NL8903077A

NL8903077A - Werkwijze voor het verschaffen van een stabiele suspensie van niet-zwellend deeltjesvormig materiaal.

Info

Publication number: NL8903077A
Application number: NL8903077A
Authority: NL
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1990-07-16
Also published as: FR2640520A1; GB2226964B; GB2226964A; GB8928476D0; NO895075D0; NO895075L; AU4687389A

Description

Werkwijze voor het verschaffen van een stabiele suspensie van niet-zwellend deeltjesvormig materiaal.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verschaffen van een suspensie in een bepaald fluïdum van een niet-zwellend deeltjesvormig materiaal. De suspensie wordt gebruikt voor het tot stand brengen van verhoogde en gecontinuëerde viscositeit in het fluïdum, dat gebruikt wordt voor boren, voltooien of opnieuw bewerken van een ondergrondse olie of gasbron.

Een roterend systeem is de meest gebruikelijke vorm van het boren van een ondergrondse bron. Dit systeem hangt af van de rotatie van een kolom of boorpijp op de bodem waarvan is bevestigd een boorbeitel met meerdere vorken. De boorbeitel snijdt in de aarde en doet de snijdsels zich verzamelen naar mate het boren voortschrijdt. Als resultaat moet een boorfluïdum worden gebruikt om deze snijdsels naar het oppervlak te dragen voor verwijdering, en de bodem van het gat te allen tijde schoon en vrij van snijdsels kan worden gehouden.

In het algemeen gesproken zijn fluïda gebruikt voor het boren, voltooien of opnieuw bewerken van ondergrondse bronnen ofwel van het water-in-olie emulsietype ofwel op waterige basis geweest, waarin kraanwater, zeewater, een pekel, of dergelijke wordt gebruikt als het overwegende basisfluïdum waaraan een verzwaringsmiddel wordt toegevoegd zoals bariet, een kleiachtige stof, zoals bentoniet voor "lichaam", filtratieregelende middelen, dispergeermiddelen, ontvlokkende middelen en andere toevoegingen, die aan de deskundige welbekend zijn.

Recentelijk hebben omgevingsoverwegingen het gebruik van invert emulsies en andere fluïda op koolwater-stofbasis sterk beperkt en onder sommige omstandigheden zelfs verboden, in het bijzonder bij buitengaatse boortoepassingen. In sommige gevallen is het aan de industrie beschikbare alternatief, d.w.z. het gebruik van de conventionele fluïda op waterbasis, niet geheel bevredigend geweest wegens bijvoorbeeld het gebrek aan smeermiddelen, filtratieregelende middelen, en dergelijke, die werkzaam zijn bij de hogere temperaturen en drukken in omgevingen die men zo vaak tegenkomt in de booractiviteiten van vandaag. Derhalve heeft de industrie > aanzienlijk belang bij zogenaamde "synthetische” waterige fluida die niet-milieuverontreinigend zijn en die vele van de gunstige eigenschappen vertonen van de fluida op koolwaterstof basis, zoals smering, filtratieregeling en dergelijke, alles bij aanzienlijk hogere temperaturen dan de typische bedrijfsparameters van fluida op waterbasis. Sommige van dergelijke synthetische fluida worden beschreven in de eveneens ingediende octrooiaanvrage serialnr. 07/128,798, ingediend 4 december 1987, getiteld "Modified Non-Polluting Liquid Phase Shale Swelling Inhibition Drilling Fluid and Method of Using Same", welke beschrijving en conclusies worden geacht hierin te zijn opgenomen. Dergelijke fluida omvatten een vloeibare fase, waaraan een in water oplosbare component is toegevoegd. De vloeibare fase kan verswater, zeewater, pekel, gesimuleerde pekel, of mengsels daarvan zijn. De in water oplosbare component kan een poly-alcohol, glycerine, een glycol, een glycolether, een polypropyleenglycol, een polyethyleen-glycol, een ethyleenoxide-propyleenoxide copolymeer of een alcohol-geïnitiëerde ethyleenoxide-propyleenoxide copolymeer of mengsels daarvan zijn of andere overeenkomstige bestanddelen bevatten, met de in water oplosbare component vormend tussen ongeveer 5 en ongeveer 50 vol.% van het totaal van de vloeibare fase van het fluïdum.

