JPH06299137A - 粘土を含み水を基剤とする流体の増粘用添加剤組成物 - Google Patents

粘土を含み水を基剤とする流体の増粘用添加剤組成物

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JPH06299137A
JPH06299137A JP6089084A JP8908494A JPH06299137A JP H06299137 A JPH06299137 A JP H06299137A JP 6089084 A JP6089084 A JP 6089084A JP 8908494 A JP8908494 A JP 8908494A JP H06299137 A JPH06299137 A JP H06299137A
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aluminum
mixture
clay
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JP6089084A
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Bharat B Patel
ビー．パテル ブハラット
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Phillips Petroleum Co
Original Assignee
Phillips Petroleum Co
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    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/04—Aqueous well-drilling compositions
    • C09K8/14—Clay-containing compositions
    • C09K8/16—Clay-containing compositions characterised by the inorganic compounds other than clay
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/04—Aqueous well-drilling compositions
    • C09K8/05—Aqueous well-drilling compositions containing inorganic compounds only, e.g. mixtures of clay and salt

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミン酸ナトリウムのような金属アルミン
酸塩、またはアルミン酸ナトリウムのような増粘剤と酸
化マグネシウムのようなマグネシウム化合物との配合
物、またはベントナイトおよび配合物のような粘度を含
んでなる、水を基剤とする流体を増粘するのに用いられ
る添加剤組成物を提供する。 【構成】 粘土を含んでいる水を基剤とする流体を増粘
することのできる添加剤組成物であって、金属アルミン
酸塩およひ場合によってはマグネシウム化合物を含んで
なる組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水を基剤とする流体の
増粘に用いられる組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】例え
ば、掘削流体、製練流体、採鉱流体、水を基剤とする金
属加工流体、食品添加物および水を基剤とする塗料のよ
うな水を基剤とする流体は、様々な工業上の用途に用い
られる。ガス、地熱水蒸気または油のような天然資源の
地下埋蔵物を開発することは、鉱井の掘削の技術に熟練
した者には周知であり、特に回転法または衝撃法のよう
な掘屑を試錐孔から取り除かなければならない方法によ
って掘削するときには、掘削流体を用いる必要がある。
【０００３】例えば、油田作業における補修（ｗｏｒｋ
ｏｖｅｒ）流体および仕上げ（ｃｏｍｐｉｅｔｉｏｎ）
流体で、水を基剤とする流体を使用することも、当業者
には周知である。補修流体とは、掘削した油井の補修作
業の際に用いる流体である。このような補修作業には、
パイプの除去、ポンプの交換、砂または他の沈殿物の掃
去、検層（ｌｏｇｇｉｎｇ）等が挙げられる。また補修
には、広汎に既存の油井の二度目、三度目の再生に用い
る段階、例えばポリマーの添加、ミセルの充満、蒸気注
入等を含む。
【０００４】仕上げ流体とは、油井の掘削の際および仕
上げまたは再仕上げの段階中に用いる流体である。仕上
げ作業には、ケーシングの穿孔、パイプおよびポンプ等
の設置が挙げられる。補修および仕上げ流体のいずれ
も、幾分は油井圧を制御し、油井が仕上げまたは補修中
に噴出するのを阻止し、あるいは過剰圧力によってケー
シングが崩壊するのを防止するのに用いられる。
【０００５】化学物質を水を基剤とする流体に加えるの
は様々な理由からであり、粘度の増加、腐食の減少、お
よび流体密度の増加などが挙げられるが、これらに限定
されるものではない。例えば、水増粘ポリマーのような
化学物質は、補修流体または仕上げ流体として用いると
きには、水を基剤とする流体の粘性を増加させ、塩水が
形成物の中へと移動するのを遅らせ、油井の試錐孔から
掘削した固形物を運び出すのに用いることができる。
【０００６】しかしながら前記の化学物質は、様々な温
度になる油溜めの中では不安定なことが多く、しばしば
生分解を引き起こす。したがって、例えば酸化マグネシ
ウムなどの無機化学物質を用いて、粘土を含んでいる水
を基剤とする流体の粘度を増加させている。残念なこと
には、酸化マグネシウムを含んでいる水を基剤とする流
体組成物から多くの工業上の用途に所望な粘度を生み出
すには、長時間の高剪断での混合または高温で加熱を行
う必要がある。それ故、高粘度を発生する必要のある用
途のために組成物を開発することが大変望ましいのであ
る。また広汎な条件に亙って適正な粘度を保持する組成
物を開発することも、非常に望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、粘土を
含んでいる水を基剤とする流体を増粘できる添加剤組成
物であって、金属アルミン酸塩、および場合によっては
マグネシウム化合物を含んでなる組成物が提供される。
本発明は、粘土と、増粘剤およびマグネシウム化合物の
配合物とを含んでなる添加剤組成物であって、増粘剤が
金属化合物であり、金属がアルミニウム、鉄、マンガン
およびそれらの混合物から成る群から選択される組成物
も提供する。
【０００８】本発明は、掘削流体を供給する際に用いる
増粘した水性組成物の調製法であって、水性媒質中で、
粘土を金属アルミン酸塩と場合によってはマグネシウム
化合物とに、または増粘剤およびマグネシウム化合物の
配合物に接触させることを含んでなる方法にも関する。
本発明は、掘削流体の水損失の制御法であって、掘削流
体を金属アルミン酸塩と場合によってはマグネシウム化
合物とに、または増粘剤およびマグネシウム化合物の配
合物に接触させることを含んでなる方法にも関する。
【０００９】本発明で用いる「水性」という用語は、特
に断らない限り、通常は「水の、水に関連する、または
水に類似している」ことを表わす。従って、本発明で引
用される水性組成物は、水、溶液または懸濁液のいずれ
かを含む組成物であって、この溶液または懸濁液が、溶
解した、一部溶解した、または溶解しない塩を含むもの
を表わす。本発明の組成物に含まれることができる塩の
例としては、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化
ナトリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、塩化カルシ
ウム、臭化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネ
シウム、塩化バリウム、塩化亜鉛、臭化亜鉛、硫酸ナト
リウム、塩化ストロンチウム、およびそれらの混合物が
挙げられるが、これに限定されるものではない。通常、
