JPS6023797B2 - さく井用のさく井液 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、新規な親有機性粘土ゲル化剤を含有するさく
井用のさく井液に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕従来、親有機性粘土化合物は
、交換可能なカチオンと陰性層状格子とを含有する粘土
と、好適条件下にイオン交換により反応して、親有機性
粘土生成物を形成する。

有機カチオンが、少なくとも炭素原子ＩＮ固のアルキル
基を少なくとも１個含有するならば、得られる親有機性
粘土は或る種の有機液体中で膨潤するという性質を有す
る。１９５０年代の初めに親有機性粘土が商標ＢＥＮＴ
ＯＮＥとして市場に導入されて以来、低分子量の極・性
有機物質を組成に加えることにより、これら親有機性粘
土から最大のゲル化（増粘）効果を獲得するということ
が周知になった。

そのような極性有機物質は、分散剤、分散助剤、溶媒和
剤、分散化肋剤など様々に呼称されている。分散剤とし
て使用するのに最も効果的でありかつ容認された樋性物
質は、低分子量のアルコール類およびケトン類、とくに
メタノールおよびアセトンであることが判明した。しか
しながら、これら分散剤は極めて低い引火点を有し、防
炎装置の使用を必要とする。より高い沸点かつ高い引火
点の分散剤を使用することもできるが、これらは効果が
低く、たとえば機械的安定性または貯蔵安定性のような
２次特性の貧弱なゲルをいまいまもたらす。しかしなが
ら、親有機性粘土は、１２．が０（５５０Ｆ）よりも低
い温度で有機系中に混入する場合或いは低救断下で混合
する場合には、その有機系に対し貧弱な分散剤であり、
或る親有機性粘土は認めうるゲル化を得るのに数時間を
要する。

一方、従来の粘士を主体とするさく井液は水汚染の欠点
があり、水汚染に対し耐性を有し、すぐれた流動特性を
有するオイルベースのェマルジョン流体よりなるさく井
液が望まれている。したがって、ご〈井液としてのオイ
ルベースのェマルジョン流体の油相中に容易に分散する
と同時に低灘断下でも短時間にほぼ完全なゲル化を達成
するような親有機性粘土によるさく井液の出現が望まれ
ている。

〔発明の目的〕

それ故、本発明の目的は、さく井現場において簡単な縄
梓設備にて容易に調製できるオイルベースのェマルジョ
ン流体からなる流動特性の優れたさく井液を提供するに
ある。

〔発明の要点） 先の目的を達成するため、本発明に係るさく井用のごく
井液は、油相と分散水相と約１〜約１０ポンド／バレル
（約２．９〜約２８．５夕／そ）の親有機性粘土ゲル化
剤とからなり、前記親有機性粘土ゲル化剤は炭素原子１
針固を有するアルキル基を有するメチルベンジルアルキ
ルアンモニウム化合物２０〜３５％と炭素原子１８個を
有するアルキル基を有するメチルベンジルアルキルアン
モニウム化合物６０〜７５％とを含有するメチルベンジ
ルジアルキルアンモニウム化合物の混合物と粘土１００
夕当り少なくとも７５ミリ当量のカチオン交換容量を有
するスメクタィト型粘土との反応生成物からなり、さら
に前記アンモニウム化合物の量は１００％活性粘土基準
として粘土１００夕当り１００〜１２０ミリ当量である
ことを特徴とする。

本発明の親有機性粘土増粘剤を製造するために使用する
粘土は、粘土１００夕当り少なくとも７５ミリ当量のカ
チオン交換容量を有するスメクタィト型粘土である。

特に望ましい型の粘土は、天然産ワイオミング種の膨潤
性ペントナィトなどの粘土、およびへクトラィトすなわ
ち膨潤性のマグネシウムーリチウムシリケート粘土であ
る。粘土、殊にペントナィト型粘土は、まだナトリウム
型になっていないならば、この型に変えるのが好ましい
。

これは、粘土の水性スラリーを調製し、このスラリーを
ナトリウム型のカチオン交換樹脂床に通すことにより便
利に行なうことができる。或いは、粘土を水および可溶
性ナトリウム化・合物（たとえば炭酸ナトリウム、水酸
化ナトリウムなど）と混合し、この混合物を、練土機ま
たは押出機によって鯛断することもできる。気成作用ま
たは好ましくは熱水作用のいずれかによる合成法で合成
したスメクタィト型粘土を使用して、本発明の親有機性
粘士を製造することもできる。