Dergelijke "synthetische" fluida vereisen vaak de toevoeging van bepaald vezelachtig niet-zwellend deeltjesvormig materiaal, zoals asbest, attapulgiet, sepioliet, en andere mineralen en materialen, die de deskundige algemeen bekend zijn en die worden gebruikt voor het opbouwen van viscositeit, en voor andere bekende doeleinden. Dergelijk deeltjesvormig materiaal is relatief ongevoelig voor oppervlaktehydratatie, zwellen van de inwendige laag en osmotische zwelling. In contrast met kleiachtige en andere stoffen die wel zwellen in vloei stoffen, heeft een dergelijk niet-zwellend deeltjesvormig materiaal geen structuur van het roostertype die het toelaat dat een vloeistof wordt geabsorbeerd tussen de lagen evenals op het deeltj esoppervlak. Bovendien is een dergelijk niet-zwellend deeltjesvormig materiaal ook verhoudingsgewijs ongevoelig voor osmotische zwelling die optreedt in structuren van het roostertype omdat de opper-vlakte-ionen meer geconcentreerd zijn dan in de vloeistof zelf.

Opgemerkt werd dat bij het pogen een suspensie te verschaffen van dergelijk niet-zwellend deeltjesvormig materiaal in oplosmiddelen daarvoor voor volgend inbrengen in dergelijke synthetische fluïda, aanzienlijke moeilijkheden worden ondervonden bij het vormen van een suspensie van het materiaal in het fluïdum. Afhankelijk van het gekozen fluïdum en het deeltjesvormig materiaal komt het soms voor dat aanvankelijk een suspensie zal worden gevormd, die echter niet stabiel is en waarbij het deel-tjesvormig materiaal uit de suspensie in het fluïdum met de tijd neerslaat. Het is noodzakelijk een suspensie te vormen van dergelijk deeltjesvormig materiaal om het materiaal te kunnen gebruiken voor verschillende toepassingen in het boorfluïdum, met inbegrip van het verbeteren en verhogen van de viscositeit.

Gevonden werd dat een stabiele suspensie van een dergelijk niet-zwellend deeltjesvormig materiaal in uitgekozen synthetische boorfluïda kan worden verschaft door het in contact brengen van het niet-zwellend deeltjesvormig materiaal met een voldoende hoeveelheid van een lid dat bij voorkeur is gekozen uit de klasse bestaande uit water en glycerol, waarbij een "pasta" van dat deeltjesvormig materiaal wordt verschaft. Door het gebruik van het woord "pasta" wordt hierin bedoeld te verwijzen naar het resulterende produkt waarin een materiaal wordt blootgesteld aan een fluïdum in die mate dat het wordt bevochtigd onder vorming van een kleverig, plastisch type materiaal daarna, dat wordt gekneed met een resulterend vloeistofgehalte dat het deeltjesvormige materiaal doet worden tot een massa variërend van een stijf stopverfachtig materiaal tot een kleverige pasta, waarbij toch het contact met en het blootstellen aan de hoeveelheid van het lid, zoals water, enz., dat wordt gebruikt voor het vormen van de pasta onvoldoende is voor het deeltjesvormige materiaal om te worden gesuspendeerd of gedispergeerd of om te verschijnen om te worden gescheiden van het fluïdum.

Na de vorming van de pasta wordt een dergelijke pasta ingebracht in een vooraf bepaalde hoeveelheid van het synthetische boorfluïdum, onder roeren, ter vorming van een suspensie van het deeltjesvormige materiaal in een aanvankelijke pastavorm, zodat een toegenomen viscositeit kan worden tot stand gebracht en gehandhaafd in de tijd door de suspensie in het fluïdum.

