NO158303B - Oljebasert boreslam. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår oljebasert boreslam inneholdende en ny type viskositetsregulerende middel,

som kan brukes under drift av gass- og oljebrønner.

I tillegg til nevnte viskositetsregulerende middel om-

fatter foreliggende boreslam foruten andre eventuelle additiver, en organisk væske slik som en olje, ferskvann eller saltvann, et emulgeringsmiddel og kan også inne-. holde et fuktemiddel. Vanligvis vil det oljebaserte boreslammet ha en spesifikk vekt på 0,84-2,40 g/cm 2, mer foretrukket 1,20-1,92 g/cm <3>, og mest foretrukket 1,44-

3

1,9 2 g/cm .

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveie-

bragt et oljebasert boreslam bestående av

(a) en organisk væske som er vesentlig ublandbar

med vann;

(b) 1-10 vektdeler vann pr. 100 vektdeler av den

organiske væsken; (c) 57,1-142,7 g/l av minst ett emulgeringsmiddel; (d) vektregulerende materiale i en mengde slik at boreslammet får en densitet fortrinnsvis i om-

rådet 0,84-2,4 g/cm<3>,

kjennetegnet ved at boreslammet dessuten inneholder:

(e) 0,71-11,4 g/l av natriumsaltet av en isopren/-

natriumstyrensulfonat-kopolymer inneholdende 5-100 mekv. sulfonatgrupper pr. 100 g av kopolymeren.

Vannmengden er fortrinnsvis 3-5 vektdeler, og slammet

kan som nevnt inneholde et fuktemiddel, gjerne i en mengde på 1,43-14,3 g/l. Det vektregulerende materiale

er hensiktsmessig barytt (bariumsulfat) som er nød-vendig for å få den ønskede slamdensitet, og kan utgjøre mindre enn 2.282,4 g/l bariumsulfat, mer foretrukket 14,3-2.139,8 g/l, og mest foretrukket 28,5-1.997,1 g/l.

Den olje som anvendes i det oljebaserte boreslammet, er vanligvis en nr. 2 dieselolje, men man kan også bruke andre kommersielt tilgjengelige hydrokarbonoppløsnings-midler såsom paraffin, brenseloljer eller visse typer rå-oljer. Hvis man bruker sistnevnte, så må disse utluftes og være frie for emulsjonsnedbrytende forbindelser.

Typiske eksempler på egnede emulgeringsmidler som lett kan anvendes, er magnesium- eller kalsiumsåper av fett-syrer .

Typiske eksempler på egnede fuktemidler som lett kan brukes, er et alkarylsulfonat. Typiske eksempler på vektregulerende materialer som kan brukes, er som nevnt barytt som eventuelt kan være overflatebehandlet med andre kationer, f.eks. med kalsiumioner.

De nøytraliserte, sulfonerte kopolymerer som brukes i foreliggende oljebaserte boreslam, kan fremstilles ved en friradikal-prosess.

Den monomer som brukes under friradikal-emulsjon-kopolymerisasjonsprosessen, er et konjugert dien, nemlig isopren, som blir kopolymerisert med den sulfonatholdige monomer.

Vanligvis vil det konjugerte dien og den sulfonatholdige monomer bli dispergert i en vannfase i nærvær av en egnet friradikal-initiator og et egnet overflateaktivt middel, hvorved temperaturen er tilstrekkelig til å starte polymerisasjonen. Den resulterende lateks blir koagulert, vanligvis ved å tilsette en vandig saltoppløs-ning, deretter kan den fremstilte kopolymeren vaskes med

vann og så tørkes under vakuum ved romtemperatur.

Alternativt kan lateksen koaguleres ved å tilsette metanol.

Den sulfonerte, elastomere kopolymer oppnådd ved friradikal-emulsjon-kopolymerisasjonsprosessen vil generelt ha en Mn på 5.000-200.000, mer foretrukket 10.000-100.000. Kopolymerer som anvendes i foreliggende boreslam, har som nevnt 5-100 milliekvivalenter sulfonatgrupper pr. 100 g polymer, mer foretrukket 18-90, og mest foretrukket 20-80

mekv. pr. 100 g.

Den sulfonatholdige monomer er som nevnt natriumstyrensulfonat. Molforholdet mellom sulfonatholdig monomer og konjugert dien er fra 1/200 til 1/5, mer foretrukket 1/150

til 1/6, og mest foretrukket fra 1/100 til 1/9.

En rekke forskjellige friradikal-katalysatorer kan brukes

for fremstilling av den aktuelle kopolymeren, og man kan benytte f.eks. vannoppløselige katalysatorer slik som kaliumpersulfat, ammoniumpersulfat, osv., samt olje/vann-oppløselige redoks-systemer, slik som benzoylperoksyd/-

(NH4)2FeS04.

