NO162970B - Borevaeske. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en borevæske som inneholder minst ett polymert viskositetsdannende middel, minst ett polymert væsketapsreduserende middel, minst ett koagulerings- og/eller flokkuleringsmiddel og eventuelt minst én innkapslingspolymer.

Når det bores underjordiske brønner som for eksempel olje- eller gassbrenner, anvendes vanligvis rotasjonsboremetoden. Rotasjonsboremetoden anvender en borkrone som er festet til en borstang, og en borevæske eller "slam" som sirkuleres gjennom borstangen til bunnen av borehullet hvor det sprøytes ut gjennom små åpninger i borkronen. Væsken tilbakeføres så til overflaten gjennom det ringformige rom mellom borestangen og borehullveggen, eller brønnrøret dersom det er laget et slikt. Når den når overflaten, behandles borevæsken eller "slammet" vanligvis for å fjerne borekutt som medføres fra borehullet, og resirkuleres deretter.

Borevæs.ker tjener mange funksjoner og skal derfor ha en rekke ønskelige fysiske og reologiske egenskaper, for eksempel skal borevæskens viskositet være tilstrekkelig til å tillate den effektivt å transportere borekutt fra bunnen av borehullet til overflaten for fjerning. En borevæske skal også hindre for store mengder av væske fra å strømme fra borehullet inn i omgivende formasjoner ved å avsette på veggen i hullet en tynn men i det vesentlige ugjennomtrenge-lig filterkake. I tillegg skal en borevæske være i stand til å holde faststoffer i suspensjon, og derved hindre at de synker til bunnen av hullet når sirkulasjonen reduseres eller midlertidig avbrytes. Denne egenskap kan oppnås ved å anvende additiver som vil gi en gelstruktur til borevæsken for å øke viskositeten. Gelstrukturen er imidlertid fortrinnsvis slik at borekutt kan fjernes fra borevæsken ved å føre væsken gjennom filtreringsutstyr som for eksempel en skiferrystemaskin og/eller sandsykloner før resirkulering av væsken til borkronen. En borevæske må ogsås utøve trykk på de omgivende formasjoner, og således hindre mulig sammen-fall av borehullet eller innstrømning av olje eller gass med høyt trykk i formasjonen. Endelig skal en borevæske tjene som et smøre- og kjølemiddel for borestangen og kronen.

Boring av lett dispergerbare formasjoner som for eksempel skifer, mergel og kritt byr ofte på problemer når det gjelder regulering av faststoffer i slammet.Utborede faststoffer desintegrerer i borevæsken mens de transporteres til overflaten og de fine stoffer som dannes på denne måte er meget vanskelig å fjerne. En oppbygging av fine stoffer er følgen og fører til en øket viskositet i borevæsken og en avtagende inntrengningshastighet for boreoperasjonen.

Til slutt kreves fortynning av slammet for å rekondisjonere slammet eller borevæsken.

Godtatte metoder for å bekjempe desintegrering av utborede faststoffer er anvendelse av innkapslede polymerer og/eller inhiberende salter. Disse kjemikalier hindrer delvis desintegrering av borekutt og forsinker således oppbyg-gingen av fine stoffer. I lett dispergerbare formasjoner vil imidlertid fortynning av slammet være uunngåelig til slutt.

Istedenfor, eller i tillegg til å hindre desintegrering av utborede faststoffer, ville aggregering av fin-delte stoffer kunne være nyttig for å fjerne faststoffer. Det har derfor vært viktig å undersøke flokkuleringsmidlers muligheter for forbedring av faststoffjerningen fra borevæske. Spesielt fjerning av flokkulerte leirskiferfinstoffer ved hjelp av sikter er av interesse i denne sammenheng.

Anvendelse av koaguleringsmidler og/eller flokkuleringsmidler tjener til å destabilisere en suspensjon. Fin-fordelte aggregater dannes, som er lettere å separere fra væsken ved avsetning, sikting, filtrering, flottasjon, sen-trifugering eller andre separeringsmetoder.

Uttrykkene flokkulering og koagulering er definert som følger.

Koagulering anvendes for den aggregasjonsprosess som primært utvirkes ved en reduksjon av avstøtningspoten- sialet til det elektriske dobbelskikt hos leirskiferpartik-ler. Flokkulering anvendes for dannelse av en tilfeldig,

løs klumpstruktur, vanligvis utvirket av polymerer med høy molekylvekt. Det skal bemerkes at noen polyelektrolytter opptrer både som et koaguleringsmiddel og et flokkuleringsmiddel.

Bruken av ferri- og aluminiumsalter som koaguleringsmidler er kjent og meget anvendt. Polyelektrolytter med høy molekylvekt har imidlertid vist seg å være mer effektive i mange anvendelser.