Het niet-zwellend deeltjesvormige materiaal dat wordt gebruikt in de onderhavige uitvinding kan elk vezelachtig materiaal zijn dat geen structuur van het rooster-type heeft, zoals de structuur die typisch wordt aangetroffen in bentonitische en andere materialen van het kleiachtige type. Het deeltjesvormige materiaal kan ofwel een mineraal zijn ofwel een andere substituent, zoals asbest. Typisch voor dergelijke niet-zwellende mineralen zijn sepioliet en attapulgiet. De hoeveelheid deeltjesvormig materiaal dat gebruikt wordt in de suspensie, is niet even belangrijk als de hoeveelheid van het fluïde lid dat een oplosmiddel er voor kan zijn en dat wordt gebruikt voor het vormen van de pasta. De fluïda die in aanmerking komen voor gebruik in de onderhavige uitvinding omvatten water en glycerol, en mengsels daarvan. Wanneer water wordt gebruikt als gekozen fluïde lid, kan het ofwel een pekel zijn, brakwater, kraanwater, zeewater of dergelijke. In sommige gevallen kan gedeïoniseerd water worden gebruikt, maar zijn vermogen voor het vormen van een bevredigende pasta kan wat verlaagd zijn ten gevolge van gebrek aan de juiste ioni-satie. Hoewel dit niet volledig wordt begrepen wordt aangenomen dat ionenuitwisseling tussen het lidfluïdum en het deeltjesvormige materiaal iets te maken kan hebben met de reactie die optreedt tussen het deeltjesvormige materiaal en het gebruikte fluïdum lid voor het vormen van de pasta.

De hoeveelheid van het fluïde lid dat gebruikt wordt in de onderhavige uitvinding zal natuurlijk afhangen van het gekozen deeltjesvormige materiaal. In het algemeen gesproken moet het fluïde lid worden verschaft in een hoeveelheid van tussen ongeveer 1,3% tot ongeveer 20 gew.% van de totale hoeveelheid van de fluïdum/lidsamenstelling. In veldtoepassingen kan de hoeveelheid van het fluïde lid gemakkelijk worden berekend voorafgaande aan de vorming van de pasta, en kan het deeltjesvormige materiaal in contact worden gebracht met het fluïde lid door licht besproeien met een slang of een mondstuk en de oppervlakken van het deeltjesvormige materiaal bloot te stellen aan het lidfluï-dum, of op andere bekende en overeenkomstige wijzen te verzekeren dat slechts een pasta wordt gevormd.

De pasta kan worden ingebracht in de synthetische fluïde basis in een niet ter plaatse aanwezig vat voor opvolgende transportering naar de booropstelling, hetzij per boot, truck of anderszins, of kan worden ingebracht in een dergelijk fluïdum terwijl het in feite reeds wordt gecirculeerd in de bron, of op de plaats van de bron en in een gebruikelijke modder voorbereidende put of vultrechter. In ieder geval wordt de pasta ingébracht in een vooraf bepaalde hoeveelheid van het fluïdum onder roeren, zoals door gebruik van een in de handel verkrijgbaar modder "pistool". In de laboratoriumbereiding kan een Hamilton Beach roerder worden gebruikt. Het vaststellen van een bevredigende suspensie kan worden bepaald door visuele indicatie, of met viscositeitsgegevens die aanduiden dat de viscositeit is tot stand gebracht en gehandhaafd in de tijd. Typisch moet de viscositeit van een synthetisch fluïdum worden vergroot door de suspensie met ten minste ongeveer 4 maal hoger dan de viscositeit van het synthetische fluïdum zonder toevoeging van de suspensie, als bepaald met gebruikelijke beproeving, zoals aangegeven in het American Petroleum Institute Standard Bulletin 13-B, Paragraph 2.4, voor berekening en vaststelling van aanvangs- en 30 minuten gelpunten. In de hieronder aangegeven proeven is een dergelijke test gebruikt. Het uitvoeren van een dergelijke test en de berekening van dergelijke gelsterkten, zijn algemeen bekend aan de deskundige, en worden uiteengezet in het American Petroleum Institute Standard Bulletin L3-B, Paragraph 2.4, gedateerd 1 september 1988.

