JPS6164783A - 増粘された固形物不含水性ブラインおよび重質の固形物不含水性ブラインの増粘方法 - Google Patents

増粘された固形物不含水性ブラインおよび重質の固形物不含水性ブラインの増粘方法

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JPS6164783A
JPS6164783A JP60187546A JP18754685A JPS6164783A JP S6164783 A JPS6164783 A JP S6164783A JP 60187546 A JP60187546 A JP 60187546A JP 18754685 A JP18754685 A JP 18754685A JP S6164783 A JPS6164783 A JP S6164783A
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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、水性ブライン系の増粘剤として有用な組成物
に関し、またそれから調製された水性さく井およびサー
ビス用流体に関する。
地下井戸の掘削において、主として流体および固体の侵
入によって惹起される生産地層への損害を最少限にする
ために、懸濁固体を含有しない水性流体が完成および仕
上げ操作において広く使用されている。高固体含有掘削
泥水が使用された後は、閉塞を起すことがある運動しう
る固体を除去し一方油が生産帯域に自由に流入するのを
防ぐために、上記の泥水は、井戸を買いて7ランシユさ
れる。これらの泥水は、また表面下の圧力を調整し、そ
して操作温度に安定に保ちながら、孔の安定性を維持す
べく機能する。これらの泥水は、例えばNot 、、M
aCJL 。
11aBr %OaO/4.0aBrl、ZnO14お
よびZnBr2  を含も金属塩の濃縮水溶液である。
、s択すれ九塩または塩類および使用された濃度は、泥
水の所望の密度シよび結晶化温度によって決定される。
近年の研究は、zskg/l (19,2ppg (ボ
ンド・パー・ガロン]〕までの範囲の密度を有する多数
の有用なブライン(塩水〕の開発へと導いた。
ブラインの粘度を調整し増加させ、一方その掘削物運搬
能力を向上させ、泥水の損失を減少させ、そして水に敏
感な地層の空洞化および水の損失を抑制し最少限とする
ために添加剤がブライン溶液に使用される。キサンタン
ガム、グアーガム、イナゴマメガム、カラギーナンのよ
うな多糖類ガムおよびヒドロキシエチルセルロース(u
za)がブライン系を増粘するために使用された。通常
、乾燥した粉末の形態で供給されるこれらの添加剤は、
ブライン系に添加される場合には、特別な製造および/
または混合および分散装置を必要とする。agoおよび
その他の多糖類添加剤は、あま9にも急速にかつ不均一
に表面的水和をするので、閉塞および地層破損を惹起し
うる「フィッシュ・アイ(fish・y・a )Jと呼
ばれる塊シを生ずる結果となる。
これらの多糖類添加剤の多くは、ブライン0温度が上昇
した後にのみ水和する。これらの添加剤は、比較的高i
ダウンホーJ%/ (downhole )温度に曝さ
れると溶解するので、それらは、ブラインの粘度の変動
を起させて予期しないそして望ましくない潜在的粘度を
生ぜしめる結果となる。更に、−多糖類の多くは、また
高密度塩水中に分離したガム状重合体層を形成する傾向
がある。
上記の溶解の問題を克服するために、追加的な時間およ
び経費を伴なう種々の試みがなされた。例えば、198
3年7月12日に発行された米国特許第4.592.9
 A 4号においては、H]1105〜30部をインプ
ロパツール少くとも40部と混合することによって製造
された重合体組成物を、ブライン系に添加する前にIB
Oを十分に濡らすために水3〜40部と混合せしめる。
1983年11月15日に発行された米国特許@4,4
15,463号においては、カラギーナンおよびイナゴ
マメのような天然産の多糖類ガムを、ブライン系に添加
する前に重合体を湿潤させるために塩基性の窒素試薬で
処理する。
米国特許第4.43&564号(1984年3月6日発
行)および同第4.43ジ353号(1984年5月2
7日発行)においては、HEOがまず濃厚なブライン中
で分散しそして水和するように活性化される。この活性
化法は、アミノまたはフェノール化合物のいずれかのI
W、液中のHEOおよび水溶性の有機液体をブライン添
加に先立って混合することからなる。添加剤のいくつか