Valget av et koagulerings- og/eller flokkuleringsmiddel for forbedring av ehviss separasjonsprosess avhenger av 1) separeringstypen, 2) type av suspenderte faststoffer, 3) konsentrasjon av suspenderte faststoffer og 4) arten (sammensetningen) av suspenderingsvæsken. Spesielt når det gjelder polyelektrolytter er det meget vanskelig å basere et slikt valg på generelle teoretiske betraktninger.

Faststoff/væske-separering ved hjelp av koagulerings- og/eller flokkuleringsmidler er en vanlig fremgangs-måte i mange industrier, f.eks. avfallsvannbehandling, vann-rensing, mineralmalmseparering, papirfremstilling, olje/ vannseparering, osv.

Det har nu vist seg at man ved bruk av visse koagulerings- og/eller flokkuleringsmidler i en borevæske av den innledningsvis angitte type kan oppnå en borevæske med overraskende gode egenskaper som vil bli omtalt nærmere nedenfor.

Med oppfinnelsen tilveiebringes det således en borevæske som inneholder: a) minst ett polymert viskositetsdannende middel, i en mengde av fra 1 til 50 g/l, b) minst ett polymert væsketapsreduserende middel, i en mengde av fra 1 til 50 g/l,

c) minst ett koagulerings- og/eller flokkuleringsmiddel,

i en mengde av fra 10 til 5000 ppm vekt, og

d) eventuelt minst én innkapslingspolymer, fortrinnsvis i en mengde av fra 0 „1 til 10 g/l, hvilken borevæske er sær-preget ved at koaguilerings- og/eller flokkuleringsmidlet er en organisk, polykationisk polymer med høy molekylvekt valgt blant kvaternære polymerer med nitrogen som kationisk atom, kvaternære podymerer med fosfor som kationisk atom og ternære polymerer med svovel som kationisk atom.

Med høy molekylvekt menes her en molekylvekt i området fra 500 000 til 15 000 000.

De karakteristiske krav til borevæsker er følgende: i Selektivitet

Borevæsker inneholder ofte to typer faststoffer, nemlig de som tilsettes for det formål å øke viskositeten, redu-sere væsketapet og forbedre densiteten, og formasjons-faststoffer, som dannes under boringen. Det organiske polykationiske, polymere flokkulerings- og/eller koaguleringsmiddel som anvendes i borevæsken ifølge oppfinnelsen, øker fjerningen av utborede faststoffer, men rea-gerer ikke med løselige slamadditiver.

ii Forlikelighet

Løselige slamadditiver og flokkulerings- og/eller koaguleringsmidler skal være helt forlikelige. Flokkulerings-egenskapene skal ikke påvirkes av slamadditivene og væsketapseenskaper ikke påvirkes av flokkulerings-og/eller koaguleringsmidlet. I foreliggende blanding som omfatter polykationiske polymerer med høy molekylvekt, foreligger ikke noen slik antagonistisk reaksjon, iii Klumpstyrke og - størrelse

Klumper dannes enten nede i hullet, der fine stoffer dannes, dersom flokkuleringsmidlet er en iboende bestanddel i væsken, eller i strømningsledningen dersom flokkuleringsmidlet tilsettes der i en passende mengde. I begge tilfeller utøves en viss mengde viskøs skjærkraft på flokkene. Ytterligere mekanisk skjærpåkjen-ning finner sted i sikter .(leirskiferrysteanordninger) som anvendes for regenerering av den sirkulerende bore væske. Anvendelse av flokkuleringsmidler er bare vel-lykket dersom klumpene forblir rimelig intakt under transport- eig separeringsprosessen. En annen viktig parameter er klumpstørrelsen. Dersom det bare dannes meget små klumper, utvikles en gellignende substans som tetter igjen siktene. Foreliggende organiske, polykationiske, polymere flokkuleringsmidler med høy molekylvekt er i stand til å skape rimelig sterke og

store klumper, som har diametere på flere millimeter,

iv Dispers jon

Under boring av dispergerbare formasjoner vil det pro-duseres store borekutt. Et flokkuleringsmiddel skal ikke øke dispergeringen av disse borekutt og skal fortrinnsvis være forlikelig med polymerer som innkapsler borekuttene, som fortrinnsvis er tilstede i borevæsken. En kombinasjon av innkapsling av borekutt og aggregering av fine stoffer ville naturligvis gi den optimale borevæske for lett dispergerende formasjoner. Heller ikke skal erosjon og/eller svelling av borehullveggen økes av et flokkulerings- eller koaguleringsmiddel.

I prinsipp kan de polykationiske flokkuleringsmidler anvendes for aggregering av mange typer av finsus-penderte faststoffer, som for eksempel leirskifer, mergel og kritt.

Tradisjonelt har bentonitt eller annet leirefast-stoff vært brukt for å øke borevæskens viskositet. Idag er det imidlertid en voksende tro på at bentonitt eller leiresuspensjoner har alvorlige begrensninger som basis for borevæsker.