Hoewel andere bekende fluida kunnen worden i gebruikt voor het vormen van een synthetisch boorfluïdum onder toepassing van de suspensievestigende werkwijze van de onderhavige uitvinding, is de onderhavige uitvinding bijzonder nuttig voor het bereiden van een suspensie van dergelijk niet-zwellend deeltjesvormig materiaal in een synthetisch fluïdum basis gekozen uit de klasse bestaande uit glycol, glycolethers, polypropyleenglycolen, polyethy-leenglycolen, glycerine, ethyleenoxide-propyleenoxide copolymeren, alcohol-geïnitieerde ethyleenoxide-propyleenoxide copolymeren en/of mengsels daarvan. Bij voorkeur wordt het tripropyleenglycol bodemprodukt gebruikt, waaraan de suspensie wordt toegevoegd die een niet-zwellend deel-tjesvormig materiaal in pastavorm bevat.

Voorbeeld 1

Proeven werden uitgevoerd en resultaten geëvalueerd ter bepaling van het vermogen van de onderhavige werkwijze voor het produceren van een stabiele suspensie van bepaald niet-zwellend deeltjesvormig materiaal in lidfluïda die toegepast werden in de proef. Bij het beproeven werd een "blanco" proef uitgevoerd, waarin het niet-zwellend deeltjesvormig materiaal niet was voorbereid in de vorm van een pasta voor het inbrengen in een fluïdum in een poging voor het bereiden van de suspensie. Bij,de bereiding van een dergelijk "blanco" materiaal voor toepassing in een dergelijke werkwijze werden alle chemicaliën uitgewogen en werd tripropyleenglycol bodemprodukt toegevoegd aan een Hamilton Beach staafmenger. Het tripropyleenglycol bodemprodukt werd geroerd in een dergelijk mengsel gedurende 2 minuten, waarna kraanwater van Houston, Texas werd toegevoegd. Na deze toevoeging van het water werd het gekozen niet-zwellende deeltjesvormige materiaal toegevoegd en gemengd in de menger gedurende 20 minuten. De voor het beproeven gebruikte procedure waarin een pasta van het niet-zwellend deeltjesvormig materiaal eerst was bereid voor het inbrengen in de vloeistof was als volgt: alle chemische materialen werden gewogen waarna het tripropy-leenglycol bodemprodukt werd toegevoegd aan het mengsel en gemengd gedurende 2 minuten. Het gekozen niet-zwellende deeltjesvormige materiaal werd in contact gebracht met water van Houston, Texas, door dit licht te besproeien totdat een pasta werd gevormd. De pasta werd ingebracht in de menger voor het mengen gedurende 20 minuten. In alle gevallen werd 10% van het berekende fluïdum-1idvolume kraanwater gebruikt voor het vormen van de pasta. Na de vorming van de pasta werd deze ingebracht in het tripro-pyleenglycol bodemprodukt voorafgaande aan de meting van de reologische eigenschappen. Reologische eigenschappen van elk materiaal werden dan bepaald bij kamertemperatuur onder toepassing van een Fann 35 A viscometer, en reologische eigenschappen werden bepaald op een bekende wijze, te zamen met aanvangs- en 20 minuten gelsterkten. De hoeveelheid van het niet-zwellende deeltjesvormige materiaal dat was gebruikt voor het bereiden van zowel de "blanco" als het pastamateriaal was een hoeveelheid gelijk aan 10 pounds per barrel van een dergelijk deeltjesvormig materiaal.

Na de introductie van de pasta in het fluïdum, werd een suspensie daarvan onmiddellijk visueel genoteerd. Ook geen suspensie van het niet-zwellend deeltjesvormig materiaal in het fluïdum in het "blanco" formaat werd genoteerd. De reologische aflezingen duidden erop dat viscositeittoename was vastgesteld en dat een stabiele suspensie was verschaft in de proefprocedure door gebruik van de pastavormingsmethode, d.m.v. aanvangs- en 30 minuten gelaflezingen, die aanzienlijk waren toegenomen boven de gelaflezingen voor de "blanco" proeven.

