NL8204405A

NL8204405A - Invert-emulsie putbehandelingsvloeistoffen.

Info

Publication number: NL8204405A
Application number: NL8204405A
Authority: NL
Original assignee: Nl Industries Inc
Priority date: 1981-12-21
Filing date: 1982-11-12
Publication date: 1983-07-18
Also published as: BR8206800A; IT1156145B; GB2112044A; DE3247123A1; US4436636A; GB2112044B; IT8224741A0; AU8718782A; NO157705C; DE3247123C2; MX162756A; NO823068L; AR242426A1; AU549406B2; CA1189301A; FR2518564A1; FR2518564B1; NO157705B

Description

; 'r' .- ./ Γ-·. - W- " ' - ' 33 - ' -u.' 3.-/ . » ^ .3“ 3. 3' '3 Ν.0. 31424 ΐΐ:4:ΐί·:·' . 1

Invert-emulsie putbehandellngsvloeistoffen

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op putbehandelingsvloeistoffen. Meer in het bijzonder hëfft de onderhavige uitvinding betrekking op water-in-olie (invert) emulsies voor toepassing in putbehandelings-bewerkingent zoals herstelwerkzaanbeden, breekbewerkingen, voltoolings-5 bewerkingen of putverlatingswerkzaamheden.

Putbehandellngsvloeistoffen op oliebasis vinden bijzondere toepassing bij breek- en vulbewerkingen. Bijvoorbeeld worden oliehoudende zandprodukten van lage permeabiliteit gewoonlijk onderworpen aan een uiterst hoge vloeletofdruk om hen open te breken, in het algemeen langs 10 beddingsvlakken, en de aldus gevormde breuken worden open gehouden door vaste propmlddelen, die net de breekvloeistof zijn ingevoerd. Dergelijke breekvloeistoffen zijn menselijkerwijze op basis van olie met een laag fUtratleverllee. Vloeistoffen op oliebasis worden gewoonlijk ook gebruikt als vulvloelstoffen om de ringvormige ruimte tussen de verbui-15 zing en de wanden van de opening op te vullen, waarbij de vloeistoffen op oliebasis dienen om corrosie zo klein mogelijk te maken en lage stroombaarheidselgenschappen te verschaffen, zodat de vulvloeistof gedurende een langs tijdsperiode op zijn plaats blijft.

Invert-omulsle putvloeistoffen zijn ontwikkeld om bepaalde nadelen 20 van eenvoudige vloeistoffen op oliebasis, die lange tijd zijn gebruikt in putbehandallngsbewerklngen zoals hierboven beschreven, te overwinnen. Echter ^b^gsLdbrgelijkai invert-emulsies, terwijl deze veel van de nadelen Van eenvoudige vloeistoffen op oliebasis overwinnen, van bepaalde problemen te lijden, bijvoorbeeld de neiging van de oliefase om 25 ten minste tin dele van de emulsie te scheiden. Bovendien bestaan bij vele invart-samuljlc putbehandelingssystemen problemen met het regelen van de sedimentatie van vaste stoffen.

Het is derhalve een oogmerk van de onderhavige uitvinding een verbeterde putbehandellngsvloeistof van het invert-emulsie type te ver-30 schaffen.

Een ander oogmerk van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een invert-emulsie putbehandellngsvloeistof, die een geminimaliseerde ollefa8escheidlng vertoont.

Nog een ander oogmerk van de onderhavige uitvinding is het ver-35 schaffen van een invert putbehandellngsvloeistof, die de sedimentatie van vaste stoffen minimaliseert.

Een ver|er oogmerk van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een putbehandellngsvloeistof met een verminderd stroombaar- 8204405 é ·* 2 heidsverlies.

De onderhavige uitvinding verschaft een invert-emulsie putbehande-1ingsvloeistof, bestaande uit: een vloeibare olieachtige fase en een waterige fase, in een volu-5 meverhouding van 99:1 tot 1:1, een invert emulgerend middel en een vast, deeltjesvormig polyalkeen met een dichtheid van ten minste 0,90 g/cnp. Het toegepaste polyalkeen is bij voorkeur polyetheen met hoge dichtheid, dat wil zeggen met een dichtheid van ten minste 0,94 g/ca?.

