JPS58104980A - 掘削用泥水の粘度調整剤 - Google Patents

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】 本発明は、地層を掘削するときに用いられる泥水の改良
に関するもので、特に高温度（２００℃以上）地層の掘
削時に使用する泥水の凝集増粘を防止し、泥水に用いら
れるベントナイトの従来地層掘削用の泥水には、ベント
ナイト懸濁液又は、ベントナイトと高温度下でも安定な
セビオライトもしくはアスベスト類を併用した懸濁液の
基剤Ｋ、目的に応じて泥水用分散剤（フミン酸系もしく
はりゲニンスルホン酸系、又はこれらと金属との複合物
、もしくは、これらの混合系）や増粘剤及び泥水の濾過
速度を減する為の脱水調整剤やその他の添加剤（鉱油。

若干の界面活性剤もしくは潤滑油など）を加え□ られてなる組成物が用いられてきた。此等の泥水は坑底
の掘削屑の地上への搬出、抗壁の維持、崩壊性地層の崩
壊防止などの重要な役割を有し、使′用中はその一動性
を維持しなければならない。

その為には、泥水に用いられる上記組成物の各材料が泥
水の流動特性を維持するのに十分な安定性を有していな
ければならない。

さらに地層の掘削のなかで、油井の掘削などにおいては
高温と高圧という条件により種々の障害を泥水にもたら
し、特に深い油井においては、掘削用泥水のゲル化ある
いは増粘現象がしばしば発生する。高温、高圧という条
件下では掘削用泥水のコロイド成分は凝集を起して、泥
水の粘度（Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）、ゲル強度（ＧｅｌＳ
ｔｒｅｎｇｔｈ　）液体損失（Ｗａｔｅｒ　　１ｏｓｓ
　）を増大させる。このようにして発生したコロイド成
分の凝集は泥水を循環させるためのポンプの圧力を増大
させたり上記した泥水の役割をはだせなくする。さらに
又高温におけるゲル化は泥水中に混入する石膏、塩、セ
メント等によって更に悪化し、それにより泥水の寿命を
著しく短か（する事になる。

従来泥水の粘度調整剤としては、前記した泥水用分散剤
すなわち、リン酸系、タンニン系、リグニン系及びアミ
ン酸系化合物などが用いられ【おり、これらの調整剤は
低温度では確かに優れた分散解膠機能を有している。

しかしながらこれ等の調整剤は高温度での分′１： 敵性、解こう性が十分）でないため従来より耐熱、、：
：・ 分散性を高めるために種々検討が行なわれ一般的にはリ
グニン及びフミン酸類等にクロム等の金属塩等を併用す
ることにより対処してきた。

けれどもこれらの併用の方法でも１８０℃以上の高温度
では泥水の粘度調整は非常圧困難である。又一方泥水の
分散性と良好な液体損失防止性を得る為にポリアクリル
酸ナトリウムに代表されるポリアクリル酸アルカリが使
用されている。しかしこのポリアクリル酸アルカリは泥
水中に含まれるカルシウムやマグネシウムイオンの様な
金属多価イオンに対し反応し易く、それらのイオンによ
って分散剤の効果や流体損失防止剤としての効果を失な
いやす（、熱的安定性にも乏しく、且つ粘土の水和を妨
害する様な現象があり必ずしも満足出来るものでない。

以上の様な状況であるため高温度に於て、安定性のある
掘削用泥水の粘度調整剤が強（望まれ【いる。

本発明は特に高温度地層の掘削に適した泥水１ に用いられる粘、、度調整剤に関するもので、従来□・
１・−１１ のポリアクリル酸アルカリの′もつすぐれた無機微粒子
に対する分散性を有し、カルシウム及びマグネシウムの
様な金属多価イオンに対し安定であり、此等と反応し【
、凝集を起すことがなく、熱的にも安定でキレート性が
良好な粘度調整剤を求めるべく種々検討してなされたも
のである。

すなわち本発明はアクリル酸エステルおよびメタアクリ
ル酸エステルの１種以上又はこれらを主成分とするビニ
ル系単量体とα、β−エチレン性不飽和カルボン酸を構
成成分とし、重合度が５０ないし５００の範囲にある水
溶性共重合体またはその共重合体の塩から起る一削用泥
水の粘度−整剤に関するものである。　　　　。

