NO302953B1 - Vannbasert fluid til bruk ved boring, komplettering og vedlikehold av brönner for utvinning av naturrikdommer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår brønnfluider egnet til bruk i brønnboringsindustrien, f.eks. ved boring av olje-, gass- og andre brønner såsom geotermiske brønner. Slike fluider kan anvendes ikke bare for boring, men også for komplettering, overhaling og pakking av brønnhull. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen et brønnfluid som har en høy konsentrasjon av en mono- eller oligosakkarid-komponent og en fremgangsmåte til boring ved bruk av et slikt brønnfluid.

En brønn bores ved at der til den nedre ende av en borestreng festes en borkrone som roteres enten ved en drivmotor på overflaten som tilfører rotasjonsbevegelse til den øvre ende av borestrengen, eller ved en turbin-motor festet til borestrengen nær den nedre ende, idet turbinmotoren drives av det sirkulerende fluid i brønnhullet.

I begge tilfeller er et bore- eller brønnfluid nødvendig for å fjerne borekaks fra rundt borekronen og transportere borekaks til overflaten for separasjon og fjerning. Borefluidet kjøler også borekronen og smører både borekrone og borestreng for således å redusere friksjonen.

De geologiske formasjoner som må penetreres under boringen av brønner varierer i stor grad med hensyn til sammensetning og fysisk beskaffenhet, og slike variasjoner avhenger stort sett av den prosess ved hvilken formasjonene ble skapt. Et viktig krav til et borefluid er at det bør ha en minimal reaksjon og en minst mulig virkning på stabiliteten av formasjonen gjennom hvilken brønnen passerer. I mange tilfeller er det mulig å anvende et borefluid med meget enkel sammensetning, f.eks. en enkel blanding av bentonitt og vann, hvor formasjonen gjennom hvilken brønnen passerer er både kjemisk inert og har god fysisk stabilitet over den fulle dybde av brønnen.

I mange geografiske områder omfatter imidlertid de jord- eller berg-formasjoner gjennom hvilke det er nødvendig å bore brønner "reaktive" materialer som er vannfølsomme eller ustabile i nærvær av vann og som, som en følge av dette, sveller eller disintegrerer i vann, med det resultat at borekaksene er tilbøyelige til å nedbrytes til mindre partikler, noe som gjør at det er vanskelig og kostbart å separere dem fra resirkulerende borefluid og at veggene i hullet som bores er tilbøyelige til å være ustabile. Eksempler på slike formasjoner innbefatter skifere som inneholder leirmineraler som kan være av den svellende type, f.eks. smectittleirer såsom montmorillonitt, bentonitt og lignende, eller av den ikke-svellende type, såsom kaolinitt eller Mitt.

Skifere inneholdende smectittleirer er spesielt reaktive og vanskelige å bore i, men de ikke-svellende leirer kan også forårsake alvorlige problemer, særlig hvis de er dårlig konsolidert i formasjonen. Når det er nødvendig å bore i en formasjon som inneholder reaktive materialer av den ovenfor angitte type, blir et "inhibitorisk" borefluid i alminnelighet anvendt. Dette er et borefluid som er sammensatt på en slik måte at svellingen og desintegreringen av formasjonen og borekaksene reduseres i betydelig grad.

Hittil har den mest vanlig anvendte løsning på det problem som er beskrevet ovenfor vært å anvende oljebaserte borefluider, spesielt i form av en vann-i-olje eller "invertert" emulsjon som typisk inneholder 50-90 volumprosent olje og 10-50 volumprosent vann. Et slikt borefluid har gode inhibitoriske egenskaper, men har også to alvorlige ulemper, nemlig den høye omkostning av oljefasen og de skadelige virkninger på miljøet når borefluidet, eller borekaksene belagt med borefluid, kasseres.