De olieachtige vloeistof (ollefase) in de putbehandelingsvloei-10 stoffen van de onderhavige uitvinding is gewoonlijk aardolie (koolwaterstoffen). Bij voorkeur dient de olieachtige vloeistof ten minste enig bestanddeel te bevatten, dat boven het benzine-kooktraject kookt, dat wil zeggen boven 200°C bij atmosferische druk. Oliën met een te hoog gehalte sterk vluchtige koolwaterstoffen in het benzine-kooktra-15 ject zijn ongewenst vanwege het brandgevaar en vanwege hun geringe viscositeit. Het verdient de voorkeur, dat de olieachtige vloeistof een vlampunt boven 60°C heeft. Niet beperkende voorbeelden van geschikte olieachtige vloeistoffen, die in de putbehandelingsvloeistoffen van de onderhavige uitvinding kunnen worden toegepast omvatten: getopte ruwe 20 olie, gasoliën, kerosine, dieselbrandstof, zware alkylaten en fracties van zware alkylaten. De oliën, die meer de voorkeur verdienen, zijn in hoofdzaak alkaanachtig van karakter, aangezien deze minder schadelijk zijn voor rubberbestanddelen in pompen of leidingen. Het verdient de voorkeur, dat de olieachtige vloeistof een dichtheid heeft binnen het 25 traject van 0,825 tot 0,966. De invert-emulsie putbehandelingsvloeistoffen van de onderhavige uitvinding zullen in het algemeen gesproken de olieachtige vloeistof, de continue fase, als het hoofdbestanddeel en de waterige fase als het ondergeschikte bestanddeel bevatten. Derhalve kan de volumeverhoudlng van de olieachtige fase tot de waterige fase in 30 een volumeverhoudlng liggen van 99/1 tot 1/1, bij voorkeur van 20/1 tot 2/1, het meest bij voorkeur van 10/1 tot 2/1. De waterige fase kan vers water of een oplossing van water in een zoutoplossing vormend in water oplosbaar zout zijn zoals natriumchloride of calciumchloride. De hoeveelheid van het in water oplosbare zout in de waterige fase zal varië-35 ren, afhankelijk van de omstandigheden waaronder de putbehandelings-vloeistof wordt gebruikt. Het is echter gebruikelijk vloeistoffen te gebruiken, waarin de waterige fase verzadigd is met betrekking tot het zoutoplossing vormende in water oplosbare zout.

Volgens de onderhavige uitvinding werd gevonden, dat de toevoeging 40 van een vast, deeltjesvormig polyalkeen aan invert-emulsie putbehande- 8204405 'ΐ 3 lingsvloeistoffen een geminimaliseerde ollefase-scheiding, minder sedimentatie van vaste stoffen en een lager stroombaarheidsverlies voortbrengt. Tot de gebruikelijke polyalkenen behoren polyetheen, polypro-peen, polybutenen en polyisoprenen, alsmede copolymeren van etheen met 5 propeen, buteen of leopreen. In het algemeen gesproken hebben dergelijke polyalkenen molecuulgewichten van meer dan 6000 en bevatten in de polymeerketens geen onverzadigde bindingen. De gebruikelijke polyalkenen zullen in het algemeen ee| dichtheid hebben van ten minste 0,90 g/cm3, bij voorkeur ten minste 0,93 g/cm3, het meest bij voorkeur ten 10 minste 0,94 g/cm3. Polyethenen met de laatstgenoemde dichtheid worden in het algemeen aangeduid alg polyethenen met hoge dichtheid en zijn lineaire, isostatische polymeren met een kristalliniteit van 95 %.

De in de putbehandelingevloeistoffen van de onderhavige uitvinding gebruikte polyalkenen zijn deeltjesvormig van aard, dat wil zeggen zij 15 zijn fijnverdeelde vaste stoffen, die bij voorkeur vrijwel bolvormige deeltjes bevatten, waarvan de gemiddelde deeltjesdiameter van 15 tot 40 micrometer is. Een deeltjesvormig polyalkeen, dat de voorkeur verdient, is een lineair polyetheen met hoge dichtheid bekend als Super Dylan, SDP-113 (hierna aangeduld als SDP-113) op de markt gebracht door 20 Atlantic Richfield Polymers. J5DP-113 heeft de volgende fysische eigenschappen; dichtheid 0,947 g/cm3 smeltindex 0,4 g/10 min.

