NO157660B - Vandig behandlingsvÿske for anvendelse ved komplettering og boring av borehull, og anvendelse av vÿsken ved innspr ting av en sementoppslemming i borehull. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en vandig behandlingsvæske som er egnet for anvendelse ved komplettering og boring av underjordiske borehull. Væsken kan således anvendes til sjakt-komplettering eller som mellomleggvæske (såkalt "spacer-fluid") ved boring av olje- og gass-kilder eller andre borehull i underjordiske formasjoner. Oppfinnelsen vedrører også anvendelse av en slik vandig behandlingsvæske ved innsprøyting av en vandig sementoppslemming i et borehull som inneholder et boreslam som ikke er forlikelig med sementoppslemmingen. Det henvises for-øvrig til de medfølgende krav.

Roterende bore-teknikker blir vanligvis anvendt for boring

i kilder i jord gjennom underjordiske formasjoner av sandsten, skifer, kalksten etc. Ved slik rotasjonsboring blir en bore-væske eller et "boreslam" sirkulert mellom jord-overflaten og bunnen av kilden. Boreslam som er meget anvendt innbefatter vannbasert slam som omfatter både leire og polymerholdig slam, olje-basert slam og emulsjoner. Boreslam har mange nyttige formål innbefattet fjerning av jord og sten-rester fra kilden, regulering av formasjonstrykk og avkjøling og smøring av bore-kronen som brukes ved boring i kilden. Det er imidlertid også visse skadelige karakteristikker forbundet med boreslam.

Blant problemene forbundet med boreslam er at boreslam er til-bøyelig til å flyte fra kilden og inn i utsatte gjennomtrenge-lige formasjoner med det resultat at slamfaststoffer filtreres ut på veggen i kilden og danner en filterkake. Selv tynne fil-terkaker er skadelige ved komplettering av kilder på grunn av at de noen ganger innvirker på dannelsen av en god sementbinding mellom veggen i borehullet og brønnrørene anbrakt i borehullet. Boreslam inneholder også ofte visse komponenter som er uforlikelige med en væske som man kan ønske å sprøyte inn i en kilde som inneholder slikt slam. Det er f.eks. lenge blitt iakttatt at dersom visse sement-oppslemminger som inneholder flerverdige metall-kationer, spesielt kalsium, blir brakt i kontakt med slam som inneholder leire eller visse polymerer,

kan det dannes en svært viskøs og skadelig propp i nærheten av grenseflaten mellom slam og sement. De problemer som skapes med slike høy-viskøse slam-sement-grenseflater er velkjente i kilde-sementeringsindustrien. Et annet eksempel på uforlike-lighet mellom slam og sement er at ligniner, som ofte brukes som dispergeringsmidler i slam med høy densitet, kan forårsake overdreven retardasjon i sement dersom sementen blir sammen-blandet med slammet.

Det er følgelig blitt oppfunnet forskjellige teknikker

for å fjerne boreslam fra et borehull, spesielt i forbindelse med innsprøyting av en væske'i et borehull som er uforlikelig med slammet, og mer spesielt i forbindelse med sementering.

En vanlig teknikk er å anvende et "mellomlegg" eller en "kjemisk vask". Selv om det ikke alltid 5remgår klart i litteratu-ren om væsken er et mellomlegg eller en kjemisk vask, så er et mellomlegg vanligvis karakterisert som en fortykket blanding som først og fremst funksjonerer som et væske-stempel ved for-skyvning av slammet. Mellomlegg inneholder ofte merkbare mengder av tynge-midler for å oppnå en ønsket densitet på mellomlegg-væsken. Kjemiske vasker er på den annen side vanligvis tynne væsker som først og fremst er effektive som et resultat av turbulens, fortynning og overflateaktiv virkning på slammet og slamfilterkaken. Kjemiske vasker inneholder ofte faststoffer for at disse skal virke som et slipemiddel, men fast-stoff -innholdet er betydelig lavere enn i mellomlegg på grunn av at vaskene vanligvis er for tynne til å ha god kapasitet til å bære faststoffer.

Fremstilling og anvendelse av mellomlegg og kjemiske vasker er omtalt i detalj i US-patentskrift nr. 4 083 407. Av spesiell interesse er US-patentskrift nr. 3 291 211

som beskriver en fremgangsmåte for fjerning av slamkake fra veggen i et borehull og så sementering av brønnrø-rene i et slikt borehull ved anvendelse av en væske som er angitt å ha "viskoelastiske" egenskaper som et mellomlegg for å forskyve en slamkake fra ringen. Den viskoelastiske væske er angitt å bli fremstilt fra et olje-blandbart løsningsmiddel for anvendelse sammen med et olje-basert boreslam eller fra vann og vann-blandbart løsningsmiddel når det dreier seg om anvendelse sammen med et vannbasert boreslam. Viskoelastiske egenskaper blir gitt til mellomlegg-væskene ved tilsetning av forskjellige oppløste stoffer til de respektive løsningsmidler. Blant de nevnte oppløste stoffer er høymolekyære cellulosederi-vater, så som karboksymetylcellulose (CMC) og hydroksyetylcellulose (HEC), polyetylenoksyder, sulfonerte polystyrener, polyakrylamider og delvis hydrolyserte polyakrylamider, naturlige gummier, fettsyresåper etc. Patentet anbefaler at de viskoelastiske væsker er slik at en normal spenning på minst 2000 dyn pr. cm^ blir utviklet i et roterende viskosimeter.

I US-patentskrift nr. 4 141 843 åpenbares en ikke-skadende mellomlegg-væske som omfatter tyngemidler dispergert i vann,

et polymert viskositetsøkende middel og flere andre komponenter. Mellomlegget er angitt å være stabilt over et temperaturområde på 0-148,9°C i lange tidsrom. I væskene beskrevet i patentet anvendes som foretrukne viskositetsøkende midler vannløselige polysakkarider, spesielt hydroksyalkylcelluloser som har 2-3 karbonatomer i hydroksyalkylgruppene. Mellomleggsvæskene ifølge patentet er angitt å være ikke-Newton'ianske i karakter, dvs. de har flytegrenser som ikke er lik null.