組成物中の塩の総含有量は、０％（水）〜８０重量％程
度まで広範囲に変化することができる。典型的な塩の総
含有量は、約０．００１重量％〜約３０重量％の範囲で
ある。例えば、油またはガス、またはその両方と同時生
成した塩水として定義される生成塩水は、通常は硬度塩
水、すなわちＣａ＋２、Ｂａ＋２、Ｍｇ＋２またはＳｒ
＋２、またはそれらの組み合わせを少なくとも１，００
０ｐｐｍ含んでいる。生成塩水は、通常は溶解固形物の
総量の約１％〜約３０％の高塩分を含んでいる。
【００１０】本発明によれば、粘土を含んでいる水を基
剤とする流体を増粘することのできる添加剤組成物であ
って、金属アルミン酸塩および場合によってはマグネシ
ウム化合物を含んでなるものが提供される。本発明で用
いられる粘土は、如何なる粘土でもよい。好適な粘土の
例としては、カオリナイト、ハロイサイト、バーミキュ
ライト、クロライト、アパタルガイト、スメクタイト、
モンモリロナイト、イライト、サルコナイト、セピオラ
イト、パリゴルスカイト、漂布土およびそれらの混合物
が挙げられるが、これに限定されるものではない。現在
のところ好ましい粘土は、モンモリロナイト粘土であ
る。現在のところ最も好ましい粘土は、ナトリウムモン
モリロナイトであり、ベントナイトとしても知られてい
る。
【００１１】本発明で用いるのに好適な金属アルミン酸
塩の例としては、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ
土類金属アルミン酸塩およびそれらの混合物が挙げられ
るが、これに限定されるものではない。現在のところ好
ましい金属アルミン酸塩は、例えばアルミン酸リチウ
ム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウムおよび
それらの混合物のようなアルカリ金属アルミン酸塩であ
る。アルカリ金属アルミン酸塩の中では、低価格および
入手の容易さという点から、アルミン酸ナトリウムが最
も好ましい。
【００１２】水性組成物の総重量％に対して、粘土は約
０．２５重量％〜約３０重量％、好ましくは約０．５重
量％〜約２５重量％、最も好ましくは１重量％〜２０重
量％の範囲で本組成物に含まれることができる。水性組
成物に含まれる金属アルミン酸塩の重量％は、約０．０
０１％〜約３％、好ましくは約０．０１％〜約２％、最
も好ましくは０．０２５％〜１％の範囲である。任意の
好適な混合法、例えば機械混合などを用いて本発明の組
成物を調製することができる。
【００１３】本発明のこの態様に用いるのに好適なマグ
ネシウム化合物は、水を基剤とする流体に加えたとき
に、生成する組成物を非酸性、すなわちｐＨ７以上にす
る任意のマグネシウム化合物であることができる。好適
なマグネシウム化合物の例としては、酸化マグネシウ
ム、塩化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酢酸マグ
ネシウム、ギ酸マグネシウム、プロピオン酸マグネシウ
ム、酪酸マグネシウム、アジピン酸マグネシウム、シュ
ウ酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、クエン酸マグネ
シウム、乳酸マグネシウム、およびそれらの混合物が挙
げられるが、これに限定されるものではない。現在のと
ころ好ましいマグネシウム化合物は、低価格、安全性お
よび入手可能性という点から、酸化マグネシウムであ
る。水性組成物中のマグネシウム化合物の重量％は、通
常、金属アルミン酸塩について記載したものと同じであ
る。また本発明によれば、粘土と、増粘剤およびマグネ
シウム化合物の配合物とを含んでなる添加剤組成物が提
供される。粘土およびマグネシウム化合物の範囲は、前
記に記載したものと同じである。
【００１４】本発明に有用な増粘剤は、金属アルミン酸
塩、金属マンガン酸塩、アルミニウムの無機または有機
化合物、鉄の無機または有機化合物、またはマンガンの
無機または有機化合物であることができる。金属アルミ
ン酸塩の範囲は、前記に記載したものと同じである。
【００１５】アルミニウム化合物は、塩化アルミニウ
ム、臭化アルミニウムおよびヨウ化アルミニウムなどの
ようなハロゲン化アルミニウム、ギ酸アルミニウム、酢
酸アルミニウム、プロピオン酸アルミニウム、酪酸アル
ミニウム、ステアリン酸アルミニウムおよびアジピン酸
アルミニウムなどのようなカルボン酸アルミニウム、硫
酸アルミニウム、リン酸アルミニウム、硝酸アルミニウ
ム、およびそれらの混合物であることができる。現在の
ところ好ましいアルミニウム化合物は、低価格および入
手可能性という点から、塩化アルミニウム、硫酸アルミ
ニウム、酢酸アルミニウムおよびそれらの混合物であ
る。
【００１６】第二鉄化合物は、塩化第二鉄、臭化第二鉄
およびヨウ化第二鉄などのようなハロゲン化第二鉄、ギ
酸第二鉄、酢酸第二鉄、プロピオン酸第二鉄、酪酸第二
鉄、ステアリン酸第二鉄およびアジピン酸第二鉄などの
ようなカルボン酸第二鉄、硫酸第二鉄、リン酸第二鉄、
硝酸第二鉄、およびそれらの混合物であることができ
る。現在のところ好ましい第二鉄化合物は、低価格およ
び入手可能性という点から、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、
酢酸第二鉄、およびそれらの混合物である。
【００１７】第一鉄化合物は、塩化第一鉄、臭化第一鉄
およびヨウ化第一鉄などのようなハロゲン化第一鉄、ギ
酸第一鉄、酢酸第一鉄、プロピオン酸第一鉄、酪酸第一
鉄、ステアリン酸第一鉄およびアジピン酸第一鉄などの
ような第一鉄カルボン酸塩、硫酸第一鉄、リン酸第一
鉄、硝酸第一鉄、およびそれらの混合物であることがで
きる。現在のところ好ましい第一鉄化合物は、低価格お
よび入手可能性という点から、塩化第一鉄、硫酸第一
鉄、酢酸第一鉄、およびそれらの混合物である。
【００１８】マンガン化合物は、塩化マンガン、臭化マ
ンガンおよびヨウ化マンガンなどのようなハロゲン化マ
ンガン、ギ酸マンガン、酢酸マンガン、プロピオン酸ア
ルミニウム、酪酸マンガン、ステアリン酸マンガンおよ
びアジピン酸マンガンなどのようなカルボン酸マンガ
ン、硫酸マンガン、リン酸マンガン、硝酸マンガン、お
よびそれらの混合物であることができる。現在のところ
好ましいマンガン化合物は、低価格および入手可能性と
いう点から、塩化マンガン、硫酸マンガン、酢酸マンガ
ン、およびそれらの混合物である。
【００１９】増粘剤およびマグネシウム化合物の配合物
は、増粘剤およびマグネシウム化合物を任意の手段、例
えば当業者に知られている乾式ブレンダーなどで混合す
ることによって調製することができる。
【００２０】通常、増粘剤対マグネシウム化合物の重量
比は、約１：１９〜約３：１、好ましくは約１：１５〜
約２：１、最も好ましくは１：９〜１：１の範囲であ
る。粘土は、最終の水性組成物の総重量％を１００％と
して、約０．２５重量％〜約３０重量％、好ましくは約
０．５重量％〜約２５重量％、最も好ましくは１重量％
〜２０重量％の範囲で水性組成物に含まれることができ
る。配合物は、０．００１重量％〜約３重量％、好まし
くは約０．０１重量％〜約２重量％、最も好ましくは
０．０２５重量％〜１重量％の範囲で水性組成物に含ま
れることができる。
【００２１】増粘剤およびマグネシウム化合物の配合
物、および粘土を含む乾燥組成物は、水を基剤とする組
成物を増粘するのに用いることもできる。乾燥組成物中
の配合物対粘土の重量比は、約１：８〜約１：９９９、
好ましくは１：９〜１：９９である。
【００２２】組成物の調製法は、前記に開示したものと
同じである。前記のような水、溶液または懸濁液は、通
常は水性組成物を調製するために本発明の組成物に含ま
れる。また、前記の生成塩水も、本発明の組成物の一成
分として用いることができる。
【００２３】ポリマーを、本発明の前記組成物中に含ま
せることもできる。本明細書で用いる「ポリマー」とい
う用語は、特に断らない限り、ホモポリマー、コポリマ
ー、ターポリマーまたはテトラポリマーである。組成物
に用いるのに好適なポリマーは、水性の形態で組成物の
粘性を一層増加することのできるものであって、バイオ
ポリサッカライド、セルロースエーテル、およびアクリ
ルアミドを基剤とするポリマーであるが、これらに限定
