KR100468485B1 - 클레이없는생분해성착정유체및그것의사용방법 - Google Patents

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    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells

Abstract

토양 및 지하수 개선을 위한 수평의 환경 우물 설치에 용도를 갖는, 수평의 방향성 시추에 사용하기 위한 수성계에 비뉴톤의, 유사소성 및 유체손실제어성을 부여할 수 있는, 클레이없는, 즉, 비점토질의, 무기염없는, 즉, 비-염수의, 생분해성 및 화학적 분해성 수-기제의 착정유체를 형성하기 위해 사용되는 건조혼합물 첨가제. 건조 혼합물은 (1) 약 80-90중량%의 사전 젤라틴화된 콘스타치 헤테로다당류와 (2) 약 10-20중량%의, 분산의 용이함을 위해 분산제(글리옥살)로 처리된 크산탄 고무와 같은 합성 생체중합체로 이루어진다. 원한다면, 세균 공격에 대한 저항성을 제공하기 위해 착정유체에 차아염소산나트륨이 첨가될 수 있다. 건조혼합물은 물 배럴(42.U.S.갤런)당 건조혼합물 12-15파운드의 양으로 신선한 물 또는 산성수에 첨가된 다음 토양 및 지하수 개선을 위한 수평우물을 시추하는데에 시추 유체로서 사용된다. 또한, 원한다면, 시추조작에 이어서 차아염소산칼슘을 시추공을 통해 순환시켜서 착정유체내의 중합체의 분해를 촉진시킬 수 있다. 시추공의 시추에 이어서, 오염된 지층유체를 시추공으로부터 회수한다.

Description

클레이 없는 생분해성 착정유체 및 그것의 사용방법{CLAY-FREE BIODEGRADABLE WELLBORE FLUID AND METHOD FOR USING SAID FLUID}
본 발명은 수성계에 비-뉴톤적 유사소성(pseudoplasticity) 및 유체 손실 제어성을 부여할 수 있는 조성물에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 토양 및 지하수 개선을 위해 수평우물(well)을 시추하는데 사용하기 위한 수-기제의 클레이 없고 무기염 없는 생분해성 시추유체의 형성에 관한 것이다.
오염된 토양 및 지하수로부터 오염물질을 제거하는 것과 같은 지표하의 환경개선을 위한 가장 통상적인 방법 중 한 가지는 먼저 오염된 지대나 플룸(plume)을 향해 수직으로 또는 수평으로 우물구멍을 뚫은 다음 오염된 지하수를 끌어내기 위해 공기 또는 유체를 사용하여 오염물질을 추출하기 위한 추출우물을 설치하는 것이다. 수직 송출 및 회수 시스템이 지금까지 토양 및 지하수 개선에 가장 통상적인 방법들이었다. 최근 수평방향 시추의 이점들이 환경상의 개선에 새로운 일면을 부가하였다. 몇 가지 이유로 수직우물 대신에 수평우물을 시추하는 것이 유리하다. 종래에 시추된 수직우물은 오염지대의 중심축에 수직인 한편, 수평우물은 이러한 중심축에 평행하게 나아갈 수 있다. 전에는 10개 이상의 많은 수직우물이 요구되었던 지역을 하나의 수평우물이 처리할 수 있다. 수평우물의 기하구조는 회수를 위한 넓은 우물 스크린 지역을 제공하여 이로써 개선 공정의 효율을 개선시킨다. 더욱이, 수평우물은 건물, 매립지, 양어장 및 공장부지를 이전한 곳의 오염 플룸 아래에 위치한 오염원과 같은 수직구멍에 의해 접근할 수 없는 지역에 접근할 수 있다. 따라서, 수평우물은 토양 및 지하수 개선을 위한 비용면에서 효과적이며 덜 파괴적인 방법을 제공한다.
전형적으로, 우물 시추법의 목적은 우물 스크린을 호스팅하는 지층에 최소의 손상을 야기하면서 우물 케이싱을 수용할 수 있는 우물구멍을 건설하는 것이다. 이런 손상을 보통 표피 손상이라 하는데, 호스트 지층에 물리적 변화 및 화학적 변화를 모두 야기할 수 있다. 물리적 변화는 일반적으로 공극들의 밀집화와 지층 공극들로의 이물질 입자의 침입을 수반한다. 화학적 변화는 지층유체 및 시추유체간의 어떤 화학적 상호작용으로 말미암은 광물질의 용해 및 침전이다. 표피 손상은 엄밀히 우물구멍 쪽에만 제한되지 않는다. 손상은 시추유체가 나아갈 수 있는 지층까지 계속되며, 이것을 일반적으로 "침습(invasion)"이라고 한다. 호스트 지층에 시추유체 침습의 정도가 우물 전개 동안에 어려움을 야기할 수 있다. 종종 유체 보조 시추라 하는 시추를 돕는 유체를 사용하는 것이 수평방향 시추(HDD)의 가장 통상적인 종래의 방법이다. HDD에서 시추유체의 주 기능은 시추된 흙이나 암분의 지상으로의 운반, 드릴비트 또는 리머커터의 냉각 및 세정, 드릴파이프와 우물구멍 사이의 마찰 감소, 그리고 특히 연약지반에서 시추공 안정화, 유압식 굴착기(hydraulic excavation)의 전송 및 토양 개질을 포함한다. 상기한 기능을 수행하는 외에도 HDD 설비에 사용되는 시추유체는 환경적으로 유익하고 쉽게 가공 처리되어야 한다. 종종 생분해성이라고 하는 생물학적으로 분해될 수 있는 시추유체가 환경지향의 우물 설비에 사용하기에 가장 바람직한 유체이다.
일반적으로, 시추유체는 와이오밍(Wyoming) 벤토나이트와 같은 클레이-기제이거나 또는 염수와 중합체의 슬러리 같은 클레이 없는 것이다. 물은 클레이 없는 유체이지만, 물 단독으로는 시추공에서 지상으로 시추된 암분들을 운반하는 능력을 갖지 않는다. 시추유체 부류에서, 클레이-기제 유체가 다년간 본 분야에서 지배적이었는데, 이는 시추유체에서 입자운반 능력을 창출하기에 적합한 점도가 틱소트로피 성질을 갖는 시추유체로만 달성될 수 있다는 종래에 널리 지지된 이론 때문이었다. 즉, 시추유체의 교반이 중지되었을 때, 시추된 입자들이 시추유체로부터 분리되는 것을 방지하기에 충분한 겔 강도를 갖는 물질에 의해 점도가 제공되어야 한다는 것이다. 바람직한 틱소트로피 또는 겔 강도를 얻기 위하여, 나트륨 기제 벤토나이트와 같은 수화성 클레이 또는 콜로이드상 클레이 점토들이 사용되어 왔다. 그 결과, 시추유체를 보통 시추니라고 했었다. 시추니의 사용은 시추유체의 두 가지 기본 요건, 즉 구멍세정에 맞는 점도 및 암분 운반에 맞는 겔 강도를 만족시키는 수단을 제공하였다. 그러나, 클레이-기제의 시추니는 우물 전개 동안에 제거하기 어려운 시추공 벽상의 머드 필터 케익을 형성한다. 더 나아가, 클레이-기제의 시추니 중의 클레이 입자는 머드 케익이 형성되기 전에 호스트 지층에 으로 들어갈 수도 있어서 지층 투과성 및 기공도가 감소될 수 있다. 호스트 지층의 투과성이 감소될 때, 오염된 토양 또는 지하수로부터의 오염물을 끌어내는 효율이 감소한다. 클레이-기제 시추니의 또 다른 심각한 단점은 그것들이 생분해성이 아니고 폐기를 위해 지정된 지역으로 운반할 것을 요하여 시추 작업의 비용을 증가시킨다는 것이다.
