JPS59120678A - 掘削用泥水調整剤 - 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】 本発明は石油、天然ガス、地熱等の抗井掘削作業に用い
られる水−粘土系の泥水調整剤であって、高温時におけ
る掘削作業、高比重泥水、又はセメント、石こう、塩分
等の汚染物質の混入時において、優れた初期分散力を有
し、ドリルストリングスへの泥水の張り付きの少ない泥
水調整剤を提供するものである。

最近では石油、天然ガス、地熱等の採掘が従来以上の深
層部となり、そのための深層部の探査、開発が行われる
ようになっているが、深層部では地熱温度、地層圧力が
上昇し、従来使用されている泥水調整剤（以下調泥剤と
云う）による泥水では、分散効果、粘土類の膨潤抑制効
果、熱に対する安定性が充分満足し得るものではなく、
特に地層からの大量の頁岩、石膏の混入によって前記性
能はさらに悪化し、またセメンチング及び逸水対策に用
いられるセメントからの汚染に対しても泥水劣化防止効
果が悪く、さらに海水を用いる調湿が非常に高度、かつ
複雑であると云う諸欠点がある。

これを改善するため、本出願人は先にスルホアルキル化
フミン酸又はスルホアルキル化亜炭とＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ
の１種又は２種以上とからなる泥水調整剤を提案した（
特願昭５７−９５１１０号参照）。

しかし、上述泥水調整剤はビットの交換、セメンチング
、物理検層等で坑井内に泥水が長時間停滞した後の流動
特性が劣っている。すなわち、上述泥水調整剤は循環の
長期停滞時において、該泥水の構造粘性が増加する。

ここで構造粘性とは、地層中の熱の劣化、泥水中に存在
する固体粒子間の電気化学的反発力の減少、固体粒子表
面への該泥水調整剤の吸着能力の低下などの総合された
結果として現われる粘性であり、泥水が循環している時
の見掛け粘性とは異なるものであり、高い粘性値を示す
。

前述構造粘性の生じない泥水はドリルパイプ、ロッドの
昇降がスムーズで、スワッピングの危険は少ないが、こ
れが大きいと泥水の循環を始めたとき、坑壁へかゝる負
荷が大きいために、形成されていた泥壁が破壊され、坑
井の崩壊等を誘発する原因となる。特に構造粘性が著し
く大きい場合はドリルストリングスや検層ツールスの垂
下が不可能となり、仮りに垂下が可能であっても、抑留
が生じ、またドリルストリングスに泥水の付着成長が進
み、その結果泥壁を破壊し、掘削作業の不能と云った事
故が生ずるおそれもある。

特にスピンドル工法では前述の如き現象は最も悪く、作
業全体に支障を来たす欠点がある。

さらに、前記現象が促進されれば、掘り管を抑留するこ
ととなる。特に高深度の石油井にあっては、構造粘性を
もつ泥水調整剤は致命的欠陥となる。

本発明は、特許請求の範囲の項に記載した構成とするこ
とによって、高温時、高比重時、各種汚染時の初期分散
特性が低下することがなく、掘削作業再開時における泥
壁にかかる力を小さくし、また、ドリルストリングスへ
の張り付きの少ない掘削用泥水調整剤を得ることができ
た。

先ず、本発明について用いられる物質、又は化合物につ
いて説明する。

本発明におけるスルホアルキル化フミン酸類とは、天然
又は再生フミン酸、フムス酸、ヒマトメラン酸、フモリ
グニン酸及びそれらに随伴するフルボ酸等のフミン酸類
と、ホルムアルデヒド、アセトン等の水溶性カルボニル
化合物と、亜硫酸ナトリウムとのスルホアルキル化反応
で得られるものであり、またスルホアルキル化亜炭とは
亜炭に前記スルホアルキル化反応をせしめたものである
。

■でスルホアルキル化反応とは、フミン酸類又は亜炭に
対し、スルホアルキル基を付加する反応であって、粉末
のフミン酸類又は亜炭１００重量部に対し、５〜１００
重量部の無水亜硫酸ナトリウム、１〜１００重量部の水
溶性カルボニル化合物を加え充分な水に溶解した後苛性
ソーダ溶液でｐＨ７〜１３．５に調整し、機械的攪拌装
置と温度調節装置を備えた耐圧容器中で６０〜１５０℃
で３０分乃至１６時間反応せしめるものである。