De resultaten van deze proef worden hieronder uiteengezet in tabel 1.

Tabel 1

Proefno 1 Proefno. 2 droge be- droge be- Toevoegsels in proef vochtigd bevochtigd 1 2 Produkten "blanco" "blanco" __ ___

600 OPM

aflezing 72 112 68 86 150 150 TPGB (g)

300 OPM

aflezing 38 68 39 53 P.V. cps 34 44 29 33 4,8 Sepioliet (g) y.p.

#/100 vierk.voet 4 24 10 20 aanw. gel 2 8 3 7 4,8 Attapul giet (g) 30 min. gel 3 12 4 8 17 17 Kraan water (g)

Voorbeeld II

Er werden proeven uitgevoerd en resultaten geëvalueerd als in voorbeeld I, waarbij de hoeveelheid sepioliet en attapulgiet werd veranderd, evenals de hoeveelheid kraanwater die gebruikt werd voor het vormen van de pasta. In één proef (proef 3-voorbeeld II) werd glycerol gebruikt in plaats van kraanwater voor het vormen van de pasta, en in een andere proef (proef 4-voorbeeld II) werd octanol (een materiaal dat niet binnen de omvang van de uitvinding ligt) gebruikt voor het vormen van de pasta. In al dergelijke proeven werd een bevredigende pasta gevormd en een suspensie in het tripropyleenglycol bodemprodukt materiaal werd visueel genoteerd voorafgaande aan het verkrijgen van reologische aflezingen. In alle proeven, behalve in proef 4, werden in vergelijking met het "blanco” preparaat en de proef, vergrote reologische aflezingen verkregen, en de aanvangs- en 30 minuten gels waren vergroot boven die van de "blanco" proef en het materiaal, hetgeen erop wees dat een bevredigende suspensie was vastgesteld in de tijd en dat een dergelijke suspensie had geresulteerd in een toegenomen viscositeit binnen een dergelijk tripropyleenglycol bodemprodukt fluïdum. De resultaten van deze proef worden uiteengezet in tabel 2, hieronder:

Tabel 2

Proefno. 1 Proefno. 2 Proefno. 3 Proefno. 4 droog/pasta droog/pasta droog/pasta droog/pasta "blanco” "blanco" "blanco" "blanco"

600 OPM

aflezing 78 153 68 124 68 163 63

300 OPM

aflezing 40 93 35 71 35 100 32 P.V. cps 38 60 33 53 33 63 31 Y.P.

#/100 vierk.voet 2 33 2 18 2 37 1

Aanw.gel 1 13 1 9 1 21 1 30 min.gel 1 21 2 19 2 41 2

Toevoegsel in proef #/bbl 1_2_3_4 _Produkten 150 150 150 150 TPGB (g) 4.4 4.4 4.4 Sepioliet (g) 4.4 Attapulgiet (g) 3 3 Kraanwater (g) 3.75 Glycerol (g) __ 3 Octanol (g) 2 en 2.4 gew.% bevochtigend toevoegsel 10 pounds per Barrel klei.

Voorbeeld III

Er werden proeven uitgevoerd en resultaten geëvalueerd voor het bepalen van het vermogen van de onderhavige methode om het mogelijk te maken niet-zwellend deeltjesvormig materiaal te vormen tot een suspensie in bepaalde fluïda voor het vergroten van de viscositeit. Behalve voor niet-zwellend deeltjesvormig materiaal dat gebruikt werd, d.w.z. sepioliet, werd de procedure ook toegepast op een materiaal dat niet een niet-zwellend deeltjesvormig materiaal is, d.w.z. bentoniet. De werkwijze had op een dergelijk zwelbaar klein materiaal met rooster-structuur geen enkel effect.