신선한 물과 같은 비점토질(클레이 없는) 시추유체는 클레이-기제의 유체의 많은 문제점을 회피하나, 호스트 지층의 수화 및 붕괴를 야기할 수 있다. 그러나, 적당한 첨가제를 갖는 신선한 물은 시추유체의 이들 기본 요건들을 갖는 시추유체를 제공할 수도 있다. 클레이 없는 시추유체가 비교적 높은 점도 및 겔 강도를 필요로할 때, 예를 들어 수평방향 시추에 사용될 때, 일반적으로 첨가제를 사용하는 것이 필요한데, 이 첨가제는 단일 화합물 또는 몇 가지 화합물의 혼합물로 이루어질 수 있으며, 필요한 운반능력과 적당한 구멍세정능력을 가지게 되는 점까지 유체를 농후화한다. 클레이 없는 시추유체는 유사소성을 나타내야 한다는 것, 즉 유체가 환형 통로에 직면한 것과 같이 유체가 낮은 전단력의 영향하에 있을 때 시추된 입자들이 시추유체로부터 분리되는 것을 방지할 만큼 점도가 충분해야 한다는 것이 널리 지지되고 수용된 이론이다. 유사소성을 갖는 수-기제의 유체를 만들기 위해 물에 첨가될 수 있는 물질은 이후 논의되는 선행기술에 기재되어 있다.
수직으로 또는 방향성 있게 구멍을 뚫는데 있어 시추유체의 또 다른 요건은 유정 및 가스정 시추분야에서 통상 언급되는 것과 같은 낮은 유체손실 또는 여과율이다. 시추유체는 유체의 순환이 중지된 때 시추된 암분들이 가라앉는 것을 방지하기에 적당한 점도 및 겔 강도를 갖는 것만으로는 충분하지 않다. 시추유체가 낮은 여과손실을 갖지 않는다면, 특히 모래지반과 같은 비압밀 지층을 통해 시추되었을 때 호스트 지층으로 시추유체의 손실을 가져올 수도 있다.
Petroleum Engineer International, Feb, 1988 (pp. 24-26)에 발표된 "유체는 크게 편향된 우물을 시추하는데 있어서의 열쇠이다" 라는 제목의 논문에서, B. Byrd와 M. Zamora는 크게 편향된 우물을 시추하는데 있어서 지층 손상을 최소화하기 위한 여과제어의 중요성을 기술하였다. 낮은 여과율을 갖는 시추유체는 시추공에 분포된 압력차이 하에서 단지 소량의 물만이 시추유체로부터 우물구멍을 주변의 지층으로 확산되는 것을 허용한다.
Block의 미국특허 No. 4,240,915는 지표하 지층으로 시추공을 시추하면서 시추공내에 순환시키기에 적합한 수-기제의 클레이 없는 시추유체를 개시하는데, 이러한 유체는 물, 물손실 억제제, 증량제(weighting agent) 및 증점제(viscosifying agent)를 포함하며, 여기서 증점제는 고도한 교반하에 수용성 알칼리 금속 알루미네이트(Na2O·Al2O3·3H2O)를 무기산 또는 강산과 약염기의 염으로 구성되는 군으로부터 선택된 수용성 산성 화합물과 혼합함으로써 제조된 수성매질이다. 시추유체의 수성 부분은 이 유체가 적어도 8의 pH를 가질 때 유체에 비-뉴톤적 유사소성을 부여하기에 충분한 양으로 수산화알루미늄 제제를 갖는다.
Block의 미국특허는 물, 물손실 억제제, 증량제 및 증점제의 수성 혼합물을 갖는, 지표하 지층으로 시추공을 시추하는데 사용하기 위한 수-기제의 클레이 없는 시추유체를 개시하는데, 여기서 증점제는 고도의 교반하에 염화제2철(FeCl3)과 같은 수용성 제2철염을 물에서 히드록시기를 함유하거나 생성하는 수용성 염기와 히드록시 대 제2철의 비가 적어도 약 3:1, 예를 들면 Fe(OH)3를 생성하는 양으로 접촉시킴으로써 수성 매질에서 형성된 수산화제2철 반응생성물이다. 시추유체의 수성상은 적어도 8의 pH에서 유체에 비-뉴톤적 유사소성을 부여하기에 충분한 양으로 수산화제2철[Fe(OH)3] 제제를 함유한다.
Block의 미국특허 No. 4,264,455는 물, 물손실 억제제 및 증점제로 구성된 수성계를 갖는 지표하 지층으로 시추공을 시추하는데 사용하기 위한 수성의 클레이 없는 시추유체에 관한 것이며, 증점제는 히드록실 함유 마그네슘 함유 반응 생성물이다. 히드록실 함유 마그네슘 제제 반응 생성물은 물에 실질적으로 용해성인 MgO와 같은 마그네슘염과 알칼리 금속 산화물, 알칼리 금속 수산화물, 약산의 알칼리 금속염 및 수산화암모늄으로 구성되는 군으로부터 선택된 수용성 염기 사이에서 고속 교반하에 수성 매질에서 형성된다. 시추유체의 수성계는 유체가 11보다 큰 pH를 가질 때 유체에 비-뉴톤적 유사소성을 부여하기에 충분한 양으로 본 반응 생성물을 함유한다.
Block의 미국특허 No.4,366,070은 고도의 유사소성 및 유체손실 제어성을 유체에 부여할 수 있는 개선된 수-기제의 클레이 없는 시추유체를 개시한다. 조성물은 AlO(OH)의 추정 분자식을 갖는 히드록시 함유 알루미늄 제제와 가교결합된 히드록시알킬 셀룰로스 반응 생성물의 조합이다. 조성물은 (1) 수용액에서 고도의 교반하에 알칼리 금속 알루미네이트, 알칼리 금속 수산화물 또는 수산화암모늄으로부터 선택되는 수용성 염기성 제제를 무기산 또는 염화알루미늄, 황산알루미늄 또는 질산알루미늄으로부터 선택된 수용성 산성 제제와 이들 제제 중 적어도 한 가지가 알루미늄 함유 화합물이도록 하여 혼합함으로써 형성된 히드록시 함유 알루미늄 제제; (2) 히드록시알킬 셀룰로스와 히드록시알킬 셀룰로스에 대해 적어도 약 1%의 화학양론에 상당하는 농도로 존재하는 가교결합제 사이에 형성된 반응 생성물을 포함한다.
Block의 미국특허 No.4,428,845는 알칼리성 수성계에 유사소성과 물손실 제어성을 모두 부여하는 조성물과 개선된 수-기제의 클레이 없는 시추유체를 형성하기 위한 이러한 조성물의 사용에 관한 것이다. 조성물은 (1) 미국특허 No.4,366, 070에 기술된 것과 유사한 히드록시 함유 알루미늄 제제와 (2) 폴리비닐알콜과 0.01 내지 0.1%의 화학양론의 폴리알데히드 사이에서 수성 매질에서 형성된 반응 생성물이다. 폴리비닐알콜과 폴리알데히드는 천연산 중합체와는 반대로 합성(인조) 중합체이다.