また、■で水溶性カルボニル化合物とは、ホルムアルデ
ヒド、アセトンのほかアセトアルデヒド、プロピオンア
ルデヒド、ｎ−ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒ
ド、バレルアルデヒド、カプロンアルデヒド、メチルエ
チルケトン、ジメチルケトン、メチル−ｎ−プロピルケ
トン、メチルイソプロピルケトン、エチルプロピルケト
ン、ジプロピルケトン等である。

前記の如くスルホアルキル化反応終了後得られるスルホ
アルキル化フミン酸類又はスルホアルキル化亜炭は、乾
燥して粉末とするか若しくは溶液のまゝつぎの金属キレ
ート反応に使用する。

さらに、本発明におけるＺｒ化合物とは、Ｚｒの硫酸塩
、硝酸塩、炭酸塩、ハロゲン化物、水酸化物等の化合物
であって、チタン族のうちＨｆはすべてのジルコニウム
鉱物中に少量含まれており、Ｚｒ抽出と同時に抽出され
るため、かゝる場合は特に精製することなくＺｒとＨｆ
の混合したものをそのまゝ利用してもよい。

Ｆｅ化合物とは、鉄の硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、ハロゲ
ン化物、水酸化物等の化合物である。

上述の物質又は化合物は、水溶液中において容易に錯化
合物を形成する。即ち、前記Ｚｒ化合物とＦｅ化合物を
スルホアルキル化フミン酸類又はスルホアルキル化亜炭
１００重量部に対し、０．５〜８０重量部を添加し、水
を加えて攪拌混合し、ｐＨを１〜１０．５に調整した後
１０〜１５０℃で１０分乃至３時間反応して錯化合物を
生成し、これを粉末とするか又は溶液のまゝ保管して実
際の掘削作業に供する。

本発明は、種々の地層条件に於て、初期分散性並びに耐
熱性が優れており、さらに構造粘性が小さく良好な掘削
用泥水調整剤たらしめることができる。

さらに本発明は前述錯化合物にポリアクリル酸類及び／
又はホスホン酸類を添加することができる。

■に、ポリアクリル酸類とは、ポリアクリル酸若しくは
ポリアクリル酸の水溶性金属塩又はこれらの混合物であ
って、望ましくは分子量１０００〜３５０００（重合度
１５〜５００）程度のものがよい。

また、ホスホン酸類とは下記（Ｉ）〜（ＩＶ）式の何れ
かで表わされるホスホン酸又はこれらの水溶性塩の１種
若しくは２種以上のものである。

（但しＸ１〜Ｘ３及びＹ１〜Ｙ３は水素原子又は炭素数
１〜５の低級アルキル基。Ｚ１〜Ｚ６は水素原子、アル
カリ金属原子又はアンモニウム。）（但しＲ１、Ｒ２、
Ｒ４は。Ｒ３は Ｒ１〜Ｒ４で示される基又は炭素数１〜５の低級アルキ
ル基。ｎは１〜３の整数。） （但しＸ１、Ｚ１〜Ｚ４はＩ式と同じ。Ｙは水素原子、
炭素数１〜５の低級アルキル基又は水酸基。）（但しＸ
１〜Ｘ３、Ｚ１、Ｚ２はＩ式と同じ、Ｒ５〜Ｒ１０は水
素原子、炭素数１〜５の低級アルキル基又はカルボキシ
ル基。） 前記Ｉ式に属するものとしてはアミノトリメチルホスホ
ン酸、アミノジメチルホスホノモノエチルホスホン酸及
び前記ホスホン酸のナトリウム塩又はカリウム塩等、Ｉ
Ｉ式に属するものとしては、エチレンジアミンテトラメ
チルホスホン酸、エチレンジアミンテトラホスホン酸、
ジエチレントリアミンペンタメチルホスホン酸、トリエ
チレンテトラアミンヘキサメチルホスホン酸、ヘキサメ
チレンジアミンテトラメシルホスホン酸及び前記各種ホ
スホン酸のナトリウム塩又はカリウム塩等、ＩＩＩ式に
属するものとしては、ヒドロキシエチリデンジホスホン
酸、ヒドロキシプロピリデンジホスホン酸及びこれらの
ナトリウム塩又はカリウム塩等、ＩＶ式に属するものと
しては、１、２、４−トリカルボキシブタン−２−ホス
ホン酸、１，２−ジカルボキシブタン−２−ホスホン酸
、１，２，４−トリカルボキシへキサン−１−ホスホン
酸及びこれらのナトリウム塩又はカリウム塩等であり、
前記ポリアクリル酸類及び／又はホスホン酸類はスルホ
アルキル化フミン酸類又はスルホアルキル化亜炭に対し
０．５〜２５重量部を配合する。

