NO156424B

NO156424B - Fortykkede saltopploesninger.

Info

Publication number: NO156424B
Application number: NO812044A
Authority: NO
Inventors: Roy Francis House; Lonnie Daniel Hoover
Original assignee: Nl Industries Inc
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1981-06-17
Publication date: 1987-06-09
Also published as: AR226364A1; NO812044L; US4420406A; BR8103925A; CA1169641A; NO156424C; MX161180A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fortykkede saltoppløs-ninger og i særdeleshet såkalte tunge saltlaker som har en densitet i området 1,70-2,16 g/cm 3.

Hydroksyetylcellulose (HEC) brukes som viskositetsregulerende eller -økende middel i vandige oppløsninger som inneholder oppløst salt; fordi den er ikke-ionisk, er den et av de få materialer som vil hydratisere og effektivt øke viskositeten i tunge saltoppløsninger av den type som anvendes som brønnbehandlingsvæsker, dvs. bearbeidings-væsker og kompletteringsoperasjoner.

Tunge saltoppløsninger med en densitet over ca. 1,80 g/cm<3 >inneholder et oppløselig salt med en densitet som er større enn densiteten til kalsiumbromid. I alminnelighet blir sinkklorid og/eller sinkbromid anvendt, fortrinnsvis sinkbromid. Det er av og til nødvendig å anvende en salt-oppløsning med en densitet i området 1,70-1,80 g/cm 3 som har en lavere krystalliseringstemperatur enn en oppløsning med tilsvarende densitet som inneholder kalsiumklorid og kalsiumbromid. En slik oppløsning kan ut fra et densitets-synspunkt formuleres ved å anvende sinkbromid. Imidlertid er det funnet at hvis sinkbromidkonsentrasjonen er mindre enn ca. 20 vekt-%, vil HEC ikke gelere eller fortykke salt-oppløsningen. Det er funnet at mens det er mulig å fortykke en saltoppløsning som ikke inneholder noe sink-

bromid eller en saltoppløsning som inneholder en høy konsentrasjon av sinkbromid; hvis de to fortykkede oppløs-ninger blandes for å fremstille en oppløsning inneholdende sinkbromid i mindre enn ca. 20 vekt-% konsentrasjon, vil viskositeten av de blandede saltoppløsninger være omtrent den samme som hvis ikke noe HEC var til stede.

Foreliggende oppfinnelse går derfor ut på å tilveiebringe fortykkede saltoppløsninger inneholdende sinkbromid og HEC.

Foreliggende oppfinnelse baserer seg på oppdagelsen at

hvis sinkbromidkonsentrasjonen i en saltoppløsning holdes

på minst 20 vekt-% eller høyere, kan saltoppløsningen fortykkes eller geleres med hydroksyetylcellulose. Således kan saltoppløsninger av sterkt varierende densiteter inneholdende sinkbromid, kalsiumbromid og/eller kalsiumklorid formuleres.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveie-bragt en fortykket saltoppløsning med en densitet i området 1,70-2,16 g/cm 3 bestående vesentlig av vann, sinkbromid, kalsiumbromid og en viskositetsregulerende mengde av hydroksyetylcellulose, og eventuelt inneholende kalsiumklorid i en mengde opptil (2x - 33) vekt-%, hvor x er vekt-prosenten av sinkbromid, og kjennetegnet ved at opp-løsningen inneholder minst 20 vekt-% sinkbromid.

HEC-polymerene som er egnet i foreliggende oppfinnelse, avhengig av fremgangsmåten for fremstilling av de fortykkede saltoppløsninger, kan enten være i form av et tørt pulver, vesentlig ubehandlet, eller, som foretrukket, være en "aktivert" HEC. Uttrykket "aktivert" som anvendt her, henviser til en HEC-polymer som praktisk talt vil hydratisere eller oppløses i en saltoppløsning med en densitet i området 1,70-2,16 g/cm uten nødvendigvis å blandes, f.eks. ved rulling, ved forhøyede temperaturer. Eksempler på slik aktivert HEC-polymerer er vist i norsk patentansøkning nr. 810352 og norsk patentansøkning nr. 811456. Som angitt i de nevnte patentansøkninger vil HEC-polymerer som er blitt aktivert, oppløses i salt-oppløsninger uten at det er nødvendig med valsing eller rulling eller annen form for blanding med forhøyede temperaturer. Generelt kan hvilken som helst HEC-polymer som oppløses i en saltoppløsning med en densitet over ca. 1,70 g/cm3, ved romtemperatur anses som en "aktivert" HEC. Det skal imidlertid understrekes at foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til bruken av aktiverte HEC-polymerer. Avhengig av blandebetingelsene og sammen-setningen av saltoppløsningen er uaktiverte HEC-polymerer forenlige med saltoppløsninger som anvendes ifølge foreliggende oppfinnelse. Med uttrykket "forenlig" menes at HEC-polymeren kan solvatiseres eller oppløses i en gitt saltoppløsning ved anvendelse av blandeteknikker som f.eks. rulling ved forhøyede temperaturer. Således er et uforenlig system et hvori HEC-polymeren ikke oppløses i saltoppløsningen selv om blandebetingelsene anvendes.