Block의 미국특허 No.4,473,479는 수성계에 고도의 유사소성과 물손실 제어성을 부여할 수 있는 조성물과 개선된 수기제의 클레이 없는 시추유체를 형성하기 위한 이러한 조성물의 사용을 기재한다. 본 조성물은 미국특허 Nos. 4,428,845 및 4,366,070에 기술된 것과 유사한 히드록시 함유 알루미늄 제제와 히드록시알킬과 가교제 사이에서 형성된 반응 생성물의 조합이다. 가교결합된 히드록시알킬 셀룰로스 반응 생성물은 미국특허 No. 4,366,070에 기술된 것과 유사하다.
Hartfiel의 미국특허 No. 3,988,246은 지표하 지층에서 사용하기 위한 틱소트로피 겔 성질을 갖는 개선된 클레이 없는 착정(鑿井)유체에 관한 것이며, 이 유체는 물, 탄수화물상에서 Xanthomonas 속 세균의 작용에 의해 생성된 증점량의 헤테로다당류, 안정화량의 산화마그네슘(MgO), 유기 전분 유도체 및 염수 형성 가용성 염을 포함한다. 어떤 상황에서는 리그노술포네이트의 염이 착정유체의 원하는 성질을 유지하기 위해 첨가된다.
Jackson의 미국특허 No.4,025,443 및 4,151,096은 히드록시알킬 구아고무와 안정화량의 마그네시아, 그리고 고도의 불용해성(infusible) 산화마그네슘(MgO) 또는 수산화마그네슘[Mg(OH)2]을 포함하는 클레이 없는 비점토질 착정유체에 사용하기 위한 첨가제 조성물을 기술한다. 이들 두 특허의 유효성의 한 가지 이론은 착정유체에의 용해도보다 과잉으로 존재하는 매우 약간 가용성의 마그네시아가 구아고무가 가장 안정한 범위의 유체의 pH를 유지하기 위해 바로 정확한 양의 염기도의 저장소를 제공한다는 것이다. 마그네시아 또는 수산화마그네슘의 첨가 없이 중성의 pH 환경에서 불안정하거나 분해성인 것으로 잘 알려져 있는 구아고무는 빠르게 질이 떨어진다.
Dorsey 등의 미국특허 No.4,422,947은 우물을 시추하는데 사용하기 위한 개선된 유체손실 제어성, 원하는 유동성 및 낮은 셰일(shale) 감도를 갖는 클레이 기제 또는 클레이 없는 수성 틱소트로피 착정유체에 관한 것이다. 유체는 (1) 가교결합된 감자전분, 옥시염화인 또는 요소-포름알데히드로부터 선택된 가교결합된 화합물과 가교결합된 헤테로다당류, (2) Xanthomonas 속의 세균에 의해 탄수화물로부터 유도된 헤테로다당류, 및 (3) 히드록시에틸 셀룰로스를 포함하는 첨가제 유효량을 포함하는 수-기제 또는 염수-기제의 것을 포함한다. 이러한 착정유체는 클레이-기제 또는 클레이 없는 것이나, 염화나트륨(NaCl), 염화칼슘(CaCl2) 또는 염화칼륨(KCl)과 같은 수용성염을 함유하는 염수-기제의 용액이다. 이 특허는 또한 앞서 기술된 건조혼합물 첨가제에서와 같은 조성물과 수-기제 또는 염수-기제의 착정유체에 사용하기 위한 액체 농축물 물손실 제어 첨가제에도 관련된다. 그러나, 이 특허에 따르는 액체 농축물 첨가제는 알콜이나 디젤유를 담체로서 고려하고 있다.
Goodhue Jr. 등의 미국특허 No. 5,407,909는 (1) 토양 공동에 물을 첨가하고 (2) 공동에 건조분말 PHPA를 첨가하고 (3) 굴착하여 공동을 확대하는 것으로 이루어지며, 건조분말 PHPA의 일부는 일시적으로 부분 수화된 팽윤상태인 토양 안정화액을 제조 및 사용하는 방법에 관한 것이다.
요약하면, 상기한 Block의 특허들은 물, 물손실 억제제 및 증점제로 구성되는 수성 혼합물을 갖는 지표하 지층으로 시추공을 시추하는데 사용하기 위한 수-기제의 클레이 없는 시추유체를 포함한다. Block의 각각의 이러한 특허에 개시된 증점제는 무기 화합물, 예를 들면 미국특허 No. 4,240,915의 수산화알루미늄, 미국특허 No. 4,255,268의 수산화제2철, 미국특허 No. 4,264,455의 수산화마그네슘, 및 미국특허 Nos. 4,366,070; 4,428,845; 및 4,473,479 각각의 히드록시 함유 알루미늄을 포함한다. 이들 무기증점제는 생분해성이 아니고, 그 중 일부는 물에 완전히 용해성이 아니다. 클레이 없고 고형분 없는 수-기제 시추유체내의 불용성 입자 또는 미립은 호스트 지층을 통한 흐름을 차단하거나 제한할 수 있고, 따라서 지표하 지층으로부터 오염된 지하수를 회수하는 것을 포함하는 환경개선의 효율을 감소시킨다. Block의 이들 특허에 기재된 수-기제의 클레이 없는 시추유체는 토양 및 지하수 개선을 위한 환경적인 수평우물 설치에서의 사용을 위해 환경상 전혀 허용되지 않는다.
또한 요약하면, 상기한 Hartfiel과 Jackson의 특허는 헤테로다당류로부터 유도된 증점제, 예를 들면 미국특허 No. 3,988,246(Hartfiel의 특허)의 Xanthomonas세균에 의해 탄수화물로부터 생성된 헤테로다당류, 미국특허 Nos. 4,025,443 및 4,151,096(모두 Jackson 의 특허)의 히드록시알킬 구아고무를 수반한다. 그러나, 이들 증점제의 어떤 것도 마그네슘 함유 무기화합물의 첨가 없이는 안정하지 않다. Hartfiel 및 Jackson의 클레이 없는 착정유체는 마찬가지로 환경적인 수평우물 설치 용도에 적합하지 않다.
옥시염화인과 요소-포름알데히드와 가교결합된 헤테로다당류는 상기 Dorsey 등의 특허에서 증점제로서 사용된다. 요소-포름알데히드와 그것의 유도체는 환경친화적이 아닌 물질인 것으로 알려져 있다. 더 나아가, 이 특허의 건조 첨가제는 유정/가스정 시추 및 완료 작업을 위한 염수-기제의 완료 유체에 사용하고자 한 것인데, 여기서 액체 농축물은 알콜이나 디젤유에 분산 또는 현탁되며, 그 중 어느 것도 환경적인 우물 설비와 같은 환경적인 수평방향 시추에 사용하기에 적합하지 않다.
신선한 물과 혼합했을 때의 폴리아크릴아미드와 폴리아크릴레이트의 고분자량의 합성 공중합체는 시추된 갱 및 트렌칭과 같은 지건설(geoconstruction) 시추에 사용하기 위한 점성 중합체 용액을 제공한다.
Goodhue Jr. 등의 종래기술에 기술된 이런 형태의 클레이 없는 시추공 안정화 유체는 암분 현탁액에 대한 유사소성 및 겔 강도와 낮은 유체손실 제어능력과 같은 시추유체의 이들 필수 성질들을 나타내지 않는다. 이 특허에 언급된 유체는 시추된 시추공이 무너지는 것을 방지하기 위한 유체점성 및 응집력을 제공할 뿐이다. 어떤 예외도 없이, Goodhue 등의 특허는 아마 250 피트로 제한된 깊이의 수직구멍을 뚫는데만 적용가능하다. 미국특허 No. 5,407,909에 기술된 유체는 멀리 떨어져 도달되는 방향성 있는, 특히 수평의 시추공을 뚫는데는 전혀 적합하지 않다. 더욱이, 폴리아크릴아미드 및 폴리아크릴레이트의 공중합체는 생분해성 중합체인 것으로 생각되지 않는다. 물에서 수화되고 변형된 덩어리를 형성하는 공중합체는 지층의 표면에 단단히 흡착되거나 지층입자를 코팅 또는 캡슐화한다. 캡슐화는 호스트 지층 흐름의 파괴를 야기할 수도 있다. 따라서, 이러한 유체는 토양 및 지하수 개선을 위한 환경적인 수평우물 설비에 사용하기에 적합하지 않다.