I en publikasjon med tittelen "Applied Engineered Cementing" (1969) av Byron Jackson, Inc., sidene 54-55, er en

"sementerende prespyling", eller mellomlegg som er uttrykket som brukes her, betegnet slam-sveip, beskrevet som en høy-viskøs, vandig løsning med en densitet som kan justeres fra 1,03 til så meget som 2,15 kg pr. liter. Dette mellomlegg er angitt å operere etter et "viskøs-sveip"-prinsipp for å oppnå maksimal slamfjerning uten hensyn til strømningshastig-heten. Det er angitt at det ikke er nødvendig å oppnå turbulent strømning for å oppnå utmerket slamfjerning. Blandingen av mellomlegget er ikke åpenbart, men den er angitt å være høy-viskøs og allikevel tiksotropisk, å inneholde av-oljende kjemikalier som er tilbøyelig til foretrukket å vannfukte karmen og borehullet og også å inneholde additiver som "flokkulerer leire-basert boreslam, danner en viskøs grenseflate som er behjelpelig ved sveiping av slam fra ringen". Det er åpenbart at mellomlegget er uforlikelig med mange borevæsker.

I US-patentskrift nr. 4 083 407 blir det anvendt CMC og HEC som reguleringsadditiver for væsketap. Selve mellomlegget er fortykket med et flerverdig metallsilikat.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en vandig behandlingsvæske som har egenskapene til både et mellomlegg og til en kjemisk vask. Behandlingsvæsken er spesielt beregnet på å være løselig eller dispergerbar i vann og.er tilstrekkelig tykk eller "viskøs" på grunn av suspensjon deri av en mengde av tyngemiddel som er tilstrekkelig til å gi en ønsket densitet til den vandige behandlingsvæske. Behandlingsvæsken blir fremstilt med passende viskositet-økende midler og fortykningsmidler slik at det oppnås en tykk væske som er tilstrekkelig viskøs til å suspendere de ønskede tyngemidler ved blanding, og så behandle og transportere den således tyngede væske ved temperaturer som man støter på under operasjoner i marken, men hvor den vandige behandlingsvæske allikevel vil få et tilstrekkelig viskositetstap under forholdene nede i hullet til å oppnå en kinematisk viskositet som tillater at behandlingsvæsken går inn i en turbulent strømning ved rimelige pumpehastigehter, f.eks. mindre enn 1,89, fortrinnsvis mindre enn 1,42 og mest foretrukket mindre enn

3

0,95 m pr. minutt.

Sagt på en annen måte er behandlingsvæsken beregnet på å være en pseudoplastisk væske ved blande- og behandlingstempera-turene og allikevel bli en Newton<1>iansk væske ved de temperaturer som man støter på under forholdene nede i hullet når væsken blir pumpet inn i ringen mellom et borehull og et brønn-rør eller et annet tomt rom i et underjordisk borehull. Siden væsken er beregnet på å gå inn i turbulent strømning, vil turbulensen vanligvis være tilstrekkelig til å suspendere de faste partikkelformede materialer som vanligvis anvendes som tyngemidler. Det er imidlertid foretrukket at behandlingsvæsken opprettholder tilstrekkelig viskositet under forholdene nede i hullet til å suspendere slikt partikkelformet materiale under statiske eller pluggende eller laminære strømingsforhold. Det er følgelig foretrukket at det, under temperaturforholdene nede i hullet, opprettholdes en kinematisk viskositet som er lik 125 ce<g>tiP01<56> hvor p er definert som densiteten til behandlingsvæsken i kg pr. liter. Dette er spesielt ønskelig dersom det er muligheter for pumpestopp eller ødeleggelse.

Den vandige behandlingsvæske i henhold til oppfinnelsen fremstilles ved å kombinere minst fire bestanddeler. Den første er et viskositets-økende middel som er lett løselig i vann ved en temperatur mellom 4,4 og 37,8°C, og som blir i alt vesentlig uløselig i behandlingsvæsken ved de temperaturer som man støter på under forholdene nede i hullet, vanligvis referert til som bunn-hull-sirkulasjons-temperatur (heretter B.H.C.T). Den annen bestanddel er et fortykningsmiddel som kan dispergeres eller løses i vann, hvilket vil gi tilstrekkelig viskositet til vannet til å motstå B.H.C.T. når den første bestanddel taper sine viskositetsgivende evner. Den tredje bestanddel, et dispergeringsmiddel, blir anvendt for å forøke dispergerbarheten til den første bestanddel og dermed forenkle og gi rask blanding på feltet for å danne den vandige behandlingsvæske. Bestanddelene blir blandet i slike mengder at når de dispergeres i vann, sammen med en mengde tyngemiddel som er nødvendig for å gi den ønskede viskositet til væsken, vil den vandige behandlingsvæske oppnå en kinematisk viskositet som er større r, o ■ j ei c centipoise-liter , enn 0,8 og mindre enn 62,5 t~r ved en temperatur mellom 30 og 71 C. Den fjerde bestanddel er vann.

Mer spesielt består den vandige behandlingsvæske i henhold til oppfinnelsen av følgende bestanddeler:

(a) 0,1-1,5% av et viskositetsøkende middel,

(b) 0,5-4% av et fortykningsmiddel,

(c) 0,1-2,5% av et dispergeringsmiddel,

(e) 90-99,3% vann.