本発明の水溶性共重合体を構成する成分は第一トシテ１
、α−９β−エチレン性不飽和カルボン酸であり、その
具体例としては一価のカルボン酸としてアクリル酸、メ
タクリル酸があり二価のカルボン酸としてマレイン酸、
ψタコン酸、フマール酸等である。これらのカルボン酸
の重合体は無機の微粉粒体を分散させる分散剤として広
く使用出来る事はよく知られており、そのの様な分散剤
に用いられるカルボン酸が本発明においても分散効果を
持たせるために支障なく用いられる。特に本発明の目的
に対して好ましいのはアクリル酸である。

本発明の水溶性共重合体を構成する第２の成分はアクリ
ル酸又はメタクリル酸のエステルの１穫以上又はこれ等
を主成分とするビニル系単量体である。これ等の成分は
粘度調整剤の分散性の向上には寄与しないが、上記カル
ボン酸と共重合することにより、金属イ゛オンを封鎖す
る性能を向上させ高温度下に於ての分散性の低下をふせ
ぎ、熱安定性を与える事が出来る。

第二の成分の具体例としては、メチルアクリレート、エ
チルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアク
リレート、ラウリルアクリレート、２−ヒドロ千ジエチ
ルアクリレート、アクリレート、メトキシエ チルアクリレート等のアクリル酸エステル。メチルメタ
クリレート、エチルメタクリレート、２−エチルへキシ
ルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、
エトキシエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチル
メタクリレ−ト等のメタアクリル酸エステル。その他の
ビニル系単量体としては酢酸ビニル、ステアリン酸ビニ
ル等のビニルエステル、スチレン、α−メチルスチレン
、ビニルトルエン等の芳香族ビニル、アクリロニトリル
、メタクリロニトリル等の不飽和ニトリルなどが挙げら
れる。これらの中で本発明の目的を達成するために好ま
しいものはアクリル酸またはメタアクリル酸のメチル、
エチル、プロピル、ブチルなどの低級アルキルエステル
またはこれらにアクリル酸またはメタアクリル酸のヒド
ロキシエチル、ヒドロキシプロピルなどのヒドロキシア
ルキルエステルを併用したものである。アクリル酸また
はメタクリル酸の高級アルキルエステルは親水基・親油
基が均衡する様になり、界面活性が大きくな、Ｆ。

り泡笠ちをｉす様になり材ま、、、シフない。有琴（ア
クリル酸又はメタクリル酸のエステルはこれらとビニル
系単量体からなる第二の成分の使用量は５重量部乃至４
０重量部であることが好ましく、５重量部未満では前述
の特長である熱安定性を保持させることが困難になり又
４０重置部を越える様になっ【は、界面活性が大きく発
泡するのみならず重合物の水溶化も困難になる場合があ
る。

更に好ましい使用量としては１０重量部乃至３０重量部
である。以上の使用量より□相対的にα、β−エチレン
性不飽和カルボン酸の使用量は９５重量部乃至６０重置
部の範囲にあることが好ましく、更に好ましくは９０重
量部乃至７０重量部である。

又、本発明の水溶性重合体を粘度調整剤として使用した
場合、掘削用泥水の安定効果と使用される共重合体の重
合度は非常に密接な関係があり本発明の共重合様の重合
度は低重合度範囲にあることが上記安ｉ効果を得るため
に必須条件であり、その範囲１４．５０〜５００である
。この場合、重合度が５００を越える範囲及び５０未満
においては、調整泥水の保水性が低下したり、粘度が増
大するなど、安定な泥水が得られ難く、本発明の効果を
出し得ない。こ〜で述べｘ１０’ｘ（ｉ；１０°６９の
式から算出される叩を意味するものとする。

本発明の水溶性共重合体は前記した特定の成分と重合度
を有する共重合体であるが使用に当ってはアルカリ金属
塩であるのが水溶性の点からみて好ましい。こ〜で述べ
るアルカリ金属塩とはナトリウム、カリウム、リチウム
等の一般に既知のアルカリ金属塩を意味する。本発明の
目的とする使用効果県、例えば、調整泥水の熱的安定性
に於て、前記したアルカリ金属塩以外の塩、即ちアンモ
ニウム塩、アミン塩、その他の塩は効果発現性が劣って
いる。