そのような粘土の代表的なものはモンモリロナイト、ベ
ントナイト、ノゞイデライト、ヘクトライト、サポナイ
トおよびステベンサイトである。これらの粘土は、所望
金属の混成水酸化物を、所望に応じ弗化ナトリウムもし
くはそれに代りうる交換性カチオンまたはその混合物と
一緒にまたはこれらを含まずに、所望の特定合成スメク
タィトの比率で含有するスラリーの形態で水性反応混合
物を作ることにより熱水作用的に合成することができる
。次いで、スラリーをオートクレーブ中に入れ、自生圧
力下で約１００〜３２５００、好ましくは２７４〜３０
０こＣの範囲の温度まで充分時間加熱して所望生成物を
生成させる。本発明の実施の際に使用しうる有機化合物
は、１個のメチル基と１個のペンジル基と炭素数１４〜
２０のアルキル基の混合体とを含む第４級アンモニウム
塩であり、ここでアルキル基は１００％基準として、炭
素原子１針固のものが２０〜３５％であり、炭素原子１
８個のものが６０〜７５％である。塩のアニオンは好ま
しくは塩素イオンまたは臭素イオンからまたはそれらの
混合物から選択され、特に好ましくは塩素イオンである
が、たとえば酢酸イオン、水酸化イオン、硝酸イオンな
どのような他のアニオンを第４級アンモニウム塩中に存
在させて第４級アンモニウムカチオンを中和することも
できる。メチルベンジルジアルキルアンモニウム塩は式
／〔式中、Ｒ，はＣＨ３、Ｒ２はＣ６日５
Ｃ比、Ｒ３およびＲ４は炭素原子１４〜２０個を有する
アルキル基であって、これらアルキル基のうち２０〜３
５％が炭素数１６個を有しかつ６０〜７５％が炭素原子
１８個を有し、また式中Ｍ‐は好ましくはＣＩ‐，Ｂｒ
−，Ｎ０２−，ＯＨ‐，Ｃ２日３０２‐およびそれらの
混合物よりなる群から選択される〕で示すことができる
。

本発明の実施にあたり使用する好適な第４級ァミンは、
メチルベンジル二水素化獣脂アンモニウムクロライドで
ある。

ここに、メチルベンジル−水素化獣脂アンモニウムクロ
ラィドとは、メチルベンジルジアルキルアンモニウムク
ロライドのアルキル基が牛脂、豚脂などの獣脂を水素添
加した所謂硬化油を構成する脂肪酸より誘導されるアル
キル基（脂肪酸のカルボキシル基の炭素を含めて同数の
炭素原子を有するアルキル基）より構成されることを意
味する。工業的に製造される水素化戦脂の分析値は典型
的には、Ｃ，４が２．０％、Ｃ，５が０．５％、Ｃ，６
が２９．０％、Ｃ．７が１．５％、Ｃ，８が６６．０％
そしてＣ２。

が１．０％のアルキル基である。アルキル基は、たとえ
ば、とうもろこし油、大豆油、綿実油、ひまし油などの
ような各種の植物油、および各種の動物性油脂を包含す
る天然油から得ることができる。

このアルキル基は、たとえばアルファオレフィンのよう
に石油系由釆のものであってもよい。メチルベンジルジ
アルキルアンモニウム塩を製造するためには、多くの方
法が知られている。

一般に、当業者であるならば、たとえば脂肪酸にアンモ
ニアを作用させて酸アミド化合物とし、この酸アミド化
合物を脱水してニトリル化合物とし、このニトリルの水
素添加によってジアルキル第２級アミンを調製し、メチ
ル塞源としてホルムアルデヒドを使用する還元アルキル
化によってメチルジアルキル第３級ァミンを生成させ、
その後この第３級ァミンに塩化ペンジルまたは臭化ペン
ジルを加えることにより第４級アミンハロゲン化物を生
成させるであろう。本発明の親有機性粘土は、粘土粒子
を有機化合物によって被覆するのに十分な時間、好まし
くは３８ｑｏ（１０００Ｆ）〜８〆○（１８００Ｆ）、
特に好ましくは６０ｏｏ（１４００Ｆ）〜７７℃（１７
００Ｆ）の範囲の温度にて、粘土と第４級アンモニウム
化合物と水とを混合し、次いで炉過、洗浄、乾燥および
磨砕を行なうことにより製造することができる。