Reologien til bentonitt-baserte væsker er slik at de hydrauliske hestekrefter som avgis til borkronen ved et gitt overflatetrykk er signifikant mindre enn for borevæsker som inneholder visse polymerer. Den lavere viskositet og/ eller det lavere faststoffinnhold i disse polymerslam resul-terer i en raskere inntrengningshastighet av borkronen som i sin tur minsker borekostnadene. Derfor inneholder bore væsken ifølge oppfinnelsen minst ett polymert viskositetsdannende middel som eksempelvis omfatter: cellulosefor-bindelser som for eksempel carboxyethylcellulose, carboxy-raethylcellulose, carboxymethylhydroxyethylcellulose, hydroxyalkylcellulose, alkylhydroxyalkylcelluloser, alkyl-celluloser og alkylcarboxyalkylcelluloser, polyacrylamider, naturlige galactomannaner som for eksempel guargummi, johannesbrødtregummi og gummier oppnådd fra endosperme frø, stivelser og forskjellige andre polysaccharider, som for eksempel det heteropolysaccharid som oppnås fra Pseudomonas sp- NCIB 11592, som er kjent ved sitt registrerte varenavn Shellflo-S. Konsentrasjonen av de polymere, viskositetsdannende midler ligger fortrinnsvis i området fra 1 til 50 g polymert, viskositetsdannende middel pr. liter borevæske.

Som nevnt foran inneholder borevæsken ifølge oppfinnelsen minst ett polymert, væsketapsreduserende middel. Egnede, polymere, væsketapsreduserende midler er (pregelati-nisert) stivelse, gummier, polyanionisk cellulosepolymer, natriumpolyacrylonitril, natriumcarboxymethylcellulose og natriumpolyacrylat. Fortrinnsvis inneholder borevæsken fra 1 til 50 g polymert, væsketapsreduserende middel pr. liter borevæske.

Fordelaktig foreligger det i borevæsken ifølge foreliggende oppfinnelse minst én innkapslende polymer for å forbedre separeringen av fine utborede faststoffer fra den sirkulerende borevæske under boreoperasjonen ved hjelp av sikter, f.eks. de såkalte leirskifer-rysteanordninger.

Innholdet av innkapslende polymer i borevæsken er fortrinnsvis i området fra 0,1 til 10 g/liter. Eksempler på egnede, innkapslende polymerer er hydrolysert polyacrylamid, polyanionisk cellulose og heteropolysaccharid. En meget foretrukken innkapslingspolymer som kan tilsettes til foreliggende borevæske er et heteropolysaccharid oppnådd fra Pseudomonas sp. NCIB 11592, kjent ved sitt registrerte varenavn Shellflo-S.

En hvilken som helst bruksmetode kan anvendes med henblikk på foreliggende beskrivelse.Hovedtrekket er kon-takt mellom de leirepartikler som skal behandles og den polymer-holdige bærervæske. En foretrukken bærervæske er vann eller et vandig medium. Vannet kan inneholde andre ingredienser som ikke i det vesentlige innvirker på disper-sjon eller oppløsning av polymeren i mediet. Vannbæreren kan være gelert eller fortykket for visse anvendelser. Slike ingredienser eller additiver kan omfatte salter, mineralsyrer, organiske syrer med lav molekylvekt, kationiske eller ikke-ioniske overflateaktive midler (anoniske overflateaktive midler kan anvendes sammen med et felles løsningsmiddel) eller fuktemidler. Den organiske, poly-katoniske polymer skal være tilstede i bærervæsken i en konsentrasjon innenfor området fra 10 til 5000 ppm vekt av organisk, polykationisk, polymert koagulerings- og/eller flokkuleringsmiddel. Lavere eller høyere konsentrasjoner kan anvendes, men er generelt ikke praktisk brukbare.

En foretrukken, vandig bærervæske er en saltløs-ning som inneholder 0 - 40 % salt opp til ca. metnings-grensen ved anvendelsestemperaturen. Den foretrukne salt-konsentrasjon er 2-12 vekt%. Det kan imidlertid også anvendes konsentrasjoner opp til 35 %, såvel som ferskvann. Saltet kan være et alkalimetallsalt, jordalkali-metallsalt, ammoniumsalt eller kombinasjoner derav. Disse omfatter halogenidene, sulfatene, carbonatene, oxydene eller kombinasjoner derav. Halogenidene av kalium, natrium, magnesium, kalsium, sink og kombinasjoner derav er foretrukket på grunn av økonomien og løseligheten. Konvensjonelle additiver som for eksempel inhibitorer, overflateaktive midler, koblingsmidler, fuktemidler og andre kan anvendes der det er ønskelig og spesielt der den organiske, polykationiske polymer anvendes ved konvensjonelle behandlingsfremgangsmåter. Borevæsken inneholder fortrinnsvis salter eller syrer som vil krympe eller hindre svelling.