本発明の水溶性共重合体を得る方法について示すならば
下記の例のような通常公知の方法が支障なく使用出来る
。−例を示すならば次のごとくである。

例えば重合性を有し本発明の水溶性共重合体を構成する
単量体に通常の重合開始剤、例えば、過硫酸塩又はアゾ
ビスイソブチロニトリル等を単量体に対して０．１乃至
１０重量−程度の範囲で添加し、水又はアルコール系な
どの溶媒中ではｙ５０〜１５０℃も１乃至１０時間賞合
させ、必要に応じて溶媒の二部又は全部を池田させるこ
とにより所定濃度の重合体を得る。重合率は９０％必上
が好ましく、９５チ以上がさらに好ましい。

又かくして得た上記共重合体水溶液に苛性ソーダなどの
アルカリ金属化合物の水溶液を添加−して共重合体にお
ける不飽和カルボン酸の所定量を中和反応せしめ、ＰＨ
を調整することで、前記共重合体とアルカリ金属化合物
との塩を容易に得ることが出来る。

共重合体とアルカリ金属化合物との反応は上述のように
、共重合体の形成後に行わせるのが一般的であるが、単
量体の状態にあ、るアクリル酸又はメタクリル酸等のカ
ルボン酸とあらかじめ反応させておいてから共重合する
方法によっても可能であり、本発明はこのような態様を
包含するものである。又、アルカリ金属により、本発明
の水溶性重合体を中和する場合、重合体水溶液のＰＨ値
は本目的の効果を充分発揮させるためにはＰＨ４以上好
ましくは６乃至１０の範囲とするが適当である。

本発明の水溶性共重合体からなる粘度調整剤はベントナ
イト懸濁液又はセピオライトもしくは゛アスベスト類を
併用した懸濁液をペースとする泥水に対し応用させる。

この場合、泥水の組成棒体としては、清水の場合は勿論
、海水ペースとした場合、又はこれ等流体に塩化カリウ
ム（ＫＣｆり、食塩（ＮａＣ／）その他の塩類を多量に
添加した泥水にも応用される。又この添加剤１ は石油・天然ガス坑井や地熱井の他、地質調査試錐その
他坑井の掘削に使用される泥水に対して応用されるもの
夕・ある。

又本発明品の適用できる温度は条件が良ければ、２５０
℃の温度でも充分使用に耐え得るものである。

尚実施例におい【、泥水の流動性の測定は主として、Ａ
ＰＩによって規定された方法を用い、高温高圧下の粘度
変化の測定は）”ａｎｎ　Ｍｏｄｅ１５０Ｂを用いた。

以下実施例及び比較例を挙げ本発明を更に具体的に説明
する。又、実施例及び比較例中に於ける部とあるは何れ
も重量基準を示す。

〔実施例１〕及び〔比較例１〜２〕 公知の重合反応によりアクリル酸／アクリル酸メチル＝
８０／２０部の単量体組成比を有する共重合体の塩から
なる本発明の掘削用泥水の粘度調整剤（固形分４０チ、
粘度（２５℃）、３２５　ｃｐｓ、　ＰＨ７，８、重合
度８０の水溶性共。

重合体、ナトリウム塩）を得、下記の様にベントナイト
系泥水の安定性試験を実施した、清水、）□＊ｉ楊ｔ、
ａｗｊＪｉｔ−ｔえッ１．ヶ＝７及びフミン酸複合系分
散解こ５剤３．０部添加した泥水（比較例２）及び上記
本発明の粘度調整剤２．０部添加した泥水（実施例１）
を夫々２００℃〔実施例２〕及び〔比較例５〕 アミン酸系調整剤を含んだベントナイト懸濁液に１５ｗ
ｔ−の地層粉末（イライト、石英、長石の主粘土鉱物か
ら成る）を含んだ原泥水に対する安定性試験を実施した
。即ち実施例１に示（重合度８０）（比較例５）を使用
した場合の比較を行ったが、表−２に示す通り２２０℃
で４８時間、養生後でも本発明粘度調整剤を添加した泥
水が優れた流動性質を維持していた。

表−２ 原泥水の組成；清　　水　　　　１００重量部ベントナ
イト　　　　　６　　＃ フミン酸系調整剤　　　　５　　＃ 地層粉末　い　　　１５　・ 苛性ソーダ（ＰＨ１ａ５に） 〔実施例３及び比較例４〕 掘削の杭径が大きく、ポンプ能力が少さい場合、掘削く
ずの保持性を良好に保ち掘削くずの上昇を良くするため
に、泥水の粘性を高くする事が必要となる。比較的低温
度ではベントナイト濃度を高くする事により目的は達せ
られるが、温度が高くなった場合ベントナイト濃度を高
くする事は熱による膨潤が激しく、必要以上に粘−性が
高くなり非常、に４険を伴う。この様な場合の粘度調整
剤としては、しばしばアスベスト類が用いられ、掘削く
ずの上昇を良くし、坑内での掘削の沈降を除ぎ抑１事故
や揚降管の時の埋没を除ぐ。このような初期粘性の高い
泥水に対して実施例ｗ票す本発明の粘度調整剤（実施例
！Ｉ）を用いた場合の泥水安定性試験を実施しそ事が判
明した。

