NO146434B - Borevaeske bestaaende av vann, bentonittleire og en polymer, og anvendelse av borevaesken ved boring av en broenn - Google Patents
Borevaeske bestaaende av vann, bentonittleire og en polymer, og anvendelse av borevaesken ved boring av en broenn Download PDFInfo
- Publication number
- NO146434B NO146434B NO771319A NO771319A NO146434B NO 146434 B NO146434 B NO 146434B NO 771319 A NO771319 A NO 771319A NO 771319 A NO771319 A NO 771319A NO 146434 B NO146434 B NO 146434B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- polymer
- bentonite
- drilling fluid
- drilling
- viscosity
- Prior art date
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims description 101
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims description 90
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims description 82
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 title claims description 74
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 title claims description 74
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-PWCQTSIFSA-N Tritiated water Chemical group [3H]O[3H] XLYOFNOQVPJJNP-PWCQTSIFSA-N 0.000 title 1
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 73
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 claims description 46
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 37
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 33
- 229920001495 poly(sodium acrylate) polymer Polymers 0.000 claims description 14
- NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M sodium polyacrylate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)C=C NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 14
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 4
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims description 3
- TXTCTCUXLQYGLA-UHFFFAOYSA-L calcium;prop-2-enoate Chemical group [Ca+2].[O-]C(=O)C=C.[O-]C(=O)C=C TXTCTCUXLQYGLA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 24
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 19
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 18
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 10
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical class COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 8
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 7
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 5
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004133 Sodium thiosulphate Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000004181 pedogenesis Methods 0.000 description 2
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L sodium thiosulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=S AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 235000019345 sodium thiosulphate Nutrition 0.000 description 2
- RNIHAPSVIGPAFF-UHFFFAOYSA-N Acrylamide-acrylic acid resin Chemical compound NC(=O)C=C.OC(=O)C=C RNIHAPSVIGPAFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004160 Ammonium persulphate Substances 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 239000004159 Potassium persulphate Substances 0.000 description 1
- VEUACKUBDLVUAC-UHFFFAOYSA-N [Na].[Ca] Chemical compound [Na].[Ca] VEUACKUBDLVUAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019395 ammonium persulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 229940043430 calcium compound Drugs 0.000 description 1
- 150000001674 calcium compounds Chemical class 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZZZOJZZZSSIONA-UHFFFAOYSA-L calcium prop-2-enoate prop-2-enoic acid Chemical compound C(C=C)(=O)O.C(C=C)(=O)[O-].[Ca+2].C(C=C)(=O)[O-] ZZZOJZZZSSIONA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- BNBRQOLNMPCXKZ-UHFFFAOYSA-N calcium;prop-2-enoic acid Chemical compound [Ca].OC(=O)C=C BNBRQOLNMPCXKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L persulfate group Chemical group S(=O)(=O)([O-])OOS(=O)(=O)[O-] JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000019394 potassium persulphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003878 thermal aging Methods 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/02—Well-drilling compositions
- C09K8/04—Aqueous well-drilling compositions
- C09K8/14—Clay-containing compositions
- C09K8/18—Clay-containing compositions characterised by the organic compounds
- C09K8/22—Synthetic organic compounds
- C09K8/24—Polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
- C08K3/346—Clay
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Fire-Extinguishing Compositions (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Description
Oppfinnelsen vedrører en borevæske, mer spesielt
en høyeffektiv borevæske inneholdende bentonittleire og mer enn ca. 7% av et partielt kalsiumsalt av polyakrylsyre og/eller et partielt kalsiumsalt av natriumpolyakrylat nøytralisert med kalsium i en mengde mindre enn 15%. Polymeren muliggjør at borevæsken når en høy viskositet med meget lavt bentonittinnhold for å tilveiebringe en borevæske méd en effektivitet på mer enn 500 fat pr. tonn bentonitt. Det er i det følgende benyttet den av fagfolk anvendte enhet "fat", idet 1 fat svarer til 119,24 liter.