Den vandige behandlingsvæske i henhold til oppfinnelsen anvendes ved innsprøyting av en vandig sementoppslemming i et borehull som inneholder et boreslam som ikke er forlikelig med sementoppslemmingen, men hvor behandlingsvæsken er forlikelig med både boreslammet og sementoppslemmingen. Det innsprøytes således en tilstrekkelig mengde væske til å separere slammet og sementoppslemmingen, idet innsprøytingshastigheten overskrider væskens kritiske hastighet i borehullet ved bunnhull-sirkulasjonstemperaturen i borehullet.

Med kritisk hastighet menes den hastighet hvormed den vandige behandlingsvæske må pumpes for å oppnå turbulent strømning ved B.H.C.T.

Flere uttrykk som blir anvendt gjennom hele beskrivelsen og forklaringen av oppfinnelsen bør nå defineres. Uttrykket "viskositet" blir anvendt i flere forskjellige sammenhenger. Når det refereres til bare viskositet, anvendes det i den betydningen at det menes en tykkelseegenskap eller viskositet som en væske har. Uttrykket "tilsynelatende viskositet" er en kvantifisering av tykkelsen til en væske og uttrykkes her i centipoise-enheter som stammer fra en måling ved 300 OPM (^qq) ved anvendelse av en enkel omregningsfaktor. 300 OPM-avles-ningene blir gjort på et viskosimeter modell 35 Fann VG med Rl-Bl rotor/vekt kombinasjon og en spring-faktor på én. Uttrykket "flytegrenes" refererer til en empirisk avledet størrelse beregnet som differansen mellom to ganger 300 OPM-avlesningen og 600 OPM-avlesningen for en væske (uttrykt som <2®>300~®600^" <F>lytegrensen er viktig ved karakteriseringen av væskens oppførsel som enten Newton'iansk eller ikke-Newton1 - iansk. En væske som har en flytegrense på null ved en gitt temperatur, fremviser Newton'iansk oppførsel ved den temperaturen. Den temperatur hvorved flytegrensen til en væske går til null, kalles dens "overgangs-temperatur". Densiteten til en væske, så som referert til her, er uttrykt i kg/l, og er, dersom ikke annet er angitt, målt ved 26,7°C og representert ved uttrykket "P". Uttrykket "kinematisk viskositet" refererer til en egenskap for en væske, beregnet ved å dividere den tilsynelatende viskositet for væsken, uttrykt i centipoise, med densiteten til væsken P, uttrykt i kg pr. liter.

Uttrykket "pseudoplastisk" refererer, når det anvendes

her, til oppførselen til en væske som har en flytegrense som er et positivt tall ved en gitt temperatur og hvis tilsynelatende viskositet avtar med økende skjær-grad. Overgangstemperaturen for et pseudoplastisk materiale er den temperaturen

hvorved det taper dets pseudoplastiske egenskaper og antar Newton'iansk oppførsel, dvs. temperaturen hvorved dets flytegrense går mot null. En annen egenskap ved forskjellige væsker som er beskrevet her, er væsketap, og det blir bestemt i henhold til API-metoder.

Gjennom hele beskrivelsen blir bestanddel a, det viskosi-tetsøkende middel, referert til som om det blir i alt vesentlig uløselig i vann ved en eller annen temperatur. Med i alt vesentlig uløselig menes at en væske som består av komponent a og vann, får et tap av tilsynelatende viskositet slik at den tilsynelatende viskositet i den resulterende væske blir tilnærmet 2 centipoise eller mindre. Den temperatur hvorved dette foregår er tilnærmet overgangstemperaturen for denne væske, og væsken blir i alt vesentlig en Newton'iansk væske siden den overveiende er vann. Gjennom hele beskrivelsen er den vandige behandlingsvæske i henhold til oppfinnelsen referert til som om den er "forlikelig" med sement-oppslemminger og boreslam. Med forlikelig menes at når den vandige behandlingsvæske og sement-oppslemming eller slam blir intimt blandet i volumforhold på

ca. 50-50, så overskrider ikke den tilsynelatende viskositet til den resulterende blanding den tilsynelatende viskositet til noen av bestanddelene med mer enn ca. 20%.

Væsken i henhold til oppfinnelsen kan oppnås fra en tørr-blanding som omfatter tre eller flere bestanddeler, og vandige behandlingsvæsker oppnås fra denne tørr-blanding ved å blande den med vann. Den første bestanddel, a, er et visko-sitetsøkende middel som er løselig i og øker den kinematiske viskositet for vann før det utsettes for den slags temperaturer som man ville støte på nede i hullet, men som er i alt vesentlig uløselig i vann ved slike temperaturer nede i hullet. Den annen bestanddel, b, er et fortykningsmiddel som er løselig eller dispergerbart i vann og øker den kinematiske viskositet endog ved temperaturer som man støter på under forholdene nede i hullet. Den tredje bestanddel, c, et dispergeringsmiddel, er inkludert i blandingen for å øke disper-geringsevnen til den første bestanddel i vann. Det er ønskelig å kunne dispergere bestanddel a glatt og lett i vann for å oppnå en komplett løsning innen så kort tid som mulig og unngå de problemer som oppstår ved blanding på feltet og som oppstår dersom den første bestanddel danner uløselige klumper og geler ved innføringen i vann. Når bestanddel a er av en slik natur at den inneholder et innebygd dispergeringsmiddel eller ikke har behov for noe, så kan c utelates. Ved en foretrukket utførelse blir en fjerde bestanddel, d, et tyngemiddel, inkludert sammen med de tre første bestanddeler før blandingen blir dispergert i vann for å danne en vandig behandlingsvæske. Hvilket som helst tyngemiddel som ikke er uforlikelig med de andre bestanddeler eller med sement-oppslemminger eller boreslam- kan anvendes for dette formål. Ved en annen foretrukket utførelse blir det tilsatt en ytterligere bestanddel f, et ikke-ionisk overflateaktivt middel, til blandingen for å øke forlike-ligheten av den resulterende vandige behandlingsvæske med olje-basert boreslam. Den ikke-ioniske overflateaktive bestanddel vil ikke være nødvendig i de tilfeller hvor bestanddel a er av en slik karakter at den har iboende overflateaktive egenskaper og dermed gjør den resulterende vandige behandlingsvæske forlikelig med slikt slam.