그러므로, 본 발명의 주 목적은 시추공을 호스팅하는 지층을 손상시키지 않는 수성의 클레이 없고 무기염 없는 유사소성의 안정한 시추유체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 시추공, 특히 방향성 있거나 또는 수평의 시추공 등을 효율적인 방법으로 시추할 수 있도록 비-뉴톤적 유사소성을 나타내는 수성의 클레이 없고 무기염 없는 생분해성 유체를 형성하는 것이다.
더 나아가, 본 발명의 목적은 시추공 시추에서 보통 직면하는 낮은 pH의 변화하는 환경적 조건에서 실질적으로 안정한 시추유체를 형성하는 것이다.
여전히, 본 발명의 또 다른 목적은 지층의 통로 또는 유로를 차단하지 않는 시추된 시추공을 둘러싸고 있는 호스트 지층을 손상시키지 않는 생분해성인 시추유체를 형성하는 것이다.
여전히, 본 발명의 목적은 비압밀 지층에 시추공을 시추할 수 있도록 낮은 유체손실 및 높은 겔 강도 성질을 나타내는 시추유체를 형성하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 천연산 중합체와 생체중합체의 건조혼합물로 구성되는 시추유체 첨가제를 제공하는 것이다. 이러한 건조혼합물 첨가제가 신선한 물 및/또는 낮은 pH를 갖는 산성수를 포함하는 수성 연속상과 혼합될 때, 구멍세정을 위한 충분하고 안정한 점도, 적당한 겔 강도, 특히 암분 또는 잔토 현탁을 위한 초기 겔 강도, 그리고 모래지반과 같은 비압밀 지층에서 시추할 때 가장 바람직한 유체성질인 낮은 물손실 제어성을 갖는 균질한 시추유체를 제공한다.
본 발명의 추가의 이점은 중합체의 혼합물을 포함하는 건조 농축물을 사용하여 제조된 시추유체가 비독성이고 생분해성이라는 것이다.
본 발명의 더 이상의 이점은 이 수-기제의 클레이 없는 생분해성 유사소성 시추유체가 개선 작업을 위한 환경적 수평우물을 시추하기에 가장 적합하다는 것이다.
본 발명의 이들 및 기타 이점 및 특징은 이하 제시되는 다음의 개시, 설명 및 교시된 바를 읽음으로써 명백해질 것이다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 신선한 물 또는 산성수, 또는 그것의 혼합물로 이루어지고, 거기에 약 80-90중량 퍼센트의 천연중합체와 약 10-20중량 퍼센트의 합성 생체중합체로 이루어지는 건조혼합물이 혼합된 클레이 없고 무기염 없는 착정유체의 제공에 의해 일반적으로 달성된다.
더 상세히는, 본 발명의 바람직한 구체예는 콘스타치 중합체 또는 감자 전분중합체, 또는 그것들의 혼합물로 이루어지는 천연중합체와 분산제, 예를 들면, 글리옥살로 처리된 크산탄 고무로 이루어지는 합성 생체중합체가 생각된다.
본 발명의 추가의 특징으로서는, 시추유체가 통상 표백제라고 하는 시중 구입되는 차아염소산나트륨 용액과 함께 보존될 수 있다는 것이다.
본 발명의 여전히 또 다른 특징으로서는, 시추유체가 적어도 65% 유효 염소를 갖는 차아염소산칼슘으로 화학적으로 파괴될 수 있다는 것이다.
본 발명의 이들 및 기타목적, 특징 및 이점은 다음의 설명 및 첨부 특허청구의 범위로부터 명백해질 것이다.
바람직한 구체예의 설명
본 발명의 건조혼합물 첨가제의 조성물은 바람직하게는 80-90중량퍼센트의 양으로 콘스타치 같은 사전 젤라틴화된 천연발생 중합체와 10-20중량퍼센트의 양으로 크산탄 타입의 생체중합체와 같은 침강 방지제를 함유한다. 조성물을 제조하기 위해 사용된 전분은 바람직하게는 두 가지 다당류 형태의 아밀로스, 선형중합체 및 고도로 분지된 중합체인 아밀로펙틴의 혼합물로 이루어진다. 전분과 혼합된 크산탄 고무와 같은 생체중합체는 분산제, 예를 들면, 글리옥살로 표면처리되어 크산탄 고무가 수성매질에 용이하게 분산되게 함으로써 덩어리와 피시아이(fisheyes)를 최소화한다. 본 발명의 조성물에 포함된 천연중합체 및 합성중합체는 모두 생분해성이다. 본 발명의 건조혼합물 첨가제는 수성매질과 혼합했을 때, 특히 토양 및 지하수 개선을 위한 환경적인 수평우물 설치에 유용한 수평방향 시추(HDD)에 사용하기 위한 수-기제의 클레이 없는 생분해성 시추유체를 제공하는데, 그것은 시추공 둘레의 지층을 손상시키지 않고 지층의 유로를 차단하지 않기 때문이다.
본 발명에 따르면 건조혼합물 첨가제 29 내지 46파운드의 양이 신선한 물 100 U.S. 갤론과 직접 혼합되어 HDD 용도에 바람직한 유체유동학 성질을 갖는 42갤론 배럴 당 12 내지 15파운드(lb/bbl)의 중합체 혼합물을 만든다. 이들 바람직한 유동학적 성질은 더 양호한 구멍세정을 위해서는 1.3 이상의 소성점도(PV)에 대한 항복점(YP)의 비율, YP/PV과 효율적인 암분 현탁과 운반을 위해 100제곱피트 당 10파운드 이상의 10-분 겔 강도(lb/100ft2), 그리고 특히 비압밀 모래지반에서 호스트 지층으로의 시추되고 남은 유체손실을 최소화하기 위해 30분 여과시간 당 15밀리리터(ml) 이하의 API(American Petroleum Institute) 유체손실(ml/30분)을 포함한다. 센티푸아즈로 표시되는 소성점도, lb/100ft2으로 표시되는 항복점, 및 lb/100ft2으로 표시되는 겔 강도는 FANN 35-A V-G Meter와 같은 115-볼트 모터 구동점도계를 사용하여 ANSI/API RP 13B-1: Standard Procedure for Field Testing Water-based Drilling Fluids, Section2-점도 및 겔 강도에 의해 결정된다. 이들 세 가지 유체 유동학적 성질, 즉, YP/PV 비율(≥1.3), 10-분 겔 강도(≥10), 및 API 유체손실(≤15)은 본 발명에 따르는 조성물의 제조 최적화를 위해 사용되는 네 가지 평가기준중 세 가지의 역할을 할 것이다. 본 발명의 조성물의 전분의 주 기능은 유체손실 또는 여과를 제어하는 것이다. 충분히 섞이고 분산된 전분은 시추유체에서 고분자 콜로이드로서 작용한다. 수화된 전분 분자는 시추공 벽의 표면에 부착하고 형성 입자들을 함께 결합하여 변형성 겔입자들로 틈새들을 막음으로써 지층의 투과성을 감소시킨다. 이 코팅 메카니즘의 결과, 변형성 겔 입자는 시추 유체가 호스트지층에 침습하는 것을 효과적으로 방지하며 시추액의 지층 노출을 감소시킴으로써 안정한 개방구멍을 유지하는데 도움을 준다. 동시에, 이 메카니즘은 유체에 용해된 성분들의 상당하는 손실을 가지고 침투된 지층에의 수성상의 손실을 최소화함으로써 안정한 시추유체를 유지하는데 도움을 준다. 전분의 코팅 메카니즘은 또한 시추된 암분의 제한된 면모화(flocculation)를 촉진함으로써, 그리고 시추된 암분들의 코팅을 통해 고형물 분산을 최소화함으로써 시추유체의 성공적인 시추 작업에 기여한다. 이 조성물내의 전분의 2차적인 기능은 유체유동학적 성질이 지지한다. 고분자 콜로이드로서, 전분은 항복점 값의 미소증가를 제공하면서 소성점도 값을 상승시키는데 현저한 효과를 가질 수 있다. 실시예 1에서, 표 1에 열거된 실험 실행 1은 만일 텍사스주 휴스톤의 Baroid Drilling Fluids, Inc. 가 시판하는 IMPERMEX와 같은 전분만으로 구성되는 12 lb/bbl 시추유체가 100중량퍼센트의 양으로 사용되면, 유체의 유동학적 성질은 19ml/30분의 낮은 API 여과액을 나타내나 매우 낮은 항복점을 나타내고 겔 강도가 없다. 본 발명의 조성물에서 사용된 생체중합체와 같은 또 다른 중합체의 첨가 없이 단지 전분을 함유하는 시추유체는 지하지층을 통해 시추공을 시추하기 위한 이들 바람직한 유체성질은 갖지 않는다.