Borevæske benyttes i boring av brønner for utvinn-ing av olje, gass eller vann. Praksis er å resirkulere et fluidum kalt "boreslam" ned gjennom et hult borerør gjennom fronten av borehodet og oppad gjennom borehullet. Boreslammet tjener til å avkjøle og smøre drillboret og heve boreavfallet til overflaten og å tette sidene av brønnen for å hindre tap av vann
og borevæske inn i formasjonen som omgir borehullet. Boreslammet må ha både egnet viskositet og noen grad av gelering for å bære boreavfallet til overflaten, over en sikt å fjerne større deler og å fjerne sand i et avsetningsbasseng.
Bentonitt er det mest brukte fortykningsstoff.
1 Faststoffinnholdet av en typisk vannbasert borevæske er i området på 5-7% bentonitt, idet resten er vann, kjemiske tilsetninger og finfordelt boreavfall. Endelig har bruk av borevæske med lavt faststoffinnhold øket i brønnboring på grunn av de økede hastigheter som kan oppnås derved. Vanligvis, jo lavere konsen-trasjonen av kolloidalt faststoff er, desto hurtigere er bore-hastigheten. Imidlertid må boreslammet ha en minimumsgrad av viskositet og gelering for å føre boreavfallet til overflaten. Det er derfor et primært mål ved fremstilling av en borevæske
å oppnå et fluidum som har den nødvendige viskositet og gelering med minimal mengde av kolloidale faste stoffer.
En forbedring ved bruk av borevæske med lavt faststoffinnhold oppnås ved tilsetning av polymerer og kopolymerer for kraftig å peptisere bentonitten i væsken. Noen av disse polymerer har gitt en fordobling eller til og med en tredobling av normalviskositeten av bentonittborevæsken for å oppnå godtagbar viskositet og gelatinkarakteristikk ved et bentonittinnhold til-svarende et utbytte på minst 270 fat pr. tonn bentonitt. U.S.patenter nr. 3.558.545 og 3.323.603 omtaler at tilsetningen av en kopolymer av akrylsyreakrylamid kan bevirke et maksimalt bentonittutbytte på ca. 267 fat pr. tonn.
Disse typiske tidligere kjente borevæskeblandinger oppnår høyere utbytter ved godtagbar viskositet og gelatin-eringsnivå, tilsettes de polymere generelt i meget lav kon-sentrasjon, eksempelvis ca. 1% eller mindre, dvs. ca. 2\ kg polymer bevirker virkelig en minskning av viskositeten.
Tilsetningen av polymerer til en borevæske bevirker først en økning i viskositeten når den tilsettes til bentonitt. I ytterligere tilsetning av polymer, faller viskositeten samtidig med utfelling av polymer. Dette skyldes det faktum at polymeren blir et flokkuleringsmiddel istedenfor et dispergeringsmiddel for bentonitt. Istedenfor å øke gela-tineringskarakteristikken av bentonitt og så øke viskositeten, bevirker polymeren at det dannes utfelling,og viskositeten og geldannelsesegenskapene av borevæsken går ned.
Økning av viskositets- og geldannelsesegenskaper i borevæsken er meaet ønskelig av flere grunner. Ved å øke viskositeten og geldannelsesegenskapene av borevæsken kreves mindre faststoffer ved å fremstille en borevæske som har de samme løfteegenskaper som et fluidum inneholdende en meget høy prosent bentonitt. Med mindre faststoff i boresammen-setningen økes borkronens levetid. Øket borkrone-levetid til- - veiebringer besparelser både i utgifter til borekrone og i arbeidet, da det ikke er nødvendig å skifte borkrone så ofte. Øket levetid for borkronen kan være hovedfordelen. Videre er det nødvendig med en lavere prosentsats med dyr kolloidal bentonitt.
De typiske patenter tilhørende teknikkens stand på området som åpenbarer tilsetning av en polymer til en bentonittborevæske for å øke viskositeten og geldannelsesegenskapene angir at det er en minimal og en maksimal mengde av polymer som er nyttig i et boreslam. Dette er riktig enten polymeren settes til bentonitten eller settes til borevæsken inneholdende bentonitt.
Det er en god grunn for at det tidligere angis et spesielt prosentområde, hvori polymertilsetningen er effektiv. Under det minimum som angis har polymeren tydeligvis ingen innvirkning på bentonittens viskositets- og geleringsegenskaper. Innen dette området er virkningen god. Når mere polymer tilsettes, er det tydelig tap i viskositet og geleringsegenskaper. Tidligere ble det derfor anbefalt å benytte meget små mengder av polymer - for det meste alltid mindre enn 5%. Fallet i viskositet og gelatinering har bevirket at brukeren stopper polymertilsetningene.
