NO136674B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen dreier seg om en vandig borevæske omfattende

en vandig fase og en dispergert fast' fase, og særlig en vandig borevæske med lavt faststoffinnhold og høy filtreringshastighet,

som gir øket borehastighet og har skiferregulerende egenskaper.

Borevæsker, eller boreslam, som de også kalles, er opp-slemminger av leiraktige faste stoffer, som brukes ved boring av hull, i jordformasjoner, av den type som bores for utvinning av un-derjordiske avsetninger av olje, gass eller andre væsker. Slike borevæsker har en rekke forskjellige funksjoner, de viktigste er å fjerne utboret materiale fra borehullet, forsegling av permeable formasjoner av gass, olje eller vann som eventuelt møtes i forskjellig høyde etter hvert som hullet bores i formasjonen, smøring av boreredskap og borerøret som bærer redskapet, og å holde utboret materiale suspendert hvis boringen eller pumpingen av borevæske stanses.

En ideell borevæske er en tiksotrop væske, dvs. en væske hvis tilsynelatende viskositet synker når rørekraften eller skjær-kraften øker (disse krefter forårsakes av pumping eller annen sirkulasjon av væsken gjennom borestrengen), men når slik røring, skjær-kraft eller sirkulasjon stanses, vil væsken danne en geleaktig struk-

tur som vil bære de utborede materialer og hindre dem fra å falle ned igjen i bunnen av borehullet. Geledannelseshastigheten, gelingstiden,

må være så liten at boregodset (det utborede materiale) faller tilbake bare en kort avstand før gelstrukturen er tilstrekkelig sterk til å

bære dette materialet. Det er viktig å holde gelingsgraden og gelingshastigheten innen snevre grenser, siden en for kraftig geldannelse vil forhindre gjenopptagelse av boreoperasjonen, og utilstrekkelig geldannelse vil tillate boregodset å falle tilbake til bunnen i hullet som kan føre til gjentetting av borerøret.

Innen moderne rotasjonsboringsteknikk består vanlig

praksis i pumping av en borevæske med egnet viskositet, geldannings-hastighet og gelstyrke ned gjennom midtkanalen i borestrengen, gjennom dysene i bormeiselen som er forbundet med bunnen av borestrengen hvor væsken strømmer nedover, utover og rører opp det materialet som bores ut av boremeiselen. Denne strålevirkning hjelper til under boreoperasjonen, rører opp boregods dannet 'fra formasjonen og medvirker til å transportere boregodset bort fra det aktuelle boreområdet og opp til overflaten. Borevæsken går oppover gjennom det ringformede rom mellom utsiden av borestrengen og veggen i hullet som bores. Borevæsken må

ha tilstrekkelig viskositet til at den når den pumpes eller beveges på annen måte vil bære og transportere sand og boregods på tilbakeveien mot jordoverflaten. Når boreoperasjoren stanses eller man stanser pumping av borevæske, må gelingshastigheten og -styrken være stor nok til å bære de utborede stoffer og andre partikkelformede materialer i dettte ringformede rom og hindre at godset faller tilbake til bunnen av hullet.

Når det bores hull i meget permeablé formasjoner, setter man visse stoffer til borevæsken for å øke dens tendens til å danne en slamkake på borehullveggen mot den porøse formasjon, når den væske-formede filtratfase "filtreres" inn i den porøse formasjon. I meget permeablé formasjoner vil det være ønskelig å ha tilstrekkelig kolloidalt stoff i borevæsken til at det dannes en tynn ugjennom-trengelig kake mot formasjonen så hurtig som mulig. Hurtig dannelse av en egnet filterkake er nødvendig for å redusere filtreringshastigheten hurtig etter hvert som denne kaken dannes, og også for å hindre dannelsen av en altfor tykk kake som kan øke friksjonen mellom den roterende borestreng og borehullet og som også kan redusere den ring-.formede strømhingskanal som borevæsken strømmer gjennom opp mot jordoverflaten *

Enkelte steder støter man på formasjoner kjent som ustabil eller svellende (leir)skifer som må gjennombores på veien. Når man borer hull i disse ustabile skiferformasjoner og bruker vanlige vandige borevæsker, kan man støte på betraktelige vanskeligheter. Visse skifertyper,-'slike som finnes i områdene ved dén Meksikanske Golf i Texas og Louisiana inneholder betraktelige konsentrasj oner av slamdannende leirer eller mineraler som natrium-montmorillonit som hår tendens til å svelle opp ved hydrering eller absorpsjon av vann fra borevæsken og medføre en umiddelbar 'økning i borevæskens viskositet og geling. Denne tilførsel av hydratiserte leirestoffer til borevæsken må mot-virkes ved tilførsel av vann, eller man må bruke en kjemisk borevæske for å stabilisere disse oppsvellende leirskifer-matérialer. I forbindelse med ustabile skiferformasjoner som inneholder vann-hydrati-serbare leirstoffer, har man utviklet borevæskesystemer som i tilstrekkelig grad stabiliserer skifertverrsnittene ved boring. F.eks. beskriver U.S. patent nr. 2.802.783 et kjemisk system som har vist

seg svært brukbart ved boring i den typen av svellende, slamdannende . leirskifer som man støter på i områdene omkring Mexico Golfen.