I de tidligste oljebaserte borefluider var oljefasen dieselolje, råolje eller gassolje. Disse er forholdsvis billige, men de har en tilbøyelighet til å inneholde høye andeler aromatiske forbindelser som er giftige, ikke bare for operatørene som håndterer slike fluider, men også for miljøet, spesielt det marine miljø når de borekaks som genereres under boring med slike fluider dumpes direkte i havet. I den senere tid har lav aromatiske oljer som ofte betegnes som oljer med lav giftighet eller "rene" oljer blitt brukt i oljebaserte borefluider med en tilsvarende betydelig eliminering av de akutte giftighets-problemer. Men selv disse lavaromatiske oljer gir opphav til problemer i det marine miljø.

Økende bekymring med hensyn til miljøet har ført til strengere kontroll av andelen olje som kan være forbundet med borekaks som slippes ut til havet, og det blir mer og mer vanskelig å rettferdiggjøre bruken av fluider som genererer borekas inneholdende betydelige mengder olje. Det er selvsagt mulig å behandle borekaksene for å redusere andelen olje før utslipp til havet, eller å transportere borekaksene til et annet sted for behandling, men begge disse løsninger øker kostnadene av boreoperasjonen og skaper ytterligere logistikkproblemer for operatøren.

Det er derfor et behov i brønnboringsindustrien for et borefluid som skaffer mange av de oljebaserte fluiders fordeler samtidig som man unngår utslipp av oljer og giftige materialer.

Tidligere er mange inhibitoriske vannbaserte borefluider blitt brukt for å bringe på et minimum svellingen eller dispersjonen av leirrike sedimentære formasjoner. Disse innbefatter de som er basert på saltoppløsninger (særlig kaliumsalter) og innbefatter ofte visse vannoppløselige polymerer for å fremme inhibisjonen. F.eks. GB-1341167 (Shell) viser bruken av delvis hydrolyserte polyakrylamidoppløsninger for inhibisjon. Det senere US-PS 4 780 220 viser bruken av borefluider inneholdende en vandig oppløsning av minst 6 volumprosent av en vannoppløselig væske valgt fra gruppen bestående av et polyglyserol og blandinger av polyglyserol med glyserol for å skaffe inhibisjon av leirformasjoner. Enda mer nylig er der i US-PS 4 830 765 vist nytten av denne anvendelse i borefluider av vandige oppløsninger på mellom 5 og 50 volumprosent av en vannoppløselig komponent som er tripropylenglykol-bunnfraksjoner med 5-20 volumprosent tripropylenglykol og 95-80 volumprosent polypropylenglykol-toppfraksjoner.

Det er velkjent at glyserol og glykol danner komplekser med leire og det antas at glyserol- og polypropylenglykol-materialene angitt ovenfor, spesielt de høyere polymerer, bringer på et minimum leirehydratisering ved preferensiell adsorpsjon på grunn av hydrogenbinding på aktive seter på leirer.

GB-2176199 angår et vannbasert brønnfluid i hvilket, som et tilsetningsstoff, en blanding av høypyruvat-xantan og johannesbrødgummi anvendes for å gi fluidet "pseudoplastiske" egenskaper.

GB-1406513 angår et borefluidtilsetningsstoff som omfatter hydrolyserte kornproduktfaststoffer bestående stort sett av polysakkarider, hovedsakelig heksasakkarider og høyere. Tilsetningsstoffet anvendes som et viskositets-reduserende middel i en mengde på inntil 8 pund pr. fat (22,8 kg/m^) som svarer til 2-3 vektprosent av fluidet.

GB-934165 beskriver et borefluid som når det trenger inn i formasjonen ikke danner et ugjennomtrengelig lag på veggen av formasjonen, men reduserer permeabiliteten av formasjonen på noen avstand fra veggen. Fluidet kan innbefatte en komponent for å gi borefluidet ekstra vekt. Slike vekt-komponenter sies å innbefatte sukker, glyserol, vannglass eller blyacetat.

EP-0171962 angår gummitilsetningsstoffer med høy molekylvekt som tillater vannsvellbare montmorillionittleirer å tette mot permeabilitet i jord-formasjoner når de anvendes i borefluider og for tetting mot vann i laguner og ilandføringssteder når de bringes i berøring med saltvann.

EP-0079837 angår fremstilling av vandige dispersjoner av gummier med høy molekylvekt som kan anvendes blant annet i oljeleting.