25 smeltpuft 126 eC

gemiddelde deeltjesdiameter 25 micrometer stortgewicht 0,32 g/cm3 opbrengst 10,0 kg/cm2 uitérllj^c wit, vrij stromend poeder 30

Het polyalkeen zal in de putbehandelingsvloeistof aanwezig zijn in een hoeveelheid, die werkzaam is om olie-afscheiding uit de invert-emulsie te voorkomen, stroombaarheidsverlies te verminderen en bij te dragen In het regelen van de sedimentatie van vaste stoffen indien ge-35 brulkt mat een geschikte viskeus makend middel. In het algemeen gesproken zal het deeltjesvormlge polyalkeen aanwezig zijn in hoeveelheden van 2,75 tot 57,5 gram per liter (g/1).

De putbehandelingsvloeistoffen van de onderhavige uitvinding zul-len ook een invert emulgeermiddel bevatten, zoals beschreven in de Ame-40 rikaanse octgpoischriften 2.8^1.042, 2.946.746, 3.259.572, 3.346.489, 820 4 le i § Vjï 4 3.590.005 of 3.654.177. Gebruikelijke water-in-olie emulgeermiddelen omvatten het polyamide-type gevormd door de reactie van een polyamine met vetzuren en een dibasisch zuur, alsmede de anionogene water-in-olie emulgeermiddelen beschreven in het hiervoor vermelde Amerikaanse oc-5 trooischrift 2.861.042. Mengsels van verschillende emulgeermiddelen kunnen desgewenst gebruikt worden. Het emulgeermiddel zal in het algemeen in de putbehandelingsvloeistof aanwezig zijn in een hoeveelheid van 5,5 tot 57,5 g/1 en meer bij voorkeur van 7,5 tot 40 g/1.

Het is eveneens wenselijk, dat de putbehandelingsvloeistoffen van 10 de onderhavige uitvinding een filtratie-regelingsmiddel bevatten om bij te dragen bij het voorkomen van stroombaarheidsverlies. Hoewel vele olieslibfiltratie-regelingsmiddelen, zoals beschreven in de Amerikaanse octrooischrift 3.168.475 en 3.494.865 kunnen worden toegepast, zijn or-ganofiele lignietachtige colloïden bereid door reactie van ligniet en 15 een kwaternair ammoniumzout zeer werkzaam gebleken. Putbehandelingsvloeistoffen, die dergelijke invert sllbfiltratieregelingsmlddelen en het deeltjesvormige polyalkeen bevatten, zijn bijzonder werkzaam bij het regelen van de sedimentatie van vaste stoffen. Het flltratierege-lingsmiddel zal in het algemeen in een hoeveelheid van 2,75 tot 57,5 20 g/1 van de putbehandelingsvloeistof aanwezig zijn.

Desgewenst kunnen de putbehandelingsvloeistoffen van de onderhavige uitvinding tevens geschikte viskeus makende middelen bevatten, bijvoorbeeld organofiele klelprodukten bereid door reactie van een klei van het smectiet-type, bijvoorbeeld bentoniet en een kwaternair ammo-25 niumzout. Dergelijke viskeus makende middelen zijn in het Amerikaanse octrooischrift 4.105.578 beschreven. Indien toegepast zal het viskeus makende middel in de putbehandelingsvloeistoffen aanwezig zijn in hoeveelheden van 1,4 tot 11,5/1.

De putbehandelingsvloeistoffen van de onderhavige uitvinding kun-30 nen doelmatig eveneens klei bevatten. De uitdrukken kalk, zoals hier gebruikt, omvat calciumoxide alsmede elk van de verschillende chemische en fysische vormen van ongebluste kalk of gebluste kalk. De kalk zal in het algemeen in de vloeistoffen in een werkzame hoeveelheid aanwezig zijn tot en met 45 g/1.