Bestanddel a blir passende valgt blant hydroksyalkylcelluloser som er generelt ikke-ioniske av natur og som vanligvis har iboende overflateaktive egenskaper som skyldes deres kjemiske natur. Slike materialer er hydroksyetylcellulose. hydroksypropylcellulose, hydroksybutylcellulose, hydroksyetylmetyl-cellulose, hydroksypropylmetylcellulose og hydroksybutylmetyl-cellulose. Hydroksyalkylcelluloser i hvilke hydroksyalkylgruppene er hydroksypropyl eller hydroksybutyl er foretrukket for anvendelse ved denne oppfinnelse. Disse materialer anvendes i en mangfoldighet av molekylvekter og med varierende grad av hydroksyalkyl- og metoksyl-substitusjon på hydroksylgruppe-ne som henger ut fra ryggraden på cellulose-kjedene. I av-hengighet av molekylvekten til den anvendte hydroksyalkylcellulose vil det være nødvendig med større eller mindre mengder av materialet for å gi den ønskede tykkelse til den resulterende vandige behandlingsvæske, idet molekylvekt og mengde som kreves for å gi en gitt viskositet, er omvendt proporsjonale.

Den temperatur ved hvilken en hydroksyalkylcellulose blir

i alt vesentlig uløselig i vann, kan variere meget og avhenger først og fremst av graden og typen av hydroksyalkyl-substitusjon og graden av metoksylsubstitusjon på cellulose-ryggraden. Hydroksyalkyl-substituenter er hydrofobe i økende grad i rekke-følgen hydroksyetyl, hydroksypropyl og hydroksybutyl.

Vanligvis er det slik. at desto høyere graden av hydrofob substitusjon er, desto lavere vil den temperatur være ved hvilken materialet blir i alt vesentlig uløselig i vann, og denne temperatur er vanligvis kjent som "gel-temperaturen". Gel-temperaturen til et gitt materiale blir også påvirket av nærværet av andre oppløste stoffer i vandig løsning. Vanligvis tjener uorganiske salter, så som natriumklorid og kaliumklorid, til å nedsette geltemperaturen til en gitt hydroksyalkyl-cellulose-løsning, og den viskositetgivende effekt til en gitt mengde av bestanddel a kan også bli nedsatt på tilsvarende måte. Geltemperaturen til en gitt vandig løsning av en hydroksyalkylcellulose kan heves og den viskositetøkende effekt av en gitt mengde av hydroksyalkylcellulosen kan økes ved nærvær av forskjellige overflateaktive midler eller fuktemidler, så som dispergeringsmidler av den type som anvendes som bestanddel c, glykoler eller glykoletere og andre ikke-ioniske overflateaktive midler.

Det kan følgelig gjøres rutineforsøk, med kjennskap til den foregående teknikk, for å velge et passende viskositet-økende middel i passende mengder .sammen med tilstrekkelige mengder av et dispergeringsmiddel eller et salt, for henholds-vis å heve eller senke den tilsvarende geltemperatur i den resulterende løsning. På denne måte kan en vandig behandlingsvæske med et bredt område av geltemperaturer betegnes som passende for temperaturene nede i hullet som man støter på ved den påtenkte anvendelse. For de fleste hydroksyalkylcellulose-produkter er det tilgjengelig litteratur fra fabrikanten som angir de respektive geltemperaturer for disse produkter og også virkningen av forskjellige oppløste stoffer, så som salter og dispergeringsmidler, på geltemperaturen og viskositeten for deres resulterende vandige løsninger.

På grunn av lett dispergering under forholdene på feltet og på grunn av at de har geltemperaturer innen det området som man vanligvis støter på under forholdene nede i hullet, er hydroksypropylcelluloser og hydroksypropylmetylcelluloser foretrukket ved foreliggende oppfinnelse. Mest foretrukket er hydroksypropylcelluloser, og utførelser med disse vil bli beskrevet mer fullstendig her. For høyere temperaturer nede i hullet vil imidlertid hydroksyetylcelluloser som vanligvis har høyere geltemperaturer, være anvendbare.

Bestanddel b, et fortykningsmiddel, er dispergerbar eller løselig i vann og øker den kinematiske viskositet for vann ved de temperaturer som man støter på under forholdene nede i hullet, dvs. den har ikke en geltemperatur i det området som bestanddel a har, og kan derfor opprettholde den vandige behandlingsvæske i en noe fortykket tilstand under forholdene nede i hullet.

For dette formål kan det anvendes forskjellige polymerer, innbefattet noen av slike som er nyttige ved høyere temperaturer som bestanddel a dersom temperaturen som den vandige behandlingsvæske blir utsatt for nede i hullet er lavere enn geltemperaturen til bestanddel b. I en slik situasjon vil det i stedet bli valgt et materiale med en geltemperatur innen området for forholdene nede i hullet, som bestanddel a. Representative materialer er hydroksyalkylcelluloser som vanligvis har geltemperaturer over 71°C, f.eks. visse hydroksyetylcelluloser og visse hydroksypropylmetylcelluloser og karboksymetylcellulose. Slike polymerer blir tjenlig kombinert med et vannsvellbart drøyemiddel, så som en vannsvellbar leire, som vil gi øket fortykning til den vandige behandlingsvæske, men som ikke vil være så sensitiv for temperaturer som noen av de naturlige og syntetiske høyere polymerer er. Av typene av vannsvellbar leire er attapulgitter og bentonitter, spesielt natrium-bentonitt, spesielt foretrukket. Når det anvendes en blanding av polymer og et vannsvellbart drøyemiddel, er det foretrukket å anvende omtrent like vektmengder av de to bestanddeler eller forhold mellom drøyemiddel og polymer på ca. to eller tre til én.