En annen type vanskelig svellende skifer med lignende

ytre trekk, men betraktelige kjemiske forskjeller i forhold til skiferen omkring Mexico Golfen har man støtt på ved boring i Delaware-bassenget

i vest Texas og New Mexico. Dette skiferparti som kalles Wolfcamp-Pennsylvania-Mississippi-intervallet i Delaware-bassenget, er et overveiende skiferholdig intervall som til forskjell fra Mexico Golf-skiferpartiene i det vesentlige ikke innholder bentonit eller andre

leirstoffer som gir etter i vann. Wolfcamp-skiferen er overveiende av illit-skifer. Man antar at oppsvellingen skjer på grunn av at skiferen har små sprekker som gjør det mulig for borevæsken eller borevæskens filtrat å fortrenge eller utløse deler av skiferen og gjøre at disse deler faller ned i borehullet.

Man har tidligere boret i Wolfcamp-skiferområdet ved

hjelp av en vandig borevæske som er behandlet med kolloidale stoffer for å gi borevæsken en meget lav filtreringshastighet i området .15

til 20 ml målt etter standard A.P.I.-målemetoder. Selv om Wolfcamp-skiferen er i det vesentlige impermeabel vil tilsetning av kolloidale filtreringsregulerende stoffer minske inntrengningsevnen for borevæsken eller dens filtrat i skifersprekkene og på denne måten nedsette tendensen til mudring. Videre h<p>ldes borevæskens egenvekt eller "slamvekten" (mud weight) på et høyere nivå enn nødvendig, for å danne et; hydrostatisk trykk tilstrekkelig til å overvinne poretrykket i formasjonen som bores. Man har benyttet borevæske-egenvekter, eller bores.lamvekter, på 1,3 - 1,7 tonn/m^ ved boring i disse formasjoner, hvilket er mere enn den nødvendige borevæske-egenvekt som.skal til for å gi et større hydrostatisk trykk enn gasstrykket i disse formasjoner.

De stoffer som brukes for å .oppnå denne nedsatte filtreringshastighet er vanligvis kolloidale stoffer som stivelse, karboksymetylcellulose, eller vann-ettergivende leirer som bentonit. Disse stoffer sammen med de naturlige leirer som er dispergert i de høydispergerende vandige borevæsker som brukes i disse formasjoner, fører til et relativt høyt tørrstoffinnhold, f.eks. i området 12 -.18 % totalt tørrstoff i forbindelse med slamvekter på bare ca. 1,25 tonn/m-^.

Selv om de ovenfor nevnte driftsmetoder har vist seg

ganske effektive for regulering av mudringstendensen i Wolfcamp-skiferområdet, er det dessverre slik at alle disse forholdsregler øker omkostningene ved boringen. Viktigere er det at alle de ovennevnte faktorer, inklusive nedsatt filtreringshastighet, øket slamvekt og øket totalt tørrstoffinnhold, medfører en betraktelig senkning av bore- eller inntrengningshastigheten. Siden boreutstyret som brukes ved boring av slike borehull er kostbart, kan den økede tid som går med til å bore et hull til en bestemt dybde ha større virkning på den totale omkostning ved boringen enn de direkte utgifter til borevæske-kjemikalier. Dette vil vises klarere i spesielle praktiske eksempler som beskrives senere.

En del av dette probler: er omtalt i publikasjonen Oil

and Gas Journal, 29. mai 1972, "Nytt boreslam holder fast skiferen, muliggjør rask boring i Vest Texas" (New mud holds shales, allows fast drilling in West Texas), av Mr. John L. Kennedy. Artikkelen i dette tidsskrift omhandler erfaringene hos en boreoperatør i Vest Texas ved boring i Delaware-bassenget ved hjelp av en saltvannsholdig væske også inneholdende en hydrofil polysaccharidpolymer som synes å stabilisere Wolfcamp-skiferen til en viss grad.

I henhold til oppfinnelsen tilveiebringes det en "vandig borevæske omfattende en vandig fase og en dispergert f-ast fase, hvilken vandige fase omfatter kalsiumhydroksyd og et kaliumsalt med en opp-løselighet i vann større enn kalsiumhydroksyd, og aventuelt inneholdende oppløst natriumklorid og eventuelt fra 2,85-11,^5 kg/m^ hydroksyetylcellulose, og borevæsken karakteriseres ved at (1) nevnte vandige fase er mettet med henblikk på kalsiumhydroksyd og har en alkalitet på minst 0,2 rnl 0,02N svovelsyre pr. ml vandig fase ved titrering -mot fenolftalein, og (2) nevnte dispergerte faste fase omfatter tilstrekkelig attapulgitt og/eller asbest til å gi borevæsken en plastisk viskositet fra 5-20 centipoise, en flytgrense fra 5-^0 og et forhold mellom flytgrense og plastisk viskositet fra 0,25-1,0.