텍사스주 휴스톤의 Baroid Drilling Fluids, Inc.가 시판하는 BARAZAN-D 또는 BARAZAN-D PLUS와 같은 생체중합체(미생물 세포외 다당류)가 본 발명의 건조혼합물 첨가제의 조성물에 포함되었다. 이러한 생체중합체, 예를들면, 크산탄 타입 중합체의 주기능은 시추하는 동안 암분들을 현탁시키기 위한 적당한 겔 강도를 갖는 시추유체를 제공하는 것이다. 생체중합체의 2차적인 기능은 물과 수화전분으로 구성되는 시추유체의 유체유동학적 성질을 향상시키는 것이다. 때때로 개질 XC 중합체라고 하는 조성물에 사용된 바람직한 생체중합체는 바람직하게는 수성 매질내의 분산의 용이함을 위해 분산제, 예를 들면 글리옥살로 처리된다. XC 중합체는 그것이 우물 구멍에서와 같은 낮은 전단속도 흐름 상황에서, 특히 드릴파이프및 비트노즐을 통해서와 같은 고전단속도 흐름에서 점도를 증가시킨다는 점에서 유동학 개질제로서 사용된다. 이것은 최적 비트 수력학을 유지하면서 더 양호한 구멍세정을 가져올 수 있다. 단지 낮은 전단력의 영향하에 있을 때 시추되고 남은 입자들이 시추유체로부터 분리되는 것 을 방지하기에 충분한 점도를 갖는 시추유체를 유사소성 유체라고 부른다. 수평우물 시추에 대한 시추유체에서의 생체중합체의 효과는 1990년 1월 World OilR에서 발행한 M. Seheult, L. GrebeⅡ, J.E. Traweck, Jr. 및 M. Dudly에 의한 "수평우물 문제를 제거한 생체중합체 유체"라는 제목의 논문에 기술되어있다. 물과 혼합했을 때 조성물내의 XC 중합체는 중합체대 중합체(polymer-on-polymer) 사슬의 네트웍을 통해 점도를 창출한다. 이 고도로 분지된 네트웍 구조를 가진 수화된 XC 중합체 분자는 우수한 암분 현탁 특성에 기여한다. 암분과의 고분자 상호작용으로 인한 이 우수한 현탁성은 시추공을, 특히 시추공의 편향된 고각도 부분들에서 개방 상태를 유지하는 것이 중요하다.
증점제로서 유용한 식용 탄수화물 중합체인 구아고무는 혼합된 결과들을 가지고 에너지부(Department of Energy)에 의해 몇개의 주 수평 우물 설치 실시에서 시추유체에 사용되어왔다. 한 경우에는, 클레이, 실트, 모래 및 자갈을 함유한 제4충적토로 구성되는 지층에서 235피트의 수직 깊이로 방향성 구멍을 뚫기 위해 구아고무-기제 시추유체가 사용되었다. 우물 재료 및 트레미 파이프의 설치는 재료가 600피트 남겨놓고 박힐 때까지 원활히 들어갔다. 재료는 결국에는 파괴되었다. 실패한 설치는 시추공이 우물 재료 설치 전에 충분히 세정 및 안정화되지 않았음을 가리킨다. 실패는 주로 깊은 시추공으로부터 충분한 모래 및 자갈을 제거하기 위한 겔 강도와 운반능력을 갖지 않은 구아고무-기제의 시추유체의 사용 때문이었다. 이런경우가 Colorado Center for Environmental Management for the Department of Energy, Office of Technology Development 가 발행한 Horizontal News, Vol.1, No.2에서 "환경적인 수평 우물 설치 및 성능: 배운 교훈"이라는 제목의 논문에 기록되어있다. 구아고무와 달리, XC 중합체와 같은 생체중합체가 느슨하게 밀집된 지층에서 고도로 편향된 각도의 구멍을 성공적으로 뚫기 위한 첨가제로서 수-기제의 시추유체에 사용되었다. 유사소성을 나타내는 시추유체를 함유하는 XC 중합체는 더 양호한 구멍세정과 효과적인 암분 운반을 위해 충분한 점도 및 겔 강도를 갖는 시추유체를 제공한다. XC 중합체와 같은 생체중합체는 일반적으로 고가의 시추유체 첨가제인 것으로 생각된다. Baroid사의 BARAZAN D-PLUS 같은 단지 12lb/bbl XC 중합체로 구성되는 시추유체는 표 1에 나타낸 것(실행 10)과 같은 높은 유동학적성질을 나타내나 그것은 경제상 있음직 하지 않다. 그러므로, 조성물의 비용효과는 앞서 정의된 이들 세 가지에 더하여 또 다른 평가 기준으로서 부가되었다. 본 발명의 건조혼합물 첨가제의 조성물은 신선한 물 또는 산성수와 같은 수성매질과 12 lb/bbl(물 42갤론당 건조 중합체혼합물의 파운드)의 농도로 혼합했을 때 유체유동학적 성질이 세 가지 평가기준, 즉, 1.3 이상의 YP/PV 비율, 10 lb/100 ft2 이상의 10-분 겔 강도 및 15ml/30분 이하의 표준 API 유체손실과, 네 번째 평가기준, 즉 파운드당 $1.00 이하의 견적 비용 또는 경제 인자를 충족하는 수-기제의 클레이 없는 생분해성 시추유체를 제공한다. 여기서, 목적으로 하는 시추유체의 "배럴(barrel)"은 42 U.S 갤런의 액체이다.
본 발명의 건조혼합물 첨가제는 종래의 건조혼합 공정에 의해 제조된다. 그러나, 첨가순서는 중요하지 않고 천연중합체에 생체중합체를 혼합함으로써 균질한 혼합물을 얻는 것이 권장된다.