ェマルジョン中に親有機性粘土を使用する場合は、乾燥
工程および磨砕工程を省略することができる。スラＩＪ
‐が形成されないような濃度で粘土と第４級アンモニゥ
ム化合物と水とを混合する場合は、炉過工程および洗浄
工程を省略することができる。好ましくは、粘土を約３
％〜７％の濃度で水中に分散させ、必要に応じスラリー
を遠心分離して出発粘土組成物の約１０％〜約５０％を
構成する非粘土不純物を除去し、スラリーを燭拝しそし
て６０午Ｃ（１４００Ｆ）〜７７ｑ０（１７００Ｆ）の
範囲の温度に加熱し、第４級ァミンを所望のミリ当量比
において、好ましくはィソプロパノール中の液体として
または水中に分散させた液体として加え、そして燈梓を
継続して反応を行なわせる。本発明の目的で粘土に加え
られるメチルベンジルジアルキルアンモニウム塩の量は
所望の向上分散特性を親有機性粘土に付与するに足る量
でなければならない。

ミリ当量比は、１００％活性粘土基準で粘土１００夕当
りの有機粘土中に存在する有機化合物のミリ当量数と定
義される。本発明の親有機性粘土は１００〜１２０、好
ましくは８５〜９５のミリ当量比を持たねばならない。
それより低いミリ当量比の場合、生成される親有機性粘
土はさく井用のご〈井液に対し効果のないゲル化剤とな
る。またそれより高いミリ当量比においては、親有機性
粘土は一層貧弱なゲル化剤となる。本発明の実施の際、
さく井用のさく井液中には油相と、分散水相と約１〜約
ｉｏポンド／バレル（約２．９〜２８．５夕／夕）の親
有機性粘土ゲル化剤とを存在させねばならない。

本発明のさく井用のさく井液を製造する際使用しうる油
相は好適には原油およびその蟹分たとえばジーゼル油、
ケロセン、燃料油、軽潤滑油留分、沸点範囲約１４９０
０（３０００Ｆ）〜３１５こ０（６０００Ｆ）の重ナフ
サなどとすることができる。

好適な物質は原油の粗留から得られるジーゼル油である
。本発明における水相は、たとえば塩化ナトリウム、塩
化カルシウムなどのような無機塩の水溶液を包含する水
である。これら塩の添加は任意とすることができるが、
塩が存在すれば水相の鯵透圧上昇による水和性粘土含有
の編成を介して堀削の際助けとなる。これら塩の効果に
関する完全な検討は米国特許第３，５６１，５４８号明
細書に見られる。さく井液中に混入される正確な水量は
、さく井液重量要件、所望の流動特性、遭遇することが
予想される底部孔温度、堀削、穿孔、または完成操作の
際にさく井液に置かれる操作要件を含めて幾つかの因子
により決定される。

一般に、２〜５舷容量％の量の水を使用するのが好適で
あると判明した。これらの水量はオイルベースのさく井
液を耐火性にする。何故なら、発火させるような温度に
油をさらすと水蒸気バケットの消火作用が生ずるからで
ある。さらに、このさく井液は水汚染に対し優れた耐性
を有し、またさく井液の流動特性は水ベースの流体に匹
敵する値まで調節することができる。本発明の組成物に
おいては、慣用の乳化剤を用いて油相中に水を乳化させ
ることができる。

乳化剤の使用量は、主として存在せしめる水量および所
望する乳化程度に依存する。必要なゲル強度と炉過調節
を得るには、一般に２〜３０ポンド／バレル（５．７〜
８５．６夕／夕）、好ましくは５〜２０ポンド／バレル
（１４．３〜５７夕／そ）で充分であることが判明した
。乳化剤はたとえばイー・ゼット・ムル（ＥＺＭＵＬ■
）乳化剤およびィンベルムル（ｍＶＥＲＭＵＬ■）油泥
濃厚物（両者ともェヌ・ェル・インダストリーズ社、バ
ロィド部門の商標である）のような好んで使用される乳
化剤から選択することができる。組成物は、たとえばバ
ロィド（ＢＡＲ○ｍ■）車晶石のような慣用の増量剤を
必要に応じ含有して流体密度を７．５〜２２ポンド／ガ
ロン（９００〜２６４０夕／そ）に調節することができ
、また流体減量調節剤（炉液減少剤）を含有することも
できる。

親有機性粘土の使用量は、使用目的すなわちさく井液に
ついて、オイルベース流体の増粘を必要程度得るのに有
効な量である。任意特定の組成物をゲル化させるのに必
要とされる親有機性粘士の最小濃度は、たとえば使用す
る親有機性粘土の種類、油相の特性、および組成物にか
ける最高温度のような幾つかの因子に依存する。使用し
うる親有機性粘士の最高濃度は、その組成で充分にポン
プ輸送しうる程度の流動性が得られるよう制限される。
好ましくは、オイルベースのェマルジョン循環さく井液
を製造するには約１〜約１０ポンド／バレル（約２．９
〜約２８．５夕／夕）の量が適当であると判明した。