Piltratalkaliteten (antall milliliter 0,02N 1^0, s°ni kreves for titrering av 1 ml borevæskefiltrat til omslagspunktet for fenolftalein) er større enn 0,2 og fortrinnsvis større enn 0,5. 'P - verdien (total slamalkalitet, definert som antall ml 0,02N svovelsyre som medgår for titrering av 1 ml av slammet til fenolftaleinets omslagspunkt) bør ligge-mellom 10 og 30. P -verdien bestemmes hoved-sakelig av den mengde- overskudd eller■uoppløst kalsiumhydroksyd (kalkstein) som finnes i oppslemmingen. 1 kg/m'' kalsiumhydroksyd i-borevæsken vil gi ca. 1 ml slamalkalitet.

Det tilsettes ingen vannettergivende leire som bentonit (ofte kalt bentonitgel) til borevæsken, siden denne leire er uvirk-som i disse kjemiske omgivelser.- Det tilsettes intet filtreringsregulerende stoff, og filtreringshastigheten vil være minst 100, fortrinnsvis fra 100 til 200 ml målt etter standard A.P.I.-måle-forsøk.

Ved boring av olje- og gasshull i de geografiske områder hvor Wolfcamp-skifertyper finnes, slik som i Delaware-bassenget, er det vanlig praksis'å bruke saltvann som borevæske for boring av de første 1000-m, eller ned til et punkt hvor man antar å støte på vanskelige ustabile skiferdannelser. Det er fordelaktig å bruke denne topp-borevæske som det grunnlag hvorfra den skiferregulerende borevæske i henhold til foreliggende oppfinnelse fremstilles. Naturlig-vis kan den skiferregulerende borevæske i henhold til oppfinnelsen fremstilles ved å tilsette de aktuelle kjemikalier til ferskvann eller friskfremstilt saltvann. Det er ikke avgjørende, at basisvæsken som danner utgangspunktet for den nye borevæsken er mettet med natriumklorid, selv om det er et uvanlig trekk at en borevæske kan fremstilles enten av ferskvann eller mettet saltvann. Forøvrig er det praktiske fordeler ved å bruke mettet saltvann siden saltvann vanligvis er lett tilgjengelig på borefeltet og fordi saltvann ofte brukes for boring av toppen i borehullet.

Borevæsken ifølge oppfinnelsen fremstilles ved å tilsette vannet eller saltvannet fra ca. 2,85 - 28,5 kg/m^ kalsiumhydroksyd (kg/m^ borevæske) og fortrinnsvis fra ca. 8,5 — 17 kg/m-^ kalsiumhydroksyd. Siden dette utgjør eh mengde kalsiumhydroksyd som er betraktelig større enn den som kan oppløses i vann ved vanlig tempera-tur, vil det foreligge betraktelige mengder uoppløst kalsiumhydroksyd i væsken. Imidlertid er det et ønskelig trekk ved denne væsken at det finnes en del uoppløst kalsiumhydroksyd i oppslemmingen, siden uoppløst kalsiumhydroksyd virker som en kalsiumkilde og alkaliteten opprettholdes på det ønskede nivå slik at man oppnår den ønskede skiferstabilisering. Skiferstabilisering med dette system er en kjemisk reaksjon mellom borevæskens væskefase og skiferen som forbruker kalsium og "alkalitet" fra borevæsken, hvilken må erstattes ved oppløsning av

tidligere uoppløst kalsiumhydroksyd hvis den skiferbindende kjemiske evne skal opprettholdes.

Etter at oppslemmingen med kalsiumhydroksydet er blandet tilstrekkelig lenge til at man har oppnådd maksimal oppløsning av kalsiumhydroksyd i borevæsken, bestemmes kalsiuminnholdet i filtratet eller vannfasen. Dette er en standard metode som brukes innen oljeboringsteknikken når man bruker borevæske, og består i filtrering av en liten mengde borevæske for å få ut filtratet, eller vannfasen, som titreres med etylendiamin for måling av kalsiuminnholdet. For at borevæsken skal ha skiferstabiliserende egenskaper, må vannfasens innhold av oppløsélig kalsium ligge over ca. 200 deler pr. million (ppm) og fortrinnsvis over ca. 800 - 1000 ppm. Hvis innholdet av oppløselig kalsium målt etter tilsetning av fra 2,85 - 28,5 kg/m^ kalsiumhydroksyd er under 800 ppm, bør man tilsette fra ca. 0,7 - 2,85 kg/rn-^ vannopp-løselig kalsiumsalt som kalsiumklorid til borevæsken. Alle kalsium-salter med større oppløselighet i vann enn kalsiumhydroksyd vil være tilfredsstillende. Kalsiumsulfat, kalsiumnitrat, kalsiumacetat og kalsiumformiat kan brukes for å øke mengden oppløselig kalsium i filtratet, på samme måte som kalsiumklorid.