35 De putbehandelingsvloeistoffen van de onderhavige uitvinding kun nen eveneens met voordeel verzwaringsmiddelen zoals bariet bevatten, waarbij de hoeveelheid van dergelijke verzwaringsmiddelen aanwezig in de putbehandelingsvloeistof afhankelijk is van de omgeving, waarin de putbehandelingsvloeistof dient te worden toegepast. Het is bijzonder 40 wenselijk wanneer een verzwaringsmiddel wordt toegepast, dat een vis- 8204405 OS:, , • 'f' '

Vi:''5 ' keus makend middel (suspenslemlddel), zoals hiervoor beschreven, In de putbehandellngsvloeisCoffen wordt toegepast.

De putbehandellngsvloelstoffen van de onderhavige uitvinding kunnen volgens voor deskundigen bekende werkwijzen bereid worden.

5 Om de onderhavige uitvinding meer volledig toe te lichten worden de volgende niet beperkende voorbeelden gegeven. Alle proefresultaten werden verkregen volgens de standaard API methoden (API RP 13B, 7de editie, april 1978) en de verkregen resultaten werden indien noodzakelijk tot metrische eenheden ongerekend. In alle gevallen was het toege-10 paste polyalkeen Super Dylan SDP-1L3.

Voorbeeld I

In het laboratorium bereide basis-invert-slibprodukten werden bereid door de volgende bestanddelen in de aangegeven hoeveelheden met elkaar te mengen: 15 dieselolie, 1 90,62 IHVÜMDL "L",1 kg 4,54 kalk, kg 3,175 EZ MOL,2 kg 0,91 20 water, 1 22,25 GELÉÏSE,3 kg 0-0,91 BAROID,4 kg 172,37

CaCl2» kg 12,25 l»3 Geregistreerde handelsmerken voor invert emulgeemiddelen op de 25 markt gebracht door NL Bafold, Houston, Texas.

3 Geregistreerd handelsmerk voor een synthetisch organofiel colloïde viskeus makend middel op Ie markt gebracht door NL Baroid, Houston, Texas.

4 Geregistreerd handelsmerk voor een bariet verzwarlngsmlddel op de 30 markt gebracht door NL Baroid, Houston, Texas.

De hasis-slibprodukten, bereid zoals hiervoor, werden gebruikt voor de kM^re^ing van invert allbprodukten van 1,80 g/cm3, die DURAT0NE (geregistreerd handelsmerk, een olieslibfiltratieregellngsmiddel op de 35 markt gebracht door NL Baroid, Houston, Texas) of SDP-113 bevatten. De composities van de aldus bereide slibprodukten en de proefresultaten met betrakkifg tot ollescheidïng, stroombaarheidsverlies, sedimentatie van vaste stuffen en rheologische beramingen zijn in tabel A hierna gegeven.

40 8204405 6

Tabel A

Monster A_B_C_D_E_ dieselolie, liter 90,62 90,62 90,62 90,62 90,62 INVERMUL "L", kg 4,54 4,54 4,54 4,54 4,54 kalk, kg 3,175 3,175 3,175 3,175 3,175 DURATONE, kg 3,63 - SDP-113, kg - 3,63 3,63 3,63 1,81 EZ MUL, kg 0,91 0,91 0,91 0,91 0,91 water, liter 22,25 22,25 22,25 22,25 22,25 GELTONE, kg 0,91 0,91 - 0,45 0,91 BAROID, kg 172,37 172,37 172,37 172,37 172,37

CaCl2i min. 15 15 15 15 15 proeftemperatuur, °C 36,5 36,5 36,5 35 35 plastische visco- 38 35 26 32 26 siteit, cp vloeigrens, kg/cm2 0,44 0,68 0 0,10 0,34 10-sec gel, kg/cm2 0,29 0,34 0,05 0,10 0,24 10-min gel, kg/cm2 0,49 0,49 0,05 0,15 0,34 stabiliteit, volt 1280 920 1000 1600 940 sedimentatie geen geen ernstig enigszins geen gewalst bij 65,5°C 16 16 16 geroerd, min 55 5 proeftemp. eC 49 35 49 35 54,5 32 plastische visco- 32 37 32 37 22 28

siiteit, cP

vloeigrens, kg/cm2 0,68 0,73 1,12 1,03 0,73 0,63 10-sec gel, kg/cm2 0,44 0,44 0,73 0,78 0,44 0,59 10-min gel, kg/cm2 0,63 0,54 1,03 1,07 0,63 0,78 stabiliteit, volt 1180 1200 1240 filtraat, ml bij 7,2 0,8 20,4 205°C-35 kg/cm2