されるものではない。好適なポリマーは、米国特許第
４，６２９，７４７号明細書に開示されているものであ
ることができる。ポリマーが含まれている場合には、好
ましくは水性組成物中のポリマーの重量％は、約０．０
０１％〜約２％の範囲であることができる。
【００２４】増量剤を増粘した水性組成物に添加して、
水を基剤とする流体の密度を増加させることができる。
好適な増量剤には、重晶石、へマタイト、カーボネー
ト、方鉛鉱、およびそれらの混合物が挙げられるが、こ
れに制限されるものではない。
【００２５】また、本発明によれば、掘削流体として用
いる増粘した水性組成物の調製法であって、水性媒質中
で粘土を金属アルミン酸塩および場合によってはマグネ
シウム化合物と接触させることを含んでなる方法が提供
される。一つの好ましい態様は、増粘剤およびマグネシ
ウム化合物の配合物を、粘土を含んでいる水性媒質と接
触させることを含んでなる。あるいは、この方法は、配
合物および粘土の乾燥組成物を、水を基剤とする流体と
接触させることによって行うこともできる。水性媒質、
粘土、金属アルミン酸塩、増粘剤とマグネシウム化合物
との配合物、および乾燥組成物の範囲および重量％は、
前記に示したものと同じである。また本発明の方法に有
用な組成物は、ポリマーを含んでなることもできる。こ
のポリマーの範囲も、前記のものと同じである。水性組
成物も、記載の方法によって調製することができる。
【００２６】増粘した水性組成物は、当業者による油田
作業における油井の処理、掘削、補修または仕上げに用
いることができる。通常は、増粘した水性組成物は、約
７５°Ｆ〜約３５０°Ｆ、好ましくは８０°Ｆ〜３００
°Ｆの範囲の温度を有する任意の掘削した油井に用いる
ことができる。
【００２７】また水を基剤とする掘削流体の流体損失の
制御法であって、流体損失制御添加剤を掘削流体に加え
ることからなり、この添加剤が金属アルミン酸塩、増粘
剤とマグネシウム化合物との配合物、この配合物と粘土
とを含んでなる組成物、またはそれらの混合物から成る
群から選択される方法も提供される。水性媒質、粘土、
金属アルミン酸塩、配合物および乾燥組成物の範囲およ
び重量％は、前記したものと同じである。前記のポリマ
ーを、本組成物中に含むこともできる。この添加剤を含
む掘削流体の水性組成物も、前記の方法によって調製す
ることもできる。
【００２８】例１ 本例の目的は、水性媒質は４５分間を上回る時間混合さ
れまたは１５０°Ｆでエージングされるまでは、粘土お
よび酸化マグネシウムを混合した際に良好に増粘しない
ことを示すことである。試験は、水道水３５０ｍｌを３
個の１クォート広口瓶のそれぞれに加えることによって
行った。水試料をマルチミキサーで撹拌しながら、１５
ｇのベントナイト粘土を各試料に加えた。次に、Ｆｉｓ
ｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製の試薬級酸化マグネシ
ウム２．０ｇを、ベントナイトの添加直後に試料２およ
び３に加えた。総ての試料を更に２０分間攪拌し、すぐ
に試験を行った。表Ｉに「初期値」として報告したデー
タは、記載されているＲＰＭでのＦａｎｎ ＶＧメータ
ー（３５Ａ型）の読みを表わしている。定義によると、
センチポアズでの見掛け粘度は、６００ｒｐｍでは読み
の５０％である。試料１は酸化マグネシウムを含まない
コントロール実験であった。試料３は、４５分間および
１３５分間撹拌した後に再試験を行った。次に、総ての
試料をキャップして、１５０°Ｆで予熱したオープンの
中で４時間ローリングし、冷却して、５分間撹拌し、約
８５°Ｆにて試験を行った。これらの結果を、「１５０
°Ｆにおけるローリング後」として記載する。
【００２９】
【表１】 これらの結果は、粘土および酸化マグネシウムを含む水
性組成物が高い粘性を発生するには、高剪断で長時間混
合するかまたは高温で加熱する必要があることを示して
いる。
【００３０】例ＩＩ 本例では、粘土を含む水性媒質のアルミン酸ナトリウム
による増粘を示す。試験は下記の通り行った。１クォー
ト広口瓶の中で、ベントナイト粘土１０ｇをマルチミキ
サーで攪拌しながら水道水３５０ｍｌと混合した。この
配合物をマルチミキサーで１０分間攪拌した。表ＩＩに
示す混合物にアルミン酸ナトリウムを加えた後で、生成
する組成物を更に１０分間撹拌した。これを即座に１パ
イント広口瓶に移し、Ｆａｎｎ ＶＧメーター（３５Ａ
型）で試験を行った。表ＩＩで「初期値」として報告し
たデータは、表に示したＲＰＭでの読みを表わしてい
る。初期の試験の後で１パイント広口瓶を密閉し、予熱
したローラーオーブンの中で、１７６°Ｆで３時間ロー
リングした。次に、この試料を冷却し、マルチミキサー
で５分間攪拌し、約８５°Ｆにて再試験を行った。試験
結果は、「１７６°Ｆでのローリング後」として報告す
る。試料１５〜１７をコントロールとして加えた。
【００３１】
【表２】 表ＩＩは、粘土およびアルミン酸ナトリウムを含む水性
組成物（試料１２〜１４）が、粘土のみを含むもの（試
料１１）および粘土および酸化マグネシウムを含むもの
ものよりもかなり高い粘性を有することを、初期試験で
示している。しかしながら、アルミン酸ナトリウムを含
む試料（試料１２〜１４）は、１７６°Ｆでローリング
したところ、幾分粘性を失った。
【００３２】例ＩＩＩ 本例では、粘土と、アルミン酸マトリウムおよび酸化マ
グネシウムの配合物とを含んでなる水性組成物の粘性に
ついて説明する。この試験は、アルミン酸ナトリウムの
代わりにアルミン酸ナトリウムおよび酸化マグネシウム
の配合物を用いたこと以外は、例ＩＩと同様に行った。
表ＩＩＩに示す結果は、この組成物が良好な粘度を発生
したばかりでなく、１７６°Ｆでエージングした後にも
粘度を保持したことを示している。
【００３３】
【表３】
【００３４】例ＩＶ 本例では、粘土と、金属アルミン酸塩およびマグネシウ
ム化合物の配合物とを含んでなる組成物が、水性媒質中
で混合すると直ちに増粘し、生成する増粘した水性組成
物が、高温でエージングしたときにその粘度を保持する
ことを示す。この例が例ＩＩＩと異なるのは、粘土およ
び配合物を混合した後に、得られた混合物を水性媒質に
加える点である。試験は、水道水３５０ｍｌを１クォー
ト広口瓶に加えて行った。マルチミキサーで水試料を撹
拌しながら、表ＩＶに示す材料を加えた。全試料を１０
分間撹拌した。それらを撹拌の直後に１パイント広口瓶
に移し、初期の試験を行った。表ＩＶに「初期値」とし
て報告されたデータは、示されているＲＰＭにおけるＦ
ａｎｎ ＶＧメーター（３５Ａ型）の読み読みを表わ
す。次に、試料をキャップして、１７６°Ｆの予熱した
オープン中で４時間ローリングさせ、約８５°Ｆに冷却
し、２分間撹拌した後に再試験を行った。このデータを
「１７６°Ｆでのローリング後」として示す。
【００３５】
【表４】
【００３６】表ＩＶに示したデータは、水を基剤とする
流体が、ベントナイト、アルミン酸ナトリウムおよび酸
化マグネシウムを含んでなる組成物の添加によって増粘
することを示している（試料３４および３７）。ベント
ナイトおよび酸化マグネシウムを含む流体（試料３３お
よび３６）は、最初はあまり増粘しなかった。アルミン
酸ナトリウムおよび酸化マグネシウムの配合物または混
合物を含まない全ての試料は、１７６°Ｆでローリング
したところ、幾分粘性を失った。
【００３７】例Ｖ 本例では、アルミニウム化合物およびマグネシウム化合
物の配合物も粘土を含んでいる水を基剤とする流体を増
粘するが、アルミニウム化合物だけではあまり流体を増
粘しないことを示す。この試験は、それぞれ水道水３５
０ｍｌの入った１クォート広口瓶を用いて行った。ベン
トナイト（１５ｇ）をマルチミキサーで撹拌しながら各
広口瓶に加えた。ベントナイトを加えた直後に表Ｖに示
した試験材料を加え、全試料を１０分間撹拌した。撹拌
の直後に、それらをＦａｎｎ ＶＧメーター（３５Ａ
型）によって試験した。示されるＲＰＭでの読みは、表
Ｖに記載している。
【００３８】
【表５】
【表６】
【００３９】表Ｖに示すように、酸化マグネシウムおよ
び酢酸アルミニウムの配合物（試料４５〜４７）は、酸
化マグネシウム（試料４２〜４３）または酢酸アルミニ
ウム単独（試料４４）のいずれよりも、かなり高い粘性
を提供した。また表Ｖは、酸化マグネシウムおよび塩化