Når det er støpt brønnrør i olje- og gassbrønner, er det nødvendig å perforere røret eller å bore ut en sek-sjon med et åpent feia 11 under røret for å fullstendiggjøre brønnen og starte produksjonen. En fare ved denne brønn-kompletteringsoperasjon er at væsken i borehullet vil øde-legge permeabiliteten på grunn av at den ofte strømmer inn i formasjonen når denne åpnes. Brønnen kan kompletteres som et åpent hull, eller ved perforering ved bruk av for-mede ladninger eller kuler. Som en bestanddel i komplet-teringsvæsken, har organiske, polykationiske polymerer som formål å hindre ødeleggelse av permeabiliteten dersom tryk-ket i brønnen skulle bli høyere enn formasjonstrykket og borevæskene komme inn i formasjonen.

De organiske, polykationiske polymerer som foreligger i borevæsken ifølge oppfinnelsen er som ovenfor angitt valgt blant kvaternære polymerer med nitrogen som kationisk atom, kvaternære polymerer med fosfor som kationisk atom og ternære polymerer med svovel som kationisk atom. Forholdet mellom det kationiske atom og carbonatomet er fortrinnsvis fra 1:2 til 1:36 og molekylvekten er over 1000. Eksempler på disse polykationiske polymerer er polyethylenamider, poly-vinylpyridiniumsalter og polyallylammoniumsalter.

Foretrukne, organiske, polykationiske polymerer for anvendelse i borevæsken ifølge oppfinnelsen representeres ved følgende formel:

hvor

er et organisk, alifatisk, cycloalifatisk eller aromatisk radikal med 2-40 carbonatomer eller et hydrogenradikal, og når R^er cycloalifatisk, kan Z og R2være i ringen,

R2, R3 og R^er organiske radikaler som uavhengig av hver-andre er definert, som inneholdende 0-6 carbonatomer, og 0-2 oxygen- eller nitrogenatomer; når R, er cycloalifatisk kan det være eller ikke være i den organiske, polykationiske polymerkjede; når

Z er svovel er R^ikke tilstede,

Z er et kation som f.eks. de som oppnås fra nitrogen, fosfor eller svovel,

X er et anion som f.eks. halogenid, nitrat, sulfat, bisulfat, carbonat, hydroxyd, borater, oxyder, azider, cyanider, fos-fater , osv.,

n er et tall som er lik det antall monomerenheter i polymeren som er nødvendig for å gi en molekylvekt innen området fra 5 x IO<5>til 15 x IO<6>, og

m er et tall som er lik med det antall anioner som er nød-vendige for å bibeholde elektronisk nøytralitet.

De organiske radikaler eller hydrocarbonradikalene kan være lineære, forgrenede eller cycloalifatiske radikaler, aromatiske radikaler, umettede radikaler, substituerte radikaler eller kombinasjoner derav. De organiske radikaler kan være homoalifatiske eller heteroalifatiske, dvs. kan eller kan ikke inneholde andre atomer som f.eks. oxygen eller nitrogen. De organiske radikaler kan være homocycliske eller heterocycliske, dvs. kan eller kan ikke inneholde andre atomer som f.eks. oxygen eller nitrogen. De organiske radikaler kan således være substituert eller usubstituert alkyl, aryl eller kombinasjoner derav idet hvert radikal har 0 - 40 og fortrinnsvis 0-6 carbonatomer.

Den ovennevnte klasse av organiske, polykationiske polymerer kan oppdeles i følgende foretrukne underklasser:

A.Polykationiske alkylpolymerer

hvor

R-j^ er en toverdig alkylengruppe med normal eller forgrenet kjede som inneholder 2-40 carbonatomer, fortrinnsvis 2 - 12 carbonatomer,

# 2 inneholdes i R-j,,

R^ er hydrogen eller normalt eller forgrenet alkyl inneholdende 1-6 carbonatomer og fortrinnsvis 1-3 carbonatomer, R^er et radikal som er definert som R^, men det kan være eller ikke være identisk med R^, f.eks. R^= methyl og R^= propyl; når Z er svovel er R^ikke tilstede,

Z er et kation som f.eks. de som oppnås fra nitrogen, fosfor eller svovel,

X er et anion som f.eks. et halogenid. nitrat, sulfat, hydroxyd, osv.,

n er et tall som er lik med det antall monomerenheter i polymeren som kreves for å gi en molekylvekt i området på

5 x IO<5>- 15 x IO<6>, og

m er et tall som er lik med det antall anioner som kreves for å bibeholde elektronisk nøytralitet.

Én foretrukken gruppe av denne underklasse anvendes i en bærervæske med et pH som er større enn ca. 4, spesielt i området fra 5 til 9. I en annen foretrukken gruppe når Z er nitrogen, er minst én av R^og R^ikke hy^ogen, methyl, ethyl eller propyl.