また、ポリアクリル酸類及び／又はホスホン酸類を添加
するときは、スルホアルキル化フミン酸類又はスルホア
ルキル化亜炭とＺｒ化合物及び鉄化合物を混合するとき
或いは錯化合物を生成した後に添加してもよい。

以上の如く錯化合物にポリアクリル酸類及び／又はホス
ホン酸類を混合したものは、さらに初期分散性及び構造
粘性の改善に加え、石膏、セメント等の汚染防止が図ら
れると云う効果がある。

また、本発明の調泥剤は従来の調泥剤と異なり酸可溶性
であることに特徴を有する。即ち、従来の調泥剤は通常
ｐＨ１１〜９のアルカリ可溶性であるため、中性付近の
坑井では泥水性能が悪化し、また坑井掘削時に地層屑の
弱酸性成分によって汚染されて泥水が酸性になると前記
同様泥水性能が劣化する。

しかるに、本発明は酸可溶であるために、掘削中にｐＨ
が７以下になっても調泥剤の性能は何等影響を受けるこ
とがない。

さらに、前述の如く従来の調泥剤はアルカリ可溶である
ため、使用に当り適宜苛性ソーダ溶液を添加してｐＨを
１０前後に調整する必要があるに対し、本発明は酸可溶
であるから前記の如く苛性ソーダ溶液を添加する必要が
ないため、取扱いが容易であり、しかも苛性ソーダの原
単位を低下できると云う利点もある。

以下実験例によって本発明を説明する。

実験例１ ニトロフミン酸１００ｇに亜硫酸ナトリウム４０ｇ、３
７％ホルマリン３０ｇ、水３００ｍｌを混合し、２０％
苛性ソーダでｐＨ１２に調節して９０℃で１時間反応さ
せて得られたスルホメチル化フミン酸に、硫酸ジルコニ
ウム１０ｇ、硫酸第１鉄七水塩５ｇを添加し、ｐＨ８に
調節して２５℃で１時間反応させた（これをサンプルＡ
とする）。反応後、分子量１０，０００のポリアクリル
酸ソーダの４０％水溶液を５ｇ、ヒドロキシエチリデン
ジホスホン酸カリウムの４０％水溶液１０ｇをそれぞれ
加え、１５分間攪拌後ｐＨ１０に調整した（これをサン
プルＢとする）。

また、前記サンプルＢの製造過程においてニトロフミン
酸１００ｇに代えて亜炭１００ｇを用い、ｐＨ１２に調
節した後、１５０℃で３時間反応させた（これをサンプ
ルＣとする）。

前記サンプルＡ乃至Ｃを調泥剤としてＡＰＩ（アメリカ
ン・ペトロリウム・インステイテュート）規格ＲＰ１３
Ｂに従い、第１表に示す試験泥水配合で作泥を行ない、
その１６時間エージングテストを行なった。

作泥はミキサーに水とベントナイト粉末か又はベントナ
イト懸濁液を入れ、１分間攪拌後各調泥剤を添加し、２
分間攪拌後、２０％苛性ソーダでｐＨ１０．５に調整し
た。

またエージングテストは、５００ｍｌセルに試験泥水を
入れて密閉し、ローラーオーブンで所定温度で１６時間
エージングを行ない、３０℃に冷却後取り出す。この作
泥の降伏値（ＹＶ、ｌｂ／１００ｆｔ２）、ゲル強さ１
０分値（ＧＳ１０、ｌｂ／１００ｆｔ２）、並びに１６
時間エージングを行い冷却静置後の見掛け粘度（ＡＶ、
ｃｐ）、ＹＶ（ｌｂ／１００ｆｔ２）、ゲル強さ１０秒
値（ＧＳ０）及び泥水攪拌後の脱水量（ＷＬ、ｍｌ）を
夫々測定し、第２表の結果を得た。尚比較のために、鉄
・クロムリグニンスルフォン酸ソーダとクロムフミン酸
ソーダの複合物（これをＸとする）及びニトロフミン酸
及びリグニンスルフォン酸ジルコニウム（これをＹとす
る）とを夫々調泥剤として使用した場合を併記した。

