NO154169B - Additiv for tilsetning til boreslam eller for frigj¯ring a v fastkj¯rte borer¯r i et borehull og anvendelse av additi vet for disse form¨l. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et additiv for tilsetning i boreslam eller for frigjøring av fastkjørte borerør i et borehull og anvendelse av additivet for disse formål.

Inntil nylig har boreslam på dieseloljebasis og lignende vært de eneste pålitelige smøremidler ved oljeboring. Den største ulempe med slike boreslam var at man ved boring til havs fikk problemer med håndteringen av disse potensielt forurensende materialer, da slike boreslam på dielseloljebasis ikke kunne tømmes ut i havet,som følge av de miljø- og forurensningsproblemer dette ville representere,, og slike dieselol jer måtte derfor fraktes til et avfallsbehandlingssystem på land.

I US patentskrifter nr. 2 222 949, 2 316 967, 2 316 968

og 2 698 833 beskrives ikke-vandige borevæsker på oljebasis. Disse borevæsker fremstilles ut fra bestanddeler som forårsaker forurensning. Borevæsken ifølge US patentskrift nr. 2 698 833 fremstilles under anvendelse av en varmestabil olje som inne-holder mindre enn 5 volum% aromatiske og umettede forbindelser, slik at den er ikke-fluoréscerende.

I US patentskrift nr. 3 761 410 beskrives et smøremiddel-preparat for å øke smøreevnen til en borevæske på vannbasis når det dispergeres i borevæsken som små ikke-emulgerte dråper. Smørepreparatet innbefatter en i vann uoppløselig alkylalkohol,

et smørende additiv valgt blant vegetabilske oljer, sulfurerte vegetabilske oljer, sulfaterte vegetabilske oljer, sulfurert tallolje og blandinger derav og et hellepunktnedsettende middel valgt blant methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol-ethylengly-col,propylenglycol og blandinger derav.

Tidligere har oppfinnerne utviklet et ikke-forurensende additiv for å forbedre de rheologiske egenskaper av vandige boreslam. Dette tidligere kjente additiv besto hovedsakelig av følgende bestanddeler i de angitte mengdeforhold: ^•jji 0.04-8 vol% smøremxddel v, v* o vol% i .. -i 0,02 - 2 vol% emulgeringsmiddel '

middel.for å forhindre væsketap <0> 0,1 vol% ikke-forurensende, bionedbrytbar olje

valgt blant mineraloljer og vegetabilske

oljer 53 - 71 vol% vann resten

Det er nu funnet frem til et forbedret slikt ikke-forurensende additiv for tilsetning til boreslam eller for frigjøring av fastkjørte borerør i et borehull. Det nye additiv utmerker seg ved at det hovedsakelig utgjøres av

(a) en ikke-forurensende, bionedbrytbar olje og

(b) en liten mengde av en blanding, fortrinnsvis ca.

3 vol% oq tilstrekkelig til at blandingen vil virke som emulgeringsmiddel når additivet settes til vann, hvilken blanding består av: 12,5-42,5 vekt% diethanolamid, hvis hovedbestanddel er: 40,0 - 70,0 vekt% av en fettsyre hvis hovedbestanddel pr ; og 2,5 - 32,5 vekt% av en imidazolin/amid-blanding hvis hovedbestanddeler er:

idet R i de ovenstående formler hovedsakelig er umettede, rettkjedede hydrocarbongrupper med 17 carbonatomer.

I en foretrukken utførelsesform av additivet ifølge oppfinnelsen anvendes diethanolamidet i form av et produkt solgt under varemerket "Witcamide 511",mens fettsyren anvendes i form av et produkt solgt under varemerket "Acintol FA-1" og imidazolin/amid-blandingen anvendes i form av et produkt solgt under varemerket "witcamine 209".

Bruken av ikke-forurensende oljer i additivet ifølge oppfinnelsen medfører den fordel at de er ikke-fluorescerende og derfor ikke vil virke forstyrrende på geologiske analyser av formasjonskjerner og spon, slik råolje og dieselolje gjør det. Slike ikke-forurensende oljer krever dessuten ikke tilsetning av emulgeringsmidler for å opprettholde emulsjonen, slik det er nødvendig med råolje og dieselolje, og slike ikke-forurensende oljer bidrar til å forbedre de rheologiske slamegenskaper, såsom traktviskositeten, den plastiske viskositet, i det nedenstående betegnet PV, og flytegrensen, nedenfor betegnet YP (Yield Point), sammenlignet med hva som oppnås når råolje eller dieselolje benyttes.

