NO154552B

NO154552B - Fremgangsmaate for frigjoering av en fastkjoert borestang samt roerfrigjoeringsadditivblanding til bruk ved fremgangsmaaten.

Info

Publication number: NO154552B
Application number: NO821226A
Authority: NO
Inventors: Thad O Walker; Patricia C Matthews
Original assignee: Exxon Research Engineering Co
Priority date: 1981-04-15
Filing date: 1982-04-14
Publication date: 1986-07-07
Also published as: EP0063471A1; NO821226L; DK167382A; CA1205823A; NO154552C; BR8202183A; US4436638A; EP0063471B1; DE3269775D1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for frigjøring av en fastkjørt borestreng i borehull i en underjordisk formasjon under boring under anvendelse av en borevæske. Oppfinnelsen angår også en rørfrigjøringsadditivblanding til bruk ved denne fremgangsmåten.

Boring av olje- og gassbrenner ved roterende tek-

nikker medfører sirkulering av en borevæske gjennom bore-

strengen, ut av skjærene og tilbakeføring til overflaten via borehullet. Dette fluid avkjøler oa smører borestrengen,

utvikler tilstrekkelig hydrostatisk trykk til å motvirke formasjonstrykket og fjerne borkaks fra borehullet. Dette fluid reduserer også friksjonskreftene mellom borestreng og borehull eller utforing.

Under boring kan borstrengen kjøre seg fast og

ikke heves, senkes eller dreies. Det er et antall mulige mekanismer som kan bidra til dette problem, nemlig (1) oppbyg-

ning av borkaks eller mudder i borehullet; (2) for lite hull; (3) kilefastkjøring; og (4) trykkdifferanseklebing.

Trykkdifferanseklebing kan defineres som klebing

av borstrengen mot en permeabel formasjon med mindre porefluidtrykk enn det hydrostatiske trykk som utøves av bore-fluidkolonnen og opptrer vanligvis når borestrengen har stått stille en stund. Mekanismen dette inntrer på er at borestren-

gen kommer i kontakt med den permeable sone og forblir rolig i et tidsrom tilstrekkelig til at en slamkake bygges opp på

hver side av kontaktpunktet, og således forsegler røret mot borehullet. Trykket som utøves av borefluidet holder deret-

ter røret mot borehullet eller den permeable sone.

Å befri et klebende rør er i det vesentlige et

spørsmål om å redusere trykkdifferansen som foreligger over

røret. En metode som benyttes medfører ganske enkelt en reduksjon i fluidtrykket ved å erstatte borehullfluidet med væske med mindre densitet som gir mindre trykkdifferanse mellom borehull og ringrom. I enkelte tilfeller kan bore-hulltrykket overskride ringromtrykket som igjen tillater at

røret blåses bort fra borehullet.

Den vanligste måte å friqjøre fastlåste rør på

er å bringe inn et oljeslam i hullet motsatt det fastlåste intervall. Siden reduseres det isolerte området mellom bore-

rør og borehullet på grunn av oljeslammet. Videre reduserer oljeinnvandring i slamkaken adhesivkreftene og smører arealet mellom røret og borehullet, noe som resulterer i mindre frik-

sjon og hurtigere frigjøring. Vanligvis er det imidlertid nødvendig med lang tid for dette, noe som resulterer i kost-barttap av riggtid.

I de senere år har det vært utviklet et antall blandinger med henblikk på å frigjøre klebende rør, blandinger som inneholder: petroleumolje inneholdende et materiale valgt blant 2-heptadecenyl-4-4-di-metoksy-2-oxazolin, 2-heptadecenyl-4-metoksy-4-metyl-2-oxazolin, natriumsaltet av dioktylsulfosucci-nat, en blanding av et produkt inneholdende frie fettsyrer med høy molekylvekt, estere og alkoholer fremstilt ved sur cracking av ullfett med ca. 1/4 av sin vekt av natriumsaltet av sulfatert 9,1O-oktodekanol og blandinger derav, i en mengde tilstrekkelig til å redusere grenseflatespenningen på en grenseflate mellom petroleumolje og vann til ikke mer enn 2 dyn pr. cm, se US-PS 2.217.802; et overflateaktivt middel fremstilt av ca. 4 deler halv-ammonium-halv-isopropylaminsalt av sulforavsyreester av oleinsyreamidet av isopropanolamin, og ca. 1 del av isopropylamin-saltet av dodecylbenzensulfonsyre, hvilket middel tilsettes til-den vannbaserte borevæske, se US-PS 2.233.622; og en polyetylen-glykol med en molvekt innen området fra 106 til 600 eller en mettet saltvannsoppløsning eller en sjøvannsoppløsning av nevnte glykol, se US-PS 4.230.587.