Pm-verdi en (Pmu(j - slamalkaliteten) er som nevnt definert som antall milliliter 0,02 N svovelsyre som medgår for titrering av 1 ml, ufiltrert borevæske til fenolftaleinets omslagspunkt. Dette er et mål på den totale slam-alkalitet, som omfatter både den oppløselige alkalitet og uoppløst kalsiumhydroksyd i oppslemmingen. For optimal ytelse av den aktuelle borevæske bør Pm eller slam-alkaliteten holdes mellom 5 og 20, fortrinnsvis mellom 10 og 15 ml 0,02 N svovelsyre.

Man opprettholder dette ved å tilsette ekstra kalsiumhydroksyd, og man har funnet at en tilsetning på ca. 2,85 kg kalkstein pr. m^ borevæske vil øke FL med ca. 3 nil.

m ■ Filtrat-alkaliteten eller P~ måles ved å ta en prøve av filtratet fra den ufiltrerte borevæske og titrere dette filtrat, eller vannfasen, med 0,02N svovelsyre. P^. defineres som nevnt som antall milliliter 0,02 N svovelsyre som medgår for titrering av l.ml borevæske-filtrat til fenolftaleinets omslagspunkt. P^ bør holdes på ca. 0,5 ml, og hvis P^ ligger lavere enn dette tilsettes tilstrekkelig natronlut til at Pf økes til over 0,5* Man bør tilsette natronlut forsiktig siden for store mengder natriumhydroksyd vil forandre den mengde opp-løselig kalsium som medgår for å oppnå tilstrekkelig skiferstabilisering. Det anbefales generelt at. man ikke tilsetter mer enn 0,7 kg natronlut pr. m^ borevæske pr. gjennomstrømning gjennom borehullet.

Etter at man har foretatt de ovennevnte kjemiske prøver og de nødvendige reguleringer for å bringe de kjemiske størrelser innenfor de beskrevne grenser, måles væskens reologiske egenskaper. Det er blitt standard praksis i forbindelse med borevæsker å måle dens reologiske egenskaper ved hjelp av et Fann VG-meter. Fann VG-meteret byr på en egnet metode til bestemmelse av to viktige størrelser ved-rørende boreslammets reologi, nemlig dets plastiske viskositet og flytegrensen. Apparatet avleses på en ikke-roterende sylinder som står konsentrisk til en annen sylinder som kan bringes til å rotere med forskjellige hastigheter. Det ringformede mellomrom mellom den faste og roterende sylinder fylles med prøve-borevæsken. Den plastiske viskositet måles ved å trekke avlesningen ved ^ 00 omdr./min. målt på Fann VG-meteret fra avlesningen målt ved 600 omdr./min., og utgjør

et mål som indikerer væskens' innhold av faststoff. Borevæsken i henhold til oppfinnelsen bør ha en plastisk viskositet i området 5-20, fortrinnsvis 6-12 centipoise (cp). Siden vanlige montmbrillohit-leirer som bentonit ikke vil hydratisere og gi bidrag til viskositeten i det kjemiske system i henhold til foreliggende oppfinnelse, må væskens flytegrense og plastiske viskositet bygges opp ved å tilsette en attapulgitleire, som fås i handelen under varemerket "Salt Gel" eller "Zeogel". De ønskede viskositetsegenskaper kan vanligvis oppnås ved å tilsette fra ca. 2,85 - 28,5 kg/m^ borevæske.

Flytegrensen måles ved å trekke den plastiske viskositet beskrevet ovenfor fra avlesningen ved 300 omdr./min. på Fann VG-meteret. Flytegrensen angir dispersjons- eller flokkulasjbnsgraden i systemet

og vil generelt ligge i området 5 - 4-0, fortrinnsvis 15 - 30* Hvis flytegrensen ligger under det ønskede området, bør mere attapulgit tilsettes. Hvis flytegrensen ligger høyere enn den angitte maksimums-verdi, bør det tilsettes tilstrekkelig vann eller saltvann til oppslemmingen slik at flytegrensen kan bringes tilbake til det ønskede område.

Man har funnet at den beste kombinasjon av høy borehastighet og hullrensende evne oppnås hvis forholdet mellom flytegrense og plastisk viskositet ligger mellom ca. 0,25 og 1,0. Dette synes å gi fremragende hullrensende egenskaper, holde væskens faststoff i suspensjon og medvirke til fysisk stabilisering av borehullet. Et forhold mellom flytegrense og plastisk viskositet på under 1,0 er et meget uvanlig trekk ved foreliggende borevæske, siden kjemiske borevæsker som brukes idag alltid har et forhold betraktelig større enn 1.