종래의 지식을 토대로 미생물이 종종 시추유체에 첨가되는데, 시추유체는 어떤 환경적 조건하에 세균성 분해를 받게된다. 미생물 성장은 점도의 손실을 가져올 수 있고 따라서 유체기능의 상실을 가져올 수 있다. 이것은 천연중합체 및/또는 생체중합체로 구성되는 시추유체에 대해 종종 있는 일이다.
본 발명에서 사용된 생체중합체는 복합체 분지된 헤테로다당류이고 콘스타치와 같은 천연중합체 보다 세균공격에 더 저항적이지만, 생체중합체는 훨씬 더 느린속도로 세균성 분해를 받는다. 5.25%(가정용등급)또는 12.5%(공업용등급) 차아염소산나트륨을 함유하는 시판액체 표백제의 소량첨가로, 본 발명의 건조혼합물을 함유하는 시추유체는 세균공격에의 저항성을 증가시키고, 독성 때문에 어떤 환경적인 관심을 종종 야기하는 어떤 미생물도 첨가하지 않고 연장된 기간동안 유체성질을 여전히 유지함이 발견되었다.
또한, 본 발명의 건조혼합물을 함유하는 시추유체에 건조한 입상 차아염소산 칼슘의 후속첨가, 즉 시추후 첨가는 2,3일 내에 시추유체내의 중합체를 화학적으로 분해하고, 따라서 차아염소산칼슘의 수용액이 본 발명의 조성물을 함유하는 시추유체로 시추공을 시추후 환경적인 수평우물을 전개시키는데 전개유체로서 사용된다는 것도 발견되었다.
다음의 실시예는 본 발명을 예시하기 위해 주어지며 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 주어진 모든 퍼센트는 달리 표시하지 않은 한 중량기준이다. 모든 측정은 API Recommended Practice 13B-1(RP13B-1)(제 1판, 1990년 6월 1일)에서 확인된 Field Testing Water-Based Drilling Fluids에 대한 American Petroleum Institutes Recommended Practice Standard Procedure에 따라 수행되었다.
실시예 1 : 실행 1 내지 10
본 발명의 조성물에서 두가지 중합체의 중량퍼센트 분포를 최적화하여 건조혼합물 첨가제가 신선한 물에 가해졌을때 최대의 효과를 갖는 수-기제의 시추유체를 제공하도록 하는 것이 중요하다. 최적화는 다양한 중량퍼센트 분포로 두가지 중합체(하나는 천연중합체, 하나는 생체중합체)로 구성되는 12 lb/bbl의 건조혼합물 첨가제를 각각 함유하는 일련의 중합체 슬러리의 유체유동학적 성질의 결정에 의해 행해졌다. 최적화를 위해 선택된 한가지 중합체(이후 중합체 1로 칭함)는 텍사스주 휴스톤의 Baroid Drilling Fluids, Inc.가 시판하는 IMPERMEX의 상표명을 가진 콘스타치이다. 최적화를 위해 선택된 또다른 중합체(이후 중합체 2로 칭함)는 텍사스주 휴스톤의 Baroid Drilling Fluids, Inc.가 또한 시판하는 BARAZAN D-PLUS의 상표명을 가진 생체중합체이다. 각조성물에서 두 중합체의 총중량퍼센트는 일반적으로 혼합물의 100%와 같아야 한다. 표 1(실행 1 내지 10)은 최적화를 위한 각 중합체 슬러리의 유체 유동학적성질을 열거한다. 표 2는 최적화결과를 요약하며, 어떤 중합체슬러리가, 유동학적성질이 모든 세가지의 지정된 평가기준-YP/PV비율(≥1.3), 10-분 겔강도(≥10 lb/100 ft2), 및 API유체손실(≤15ml/30분)을 충족하고, 경제적 가치가 네번째 평가기준인 비용(≤$1.00/lb)을 충족하는지를 보여준다. 최적화로부터의 결과는 중합체 1(IMPERMEX)의 바람직한 중량퍼센트범위는 80-90중량퍼센트이어야 하고 중합체 2(BARAZAN D-PLUS)에 대해서는 중량퍼센트 범위가 10-20중량퍼센트이어야 하는것으로 결론지어진다.
두 중합체 성분의 최적화
실행 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
중합체 1, wt % 100 95 92 90 88 85 82 80 50 0중합체 2, wt % 0 5 8 10 12 15 18 20 50 100슬러리 제조:신선한 물 1배럴에, 12파운드의 각 배합 생성물을 가하고 해밀톤멀티믹서를 사용하여 20분간 전단 혼합한다.슬러리, lb/bbl 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12슬러리 유동학적성질600 rpm 16 31 42 49 56 66 76 78 19 273300 rpm 9 21 30 35 41 49 58 60 94 217소성 점도, cP 7 10 12 14 15 17 18 18 25 56항복점, lb/100 ft22 11 18 21 26 32 40 42 69 16110 초 겔 0 3 7 9 12 16 20 21 25 7710 분 겔 0 4 8 12 15 20 25 25 29 77YP/PV 0.3 1.1 1.5 1.5 1.7 1.9 2.2 2.3 2.8 2.09여과액(API), ml/30분 19 11 11 12 12 15 14 12 17 9비용, $/lb 0.22 0.38 0.47 0.53 0.6 0.69 0.79 0.85 1.79 3.36
중합체 1 Baroid 사의 IMPERMEX 같은것중합체 2 Baroid 사의 BARAZAN D-PLUS 같은것
바람직한 조성물의 결정
실행 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
중합체 1, wt % 100 95 92 90 88 85 82 80 50 0중합체 2, wt % 0 5 8 10 12 15 18 20 50 100평가기준YP/PV(≥1.3) 아니오 예 예 예 예 예 예 예 예 예10분 겔(≥10 lb/100 ft2) 아니오 아니오 아니오 예 예 예 예 예 예 예API여과액,(≤15 ml/30분) 아니오 예 예 예 예 예 예 예 아니오 아니오비용,(≤$1.00/lb) 예 예 예 예 예 예 예 예 아니오 아니오
실시예 2 : 실행 11 내지 13
본발명의 건조혼합물첨가제는 7.0아래의 용액 pH를 갖는 산성수성매질에 첨가했을때 평가기준들을 충족하는 유체유동학적 성질을 갖는 수-기제의, 클레이없는 생분해성 시추유체를 제공하는것으로 발견되었다. 표 3(실행 11 내지 13)은 배럴당 12파운드의 건조혼합물을 예시하는데 건조혼합물의 바람직한 조성물은, 황산으로 4.1(실행 12) 및 2.2(실행11)의 pH값으로 조절한 용액 pH를 갖는 두가지 수용액에 첨가하였다. 두가지 산성슬러리의 유체유동학적 성질을 8.6의 용액 pH(실행 13)을 갖는 같은농도의 슬러리의 유체유동학적 성질과 비교하였다. 표 3은 2.2의 pH와 같은 산성환경에서도 유체유동학적 성질을 나타내고, 여전히 이들 지정된 평가기준을 충족한다. 본 발명의 조성물은 특히 산성오염물질을 갖는 환경에서 수평방향시추에 사용을 위해 유용하다.