Zoals uit de gegevens in tabel A kan worden gezien is het deel-tjesvormige polyalkeen (SDP-113) veel effectiever dan gebruikelijke olieslib-filtratieregelingsmiddelen (DURATONE) bij het verminderen van het stroombaarheidsverlies bij invert slibprodukten (vergelijk de re-5 sultaten van de monsters A en B).

8204405 *·' 7

Voorbeeld II

Verschlkleade wn de ia tabel A vermelde invert-emulsie slibprodukten werden onderworpen «pa statische veroudering onder de in tabel B vermelde omstandigheden. Tabel B geeft eveneens de resultaten van de rheologische 5 metingen» het stroombaarheidsverlies, de oliescheiding en de sedimentatie van vaste stoffen.

Tabel B

' Sllbmon8ter (van tabel A) A B E

verouderd» h, bi| 20|*C en 35 kg/cm2 168 168 168 10 schuifspanniig, kg/cm2 2,83 9,57 5,32 sedimentatie, mm 89 0 0 sedimentatie, relatieve hardheid sterk geen geen stabiliteit, volt 840 880 1440 top oliescheiding, mm 32 0 0 15 geroerd» mln. 5 5 5 proeftemperatuur, eC 32 32 38 plastische viscositeit, cP 37 155 65 vloeigrens, kg/cm2 0,15 7,32 2,39 20 10-sec. gel, kg/em2 0,24 2,44 0,98 10-min. gel, kg/cm2 0,49 3,42 1,51 stabiliteit» volt 760 640 960 filtraaf7ml^i J“205*C êS ” 162 7,0 37,2 35 kg/em2 ; (14 ml emulsie) geheel geheel 25 olie olie koek, mm"-; 39,7 7,9 11,1

Zoals uit de resultaten in tabel B kan worden gezien is het stroombaarheidsverlies van invert slibprodukten, die het polyalkeen 30 (SDP-113) bevatten en na statische veroudering veel minder dan dat van slibprodukten* die geen polyalkeen bevatten. Vergelijk bijvoorbeeld de resultaten voor sllbnonster A tegen de resultaten voor de monsters B en E. Zoals eveneens uit tabel B kan worden gezien is er geen oliefase-scheiding (topoliescheldlng) bij verouderde monsters, die het polyal-35 keen bevatte^· Tenslotte laten de gegevens in tabel B zien, dat de toevoeging van lét polyalkeen aan de invert slibprodukten sedimentatie van vaste stoffen voorkomt, zelfs nadat de slibprodukten onder tamelijk zware omstandigheden verouderd zijn.

Voorbeeld III

40 Om de doelmatigheid van de onderhavige uitvinding te laten zien 8204405 - tw ψ 8 met een gebruikelijk veld-invert-slibprodukt werd een invert slibpro-dukt van 2,277 g/cm^ (Shell's Hinojosa No. 1, Zapata County, Texas E-986) 10 % verdund met een 50/50 volume-deelmengsel van dieselolie en water om een slibprodukt van 2,18 g/cm^ voort te brengen met een volu-• 5 meverhouding olie-water van 86/14. Om vergelijkende resultaten te verkrijgen werd een monster van het oorspronkelijke slibprodukt van 2,277 g/cm^ (monster A) vergeleken met monsters van het slibprodukt van 2,18 g/cm^, waarbij bij één daarvan (monster B) een gebruikelijk viskeus makend middel (GELTONE) werd toegepast en waarvan een tweede monster 10 (monster C) SDP-113 bevatte. Tabel C laat de samenstellingen van de slibprodukten, de resultaten van de metingen van de rheologische eigenschappen en de metingen van de olie en vaste stoffen-scheidlng zien.