親有機性粘士をオイルベースのェマルジョンさく井液中
に混入するとほぼ完全なゲル化が低切断混合で達成され
ることが判明した。得られるオイルベースのェマルジョ
ンご〈井液は−２９℃（一２００Ｆ）以下の表面温度お
よび２６０ｏｏ（５０００Ｆ）までのダウンホール温度
で安定なオイルベースのヱマルジョンさく井液である。
安定なさ〈井液の生成は、親有機性粘土をオイルベース
流体中に加えかつ低敷断混合した後に数分間で生ずる。
オイルベースのェマルジ…ョンご〈井液は掘削開始前或
いは掘削が進行中のいずれでも調製および使用すること
ができる。流体を調製するための成分添加方法は臨界的
でない。混合は、低酸断混合力を使用しうる慣用の装置
で達成される。それ以上大きな混合力は必要ではないが
使用しても差支えない。製造されたら、さく井液はたと
えばポンプ輸送により油井ボア中に移送され、ビットに
循環されそしてボアホールを介してその壁部と接触させ
られる。〔発明の実施例〕 以下の実施例により本発明を説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではない。

全てパーセンテージは特記しない限り重量による。可塑
粘度、降伏点および１０秒ゲル（企ｎｓｅｃｏｎｄｇｅ
ｌｓ）はＡＰＩＲＰＩ狙、流体試験用アメリカ石油協会
、標準法第６版（１９７６王４月）に記載された手順に
より測定した。使用したスメクタィト型粘士はへクトラ
ィトおよびワイオミング・ベントナイトである。

へクトライト粘土は、これを水中にてスラリーとなし、
遠心分離して実質的全ての非粘土不純物を除去した。ワ
イオミング・ベントナィト粘土は、これを水中にてスラ
リーとなし、遠心分離して実質的に全ての非粘土不純物
を除去し、そしてこのスラリーをナトリウム型のカチオ
ン交換樹脂床に通してナトリウム型にイオン交換した。
ェネンコ社から供給された幾つかのメチルベンジル二水
素化獣脂アンモニウムクロラィド試料を用いて、実施例
中の親有機性粘土を製造した。これら試料の分子量は６
１９〜６４４の範囲であり、またィソプロパノール中に
おける活性％は６０％〜８１．５％の範囲であった。慣
行精製油および溶剤精製油は以下の性質を有した。

慣行精製油 溶剤精製油 比重、ＯＡＰ１（６０Ｆ）（１５．６℃） ２
０ ３０．４粘度、ＳＵＳ（１０
０Ｆ）（３７．８℃） ５００
４００粘度、 ＳＯＳ（２１０Ｆ）（９８．９℃）
５３ ５８粘度指
数 １２ ９８屈 折 率
１．５０８５
１．４８１１引 火 点、ｄＦ
３９０（１９８．９℃） ４６０
（２３７．８℃）流 動 点、。

Ｆ −５（一２０．６
℃） ５（一１５０℃）実施例 １粘土スラリ
ーを６６００（１５００Ｆ）〜７７０（１７００Ｆ）の
範囲の温度に加熱し、この粘土スラリーを凝梓しながら
指示量の指示第４級アンモニウムクロラィド（取扱の便
宜上、予め溶融させたもの）を加え、撹拝を約４５分間
続け、次いで炉週、洗浄、６０℃（１４００Ｆ）での乾
燥および磨砕を行なうことにより、第１表に挙げた親有
機性粘土を製造した。

上記の分散容易さ試験の場合に、これら親有機性粘土を
、慣行精製油において評価したが、この試験はこれら増
＊占剤が類似の親有機性粘土増粘剤に比較して改良され
た分散容易さを有することを端的に示した。第１表のデ
ータは、メチルベンジルニ水素化戦脂アンモニウムクロ
ライドとスメクタイト型粘土とから製造した親有機性粘
土は、この第４級アンモニウム化合物の量が粘土１００
夕当り１００〜１２０ミリ当量の範囲にあったとき、分
散容易さが急増したことを示している。

本発明で使用される粘土は、８５〜９５ミリ当量のもの
も使用できる。このデータはまた、や）類似するが異っ
ている第４級アンモニウム化合物から作った親有機性粘
土と比較して、本発明の親有機性粘土の分散特性がずっ
と優秀であることを示している。実施例 ２ 実施例１の１０２．６ミリ当量比のペントナィト半占土
増半占剤を、オイルベースのェマルジョンさく井液にお
ける増粘剤／懸濁剤として４ポンド／バレル（１バレル
＝４２ガロン）の濃度で評価した。