En annen grunn til at det tidligere ikke ble tilsatt mer enn ca. 5% polymer er at det ble antatt at en spe-siell minimumsmengde av bentonitt pr. fat var nødvendig for å hindre uønsket fluidumtap til den omgivende formasjon.
En senere forbedring er bruk av polymerer alene for å fortykke vann for bruk som brønnborefluidum. Vanskeligheten med disse fluida er at på grunn av de store vannmengder og på grunn av de spesielle polymerer som anvendes er en meget høy grad av vanntap og borevæske gjennom den omgivende jordforma-s jon.
En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en ny og forbedret borevæske for å føre boreavfall til overflaten av en brønn.
En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en meget effektiv bentonitt-borevæske som har en viskositet, et vanntap og geleringsegenskaper som et bentonitt-fluidum som inneholder meget mere bentonitt.
En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en ny og forbedret borevæske som har et lavere faststoffinnhold enn i hittil kjente borevæsker.
En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en anvendelse av borevæsken ved boring av
en brønn under anvendelse av en borekrone.
En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en ny og forbedret borevæske som har et lavere faststoff innhold enn tidligere kjente borevæsker, men samtidig oppnå: et filtrattap som er lavere enn for borevæsker som har 4-5 ganger mere faststoff.
Oppfinnelsen vedrører altså en borevæske som består av vann, bentonittleire og en polymer som er effektiv ved å øke viskositeten av en bentonittleire-vannsuspensjon idet væsken er karakterisert ved at polymeren er et partielt kalsiumsalt av natriumpolyakrylat, et partielt kalsiumsalt av polyakrylsyre og blandinger herav, idet polymeren har 1 - 15% kalsiumakrylatgrupper og polymeren er tilstede i en mengde på 7-50 vekt-% basert på den totale tørrvekten av bentonitt, mens hver polymer, når den tilsettes til vann i en mengde på 1 vekt-% har en viskositet større enn ca.
10 cP.
Det kan ikke bare oppnås et utbytte på 670 eller flere fat av borevæske pr. tonn bentonitt, men det er funnet at ved polymer innhold på 7 - 50% er filtrattapet vesentlig nedsatt. Et utbytte på 500 fat borevæske pr. tonn bentonitt kan lett oppnås med et partielt kalsiumsalt av polyakrylsyre eller et partielt kalsiumsalt av natriumpolyakrylat eller blandinger herav. Graden av partiell kalsiumnøytrali-sering skal være i området 1 - 15%. For å oppnå den fulle fordel ved foreliggende oppfinnelse bør mengden av kalsium-nøytralisering være minst 2% og fortrinnsvis minst 3%. Tidligere har en polymer aldri blitt satt til en borevæske i en slik stor mengde.
Ved å tilsette 7 - 50% basert på den totale vekt av bentonitt av en polyakrylsyre eller natriumpolyakrylat-polymer nøytralisert til kalsiumakrylat i en mengde i området på 1 - 15%, kan det oppnås en utmerket borevæske med meget lavt faststoffinnhold, som viser et 30 minutters filtrattap så lavt som for borevæsker med fem ganger så høyt faststoffinnhold. Til å begynne med bevirker tilsetning av polymer i en mengde under det som angis tidligere en nedgang i viskositeten som vist i tabell I. Derimot oker overraskende ytterligere polymer tilsetning av partielt kalsiumsalt viskositeten betraktelig mer enn polyakrylsyre (tabell I).
Tabell I.
Viskositebsendringer som funksjon av polymeroppladning. Basisfluidum: 5 kg pr. fat Wyoming bentonitt. Partielt kalsiumsalt av Tilsynelatende natriumpolyakrylatnivå viskositet i cP ( kg/ bonn bentonitt)<*>;<*> Polymer A som omtalt under tabell III.