Det er nå overraskende funnet at en gruppe besparende og lett tilgjengelige naturlige materialer oppløst i betydelige mengder vannbaserte brønnfluider vil skaffe meget effektiv skifferinhibisjon.

Således er der i henhold til en første side ved oppfinnelsen skaffet et vandig inhibitorisk brønnfluid som innbefatter et vannoppløselig karbohydrat-tilsetningsstoff, som er kjennetegnet ved at det er stort sett fritt for eventuelle oljekomponenter, og ved at det vannoppløselige karbohydrat-tilsetningsstoffet er et vannoppløselig ekstrakt av et naturlig oppnådd materiale som har en høy andel av monosakkarider og/eller oligosakkarider, og ved at karbohydrat-tilsetningsstoffet anvendes i en mengde som er tilstrekkelig til å gi minst 10 vektprosent av monosakkarid/oligosakkarid-komponenten i den vandige fase av fluidet.

Fortrinnsvis anvendes karbohydrat-tilsetningsstoffet i en mengde som er tilstrekkelig til å gi minst 16 vektprosent og helst minst 22 vektprosent av monosakkarid/oligosakkarid-komponenten i den vandige fase av fluidet.

De beste resultater oppnås når karbohydrat-tilsetningsstoffet er et konsentrert vannoppløselig ekstrakt av sukkerrør, sukkerroer eller maltet korn som inneholder den ønskelige andel av monosakkarider (f.eks. dekstrose og fruktose) og/eller oligosakkarider (f.eks. sakkarose). Slike konsentrerte ekstrakter inneholder 45-60 vektprosent av totale sukkere. Slike ekstrakter er funnet å inneholde ytterligere komponenter som tilfører brønnfluidet nyttige egenskaper. F.eks. er det funnet at når karbohydrat-tilsetningsstoffet er et av de vannoppløselige ekstrakter som er angitt ovenfor, blir de skiferinhibitoriske egenskaper forbedret og beholdt ved høyere temperaturer enn når det rene mono- eller oligosakkarid anvendes som tilsetningsstoffet. Man har fremsatt den hypotese at disse forbedrede egenskaper oppstår på grunn av høyere oligomerer (inneholdende f.eks. ikke mer enn 6 monosakkaridenheter) i ekstraktene som adsorberes av leireoverflatene i brønnen og reduserer svelling og desintegrasjon av brønnens overflater. Det vannoppløselige ekstrakt bør anvendes i en mengde som er tilstrekkelig til å gi den ønskede andel av mono-eller oligosakkarid-komponent. Således bør der anvendes minst 15 vektprosent av ekstraktet.

Det vannoppløselige ekstrakt av sukkerrør eller sukkerroe er fortrinnsvis et melasse-ekstrakt såsom sukkerrørmelasse, sukkerroemelasse eller "kondenserte melasse-faststoffer" (CMS) som er et biprodukt som fås ved konsentrasjonen ved inndampingen av oppløsninger som er tilbake etter at de fermenterbare sukkere som inneholdes i melasse er blitt stort sett fjernet ved fermenteringsprosessene.

Karbohydrat-tilsetningsstoffet kan innbefatte små mengder høyere sakkarider, men disse er ikke betydelige sammenlignet med mengden av mono- og oligosakkarider som foreligger.

Brønnfluidet ifølge oppfinnelsen er stort sett fritt for eventuelle oljekomponenter. Det er også fortrinnsvis fritt for eventuelle komponenter som kan trenge gjennom veggen i en brønn under boringen og redusere permeabiliteten av formasjonen på en avstand fra veggen.

Ekstraktet av maltet korn er fortrinnsvis fra maltet bygg, f.eks. maltekstrakt som er en konsentrert vandig oppløsning av de oppløselige komponenter av maltet bygg.

I henhold til en annen side ved oppfinnelsen er der skaffet en fremgangsmåte til boring av en brønn hvor et borefluid i henhold til den første side ved oppfinnelsen anvendes.