In het eerste deel van de proef werd een synthetisch boorfluïdum bereid uitgaande van tripropyleenglycol bodemprodukt als vloeibare fase, waaraan een gedeeltelijk gehydrolyseerd polyacrylamide ("PHPA") werd toegevoegd. In tabel 3A werden het sepioliet en het bentoniet niet bereid in de vorm van een pasta voorafgaande aan het inbrengen in het tripropyleenglycol bodemprodukt fluïdum. Wanneer de werk- wij ze volgens de onderhavige uitvinding werd gebruikt voor het vormen van een pasta van de bentoniet en sepioliet materialen, als in tabel 3B, nam een viscositeit toe en trad aanvankelijk visuele observatie op. Echter werd als aangegeven in tabel 3B hieronder bij het testen van bentoniet aanvankelijk gfeen visuele viscositeit zichtbaar terwijl een dergelijke viscositeit duidelijk was wanneer de procedure werd toegepast op een niet-zwellend deeltjesvormig materiaal, d.w.z. sepioliet. De resultaten van deze proef worden uiteengezet in de tabellen 3A , 3B en 3C hieronder:

Tabel 3A

Produkten g q g g g g PHPA 42,8 47,1 30 TPGB 100 100 100 100 50 180

Sepioliet 10 40 10,8

Bentoniet 20

Polyglycol E200 20

Verz. NaCl pekel 9,5

Visuele viscositeit nee nee nee nee gering nee

Tabel 3B

Na het bevochtigen van het sepioliet met pekel tot een pasta is gevormd

Produkten _g g g q q q PHPA 63 63 63 63 TPGB 135 137 133 120

Sepioliet klei 5,4 4 6,7 4 2% NaCl pekel 4,7 3,5 5,8 20,8 (3,3%) (2,5%) (4,2%) (14,7%)

Visuele viscositeit ja ja ja ja

Tabel 3C

Produkten g g g g g g PHPA 63,0 63,0 63,0 63,0 TPGB 137,0 137,0 94,0 128,0

Sepioliet klei 4,0 4,0 4,0 2,0

Bentoniet klei 12

Polyglycol E200 137,0 2% NaCl pekel 10,5 3,5 3,5 41,0 10,0 (7,1%) (2,5%) (2,5%) (30,3%) (7,2%)

Visuele viscositeit nee ja ja ja ja

Hoewel de uitvinding is beschreven in termen van specifieke uitvoeringsvoorbeelden die in detail zijn uiteengezet, wordt opgemerkt dat dit slechts ter illustratie is en dat de uitvinding niet noodzakelijk daartoe is beperkt, aangezien alternatieve uitvoeringsvormen en werkingstechnieken de deskundige duidelijk zullen worden met het oog op de onthulling. Dienovereenkomstig worden wijzigingen beoogd die kunnen worden gemaakt zonder de geest van de beschreven uitvinding te verlaten.

Claims

1. Een werkwijze voor het verschaffen van een stabiele suspensie van een niet-zwellend deeltjesvormig materiaal in een fluïdum, met het kenmerk, dat een niet-zwellend deeltjesvormig materiaal in contact wordt gebracht met een voldoende hoeveelheid water, glycerol of mengsels daarvan, voor het verschaffen van een pasta van dit deeltjesvormig materiaal; en welke pasta wordt ingebracht in een vooraf bepaalde hoeveelheid van dit fluïdum, onder roeren, het verschaffen van een suspensie van deze pasta en toegenomen viscositeit kan worden vastgesteld en gehandhaafd door deze suspensie in dit fluïdum.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het niet-zwellend deeltjesvormig materiaal sepioliet, attapulgiet, asbest, of mengsels daarvan is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de hoeveelheid water, glycerol of mengsel daarvan is van tussen 1,3% en 20 gew.% van de totale hoeveelheid van de samenstelling.

4. Werkwijze volgens conclusies 1 tot 3, m e t het kenmerk, dat de toegenomen viscositeit ten minste 4 maal hoger is dan de viscositeit van het fluïdum zonder de toevoeging van deze suspensie.

5. Werkwijze volgens conclusies 1 tot 4, m e t het kenmerk, dat dit fluïdum is glycerine, glycol, glycolethers, polypropyleenglycolen, polyethyleenglycolen, ethyleenoxide-propyleenoxide copolymeren, alcohol-geïni-tiëerde ethyleenoxide-propyleenoxide copolymeren en/of mengsels daarvan.