Oljen kan velges blant hvilke som helst kjente, rene, bionedbrytbare, ikke-fluorescerende, vegetabilske eller mineralske oljer, såsom hvit mineralolje, peanøttolje, soya-bønneolje, bomullsfrøolje, maisolje, risolje og saflorolje. Det vil forståes at der finnes mange andre oljer som har

de nødvendige bionedbrytbare egenskaper, og som ville kunne anvendes i stedet for eller i tillegg til de ovennevnte oljer. Mineraloljene som anvendes, er fortrinnsvis rene, raffinerte, smakløse, farveløse og uten lukt.

Den følgende generelt angitte sammensetning av bestan-del (b) av additivet ifølge oppfinnelsen har vist seg å være særlig effektiv: "Witcamide 511" 15-40 vekt% "Acintol FA-1" 40 - 60 vekt% "Witcamine 209" 2,5 - 32,5 vekt%

Denne blanding blir normalt tilsatt den bionedbrytbare olje i en mengde av ca. 3 volum%.

Den fysikalske blanding av "Witcamide 511", "Acintol FA-1" og "Witcamine 209" ved omgivelsenes temperatur fører til kjemisk reaksjon mellom disse, hvorved der dannes tall-olj e f ettsyresalter av de forskjellige aminholdige bestanddeler, nemlig:

Talloljefettsyresaltene av diethylentriamin og diethanol-amin er normalt bestanddeler som forekommer i mindre mengder, og mengden av salter som dannes, avhenger først og fremst av mengden av "Acintol FA-1" i forhold til mengden av "Witcamine 209" .

Det har videre vist seg at det kan være nødvendig å tilsette additivet ifølge oppfinnelsen kalsiumoxyd og/eller "Bentone" på borestedet for å få dannet en egnet emulsjon og for å oppnå de ønskede kolloidale suspensjonsegenskaper. Eksempelvis vil en typisk blanding (b) ha sammensetningen: 2 1/2 kg "Witcamide 511" 5 kg "Acintol FA-1" 1 kg "Witcamine 209"

Denne blanding skipes til borestedet, hvor, om ønskes, "Ben tone" (f. eks. 2 kg "Ben tone" ) tilsettes for å forbedre væskens kolloidale suspensjonsegenskaper. Den ovenfor angitte blanding av organiske kjemikalier er beregnet på å skulle blandes ut med 350 liter av en bionedbrytbar, ikke-forurensende, ikke-fluorescerende olje. Det kan så tilsettes vann på bruks-stedet for å omdanne blandingen til et invertert system, og produktet kan så anvendes som en væske for å løsgjøre fast-kjørte borerør med et minimum av forurensningsproblemer.

Etter at produktet er blitt benyttet for å løsgjøre bore-røret kan produktet innlemmes i et boreslamsystem på vannbasis.

Oppfinnelsen illustreres i de følgende eksempler, som angir egenskapene av additivet ifølge oppfinnelsen og emulsjoner fremstilt under anvendelse av dette. I eksemplene står PV for plastisk viskositet (i cP) og YP for flytegrense (i kg/m ).

Eksempel 1

Hensikten med dette eksperiment var å sammenligne kvali-teten av tre prøver av additivet ifølge oppfinnelsen.

Anvendt utstyr: E.P. smøreevnemåler, stoppeklokke, variabel transformator, Fann emulsjonsstabilitetsmåler, blandere, "Fann 35-F" viskositetsmåler, fjærvekt, trippelstrålevekt, pH-måler.

Anvendte materialer: Tre prøver additiv ifølge oppfinnelsen, det ene anskaffet fra Berwick, det andre anskaffet fra Global Chemical Company, og det tredje fremstilt i laboratoriet.