본 발명의 건조혼합물 12 lb/bbl 각각으로 구성되는 슬러리의 유체유동학적 성질에 대한 용액 pH의 영향
실행 11 12 13
신선한 물, bbl 1 1 3조절된 pH 2.2 4.1 8.6본발명, lb/bbl 12 12 12유동학적 성질600 rpm 76 59 56300 rpm 55 42 41PV, cP 21 17 15YP, lb/100ft234 25 26YP/PV 1.6 1.5 1.710분 겔, lb/100ft213 15 15여과액(API), ml/30분 7 15 12
실시예 3 : 실행 14 내지 16
본 발명의 건조혼합물 첨가제로 구성되는 수-기제의, 클레이없는 시추유체는 미생물 공격을 통해 생물학적으로 분해한다는 것이 발견되었다. 그것은 또한 차아염소산칼슘 용액의 첨가로 화학적으로 파괴될 수 있다. 분해연구에 사용된 차아염소산칼슘은 65% 유효염소를 함유하는 건조고체산화제이다. 표 4(실행 14 내지 16)는 다양한 양의 차아염소산칼슘의 구성슬러리에의 첨가의 결과를 나타내며, 각각은 본발명의 건조혼합물 첨가제를 배럴당 8파운드(lb/bbl) 함유한다. 차아염소산칼슘첨가는 혼합후 시간에 따라 슬러리 유체의 유동학적 성질을 감소시키는 원인이 되었다. 유체의 유동학적 성질의 감소는 산화반응을 통한 조성물에서의 중합체의 분해에 기인한다.
차아염소산칼슘에 의한 본발명의 조성물의 분해
실행 14 15 16본발명, lb/bbl 8 8 8Ca(OCl)2, lb/bbl 0 1.5 3.0
용액중 염소, ppm 0 500 1000
혼합후 2시간600 rpm 30 24 20300 rpm 20 17 14겉보기점도, cP 15 12 10
혼합후 24시간600 rpm 30 18 14300 rpm 20 13 9겉보기점도, cP 15 9 7
혼합후 48시간600 rpm 28 16 12300 rpm 20 13 9겉보기점도, cP 14 8 6
혼합후 96시간600 rpm 20 14 10300 rpm 15 11 7겉보기점도, cP 10 7 5
실시예 4
본 발명의 건조혼합물 첨가제를 함유하는 수-기제의, 클레이없는 시추유체를 조지아주 클락 카운티에서 실제 현장용도에 시도하였다. 프로젝트는 600피트수평 섹션을 갖는 859피트 방향성 우물의 시추와 67피트의 수직깊이에서 580피트 고밀도 폴리에틸렌 우물 스크린의 설치를 수반하였다. 수평 우물은 석유탄화수소의 현장 지하수 개선을 위해 사용되기 위한 것이다. 수평으로 구멍을 뚫은 지역은 두가지 타입의 지층, 즉, 비고결(유연) 모래 및 자갈과 풍화되지않은(단단한) 흑운모편마암으로 구성되었다. 본 발명의 조성물로 구성되는, 즉, 80-90% 전분과 10-20% 크산탄 고무로 구성되는 슬러리를 수평의 방향성 환경적인 우물설치에 사용을 위해 바람직한 시추유체로서 선택하였다. 시추유체는 용도에 적합한 다음 성질들, 즉, 다양한 환형 조건하에 고형물 운반을 위한 낮은 전단속도에서 고점성(유사소성), 최대 암분 현탁을 위한 높은 겔강도 프로파일, 그리고 비고결 모래 및 자갈에서 특히 최소의 유체손실을 위한 낮은 API 여과율을 나타낸다. 본 발명의 시추유체가 바람직한 또다른 이유는 시추유체가 통로를 방해하는 경향이 있는 벽 케익을 형성하지않고, 더 나아가서 오염지대밖으로 플럼내의 오염물질이 뿜어져 나가는 것을 방지하는 클레이없는 슬러리이기 때문이다. 9 7/8인치 직경의 파일럿 공을 벤토나이트 기제의 시추유체로 18.9°각도에서 254피트의 총 측정깊이로 시추하였다. 클레이슬러리(벤토나이트)를 본발명의 클레이없는 생 분해성 시추 유체로 대치하는 한편 67피트의 총수직깊이로 각을 지었다. 12 내지 15 lb/bbl에서 대략 70 배럴의 본발명의 시추유체를 표면에서 제조하였다. 15 내지 20분의 순환후, 시추공내 벤토나이트 슬러리를 본발명의 시추유체로 대치하였다. 머드 탱크로 복귀하는 중합체슬러리는 적어도 30%의 총 시추되고 남은 고형분을 지녔다. 구멍의 수평섹션의 나머지 600피트는 92.4°의 최대편향으로 본발명 중합체 슬러리로 시추하였다. 시추유체는 다음과 같은 유체유동학적성질을 갖는다.
본발명, lb/bbl퍼넬점도, 초/쿼트소성점도, cP항복점, 1b/100 ft210-초 겔, 1b/100 ft210-분 겔, 1b/100 ft2YP/PV 비율API 유체손실, ml/30-minutes 12 내지 1565 내지 7015 내지 2026 내지 3512 내지 1515 내지 201.73 내지 1.758.5 내지 12
구멍의 수평섹션을 시추하는동안, 비고결 토양으로부터 흑운모편마암의 단단한 암석으로의 지층변화로 인해 침투속도가 감소되었다. 각각 24메시와 30메시의 두개의 스크린이 장비된 쉐이커의 밖으로 나오는 암분들은 시추유체가 없는 것으로 나타났다. 클레이슬러리 또는 고분자량 합성중합체 슬러리가 시추유체로서 사용될때와 같이 클레이 입자 또는 끈적한 합성중합체가 부착된 암분과는 달리, 본발명의 시추유체에 현탁된 암분은 슬러리내의 많은 활성중합체를 흡수하지 않았다. 암분은 마치 그것들을 물로 세정하였거나 또는 시추유체에 닿지않은 것처럼 깨끗하게 나타났다. 본발명의 시추유체내의 활성중합체는 구멍세정을 위한 점도와 암분 운반을 위한 적당한 겔강도를 갖는 슬러리를 제공하나, 그것들은 고분자량 합성중합체와 비교되는 만큼 견고하게 암분의 표면을 코팅하지 않는다. 시추는 어려움없이 수평으로 계속되었고 최대추력은 제곱인치당 800파운드(psi) 아래로 남아있었다. 시추조작은 드릴파이프의 28번째 조인트가 밀어넣어진 후 종결되었다. 시추공의 진정한 측정된 깊이는 862.2피트이었고 수평섹션이 608피트이었다. 파일럿이 계획된 대로 완성된 후, 드릴스트링을 구멍밖으로 걸어내고 수평 우물 설치를 시작하였다. 수평우물 설치는 시추된 시추공(608피트)의 수평섹션에서 6인치직경으로 슬롯된 HDPE 우물 스크린의 30개의 20피트조인트와, 시추된 시추공(254피트)의 경사진 섹션에서 같은 직경의 HDPE파이프의 또 다른 12개의 20피트 조인트를 수반하였다. 우물 설치의 동안에 어려움에 직면하지 않았다. 수평우물 설치의 완성직후 우물 전개가 일어나고 있었다: 분당 30갤론의 최대유속의 예상하에 제1펌핑시험을 수행하였다. 놀랍게도, 분당 60갤론의 실제유속은 펌핑시간 12시간후 얻어졌다. 시추공에 최소량의 잔류 중합체가 남아있도록 확실히 하기 위해, 본발명 조성물내의 활성중합체가 생분해성임을 알고 있을지라도 차아염소산칼슘수용액을 매질로서 사용하여 남아있는 중합체를 화학적으로 분해시켰다. 차아염소산칼슘용액을 우물 구멍을 통해 순환시킨후 또다른 펌핑시험을 수행하였다. 가솔린으로 오염된 지하수를 회수하고 구멍밖으로 개선을 위한 지표면의 지정된 탱크로 뿜어내었다. 프로젝트는 성공인 것으로 생각되었다.