De overflateaktive midler som brukes i foreliggende oppfinnelse, er av forskjellig type, og alle er velkjente.

Av de typiske emulgeringsmidler eller overflateaktive

midler som kan brukés, vil imidlertid noen være mer effektive enn andre ved at de gir bedre stabilitet i den fremstilte polymeren. Et foretrukket emulgeringsmiddel er natriumlaurylsulfat.

Man kan bruke buffringsmidler i ovennevnte polymerisasjons-prosess, men disse er ikke kritiske eller nødvendige. Hvis de brukes, kan de velges fra gruppen bestående av natrium-karbonat, ammoniakk, natriumacetat, trinatriumfosfat, etc. Slike buffringsmidler brukes eventuelt i konsentrasjoner

på fra 0,1 til 5 g pr. 100 g vann som brukes i emulsjons-

systemet.

I polymerisasjonsprosessen kan man bruke kjedeoverførings-midler for å regulere molekylvekten på den resulterende kopolymeren. Konsentrasjonen av kjedeoverføringsmiddelet er fra 0 til 1,0 g pr. 100 g samlet vekt av den sulfonatholdige monomeren og den konjugerte dienen.

Friradikal-emulsjon-kopolymeriseringen av den vann-oppløselige sulfonatholdige monomeren og den konjugerte dien gir en stabil lateks hvor den resulterende vann-uoppløselige kopolymeren enten ikke er kovalent tverrbundet eller er kovalent tverrbundet i en lav konsentrasjon, og har i alt vesentlig ionisk tverrbinding og inneholder fra 5 til 100 mekv. sulfonatgrupper pr. 100 g polymer,

mer foretrukket fra 18 til 90. Den resulterende lateksen kan koagulere ved at man tilsetter en vandig saltoppløsning til emulsjonen i et volumforhold mellom den vandige salt-oppløsningen og det totale volum på emulsjonen på fra 10 til 0,5, fortrinnsvis fra 3 til 0,7, og mest foretrukket fra 2 til 1. Den vannuoppløselige kopolymeren utvinnes fortrinnsvis ved filtrering, og kan deretter vaskes med vann og tørkes under vakuum. Alternativt kan polymeren koaguleres ved utfeining med en alkohol såsom metanol.

Alternativt kan en lateks av en sulfonert polymer brukes som en hensiktsmessig måte for å tilsette den sulfonerte polymeren til det oljebaserte boreslammet.

Man har observert at sulfonerte polymerer fremstilt

ved sulfonering ofte ikke lett oppløser seg i hydrokarboner såsom dieselolje eller oppløsningsmiddel 100 nøytral eller tilsvarende hydrokarbonoppløsningsmidler. Årsaken til dette er at det hersker sterke ioniske indre spenninger i slike sulfonerte polymerer.

Man har videre observert at ved å bruke passende polare kooppløsningsmidler så kan man dramatisk lette fremstillingen av slike oppløsninger. Behovet for slike kooppløsnings-midler demonstreres på dramatisk måte med sulfonerte polymerer som har sulfonatinnhold betydelig over 15 mekv. pr. 100 g sulfonert polymer. Eksempler på slike ko-oppløsningsmidler er alifatiske alkoholer såsom heksanol, decanol og tridecylalkohol, som brukes i mengder fra 1

til 20 vektdeler pr.. 100 vektdeler av den oljen som brukes i boreslammet. Bruken av slike kooppløsningsmidler gjør at man får en raskere og bedre oppløsning av polymerene som ellers ville være uoppløselig i hydrokarbonfortynnings-middelet. Man har også observert at ved lavere sulfonatinnhold, dvs. fra 5 til 15 mekv. pr. 100 g sulfonert polymer, så kan slike polymerer oppløses i et fravær av kooppløsningsmidler.

De polare kooppløsningsmidler vil ha en oppløselighets--parameter på minst 8,5, fortrinnsvis minst 9,0 og kan ut-gjøre fra 0,1 til 40, fortrinnsvis 0,5 til 20 vekt-% av den totale blandingen av organisk væske, ionomer polymer og polart kooppløsningsmiddel. Oppløsningsmiddelsystemet av det polare kooppløsningsmiddelet og den organiske væsken hvori man oppløser den nøytraliserte sulfonerte polymeren, inneholder mindre enn 15 vekt-% av det polare kooppløsningsmiddelet, fortrinnsvis fra 2 til 10 vekt-%

og mest foretrukket fra 2 til 5 vekt-%. Viskositeten på oppløsningsmiddelsystemet er mindre enn 1000 eps, mer foretrukket mindre enn 800 eps og mest foretrukket mindre enn 800 eps og mest foretrukket mindre enn 500 eps.