は、また約LJkg/A (12ppgン以上の密度の
有するブライン系に添加した場合には効果がなくなる。
米国特許第4.420.406号(1983年12月1
3日発行)においては、1.7ないし” kg/ L 
(1a、2ないし1!L6ppg )の狭い密度範囲を
有する重質ブライン溶液がブライン中のOIL 011
の存在または不存在および特定の量のZnBr1次第で
HIOによって効果的に増粘化されうることが開示され
ている。
上記の多糖類がブライン溶液に添加される場合には、そ
の他の問題がなお存在する。多糖類の多くは、ある期間
の後にブライン中で不融和性の問題に遭遇する。多糖類
は、また約82℃(180?)以上のダウンホール温度
にさらされると熱的に不安定になる。更に、使用される
多糖類の若干のものは、細菌の攻撃を受ける。
これらの理由から、地下井戸掘削工業では、ブライン溶
液を効果的に増粘するそO他の手段が求められている。
従って、容易に溶屏し、ブライン中で相容性でらシ、耐
熱性でありそして細菌の攻撃を受けないブライン塩粘剤
への需要がある。
本発明は、少くとも1.3ゆ/l (11,1ppg)
の密度を有する増粘化水性ブライン溶液を提供し、また
アクリルアミドまたはメタクリルアミドと陽イオン性単
量体との陽イオン性油中水型エマルジョン重合体であっ
て1.ONのKO2中で測定して1 at/fまたはそ
れ以上の固有粘度(工、V、)を有する上記陽イオン性
油中水型エマルジョン重合体を提供する。本発明におい
て考慮される陽イオン性重合体は通常的60:40ない
し95:5のアクリルアミドまたはメタクリルアミド対
陽イオン性単量体のモル比を有する。好ましくは、陽イ
オン性単量体は、ジメチルジアリルアンモニウムクロラ
イド、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウ
ムクロライド、トリメチルアミノエチルメタクリレート
およびジメチルアミノプロピルメタクリルアミドよシな
る群から選択される。
この方法においては、陽イオン性エマルジョン重合体は
、井戸掘削またはサービス泥水を増粘化するのに十分な
量で水性ブライン溶液に添加される。
本発明において有用な陽イオン性エマルジョン重合体は
、アクリルアミドまたはメタクリルアミドを陽イオン性
単蓋体と重合することによって得られる。本発明におい
て使用するのに適した陽イオン性単量体のうちで、例え
は下記のものを挙げることができるニジアルキルアミノ
アルキル(メタ)アクリルアミド、トリアルキルアミノ
アルキル(メタノアクリルアミド、ジアルキルアミノア
ルキル(メタ)アクリレート、トリアルキルアミノアル
キル(メタ)アクリレートおよびジアルキルジアリルア
ンモニウムハライド。最も好ましくは、単量体は、ジメ
チルジアリルアンモニウムクロライドおよびメタクリル
アミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド(こ
れらは以下それぞれDMDAAOおよびMAPTACと
略称する〕よすなる群から選択される。好ましく使用さ
れるその他の陽イオン性単量体には、ジメチルアミンプ
ロビルメタクリルアミド(DMAFMA  と称する)
およびジメチルアミンエチルメタクリレートと塩化メチ
ルとの第四級化生成物(以下トリメチルアミノエチルメ
タクリレートあるいはTMAIIiMA  と称する〕
およびジメチルアミノエチルメタクリレートと硫酸ジメ
チルとの第四級化生成物が包含される。
更に、少量の他の重合しうる単量体を陽イオン性エマル
ジョン重合体の製造に使用することもできるが、アクリ
ルアミドまたはメタクリルアミドと陽イオン性単量体と
のみで製造された重合体を超える改善は、期待できない
上記の陽イオン性重合体は、通常的60:40ないし9
5:5のアクリルアミド(AOM)またはメタクリルア
ミド対陽イオン性単量体のモル比を有するであろう。規
定された重合体についての好ましいモル比の範囲は、使
用され九陽イオン性単量体および処理すべきブラインの
密度に依存して変動する。例えば、AOM : TMN
!m共重合体の好ましいモル比は、約yo:saないし
80:20であり、一方ムOM : I)MDAAOお
よびAOM : MAPTAO共重合体は、好ましくは
約80:20ないし91;9のモル比を有する。
陽イオン性重合体は、この技術分野における熟練者に知
られた若干の従来のエマルジョン重合技術によって製造
されうる。適当な方法には、米国特許第へ284.59
3号(1966年11月8日発行)、第482〜771
号(1974年7月50日発行)および第4.077.