Det er fremdeles et stort behov for en kjemisk blanding som bedre kan frigjøre klebende borerør, spesielt slike som har en forbedret effektivitet for frigjøring av trykkforskjellsklebende borerør.

Det er oppdaget at en blanding av linære og forgrenede ■ Cjg-til C-^-slkanoler, propoksylert til et innhold på 20-25 mol

propylenoksyd pr. mol alkanol, er et godt slamdehydratiserende middel som lett kan blandes med et emulerings-fukte-middel, f.eks. en polyester av en cg~C22 fettsYre'°9 et hydrokarbonfortynningsmiddel for å gi et overlegent additiv for frigjøring av klebende rør ved innsprøyting av en vann-i -olje-emulsjon inneholdende nevnte formu-

! o r j n c: i bo r e va: s k e r i.

i iiciihoid cil dette f i Ivoiei Linnes dec ifølge foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for frigjøring av en fastkjørt borestreng i borehullet i en underjordisk formasjon under boring under anvendelse av en borevæske som omfatter å bringe nevnte borestreng i kontakt med en additivblanding som reduserer ringromtrykket som utøves av borevæsken mot den fastkjørte borestreng, og å frigjøre borestrengen, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at additivblandingen som anvendes består av 10-25 vekt-% propoksylerte C^g-C-^-alkoholer med formelen:

hvori R betyr en alkylgruppe med fra 18 til 32 karbonatomger og n er et helt tall fra 18 til 35, 8-20 vekt-% av en fettsyreester av en polyol eller et polyolanhydrid med 8 til 22 C-atomer og resten et flytende hydrokarbon som fortynningsmiddel.

Oppfinnelsen angår videre en rørfrigjøringsadditiv-blanding til anvendelse ved den ovenfor nevnte fremgangsmåte og denne blanding karakteriseres ved at den består av 10-25 vekt-% propoksylerte C^-C^-alkoholer med formelen:

hvori R betyr en alkylgruppe med fra 18 til 32 karbonatomer og n er et helt tall fra 18 til 35, 8-20 vekt-% av en fettsyreester av en polyol eller et polyolanhydrid med 8 til 22 C-atomer og resten et flytende hydrokarbon som fortynningsmiddel.

De oljeoppløselige propoksylerte C^g-C-^^lkanoler som utgjør slamdehydratiseringsmidlet ifølge oppfinnelsen og som er funnet å ha en overraskende evne til slamavvanning under omgivelser med høyt trykk, representerer en liten kjemisk gruppe innen det gene-relle området av alkoksylerte langkjedede alkoholer, slik som stearol, se US-PS 4.083.974.

For oppfinnelsens formål er av de propoksylerte ^ iq~^ 22~ alkanoter, spesielt alkanoler med 20, 22 og 24 kii~L„natorr.er bruk-bare. En slik blanding selges kommersielt som "Epal" 20+ alkoholer og ianFf'r'v:- "Epal" 20+ har den følgende typiske sammensetning:

Som tidligere angitt, kan disse oljeoppløselige propoksylerte alkanoler representeres ved formelen:

hvori R er en alkylgruppe inneholdende 18 til 32 og fortrinnsvis 20 til 24 karbonatomer, og n er et helt tall i området 20-25.

Propoksylering medfører ved vanlige teknikker en kata-lytisk indusert alkoksyleringsreaksjon, f.eks. med NaOH, av propylenoksyd og blandingen av g-C-^^lkanoler. Reaksjonen er eksoterm med temperaturen vanligvis holdt ved fra 105-150°C, f.eks. ca. 140°C.