Som bestanddel c kan praktisk talt hvilket som helst vann-løselig dispergeringsmiddel anvendes. Anioniske og kationiske dispergeringsmidler, så som natrium-dodecylbenzensulfonat, natrium-alkylsulfonat, fett-alkylbenzyl-ammoniumklorider, dietanolamin- eller trietanolamin-fett-sulfater og lignende, tjener et slikt formål. Dispergeringsmidlet velges fortrinnsvis fra sulfonerte hydrokarbonforbindelser og deres salter, og mer foretrukket fra sulfonerte aromatiske hydrokarboner og deres salter. Materialer så som natrium-alkyl-benzen-sulfonater og natrium-polynaftalen-sulfonater, er godt egnet som bestanddel c. Vanligvis unngås fortrinnsvis ligniner og deres sulfonerte derivater og også sukker-derivater som dispergeringsmiddel ved denne anvendelse siden de er tilbøyelige til å retardere avsetning av sement-oppslemminger. Der hvor

retardasjon av sement-avsetning ikke er skadelig, kan også

disse anvendes.

Som tyngemiddel kan det ved foreliggende oppfinnelse generelt anvendes hvilket som helst vanlig anvendt tyngemiddel for boreslam og sementoppslemminger. Materialer så som karbonater av kalsium kan være passende i tilfeller hvor kalsiumioner ikke er forlikelige med boreslam som man støter på, og jernkar-bonat, forskjellige jernoksyder, så som hematitt eller ilmenitt, og bariumsulfat (alminnelig kjent som barytt), er vanlig kjente midler som kan anvendes. På grunn av dets brede anvendelse og lette tilgjengelighet er anvendelse av barytt som tyngemiddel for den vandige behandlingsvæske, foretrukket, spesielt når det er ønsket densiteter på mellom 1,08 og 2,16 kg pr. liter.

Når det fremstilles vandige behandlingsvæsker med densiteter over 2,16 kg. pr. liter, så er det foretrukket å inkorporere økende mengder av et tyngre middel, så som ilmenitt, i en behandlingsvæske som allerede er blitt tynget til ca. 2,16 kg pr. liter med barytt.

I mange tilfeller hvor en hydroksyalkylcellulose blir anvendt i bestanddel a, vil den resulterende vandige behandlingsvæske ha rimelig forlikelighet med oljebasert boreslam, siden slike celluloser vanligvis har fordelen av innebygd overflate-aktivitet. I tilfeller hvor empiriske blandetester viser uakseptabel fortykning av blandinger av den vandige behandlingsvæske og et oljebasert slam, kan imidlertid mindre mengder av et ikke-ionisk overflateaktivt middel inkorporeres i de resulterende vandige behandlingsvæsker i henhold til oppfinnelsen. Fortrinnsvis anvendes en ikke-ionisk, alkoksylert alkohol,

mer foretrukket en alkoksylert alkanol eller alkylfenol og mest foretrukket et etoksylert derivat av en slik alkohol.

På grunn av den store mangfoldighet av forhold hvorunder den vandige behandlingsvæske i henhold til oppfinnelen vil bli anvendt, er det nyttig å definere de relative mengder av bestanddelene som skal anvendes, uttrykt med empiriske tester, som vedrører de karakteristiske egenskaper ved den vandige behandlingsvæske som er ønsket og som er definert her. Det er for eksempel foretrukket at den vandige behandlingsvæske fremviser en kinematiske viskositet på mindre enn 62,5, og mer foretrukket mindre enn 54,2, og mest foretrukket mindre enn 33,3 centipoise-liter/kg, og på mer enn 0,8, mer foretrukket mer enn 2,5, og mest foretrukket mer enn 4,2 centipoise-kg/liter, ved en temperatur mellom 2 9,4 og 71°C. Siden det også er ønskelig at behandlingsvæsken fremviser Newton1 - ianske egenskaper innen dette temperaturområde, dvs. har en flytegrense på null i dette område, kan man velge de passende mengder av bestanddelene a, b og c som forenes med en gitt mengde vann for å gi en væske som har den ønskede opprinnelige tykkelse, og også en viskositetsreduksjon ved temperaturen nede i hullet hvorved behandlingsvæsken vil bli anvendt. Vanligvis vil den totale mengde av bestanddelene a, b og c som kreves for å oppnå de ønskede egenskaper, være 1 til 10%, basert på vekten av vann anvendt for å fremstille den vandige behandlingsvæske. Ved dette nivå vil det oppstå en vandig væske med en densitet på ca. 1,02 kg pr. liter. For en slik væske kan lett den passende mengde av tyngemiddel som kreves for å gi den endelige ønskede densitet lett beregnes eller bestemmes empirisk ved å tilsette tyngemiddel i økende mengder og måle de resulterende densiteter.

Behandlingsvæsken i henhold til oppfinnelsen kan også inneholde andre vanlige behandlingsvæske-ingredienser, så som reguleringsadditiver for væsketap, farvestoffer og antiskumme-midler når dette er nødvendig, idet disse anvendes i vanlige mengder, og selvsagt bør tilsetning av slike andre additiver unngås dersom de vil ha skadelig virkning på de viktigste ønskede egenskaper til den vandige behandlingsvæske eller dersom de vil innvirke skadelig på boreslammet eller sement-oppslemmingene.