9 S 0号(1978年5月7日発行ンにおいて開示
された方法が包含される。重合体は、一般に固体含量約
25〜50%重量係の量でエマルジョン中に存在する。
得られる重合体が1.ONのKCl中で測定して約1な
いし10、好ましくは五5ないし&5そして最も好まし
くFi!LOないし&0の固有粘度によって示されてい
るように、十分に高い分子量を有するものである限シに
おいて、いかなるエマルショア重合技術でも使用されう
ることに注目すべきである。陽イオン性重合体の固有粘
度は、約7.0以上に増加するので、若干のブライン系
においては、そのような重合体がブライン溶液を増粘化
するのみならずまたこの溶液をグイラタン7−性になら
しめるという傾向があることが見出された。そのような
物理的特徴は、処理されたブライン溶液から得られた流
動学的データを評価することによって認めうる。溶液の
見掛は粘度(2で割った6 00 rpmにおけるバロ
イド(Baroid )  の読み〕が30 Orpm
においてとられたパロイドの読みより大であるならば、
この溶液はある程度までダイラタンクー性であるといわ
れる。これらの2つの値の差が増大するに従い、泥水は
、ポンプ輸送することが次第に容易でなくなシ、それは
今度は、ポンプ装置に付加的なひずみを与える。粘度の
読みにおける大きな変動は、極めてダイラタントな系に
おいて観察される。本明細書中でブラインを記述する際
に、ストリンギーな(ねはねばする) (string
y )として示された溶液は、ダイラタンシー性である
というのと同じ意味を暗示するものではない。溶液が非
剪断的条件下に視覚的に観察した場合に、それが僅かに
凝集性のテクスチャーを示すならば、この溶液は、粘質
であるといわれる。ストリンギーな溶液は、ダイラタン
シー性である場合と同じ程度まではポンプ輸送上の問題
を4たらさない。
使用された陽イオン性重合体の量は、状況次第で処理さ
れるべきブライン溶液の密度および組成のような因子に
左右されて変動するであろう。陽イオン性エマルジョン
重合体は、’ 01!LO4,0aBrl、 Zn04
、Zn13rl  およびそれらの混合物を包含する多
価金属の水躊性塩の水溶液を含む少くとも1.5kg/
l (11,1ppg )の密度を有する重質ブライン
溶液用の増粘剤として極めて有効である。本発明者らは
、本発明による陽イオン性エマルショア重合体が1.9
 kip/ t (1&Il):。
ppg ) tたはそれ以上の密度を有するより濃厚な
、増粘することのより困難な亜鉛含有ブラインにおいて
特に有効であることを見出した。使用され九重合体の処
理水準に影響を与える他の因子には、出会った地層の種
類、掘削の深さ、および出会った温度および圧力がある
。通常本発明による重合体は、約10006〜cL01
19に9/l(すなわち、α25ないし5.0ポンド/
42−ガロンバーレルーppb )の量で(乾燥固形物
基準)使用されると、重質ブライン溶液に増粘効果を付
与する。好ましくは、重合体は、α0012〜(LO0
71ky/l(a、sないし10 ppb )の処理水
準で添加される。添加すべき正確な量は、添加がなされ
る時点で当該技術者に知られた簡単な日常的な試験によ
って決定されうる。
下記の例において、すべての百分率は、特記しない限り
重量で示されている。すべての物性の測定は、「掘削泥
水試験用標準手続、米国石油協会推奨手続集、13B、
1982年5月刊、第2および3部(5tandard
 ProcscLure ForTesting Dr
illing Flulda AP工Recommen
dedPraa’)ice 、 13 B、 May 
1982.8eations2 and 5 ) Jに
従って行なわれた。
ブライン溶液を処方するに当って、下記の塩溶液が使用
′された; ブライン密度       ブライン組成に9/L  
ppg 1.4  11.6   C&OL@ 57.6%およ
びCaEr11.65%を含有する水溶液 1.7  14.4  0aEr1317%およびCa
0455.8%を含有する水溶液 1.9  1&OZnBrB &35%、0aO211