I henhold til en tredje side ved oppfinnelsen er der skaffet en anvendelse av et vannoppløselig ekstrakt av et naturlig oppnådd materiale som har en høy andel av monosakkarider og/eller oligosakkarider, som et tilsetningsstoff for et vandig brønnfluid, stort sett fritt for eventuelle oljekomponenter, for å forbedre skiferinhibisjonsegenskapene av fluidet.

Brønnfluidet som er gjenstand for den foreliggende oppfinnelse skaffer et skiferinhibitorisk fluid med meget lav giftighet og høy biologisk ned brytbarhet. Det er funnet at det er mulig å anvende i dette fluid, på vanlig måte og med de forventede virkninger, ett eller flere vanlige brønnfluid-tilsetningsstoffer såsom: (i) viskositetsmodifiserende polymerer inneholdende xantangummi; "polyanionisk cellulose", karboksymetylcellulose, hydroksyetylcellulose, guargummi og dets derivater; (ii) filtreringsreduserende midler såsom stivelse og dets derivater, karboksymetylcellulose med lav viskositet, polyanionisk cellulose med lav viskositet, syntetiske vinyliske polymerer eller kopolymerer; (iii) leirer såsom smectittleirer, f.eks. bentonitt. Når bentonitt anvendes, bør den være "prehydratisert" ved blanding med ferskvann for å tillate svelling og dispergering av leiren før den innlemmes i fluidet, fordi oppfinnelsen vil hindre svelling og hydratisering av bentonitt; (iv) densitetsregulerende midler såsom oppmalte baritter, hematitt, kalsitt eller dolomitt; (v) uorganiske salter såsom natriumklorid, kaliumklorid, kalsiumklorid, kalsiumsulfat og pH-regulerende midler såsom natrium-, kalium- eller kalsiumhydroksider; (vi) baktericider eller fungicider for å hindre fermentering av fluidet; (vii) antiskummemidler og midler for å forbedre smøreevnen.

Brønnfluidet ifølge oppfinnelsen kan derfor ha en fast fase som et resultat av nærværet av en av de faste komponenter som er angitt ovenfor (f.eks. densitetsregulerende midler eller leirer).

Brønnfluidet ifølge oppfinnelsen vil nesten uten unntak innbefatte et filtreringsreduserende middel ("filtreringsreduserer") (dvs. komponent (ii) ovenfor) iblant også kjent som et fluidtapregulerende middel. Denne komponent fungerer slik at den reduserer mengden av vandig fase som går tapt til formasjonen ved dannelse av (eller deltagelse i dannelsen av) et ugjennomtrengelig lag på veggen av formasjonen i brønnhullet.

Filtreringsreduserere er generelt polymere materialer med middels til høy molekylvekt som dispergerer i vann til en kolloidal dispersjon eller oppløsning. De innbefatter normalt funksjonelle kjemiske grupper som bevirker at de adsorberes sterkt på mineraloverflater. På grunn av deres molekylære dimensjoner eller kolloidale dimensjoner når de dispergeres i fluidet, og på grunn av deres tendens til å adsorberes konsentreres de på overflaten av et porøst mineral såsom skifer for å skaffe en "filterkake" som et tett lag eller kompakt masse, hvilket er stort sett ugjennomtrengelig for ytterligere filtrering av den vandige fase.

Dispergerte faststoffer, særlig de med et vidt partikkelstørrelsesområde, hjelper til med denne "kakedannelse" eller forskalingsprosess, men er ikke absolutt nødvendige.

Filtreringsreduserere kan anvendes i brønnfluider ifølge oppfinnelsen i en mengde som er tilstrekkelig til å redusere i betydelig grad mengden av vandig fase av brønnfluidet som går tapt til formasjonen, dvs. i en mengde som er tilstrekkelig til å danne et ugjennomtrengelig lag (alene eller i kombinasjon med en annen komponent) på veggen av formasjonen i brønnhullet. Normalt vil dette beløpe seg til minst (2 kg/m^ eller ca. 0,2 % w/v) og ikke mer enn 40 kg/m^ eller 4 % w/v).

Det skal i forbifarten nevnes at brønnfluider ifølge oppfinnelsen i en viss grad har evnen til å bygge opp et ugjennomtrengelig lag på formasjonen, selv uten en filtreringsreduserer (se eksempel 7, fluid nr. (xii) nedenfor).