B. Heteroalifatiske, polykationiske polymerer

hvor

R±er arylen, alkylen, arylalkylen, alkylarylen, alkenylen eller kombinasjoner, derav. Når R1 er alkyl inneholder det eller har vedhengende ett eller flere he"teroatomer eller én eller flere heterogrupper. Når R, er aryl eller alkylaryl, kan det inneholde eller ha vedhengende ett eller flere heteroatomer eller én eller flere heterogrupper.R^kan være normal-hetero-alkyl eller kan være i utstrakt grad forgrenet gjennom hetero-atomene eller -gruppene. Hetero-atomene eller -gruppene kan være ethyleniske (-CH=CH-), acetyleniske (-C=C-), aryl, eller nitrogen, fosfor eller svovel i regulær kovalent binding, delvis oxydert, for eksempel sulfon, eller i oniumtilstand. Andre hetero-atomer eller -grupper kan være oxygen, hydroxyl, carbonyl eller kovalent halogen. Med unntagelse av ethylenisk eller aryl, er et heteroatom eller en heterogruppe ikke bundet direkte til Z.

R2er usubstituert alkyl eller kan defineres som R^, men kreves ikke å være identisk med R^. R2kan være inkludert i R^.

R^kan være alkyl med 1-6 carbonatomer,, hydrogen eller kan defineres som en énverdig form av R^, men er ikke krevet å være identisk med R^,

R 4 kan defineres som R^, men kreves ikke å være identisk med R^. Når Z er svovel, er R^ikke tilstede.

Z er et kation som for eksempel de som oppnås fra nitrogen, fosfor eller svovel.

X er et anion som for eksempel et halogenid, nitrat, sulfat, hydroxyd osv.

n er et tall som er lik med det antall monomerenheter i polymeren som kreves for å gi en polymer med en molekylvekt i området 5 x IO<5>- 15 x IO<6>.

m er et tall som er lik med det antall anioner som kreves for å bibeholde elektronisk nøytralitet.

Polymeren kan forgrenes gjennom R^, R,,, R3eller R4på en slik måte at hovedpolymerkjeden er et fritt valg og R^, R2, R3 ogR^er frie valg rundt en hvilken som helst Z.

En typisk forgrenet polymer er vist som følger:

Anionene er utelatt for å gjøre formelen klarere.

C. Polykationiske polymerer som inneholder ringer

er alkylen, umettet alkylen, substituert alkylen eller substituert, umettet alkylen som danner en heterocyclisk ring som innbefatter Z. Den heterocycliske ring kan være alifatisk, olefinisk eller aromatisk avhengig av umettethetsgraden. Substitusjonen kan være alkyl, alkenyl, alkynyl eller aryl, forgreninger eller substitusjoner kan være heteroatomer eller heterogrupper som inneholdes i ringen, vedhengende til ringen eller vedhengende til forgre-ningene. Heteroatomer eller -grupper kan være fosfor eller svovel (i regulær kovalent, onium- eller oxydert tilstand f.eks. fosfat eller sulfon), nitrogen, oxygen, hydroxyl, carbonyl eller kovalent halogen, idet en begrensning er at heteroatomet eller -gruppen ikke er bundet direkte til Z.

R2 er inkludert i R^.

R^ er et hydrogenradikal eller et organisk radikal med 1-6 carbonatomer og 0 - 2 oxygen- eller nitrogenatomer. Når det gjelder visse polykationiske arylpolyme-rer, med monomerenheter som er bundet via Z og ellers på arylen, kan være fraværende.

R^er definert som R^, men er ikke krevet å være identisk med R^. Når Z er svovel, er R^fraværende.

Z er et kation som for eksempel de som oppnås fra nitrogen, fosfor eller svovel.

X er et anion som for eksempel et halogenid, nitrat, sulfat, hydroxyd, osv.

n er et tall som er lik med det antall monomerenheter i polymeren som kreves for å gi en polymer med en molekylvekt i området 5 x 10<5>- 15 x 10 6.

m er et tall som er lik med det antall anioner som kreves for å bibeholde elektronisk nøytralitet.

Bindinger som inneholder monomerenheter, kan være gjennom Z, andre heteroatomer, R^(én eller to stillinger), eller forgreninger på R^.

D. Pendante, polykationiske polymerer

hvor

R^kan være alkylen, alkenylen, alkynylen, arylen og bindinger eller forgreninger av disse i kombinasjoner.

R^kan inneholde heteroatomer eller -grupper i den pendante binding, på forgrenede kjeder, på eller i polymerbindingen. Heteroatomet eller -grupper kan være fosfor eller svovel (i regulær kovalent, onium- eller delvis oxydert tilstand, f.eks. sulfon), nitrogen, oxygen, carbonyl eller kovalent halogen, idet en innskrenkning er at heteroatomet eller -gruppen ikke er bundet direkte til Z. Den pendante binding kan variere fra enkelt binding til å avgrene R^som er flere atomer lang, for å forbinde Z med polymerkjeden.

1*2, R., gmJ R 4 kan defineres uavhengig som alkyl, alkenyl, aryl eller kombinasjoner derav eller kan være hydrogen, bortsett fra at de til forskjell fra R^ikke er i polymerkjeden. Når R2, er aryl som inkluderer Z i en heterocyclisk ring og/eller når Z er svovel, kan R^eller R4eventuelt ikke foreligge.