第２表の結果から明らかな如く、本発明は初期分散性、
耐熱性に優れており、高温度下での掘削に適した耐熱性
を有しており、また構造粘性も改善されているのが認め
られる。

また、ポリアクリル酸ソーダ、ヒドロキシエチレンジホ
スホン酸ソーダを混合共存したものは、セメント、頁岩
、石膏、塩分等の各種汚染又は高比重泥水に対して優れ
ている。

実験例２ 実験例１で調整したサンプルＡ〜Ｃ及びＸ、Ｙについて
、ビット、掘管等への張り付き（付着性）、循環停止時
の泥水の流動性についてテストを行った。

即ち、水１００部とベントナイト粉末１２部をミキサー
で１分間撹拌し、前記Ａ〜Ｃ及びＸ、Ｙの各調泥剤を夫
々２部添加して２分間攪拌した後、２０％苛性ソーダで
ｐＨ１０．５に調整し、３０℃に保持して試験泥水とす
る。

前記試験泥水を１時間後ＡＶを測定し、さらに３時間後
、外径２０ｍｍ、長さ５８ｍｍ、重さ８．０ｇのステン
レス製円筒体を試験泥水中に３０秒間浸積し、引き上げ
て５秒後のパイプへの付着量を測定する。

さらに、前記試験泥水を１６時間静置後、前記ステンレ
ス製円筒体の軸を垂直にして試験泥水表面に静かに載置
し、該円筒体底面から５ｃｍ埋没するまでの沈降時間を
測定する。

また、前記試験泥水を１２０℃で８時間ローリングエー
ジングし、つぎに静置エージングを８時間行った後、３
０℃に冷却し、３時間後の該円筒体への付着量及び３０
℃、１６時間静置後の円筒体の前記同様沈降時間、ＡＶ
を測定し、第３表の如き結果を得た。

第３表において、作泥のＡＶ、沈時時間に初期分散性を
表わし、本発明の調泥剤はいずれも比較品に対し、ＡＶ
、沈降時間共小さく、初期分散力に優れていることがわ
かる。また、作泥、エージング後の付着量は、ビット、
掘管等への張り付きを表わし、本発明の調泥剤は、いず
れも比較品より付着量が少なく、付着性においても良好
で構造粘性か改善されているのが認められる。

さらにエージング後のＡＶ、沈降時間は、循環停止時の
泥水の流動性を表わし、やはり、本発明の調泥剤はよい
結果を示し、循環再開始がスムーズに行なわれ、壁を壊
さずに循環ができることかわかる。以上のように、実際
の地熱井掘削において生じたビット、掘管等への泥水の
張り付き、循環停止等の泥水の流動性の問題点を解決す
ることができ、更に初期分散性の向上により、泥水に対
する速効性も期待できる。

特許出願人 日本重化学工業株式会社 代理人 市　　　川　　　理　　吉 手続補正書（］Ｊ゛式） ％式％） １、事件の表示 昭和５７年　　特　言１　願第２３）１５８９号２、発
明の名称 掘削用泥水調整剤 ５、補正命令の日付 明細書中「発明の詳細な説明」の１１・１“（７、補正
の内容

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スルホアルキル化フミン酸又はスルホアルキル化
   亜炭とＺｒ化合物及びＦｅ化合物との錯化合物からなる
   ことを特徴とする掘削用泥水調整剤。
2. （２）スルホアルキル化フミン酸又はスルホアルキル化
   亜炭とＺｒ化合物及び鉄化合物との錯化合物を主体とし
   、これにポリアクリル酸類及び／又はホスホン酸類か混
   合共存していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の掘削用泥水調整剤。