Ved formulering av saltoppløsningene som anvendes ifølge foreliggende oppfinnelse, brukes sinkbromid, kalsium-

bromid og i enkelte tilfeller kalsiumklorid, avhengig av den ønskede densitet og den ønskede krystalliseringstemperatur av saltoppløsningen. Det er funnet at nærvær eller fravær av kalsiumklorid og den ønskede densitet av saltoppløsningen bestemmer minimumsmengden av sinkbromid som kan anvendes i saltoppløsningen, enten for å danne en saltoppløsning som er forenlig med HEC eller som kan for-tykkes med en aktivert HEC ved romtemperatur. I grunnen foreligger det fire tilfeller:

T ilfelle 1: Oppløsninger inneholdende sinkbromid og kalsiumbromid og som ikke inneholder noe kalsiumklorid, er forenlige med HEC forutsatt at minimum prosent sinkbromid i salt-oppløsningen er som følger: hvor d er densiteten (g/cm 3) av en oppløsning blandet med en sinkbromid-oppløsning som har en densitet på 2,30 g/cm^. I eksempler hvor en annen oppløsning inneholdende sinkbromid er anvendt istedenfor 2,30 g/cm 3 sinkbromidoppløsning, er minimum prosent sinkbromid som kan anvendes i en salt-oppløsning med en densitet på 1,88-2,16 g/cm 3.

hvor w er densiteten i g/cm 3 av sinkbromidoppløsningen, og

p er prosent sinkbromid i den oppløsningen.

Tilfelle 2: Oppløsninger som inneholder sinkbromid, kalsiumbromid, og kalsiumklorid, er forenlige med HEC forutsatt at maksimum prosent kalsiumklorid er (2x-33%) hvor x er prosent sinkbromid i oppløsningen. I dette tilfelle er minimum prosent sinkbromid i oppløsningen som følger:

Tilfelle 3: ZnB^/CaB^-saltoppløsning inneholdende intet kalsiumklorid kan geleres eller gjøres viskøse ved romtemperatur med en aktivert HEC-sammensetning forutsatt at minimum prosent sinkbromid i oppløsningen er som følger: hvor d er densiteten i g/cm 3 av en oppløsning inneholdende bare kalsiumbromid som blandes med en 2,30 g/cm 3 sinkbromid-oppløsning. Hvis en annen oppløsning inneholdende sinkbromid erstatter sinkbromidoppløsningen med 2,30 g/cm 3, da er minimum prosent sinkbromid i densitetsområdet fra 1,92 til 2,16 g/cm<3>

hvor w er densiteten i g/cm 3 av sinkbromidoppløsningen, og p er prosent sinkbromid i denne oppløsning.

T ilfelle 4: ZnB^/CaB^-saltoppløsninger inneholdende kalsiumklorid kan geleres eller gjøres viskøse ved romtemperatur med en aktivert HEC-sammensetning forutsatt at maksimum vektprosent kalsiumklorid i oppløsningen er (2x-33)%, hvor x er prosent sinkbromid i oppløsningen. Minimum prosent sinkbromid i oppløsningen er som følger:

hvor D er densiteten av saltoppløsningen i g/cm 3.

Ved formulering av de fortykkede saltoppløsninger ifølge foreliggende oppfinnelse vil HEC være til stede i en viskositetsøkende mengde, generelt i en konsentrasjon på 2,85.14,26 g/l.

For mer fullstendig å illustrere foreliggende oppfinnelse gis følgende eksempler. Alle prosentangivelser heri er vekt-% dersom intet annet er angitt. Alle fysikalske egenskaps målinger blir gjennomført i overensstemmelse med testmetoder angitt i Stanford Procedure for Testing Drilling Fluids API PR 13B, 7. utg., april 1978. Den HEC-polymer som ble anvendt, var hvis intet annet er angitt, en HEC markedsført av Hercules, Inc. under varemerket "NATROSLO 250 HHR". Ved formulering av saltoppløsningene ble følgende saltoppløsninger anvendt.