Z er et kation som for eksempel de som oppnås fra nitrogen, fosfor eller svovel. I en foretrukken klasse kan ikke mer enn to av de tre R-grupper være hydrogen. I en annen foretrukken klasse har arylringen minst én substituent eller inneholder ett annet heteroatom eller én annen heterogruppe, når R2er aryl og inneholder nitrogen.

X er et anion som for eksempel et halogenid, nitrat, sulfat, hydroxyd, osv.

n er et tall som er lik det antall monomerenheter

i pplymeren som kreves for å gi en polymer med en molekylvekt innen området pa 5 x 10 5 - 6 x 10o,.

m er et tall som er lik med det antall anioner som kreves for å bibeholde elektronisk nøytralitet.

De følgende er eksempler på de foretrukne, polykationiske polymerklasser som har gjentatte polymerenheter som for eksempel de som er illustrert nedenfor.

(1) når Z er svovel, en sulfoniumpolymer

og et eksempel oppnås fra monomeren

H2C=CHC02CH2CH2S (CH-j) 2C1, poly-2-acryloxyethyldimethyl-sulfoniumklorid, P1=2-acryloxyethyl, R2=methyl, R3=methyl, R4= ikke-eksisterende og X=klorid.

Den ovenstående formel og R-gruppene viser en polymer hvor R-gruppene ikke er hydrogen.

(2) når Z er fosfor, en fosfoniumpolymer

og et eksempel på en monomer er

glycidyltributylfosfoniumklorid; R^=glycidyl, R2butyl, R^butyl, R4=butyl og X er klorid.

Det ovenstående eksempel viser en polymer hvor kationet Z er pendant og ikke i polymerkjeden og minst tre av R-gruppene er det ikke. (3) når Z er nitrogen, kvaternære ammoniumpolymerer, (3a) eksempel på integral, kvaternær alkylpolymer:

eksempel på polydimethylethylenanmoniumklorid-polymer:

kondensasjonsproduktet av N,N,N',N'-tetramethylethylendiamin og 1,4-diklorbutan.

De ovenstående eksempler viser polymerer hvor R-gruppene ikke er hydrogen, hvor kationet Z er i polymerkjeden og i det.andre eksempel også er i én av R-gruppene, hvor to av R-gruppene er like og to av R-gruppene er forskjellige og hvor minst to av R-gruppene er lineære, alifatiske radikaler med ikke mer enn ett og/eller to forskjellige radikaler i polymerkjeden.

(3b) eksempel på en integrert polymer som er kvaternær i den cycliske ring:

kondensasjonsproduktet av 4-klorpyridin; (3c)'eksempel på integrert, kvaternær alkyl-, aryl-polymer: kondensasjonsproduktet av 1-(4-pyridyl)-3-klor-propan, et annet eksempel på en polymer:

kondensasjonsproduktet av pyrazin og 1,2-ethylen-diklorid.

De ovenstående eksempler viser polymerer med én eller flere kationiske Z-grupper i polymerkjeden og i et aromatisk radikal som også er i polymerkjeden, med to forskjellige R-radikaler, som også er i polymerkjeden. Eksemplene viser således heterocycliske, aromatiske og lineære R-grupper som er polymerkjeden.

(3d) Eksempel på pendant, kvaternær alkylpolymer:

polyvinyltrimethylammonium-methylsulfat.

Det ovenstående eksempel viser en polymer med et pendant, kationisk Z-radikal og pendante R-grupper som er like, men forskjellige fra R-gruppen i polymerkjeden. Z og tre av R-gruppene er således ikke i polymerkjeden.

(3e) Eksempel på polymer med pendant kvaternær på cyc-lisk ryggrad:

Det ovenstående eksempel viser en polymer med aromatiske og heteroradikaler i polymerkjeden, et pendant, kationisk Z-radikal og tre R-grupper som er alifatiske og ikke hydrogen eller ikke i polymerkjeden.

(3f) Eksempel på polymer med pendant kvaternær på en carbocyclisk ring:

polyvinyl-4-benzyltrimethylammoniumklorid; (3g) Eksempel på polymer med pendant, kvaternært nitrogen på en polymethacrylat-ryggrad:

poly(3-methacryloxy-2-hydroxypropyltrimethyl-ammoniumklorid).

Det ovenstående eksempel viser forskjellige R-grupper hvor én er i polymerkjeden og tre alifatiske R-grupper hvor én inneholder en kationisk Z-gruppe og hetero-atomer som ikke er i polymerkjeden.

Et annet eksempel på en polymer:

poly(acrylamid-3-propyltrimethylammoniumklorid).

Det ovenstående eksempel viser en polymer med pendante R-grupper og kationer som ikke er i polymerkjeden, alifatiske R-grupper hvorav én er i polymerkjeden og én pendant gruppe som inneholder heteroatomer og mer enn én Z-gruppe.