Brønnfluider sammensatt i henhold til oppfinnelsen er blitt funnet å ha de følgende fordeler sammenlignet med ellers identisk sammensatte fluider som anvender en vanlig kilde til vandig medium, såsom sjøvann eller ferskvann:

(a) meget effektiv inhibisjon av skiferhydratisering,

(b) langt lavere filtreringshastigheter (dvs. redusert fluidtap),

(c) lavere korrosjonshastigheter,

(d) redusert økning i viskøse egenskaper når fluidet blir forurenset med store mengder borede faststoffer, hvilken forurensning er vanlig i en

brønnboringsprosess,

(e) reduksjon av frysepunktet (for anvendelse i kalde klima) ved analogi med "antifrosf-midler såsom glykol, det antas også at dannelsen av "gasshydrater" (faste islignende komplekser av f.eks. metan og vann)

vil inhiberes,

(f) en reduksjon av oppløseligheten av salt; dersom naturlige saltsjikt gjennomskjæres i løpet av boreprosessen vil brønnfluider som angitt heri følgelig forventes å forårsake mindre utvidelse av borehullet på grunn av saltoppløsningen.

Brønnfluider ifølge oppfinnelsen er også tilbøyelig til å være mere tolerante overfor forurensning av borede faststoffer og har gode inhibitoriske egenskaper uten å inneholde høye konsentrasjoner av salter. De kan derfor avhendes på land uten at de forårsaker forurensning.

Ved sammenligning med noen andre tidligere kjente brønnfluider som gir skifterinhibisjon, såsom oljebaserte borefluider eller fluider inneholdende høye konsentrasjoner av salter såsom natrium- og kaliumklorid, kan oppfinnelsen skaffe inhibitoriske og effektive brønnfluider som mini-maliserer skaden på miljøet som skyldes avhending av fluidet eller forurensede borekaks. F.eks.: i) effektive og inhibitoriske fluider kan settes sammen som er fullstendig

oljefrie;

ii) effektive og inhibitoriske fluider kan settes sammen ved anvendelse av en ferskvannsoppløsning av de foretrukne produkter som det vandige medium, derved unngår man bruken av høye nivåer av kloridsalter eller andre høyioniske saltkonsentrasjoner i fluidet. Dette reduserer sannsynligheten for skade på land- eller ferskvannsmiljø, flora og fauna i form av f.eks. klorose av planteliv og muligheten for å

forurense underjordiske vannreservoarer;

iii) fluider sammensatt i henhold til oppfinnelsen har iboende meget lav

giftighet overfor pattedyr og sjøvanns- eller ferskvannsorganismer;

iv) de foretrukne produkter er lett nedbrytbare biologisk og assimilerbare i de naturlige næringsstoffkjeder og skaffer meget lave langtidsskadelige virkninger på miljøet.

Oppfinnelsen skal nå belyses ved de følgende eksempler. I disse eksempler ble egenskapene av borefluidet utprøvet i henhold til API Recommended Practice 13 B med mindre noe annet er angitt.

EKSEMPEL 1

Forsøk ble utført for å vise de skiferinhibitoriske egenskaper av oppfinnelsen. Enkle borefluider ble fremstilt ved bruk av 350 ml vandig fase pr. prøve. Hver prøve ble gjort viskøs med 0,7 g xantangummi og filtreringsegenskapene (fluidtap) ble regulert i hver prøve ved tilsetning av 3,0 g IDFLO HTR, et navnebeskyttet modifisert stivelsesprodukt. pH-verdien av hver prøve ble justert på pH 9,0 ved bruk av enten kaustisk soda eller sitronsyre etter behov.