Den vandige behandlingsvæske i henhold til oppfinnelsen blir fordelaktig anvendt som en forlikelig væske i et borehull mellom et boreslam og en annen væske som skal innsprøytes for å forskyve boreslammet fra borehullet. Denne annen væske er vanligvis en sement-oppslemming. Ved denne metode anbefales det at det anvendes en tilstrekkelig mengde av den vandige behandlingsvæske for å tilveiebringe en kontakttid på minst 5 og fortrinnsvis minst 10 minutter med veggene i borehullet eller ringen hvorigjennom behandlingsvæsken skal pumpes med hvilken som helst ønsket pumpe-hastighet. Siden volumet av borehullet eller ringen hvorigjennom den vandige behandlingsvæske vil bli pumpet, er kjent, og likeledes den ønskede pumpehastighet, er det lett å beregne volumet av vandig behandlingsvæske som skal anvendes for å oppnå en slik kontakttid.

Den foretrukne pumpehastighet for behandlingsvæsken ved

en slik anvendelse er mindre enn 1,89 m<3> pr. minutt, mer foretrukket mindre enn 1,4 2 m<3> pr. minutt, og mest foretrukket mindre enn 0,9 5 m<3> pr. minutt, og er fortrinnsvis større enn 0,16 m<3> pr. minutt, mer foretrukket større enn 0,33 m<3> pr. minutt, og mest foretrukket større enn 0,49 m<3> pr. minutt. Den vandige behandlingsvæske blir anvendt i et borehull som fortrinnsvis har en bunn-hullsirkulasjonstemperatur på under 16 5,6°C, mer foretrukket under 121,1°C, og mest foretrukket under 93,3°C, og blir fortrinnsvis anvendt ved en minimal B.H.C.T. på 26,7°C, mer foretrukket høyere enn 37,8°C, og mest foretrukket høyere enn 51,7°C. Ved en foretrukket utførelse blir den anvendt i et borehull med en B.H.C.T. mellom 51,7°C

og 62,8°C, og ved en annen foretrukket utførelse anvendt i et borehull med en B.H.C.T. mellom 65,6°C og 151,1°C.

Mange av kildene i hvilke god sementbinding er vesentlig, finnes utenfor kysten (offshore). En annen foretrukket utfø-relse av oppfinnelsen er en vandig behandlings-

væske som ytterligere omfatter natriumklorid, i en mengde på

1 til 18 %, mer foretrukket 1 til 3 %, basert på vekten av vann. Som angitt før tjener nærværet av natriumklorid eller et annet salt, så som kaliumklorid, til å nedsette geltemperaturen til bestanddel a i væsken i henhold til oppfinnelsen.

Det foregående vil generelt tjene til å beskrive oppfinnelsen for leseren og gjøre ham i stand til å utføre oppfinnelsen innen de retningslinjer som er skissert ovenfor. De følgende eksempel-utførelser vil ytterligere beskrive oppfinnelsen og gjøre leseren i stand til å praktisere den.

En væske i henhold til oppfinnelsen blir fremstilt ved

a tørrblande ca. 11,7 deler Klucel ®J hydroksypropylcellulose, ca. 8,9 vektdeler 7L karboksymetylcellulose, ca. 23,3 deler av en bentonitt som tilfredsstiller spesifikasjoner i API standard 10A, og ca. 6,1 deler Lomar D overflateaktivt middel, et natrium-polynaftalensulfonat (alle deler er vektdeler dersom ikke annet er angitt). Som det kan ses fra den foregående del av beskrivelsen, tilsvarer den første komponent bestanddel a som her beskrevet, kombinasjonen av annen og tredje komponent tilsvarer bestanddel b som her beskrevet, og den fjerde komponent tilsvarer bestanddel c som her beskrevet. Dessuten kan det tilsettes en liten mengde av et farvestoff til blandingen som hjelpemiddel for å identifisere tilbakeløp fra borebrønnen, om dette ønskes. En blanding av de foregående komponenter blir heretter referert til som blanding A, og den anvendes i de følgende eksempler for å fremstille en vandig behandlingsvæske ved å tilsette 7,38 kg av blanding A til 155,2 liter med friskt vann for å danne 0,16 m 3 av vandig behandlingsvæske A som har en densitet på 1,03 kg pr. liter. For å fremstille en vandig behandlingsvæske med høyere densitet blir en mengde av tyngemiddel enten forhåndsblandet med tørrblanding A eller tilsatt etter at blanding A er dispergert i vann. Mengden av tyngemiddel som skal anvendes kan bestemmes av den følgende ligning X = (P - 1,03)/(l - VP) hvor X betyr kg tyngemiddel som skal tilsettes pr. liter behandlingsvæske, V betyr det absolutte volum av tyngemidlet i liter pr. kg, og P betyr den ønskede densitet av behandlingsvæske i kg pr. liter. For barytt, som anvendes for å tynge de vandige behandlingsvæskene

i de følgende eksempler, er V = 2,318. Vanligvis bør den vandige behandlingsvæske lages med høyere densitet enn boreslammet som den vil forskyve, men lavere densitet enn den væske som etterfølger den, f.eks. sement-oppslemmingen. Den bør fortrinnsvis være minst ca. 0,024 kg pr. liter tyngre enn boreslammet og mer foretrukket minst 0,12 kg pr. liter tyngre enn boreslammet.

Eksempel 1 - Slam-forlikelighet

En prøve av vandig behandlingsvæske A blir fremstilt på den ovenfor beskrevne måte, og blir tynget til en gitt densitet med en passende mengde barytt. Prøver av syntetisk boreslam blir fremstilt og så blandet i forskjellige forhold med vandig behandlingsvæske A tynget med barytt til en densitet på tilnærmet 0,12 kg pr. liter høyere enn den for slammet. Den respektive tilsynelatende viskositet (uttrykt som 6.jQQ-avlesning) blir målt på modell 35 Fann VG viskosimeter, som tid-ligere beskrevet ved en 300 opm-avlesning. Væske B er samme blanding som væske A bortsett fra at 1% (basert på vekt av vann) av et ikke-ionisk overflateaktivt middel, et 10 mol addukt av etylenoksyd på di(sek-butyl)fenol, er tilsatt for å gi bedre forlikelighet med olje-basert slam.