(3h) Eksempel på polymerer med kvaternært nitrogen i en pendant, heterocyclisk ring:

poly-4-vinyl-N-methylpyridiniumjodid.

Den ovenstående formel viser en polymer med et pendant, heteroaromatisk radikal som også er et kationisk radikal og de er ikke i den organiske, polykationiske polymerkjede.

(3i) Eksempler på polymerer med en heterocyclisk ring som inneholder kvaternært nitrogen:

polymer av diallyldimethylammoniumklorid.

J

De ovenstående formler viser et pendant Z-kation og pendante, alifatiske R-grupper hvor minst to av R-gruppene har samme antall carbonatomer og hvor to R-grupper har samme antall carbonatomer og er lineære, alifatiske radikaler i polymerkjeden. Formlene viser også heterocycliske, alifatiske grupper i polymerkjeden som også har pendante deler.

De ovenstående klasser og underklasser av polykationiske polymerer kan være i det vesentlige lineære eller forgrenede. Eksempler (3a), (3b) og (3c) kan anses som i det vesentlige lineære polymerer. Eksempler (1), (2), (3d), (3e), (3f), (3g), (3h) og (3i) kan anses som forgrenede. Disse eksempler viser forgrening med minst ett organisk radikal som eksemplene (1), (2), (3d), (3e), (3f), (3g),

(3h) og (3i) og ved et kationisk radikal som for eksempel (3a). Også eksempler (3d), (3e), (3f), (3g), (3h) og (3i) kan anses å ha forgrening ved pendante kationradikaler eller heterogrupper.

Borevæsken ifølge oppfinnelsen kan også anvendes som kompletteringsvæske eller overhalings-væske.

Følgende eksempler tjener til å illustrere forskjellige utførelser av oppfinnelsen og gjør det mulig for fagmannen å praktisere oppfinnelsen.

Eksempel

En rekke flokkuleringsmidler ble testet i forskjellige konsentrasjoner, i løsninger av viskositetsdannende midler og væsketaps-reduserende midler.

Kvalitative tester ble utført i målesylindere, hvor det ble notert:

- opptreden av flokkulering og klumptype

- avsetning av klumpene og

- uklarhet i den overstående væske.

Resultatene av disse tester ble brukt for den første utskillelse av flokkuleringsmidler. De flokkuleringsmidler som viste seg best, ble brukt til ytterligere testing. Suspensjoner ble flokkulert og behandlet med moderat skjærkraft ved varmevalsing eller omrøring i 2 timer. Deretter ble klumpene frasiktet og tørket og gjenvinning bestemt. Testene ble utført i løsninger med enkle additiver og blandede løsninger av viskositetsdannende midler og væsketapsreduserende midler.

Virkningen av konsentrasjonen av flokkuleringsmiddel og fin leirskifer ble bestemt i "Shellflo-S"-løsninger ("Shellflo-S" er et registrert varemerke). En rekke tester ble utført for å sammenligne virkningen av flokkuleringsmidlene i ferskt vann og KC1-, NaCl- og CaC^-løsninger som inne-holdt "Shellflo-S".

Den kombinerte virkning av innkapslings- og flokkulerings-polymerer ble undersøkt i suspensjoner av fin-delt og oppkuttet leirskifer.

I alle tester ble dispergert, flokkulert eller innkapslet leirskifer fjernet fra suspensjonen ved hjelp av enten 150 eller 180 ym-sikter og den fraksjon som ble til-bakeholdt på siktene, ble bestemt.

I flokkuleringsuttømningstestene ble det således oppnådde filtrat igjen anvendt som flokkuleringsslam.

Den leirskifer som ble brukt i alle disse tester, enten som finfordelt stoff eller som kutt, er Pierre-leirskifer, et utløpermateriale fra Utah (USA). Tabell 1 viser sammensetningen av denne leirskifer. Tabell 2 oppsummerer alle de flokkuleringsmidler som ble anvendt sammen med pro-dusentene og, dersom det er kjent, en beskrivelse av deres kjemiske natur.

I Tabell 3 er det gitt en oppsummering av alle de anvendte slamadditiver, hvor igjen også prosenter og kjemiske sammensetninger er kjent.

Tabell 4 viser resultatene av testene på forenelig-heten til flokkulerings- og koaguleringsmidlene med slamadditivene. Uforlikelighet (utfelling) med noen av slamadditivene anses å være for risikabel til at et slikt kjemikalium kan innblandes i borevæsker som skal anvendes på rutinebasis.

Tabell 5 gir resultatene fra testene ved måle-sylinderflokkulering. Den viser hvilke kombinasjoner av slamadditiv og flokkuleringsmiddel som er istand til å flokkulere en Pierre-leirskifersuspensjon og hvilke som ikke er det.

Det anioniske flokkuleringsmiddel SS-100 (hydrolysert polyacrylamid) viser en dårlig ytelse.