실시예 5
본 발명의 시추유체를 미시시피주 해밀톤에 설치된 수평 환경 우물에 관련된 또다른 현장시도용도에 사용하였다. 프로젝트는 20 내지 30에이커 소작지 못으로부터 댐 아래 늪지역으로 누출되고있는 거무튀튀한 물을 추출하기위해 각각 대략 450 내지 500피트의 우물 스크린으로 수평환경 우물의 설치를 수반하였다. 각 우물의 진정한 수직깊이는 댐아래 약 30피트이다.
본 발명의 시추유체, 즉, 80-90% 천연전분과 10-20% 크산탄고무를, 본 발명의 시추유체가 이것에 유사한 몇가지 이전의 용도에서 성공적으로 사용되었기 때문에 이들 5개의 연속 우물 구멍을 뚫기위한 시추유체로서 선택되었다. 본 발명의 건조혼합물첨가제는 수평의 방향성 시추공을 효율적으로 시추하기위해, 수-기제의, 클레이없는 생분해성 시추유체를 제공하며 호스트 지층의 기공공간들을 차단하지 않는다. 본발명의 시추유체를 12 내지 14 lb/bbl의 건조혼합물첨가제로 150-배럴탱크에서 혼합한후, 8 3/4인치 파일럿 공을 안내 시스템으로서 Digit Track을 사용하여 시추하였다. 입구 및 출구(370피트)에서 시추하고 수평섹션은 굵은모래 내지 중간모래로 구성되었다. 475피트에서 시추하는동안, 측정깊이(MD)신호를 잃었고 프로브의 배터리가 다된 것으로 생각되었다. 드릴파이프를 꺼내고 프로브에서 배터리를 교환하였다. 그다음 저부구멍조립체(BHA)와 드릴파이프를 펌핑없이 구멍에서 걸어내었다. 이것은 본 발명의 시추유체로 시추된 구멍이 비압밀 모래에서 개방유지되었음을 가리켰다. 시추를 계속하여 875피트 MD에서 뚫어내었다. 구멍을 문제없이 16 1/2인치로 리머로 넓혔다. 7인치 프러덕트 라인(SCHUMASOIL HDPE VHB-3)을 2 1/2시간에 10인치 HDPE 캐리어파이프 내부로 원활하게 당겼다. 0.25 lb/bbl의 차아염소산칼슘을 가진 신선한 물 50배럴을 라인 내부로 펌핑하여 본발명의 중합체 조합물을 파괴하였다. 그다음 10인치 HDPE 캐리어파이프를 7인치 프러덕트라인으로부터 볼트해체하고 대략 4분에 불도저로 끌어내었다. 시공자는 이 구멍을 스캘핑 셰일 쉐이커를 갖는 150배럴 혼합탱크, 120메시 선형 쉐이커위의 2콘 디샌더, 그리고 120메시 선형 쉐이커위의 9콘 데실터가 장치된 American Augers DD-70으로 이 구멍을 시추하였다. 이것은 우수한 고형분 제어를 제공하였다. 대략 30 입방야드의 모래를 시추유체로부터 분리하였다. 모래는 고무질 잔류물이 없이 대단히 건조하였다. 그것은 명백히 시추유체가 없었다. 10인치 캐리어 파이프를 구멍 밖으로 끌어낸지 약 1시간후, 우물은 입구쪽에서 스크린 라이저 밖으로 분당 4갤론으로 흐르기 시작하였다(스크린라이저는 소작지 못에서 수면아래에 있었다). 현지의 컨설턴트가 계산한 바에 따르면, 호스트지층의 투수전도율(hydraulic conductivity)은 시추유체에 노출된 후 변하지(감소하지) 않았다. 결과는 본 발명의 시추유체가 지층의 기공도 또는 투과성을 변경시키지 않음을 가리켰다.
본 발명은 본발명의 정신 또는 본질적특징을 벗어나지않고 다른 특정형태로 구체화될 수도 있다. 그러므로 전술한 구체예는 모든 점에서 예시이며 제한적이 아니고 본 발명의 범위는 전술한 설명에 의해서보다는 첨부된 특허청구의 범위에 의해 표시되며, 따라서 특허청구범위의 의미 및 대등한 범위내에 드는 모든 변화는 본발명 범위에 포함되는 것으로 생각된다.

Claims (4)

  1. 환경적으로 오염된 지층을 시추하여 개선시키는데 사용하기 위한 클레이 없고 무기염 없는 수-기제의 시추유체로서, 상기 시추유체의 연속상으로서 신선한 물 및 상기 신선한 물에 첨가된 건조 혼합물을 포함하며, 상기 건조 혼합물은 혼합물의 약 80-90중량%를 이루는 사전-젤라틴화된 콘스타치를 포함하는 천연산 헤테로다당류 및 혼합물의 약 10-20중량%를 이루는 합성 생체중합체를 포함하고, 상기 시추유체는 생분해성이며, 항복점 대 소성점도의 비가 1.3 이상이고, 10분 겔 강도가 100제곱피트당 10파운드 이상이며, 100psi에서 측정된 여과에 대해 30분 당 유체 손실이 15밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 시추유체.
  2. 환경적으로 오염된 지층을 시추하여 개선시키는데 사용하기 위한 클레이 없고 무기염 없는 수-기제의 시추유체로서, 상기 시추유체의 연속상으로서 신선한 물 및 상기 신선한 물에 첨가된 건조 혼합물을 포함하며, 상기 건조 혼합물은 혼합물의 약 80-90중량%를 이루는 사전-젤라틴화된 콘스타치 헤테로다당류 및 혼합물의 약 10-20중량%를 이루는 크산탄 고무를 포함하는 합성 생체중합체를 포함하고, 상기 시추유체는 생분해성이며, 항복점 대 소성점도의 비가 1.3 이상이고, 10분 겔 강도가 100제곱피트당 10파운드 이상이며, 100psi에서 측정된 여과에 대해 30분 당 유체 손실이 15밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 시추유체.
  3. 환경적으로 오염된 지층을 시추하여 개선시키는데 사용하기 위한 클레이 없고 무기염 없는 수-기제의 시추유체로서, 상기 시추유체의 연속상으로서 신선한 물 및 상기 신선한 물에 첨가된 건조 혼합물을 포함하며, 상기 건조 혼합물은 혼합물의 약 80-90중량%를 이루는 천연산 헤테로다당류 및 혼합물의 약 10-20중량%를 이루는 크산탄 고무를 포함하는 합성 생체중합체로 구성되고, 여기서 상기 크산탄 고무는 글리옥살을 포함하는 분산제로 처리되고, 상기 시추유체는 생분해성이며, 항복점 대 소성점도의 비가 1.3 이상이고, 10분 겔 강도가 100제곱피트당 10파운드 이상이며, 100psi에서 측정된 여과에 대해 30분 당 유체 손실이 15밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 시추유체.
  4. 수-기제의 시추유체에 사용하기 위한 건조 혼합물로서,
    혼합물의 약 80-90중량%를 이루는 천연 헤테로다당류 중합체; 및
    혼합물의 약 10-20중량%를 이루는 합성 생체중합체
    를 포함하며,
    혼합물이 수-기제의 시추유체에 첨가된 때, 시추유체는 항복점 대 소성점도의 비가 1.3 이상이고, 10분 겔 강도가 100제곱피트당 10파운드 이상이고, 100psi에서 측정된 여과에 대해 30분 당 유체 손실이 15밀리미터 이하이며, 상기 시추유체에서 세균 분해에 대한 중합체의 저항성을 증가시키기 위한 유효량의 차아염소산 나트륨을 가지는 것을 특징으로 하는 건조 혼합물.
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