Som vist i tabell I går viskositeten av borevæsken ned ved tilsetning av ytterligere polymer etter å ha nådd en topp mellom 1 - 2,5 kg polymer pr. tonn bentonitt og begynner ikke å øke inntil tilsetning på mellom 25 og 50 kg polymer pr. tonn bentonitt. Topp-viskositeten nådd ved en lav nivå, polymertilsetning nås ikke igjen før mellom 75 og 125 kg polymer pr. tonn bentonitt er tilsatt. Slike høye nivåer av polymertilsetning til en bentonitt-borevæske kan tilveiebringe en borevæske med ekstremt lavt faststoffinnhold som har en hvilket som helst ønsket viskositet uten å bevirke en vesentlig nedgang i viskositeten ved ytterligere polymertilsetning .
Det er funnet nødvendig å tilsette 7 - 50% polymer (basert på den totale vekt av bentonitt) for å nå den viskositet som er oppnåelig ved meget lave polymerinnhold.
Nivået av polymertilsetningen bør være større enn ca. 10 vekt-% og fortrinnsvis større enn 20 vekt-%, basert på den totale bentonittvekt, for å få full økonomisk fordel av et slikt høypolymerinnhold for å oppnå viskositeter høyere enn visko-sitetene som er oppnåelige ved tidligere kjente borevæskeblandinger.
Polymer som er anvendelige i utøvelse av foreliggende oppfinnelse settes til bentonitt-vann-borevæsken i en mengde på 7 - 50 vekt-% basert på bentonittvekten. Bentonitten kan benyttes i mengder så lave som ca. 1,75 kg pr. fat.
Denne polymerprosent er ikke antydet i de tidligere nevnte patenter (f.eks. U.S.Patent nr. 3.558.545, spalte 5) da høyt innhold av polymer gir en borevæske med en lav viskositet.
De partielle kalsiumsalter av akrylsyre og partielle kalsiumsalter av natriumpolyakrylat benyttet ifølge oppfinnelsen skal ha en viskositet større enn ca. 10cP, når de settes til vann i en mengde på 1 vekt-%. Fortrinnsvis skal den 1%-ige oppløsningen av polymerer i vann ha en viskositet i området på 25 - 50 cP.
Det er funnet at det partielle kalsiumsalt av polyakrylsyre og det partielle kalsiumsalt av natriumpolyakrylat er spesielt godt egnet for å øke viskositeten og gelerings-egenskapene når de tilsettes i mengder på 7 - 50 vekt-%.
basert på den totale bentonittvekt.
Tilsetningen av den polymere i en slik høy prosentsats muliggjør fremstillingen av en borevæske som har en hvilken som helst ønsket viskositet og gelatineringsegenskap-er med egnet valg av mengden av polymer og bentonitt. Det er funnet to andre meget uventede og ønskelige karakteristika av en borevæske som har en slik høy grad av polymer innhold. For det første er tap av væsken til omgivelsesformasjonen nedsatt ved tilsetning, av polymer og for det annet forbedres uventet borevæsken ved varmealdring når borevæsken benyttes, spesielt med hensyn til filtrattap.
Borevæsken oppnår helt uventede resultater med hensyn til filtrattap til omgivende jordformasjoner. Ved tidligere borevæsker ligger det endelige filtrattap av sammen-setningen mellom filtratet som ville tapes med bentonitt alene og det som ville tapes med polymer alene. Det er funnet at når store mengder av polymer settes til bentonitt-vann-borevæske, er det endelige filtrattap omtrent halvparten av det som oppnås ved bentonitt-vann-suspensjon alene. Dette er vist i tabell II nedenfor.
For det meste danner kommersiell bentonitt, av ikke-borefluidkvalitet, i det generelle området 60 - 80 fat av fluidum pr. tonn. Boreslam-kvalitet-bentonitt gjennomsnitt-lig ca. 100 fat pr. tonn og "høy-effektiv"-bentonitt peptisert med optimalt nivå av polymer oppnår 200 fat pr. tonn. Det er tydeligvis umulig å oppnå ca. 275 fat pr. tonn utbytte med noen kjent polymer på basis av de lave tilsetninger som benyttes ved tidligere kjente modifiserte bentonittmetoder. Det er ikke noe problem lett å utvikle 400 - 500 fat pr. tonn. Da dette er 1/5 av normal bentonittinnhold, skulle det ventes å oppnå fem ganger større filtrattap. Bentonitt i seg selv ville ha et filtrattap på over 50 cm ved måling ifølge API Recommended Procedure 29. Polymeren bidrar faktisk
inten til filtrattap og når den benyttes alene gir den et filtrattap på over 50 cm 3 API. Allikevel, når de to bestanddeler blandes sammen, med 7 - 50 % polymer, opptrer en vekslevirkning og filtrattapet faller til ca.