Egnede polyoler for fremstilling av de oljeoppløselige emulgerings-fuktemidler ifølge oppfinnelsen, er de polyhydroksy-alkoholer, slik som glycerol, diglycerol og sukkeralkoholer, som kan representeres ved formelen CH„OH(CHOH) CH„0H hvor m er en til

^ 2 m 2

fem, samt polyolanhydridene derav. Foretrukket er esteréne av glycerol, C^Hi-fOH)^/ sorbitol og sorbitolanhydrid (sorbitan). Estere

basert på relativt høyere, dvs. C-]2~C22' ^ettsyrer °9 blandinger av fettsyrer er mere foretrukket, slik som talloljefettsyrer. Fettsyrene kan være mettet eller umettet. Spesielt foretrukket er glycerol og sorbitanpartialestere av flytende,umettede C10-C00-fettsyrer slik som oljesyre, linol -syre og palmitolsyre, og blandinger av slike. Optimalt er emulgerings-fuktemiddelet sor-bitanpartialesteren av oljesyre, en ester som er kommersielt tilgjengelig under betegnelsen "Span" 80.

Hydrokarbonet som anvendes som fortynningsmiddel er tilstede i blandingen for å lette og/eller muliggjøre dannelsen av vann-i-olje-emulsjon ved hjelp av hvilken den ovenfor angitte blanding tilføres til borefluidet, og derved føres til slamkaken nær kontaktpunktet. Foretrukne hydrokarboner som anvendes som fortynningsmidler er pakningsmineralolje, diselolje, parafinolje og white spirit.

Mengdene i slamdehydratiseringsmiddel av propoksylerte alkanoler, emulgerings-fukte-middel og fortynningsmiddel som benyttes i blandingen for frigjøring av klebende rør, uttryk-kes best i forhold til den totale mengde av blandingen. Generelt inneholder rørfrigjøringsadditivet: fra 15 til 18, fortrinnsvis

8 til 12 vekt-% slamdehydratiseringsmiddel av propoksylerte alkanoler, fra'8 til 20 og fortrinnsvis 10 til 18 vekt-% emulgerings-fukte-middel, og resten hydrokarbon som fortynningsmiddel. Spesielt foretrukket er en rørfrigjøringsblanding på 11 vekt-% slamdehydratiseringsmiddel av propoksylerte C,0- til C_,„-alkanoler, 13

I ts Jz

vekt-% sorbitanpartialester av oljesyre og resten paraffinolje som fortynningsmiddel.

Blandinger fremstilles lett ved enkel blanding av

alle bestanddeler ved omrøring ved omgivelsestemperatur.

En vann-i-olje-emulsjon fremstilles ved å bruke den foretrukne blanding ifølge oppfinnelsen, og ferskvann. Den ønskede mengde av blandingen anbringes i en beholder. Til denne settes langsomt den ønskede mengde vann under kraftig omrøring. Etter tilsetning av vann omrøres væsken i ytterligere en halv time. Denne fremgangsmåte gir en melkelignende, viskøs vann-i-olje-emulsjon som kan inneholde fra 10 til 55 volum-% ferskvann.

Emulsjonen som er fremstilt på denne måte benyttes

som innføringsfluid. En gitt mengde, vanligvis 7950 til 1 5900 lav Tluidet pumpes fra en slamkasse ned borerøret gjennom borkronen, Inn i ringrommet, og bringes tilbake til det punkt som anses å klebe. Fluidet tillates gjennomtrengning en tid, f.eks. fra 8 til 12 timer. Under denne oppbløtningsprosess kan 318 til 477 1 fluid pumpes fra borerøret hver time for å sikre maksimal fordel fra væsken ved tilføring av ny væske til området nær kontaktpunktet .

Under visse omstendigheter er det ønskelig å iblande fra 40 til 70 og fortrinnsvis 57 vekt-% pro<p>oksylerte C^g-C.^-alkoholer representert ved formelen:

hvori R betyr en alkylgruppe med fra 18 til 32 karbonatomer og n er et helt tall fra 18 til 35 karbonatomer med 6 0 til 30 fortrinnsvis 4 3 vekt-% av nevnte emulgering-fukte-middel inn i en pakning som deretter kan blandes med nevnte flytende hydrokarbon som fortynningsmiddel på et fjernt sted, f.eks. ved en fabrikk nær lokaliseringen der additivblandingen skal benyttes.

