JPS6344794B2 - - Google Patents

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分散・流
動性を改善した特に耐熱性のすぐれた粘度調整剤
に関するものである。 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ピ
オライトもしくはアスベスト類を併用した懸濁液
の基剤に、目的に応じて泥水用分散剤（フミン酸
系もしくはリグニンスルホン酸系、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
増粘剤及び泥水の過速度を減ずる為の脱水調整
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、使用中はその流動性を
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（Gel Strength）液体損
失（Water loss）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
水の役割をはたせなくする。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
等によつて更に悪化し、それにより泥水の寿命を
著しく短かくする事になる。 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
ニン系及びフミン酸系化合物などが用いられてお
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散
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に困難である。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つて分散剤の効
果や流体損失防止剤としての効果を失ないやす
く、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く望ま
れている。 本発明は特に高温度地層の掘削に適した泥水に
用いられる粘度調整剤に関するもので、従来のポ
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
等と反応して、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
として、α，β―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、イタコン酸、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―ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロ
キシプロピルアクリレート、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―エチルヘ
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ート等のメタアクリ
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、ブロピル、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り泡
立ちを起す様になり好ましくない。アクリル酸又
はメタクリル酸の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
からなる第二の成分の使用量は５重量部乃至40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重量部を越える様になつては、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重量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
発明の共重合体の重合度は低重合度範囲にあるこ
とが上記安定効果を得るために必須条件であり、
その範囲は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。こゝで述べる重合度とは、25℃において、
2N―NaOH溶液中で測定した極限粘度〔η〕を
用いて、〔η〕＝4.27×10^-4×〔〕^0.69の式から算出
される〔〕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つて
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。こゝ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、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
つている。 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。一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ほゞ50〜150
℃で１乃至10時間重合させ、必要に応じて溶媒の
一部又は全部を溜出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
％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性を添加して
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つても可能で
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ベースとする泥水
に対し応用させる。この場合、泥水の組成流体と
しては、清水の場合は勿論、海水ベースとした場
合、又はこれ等流体に塩化カリウム（KCl）、食
塩（NaCl）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であ
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。 尚実施例において、泥水の流動性の測定は主と
して、APIによつ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Fann Model50B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％、粘度（25℃）、325cps，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100重量部、ベントナイト7.5重量部
のベントナイト懸濁液を原泥水（比較例１）と
し、この原泥水に対し金属塩を含んだリグニン及
びフミン酸複合系分散解こう剤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℃で16時
間養生し、養生前後の泥水の流動性質の変化を調
べた。その結果本発明の粘度調整剤を添加した泥
水は、加熱前後の流動性質の変化は表―１にみら
れるごとく非常に少なかつた。又更に、200℃で
16時間養生した泥水に関して、高温、高圧粘度計
による温度上昇に伴う粘性の変化を調べたがこの
場合も本発明の粘度調整剤を添加した泥水は250
℃でも粘性の上昇が見られなかつた。

【表】 〔実施例２〕及び〔比較例３〕 フミン酸系調整剤を含んだベントナイト懸濁液
に15wt％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に示す本発明
の粘度調整剤（実施例２）と公知の粘度調整剤ポ
リアクリル酸ソーダ（重合度80）（比較例３）を
使用した場合の比較を行つたが、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。

〔実施例３及び比較例４〕

掘削の坑径が大きく、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
高くなつた場合ベントナイト濃度を高くする事は
熱により膨潤が激しく、必要以上に粘性が高くな
り非常に危険を伴う。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
ぎ抑留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１に示す本
発明の粘度調整剤（実施例３）を用いた場合の泥
水安定性試験を実施しその結果を表―３に示す。
本発明の粘度調整剤を使用した泥水は、無添加の
泥水（比較例４）に比べ安定した粘性を保つ事が
可能であり、低温、高温いずれの特性にも優れた
泥水を容易に作れる事が判明した。

【表】 〔実施例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40％、粘度（25℃）350cps、PH8.0、重合度
80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
てのセメントフラツシユを行つた場合には泥水中
にセメント液が混合しCa⁺⁺に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、良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ナトリウムの系
（比較例６）と共に表４に併記する。

〔実施例５〜７及比較例７〜８〕

単量体組成比、及び重合度範囲が種々異なる各
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系泥水の安定性試験を
実施し、結果を表―５に示した。 結果にみられる通り、本発明の粘度調整剤（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、泥水の加熱前后による流動性変化
が少なく良好な結果が得られた。

【表】

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。