En annen standardprøve innen oljeboringsteknikken med borevæske er måling av filtreringshastigheten. En foreskrevet stan-dardprøve fra American Petroleum Institute (A.P.I.) brukes vanligvis i industrien. Filtreringshastigheten uttrykkes som antall milliliter filtrat som fås fra en prøve av borevæsken innenfor et gitt tidsrom ved påsetting av et trykk på 7 kg/cm^ på borevæsken. En kjemisk borevæske inneholdende bentonitleire og et vanlig dispergeringsmiddel som kalsiumlignosulfonat eller ferrokrom-lignosulfonat kan ha en filtreringshastighet eller A.P.I.-vanritap på 20 - 40 ml, og det er vanlig praksis i oljeindustrien og tilsette kolloidale stoffer som forhydrolysert stivelse eller karboksymetylcellulose til borevæsken for å redusere filtreringshastigheten ytterligere, og det er ikke uvanlig å finne filtreringshastigheter på fra 1 - 10 ml i borevæsker som brukes under boring av olje- og gasshull i USA. Foreliggende nye type borevæske betegner et klart avvik fra denne type borevæske-regulering. Filtreringshastigheten for den foreliggende borevæske vil vanligvis være fra ca. 100 - 200 ml eller mer, og det tilsettes intet kolloidalt stoff til den aktuelle borevæske for å redusere filtreringshastigheten. Man oppnår flere fordeler med en borevæske som har slik unormalt høy filtreringshastighet. Det er velkjent innen boreteknikken at en borevæske med høy filtreringshastighet vil Øke borehastigheten, dvs. den hastighet som meiselen kan trenge igjennom formasjonen med, under optimale forhold med hensyn på rotasjonshastig-het og meiselbelastning. Den nøyaktige grunn til dette forstår man ikke klart,, selv om man antar at etter hvert som borhodet eller meiselen borer seg ned i formasjonen danner meiselen stadig bruddstykker og biter under meiselen. Borevæsker som er behandlet slik at de har meget lave filtreringshastigheter vil ha tendens til å danne filterkaker på disse bruddstykker etter hvert som de dannes .og på denne måten nedsette trykkutjevningshastigheten mellom borevæsken og poretrykket i. boreformasjonen. Ved å holde en høy filtreringshastighet kan trykkene utjevnes hurtig og boregodset kan raskt gå inn i borevæsken og transporteres tilbake til overflaten, slik at borehodet kan komme i kontakt med nye formasjoner raskere. • Disse stoffer som reduserer filtreringshastigheten for borevæsker brukes ved boring av hull gjennom ustabile leirskifer-dannelser som Wolfcamp-formasjonen fordi man antar at filtrerings-additivet danner en filterkake som forsegler eller lukker sprekkdannelser i skiferformasjonen og således hindrer skiferen i å mudre seg ut i borevæsken. Siden den foreliggende nye type borevæske med skiferstabiliserende egenskaper benytter seg av en kjemisk stabilisering av skiferoverflaten, er det ikke ønskelig at borevæsken holdes utenfor disse sprekkdannelser. Ved å tillate lett adkomst for væsken i skiferboringens sprekkdannelser oppnås dybdeinntrengning og -stabilisering av disse løse formasjoner.

Det benyttes vanligvis ikke. noe fortynningsmiddel

i borevæsken med lavt faststoffinnhold ifølge oppfinnelsen. De. reologiske egenskaper opprettholdes innen de ovenfor beskrevne grenser ved bruk av vann og attapulgit-leire ettersom det er nødvendig. Denne borevæske er et :helt flokulert- system. Hvis det tilsettes et vanlig borevæske-dispergeringsmiddel, slik som., kalsium-lignosulfonat til denne borevæske, vil fluidpunktet og ■ den plastiske viskositet reduseres noe,, men filtreringshastighéteri - reduseres ikke. Hvis videre vanlige vanntap-additiyer slik som forhydrolysert stivelse eller karboksymetyl-cellulose tilsettes til slammet med lavt faststoffinnhold,•vil det resultere i'liten eller ingen reduksjon av filtreringshastigheten. Dette er spesielt' tilfelle hvis b<p>reslammet med lavt faststoffinnhold fremstilles i en mettet saltoppløsning. Dette er et heller, overraskende resultat, fordi stivelse.og karbbksymetylcellulose begge vil virke effektivt for. å redusere filtreringshastigheten i'en borevæske som ér mettet med natriumklorid, eller som har kalsiumnivå-for denne borevæske\ hvis .imidlertid borevæsken er mettet' ' med natriumklorid og har det høye kalsiumnivå-til en.skallregu-lerende borevæske, vil'materialene ikke.bevirke.reduksjon av filtreringshastigheten.. Det er imidlertid funnet at hydroksyetylcellulose effektivt vil redusere.filtreringshastigheten for

borevæsken med lavt faststoffinnhold. Bruken av et slikt materiale kreves vanligvis kun når det bores gjennom en porøs sand eller

en sandsten-formasjon, hvis porøsitet er:så høy at en borevæske med en filtreringshastighet. på fra ca. 100 til 200 ml vil gi en ugunstig tykk filterkake ved brønnboringen. Fra omkring 2,85 - 11,5 kg hydroksyetylcellulose pr. m borevæske er tilstrekkelig til å redusere filtreringshastigheten til omkring 10 ml.