このさく井液は次の組成を有した：ジーゼル油１５４部
、水１２＄部、塩化カルシウム６８部、デュラトン・エ
ッチ・ティー（ＤＵＲＡＴＯＮＥＨＴ■）流体減量調節
添加物８部、ィンベルムル（ｍＶＥＲＭＵＬ■）乳化剤
１５部およびィー・ゼツト・ムル（ＥＺＭＵＬ■）乳化
剤２部。

マルチ・ミキサー（ＭＵＬＴＩ−ＭＩＸＥＲ■）を用い
て親有機性粘土と１８分間混合した後、さく井液につき
標準流動学的データを得た。第２表に示す結果は、この
親有機性粘土がオイルベースのェマルジョンさく井液用
として濠れた増粘剤であることを示している。第１表 親有機性粘土 （１）重量比１：１のへクトライトとペントナイト（２
‐‐‐はデータか得られなかこ力こととを示す。

第２表以上、本発明に係るさく井用のごく井液について
、好適な実施例により説馴したが、本発明はこの実施例
に限定されるものでなく、本発明の精神を逸脱しない範
囲において種々の改良変更がなされうろことは勿論であ
る。〔発明の効果〕 本発明に係るさく井用のさく井液によると、さく井現場
で簡単に調製でき、優れた流動特性を有し、地下水汚染
に耐性のあるオイルベースのェマルジョンよりなるさく
井液が提供される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 油相と分散水相と約１〜約１０ポンド／バレル（約
   ２．９〜約２８．５ｇ／ｌ）の親有機性粘土ゲル化剤と
   からなり、前記親有機性粘土ゲル化剤は炭素原子１６個
   を有するアルキル基を有するメチルベンジルアルキルア
   ンモニウム化合物２０〜３５％と炭素原子１８個を有す
   るアルキル基を有するメチルベンジルアルキルアンモニ
   ウム化合物６０〜７５％とを含有するメチルベンジルジ
   アルキルアンモニウム化合物の混合物と、粘土１００ｇ
   当り少くとも７５ミリ当量のカチオン交換容量を有する
   スメクタイト型粘土との反応生成物からなり、さらに前
   記アンモニウム化合物の量は１００％活性粘土基準とし
   て粘土１００ｇ当り１００〜１２０ミリ当量であること
   を特徴とするさく井用のさく井液。 ２ スメクタイト型粘土はヘクトライトまたはナトリウ
   ムベントナイトからなる特許請求の範囲第１項記載のさ
   く井用のさく井液。 ３ メチルベンジルジアルキルアンモニウム化合物は、
   メチルベンジル二水素化獣脂アンモニウムクロライドで
   ある特許請求の範囲第１項または第２項記載のさく井用
   さく井液。 ４ 親有機性粘土ゲル化剤は、式 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、Ｒ＿１はＣＨ＿３、Ｒ＿２はＣ＿６Ｈ＿５Ｃ
   Ｈ＿２、Ｒ＿３およびＲ＿４は炭素原子１４〜２０個を
   有するアルキル基であつて、これらアルキル基のうち２
   ０〜３５％が炭素原子１６個を有しかつ６０〜７５％が
   炭素原子１８個を有し、Ｍ＾−はＣｌ＾−，Ｂｒ＾−，
   ＮＯ＿２＾−，ＯＨ＾−およびＣＨ＿３ＣＯＯ＾−より
   なる群から選択される〕を有するアンモニウム化合物と
   、ヘクトライトおよびナトリウムベントナイトよりなる
   群から選択されるスメクタイト型粘土との反応生成物で
   あり、前記アンモニウム化合物の量は１００％活性粘土
   基準として粘土１００ｇ当り１００〜１２０ミリ当量で
   ある特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかの１項
   に記載のさく井用のさく井液。 ５ アンモニウム化合物の量は、粘土１００ｇ当り８５
   〜９５ミリ当量である特許請求の範囲第１項乃至第４項
   のいずれかの１項に記載のさく井用のさく井液。 ６ 水相は約２〜約５０容量％の水を含有する特許請求
   の範囲第１項乃至第５項のいずれかの１項に記載のさく
   井用のさく井液。 ７ さく井用のさく井液がボアホールとこのボアホール
   中の穿孔ビツトとを通して循環させるため使用するさく
   井用液である特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれ
   かの１項に記載のさく井用のさく井液。