Fra Tabell 5 kan det konkluderes at det kationiske XZ-86243 har en meget god ytelse.

Tabell 6 viser gjenvinningen av finfordelt Pierre-leirskifer gjennom 100 mesh sikter. Hovedkonklusjo-nen fra disse resultater er at det kan oppnås en signifikant forbedring når det gjelder fjerning av faststoffer, ved tilsetning av et kationisk flokkuleringsmiddel med høy molekylvekt.

Tabell 7 viser resultatene av flokkuleringstester i forskjellige væsker. Siden det var kjent på dette stadium at anioniske polymerer har dårlig ytelse, ble de utelukket fra denne testserie. Flere kationiske polymerer ble med-tatt i stedet.

Nærvær av salter alene forårsaket ikke alene flokkulering.

Hovedkonklusjonene er:

- Flokkuleringsmidler med lav (MW<50 000) og middels

(50 000<MW<500 000) molekylvekt (C 581, P.P.C.) viser en dårlig ytelse i alle løsninger. Høy molekylvekt (5x10 <MW<15xl0 ) er klart nødvendig for forbedring av effektiv faststoff-fjerning.

- Nalco-flokkuleringsmidlene 4625, 4725 og 4780 er ineffek-tive i ferskvann selv om de anvendes i kombinasjon med en

aktivator, men opptrer bra til utmerket i saltløsninger.

- For anvendelse i boreoperasjoner foretrekkes XZ-86243 for ferskvannssystemer. Nalco 4625 og 4780 (og kanskje andre fra denne produktserie) foretrekkes for saltløsninger og C-420 for begge.

Tabell 8 viser virkningen av flokkuleringsmiddel-konsentrasjonen på faststof f-f jerningen for C-420, XZ-86243 og Nalco 4625. C-420 er effektiv i hele området fra 10 til 1000 ppm vekt%, XZ-86243 viser økende ytelse med økende konsentrasjon. Vanninnholdet i de tilbakeholdte fine stoffer øker tydelig med flokkuleringskonsentrasjonen for de to effektive produkter. Denne informasjon er av spesiell rele-vans for fjerning av fast avfall.

Variasjon av innholdet av fine stoffer fra 0,1 til 5 % vekt/volum hadde ingen innvirkning på gjenvinningen. Tilsetning av 500 ppm C-420 og XZ-86243 til "Shellflo-S"/ Pierre-leireskifersuspensjoner resulterte alltid i en gjenvinning på mellom 90 og 100 %.

I de fleste tester ble viskositetene målt i løs-ninger med og uten flokkuleringsmiddel og også hydratets viskositet. Tilsetning av opp til 500 .ppm flokkuleringsmiddel ga alltid en liten forandring i reologi, men ikke mer enn ca. + 5 %. Viskositeten i filtratene var generelt lavere enn i det opprinnelige slam, men alltid innenfor et om-råde på ca. 10 %. Ved å ta i betraktning det høye innhold av faststoffer og normal adsorpsjon av polymere slamadditiver, er denne verdi å vente.

Tabell 9 viser resultatene av kombinert anvendelse av borekuttinnkapslingsmidler og flokkuleringsmidler på gjenvinningen av fine stoffer og borekutt. Det opptrer tydelig-vis ingen antagonistisk effekt mellom de to. Igjen viser XZ-86243 seg å være et meget effektivt flokkuleringsmiddel og "Shellflo-S" og SS-100 utmerkede borekuttinhibitorer.

Tabell 10 viser resultatene av de triaksiale leir-skifertester, konferer Darley, H.C.H., "A Laboratory Investigation of Borehole Stability" J. Pat. Tech., Juli 1969, 883 å 893AIME, 246. Det kationiske flokkuleringsmiddel XZ-86243 viser seg klart å være inert når det gjelder borehullstabilitet.

- kondisjonering: vann-valsing ved 60° C i 24 timer - basis-slam: 10 g/l Stabilose + 10 g/l CMC-HV.

innesperringstrykk: 225 bar.

basis-slam: 10 g/l CMC-LV (lav-viskositets-carboxymethyl-cellulose) + 10 g/l CMC-HV (høy-viskositets carboxymethyl-cellulose)

Claims (1)

1. Borevæske, inneholdende: a) minst ett polymert viskositetsdannende middel, i en mengde av fra 1 til 50 g/l, b) minst ett polymert væsketapsreduserende middel, i en mengde av fra 1 til 50 g/l, c) minst ett koagulerings- og/eller flokkuleringsmiddel,

   i en mengde av fra 10 til 5000 ppm vekt, og d) eventuelt minst én innkapslingspolymer, fortrinnsvis i en mengde av fra 0,1 til 10 g/l,

   karakterisert vedat koagulerings- og/eller flokkuleringsmidlet er en organisk, polykationisk polymer med høy molekylvekt valgt blant kvaternære polymerer med nitrogen som kationisk atom, kvaternære polymerer med fosfor som kationisk atom og ternære polymerer med svovel som kationisk atom.