45%および0aBr!a !L9%を含有する水溶液
2.5   j9.2   znBrl 2 & 7 
%およびCaEr14 A Q S係を含有する水溶液 例1 この例は、各種の重質ブライン溶液を効果的に増粘すべ
きAC!M : DMDAAOの能力を例示する。
評価された共重合体は以下に記載されている:B   
         95  :  5        
    1部8共重合体は、1.4ないし1.9に9/
l(11,4ないし16− Oppg )の濃密なブラ
イン溶液中で評価され之。各ブライン550−に対して
各共重合体α5ないし1. Of (乾燥固形物基準)
を添加し九。これは、α0012ないし[1,0024
#/1(α5ないし1− Oppg )の処理水準に相
当する。処理されたブラインをハミルトン・ビーチ、マ
ルチミキサー(Hamilton BeaahMult
imixer )  を用いて20分間混合し、相客性
について定性的に評価し、次にガラスビンO中に封入し
、そして82℃(180?)において16時間静的にエ
ージングを行なった。試料の流れ特性およびゲル強度は
、82℃(180下)、46℃(1157)および室温
において測定された。処理されたブライン溶液を評価す
るために使用された装置は、バロイド・ビスコメーター
(Baroid Viscometer )型式番号す
286−76163であった。読取りは、60口および
500 rpmに行なわれた。この例ならびに以下のす
べての例において比較のために、HK O(バーキュラ
ス(Heraulug )  社から入手されたナトロ
ソA/ (Natrosol ) 250 MRもまた
評価され之。結果は、第■およびn表に示されている。
第1および■表の結果は、ブライン中におけるAOM 
: DMDAAO共電・合体とHInCとの間には相容
性において著しい相違がある。陽イオン性共重合体は、
ブライン中に容易に溶解するが、一方[10は、1.4
ゆ/A(11−6ppg)のブライン中では望ましくな
いガム状の重合体層をもたらし、そして1.qkg/l
(1tOppg)のブライン中では粒状となって溶解し
なかった。AOM: DMDAAO共重合体は、両方O
ブライン溶液を増粘比したが、一方よシ濃密なブライン
中では一層効果的であったことが注目された。ICl3
の固有粘度を有する95:5のモル比のAOM :DM
DAAO共重合体である共重合体Eは、ブラインにダイ
ラタン7−性をもたらし几。分子祉およびAMO対DM
DAAOのモル比が増大するに従って、それを用いて処
理されたブラインは、よシダイラタンシー性となった。
例2 この例は、各種のブライン溶液を効果的に増粘化するた
めの、AOM : MAPTAOおよびACIM :T
MAEMA  の能力を例示する。評価された共重合体
は、以下に記載されている: ’F      MAPTAO70:30      
 2.3G      MAPTAO70:30   
    4.2HMAFTAC!       80 
:  20       4.15工     MAP
TAO91:  9        415J    
  MAPTAO91:9        405K 
     TMAICMA       70:!50
       42L      TMAKMA   
    80 :  20       7.3上記の
共重合体は、1.7および″”z、s’H7t(1a、
 aおよび19.2 ppg )の濃厚なブライン溶液
中で例1において記載された手順によって評価された。
室温における処理ブラインの流体損失もまた測定された
。得られた結果は、第逗および■表から明らかである。
上記の表から明らかなように、陽イオン性共重合体は、
効果的に濃化し、そして1.7および2.3′に9/l
−(14,4および192 ppg )の両方のブライ
ンと相容性であったが、一方HECは、ブラインの上面
にゲルの外観を有するガム状の重合体層を形成した。陽
イオン性共重合体は、t ykg/L (14,4pp