Additivene - som besto av mineralolje, tilsatt emulgeringsmiddel nr. 1 (som er et alkanolamid, også betegnet "Witcamide 511" eller "C-200"), emulgeringsmiddel nr. 2 (som er en fettsyre "Acintol FA-1", også betegnet "SF-200"), et fuktemiddel som er en imidazolinforbindelse og betegnes "KS-900" eller "Witcamide 209" - ble sendt til laboratoriet, og deres egenskaper innbefattende pH-verdien, de rheologiske egenskaper og vekten ble bestemt.

Fem emulsjoner som inneholdt additivet ifølge oppfinnelsen (tre ikke-tyngede og to tyngede prøver) ble så fremstilt og undersøkt.

De egenskaper av emulsjonene som ble bestemt, var de rheologiske egenskaper, tettheten, den elektriske stabilitet og smøreevnen.

I. Data for additivene ifølge oppfinnelsen.

A. Prøve fra Berwick

1. Vekt = 0,834 kg/l

2. pH mellom 6,9 og 7,1.

3. Rheologi

B. Prøve fra Global Chemicals, Inc.

1 . Vekt = 0,84 kg/l

2. pH varierte mellom 7,0 og 11,3.

3. Rheologi

C. Laboratorieprøve

1. VEkt = 0,84 kg/l

2. pH varierte mellom 8,6 og 11,7.

3. Rheologi

II.Data for ikke-tyngede emulsjoner inneholdende additivet ifølge oppfinnelsen.

A. Prøve fra Berwick (Prøve A)

1. Rheologi (romtemperatur)

B. Prøve fra Global Chemicals, Inc. (Prøve B)

1. Rheologi (romtemperatur)

2. Vekt = 0,924 kg/l

3. Elektrisk stabilitet = 169 volt

4. Sraøreevneinformasjon

C. Laboratorieprøve (Prøve C) 1. Rheologi (romtemperatur)

2. Vekt = 0,924 kg/l

3. Elektrisk stabilitet = 173 volt

4. Smøreevneinformasion

III.Data for tyngede emulsjoner inneholdende additivet ifølge oppfinnelsen.

A. Prøve fra Berwick

B. Prøve fra Global Chemicals, Inc. (Prøve B)

1. Rheologi (romtemperatur)

Konklusjon:

Samtlige fem emulsjonsprøver hadde tilfredsstillende egenskaper. Alle variasjoner i dataene var å anse som nor-male variasjoner.

Eksempel 2

Formål: Å fremstille to tyngede emulsjoner under anvendelse av additivet ifølge oppfinnelsen, den ene med brent kalk, den andre med kaustisk soda i stedet for brent kalk, og å sammenligne deres rheologiske egenskaper.

Materialer: Additiv ifølge oppfinnelsen, vandig NaCl (1,16,kg/l), natriumhydroxyd, brent kalk og barytt.

Utstyr: Trippelstrålevekt, Hamilton Beach blander og fjærvekt.

Fremgangsmåte: Det fremstilles to tyngede emulsjoner med følgende sammensetninger:

Prøve A: 9 3,4 liter additiv ifølge oppfinnelsen

59,4 liter vandig NaCl ( 1,16 kg/l)

6 g NaOH

17 4 g barytt

Prøve B: 93,4 liter additiv ifølge oppfinnelsen

59,4 liter vandig NaCl ( 1,16 kg/l)

6 g brent kalk

174 g barytt

Rekkefølgen av blandeoperasjonene var den som er angitt i , Brine Handbook. Alle mulige variable (såsom skjærkoeffisient, blandetid, osv.) ble enten redusert til et minimum eller eli-minert. Hensikten med dette var å sammenligne de emulsjonsegen-skaper som kun skyldtes ulikhet i sammensetning.

J. Prøve A

II. Prøve B III. Vekten av hver emulsjon var 14,3 kg/liter. Prøvene ble så satt bort i tre dager for å kontrollere stabiliteten. Etter denne korte lagringstid ble prøvene undersøkt. Hver prøves utseende var uendret. Det fant ikke sted noen utskillelse av olje eller utfelning av barytt i prøven. IV. Til prøve A ble det tilsatt 1,71 kg brent kalk pr. 100

liter:

Konklusjon:

Tynget emulsjon inneholdende additivet ifølge oppfinnelsen og fremstilt som beskrevet i dette eksempel synes å være stabil enten den fremstilles med natronlut eller kalk. Dette gjelder ikke ikke-tynget emulsjon.