Man har også funnet at fingranulert asbest kan brukes for å oppnå de ønskede viskositetsegenskaper hos borevæsken, og en blanding av asbest og attapulgitleire, alene eller sammen med hydroksyetylcellulose om nødvendig, gir også plastisk viskositet og flytegrense innenfor ønskede områder.

LABORATORIEEKSPERIMENTER

For nærmere å undersøke oppfinnelsens muligheter ved praktisk drift og bestemme de optimale forhold og konsentrasjoner for de forskjellige stoffer som brukes innen det foreliggende fore-slåtte system, gjennomførte man. en rekke laboråtorieprøver. Resultatene av de forutgående forsøk som finnes i tabell I nedenfor, angir at den ønskede konsentrasjon av kalsium i filtratet og alkalitet i filtratet kunne oppnås enkelt i belastet eller ubelastet ferskvann eller saltvann ved å tilsette 14 kg kalsiumhydroksyd pr. rr? borevæske, og i enkelte tilfelle å supplere denne behandling med kalsiumklorid. Forsøk nr. 1, 2 og 7»- hvor man benyttet 14,2 kg kalk pr. nP borevæske ga et filtrat-kalsiuminnhold pr. ca. 475 - 800 PPm. Man vil se at de ønskede viskositetsegenskaper ikke oppnås lett, imidlertid.

Den ønskede tilstand for borevæsken med lavt tørrstoff-innhold i flokkulert form bringes til uttrykk ved at forholdet, mellom plastisk viskositet og flytegrense er under 1. Man vil se at forsøk 1, 2 og 3 ikke oppfyller dette kriterium. Et forhold mellom plastisk viskositet og flytegrense på over 1 angir en dispergert oppslemmingo Den ønskede viskositet oppnås ved å tilsette 14,2 kg attapulgit pr. m^ væske og 14»2 kg asbest pr. m^ væske, som vist i forsøk nr. 4 og 5, eller 43 kg attapulgit pr. nP borevæske som vist i forsøk hr. f.

Montmorillonitleirer som bentonit vil ikke danne høyere viskositeter i de sterkt kjemiske omgivelser i foreliggende bore— væske, og videre er disse leirenes partikkelstørrelsesfordeling ikke ønsket i disse tilfelle. Dette vises av forsøk nr. 1 og 6 hvor forholdet mellom plastisk viskositet og flytegrense for væsker inneholdende bentonit er for høyt.

:'orts. tabell I

1. PV = plastisk viskositet, beregnet fra avlesninger på "Fann VG-meter" ved å trekke avlesningen målt ved omdr./min.■fra avlesningen målt ved 600 omdr./min. 2. FG = flytegrense, beregnet fra avlesninger på Fann VG-meter ved å trekke plastisk viskositet fra avlesningen ved 300 omdr./min.

3* pP£ V= forholdet mellom plastisk viskositet og flytegrense, som fås ved å dividere tallet i første kolonne med tallet i andre kolonne. En verdi på over 1 angir en dispergert og/eller høytørr-stoffholdig tilstand, mens et tall mindre enn 1 angir en tilstand med lavt tørrstoffinnhold i flokkulert tilstand.

4» Pf = filtrat-alkalitet, definert som antall milliliter 0,02 N

svovelsyre som medgår for titrering av 1 ml borevæske-filtrat til fenolftaleinets omslagspunkt.

5« Ca ppm = konsentrasjon av kalsiumion i borevæskefiltratet, uttrykt i deler pr. million, ppm.

Man gjennomførte en annen serie laboratorieforsøk for

å utvikle driftsparametere som kunne brukes på borefeltet og som skal beskrives senere, og disse data finnes i tabell II. Forsøk nr. 8 omhandlet en borevæske inneholdende natriumbentonittleiré, natrium-karbonat og en hydrofil polysaccharid-polymer i ferskvann. Prøve nr. 8 er ikke noe eksempel på en representativ sammensetning i henhold til foreliggende oppfinnelse, men heller en sammenligningsbore-væske som er typisk for de polymer-forbedrede bentonitt-borevæsker som brukes teknisk i Delaware-bassenget for stabilisering og regulering av Wolfcamp-skiferformasjonene. Dette er et system med lavt faststoffinnhold, men ikke noe flokkulert system, og har ikke de kalsium- og alkalitetsgrenser som karakteriserer borevæsken i henhold til foreliggende oppfinnelse. Prøve nr. 9 består av en ferskvanns-oppslemming inneholdende attapulgitt og kalkstein eller kalsiumhydroksyd, og som man vil se er dette et system med lavt faststoffinnhold i flokkulert system med det ønskede skiferregulerende filtrat-alkalitet og kalsiuminnhold. Forsøk nr. 10 omhandler en borevæske som i det vesentlige er identisk med væsken fra eksempel nr. 9 bortsettt fra at man har tilsatt 2,85 kg kalsiumklorid pr. m^ borevæske. Hoved-virkningen av kalsiumkloridet er det økede kalsiuminnhold i filtratet som vil øke skiferstabiliseringen. I forsøk nr. 11 har man tilsatt 14 kg attapulgittleire pr. m^ væske, 14 kg asbest pr. m^ væske og

14 kg kalsiumhydroksyd pr. m^ væske som er på basis av ferskvann.