20 cm 3 som vist i tabell II, når polymeren er en lik vektblanding av partielt kalsiumsalt av polyakrylsyre (Polymer A - under tabell III) og det partielle kalsiumsalt av natriumpolyakrylat (Polymer B - under tabell III). Det er ingen fornuftig forklaring på dette.
Filtrattap til formasjonen er kritisk. Høyt filtrattap indikerer at en tykk, gelatinert film av bentonitt-faststoff vil dannes i det indre av borehullet, hvilket bevirker friksjon mot det roterende borerør. Av denne grunn er det vanlig å benytte relativt store mengder bentonitt tilsatt modifiserte celluloser for å redusere filtrattap til den lavest mulige grad. Modifiserte celluloser er ikke nød-vendige når et partielt kalsiumsalt. av polyakrylsyre eller av natriumpolyakrylat tilsettes i den angitte mengde. De kan imidlertid tilsettes hvis nødvendig.
Det er funnet at borevæskene ifølge oppfinnelsen som gir 400 - 670 fat borevæske pr. tonn bentonitt har filtrattap som er lavere enn for borevæsker med normalt 200 fat pr. tonn bentonitt. Med normal boreslambentonitt benyttet ved ca. 6% faststoff innhold i vann, vil filtrattapet rutine-messig ligge rundt 13,0 cm-4 • En ekvivalent borevæske med hensyn til viskositet og gelkarakteristikker kan oppnås med bare 3% faststoffer. Da bentonittnivået er halvert, er filtrattapet stort sett fordoblet proporsjonalt med bentonittfast-stoffet i suspensjon. Ved en 15 cP borevæske ved dette innhold i vann oppnås et utbytte på 400 - 670 fat pr. tonn borevæske fra ett tonn bentonitt. En grad på 400 - 670 fat pr. tonn væske har bare 1,75 - 2,5 kg bentonitt i ett fat vann.
Et mål på effektiviteten av den anvendte polymer til å utvikle 500 fat polymer-bentonitt-fluidum er den indre viskositet av polymer og vann. En 1% suspensjon av polymer og vann skal ha en viskositet i overkant av 10 cP ved optimalt ca. 30 cP.
Den optimale partielle kalsiumsaltpolymer er en som har høy molekylvekt, hvilket vises ved høy viskositet i vann-oppløsning. "Høy viskositet" betyr en viskositet over 25,0 cP i en 1%-ig suspensjon av polymer og vann. Lavere viskosi-tetspolymerer ned til ca. 10 cP kan også benyttes. Tilleggs- polymerprosenter er nødvendig når det benyttes lavere visko-sitetspolymerer for å oppnå det nødvendige mål på 500 fat pr. tonn av borevæske med lavt filtrattap. Det kreves derfor mer enn ca. 7% polymer basert på den totale vekt av bentonitt tilstede i boreslammet. Den foretrukne polymer er et partielt kalsiumsalt av polyakrylsyre.
Forskjellige kombinasjoner av polymer og bentonitt ble undersøkt på væsketap ved hjelp av API Recommended Procedure 29. Det ble funnet at ingen bestanddel alene er istand til å gi en egnet borevæske når den benyttes i kombinasjonen. Men kombinasjonen viser høy viskositet, lavt faststoff og lavt filtrattap som vist i tabell III.
Polymer A (alle mengder i vektdeler): 1,0 del av kalsiumklorid oppløses i 50 vektdeler konsentrert akrylsyre. Deretter tilsettes under omrøring 0,5 deler ammoniumpersul-fat i 20 deler vann og 1,0 del natriumtiosulfat i 20 deler vann. Oppløsningen oppvarmes deretter til begynnende polymerisering som vises ved en viskositetsøkning. 37 deler natriumkarbonat tilsettes deretter for nøytralisering. Opp-løsningen oppvarmes deretter til ca. 100°C for å fordampe overskytende vann. Den resulterende tørre polymer pulveriseres deretter.