アルミニウムの配合物（試料５３〜５４および６２〜６
３）が、酸化マグネシウム単独（試料４２〜４３）また
は塩化アルミニウム単独（試料４８および６０）のいず
れよりも、かなり高い粘性を提供したことも示してい
る。同様に、酸化マグネシウムおよびアルミニウム硫酸
塩の配合物は、粘土を含んだ流体を、酸化マグネシウム
単独（試料４２〜４３）または硫酸アルミニウム単独
（試料５６）のいずれよりも遥かに良好に増粘した。更
に表Ｖには、アルミニウムの長鎖カルボン酸塩、例えば
ステアリン酸アルミニウム（試料６４）も、流体の粘性
を増加するのに効果的であることを示している。最後
に、表Ｖには、他のマグネシウム化合物およびアルミニ
ウム化合物の配合物（試料６６〜６９）も、非常に効果
的であったことを証明している。
【００４０】本発明の配合物の効果が、塩基性の酸化マ
グネシウムまたは水酸化マグネシウムの存在下における
配合物のアルカリ度の増加によるものであるかどうかを
明らかにするため、水性組成物（試料４９〜５０）のｐ
Ｈを、ＮａＯＨおよびＮａＯＨを含む組成物（試料５１
〜５２）を用いて上昇させることによって試験を行っ
た。表Ｖに示される結果は、ＮａＯＨによるｐＨの上昇
が流体の粘性を向上させなかったことを示している。更
に表Ｖは、酸化カルシウムまたは水酸化カルシウムのど
ちらかと、アルミン酸ナトリウム（試料６７〜７０）ま
たは塩化アルミニウム（試験７１）のどちらかとの配合
物は、水を基剤とする組成物の粘性をあまり増加させな
かったことを示している。また表Ｖは、酸化マグネシウ
ムおよび酢酸アルミニウムの配合物を水の存在下で予め
反応させた後に高温乾燥すると、この配合物は水を基剤
とする組成物の粘性を増加する上での有効性を失うこと
を示している。表Ｖに示した粘性の増加した試料を、例
ＩＶに記載の通り更に１５０〜１７６°Ｆでローリング
した。これらは、温度に対し安定であることが分かっ
た。
【００４１】例ＶＩ 本例では、塩化第二鉄または酢酸マンガンのいずれかと
酸化マグネシウムとを含む配合物も、水を基剤とする組
成物の粘度を増加するのに効果的であることを示す。試
験は、表ＶＩに記載の粘土を含む組成物に加えた材料以
外は、例Ｖで記載したのと同様に行った。
【００４２】
【表７】
【００４３】表ＶＩでは、鉄の化合物は、マグネシウム
化合物と混合されると、コントロール（試験４１〜４３
および９１）と比較して、水を基剤とする組成物（試料
９２および９５）の粘度を著しく増加させることを示し
ている。同様の結果はマンガン化合物でも得られた（試
料９７および９９）。表ＶＩに示した他の試験は、水酸
化カルシウム、塩化亜鉛、酢酸第二銅、酢酸クロム、シ
ュウ酸チタンカリウム、硫酸セシウムおよびスズ化合物
が、水を基剤とする組成物の粘性増加に効果的ではなか
ったことを示すために加えた。
【００４４】例ＶＩＩ 本例では、本発明の添加剤を掘削流体の水の損失を制御
するために用いることもできることを明らかにする。試
験は、下記のように行った：２５。あるいは、増粘剤と
マグネシウム化合物とを、水性媒質中でこれらを溶解ま
たは懸濁することによって配合することもできる。この
水性媒質は、前記と同じものである。
【００４５】１クォート広口瓶の中で、ベントナイト
（７．５ｇ）を水道水３５０ｍｌと混合し、この混合物
をマルチミキサーで１０分間撹拌した。次に、アルミン
酸Ｎａ、またはＭｇＯとアルミン酸Ｎａとの配合物１．
０グラムをこの混合物に加え、更に１０分間撹拌した。
次いで、表ＶＩＩに示したポリマーを加え、更に１０分
間撹拌した。全試料にＲｅｖダスト１５ｇを加えて掘削
固形物とし、更に１０分間撹拌した。撹拌直後にこの試
料を１パイントの広口瓶に移し、Ｆａｎｎ ＶＧメータ
ー（３５Ａ型）で試験を行った。次に、全ての試料をキ
ャップして、１７６°Ｆに予熱したオーブン中で３時間
ローリングし、冷却し、５分間撹拌してから、約８３°
Ｆで試験を行った。ゲル強度および水損失は、ＡＰＩ
ＲＰ １３Ｂ−１の方法に従って測定した。この結果を
表Ｖ１１に示す。
【００４６】
【表８】
【００４７】表Ｖ１１は、アルミニウム化合物、または
マグネシウム化合物およびアルミニウム化合物の配合物
のいずれかがないとき、粘土を含んでいる水を基剤とす
る流体が、３０分間に１３．２ｍｌの水を失うことを示
している（試料１２６）。水損失は、１０．１ｍｌ未満
と著しく減少し、本発明の組成物を含む流体では５．２
ｍｌ程度であった（試料１２１〜１２５）。また、表Ｖ
ＩＩには、本発明の組成物を何も含まない流体（試料１
２６）では、形成されたゲル強度が極めて低いことも示
されている（２／２）。本発明の組成物を少量含む流体
（試料１２１〜１２５）のゲル強度は、大きく増加し
た。これらの結果は、本発明の組成物が、ゲル性ポリマ
ーを含む掘削流体の水の損失を制御し、ゲル強度を向上
させるのに大変好適であることを証明している。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年４月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 粘土を含み水を基剤とする流体の増粘
用添加剤組成物
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水を基剤とする流体の
増粘に用いられる組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】例え
ば、掘削流体、製練流体、採鉱流体、水を基剤とする金
属加工流体、食品添加物および水を基剤とする塗料のよ
うな水を基剤とする流体は、様々な工業上の用途に用い
られる。ガス、地熱水蒸気または油のような天然資源の
地下埋蔵物を開発することは、鉱井の掘削の技術に熟練
した者には周知であり、特に回転法または衝撃法のよう
な掘屑を試錐孔から取り除かなければならない方法によ
って掘削するときには、掘削流体を用いる必要がある。
【０００３】例えば、油田作業における補修（ｗｏｒｋ
ｏｖｅｒ）流体および仕上げ（ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ）
流体で、水を基剤とする流体を使用することも、当業者
には周知である。補修流体とは、掘削した油井の補修作
業の際に用いる流体である。このような補修作業には、
パイプの除去、ポンプの交換、砂または他の沈殿物の掃
去、検層（ｌｏｇｇｉｎｇ）等が挙げられる。また補修
には、広汎に既存の油井の二度目、三度目の再生に用い
る段階、例えばポリマーの添加、ミセルの充満、蒸気注
入等を含む。
【０００４】仕上げ流体とは、油井の掘削の際および仕
上げまたは再仕上げの段階中に用いる流体である。仕上
げ作業には、ケーシングの穿孔、パイプおよびポンプ等
の設置が挙げられる。補修および仕上げ流体のいずれ
も、幾分は油井圧を制御し、油井が仕上げまたは補修中
に噴出するのを阻止し、あるいは過剰圧力によってケー
シングが崩壊するのを防止するのに用いられる。
【０００５】化学物質を水を基剤とする流体に加えるの
は様々な理由からであり、粘度の増加、腐食の減少、お
よび流体密度の増加などが挙げられるが、これらに限定
されるものではない。例えば、水増粘ポリマーのような
化学物質は、補修流体または仕上げ流体として用いると
きには、水を基剤とする流体の粘性を増加させ、塩水が
形成物の中へと移動するのを遅らせ、油井の試錐孔から
掘削した固形物を運び出すのに用いることができる。
【０００６】しかしながら前記の化学物質は、様々な温
度になる油溜めの中では不安定なことが多く、しばしば
生分解を引き起こす。したがって、例えば酸化マグネシ
ウムなどの無機化学物質を用いて、粘土を含んでいる水
を基剤とする流体の粘度を増加させている。残念なこと
には、酸化マグネシウムを含んでいる水を基剤とする流
体組成物から多くの工業上の用途に所望な粘度を生み出
すには、長時間の高剪断での混合または高温で加熱を行
う必要がある。それ故、高粘度を発生する必要のある用
途のために組成物を開発することが大変望ましいのであ
る。また広汎な条件に亙って適正な粘度を保持する組成
物を開発することも、非常に望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、粘土を