Boreslam-prøvene blir fremstilt ved omhyggelig blanding av tørr-komponentene med friskt vann i en Waring-blander, og blir tillatt å hydratisere i en periode på ca. 24 timer. Blandingene er:

Slam A:

Densitet - 1,20 kg pr. liter

500 deler vann

20 deler Wyoming bentonitt

125 deler barytt

Slam B:

Densitet - 1,68 kg pr. liter

500 deler vann

30 deler Wyoming bentonitt

2,5 deler Q-Broxin, et ferrokromlignosulfonat

betegnet Baroid

540 deler barytt

Slam C:

Densitet - 1,59 kg pr. liter

Et kommersielt invert-emulsjonbasert slam oppnådd direkte fra operasjoner i marken hvilket blir fremstilt av et konsentrat markedsført som Vertoil av Magcobar og som inneholder en bentonitt-leire i den vandige fase og er tynget med barytt.

Som dataene viser, foreligger det god forlikelighet mellom de vandige behandlingsvæsker og de forskjellige slam.

Eksempel 2 - Sement- forlikelighet

Flere sement-oppslemminger blir fremstilt fra vanlige til-gjengelige sementerende materialer, og de blir testet med hensyn til forlikelighet med væske A på en lignende måte som den anvendt i eksempel 1, ved blanding og så sammenligning av den resulterende Ø^QQ-avlesning med den for væske A ovenfor og sement-oppslemmingen alene. Væske A blir tynget til 1,44 til 1,80 kg pr. liter med barytt.

Sement-oppslemmingene blir dannet som følger:

(Alle deler i vekt)

Sement A:

Densitet - 2,18 kg pr. liter

596 deler Oklahoma klasse H sement 226 deler vann

6 deler dispergeringsmiddel (samme som bestanddel c i væske A)

1,2 deler høy-temperatur-retarderingsmiddel av

sukkertype

179 deler fin sand

80 deler hematitt

Sement B:

Densitet - 1,90 kg pr. liter

678 deler Oklahoma klasse H

285 deler vann

2 deler lighosulfonat-retarderingsmiddel Sement C:

Densitet - 1,60 kg pr. liter

307 deler Oklahoma klasse H

153 deler flyaske

339 deler vann

6 deler bentonitt

1 del lignosulfonat-retarderingsmiddel Forlikelighetsdata - Sement

God forlikelighet mellom den vandige behandlingsvæske

og sement-oppslemmingene foreligger, som det kan ses av de foregående data.

Eksempel 3 - Variasjon i overgangstemperatur

En prøve av væske A (ikke tynget, 1,03 kg

pr. liter) blir undersøkt med hensyn til den effekt som tilsetning av natriumklorid har på dens overgangstemperatur. Denne temperatur blir bestemt ved å ta ^ 200~ °^ <Og>Q0<-a>vlesnin-gene ved forskjellige økende temperaturer over et område og beregne når flytegrensen til den testede væske går til null, dvs. når 2eo__ - Q,„ n = 0. Overgangstemperaturen for væske A,

JUU bUU

ikke tynget, blir på denne måte bestemt til å være ca.57,2 C. Effekten av økende mengder av salt fremgår av den følgende tabell.

Overgangstemperaturer

( Basis er væske A - 1, 03 kg/ l)

Eksempel 4 - Regulering av væsketap

I samsvar med API RP 10B seksjon 8 (1972), for bestemmel-se av væsketap, blir væske A testet ved forskjellige densiteter ved tilsetning av barytt og varierende mengder salt. De fleste tester er ved 93,3°C, men i noen tilfeller blir denne temperatur variert. Væsken blir testet mot en 0,044 mm sikt ved et trykk på 703 kg/cm 2. Væsketapet er angitt nedenfor.

Væsketap

( Basis er væske A)

Væsketap med salt

( Basis er væske A - alle ved 93, 3°C)

forts.:

Som det kan iakttas fra det foregående, opprettholdes det utmerket væsketap-regulering endog ved ekstremt høye temperaturer og med høyt saltinnhold. Frafiltrering av bestanddel a fra væske A over overgangstemperaturen og undersøkelse på nytt for væsketap for den filtrerte væske viser høyt væsketap, og dette viser at den utfelte bestanddel a synes å virke som et svært effektivt væsketap-hindrende middel over overgangstemperaturen .

Eksempel 5 - Fortykningstid for sement

I samsvar med API RP 10B, seksjon 7 (19 72) utføres for-tykningstidtester ved ca. 91,7°C på forskjellige blandinger av sementoppslemminger og væske A (tynget til 1,80 kg pr. liter med barytt) for å bestemme om den ønskede retarderende effekt av vanlige retarderingsmidler blir inhibert av sammen-blanding av væske A - med ferskvann eller saltvann. Det fremvises ingen overdreven akselerasjon for 20:80 og 40:60 (vol.) væske A : sementblandinger for oppslemminger hvor

det anvendes lignosulfonat og et høytemperatur-retarderingsmiddel av sukkertype, endog i nærvær av opptil 10 % salt (Basert på vekten av vann i væske A).

Eksempel 6 - Kinematiske viskositeter

Den kinematiske viskositet for væske A alene og tynget med barytt blir bestemt fra Ø^QQ-avlesning ved temperaturer fra 26,7 til 82,2°C, ved å dividere Ø^QQ-avlesningen (som er lik den tilsynelatende viskositet i centipoise) med densiteten for den respektive væske. Disse kinematiske viskositeter ved de forskjellige temperaturer er vist nedenfor.