Polymer B (alle deler i vektdeler): 1,0 del av kalsiumklorid oppløses i 50 deler konsentrert akrylsyre. Deretter tilsettes 0,25 deler kaliumpersulfat i 25 deler vann og 0,5 deler natriumtiosulfat i 25 deler vann under omrøring. 37 deler natriumkarbonat tilsettes deretter for nøytraliser-ing. Oppløsningen oppvarmes deretter til ca. 100°C for å fordampe overskytende vann. Den resulterende tørre polymer pulveriseres deretter.
(::>
0,05 kg pr. m 2av borerorareal.
Noen av disse bentonittpolymer-kombinasjoner ble deretter undersøkt, idet det ble benyttet forurenset vann som vist i tabell IV.
Den foretrukne polymer fremstilles ved å omsette akrylsyre med mellom 3 og 10 mol-% kalsiumklorid for å danne et partielt kalsriumsalt. Dette danner den blandede kalsiumakrylat-akry lsyrerronomer . Monomeren polymer iser es deretter med et oppløselig persulfat og/eller et oppløselig tiosul-
fat på i og for seg kjent måte. Når polymeriseringen er av-sluttet, synlig ved avslutning av en eksoterm reaksjon og en forandring i væskeviskositet, nøytraliseres det eksempelvis med kaustisk soda, natriumkarbonat eller natriumbikarbonat. Produktet, natriumkalsiumpolyakrylat, blandes deretter med bentonitt.
Som et alternativ kan man begynne med akrylonitril, overføring av dette produkt til polyakrylnitril i form av et hvitt uoppløselig produkt og deretter overføring til et poly-akrylsalt ved hydrolyse med natriumhydroksyd, kalsiumoksyd eller natriumkarbonat på kjent måte. Ved fremstilling av det partielle kalsiumsalt settes kalsiumklorid under polymerisasjon-en til i mengder fra 1-15 vekt-% av den støkiometrisk nød-vendige mengde for hel nøytralisering av akrylsyren. Ved å benytte lavt nivå av kalsiumklorid er det mulig å fremstille det partielle kalsiumsalt og regulere de resulterende egenskaper av viskositet og filtrattap.
Under eller etter polymerisering nøytraliseres sluttproduktet med alkali som natriumkarbonat, fordampning av overskytende vann ved egnede innretninger og maling av den endelige polymer inn i blandingen. Istedenfor å tørke den endelige polymer kan den gummiaktige polymervæske settes til tørr leire og de to materialer kan males sammen gjennom en mølle.
Det partielle kalsiumsalt av natriumpolyakrylat
kan også fremstilles ved partiell omsetning av akrylsyremono-mer med en vannoppløselig kalsiumforbindelse for å danne blandet kalsiumhydrogenakrylat. De partielle kalsiumsalter er bedre enn de rene polyakrylsyrer og polyakrylater med hensyn til utvikling og utbytte og filtrattap når de tilsettes i en mengde på 7 - 50 vekt-% basert på bentonittvekten.
Polyakrylsyre ble nøytralisert med kalsium i vari-erende grad, idet fremgangsmåten angitt for fremstilling av polymer A angitt under tabell III ble fulgt. Resultatene av forskjellig nivå av tilsetning av partielle kalsiumsalter av polyakrylsyre er vist på tegningen. Som det viser seg når kalsiumsaltet får over 20% polyakrylsyre, blir polymeren vesentlig uoppløselig og blir relativt ubrukelig
som høypolymertilsetning. Ved eller under ca. 15% kalsiumnøy-tralisering oppviser det partielle kalsiumsalt av polyakrylsyre, det partielle kalsiumsalt av natriumpolyakrylat og blandinger herav tydelig høyere viskositeter og markant lavere filtrattap enn både polyakrylsyren og det fullstendige kalsiumsalt av polyakrylsyre ved innhold på 7 - 50% basert på bentonittvekten.