8204405 ♦ * 9

' Tabel C

Mona teraanduiding A 1. £ E-896, 1 159 143 143 dieselolie» 1 7,95 7,95 water, 1 7,95 7,95 mVEBMUL "L", kg 9,91 0,91 kalk, kg 1,36 1,36 GEWONE, kg 0,91 SDP-113, kg 0,45 geroerd, «ia» 15 15 15 proeftemperatuur, eC 38 38 38 plastische viscositeit, cp 104 94 76 vloeigrens, kg/cm2 0,54 1,56 0,39 10-sec gel, kg/cm2 0,54 1,27 0,39 10-min gel, kg/cm2 0,98 1,86 0,68 elektrische stabiliteit, volt 1120 1120 980 verouderd bij 202°C-35 kg/cm2 16 16 16 afschuiving, kg/m2 3,9 6,74 5,86 sedimentatie, mm-hardheid 49-hard 9,5 middel- geen matig stabiliteit, volt 980 1080 1380 top oliescheidlng ,am 30 0 geroerd, min 5 5 5 proeftemperatuur, *C 38 38 38 plastische viscositeit, cp 124 114 93 vloeigrens, ig/cai2 0,39 0,44 0,93 10-sec gel» ^/cs^2 0,39 0,39 0,49 10-min gsi, fj/dt2 0,49 1,07 1,22 elektrische stabiliteit, volt 1120 1040 1080 dichtheid, g/cm2 2,277 2,18 2,18

Zoals uit de gegevens in tabel C kan worden gezien vertoonde monster C, dat hét polyalkeen bevatte, geen sedimentatie van vaste stoffen, terwijl monster B (dat het gebruikelijk viskeus makende middel bevatte, dat gewoonlijk gebruikt wordt ter voorkoming van afscheiding van 5 vaste stoffen in slibproduktei| op oliebasis) een middelmatige sedimen- 8204405 .i: ·. I : ·|·.. .. 1 ι" ;;ι,ΙΙΙΊΙΙΙ!!!ΊΙ! ·,ι ·.. 1 All, llllllllll.llll,.. <l· , 'H!.. 'I "l I. ΊΊΙΜΜΙΜΙΙΙΙ -1 l·· * 10 tatle van vaste stoffen vertoonde. Opgemerkt wordt, dat het onbehandelde veld-slibprodukt, zonder enig viskeus makend middel of polyalkeen (monster A) een aanzienlijke sedimentatie van vaste stoffen vertoonde.

8204405

Claims

1. Invert-emulele putbehandeling*vloei8tof gekenmerkt door een vloeibare olieachtige faee en een waterige fase in een volumeverhouding van 99:1 tot 1:1, aan invert emulgerend middel en een vast, deeltjes- 5 vormig polyalkeen mat een dichtheid van ten minste 0,90 g/cm^.

2. Vloeistof volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een viskeus makend middel aanwezig is.

3. Vloeistof volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de vo-lumeverhouding van de olieachtige fase tot de waterige fase van 10:1 10 tot 2:1 is·

4. Vloeistof volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het polyalkeen uit polyetheen met een dichtheid van ten minste 0,93 g/cm^ bestaat.

5. Vloeistof volgens contlusle 4, met het kenmerk, dat het poly-15 etheen een dichtheid van ten minste 0,94 g/cm^ heeft.

6. Vloeistof volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het polyalkeen een gemiddelde deeltjesgrootte heeft van 10 tot 40 micrometer.

7. Vloeistof volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, 20 met het kenmerk, dat het polyalkeen aanwezig is in een hoeveelheid van 2,75 tot 57,5 g/liter.

8. Vloeistof volgene een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kemM^rk/dat een filtratle-regelingsmlddel aanwezig is.

9. Vloeistof volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, 25 met het tonejck, flat de olieaehtige fase een koolwaterstofolie bevat, waarvan ten minste een deel boven 200*C kookt en die een getopte ruwe olie, gasolie, benzine, dieselbrandetof, zwaar alkylaat, fracties van zwaar alkylait of een mengsel daarvan is.

10. Vloeistof volgens conclusie 1 en in hoofdzaak zoals hiervoor 30 beschreven onder verwijzing naar elk van de voorbeelden. H-4-1 I......Η I......(4 8204405