Eksempel 1

Forskjellige saltoppløsninger ble blandet med en aktivert

HEC inneholdende 20% HEC (NATROSOL 250 HHR), 25% glycerin, 54,6% isopropanol og 0,4% forgasset kiselstyre for å fremstille en endelig oppløsning inneholdende 8,55 g/l HEC. Blandingen ble foretatt på en Multimixer i 1 min. Deretter ble graden av hydratisering av HEC målt ved omrøring av opp-løsningene på en Fann-VG-meter ved 300 omdr./min. og periodisk avlesning over en 60 minutters periode. Oppløsningene ble deretter rullet varmt over natten ved 65,6°C for å bestemme den endelige viskositet. De oppnådde data er angitt i tabell 1. Som det kan ses fra tabell 1, kan oppløsninger som inneholder mindre enn ca. 20% ZnBr2, ikke effektivt geleres eller gjøres viskøse selv med en aktivert HEC.

Eksempel 2

Saltoppløsninger med varierende densitet ble formulert med anvendelse av forskjellige saltoppløsninger og, i noen tilfeller, fast kalsiumklorid. Saltoppløsningene ble blandet med en Multimixer i 5 minutter med en aktivert HEC inneholdende 20% HEC (NATROSOL 250 HHR), 25% 0,25N natrium-hydroksyd og 55% isopropanol for å danne en saltoppløsning med 5,7 g/l HEC. Oppløsningene ble deretter rullet 55 minutter ved romtemperatur og Fann-avlesningene ved 300 omdr./min målt. Etter rulling i 16 timer ved 65,6°C, av-kjøling til romtemperatur og blanding i 5 min. på en Multimixer, ble Fann 300 omdr./min. avlesningene igjen tatt. De oppnådde data er gitt i tabell 2.

Som det kan ses fra verdiene i tabell 2, er oppløselig-heten av HEC forskjellig i CaB^/ZnB^-oppløsningene sammenlignet med CaC^/CaB^/ZnB^-oppløsningene. Som det like-ledes kan anses, har kalsiumklorid en retarderende virkning på oppløseligheten av HEC, og denne effekt er avhengig av ZnB^-konsentrasjonen. Verdiene viser videre at CAB^/ZnB^-oppløsningene som inneholder 20% ZnBr- og har en densitet i området fra ca. 1,70 til ca. 1,87 g/cm , er forenlige med HEC. Til slutt kan det ses at aktivert HEC vil hydratiseres eller oppløses ved romtemperatur i CaB^/ZnB^-oppløsninger inneholdende 20% sinkbromid forutsatt at densiteten ikke er større enn ca. 1,82 g/cm <3>.

Eksempel 3

Forskjellige saltoppløsninger ble blandet med en aktivert HEC inneholdende 20% HEC (NATROSOL 250 HHR), 25% glycerol, 54,6% isopropanol og 0,4% forgasset kiselsyre ved blanding i 15 minutter på en Multimixer, og oppløsningene ble aldret natten over ved romtemperatur. De oppnådde data på dupliserte 3,8 g/l prøver er angitt i tabell 3.

Eksempel 4

Saltoppløsninger inneholdende 4,28 g/l HEC ble formulert ved å blande forskjellige forhold av oppløsningene som er angitt i tabell 3. API-reologien ble deretter målt på oppløsningene. Oppløsningene ble deretter blandet med 8,5 6 g/l CaC03 (BARACARB) og API-reologien og API væsketap målt på oppløsningene etter rulling i 16 timer ved 65,6°C og avkjøling til romtemperatur. De oppnådde data er angitt i tabell 4 og tabell 5. Som det ses fra data i tabellene 4 og 5 må saltoppløsningene, for å være forenlige med HEC, inneholde minst ca. 20% ZnBr2 og ikke mer enn ca. (2x-33)% kalsiumklorid, hvor x er konsentrasjonen av ZnB^-konsentrasjon og minsker med økende CaC^-konsentrasjon.

Eksempel 5

Forskjellige saltoppløsninger ble fremstilt ved å blande sammen forskjellige vandige saltoppløsninger og, i enkelte tilfeller, fast kalsiumklorid. Deretter ble den aktiverte HEC, som ble brukt i eksempel 4, tilsatt til saltoppløsningen for å gi en konsentrasjon på 4,28 g/l HEC, og oppløsningene ble blandet i 5 minutter på en Multimixer. Oppløsningene ble deretter rullet i 55 minutter ved romtemperatur, og API-reologien målt. Etter rulling i 16 timer ved 65,6°C, avkjøling til romtemperatur og blanding i 5 minutter på

en multimixer, ble API-reologien og API-væsketap bestemt (det siste etter tilsetning av 8,56 g/l CaC03 (BARACARB).

De oppnådde data sammen med sammenligningsdata fra tabell 2 er angitt i tabellene 6-8.