For å oppnå de data som er angitt i tabell V ble det partielle kalsiumsalt av polyakrylsyre fremstilt på samme måte som fremstillingen av polymer A angitt under tabell III. Det fullstendige kalsiumsalt ble fremstilt på samme måte som fremstillingen av polymer A som angitt under tabell III med det unntak at det ble benyttet en støkiometrisk mengde av kalsiumklorid for omsetning med konsentrert akrylsyre. Polyakrylsyrepolymeren ble fremstilt på samme måte som fremstilling av polymer A som angitt under tabell III med det unntak at kalsiumklorid ikke ble tilsatt for omsetning med konsentrert akrylsyre.
Polymerene som fremstilles på denne måte ble hver individuelt tilsatt til bentonitt-vann-blandinger inneholdende 10,0 g bentonitt og 350 g vann og blandet med en agi-tator med 11.500 omdr./min. Viskositeten av hver sammenset-ning fremstilt således ble bestemt umiddelbart etter omrør-ing. Polymerene ble hver satt til i de angitte mengder.
Ved å øke mengden av det partielle kalsiumsalt av polyakrylsyre fra 4% pr. tonn bentonitt til 8%, økes, som vist i tabell V, viskositeten av den vandige bentonittborevæske med 100%, mens den samme økning i mengden av tidligere kjent polyakrylsyrepolymer øket viskositeten av borevæsken med bare 53,3% og øket viskositeten av borevæske inneholdende fullstendig kalsiumsalt av polyakrylsyre med bare ca. 7,7%.
Fordobling av mengden av hver av disse polymerer til 16% øket viskositeten av borevæsken inneholdende det partielle kalsiumsalt av polyakrylsyre fra 15 til 38 cP,
men øket viskositeten av borevæsken inneholdende polyakrylsyre bare fra 11,5 til 17 cP og nedsatte viskositeten av borevæsken inneholdende det fullstendige kalsiumsalt av polyakrylsyre fra 6,5 til 5,5 cP.
Dobling av mengden av hver av disse polymerer fra 16% til 32%, øket viskositeten av borevæsken inneholdende det partielle kalsiumsalt av polyakrylsyre fra 38 til 86,5 cP, men øket viskositeten i borevæsken inneholdende polyakrylsyre bare fra 17 til 26,5 cP og øket viskositeten i borevæsken inneholdende det fullstendige kalsiumsalt av polyakrylsyre bare fra 5,5 til 8 cP.
Som angitt i tabell I, er resultatene oppnådd med det partielle kalsiumsalt av natriumpolyakrylat (polymer B
i tabell III) likeledes merkbare og uventede som resultatene vist med det partielle kalsiumsalt av polyakrylsyre. Disse data viser at de partielle kalsiumsalter av både polyakrylsyre og natriumpolyakrylat er mer enn tre ganger så effektive som polyakrylsyre og mer enn ti ganger sa effektive som det fullstendige kalsiumsalt og polyakrylsyre i økning av viskositet i vandig bentonittborevæske.
Dataene angitt i tabell VI viser at en optimal
grad av nøytralisering ligger i området på 3 - 10% nøytraliser-ing over ca. 17% gjør de partielle kalsiumsalter ubrukelige for formålet ifølge oppfinnelsen. I hvert tilfelle ble 10,0 g "Wyoming Bentonite" blandet med 350 ml av destillert vann og den polymere satt til slammet. Viskositeten ble funnet med et "Fann" viskometer ved 600 omdr./min. etter at hver tilsetning var blandet i 3 minutter:
Claims (4)
- Polymer "A" - 100$ polyakrylsyre"B" - 2,2$ kalsiumsalt av polyakrylsyre "C" _ lj32j% kalsiumsalt av polyakrylsyre "D" - 8,8$ kalsiumsalt av polyakrylsyre "E" - 17,6% kalsiumsalt av polyakrylsyre. P_a_t_e_n_t_k_r_a_v 1. Borevæske som består av vann, bentonittleire og en polymer som er effektiv ved å øke viskositeten av en bentonittleire-vann-suspensjon, karakterisert ved at polymeren er et partielt kalsiumsalt av natriumpolyakrylat, et partielt kalsiumsalt av en polyakrylsyre og blandinger herav, idet polymeren har 1-15% kalsiumakrylatgrupper og polymeren er tilstede i en mengde på 7-50 vekt-%, basert på den totale tørrvekten av bentonitt, mens hver polymer, når den tilsettes til vann i en mengde på 1 vekt-% har en viskositet større enn ca. 10 cP.