g )ブライン中では良好−ないし抜群の流体損失抑制
をもたらし、そして2.3kg/l (19,21)p
g )ブライン中では多くのものは良好な流体損失抑制
をもたらした。13の固有粘度を有する8 0 : 2
0 AOM : TMAEMA共重合体である試料りは
、ブラインを増粘化することは認められたが、2.s#
/l (19,2ppg )のブラインにおいて観察さ
れたパロイド(Baroid )  による流動特性に
おける変動は、溶液が極めてダイラタンシー性であるこ
とを示した。
例3 80 : 20の、そしi90:10のモル比OAOM
 : CMDAAOエマルジョン共重合体(それぞれ例
1の試料BおよびO)を、α0012ないしr:LOO
A8に9/1c15ないし2.Oppg )の処理水準
において4aloブライン溶液中で評価した。卓越した
結果が得られた。データは、第V表に示されている。
例4 この例は、6糧の重質ブライン溶液を効果的に増粘化す
るためのAOM : DMAPMA  共重合体の能力
を例示する。使用された陽イオン性アクリルアミドエマ
ルジョン共重合体は20モル係の陽イオン性第三アミン
コモノフーを含有しそして1.356LL/fの固有粘
度を有していた。処理されたブラインは、例1において
記載された手順によって評価された。流動学的データは
、第4表に示されている。
結果は、すべてのブライン中で相容性であることのほか
に%AOM : DMAPMA 共重合体が同様にそれ
ぞれを増粘化したことを示している。この共重合体は、
2.5に9/l (19,2PI)g )の亜鉛含有ブ
ラインにおいて特に有効であることが例5 この例は、ブライン増粘剤として一般に使用されている
他の重合体と比較した場合の、本発明に使用される共重
合体の改善された溶解性を例示する。
1.7鴎/L(1氏41)M )の濃厚なブライン溶液
を、(LO02akg/l(1,0ppb )の添加水
準で6樵の重合体を用いて処理した。試料は、82℃(
1a07)において16時間二一ジングされ、そして例
1において記載されたように評価された。比較のために
、全く同じ一連の試料を室温においてエージングし、そ
して評価した。第1表のデータから明らかなように、共
重合体G(例2において記載)を含有する試料の82℃
におけるエージング後の室温で測定された粘度は、室温
においてエージングされた試料の粘度に極めて類似して
いた。このことは、この共重合体が室温においてブライ
ンに完全に溶解し次ことを示す。しかしながら、ヒドロ
中ジエチルセルロースおよびキサンタンガムで処理され
た加熱エージングされたブラインの粘度は、室温でエー
ジングされた試料のそれのほとんど2倍であった。これ
らの試料の潜在的粘度は、多糖類ガスが室温においてブ
ライ/に完全には溶解しなかつ九ことを示している。熱
に曝されることによって生ずるそのような粘度の変動は
、井サービス操作において望ましくないことである。
第1表 ブランク    −60296732 HIIiO(LOO2J1;0  14?  81  
67  !S。
キサンタンガム1Looz41jo     112 
 57    63  29共重合体G α0G24 
1.0   128 67   125  64例に の例は、本発明において使用される共重合体O1高温度
に曝した後にブライン溶液を効果的に増粘化する能力を
例示する。
AOM : DMDAAC!  の90:10のモル比
の共重合体゛(共重合体○]およびAOM : MAP
TAOの80;20のモル比0共重合体(共重合体H)
を用いてα0024klP/ L (1,Opp’b 
)の添加水準で4種の濃厚なブライン溶液を処理しそし
て149℃(500下)において16時間二一ジングを
行なった。室温における溶液の流動特性を評価した。得
られた結果を第1表に示す。
第1表 kg/L   ppg H16o   ss     O(0)上記の結果は、
本発明において使用される陽イオン性共重合体が、6稲
の濃厚なブライン系において高温度に曝された後に、H
EOと比較して同程度に、またしばしばよシよく増粘効
果を発揮することを示している。