含んでいる水を基剤とする流体を増粘できる添加剤組成
物であって、金属アルミン酸塩、および場合によっては
マグネシウム化合物を含んでなる組成物が提供される。
本発明は、粘土と、増粘剤およびマグネシウム化合物の
配合物とを含んでなる添加剤組成物であって、増粘剤が
金属化合物であり、金属がアルミニウム、鉄、マンガン
およびそれらの混合物から成る群から選択される組成物
も提供する。
【０００８】本発明は、掘削流体を供給する際に用いる
増粘した水性組成物の調製法であって、水性媒質中で、
粘土を金属アルミン酸塩と場合によってはマグネシウム
化合物とに、または増粘剤およびマグネシウム化合物の
配合物に接触させることを含んでなる方法にも関する。
本発明は、掘削流体の水損失の制御法であって、掘削流
体を金属アルミン酸塩と場合によってはマグネシウム化
合物とに、または増粘剤およびマグネシウム化合物の配
合物に接触させることを含んでなる方法にも関する。
【０００９】本発明で用いる「水性」という用語は、特
に断らない限り、通常は「水の、水に関連する、または
水に類似している」ことを表わす。従って、本発明で引
用される水性組成物は、水、溶液または懸濁液のいずれ
かを含む組成物であって、この溶液または懸濁液が、溶
解した、一部溶解した、または溶解しない塩を含むもの
を表わす。本発明の組成物に含まれることができる塩の
例としては、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化
ナトリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、塩化カルシ
ウム、臭化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネ
シウム、塩化バリウム、塩化亜鉛、臭化亜鉛、硫酸ナト
リウム、塩化ストロンチウム、およびそれらの混合物が
挙げられるが、これに限定されるものではない。通常、
組成物中の塩の総含有量は、０％（水）〜８０重量％程
度まで広範囲に変化することができる。典型的な塩の総
含有量は、約０．００１重量％〜約３０重量％の範囲で
ある。例えば、油またはガス、またはその両方と同時生
成した塩水として定義される生成塩水は、通常は硬度塩
水、すなわちＣａ＋２、Ｂａ＋２、Ｍｇ＋２またはＳｒ
＋２、またはそれらの組み合わせを少なくとも１，００
０ｐｐｍ含んでいる。生成塩水は、通常は溶解固形物の
総量の約１％〜約３０％の高塩分を含んでいる。
【００１０】本発明によれば、粘土を含んでいる水を基
剤とする流体を増粘することのできる添加剤組成物であ
って、金属アルミン酸塩および場合によってはマグネシ
ウム化合物を含んでなるものが提供される。本発明で用
いられる粘土は、如何なる粘土でもよい。好適な粘土の
例としては、カオリナイト、ハロイサイト、バーミキュ
ライト、クロライト、アパタルガイト、スメクタイト、
モンモリロナイト、イライト、サルコナイト、セピオラ
イト、パリゴルスカイト、漂布土およびそれらの混合物
が挙げられるが、これに限定されるものではない。現在
のところ好ましい粘土は、モンモリロナイト粘土であ
る。現在のところ最も好ましい粘土は、ナトリウムモン
モリロナイトであり、ベントナイトとしても知られてい
る。
【００１１】本発明で用いるのに好適な金属アルミン酸
塩の例としては、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ
土類金属アルミン酸塩およびそれらの混合物が挙げられ
るが、これに限定されるものではない。現在のところ好
ましい金属アルミン酸塩は、例えばアルミン酸リチウ
ム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウムおよび
それらの混合物のようなアルカリ金属アルミン酸塩であ
る。アルカリ金属アルミン酸塩の中では、低価格および
入手の容易さという点から、アルミン酸ナトリウムが最
も好ましい。
【００１２】水性組成物の総重量％に対して、粘土は約
０．２５重量％〜約３０重量％、好ましくは約０．５重
量％〜約２５重量％、最も好ましくは１重量％〜２０重
量％の範囲で本組成物に含まれることができる。水性組
成物に含まれる金属アルミン酸塩の重量％は、約０．０
０１％〜約３％、好ましくは約０．０１％〜約２％、最
も好ましくは０．０２５％〜１％の範囲である。任意の
好適な混合法、例えば機械混合などを用いて本発明の組
成物を調製することができる。
【００１３】本発明のこの態様に用いるのに好適なマグ
ネシウム化合物は、水を基剤とする流体に加えたとき
に、生成する組成物を非酸性、すなわちｐＨ７以上にす
る任意のマグネシウム化合物であることができる。好適
なマグネシウム化合物の例としては、酸化マグネシウ
ム、塩化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酢酸マグ
ネシウム、ギ酸マグネシウム、プロピオン酸マグネシウ
ム、酪酸マグネシウム、アジピン酸マグネシウム、シュ
ウ酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、クエン酸マグネ
シウム、乳酸マグネシウム、およびそれらの混合物が挙
げられるが、これに限定されるものではない。現在のと
ころ好ましいマグネシウム化合物は、低価格、安全性お
よび入手可能性という点から、酸化マグネシウムであ
る。水性組成物中のマグネシウム化合物の重量％は、通
常、金属アルミン酸塩について記載したものと同じであ
る。また本発明によれば、粘土と、増粘剤およびマグネ
シウム化合物の配合物とを含んでなる添加剤組成物が提
供される。粘土およひマグネシウム化合物の範囲は、前
記に記載したものと同じである。
【００１４】本発明に有用な増粘剤は、金属アルミン酸
塩、金属マンガン酸塩、アルミニウムの無機または有機
化合物、鉄の無機または有機化合物、またはマンガンの
無機または有機化合物であることができる。金属アルミ
ン酸塩の範囲は、前記に記載したものと同じである。
【００１５】アルミニウム化合物は、塩化アルミニウ
ム、臭化アルミニウムおよびヨウ化アルミニウムなどの
ようなハロゲン化アルミニウム、ギ酸アルミニウム、酢
酸アルミニウム、プロピオン酸アルミニウム、酪酸アル
ミニウム、ステアリン酸アルミニウムおよびアジピン酸
アルミニウムなどのようなカルボン酸アルミニウム、硫
酸アルミニウム、リン酸アルミニウム、硝酸アルミニウ
ム、およびそれらの混合物であることができる。現在の
ところ好ましいアルミニウム化合物は、低価格および入
手可能性という点から、塩化アルミニウム、硫酸アルミ
ニウム、酢酸アルミニウムおよびそれらの混合物であ
る。
【００１６】第二鉄化合物は、塩化第二鉄、臭化第二鉄
およびヨウ化第二鉄などのようなハロゲン化第二鉄、ギ
酸第二鉄、酢酸第二鉄、プロピオン酸第二鉄、酪酸第二
鉄、ステアリン酸第二鉄およびアジピン酸第二鉄などの
ようなカルボン酸第二鉄、硫酸第二鉄、リン酸第二鉄、
硝酸第二鉄、およびそれらの混合物であることができ
る。現在のところ好ましい第二鉄化合物は、低価格およ
び入手可能性という点から、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、
酢酸第二鉄、およびそれらの混合物である。
【００１７】第一鉄化合物は、塩化第一鉄、臭化第一鉄
およびヨウ化第一鉄などのようなハロゲン化第一鉄、ギ
酸第一鉄、酢酸第一鉄、プロピオン酸第一鉄、酪酸第一
鉄、ステアリン酸第一鉄およびアジピン酸第一鉄などの
ような第一鉄カルボン酸塩、硫酸第一鉄、リン酸第一
鉄、硝酸第一鉄、およびそれらの混合物であることがで
きる。現在のところ好ましい第一鉄化合物は、低価格お
よび入手可能性という点から、塩化第一鉄、硫酸第一
鉄、酢酸第一鉄、およびそれらの混合物である。
【００１８】マンガン化合物は、塩化マンガン、臭化マ
ンガンおよびヨウ化マンガンなどのようなハロゲン化マ
ンガン、ギ酸マンガン、酢酸マンガン、プロピオン酸ア
ルミニウム、酪酸マンガン、ステアリン酸マンガンおよ
びアジピン酸マンガンなどのようなカルボン酸マンガ
ン、硫酸マンガン、リン酸マンガン、硝酸マンガン、お
よびそれらの混合物であることができる。現在のところ
好ましいマンガン化合物は、低価格および入手可能性と