Øyensynlig kan tynget emulsjon inneholdende additivet ifølge oppfinnelsen fremstilles med såvel natriumhydroxyd som kalk.

Dersom natriumhydroxyd anvendes i stedet for kalk, vil tilsetning av kalk ikke fortykke emulsjonen, men bevirke en svak fortynning av denne.

Eksempel 3

Formål: Å sammenligne de rheologiske egenskaper og den elektriske stabilitet av eksperimentelle emulsjoner (som kan inneholde emulgeringsmiddel og fuktemiddel i varierende konsentrasjoner) fremstilt under anvendelse av additivet ifølge oppfinnelsen og å bedømme eventuelle ulikheter i emulsjonenes tendens til å skille seg.

Utstyr: Hamilton Beach blander, trippelstrålevekt, "Fann 35-A" viskositetsmålet, Fann emulsjonstester, pipetter og annet egnet utstyr for måling av væsker.

Materialer: Additiv ifølge oppfinnelsen, bestående

av mineralolje tilsatt emulgeringsmiddel nr. 1 (som er et alkanolamid, også betegnet "Witcamide 511" eller "C-200"), emulgeringsmiddel nr. 2 (som er en fettsyre "Acintol FA-1", også betegnet "SF-200"), et fuktemiddel som er en imidazolinforbindelse og betegnes "KS-900" eller "Witcamide 209".

Andre materialer som anvendes, er:

a. NaCl i vann (1,16 kg/l)

b. Brent kalk

c. "Nopcogen 22-0" emulgeringsmiddel (fra Diamond Shamrock) .

Fremgangsmåte: Seks forskjellige emulsjonsprøver

ble fremstilt. Samme blander, blandeprosess, rheometer og emulsjonstester ble benyttet for samtlige prøver. Dessuten var blandetiden den samme for hver prøve. Hensikten med dette var å eliminere alle variable som ville kunne lede til uriktige konklusjoner.

De eneste variable som forsettlig ble innført, var kon-sentrasjonene av emulgeringsmiddel og fuktemiddel.

Etter at prøvene var blitt fremstilt og testet, ble de oppbevart i 13 dager for å se om de skilte seg.

<*> Elektrisk stabilitet

Anmerkninger: a) 6 g kalk ble også benyttet i hver prøve.

b) Standard emulgeringsmiddelkonsentrasjon

(den som for tiden anvendes) var: Emulgeringsmiddel nr. 1 = 0,83% Emulgeringsmiddel nr. 2 = 1,65% Fuktemiddel = 0,52%

Konklusj on:

Etter 13 dagers oppbevaring var det bare én av prøvene (Prøve A som inneholdt "Nopcogen 22-0") som hadde et oljelag på toppen. For de øvrige prøver ble det ikke iakttatt noen utskillelse. Det later også til at man ved å øke emulgerings-middelkonsentras jonen i additivet får øket

viskositeten.

Ek sempel 4

Formål: Å innstille additiv/vann-forholdet i et vannforurenset additiv ifølge oppfinnelsen på det opprinnelige forhold.

Anmerkning: Når overskudd av vann tilsettes tynget emulsjon, inneholdende additivet ifølge oppfinnelsen, fortykk.es væsken inntil den etterhvert opphører å være en væske. Det ble antatt at tilsetning av additiv for å gjeninnstille additiv/vann-forholdet ville gjenopprette slammet.

Reagenser: Emulsjon med additiv ifølge oppfinnelsen av vekt 1,70 kg/l (additiv/vann = 66:34)

vann

Additiv ifølge oppfinnelsen

Barytt

Fremgangsmåte: En mengde emulsjon (1,70 kg/l) svarende til et fat (158,8 liter) ble forurenset med 20 ml alikvoter vann, inntil 129 ml var tilsatt. Additiv/vann-forholdet var på dette punkt 44/56. Slammet tyknet betraktelig, men var fortsatt flytende. Mengden av additiv som krevdes for å gjeninnstille forholdet, ble beregnet og tilsatt. Som ventet ble slammet fortynnet. Avpassede mengder brent kalk og barytt ble tilsatt for å justere vekten. De rheologiske egenskaper ble undersøkt for hver prøve og sammenlignet.