Som man vil se gir disse 14 kg/rn-^ asbest i borevæsken en betydelig forbedring i den plastiske viskositet og forholdet mellom plastisk viskositet og flytegrense økes ikke. Prøve nr. 12 inneholder 14 kg natriumbentbnitt pr. m^ væske, 14 kg asbest pr. m^ væske, 14 kg kalsiumhydroksyd pr. m^ væske og 2,85 kg kalsiumklorid pr. m-^ væske, på basis av ferskvann. Prøve 12 skiller seg fra prøve 11 bare ved at det er brukt bentonittleire i stedet for attapulgittleire. Filtrat-kjemien ér i det vesentlige lik for begge prøver, men viskositetene er forskjellige. Siden bentonitt ikke virker smørende i disse kjemiske omgivelser, er den plastiske viskositet betraktelig lavere og forholdet mellom plastisk viskositet og flytegrense er høyere.

Prøve nr. 13 skiller seg fra de foregående 5 prøver i tabell II ved at den er sammensatt på basis av saltvann i en mengde på 1,1 tonn/m-^ væske, og dette er et saltvann som er i det vesentlige mettet med natriumkloridi Borevæsken besto av 14 kg attapulgittleire pr. m^, 14 kg asbest pr< m-^, 14 kg kalsiumhydroksyd pr. m^ og 2,85 kg kalsiumklorid pré m-' væske. Den dannede væske hadde et meget gunstig forhold mellom plastisk viskositet og flytegrense, og meget tilfredsstillende filtratégenskaper.

Ovennevnte laboratorieforsøk viste driftsmulighetene

for et system på basis av attapulgittleire eller en blanding av attapulgittleire og asbest for oppnåelse av de ønskede viskositetsegenskaper, og på basis av kalsiumhydroksyd og kalsiumklorid for oppnåelse av de ønskede skiferbindende egenskaper og filtratégenskaper. Man konkluderte også med at den skiferregulerende borevæske i henhold til oppfinnelsen kunne sammensettes på basis av ferskvann eller saltvann med like -gode resultater. Selv om man ikke syntes å oppnå noen driftsfordeler med saltvann som borevæskébasis, er det meget gunstig at det foreliggende kjemiske system kan brukes sammen med saltvann av flere grunner. Saltvann er ofte lett tilgjengelig på oljefeltet og det er vanlig praksis å bruke saltvann som borevæske i de første tusen meter borehull, slik at man oppnår betraktelige økonomiske fordeler ved å bruke saltvann som basis for sammensetning av den skiferbindende borevæske i henhold til oppfinnelsen.

Man gjennomførte en annen serie eksperimenter for å finne om filtreringshastigheten for borevæsken i henhold til oppfinnelsen kunne reduseres med de vanlige vanntaptilsetninger til borevæsker. Resultatene som fremgår av tabell III nedenfor viser at forhydrolysert stivelse, karbpksymetylcellulose og kromlignin har liten virkning på filtreringshastigheten. Hydroksyetylcellulose er det eneste stoff som er prøvet som i tilstrekkelig grad reduserer filtreringshastigheten. Man fant at behandling av foreliggende borevæske med et teknisk dispergeringsmiddel og natronlut var nødvendig for å regulere borevæskens viskositet.

i1 «J O tj » 4

FELTFORSØK

Man gjennomførte feltboring basert på informasjon fra de ovenfor beskrevne laboratorieprøver, beregnet for bruk i M.L. Baily Gas Unit nr. 1, som ble boret i Gomez-feltet, Pecos County, Texas.

De første 36OO m av boringen ble foretatt med en saltvannsborevæske med lav spesifikk vekt, uten andre tilsetninger. Umiddelbart før boring ned i Wolfcamp-skiferdannelsen ble den samme borevæsken behandlet med kalsiumklorid og overskudd av kalsiumhydroksyd. Visko-sitetsegenskapene ble målt og viste seg å være egnet for hullet som skulle bores. Derfor ble hverken leire eller asbest tilsatt til væsken på dette tidspunkt. Typiske borevæske-egenskaper finnes i tabell IV som inneholder målinger foretatt på borestedet med ca.

en ukes mellomrom. Man foretok bare viskositetsmålinger ved hjelp av Marsh-trakt og tallene ér oppført målt i sekunder.

Den ovenfor beskrevne behandlede saltvannsborevæske ble brukt til man støtte på problemer ved boringen i en dybde på ca. 438O m. På dette punktet besluttet man å forbedre væskens viskositetsegenskaper ved å tilsette asbest og attapulgittleire. Barium-sulfat eller baritt ble også satt til borevæsken for å øke dens egenvekt eller sølevekten, til 1,32 tonn/m-^. Typiske borevæske-egenskaper er oppført i tabell V, målt etter ca. en måneds boring.