以上、要約すれば、本発明において使用される陽イオン
性エマルジョン重合体は、濃厚なブライン溶液における
増粘剤として有用であることが判明した。本発明による
陽イオン性エマルジョン重合体がブライン増粘剤として
使用することによって、掘削作業においてきく井および
サービス流体として有用な処理ずみブラインが得られる

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、多価金属の少くとも1種の水溶性塩の水溶液および
    アクリルアミドまたはメタクリルアミドと陽イオン性単
    量体との陽イオン性油中水型エマルジョン重合体の増粘
    化量を含有し、上記重合体が1.0NのKClにおいて
    少くとも約1dl/gの固有粘度を有している、少くと
    も1.33kg/l(11.1ppg)の密度を有する
    増粘化された、固形物を含まない水性ブライン。 2、陽イオン性エマルジョン重合体がアクリルアミドま
    たはメタクリルアミドと陽イオン性単量体との重合体で
    あり、そしてアクリルアミドまたはメタクリルアミド対
    陽イオン性単量体のモル比が60:40ないし95:5
    である特許請求の範囲第1項記載の水性ブライン。 3、陽イオン性エマルジョン重合体が1ないし10の固
    有粘度を有する特許請求の範囲第2項記載の水性ブライ
    ン。 4、陽イオン性単量体がジメチルジアリルアンモニウム
    クロライドであり、そしてアクリルアミドまたはメタク
    リルアミド対陽イオン性単量体のモル比が80:20な
    いし91:9である特許請求の範囲第3項記載の水性ブ
    ライン。 5、陽イオン性単量体がメタクリルアミドプロピルトリ
    メチルアンモニウムクロライド、ジメチルアミノエチル
    メタクリレートと塩化メチルまたは硫酸ジメチルとの第
    四級化生成物、またはジメチルアミノプロピルメタクリ
    ルアミドである特許請求の範囲第3項記載の水性ブライ
    ン。 6、陽イオン単量体がメタクリルアミドプロピルトリメ
    チルアンモニウムクロライドであり、陽イオン性エマル
    ジョン重合体が2.3ないし6.0の固有粘度を有する
    特許請求の範囲第5項記載の水性ブライン。 7、陽イオン性単量体がジメチルアミノエチルメタクリ
    レートと塩化メチルまたは硫酸ジメチルとの第四級化生
    成物であり、アクリルアミドまたはメタクリルアミド対
    陽イオン性単量体のモル比が70:30ないし80:2
    0であり、そして陽イオン性エマルジョン重合体が6.
    0ないし7.5の固有粘度を有する特許請求の範囲第5
    項記載の水性ブライン。 8、アクリルアミドまたはメタクリルアミドと陽イオン
    性単量体との陽イオン性油中水量エマルジョン重合体で
    あってこの重合体が1.0NのKCl中で少くとも約1
    dl/gの固有粘度を有する上記陽イオン性油中水型エ
    マルジョン重合体の増粘化量をブライン溶液中に混合す
    ることを特徴とする、多価金属の少くとも1種の水溶性
    塩の水溶液からなり、少くとも1.33kg/l(11
    .1ppg)の密度を有する重質の固形物を含有しない
    水性ブラインの増粘化方法。 9、0.0006ないし0.0119kg/l(0.2
    5ないし5.0ppb)の陽イオン性エマルジョン重合
    体を混合する特許請求の範囲第8項記載の方法。 10、水溶性塩がCaCl_2、CaBr_2、ZnC
    l_2、ZnBr_2およびそれらの混合物よりなる群
    から選択されたものである特許請求の範囲第8項記載の
    方法。
JP60187546A 1984-08-29 1985-08-28 増粘された固形物不含水性ブラインおよび重質の固形物不含水性ブラインの増粘方法 Granted JPS6164783A (ja)

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