- 2. Borevæske ifølge krav 1, karakterisert ved at polymeren er tilstede i en mengde større enn ca. 10 vekt-%, basert på den totale bentonittvekt.
- 3. Borevæske ifølge krav 1, karakterisert ved at polymeren er tilstede i en mengde større enn ca. 20 vekt-%, basert på den totale bentonittvekt.
- 4. Anvendelse av borevæsken ifølge krav 1-3 ved boring av en brønn under anvendelse av en borkrone.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/693,839 US4087365A (en) | 1974-01-28 | 1976-06-08 | Super-yield bentonite base drilling fluid |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO771319L NO771319L (no) | 1977-12-09 |
NO146434B true NO146434B (no) | 1982-06-21 |
NO146434C NO146434C (no) | 1982-09-29 |
Family
ID=24786330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO771319A NO146434C (no) | 1976-06-08 | 1977-04-15 | Borevaeske bestaaende av vann, bentonittleire og en polymer, og anvendelse av borevaesken ved boring av en broenn |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
CA (1) | CA1069288A (no) |
GB (1) | GB1552062A (no) |
NL (1) | NL7706239A (no) |
NO (1) | NO146434C (no) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2577568B1 (fr) * | 1985-02-19 | 1987-12-18 | Coatex Sa | Agent fluidifiant non polluant pour fluides de forage a base d'eau douce ou saline |
-
1977
- 1977-04-15 NO NO771319A patent/NO146434C/no unknown
- 1977-05-05 CA CA277,806A patent/CA1069288A/en not_active Expired
- 1977-05-16 GB GB20438/77A patent/GB1552062A/en not_active Expired
- 1977-06-07 NL NL7706239A patent/NL7706239A/xx not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO146434C (no) | 1982-09-29 |
NL7706239A (nl) | 1977-12-12 |
CA1069288A (en) | 1980-01-08 |
GB1552062A (en) | 1979-09-05 |
NO771319L (no) | 1977-12-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2775557A (en) | Drilling muds containing acrylic acidacrylamide copolymer salts | |
US3878110A (en) | Clay-free aqueous sea water drilling fluids containing magnesium oxide or calcium oxide as an additive | |
US4600515A (en) | Fluid loss control agents for drilling fluids containing divalent cations | |
US3243000A (en) | Method and composition for drilling wells and similar boreholes | |
EP0058917B1 (en) | Water-clay-based drilling fluids, and use of same in well drilling operations | |
US4151096A (en) | Clay-free wellbore fluid | |
US4299710A (en) | Drilling fluid and method | |
US5684075A (en) | Compositions comprising an acrylamide-containing polymer and process therewith | |
AU633262B2 (en) | Well drilling fluid and method | |
US3953336A (en) | Drilling fluid | |
NO136845B (no) | Leirfri borefluid. | |
US3323603A (en) | Drilling fluid containing acrylic acidacrylamide copolymer and method of drilling therewith | |
US4087365A (en) | Super-yield bentonite base drilling fluid | |
WO2019175792A1 (en) | Drilling fluid system for controlling loss circulation | |
NO177325B (no) | Brönnbehandlingsvæske og tilsetningsmiddel | |
NO151292B (no) | Leirebasert bore- eller kompletteringsslam med lav viskositet og god temperaturbestandighet | |
NO164718B (no) | Bore- og pakke-vaeske. | |
NO158302B (no) | Ikkeforurensende fortynningshjelpemiddel for sjoevann- og/eller ferskvannsbasert boreslam samt anvendelse derav. | |
EP0572697B1 (en) | Fluid loss additives for water-based drilling muds | |
US3654164A (en) | Drilling fluids | |
NO301130B1 (no) | Blanding til fortynning av borefluid | |
US3640826A (en) | Graft copolymers of acrylic acid and polyhydroxy polymeric compounds for treating clays | |
JPS5923748B2 (ja) | 水性掘さく液 | |
NO146434B (no) | Borevaeske bestaaende av vann, bentonittleire og en polymer, og anvendelse av borevaesken ved boring av en broenn | |
US4758357A (en) | Dispersible hydrophilic polymer compositions for use in viscosifying heavy brines |