Oppfinnelsen vil bli bedre forstått under henvisning til de ledsagende eksempler som illustrerer en foretrukket ut-førelsesform og en sammenligning av denne med bruk av kommersielt tilgjengelige blandinger for frigjøring av fastkjørte rør.

Eksempel 1

Fremstilling av C-|3~C32' hovedsakelig C2Q-C24-alkohol-propoksylat.

Råstoffet som benyttes for fremstilling av dette propoksylat er den tidligere beskrevne, kommersielt tilgjengelige C^^+ alkoholblanding. Denne alkoholblanding er en blanding av lineære og forgrendede <C>^^+ alkoholer, og <C>24~C40 hydrokarboner. Alkohol-ene inneholdt i denne blanding er som følger: C.0 - 4%; C_. -20%;

lo 2. U

C22 - 13%; C24 - 10%; C26 - 8%; C28 - 5%; C3Q - 3%; C32 og høyere 3%, noe som tilsammen gir 66% forgrenede og lineære alkoholer. De resterende 34% er blandede hydrokarboner med 24 - 40 karbonatomer. Denne alkoholblanding er et vokslignende faststoff med et størk-ningspunkt på ca. 46°C. Denne alkoholblanding propoksyleres i en 20 liters pilot plant satsreaktor, spesielt konstruert for alk-oksyleringer. Fremgangsmåten som ble benyttet for propoksylering av dette materiale er som følger: 1 mol C2Q+ alkoholblanding smeltes først, slik at den kan tilsettes gjennom et lite hull til reaktoren. Dette følges av tilsetning av 40 g katalysator, i dette tilfelle natriumhydroksyd imidlertid kan kaliumhydroksyd også benyttes. Reaktoren forsegles, omrøringen startes, og deretter spyles reaktoren med nitrogen flere ganger for å fjerne all luft. Innholdet i reaktoren oppvarmes til 130°C. Tilsetning av propylenoksyd i en mengde av 32 mol startes med langsom hastighet. Fordi reaksjonen er eksoterm, blir propylenoksydtilmatningshastig-heten justert slik at temperaturen ikke tillates å overskride 160°, og heller ikke trykket tillatt å overskride 2,81 kg/cm^. Etter ferdig tilsetning av propylenoksydet, 2 3 mol, tar man prøver av reaksjonsblandingen og analyserer den ved kjernemagnetisk re-sonans for å bestemme det midlere antall mol propylenoksyd som er tilsatt pr. mol alkohol. I dette tilfellet var det gjennom-snittlig antall mol propylenoksyd 23.

Eksempel 2

C2Q+ alkoholpropoksylatet fra eksempel 1 benyttes som primærbestanddel for fremstilling av et additiv ifølge oppfinnelsen. For å være et godt additiv må systemet være meget oljeaktig. Derfor tilsettes i tillegg til den C2Q+ propoksylerte alkohol også sorbitanmonooleatester som e.mulerings-f uktemiddel. Dette materiale er kjent som et meget godt middel for å gjøre en overflate oljefuktig.

Blandinger inneholdende forskjellige mengder av propoksylat, sorbitanmonooleatet og hydrokarbon som fortynningsmiddel ble fremstilt. Disse ble bedømt med henblikk på evnen til hver å danne en stabil, viskøs ekstern oljeemulsjon med fra 10

til 50 volum-% ferskvann. Denne bedømmelsen indikerte at en blanding bestående av 11 vekt-% av nevnte alkohol-propoksylat, 13 vekt-% sorbitanmonooleat og resten paraffinolje ga det beste system bedømt etter reologi (viskositet) og gelstyrke.

Eksempel 3.