Denne borevæske ble beholdt under resten av forsøkene som ble avsluttet i en dybde på 56OO m. Man støtte ikke på noe uvanlig med hensyn på boreproblemer, 'under prøvene. I alle forsøk med borevæske oppført i tabell V og VI ble filtreringshastigheten målt med mellomrom og funnet å være over 200 ml målt etter standard A.P.I.-metode for måling av "vanntapet". Dette tallet er ikke oppført i tabellen fordi det er vanskelig å måle filtreringshastigheten nøy-aktig når den er høy. Man tilsatte ingen stoffer til felt-borevæske-systemet i forsøk på å regulere filtreringshastigheten, og man støtte ikke på problemer som kunne skyldes at man brukte en borevæske med så unormalt høy filtreringshastighet. En borevæske med så høy filtreringshastighet ville ikke kunne brukes i et geografisk område hvor man visste det fantes formasjoner med høy permeabilitet, selv om den foreliggende borevæske med lavt tørrstoffinnhold kan brukes med hell hvis den behandles med hydroksyetylcellulose for nedsettelse av filtreringshastigheten.

Det oljefeltet hvor man foretok disse boringer med den foreliggende borevæske i henhold til oppfinnelsen, var et område hvor det forøvrig også foregikk betraktelig boreaktivitet samtidig. Fire andre borehull ble boret i det umiddelbart omliggende området, hvorav tre benyttet en ferskvannsborevæske tilsatt polysaccharid-polymer og bentonitt, og et hull brukte en borevæske på oljebasis, eller vann-i-olje emulsjon. Omkostningene ved boringen samt borehastigheten og materialer som ble brukt ved boringene gjennom Wolfcamp-skiferlaget er tilgjengelig og er oppført i tabell VI nedenfor. Man vil se at bentonitt-borevæsken tilsatt polymer, som ble brukt for boring av tre borehull i umiddelbar nærhet av det foreliggende, oppviste en midlere borevæske-utgift på 5,84 $ pr. fot, og vann-i-olje emulsjonen som borevæske viste en borevæske-omkostning på 8,50 / pr. fot boret

1 o o 0 / 4

skifer. Man vil se at den skiferstabiliserende borevæske i henhold til oppfinnelsen viste en materialomkostning på 3>33$ Pr* ^ ot boret skiferformasjon, hvilket er meget gunstig sammenlignet med de andre tallene. Likeledes var borehastigheten for polymer-bentonitt-væsken 1,70 m/time, og borehastigheten for vann-i-olje emulsjonsvæsken 1,46 m/time. Borevæsken i henhold til oppfinnelsen ga en midlere borehastighet gjennom skiferformasjonen på 2,03 m/time. Dette er igjen meget gunstig sammenlignet med resultatene fra de fire borehull i samme området og gjennom samme Wolfcamp-skiferformas ion.

Det er således vist både ved laboratorieeksperimenter

og bruk på oljefeltet at anvendelse av skiferstabiliserende borevæske med lavt faststoffinnhold i henhold til oppfinnelsen, med en konsentrasjon av oppløselig kalsium i filtratet på over 200 ppm, og fortrinnsvis over 1000 ppm, en filtrat-alkalitet på over 0,2 og fortrinnsvis over 0,5 ml 0,02 N svovelsyre og inneholdende overskudd av eller uoppløst kalsiumhydroksyd, og videre med et forhold mellom plastisk viskositet og flytegrense på under 1, samt en filtreringshastighet på over 100 ml målt ifølge A.P.I.-standardprøve for "vanntap", med fordel kan brukes for boring av borehull i ustabile leir-skif erf ormas joner som Wolf camp-Pennsylvania-skif erområdet med minimal*-vanskeligheter, uvanlig lave borevæskeomkostninger pr. meter borehull og høy borehastighet gjennom skiferområdet. Selv om det er vist en rekke forskjellige utførelser av oppfinnelsen i foreliggende

beskrivelse, kan det tenkes mange modifikasjoner og variasjoner for fagfolk på boreområdet, som vil falle innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (2)

1. ' Vandig borevæske omfattende en vandig fase og en dispergert fast fase, hvilken vandige fase omfatter kalsiumhydroksyd og et kalsiumsalt med en oppløselighet i vann større enn kalsiumhydroksyd, og eventuelt inneholdende oppløst natriumklorid og eventuelt fra 2,85-11,^5 kg/m^ hydroksyetylcellulose, karakterisert ved at

(1) nevnte vandige fase er mettet med henblikk på kalsiumhydroksyd og har en alkalitet på minst 0,2 ml 0,02N svovelsyre pr. ml vandig fase ved titrering mot fenolftalein, og

(2) nevnte dispergerte faste faste omfatter tilstrekkelig attapulgitt og/eller asbest til å gi borevæsken en plastisk viskositet fra 5-20 centipoise, en flytgrense fra 5 — ^0 og et forhold mellom flytgrense og plastisk viskositet fra 0,25-1,0.

2. Borevæske ifølge krav 1, karakterisert ved at den dispergerte faste fase også omfatter et overskudd av ikke-oppløst kalsiumhydroksyd.