Normalt vil det polare kooppløsningsmiddelet være en

væske ved romtemperatur, men dette er ikke kritisk. Det er foretrukket, men ikke nødvendig, at det polare ko-oppløsningsmiddelet er oppløselig eller blandbart med organiske oppløsningsmidler i de mengder som anvendes.

Det polare kooppløsningsmiddelet velges fra gruppen bestående i alt vesentlig av alkoholer, aminer, di-

eller trifunksjonelle alkoholer, amider, acetamider, fosfater eller laktoner og blandinger av slike. Spesielt

foretrukne polare kooppløsningsmidler er alifatiske alkoholer såsom butanol, heksanol, oktanol, decanol, dodecanol, tridecylalkohol, 2-etylheksanol, etc.

E ksempel 1

Emulsjon- kopolymerisasjon av isopren og natriumstyren-sulf onat

En 250 ml glasstrykkolbe ble tilsatt 1,6 g natriumlaurylsulfat, 2 ml destillert og utluftet vann, 25 g isopren, 2,0 g natriumstyrensulfonat, 0,17 g -dodecyltiol og 1,0 g kaliumpersulfat. Kolben ble lukket under nitrogen med

en tohulls spesialkork inneholdende en gummiforsegling. Kolben ble plassert i et sikkerhetskammer i et termostat-styrt vannholdig ristebad ved 50°C. Ristingen ble startet umiddelbart. Etter 8 timers reaksjon ble kolben tatt ut og tilsatt en metanolisk hurtigstoppende oppløsning bestående av 0,024 g hydrokinon og 0,036 g av en oksydasjons-stabilisator, nemlig 2,6-di-t-butyl-4-metyl-fenol (DBMP). Kolben ble igjen ristet i 10 minutter, avkjølt og så åpnet. Denne emulsjon ble dampbehandlet for å fjerne gjenværende isoprenmonomer. Kopolymeremulsjonen ble så tilsatt en omrørt oppløsning av 0,15 g DBMP i 500 ml metanol. Ca. 20 g natriumklorid ble så tilsatt for å koagulere emulsjonen. Det resulterende hvite kornaktige eller smuleaktige produkt ble isolert ved hjelp av en sikt på 80 mesh og en liten gummiskrape. Kopolymeren

ble vasket 3 ganger med 500 ml destillert vann og til slutt med 200 ml med metanol. Produktet ble plassert i

en vakuumovn ved 40°C for tørking over natten. Man fikk et utbytte på 21,71 g 80,4% av en polymer inneholdende 0,56 vekt-% svovel, noe som tilsvarer 1,22 mol-% NaSS i kopolymeren.

Eksempel 2

Oljebasert boreslam ble fremstilt ved hjelp av vanlige laboratoriemetoder. Et typisk slam ble fremstilt ved å blande 205,82 g Nr. 2 dieselolje, 34,76 g olje Faze (Magcobar), 1,5 g SE11 og 1,5 g DV33 Magcobar). Denne blanding ble tilsatt 10 g CaC^ i 21 ml vann. Slammet ble vektregulert ved å tilsette 226 , 35 g barytt., hvoretter man tilsatte ytterligere 4,4 g CaCl2. Natriumsaltet av isopren/natriumstyrensulfonat-kopolymeren (0,8 mol-% sulfonatenheter) ble tilsatt i en mengde som tilsvarte 5,7 g/l som er ekvivalent til 2,2 g i dette tilfellet. Slammet ble hensatt over natten ved romtemperatur for

å sikre kjemisk likevekt. Forskjellige porsjoner ble eldet ved 65,5°C, 148,8 og 204,4°C i 16 timer i trykk-celler. Cellene ble avkjølt til romtemperatur, og man målte slammets reologiske egenskaper ved hjelp av et viskometer Fann Mode 35 ved 46,1°. Resultatene av prøvene er vist i tabell I, kolonne II.

Det ble også fremstilt boreslam uten nevnte isopren/- natriumstyrensulfonat, og resultatene er angitt i tabell I, kolonne I. Det ble også fremstilt boreslam som inne-holdt 1,2 mol-% sulfonat og 1,6 mol-% sulfonatenheter,

og resultatene ved prøving av disse typer boreslam er angitt i kolonne III og IV i tabell I.

Claims (1)

1. Oljebasert boreslam bestående av: (a) en organisk væske som er vesentlig ublandbar med vann: (b) 1-10 vektdeler vann pr. 100 vektdeler av den organiske væsken; (c) 57,1-142,7 g/l av minst ett emulgeringsmiddel ; (d) vektregulerende materiale i en mengde slik at boreslammet får en densitet fortrinnsvis i omradet 0,84-2,4 g/cm ,

   karakterisert ved at boreslammet dessuten inneholder: (e) 0,71-11,4 g/l av natriumsaltet av en isopren/- natriumstyrensulfonat-kopolymer inneholdende 5-100 mekv. sulfonatgrupper pr. 100 g av kopolymeren.