニンスルホン酸誘導体、タンニン誘導体、カ
ルボキシメチルセルロース、ポリアニオニックセルロー
ス系ポリマー等や水溶性の高分子としてアクリルアミド
加水分解物、アクリルニトリル加水分解物等が使用され
てきた。
しかしながら、これらの泥水調整剤は耐塩性は良いが耐
熱性が悪かったり、あるいは逆に耐熱性は良いが耐塩性
が悪かったりで、それぞれ欠点をもっている。従ってこ
れらの泥水調整剤では深層部への地熱開発井や石油井及
び塩を多く含む泥水や海水泥水での深層掘削には使用に
耐えない。
最近、耐塩性、耐熱性の両方を兼ねそなえた掘削泥水調
整剤の研究がさかんになり、特開昭59-38277、特開昭59
-113083等の特許出願がされているがその効果について
は確かではない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、高塩濃度泥水の調整剤および高温高塩濃度泥
水の調整剤としてビット刃先での粉砕を容易にし、かつ
掘くず類の運搬能力を上げ、かつ掘孔壁の安定性を増す
ことができる泥水調整剤を提供しようとするものであ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の掘削泥水調整剤は、 (a)アクリルアミド、メタクリルアミドまたはこれらの
混合物、 (b)アクリル酸塩、メタクリル酸塩または2−アクリル
アミド−2−メチルプロパンスルホン酸塩から選ばれた
少なくとも1種のアニオン性ビニルモノマーおよび (c)式(I) 〔式中R1は水素原子またはメチル基、R2およびR3はアル
キルであり、かつm、nは1〜3のである。〕 で表わされる水溶性の両性ビニルモノマーの少なくとも
1種から得られた水溶性両性ビニルモノマー含有共重合
体からなるものである。
上記アニオン性ビニルモノマーであるアクリル酸塩、メ
タクリル酸塩または2−アクリルアミド−2−メチルプ
ロパンスルホン酸塩としては各々のナトリウム塩、カリ
ウム塩またはアンモニウム塩が用いられる。
水溶性両性ビニルモノマー含有共重合体中に含まれるア
ニオン性ビニルモノマーの割合は、共重合の際に前記の
アニオン性ビニルモノマーを一緒に入れ共重合するか、
またはアクリルニトリル、メタアクリルニトリル、アク
リルアミド、メタクリルアミド等のノニオン性ビニルモ
ノマーを一緒に入れて共重合したのち加水分解すること
により最適の含有量にすることができ、共重合体の全構
成単位中で50モル%以上含有させることが好ましい。す
なわち、アニオン化度が50%以上であることが好まし
い。
式(I)の水溶性両性ビニルモノマーの具体例としては N-(2-スルホエチル)-N-アクリルアミド−エチル-N,N-ジ
メチルアンモニウム両性モノマー(SEE-Betaine) N-(3-スルホプロピル)-N-メタアクリルアミド−プロピ
ル-N,N-ジメチルアンモニウム両性モノマー(SPP-Betain
e) 等を挙げることができる。
式(I)の水溶性両性ビニルモノマー含有量は0.5乃至2
0モル%とするのが好ましく、1.0乃至10モル%が特に好
ましい。0.5モル%以下では、式(I)の両性ビニルモ
ノマーの効果が得られずまた20%以上では分子量が上が
りにくくなる。
水溶性両性ビニルモノマー含有共重合体は前記モノマー
(a),(b)および(c)を水溶液重合法や、単量体水溶液に難
溶の疎水性有機溶媒中に分散安定剤を用いて単量体水溶
液を分散させて行う逆相乳化重合や、逆相懸濁重合、単
量体は溶解するが重合体は溶解しない有機溶媒中で行う
沈澱重合などによって得られる。例えば水溶液重合法は
後述する実施例に示すような方法、すなわち、これらモ
ノマーを含有する水溶液に重合開始剤として、例えば過
硫酸アンモニウムおよび亜硫酸アンモニウムを添加し
て、酸素を含まない雰囲気で例えば温度を60℃以下に調
整して等温重合することによって得られる。
得られた水溶性両性ビニルモノマー含有共重合体の分子
量の目やすは、重合して得られた共重合体を1重量%の
水溶液に稀釈した後、この水溶液中に塩化ナトリウムに
ついて1規定水溶液となる様に塩化ナトリウムを添加し
て溶解した水溶液をUL-アダプター付きB8L型回転粘度計
にて25℃で1分間に30回転させて測定した粘度値を標準
粘度(以下SV1という)として表わすことより得られ
る。
本発明においては、得られた水溶性両性ビニルモノマー
含有共重合体のSV1は2〜10cpsに調整するのが掘削泥水
調整剤水溶液の増粘効果、分散効果、泥壁形成性および