表−３ 原泥水の組成：清　　水　　　　　　１００１ｆｉＳベ
ントナイト　　　　　　　４　＃ アスベスト　　　　　　　２　〃 フミン酸系調整剤（Ｃｒ塩含む）５　・苛性ソーダ（Ｐ
ＨＩＱ、５） 〔１１℃膣例４及比較例５〜６〕 公知の重合反応により、アクリル酸／アクリル酸メチル
＝８５／１５部の単量体組成比の共重合体の塩からなる
本発明の掘削用泥水の粘度調整剤（固形分４０１１、粘
度（２５℃）　５５０　ｃｐｓ、ＰＨ８，０、重合度８
０の水溶液重合体ナトリウム塩）を得た。次に当調整剤
を使用してセメント汚染に対する効果を検討した。

セメンチング終了後の管内凌ひや逸泥対策としてのセメ
ントフラッシュを行った場合には泥水中にセメント液が
混合しＣａ”Ｋよる泥水のゲル化の原因となる。この様
な場合実施例４の如く赤本発明品を添加した泥水はセメ
ントが混合しても泥水のゲル化を防ぎ、喪好な流動性質
を維持できる。以上の効果を調整剤無添加の系（比較例
５）及び従来使用されていたポリアクリル酸す）　Ｑラ
ムの系（比較例６）と共に表４に併記する。

表−４ 原流水の組成：清　　水　　　　１００重量部ベントナ
イト　　　　７　＃ フミン酸系調整剤　　　５　＃ セメント粉末　　　１．５ 〔実施例５〜７及比較゛−ｉ〜８〕 単量体組成比・′＾び重合度範囲力゛種′異なる各種掘
削用泥水の粘□度調整剤を用いて、実施例１に示すと同
様のベントナイト素泥水の安定性試験を実施し、結果を
表−５に示した。

（実施例５〜７）を使用した場合は、本発明外の単量体
組成比を有する粘度調整剤（比較例７〜８）の使用に比
べて、泥水の加熱前層による流動性変化が少なく良好な
結果が得られた。

手続補正書 昭和５７年１月２８日 特許庁長官　島　１）春　樹　殿 １、事件の表示 昭和５６年特許願第２０３６６５号 ２、発明の名称 掘削用泥水の粘度調整剤 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　　東京都港区西新橋１丁目１４番１号名称（３０
３）東亜合成化学工業株式会社代表取締役　小　森　　
　隆 （ほか１名） ４、補正の対象 明細書の「特許請求の範囲」の欄及び「発明の詳細な説
明」の欄 ５、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲を別紙のとおりに補正す
る。

（２）明細書第５頁５行目に「エステルの１！＠以上又
はこれら」とあるを次の様に補正する。

「エステルから選ばれた１種以上の単量体又はこれ」 （３）明細−書簡６貞４行目〜５行目に「エステルの１
種以上又はこれ等」とあるを次の様に補正する。

「エステルから選ばれた１種以上の単量体又はこれ」 （４）明細書第７真下から３行目〜４行目に［エステル
はこれらと」とあるを「エステルから選ばれた１種以上
の単量体又はこれを主成分とする」と補正す仝０ ′　　　　　み立 別紙 「２、特許請求の範囲 １、　アクリル酸エステルおよびメタアクリル酸エステ
ルから選ばれた１種以上の単量体又はこれを主成分とす
るビニル系単量体とα、β−エチレン性不飽和カルボン
酸を構成成分とし、重合度が５０ないし５００の範囲に
ある水溶性共重合体またはその共重合体の塩からなる掘
削用泥水の粘度調整剤已

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｔ　アクリル酸エステルおよびメタアクリル酸エステル
   の１種以上又はこれらを主成分とするビニル系単量体と
   α、β−エチレン性不雫和カルボン酸を構成成分とし、
   重合度が５０ないし５００の範囲に、ある水溶性菌重合
   体またはその共重合体の塩からなる掘削用泥水の粘度調
   整剤。