いう点から、塩化マンガン、硫酸マンガン、酢酸マンガ
ン、およびそれらの混合物である。
【００１９】増粘剤およびマグネシウム化合物の配合物
は、増粘剤およびマグネシウム化合物を任意の手段、例
えば当業者に知られている乾式ブレンダーなどで混合す
ることによって調製することができる。
【００２０】通常、増粘剤対マグネシウム化合物の重量
比は、約１：１９〜約３：１、好ましくは約１：１５〜
約２：１、最も好ましくは１：９〜１：１の範囲であ
る。粘土は、最終の水性組成物の総重量％を１００％と
して、約０．２５重量％〜約３０重量％、好ましくは約
０．５重量％〜約２５重量％、最も好ましくは１重量％
〜２０重量％の範囲で水性組成物に含まれることができ
る。配合物は、０．００１重量％〜約３重量％、好まし
くは約０．０１重量％〜約２重量％、最も好ましくは
０．０２５重量％〜１重量％の範囲で水性組成物に含ま
れることができる。
【００２１】増粘剤およびマグネシウム化合物の配合
物、および粘土を含む乾燥組成物は、水を基剤とする組
成物を増粘するのに用いることもできる。乾燥組成物中
の配合物対粘土の重量比は、約１：８〜約１：９９９、
好ましくは１：９〜１：９９である。
【００２２】組成物の調製法は、前記に開示したものと
同じである。前記のような水、溶液または懸濁液は、通
常は水性組成物を調製するために本発明の組成物に含ま
れる。また、前記の生成塩水も、本発明の組成物の一成
分として用いることができる。
【００２３】ポリマーを、本発明の前記組成物中に含ま
せることもできる。本明細書で用いる「ポリマー」とい
う用語は、特に断らない限り、ホモポリマー、コポリマ
ー、ターポリマーまたはテトラポリマーである。組成物
に用いるのに好適なポリマーは、水性の形態で組成物の
粘性を一層増加することのできるものであって、バイオ
ポリサッカライド、セルロースエーテル、およびアクリ
ルアミドを基剤とするポリマーであるが、これらに限定
されるものではない。好適なポリマーは、米国特許第
４，６２９，７４７号明細書に開示されているものであ
ることができる。ポリマーが含まれている場合には、好
ましくは水性組成物中のポリマーの重量％は、約０．０
０１％〜約２％の範囲であることができる。
【００２４】増量剤を増粘した水性組成物に添加して、
水を基剤とする流体の密度を増加させることができる。
好適な増量剤には、重晶石、ヘマタイト、カーボネー
ト、方鉛鉱、およびそれらの混合物が挙げられるが、こ
れに制限されるものではない。
【００２５】また、本発明によれば、掘削流体として用
いる増粘した水性組成物の調製法であって、水性媒質中
で粘土を金属アルミン酸塩および場合によってはマグネ
シウム化合物と接触させることを含んでなる方法が提供
される。一つの好ましい態様は、増粘剤およびマグネシ
ウム化合物の配合物を、粘土を含んでいる水性媒質と接
触させることを含んでなる。あるいは、この方法は、配
合物および粘土の乾燥組成物を、水を基剤とする流体と
接触させることによって行うこともできる。水性媒質、
粘土、金属アルミン酸塩、増粘剤とマグネシウム化合物
との配合物、および乾燥組成物の範囲および重量％は、
前記に示したものと同じである。また本発明の方法に有
用な組成物は、ポリマーを含んでなることもできる。こ
のポリマーの範囲も、前記のものと同じである。水性組
成物も、記載の方法によって調製することができる。
【００２６】増粘した水性組成物は、当業者による油田
作業における油井の処理、掘削、補修または仕上げに用
いることができる。通常は、増粘した水性組成物は、約
７５°Ｆ〜約３５０°Ｆ、好ましくは８０°Ｆ〜３００
゜Ｆの範囲の温度を有する任意の掘削した油井に用いる
ことができる。
【００２７】また水を基剤とする掘削流体の流体損失の
制御法であって、流体損失制御添加剤を掘削流体に加え
ることからなり、この添加剤が金属アルミン酸塩、増粘
剤とマグネシウム化合物との配合物、この配合物と粘土
とを含んでなる組成物、またはそれらの混合物から成る
群から選択される方法も提供される。水性媒質、粘土、
金属アルミン酸塩、配合物および乾燥組成物の範囲およ
ひ重量％は、前記したものと同じである。前記のポリマ
ーを、本組成物中に含むこともできる。この添加剤を含
む掘削流体の水性組成物も、前記の方法によって調製す
ることもできる。
【００２８】例１ 本例の目的は、水性媒質は４５分間を上回る時間混合さ
れまたは１５０°Ｆでエージングされるまでは、粘土お
よび酸化マグネシウムを混合した際に良好に増粘しない
ことを示すことである。試験は、水道水３５０ｍｌを３
個の１クォート広口瓶のそれぞれに加えることによって
行った。水試料をマルチミキサーで撹拌しながら、１５
ｇのベントナイト粘土を各試料に加えた。次に、Ｆｉｓ
ｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製の試薬級酸化マグネシ
ウム２．０ｇを、ベントナイトの添加直後に試料２およ
び３に加えた。総ての試料を更に２０分間攪拌し、すぐ
に試験を行った。表Ｉに「初期値」として報告したデー
タは、記載されているＲＰＭでのＦａｎｎ ＶＧメータ
ー（３５Ａ型）の読みを表わしている。定義によると、
センチポアズでの見掛け粘度は、６００ｒｐｍでは読み
の５０％である。試料１は酸化マグネシウムを含まない
コントロール実験であった。試料３は、４５分間および
１３５分間撹拌した後に再試験を行った。次に、総ての
試料をキャップして、１５０°Ｆで予熱したオーブンの
中で４時間ローリングし、冷却して、５分間撹拌し、約
８５°Ｆにて試験を行った。これらの結果を、「１５０
°Ｆにおけるローリング後」として記載する。
【００２９】
【表１】 これらの結果は、粘土および酸化マグネシウムを含む水
性組成物が高い粘性を発生するには、高剪断で長時間混
合するかまたは高温で加熱する必要があることを示して
いる。
【００３０】例ＩＩ 本例では、粘土を含む水性媒質のアルミン酸ナトリウム
による増粘を示す。試験は下記の通り行った。１クォー
ト広口瓶の中で、ベントナイト粘土１０ｇをマルチミキ
サーで攪拌しながら水道水３５０ｍｌと混合した。この
配合物をマルチミキサーで１０分間攪拌した。表ＩＩに
示す混合物にアルミン酸ナトリウムを加えた後で、生成
する組成物を更に１０分間撹拌した。これを即座に１パ
イント広口瓶に移し、Ｆａｎｎ ＶＧメーター（３５Ａ
型）で試験を行った。表ＩＩで「初期値」として報告し
たデータは、表に示したＲＰＭでの読みを表わしてい
る。初期の試験の後で１パイント広口瓶を密閉し、予熱
したローラーオーブンの中で、１７６°Ｆで３時間ロー
リングした。次に、この試料を冷却し、マルチミキサー
で５分間攪拌し、約８５°Ｆにて再試験を行った。試験
結果は、「１７６°Ｆでのローリング後」として報告す
る。試料１５〜１７をコントロールとして加えた。
【００３１】
【表２】 アルミン酸ナトリウム− Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ
ＡｌｕｍｉｎａｔｅＣｏｍｐａｎｙ製のアルミン酸ナ
トリウム顆粒（ＧＵ５５）。酸化マグネシウム− Ｍａ
ｒｔｉｎ Ｍａｒｉｅｔｔａ製のＭａｇＣｈｅｍ４０。
表ＩＩは、粘土およびアルミン酸ナトリウムを含む水性
組成物（試料１２〜１４）が、粘土のみを含むもの（試
料１１）および粘土および酸化マグネシウムを含むもの
ものよりもかなり高い粘性を有することを、初期試験で
示している。しかしながら、アルミン酸ナトリウムを含
む試料（試料１２〜１４）は、１７６°Ｆでローリング
したところ、幾分粘性を失った。
【００３２】例ＩＩＩ 本例では、粘土と、アルミン酸マトリウムおよひ酸化マ
グネシウムの配合物とを含んでなる水性組成物の粘性に
ついて説明する。この試験は、アルミン酸ナトリウムの
代わりにアルミン酸ナトリウムおよび酸化マグネシウム
の配合物を用いたこと以外は、例ＩＩと同様に行った。
表ＩＩＩに示す結果は、この組成物が良好な粘度を発生
したばかりでなく、１７６°Ｆでエージングした後にも
粘度を保持したことを示している。
【００３３】
【表３】 配合物２５−この配合物は、アルミン酸ナトリウム２５
％およひ酸化マグネシウム７５％（ＭａｇＣｈｅｍ ４
０）を含む。 配合物５０−この配合物は、アルミン酸ナトリウム５０
％および酸化マグネシウム５０％（ＭａｇＣｈｅｍ ４