Konklusjon:

Tilsetning av additiv ifølge oppfinnelsen er mulig

for å fortynne en vannforurenset emulsjon inneholdende additivet ifølge oppfinnelsen. Additiv/vann-forholdet er ikke av avgjø-rende betydning for viskositeten opp til omtrent forholdet 45/55, hvor den tilsynelatende viskositet er ca. 115/120. Dette gjelder uansett vekt. Imidlertid påvirkes stabiliteten, og ved stort vanninnhold kan barytten felles ut av oppløsnin-gen. Det er ikke kjent hvorvidt de additiv/vann-forhold (olje/- vann-forhold)som er angitt i Brine Handbook, er de mest sta-

bile eller ikke.

Eksempel 5

Formål: Å fremstille en tynget emulsjon med additiv ifølge oppfinnelsen og å sammenligne de rheologiske egenska-før og etter tilsetningen av ytterligere emulgeringsmidler.

Utstyr: Blandere, Fann 35-A viskositetsmåler.

Materialer: Additiv ifølge oppfinnelsen, kalk, natriumhydroxyd, emulgeringsmidler og fuktemidler anskaffet fra Global Chemical Company.

Fremgangsmåte: En tynget emulsjon med additiv ifølge oppfinnelsen fremstilles, dens rheologiske egenskaper måles, og deretter fordobles emulgeringsmiddelkonsentrasjonen for å se om de rheologiske egenskaper endres. 1. Rheologi med standard emulgeringsmiddelkonsentrasjon: 600 rpm 300 rpm 200 rpm 100 rpm 6 rpm 3 rpm PV YP Geler 207°Fann 128°Fann 99°Fann 66,5°Fann 19°Fann 15°Fann 79cP 2,39kg/m2 14/1 2. Vekt = 1,90 kg/l

3. Additiv/vann = 70/30

4. Anmerkning: Etter en halv times omrøring ble konsentra-sjonen av emulgeringsmidlene fordoblet. Der inntrådte ingen synlig økning i viskositeten. Det ble tilsatt ytterligere mengder kalk, men likevel fant der, med fortsatt omrøring, ikke sted noen økning i viskositeten. Til slutt ble en liten mengde natriumhydroxyd tilsatt (ca. 2,86 g/l), og i løpet av noen få minutter kunne det iakttas en økning i viskositeten. Prøven ble tillatt å avkjøles til romtemperatur, og dens rheologiske egenskaper ble målt. 5. Rheologi med ytterligere emulgeringsmidler og natriumhydroxyd: 600 rpm 300 rpm 200 rpm 100 rpm 6 rpm 3 rpm PV YP Geler 264°Fann 156°Fann HS^ann 70°Fann 14°Fann lb°Fann 108cP 2,34 kg/m<2> 13/15

Konklusjon:

For å øke viskositeten av en tynget emulsjon fremstilt med additivet ifølge oppfinnelsen vil tilsetning av ytterligere emulgeringsmidler ikke gi det ønskede resultat, mens tilsetning av en liten mengde natriumhydroxyd vil gi betyde-lig fortykning.

Eksempel 6

Formål: Å undersøke slamegenskapene og smøreevnen med og uten additivet ifølge oppfinnelsen for en prøve av slam fra 2-R Borerigg nr. 2.

Utstyr: Blandere, API-filterpresse, HPHT-filterpresse (HPHT = høyt trykk og høy temperatur), Fann 35-A viskositetsmåler, E.P. smøreevnetester, Fann 50 viskositetsmåler.

Materialer: Slam fra 2-R Borerigg nr. 2 og ikke-tynget emulsjon fremstilt med additiv ifølge oppfinnelsen. Fremgangsmåte:

I. Det foretas en testing av basisslammet som følger:

a. Rheologi og geler

b. Vanntap i API-filterpresse og vanntap i HPHT-filterpresse .

c. Fann 50

d. Destillasjonsanalyse

e. Undersøkelse av smøreevnen

II. Til basisslammet tilsettes 4 volum% ikke-tynget additiv ifølge oppfinnelsen, og de ovennevnte undersøkelser gjentas, bortsett fra destillasjonsanalysen.