Blandinger av C^^+ alkohol-propoksylat, sorbitanmonooleat og i>araffinolje—ble bedømt mot flere—kommersielle additiver av denne type. Disse additiver ble bedømt med et 35,38 g/l sjøvann/ligno-sulfonat-slam med følgende sammensetning: 57 g/l Wyoming bento-nitt, 171 g/l Martin nr. 5 Ball Clay, 20 g/l jern (Il)krom-lignosulfonat, 40,2 g/l kommersiell sjøvannsblanding, 5,7 g/l natriumhydroksyd og tilstrekkelig barytt til å gi den ønskede vekt. Ved bruk av dette slam ble en klebeprøvefremgangsmåte som best svarte til de virkelige forhold benyttet for å bedømme additivene.

I denne prøvefremgangsmåte ble en filterkake av ligno-sulfonatslam tillatt å danne seg under kontrollerte betingelser. En liten plate ble anlagt på toppen av filterkaken og ytterligere filterkake avsatt på og rundt skiven inntil den satt fast. Den kraft som var nødvendig for å frigjøre eller fjerne skiven ble bestemt for å oppnå en kontrollverdi.

Fremgangsmåte ble gjentatt inntil skiven forble klebende, hvoretter en formulering som skulle prøves ble helt på toppen av filterkaken og tillatt å bløte denne et tidsrom. Kraften som var nødvendig for å fjerne skiven ble deretter bestemt. Kraften i kg som var nødvendig for å fjerne skiven fra en ikke-oppbløtt kake, minus kraften i kg som var nødvendig for å fjerne skiven fra en oppbløtt kake, dividert med kraften som var nød-vendig for å fjerne skiven fra en ikke-bløtkake, ble angitt som prosentuell reduksjon. Disse prøver ble gjennomført fire ganger og resultatene tatt som gjennomsnitt til en enkel angitt verdi.

Følgende data i tabell 1 antyder sammenlignende ytel-ser for flere blandinger.

Prøvene ble gjennomført på en 7,5 cm grovfrittet glass filtertrakt forbundet med en vakuumledning som ga ca. 381 mm Hg. Den runde metallskive hadde en diameter på 12,7 mm og en tykkelse på 25,4 mm. Skiven var forbundet med en fjærvekt for å måle kraften.

De i tabell 1 angitte data viser at blandingen ifølge oppfinnelsen var best.

Eksempel 4.

57 vekt-deler C.0- C^-alkoholpropoksylat ifølge eksempel 1 blandes med 4 3 vekt-deler sorbitanmonooleat i tilstrekkelige mengder til å fylle en 210 1 tank. Denne forsegles og skipes til et fjernt sted der innholdet ble blandet nær borestedet med 416 1 pakningsmineralolje, noe som gjorde den lett tilgjengelig for en fremstilling av innføringsvæsken på stedet.

Claims

1. Fremgangsmåte for frigjøring av en fastkjørt borestreng i borehullet i en underjordisk formasjon under boring under anvendelse av en borevæske, som omfatter å bringe nevnte borestreng i kontakt med en additivblanding som reduserer ringromtrykket som utøves av borevæsken mot den fastkjørte borestreng, og å frigjøre borestrengen, karakterisert ved at den additivblandingen som anvendes består av 10-25 vekt-% propoksylerte C,0-C0«-alkoholer med formelen: lo i Z. hvori R betyr en alkylgruppe med fra 18 til 32 karbonatomer og n er et helt tall fra 18 til 35, 8-20 vekt-% av en fettsyreester av en polyol eller et polyolanhydrid med 8 til 22 C-atomer og resten et flytende hydrokarbon som fortynningsmiddel.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes et additiv hvor R hovedsakelig inneholder 20 til 24 karbonatomer og n ligger i området 20 til 25, og nevnte fettsyreester er sorbitanmonooleat.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det som fortynningsmiddel anvendes pakningsmineralolje, dieselolje, parafinolje og white spirit.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en vann-i-olje-emulsjon der vannet utgjør fra 10 til 50 vekt-% av emulsjonen.

5. Rørfrigjøringsadditivblanding, karakterisert ved at den består av 10-25 vekt-% propoksylerte C18_C32~alko'loler rePresentert ved- formelen: hvori R betyr en alkylgruppe med fra 18 til 32 karbonatomer og n er et helt tall fra 18 til 35, 8-20 vekt-% av en fettsyreester av en polyol eller et polyolanhydrid med 8 til 22 C-atomer og resten et flytende hydrokarbon som fortynningsmiddel.