Som det ses fra de angitte data i tabellene 6-8, gir selv oppløsninger hvori HEC ikke er oppløst eller hydratisert, god væsketapskontroll ved tilsetning av kalsiumkarbonat som forenlighetsmiddel ("bridging agent"). I tillegg kan det ses at HEC hydratiserer forskjellig i oppløsninger som inneholder fast kalsiumklorid sammenlignet med oppløsninger inneholdende kalsiumklorid oppnådd fra en 1,4 0 cm 3 opp-løsning. I særdeleshet kan det sees at oppløsninger som inneholder fast kalsiumklorid, viser høyere viskositeter og lavere væsketap eller varmrulling enn oppløsninger inneholdende kalsiumklorid fra en 1,40 g/cm 3 oppløsning. Dessuten krever oppløsninger som inneholder fast kalsiumklorid en større konsentrasjon av ZnBr2 for effektiv hydratisering av HEC ved romtemperatur. Til slutt kan det ses at for effektivt å hydratisere eller oppløse aktivert HEC uten varme bør saltoppløsningen formuleres uten tilsetning av fast kalsiumklorid.

Eksempel 6

Forskjellige saltoppløsninger ble fremstilt og vurdert

for reologiske egenskaper ifølge fremgangsmåten i eksempel 5. API-væsketap ble målt i oppløsningene etter rulling i 16 timer ved 65,6°C med og uten tilsetning av 8,56 g/l CaC03 (BARACARB). De oppnådde data er angitt i tabell 9.

Som det ses fra data i tabell 9 viser saltoppløsninger med en densitet fra ca. 1,92 g/cm 3 til 2,04 g/cm 3 og som inneholder minimum mengde av sinkbromid, god væsketapskontroll, selv i fravær av et forenlighetsmiddel.

Eksempel 7

Forskjellige fortykkede saltoppløsninger ble formulert ved

å blande sammen forskjellige vandige saltoppløsninger og den aktiverte HEC som ble anvendt i eksempel 2. Etter blanding i 5 minutter på en Multimixer ble oppløsningene rullet 55 minutter ved 23°C og API-reologien målt. Deretter ble API-reologi og væsketap målt etter rulling av oppløsnin-gene ved 23°C i 16 timer og etter ytterligere rulling av oppløsningene i enda 16 timer ved 65,6°C. Resultatene er angitt i tabell 10.

Som det ses fra resultatene i tabell 10, kan de tunge salt-oppløsninger som inneholder sinkbromid, kalsiumbromid og kalsiumklorid, lett gjøres viskøse ved romtemperatur forutsatt at minimum prosent av sinkbromid i saltoppløsningen er større enn 20% eller 4(D-1,14)%, hvor D er densiteten av oppløsningen i g/cm 3. Fortrinnsvis er sinkkonsentrasjonen større enn 4(D-1,08)% og enda mer foretrukket større enn 4(D-1,02)%.

Claims

1. Fortykket saltoppløsning med en densitet i området 1,70-2,16 g/cm 3bestående vesentlig av vann, sinkbromid, kalsiumbromid og en viskositetsregulerende mengde av hydroksyetylcellulose, og eventuelt inneholdende kalsiumklorid i en mengde opptil (2x -33) vekt-%, hvor x er vekt-prosenten av sinkbromid, karakterisert ved at oppløsningen inneholder minst 20 vekt-% sinkbromid.

2. Saltoppløsning ifølge krav 1, karakterisert ved at oppløsningen har en densitet i området 1,70-1,87 g/cm 3, og hvor kalsiumbromid er til stede i en mengde på 14,5-41,3 vekt-%, og sinkbromid er til stede i en mengde på 2 0-4 6,9 vekt-%.

3. Saltoppløsning ifølge krav 1, karakterisert ved at oppløsningen har en densitet i området 1,70-1,87 g/cm 3, og hvor kalsiumklorid er til stede i en mengde på 0,1-20 vekt-%, kalsiumbromid er til stede i en mengde på 9,4-42 vekt-%, og sinkbromid er til stede i en mengde på 20-37 vekt-%.

4. Saltoppløsning ifølge krav 1, karakterisert ved at oppløsningen har en densitet i området 1,87-2,04 g/cm , og hvor kalsiumklorid er til stede i en mengde på 0,1-13,5 vekt-%, kalsiumbromid er til stede i en mengde på 12,9-41,3 vekt-%, og sinkbromid er til stede i en mengde på minst (71,4D-113,7) vekt-% hvor D er densiteten av saltoppløsningen i g/cm 3, fortrinnsvis inneholdende opptil 50% sinkbromid.

5. Saltoppløsning ifølge krav 1-4, karakterisert ved at hydroksyetylcellulosen er aktivert.