０）を含む。 配合物７５−この配合物は、アルミン酸ナトリウム７５
％および酸化マグネシウム２５％（ＭａｇＣｈｅｍ ４
０）を含む。
【００３４】例ＩＶ 本例では、粘土と、金属アルミン酸塩およびマグネシウ
ム化合物の配合物とを含んでなる組成物が、水性媒質中
で混合すると直ちに増粘し、生成する増粘した水性組成
物が、高温でエージングしたときにその粘度を保持する
ことを示す。この例が例ＩＩＩと異なるのは、粘土およ
び配合物を混合した後に、得られた混合物を水性媒質に
加える点である。試験は、水道水３５０ｍｌを１クォー
ト広口瓶に加えて行った。マルチミキサーで水試料を撹
拌しながら、表ＩＶに示す材料を加えた。全試料を１０
分間撹拌した。それらを撹拌の直後に１パイント広口瓶
に移し、初期の試験を行った。表ＩＶに「初期値」とし
て報告されたデータは、示されているＲＰＭにおけるＦ
ａｎｎ ＶＧメーター（３５Ａ型）の読み読みを表わ
す。次に、試料をキャップして、１７６°Ｆの予熱した
オープン中で４時間ローリングさせ、約８５°Ｆに冷却
し、２分間撹拌した後に再試験を行った。このデータを
「１７６°Ｆでのローリング後」として示す。
【００３５】
【表４】 配合物１＝ベントナイト１５ｇおよびアルミン酸Ｎａ
０．５ｇの混合物。 配合物２＝ベントナイト１５ｇおよびＭａｇＣｈｅｍ４
０ ０．５ｇの混合物。 配合物３＝ベントナイト１５ｇ、アルミン酸Ｎａ０．２
５ｇ、およびＭａｇＣｈｅｍ４０ ０．２５ｇの混合
物。 配合物４＝ベントナイト１５ｇおよびアルミン酸Ｎａ
１．０ｇの混合物。 配合物５＝ベントナイト１５ｇおよびＭａｇＣｈｅｍ４
０ １．０ｇの混合物。 配合物６＝ベントナイト１５ｇおよびアルミン酸Ｎａ
０．５ｇ、およびＭａｇＣｈｅｍ４０ ０．５ｇの混合
物。
【００３６】表ＩＶに示したデータは、水を基剤とする
流体が、ベントナイト、アルミン酸ナトリウムおよび酸
化マグネシウムを含んでなる組成物の添加によって増粘
することを示している（試料３４および３７）。ベント
ナイトおよび酸化マグネシウムを含む流体（試料３３お
よび３６）は、最初はあまり増粘しなかった。アルミン
酸ナトリウムおよび酸化マグネシウムの配合物または混
合物を含まない全ての試料は、１７６°Ｆでローリング
したところ、幾分粘性を失った。
【００３７】例Ｖ 本例では、アルミニウム化合物およびマグネシウム化合
物の配合物も粘土を含んでいる水を基剤とする流体を増
粘するが、アルミニウム化合物だけではあまり流体を増
粘しないことを示す。この試験は、それぞれ水道水３５
０ｍｌの入った１クォート広口瓶を用いて行った。ベン
トナイト（１５ｇ）をマルチミキサーで撹拌しながら各
広口瓶に加えた。ベントナイトを加えた直後に表Ｖに示
した試験材料を加え、全試料を１０分間撹拌した。撹拌
の直後に、それらをＦａｎｎ ＶＧメーター（３５Ａ
型）によって試験した。示されるＲＰＭでの読みは、表
Ｖに記載している。
【００３８】
【表５】
【表６】 ａ 括弧内の数字は、ｐＨ値である。「＞」は、ｐＨ値
を見積ったことを示す。「＋」を有するそれらの試料
は、示した化学物質の配合物であった。 ｂ Ａｌ（ＯＡｃ）３、酢酸アルミニウム。 ｃ ＮａＯＨ（５０ｗ／ｖ％）は、ｐＨを表示値に調整
するために用いた。 ｄ Ｍｇ（ＯＡｃ）２、酢酸マグネシウム。 ｅ ビーカーの中でＭｇＯ９．０ｇを脱イオン水２００
ｍｌと混合し、次に酢酸アルミニウム１．０ｇを加え
た。この配合物を約２５℃で約１．５時間撹拌した後、
約２５０°Ｆのオーブンで乾燥した。この残渣を粉砕
し、これを実験室調製物Ｎｏ．１として加えた。
【００３９】表Ｖに示すように、酸化マグネシウムおよ
び酢酸アルミニウムの配合物（試料４５〜４７）は、酸
化マグネシウム（試料４２〜４３）または酢酸アルミニ
ウム単独（試料４４）のいずれよりも、かなり高い粘性
を提供した。また表Ｖは、酸化マグネシウムおよび塩化
アルミニウムの配合物（試料５３〜５４および６２〜６
３）が、酸化マグネシウム単独（試料４２〜４３）また
は塩化アルミニウム単独（試料４８および６０）のいず
れよりも、かなり高い粘性を提供したことも示してい
る。同様に、酸化マグネシウムおよびアルミニウム硫酸
塩の配合物は、粘土を含んだ流体を、酸化マグネシウム
単独（試料４２〜４３）または硫酸アルミニウム単独
（試料５６）のいずれよりも遥かに良好に増粘した。更
に表Ｖには、アルミニウムの長鎖カルボン酸塩、例えば
ステアリン酸アルミニウム（試料６４）も、流体の粘性
を増加するのに効果的であることを示している。最後
に、表Ｖには、他のマグネシウム化合物およびアルミニ
ウム化合物の配合物（試料６６〜６９）も、非常に効果
的であったことを証明している。
【００４０】本発明の配合物の効果が、塩基性の酸化マ
グネシウムまたは水酸化マグネシウムの存在下における
配合物のアルカリ度の増加によるものであるかどうかを
明らかにするため、水性組成物（試料４９〜５０）のｐ
Ｈを、ＮａＯＨおよびＮａＯＨを含む組成物（試料５１
〜５２）を用いて上昇させることによって試験を行っ
た。表Ｖに示される結果は、ＮａＯＨによるｐＨの上昇
が流体の粘性を向上させなかったことを示している。更
に表Ｖは、酸化カルシウムまたは水酸化カルシウムのど
ちらかと、アルミン酸ナトリウム（試料６７〜７０）ま
たは塩化アルミニウム（試料７１）のどちらかとの配合
物は、水を基剤とする組成物の粘性をあまり増加させな
かったことを示している。また表Ｖは、酸化マグネシウ
ムおよび酢酸アルミニウムの配合物を水の存在下で予め
反応させた後に高温乾燥すると、この配合物は水を基剤
とする組成物の粘性を増加する上での有効性を失うこと
を示している。表Ｖに示した粘性の増加した試料を、例
ＩＶに記載の通り更に１５０〜１７６°Ｆでローリング
した。これらは、温度に対し安定であることが分かっ
た。
【００４１】例ＶＩ 本例では、塩化第二鉄または酢酸マンガンのいずれかと
酸化マグネシウムとを含む配合物も、水を基剤とする組
成物の粘度を増加するのに効果的であることを示す。試
験は、表ＶＩに記載の粘土を含む組成物に加えた材料以
外は、例Ｖで記載したのと同様に行った。
【００４２】
【表７】 ａ 表Ｖの脚注を参照されたい。
【００４３】表ＶＩでは、鉄の化合物は、マグネシウム
化合物と混合されると、コントロール（試験４１〜４３
および９１）と比較して、水を基剤とする組成物（試料
９２および９５）の粘度を著しく増加させることを示し
ている。同様の結果はマンガン化合物でも得られた（試
料９７および９９）。表ＶＩに示した他の試験は、水酸
化カルシウム、塩化亜鉛、酢酸第二銅、酢酸クロム、シ
ュウ酸チタンカリウム、硫酸セシウムおよびスズ化合物
が、水を基剤とする組成物の粘性増加に効果的ではなか
ったことを示すために加えた。
【００４４】例ＶＩＩ 本例では、本発明の添加剤を掘削流体の水の損失を制御
するために用いることもできることを明らかにする。試
験は、下記のように行った：２５。あるいは、増粘剤と
マグネシウム化合物とを、水性媒質中でこれらを溶解ま
たは懸濁することによって配合することもできる。この
水性媒質は、前記と同じものである。
【００４５】１クォート広口瓶の中で、ベントナイト
（７．５ｇ）を水道水３５０ｍｌと混合し、この混合物
をマルチミキサーで１０分間撹拌した。次に、アルミン
酸Ｎａ、またはＭｇＯとアルミン酸Ｎａとの配合物１．
０グラムをこの混合物に加え、更に１０分間撹拌した。
次いで、表ＶＩＩに示したポリマーを加え、更に１０分
間撹拌した。全試料にＲｅｖダスト１５ｇを加えて掘削
固形物とし、更に１０分間撹拌した。撹拌直後にこの試
料を１パイントの広口瓶に移し、Ｆａｎｎ ＶＧメータ
ー（３５Ａ型）で試験を行った。次に、全ての試料をキ
ャップして、１７６°Ｆに予熱したオーブン中で３時間
ローリングし、冷却し、５分間撹拌してから、約８３°
Ｆで試験を行った。ゲル強度および水損失は、ＡＰＩ
ＲＰ １３Ｂ−１の方法に従って測定した。この結果を
表ＶＩＩに示す。
【００４６】
【表８】 ａ 全試料は、水道水３５０ｍｌ、ベントナイト７．５
ｇおよびテキサス州ヒューストンのＭｉｌｗｈｉｔｅ
Ｉｎｃ．製のＲｅｖダスト１５ｇを含んだ。ｂ ＭｇＯおよびＮａ−アルミネートの配合物（５０：
５０）。ｃ アイオワ州Ｇｒａｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃ
ｏｒｐ．製の澱粉。ｄ Ｂａｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製の澱粉。ｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎｌ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｆ
ｌｕｉｄｓ製の改質ポリサッカライド。ｆ オクラホマ州ＢａｒｔｌｅｓｖｉｌｌｅのＤｒｉｌ
ｌｉｎｇ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ製のポリアニオン
セルロース。
【００４７】表ＶＩＩは、アルミニウム化合物、または
マグネシウム化合物およびアルミニウム化合物の配合物
のいずれかがないとき、粘土を含んでいる水を基剤とす
る流体が、３０分間に１３．２ｍｌの水を失うことを示
している（試料１２６）。水損失は、１０．１ｍｌ未満
と著しく減少し、本発明の組成物を含む流体では５．２
ｍｌ程度であった（試料１２１〜１２５）。また、表Ｖ
ＩＩには、本発明の組成物を何も含まない流体（試料１
２６）では、形成されたゲル強度が極めて低いことも示
されている（２／２）。本発明の組成物を少量含む流体
（試料１２１〜１２５）のゲル強度は、大きく増加し
た。これらの結果は、本発明の組成物が、ゲル性ポリマ
ーを含む掘削流体の水の損失を制御し、ゲル強度を向上
させるのに大変好適であることを証明している。

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】粘土を含み、水を基剤とする流体を増粘す
    るための添加剤組成物であって、金属アルミン酸塩を含
    んでなる組成物。
  2. 【請求項２】金属アルミン酸塩がアルカリ金属アルミン
    酸塩、アルカリ土類金属アルミン酸塩またはそれらの２
    種類以上の混合物である、請求項１に記載の組成物。
  3. 【請求項３】前記の金属アルミン酸塩がアルミン酸ナト
    リウムである、請求項２に記載の組成物。
  4. 【請求項４】更にマグネシウム化合物を含む、請求項１
    〜３のいずれか１項に記載の組成物。
  5. 【請求項５】前記のマグネシウム化合物が酸化マグネシ
    ウム、塩化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酢酸マ
    グネシウム、ギ酸マグネシウム、プロピオン酸マグネシ
    ウム、酪酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、乳酸
    マグネシウムまたはそれらの混合物である、請求項４に
    記載の組成物。
  6. 【請求項６】前記のマグネシウム化合物が酸化マグネシ
    ウム、水酸化マグネシウム、酢酸マグネシウム、または
    それらの２種類以上の混合物である、請求項４に記載の
    組成物。
  7. 【請求項７】粘土を含み、水を基剤とする流体と混合さ
    れる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の組成物。
  8. 【請求項８】前記の金属アルミン酸塩の重量百分率が、
    混合物の総重量％に対して約０．００１％〜約３％の範
    囲にある、請求項７に記載の組成物。
  9. 【請求項９】前記の範囲が０．０２５％〜１％である、
    請求項８に記載の組成物。
  10. 【請求項１０】前記のマグネシウム化合物の重量百分率
    が、混合物の総重量％に対して薬０．００１％〜約３％
    の範囲にある、請求項７〜９のいずれか１項に記載の組
    成物。
  11. 【請求項１１】前記の範囲が０．０２５％〜１％であ
    る、請求項１０に記載の組成物。
  12. 【請求項１２】水を基剤とする流体を増粘するための添
    加剤組成物であって、増粘剤とマグネシウム化合物とを
    含んでなり、該増粘剤が、アルミニウム、鉄またはマン
    ガンである金属の化合物またはそれらの２種類以上の混
    合物であることを特徴とする、添加剤組成物。
  13. 【請求項１３】配合物中の前記の増粘剤対前記のマグネ
    シウム化合物の重量比が約１：１９〜約３：１の範囲に
    ある、請求項１２に記載の組成物。
  14. 【請求項１４】前記の範囲が１：９〜１：１である、請
    求項１３に記載の組成物。
  15. 【請求項１５】更に粘土を含む、請求項１２〜１４のい
    ずれか１項に記載の組成物。
  16. 【請求項１６】前記の配合物対前記の粘土の重量比が約
    １：８〜約１：９９９である、請求項１５に記載の組成
    物。
  17. 【請求項１７】前記の増粘剤がアルカリ金属アルミン酸
    塩、アルカリ土類金属アルミン酸塩、ハロゲン化アルミ
    ニウム、カルボン酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、
    リン酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、ハロゲン化
    鉄、カルボン酸鉄、硫酸鉄、リン酸鉄、硝酸鉄、ハロゲ
    ン化マンガン、カルボン酸マンガン、硫酸マンガン、リ
    ン酸マンガン、硝酸マンガン、またはそれらの２種類以
    上の混合物である、請求項１２〜１６のいずれか１項に
    記載の組成物。
  18. 【請求項１８】増粘剤がアルミン酸ナトリウム、塩化ア
    ルミニウム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、塩
    化鉄、硫酸鉄、酢酸鉄、塩化マンガン、硫酸マンガン、
    酢酸マンガン、またはそれらの２種類以上の混合物であ
    る、請求項１７に記載の組成物。
  19. 【請求項１９】前記のマグネシウム化合物が酸化マグネ
    シウム、塩化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酢酸
    マグネシウム、ギ酸マグネシウム、プロピオン酸マグネ
    シウム、酪酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、乳
    酸マグネシウムまたはそれらの２種類以上の混合物であ
    る、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の組成物。
  20. 【請求項２０】前記のマグネシウム化合物が酸化マグネ
    シウム、水酸化マグネシウム、酢酸マグネシウム、また
    はそれらの２種類以上の混合物である、請求項１９に記
    載の組成物。
  21. 【請求項２１】水を基剤とする流体と混合される、請求
    項１２〜２０のいずれか１項に記載の組成物。
  22. 【請求項２２】前記の配合物の重量％が混合物の総重量
    ％に対して約０．００１％〜約３％の範囲にある、請求
    項２１に記載の組成物。
  23. 【請求項２３】前記の範囲が０．０２５％〜１％であ
    る、請求項２２に記載の組成物。
  24. 【請求項２４】混合物に含まれる粘土の重量百分率が混
    合物の総重量％に対して約０．２５％〜約３０％の範囲
    にある、請求項７〜１１および２１〜２３のいずれか１
    項に記載の組成物。
  25. 【請求項２５】前記の範囲が１％〜２０％である、請求
    項２４に記載の組成物。
  26. 【請求項２６】前記の粘土がカオリナイト、ハロイサイ
    ト、バーミキュライト、クロライト、アタパルガイト、
    スメクタイト、モンモリロナイト、イライト、サルコナ
    イト、セピオライト、パリゴルスカイト、漂布土、また
    はそれらの２種類以上の混合物である、請求項７〜１１
    および２１〜２５のいずれか１項に記載の組成物。
  27. 【請求項２７】前記のモンモリロナイトがナトリウムモ
    ンモリロナイト（ベントナイト）である、請求項２６に
    記載の組成物。
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