Den vandige fase av prøvene var sammensatt som følger:

i) Sjøvann alene.

ii) En blanding av sjøvann og sukkerrørmelasse (for typisk analyse se eks. 4), inneholdende 300 kg/m<3>melassefaststoffer (svarende til 105 ppb,

dvs. "pounds per barrel").

iii) En blanding av sjøvann og sukkerroemelasse inneholdende 300 kg/m<3>

melassefaststoffer.

iv) En blanding av sjøvann og "kondenserte oppløselige melasser" (CMS)

inneholdende 300 kg/m<3>CMS-faststoffer. CMS ble fremstilt fra

sukkerrørmelasser.

v) En blanding av sjøvann og maltekstrakt inneholdende 300 kg/m<3>

maltekstraktfaststoffer.

vi) Sjøvann/sakkarose-oppløsning inneholdende 300 kg/m<3>sakkarose. vii) Sjøvann/dekstrose-oppløsning inneholdende 300 kg/m<3>dekstrose. viii) Sjøvann/fruktose-oppløsning inneholdende 300 kg/m<3>fruktose.

ix) For sammenligning, sjøvann/HF 100-oppløsning inneholdende 300

kg/m<3>HF100.(HF100 er et handelsnavn for Hydra-Fluids Inc. for en

blanding av polyglyseroler og glyserol som angitt i US-PS 4 780 220). x) Igjen for sammenligning, sjøvannsoppløsning inneholdende 57 kg/m<3>

KC1 + 1,43 kg/m<3>IDBOND delvis hydrolysert polyakrylamid som angitt i GB-1341167.

For å utprøve de skiferinhibitoriske egenskaper ble syntetiske "skifer"-pellets fremstilt ved sammenpressing ved 154 MPa en blanding av 75 vektprosent Wyoming bentonitt opg 25 vektprosent kaolinleire med store partikler, slik at en kort sylinder av hard "syntetisk skifer" ble fremstilt. Disse pellets, når de anbringes i en prøve av borefluid i en lukket trykkbombe, danner et godt forsøksmateriale for skiferinhibisjon fordi de sveller, mykner eller desinte-grerer (dersom fluidet har lav inhibitorisk evne) etter at pelleten er utsatt for fluidet i 16 h ved 93,3°C ved rotering av bomben i en "varmrullingsovn".

Etter rulleforsøket blir pelleten fjernet når dette er mulig, dens visuelle utseende bedømt, og intakte pellets testet for hårdhet ved bruk av et "ELF Penetrometer" som måler den kraft som er nødvendig for å slå et merke i form av et punkt inn i pellettoverflaten.

Resultatene (tabell 1) viser at rørsukkermelasser spesielt oppviste meget høye nivåer av inhibisjon sammenlignet med tidligere kjente inhibitoriske borefluider basert på enten KC1/IDBOND eller på HF 100-polyglyserolen Maltekstrakt viste også en nyttig inhibitorisk virkning. Melasser fra sukkerroer, skjønt de var rørsukkermelasser underlegne, oppviste også god ytelse. Fluidet med kondenserte oppløste melasser ga også meget god ytelse.

Resultatene for (ii), (iii), (iv) og (v) er overraskende sammenlignet med den ubetydelige inhibitoriske virkning som oppvises av sakkarose, dekstrose eller fruktose.

Kaliumkonsentrasjonen i fluid (x) var minst 3 ganger større enn i fluidene (ii), (iii), (iv) og (v), men fluid (x) ga fortsatt underlegen inhibisjon. Dette viser at inhibisjonen skaffet ved oppfinnelsen ikke er et direkte resultat av det kalium som opptrer naturlig i f.eks. melasse.

Ytterligere forsøk på sakkarose, dekstrose og fruktose er beskrevet i eksempel 2 nedenfor.

EKSEMPEL 2

Fire enkle borefluider ble fremstilt som beskrevet i eksempel 1, ved bruk av 350 ml vandig fase pr. prøve.

Den vandige fase av prøvene var sammensatt som følger:

(i) Sjøvann alene.

(ii) Sjøvann/sakkarose-oppløsning inneholdende 300 kg/m<3>sakkarose. (iii) Sjøvann/dekstrose-oppløsning inneholdende 300 kg/m<3>dekstrose. (iv) Sjøvann/fruktose-oppløsning inneholdende 300 kg/m<3>fruktose.