Eksempel 7 - Væske C

En annen vandig behandlingsvæske i henhold til oppfinnelsen blir fremstilt på lignende måte som for væske A ovenfor, bortsett fra at det anvendes en polyetylenglykol med molekylvekt på ca. 6000 istedenfor bestanddel c i væske A, natrium-polynaftalensulfonatet.

Væske C blir fremstilt ved tilsetning til 500 deler vann. under skjærbehandling i en Waring-blander, av ca. 30,5 deler av den følgende materialblanding (vekt-blanding): 26,2 deler Klucel<®>J hydroksypropylcellulose 8,2 deler 7L karboksymetylcellulose

10 deler Wyoming bentonitt

10 deler polyetylenglykol - mol.vekt 6000

Den resulterende væske C har en densitet på 1,03 kg pr. liter.

For å oppnå de følgende densiteter blir de respektive mengder med barytt satt til væske C med de foregående mengdeforhold:

Når den kombineres med sementoppslemminger, eller med boreslam av naturen til slam B, og testen som i eksempel 1, finner man at væske C har en overgangstemperatur på tilnærmet 48,9°C

som blir nedsatt på nesten samme måte', som væske A ved tilsetning av salt. Utmerket væsketap på 15-20 ml/30 min. fremvises av væske C ved 93,3°C.

Eksempel 8 - Anvendelsesmåte

Væske A, tynget til ca, 1,62 kg pr. liter med

barytt, blir anvendt ved en intermediær brønnrør-sementering som mellomlegg for å forskyve et vann-basert boreslam av 1,38 kg pr. liter fra et borehull med en dybde på ca.

4038,8 m, med en B.H.C.T. på ca. 68,9°C. Ca, 4,77 m<3> av mellomlegget blir pumpet ned det 193,675 mm's O.D. intermediære brønnrør og opp ringen av det 250,825 mm's borehull med ca. 0,72 m<3> pr. minutt.

Mellomlegget blir fulgt av ca. 27,07 m 3 med 1,65 kg pr. liter og så av 4,53 m med 2,03 kg pr. liter av klasse H sementoppslemming og den samme hastighet.

Siden 6 8,9°C for B.H.C.T. overskrider overgangstemperaturen for væske A, og siden 0,72 m 3 pr. minutt for pumpehastighet

overskrider den kritiske has.tighet for væske A ved den temperatur i en ring av den størrelse, får mellomlegget turbulent strømning mens det føres gjennom ringen. En utmerket sementbinding til både brønnrør og borehullvegger blir oppnådd som resultat.

Det skal forstås at den foregående beskrivelse av oppfinnelsen er gitt som illustrasjon og eksempler.

Claims (5)

1. Vandig behandlingsvæske, som ved en temperatur på mellom 30 og 71°C har en flytegrense på 0 og som er forlikelig med sement-oppslemminger og boreslam som anvendes ved komplettering og boring av underjordiske borehull, idet behandlingsvæsken har en kinematisk viskositet, ved en temperatur mellom 30 og 71°C, som er større enn 0,8 og mindre enn

g2 r centipoise . liter , og kg et statisk væsketap bestemt ved hjelp av API-metoden (70 kg/cm<2 >ved 176,7 C) på ikke mer enn 150 ml/30 min,karakterisert ved at den består av følgende bestanddeler: (a) 0,1-1,5% av et viskositetsøkende middel, f.eks. en hydroksyalkylcellulose hvor hydroksyalkylandelen er valgt blant hydroksyetyl, hydroksypropyl og hydroksybutyl , (b) 0,5-4% av et fortykningsmiddel, f.eks. en kombinasjon av en karboksymetylcellulose og en vann-svellbar leire, (c) 0,1-2,5% av et dispergeringsmiddel, f.eks. en sulfonert aromatisk forbindelse eller et salt derav, (d) eventuelt et tyngemiddel, i en mengde på fra 1,5 til 150% basert på den samlede vekt av (a), (b), (c), (e) og (f), (e) 90-99,3%, fortrinnsvis 90-98%, vann, og (f) 0-2% av et ikke-ionisk overflateaktivt middel, f.eks. en ikke-ionisk, alkoksylert alkohol, idet prosentene av (a), (b), (c), (e) og (f) er basert på den samlede vekt av de nevnte bestanddeler, samt eventuelt også (g) natriumklorid eller kaliumklorid, i en mengde av fra 1 til 18%, basert på vekten av (e).

2. Behandlingsvæske i henhold til krav 1, karakterisert ved at tyngemidlet (d) omfatter partikkelformet barytt i tilstrekkelig mengde til å gi en densitet på mellom 1,08 og 2,16 kg pr. liter til behandlingsvæsken.

3. Behandlingsvæske i henhold til krav 2, karakterisert ved at tyngemidlet ytterligere omfatter ilmenitt eller hematitt i tilstrekkelig mengde til å gi en densitet på opptil 2,40 kg pr. liter til behandlingsvæsken.

4. Behandlingsvæske i henhold til krav 1, karakterisert ved at (a) utgjør 1 til 15 deler av en hydroksypropylcellulose, (b) utgjør 5 til 40 deler av et vann-svellbart drøyemiddel valgt blant vann-svellbar leire av attapulgitt og bentonitt, eller en blanding av ca. 2,5 vektdeler bentonitt pr. 1 vektdel av en karboksymetylcellulose, (c) utgjør 1 til 25 deler av et sulfonert polynaftalen eller natriumsalt derav, og (f) utgjør 0 til 20 vektdeler,av en etoksylert alkanol eller alkylfenol.

5. Anvendelse av vandig behandlingsvæske som angitt i kravene 1 til 4, ved innsprøyting av en vandig sementoppslemming i et borehull som inneholder et boreslam som ikke er forlikelig med sementoppslemmingen, men hvor behandlingsvæsken er forlikelig med både boreslammet og sementoppslemmingen.