作業性において優れた効果を示すので好ましい。
共重合体のアニオン化度が50%以下であったり、あるい
は前記の分子量の目やす粘度が2cps/25℃以下と低く過
ぎたり、または分子量の目やす粘度が10cps/25℃以上と
高すぎるとベントナイトの分散および泥壁形成による脱
水減少性が悪くなり性能のバランスが優れた掘削泥水調
整剤は得られない。
この様にアニオン化度を50モル%以上にした比較的低分
子量の共重合体を泥水中に入れることにより、耐塩性お
よび耐熱性を発揮し、ベントナイトの塩濃度増大による
凝集を防止し、また粘度増大を防止し、さらにベントナ
イトの分散性を良好にすることができる。また高温、高
塩濃度時においてもベントナイトの分散性を良好に保
ち、泥水中の水分が地層中に失われるのを防ぐ不浸透性
の泥壁を形成し、良好な脱水減少効果を示す。
前記の水溶性両性ビニルモノマー含有共重合体は、掘削
する地層及び泥水組成条件により掘削泥水中に0.1〜2.0
wt%の濃度になるよう含有させて掘削泥水調整剤として
用いられる。
〔実施例〕
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれらの実施例に限定されるものではない。な
お、実施例における泥水試験は、API(米国石油協会)
規格に準じて測定し、粘度計はVGメーターを使用し
た。
実施例1 アクリルアミド(AMD)29モル%、アクリル酸ソーダ(NaA
c)70モル%、N-(3-スルホプロピル)-N-メタアクリルア
ミド−プロピル-N,N-ジメチルアンモニウム両性モノマ
ー(SPP-Betaine)1モル%からなる混合モノマーの10重
量%水溶液の(pH=8.5)700gを1の攪拌機付き4つ口
フラスコに仕込み、室温にて反応系内をN2ガスを用いて
十分に脱酸素した。この水溶液に重合開始剤として、過
硫酸アンモニウム(APS)0.01モル/モノマー1モルおよ
び亜硫酸水素ナトリウム(SHS)0.005モル/モノマー1モ
ルを添加し、N2ガス密封下、攪拌しながら重合温度を50
℃に昇温することにより重合開始させ、重合温度を60℃
以下に調節しながら等温重合を行なった。重合時間4時
間で反応は完結した。得られた共重合体を1重量%含有
する1規定塩化ナトリウム水溶液(1重量%重合体/1
N−NaCl水溶液)の25℃における前記のように測定した
SV1は3.5cpsであった。
実施例2 AMD40モル%、メタアクリルアミド(MAm)5モル%、NaAc
50モル%、SPP-Betaine5モル%からなる混合モノマー
の10重量%水溶液(pH=8.5)700gを1の攪拌機付き4
つ口フラスコに仕込み、実施例1と同様にN2ガスにて反
応系内を十分に脱酸素し、この水溶液に重合開始剤とし
てAPS0.01モル/モノマー1モルおよびSHS0.005モル
/モノマー1モルを添加し、以下実施例1と同様にして
重合した。得られた共重合体のSV1は25℃で3.4cpsであ
った。
実施例3 AMD25モル%、NaAc60モル%、2-アクリルアミド-2-メチ
ルプロパンスルホン酸ソーダ(NaAMPS)10モル%、SPP-Be
taine5モル%からなる混合モノマーの10重量%水溶液
(pH=8.5)700gを1の攪拌機付き4つ口フラスコに仕
込み、実施例1同様にN2ガスにて反応系内を十分に脱酸
素し、この水溶液に重合開始剤として、APS0.004モル/
モノマー1モルおよびSHS0.002モル/モノマー1モルを
添加し、以下実施例1と同様にして重合した。得られた
共重合体のSV1は25℃で5.3cpsであった。
実施例4 AMD20モル%、NaAc70モル%、SPP-Betaine10モル%から
なる混合モノマーの10重量%水溶液(pH=8.5)700gを1
の攪拌機付き4つ口フラスコに仕込み、実施例1と同
様にN2ガスにて反応系内を十分に脱酸素し、この水溶液
に重合開始剤としてAPS0.01モル/モノマー1モルおよ
びSHS0.005モル/モノマー1モルを添加し、以下実施例
1と同様にして重合した。得られた共重合体のSV1は25
℃で2.5cpsであった。
比較例1 AMD30モル%、NaAc70モル%からなる混合モノマーの10
重量%水溶液(pH=8.5)700gを1の攪拌機付き4つ口
フラスコに仕込み、実施例1と同様にN2ガスにて反応系
内を十分に脱酸素し、この水溶液に重合開始剤としてAP
S0.01モル/モノマー1モルおよびSHS0.005モル/モノ