Data:

I. For basisslam (uten additiv ifølge oppfinnelsen)

a. Rheologi

b. Vanntap i API-filterpresse = 0,8 ml

c. Tykkelse av filterkaken = 1,59 mm (god struktur)

d. Destillasjonsanalyse: 53% vann, 38% faststoffer,

9% olje.

e. Vanntap i HPHT-filterpresse ved 148,9°C og 35,2 kg/cm = 6,4 ml

f. Smøreevne 11. Data for basisslam med 4% emulsjon med additiv ifølge oppfinnelsen, a. Rheologi

b. Vanntap i API-filterpresse = 0,3 ml

c. Tykkelsen av filterkaken var mindre enn 1,59 mm

d. Vanntap i HPHT-filterpresse ved 148,9°C og 35,2 cm/cm<2>

= 6,4 ml

e. Smøreevne (etter valsing natten over ved 65,6°C)

Konklusjon:

De rheologiske egenskaper og temperaturstabiliteten

synes ikke å påvirkes av tilsetning av additivet ifølge oppfinnelsen. Slammets smøreegenskaper, spesielt ved 68,0 kg, ble forbedret med minst 10%.

Oppfinnelsen illustreres nedenfor med hensyn til virk-ning på 3-pigget stingsild Gasterosteus aculeatus (Keely's standard fiskedødtest) ide følgende eksempler.

Eksempel 7

Et additiv i henhold til oppfinnelsen ble tilsatt en glassbeholder inneholdende sjøvann, hvor fisken ble anbragt. Sjøvannet ble holdt ved en temperatur i området fra 19,5 til 19,8°C uten lufting. Resultatene var som angitt i nedenstående tabell:

*

TLm (Median Tolerance Limit) er den midlere toleransegrense og er et uttrykk for at ca. 50% av fisken vil vise tegn til unormal adferd (inklusive død) ved de angitte betingelser m.h.t. konsentrasjon og tid.

Samtlige fisk overlevet 96 timers testen, hvilket viser at additivet ifølge oppfinnelsen er ikke-forurensende og ikke-toksisk overfor levende organismer i sjøen.

Eksempel 8

En test tilsvarende den beskrevet i eksempel 7 ble utført under anvendelse av dieselolje nr. 2 som additiv til sjøvannet. Resultatene var som angitt i følgende tabell:

Se fotnote til tabell i eksempel 7.

Etter bare 24 timer var samtlige fisk døde, hvilket viser at dieselolje nr. 2 er uegnet som et boreslamadditiv.

Claims (4)

1. Additiv for tilsetning til boreslam eller for frigjø-ring av fastkjørte borerør i et borehull, karakterisert ved at det hovedsakeliq ut-gjøres av (a) en ikke-forurensende, bionedbrytbar olje og (b) en liten mengde av en blanding, fortrinnsvis ca.

3 vol% oq tilstrekkelig til at blandingen vil virke som emulgeringsmiddel når additivet settes til vann, hvilken blanding består av: 12,5-42,5 vekt% diethanolamid, hvis hovedbestanddel er: 40,0 - 70,0 vekt% av en fettsyre hvis hovedbestanddel er: og 2,5 - 32,5 vekt% av en imidazolin/amid-blanding hvor hovedbestanddeler er: idet R i de ovenstående formler hovedsakelig er umettede, rettkjedede hydrocarbongrupper med 17 carbonatomer.

2. Additiv ifølge krav 1, karakterisert ved at Ri formlene for ho-vedbestanddelene av blandingen (b) er valgt blant hydrocar-bonradikalene av oljesyre, linolsyre og linolensyre.

3. Additiv ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den bionedbrytbare ikke-forurensende olje er hvit mineralolje, jordnøttolje, soyabønneolje, bomullsfrøolje, maisolje, risolje eller saff-lorolje.

4. Anvendelse av et additiv ifølge krav 1-3, som tilsetning til et boreslam eller for frigjøring av fastkjørte borerør i et borehull.