マー1モルを添加し、以下実施例1と同様にして重合し
た。得られた水溶性アクリル系重合体のSV1は25℃で4.4
cpsであった。
比較例2 AMD30モル%、NaAc70モル%からなるモノマーの10重量
%水溶液(pH=8.5)700gを1の攪拌機付き4つ口フラ
スコに仕込み、実施例1と同様にN2ガスにて反応系内を
十分に脱酸素し、この水溶液に重合開始剤としてAPS0.0
6モル/モノマー1モルおよびSHS0.03モル/モノマー1
モル添加し、以下実施例1と同様にして重合した。得ら
れた水溶性アクリル系重合体のSV1は25℃で5.3cps/25
℃であった。
実施例5 実施例1〜4と比較例1および2でそれぞれ得られた重
合体を掘削泥水調整剤として第1表に示した各泥水に添
加し、API(米国石油協会)規格に準じて見掛粘度、プ
ラスチック粘度、イールド値、10秒後のゲルストレング
スおよび脱水量を測定した。結果を表−1、表−2に示
した。
表−1および表−2の結果より明らかなようにAMD/NaAc
=30/70(モル%)よりなる重合体(比較例1および比
較例2)を添加した泥水は清水では比較的少ない脱水量
を示してSPP-Betaine含有共重合体と大差はないが、強
電解質であるNaClを4Wt%含有する泥水では大きな脱水
量を示す。
これに対して、本発明の掘削泥水調整剤である水溶性両
性ビニルモノマー含有共重合体(実施例1〜4)を添加
した泥水は4Wt%のNaCl共存下でも少ない脱水量を示し
た。
また180℃で6時間オートクレーブ中で加熱した泥水を
用いた場合も比較的変化が少なく、AMD/NaAcよりなる共
重合体よりはるかに少ない脱水量を示す。このことは、
本発明の掘削泥水調整剤が耐塩性だけでなく、熱に対し
ても安定であることを示す。
〔発明の効果〕 本発明においては、耐熱性の良好な(メタ)アクリルア
ミドと(メタ)アクリル酸塩又は2−アクリルアミド−
2−メチルプロパンスルホン酸塩からなる共重合体中に
水溶性の両性ビニルモノマーを組み入れることにより耐
熱性および耐塩性の両方にすぐれた泥水調整剤を得るこ
とができた。すなわち、本発明による高塩濃度又は高温
濃度下における掘削泥水調整剤として、式(I)の水溶
性の両性ビニルモノマーを0.5乃至20モル%含有し、ア
ニオン化度が好ましくは50モル%以上、分子量の目やす
の、共重合体を1重量%含有する1規定塩化ナトリウム
水溶液粘度が好ましくは2cpsから10cpsの範囲の比較的
低分子量の水溶性両性ビニルモノマー含有共重合体を使
用することにより、市水は無論、海水や高塩濃度水を用
いた泥水の中でも脱水減少剤としての効果を十分に発揮
し又高温高塩濃度下でも十分にその効果を示した。
この耐塩性効果のメカニズムは十分には明らかでない
が、両性ビニルモノマーの側鎖基がポリマー間で相互作
用することにより、高塩濃度下においてもポリマーが中
性の様な性能を示し、アニオン性ポリマーとしての性能
を失うことなく十分に発揮するので、泥水中のベントナ
イト等を分散させ、脱水減少能力を保有しているものと
考える。また、この効果は180゜の高温下でも発揮され
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)アクリルアミド,メタアクリルアミド
    またはこれらの混合物、 (b)アクリル酸塩,メタクリル酸塩または2−アクリル
    アミド−2−メチルプロパンスルホン酸塩から選ばれた
    少なくとも1種のアニオン性ビニルモノマー、および (c)式(I) 〔式中R1は水素原子またはメチル基、R2およびR3は低級
    アルキル基であり、かつm、nは1〜3の整数であ
    る。〕 で表わされる水溶性両性ビニルモノマーの少なくとも1
    種から得られた水溶性両性ビニルモノマー含有共重合体
    からなる掘削泥水調整剤。
  2. 【請求項2】前記共重合体の全構成単位中での前記アニ
    オン性ビニルモノマーの割合が50%以上である特許請求
    の範囲第1項記載の掘削泥水調整剤。
  3. 【請求項3】前記共重合体を1重量%含有する1規定塩
    化ナトリウム水溶液の粘度(B8L型回転粘度計によ
    る)が25℃において2.0cps〜10cpsである特許請求の範
    囲第1項記載の掘削泥水調整剤。
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