Hvert borefluid ble utprøvet for skifterinhibitoriske egenskaper ved den fremgangsmåte som beskrevet i eksempel 1 med den unntagelse at temperaturen av fluidet i varmrullingsoperasjonen var 60°C snarere enn den høyere temperatur på 93,3°C som ble brukt i eksempel 1, og varigheten av varmrullingsoperasjonen var 10 timer snarere enn 16 timer.

Resultatene er vist i tabell 2.

Skjønt de enkle sukkere syntes ineffektive ved 93,3°C i eksempel 1, viser disse resultater at ved lavere temperaturer såsom 60°C blir nyttige virkninger på leireinhibisjon oppnådd ved deres bruk,i det spesielt god nytte oppnås fra fruktose.

De generelt større pellethårdheter oppnådd i denne forsøkssekvens sammenlignet med de som ble oppnådd i eksempel 1 gjenspeiler ganske enkelt de mildere varmrullingsbetingelser.

EKSEMPEL 3

Disse forsøk ble utført med de samme polymertilsetninger og på samme måte som i eksempel 1 med unntagelse av at dosen av inhibitorisk middel i den vandige fase ble variert som følger:

Resultatene oppnådd etter varmrulling i skiferpellettsinhibisjonsforsøk som beskrevet i eksempel 1 er vist i tabell 3.

Disse resultater viser at rørsukkermelasse er et meget inhibitorisk tilsetningsstoff, særlig når det anvendes i høye doser (ca. 30 % og høyere). Det reduserer svelling sammenlignet med HF 100-produktet, men tillater noe pellettoppbrytning når det anvendes i lavere doser.

Skjønt den er sammenlignbar med HFlOO-polyglyserolsystemet med hensyn til sin virkning har melassen en fordel i at den er langt billigere og lettere tilgjengelige i store mengder over hele verden.

Foruten det som er angitt ovenfor gir melassen den ekstra fordel at spesielt gode filtreringsegenskaper er skaffet ved dens tilsetning.

Ved bruk av de samme sammensetninger (i) til (viii) som angitt i detalj ovenfor ble de reologiske egenskaper og filtreringsegenskaper (i henhold til API R.P. 13 B) målt ved bruk av et Fann model 35C-viskosimeter (brukt i alle disse eksempler) og resultatene er vist i tabell 4.1 Fann-viskosimeteret er brønnfluidet inneholdt i den ringformede åpning mellom to koaksiale vertikale sylindre, idet den ytterste av de to sylindre kan roteres med konstant hastighet. Den viskøse motstand av fluidet gir et vridningsmoment på den indre sylinder hvis rotasjon holdes tilbake av en torsjonsfjær.

En viser forbundet med den indre sylinder angir fortrengningen av denne sylinder fra en null-posisjon og gir således et mål på fluidets viskositet.

Den tilsynelatende viskositet (AV) er gitt ved skalaavlesningen dividert med 2 for en rotasjonshastighet av den ytre sylinder på 600 omdreininger/min.

Den plastiske viskositet (PV) er gitt ved skalaavlesningen for en rotasjonshastighet på 600 omdreininger/min minus skalaavlesningen for en rotasjonshastighet for 300 omdreininger/min.

Flytegrensen (YP) er gitt ved skalaavlesningen for en rotasjonshastighet på 300 omdreininger/min minus den plastiske viskositet.

10-sekunders gelstyrken (GELS) fås ved at fluidet omrøres ved høy rotasjonshastighet i 10 s, fluidet tillates å stå uforstyrret i ytterligere 10 s og at skalaavlesningen til slutt observeres for en rotasjonshastighet på 3 omdreininger/min.

Flytegrensen for 10-sekunders gelstyrken i kg/m<2>kan fås ved multiplisering av resultatet i lb/100 ft<2>med 0,05.

API-fluidtap måles ved fremgangsmåten angitt i API RP 13 B. En prøve av brønnfluidet anbringes i en sylinder med en diameter på 76 mm og høyde på 64 mm. I bunnen av sylinderen er et ark av filterpapir understøttet på en gjennomhullet plate under hvilken der er et drensrør. Toppen av sylinderen er forseglet og trykket ovenfor prøven økes til 689 kPa ved trykkluft. En målsylinder er anbragt under drensrøret og volumet av filtrat som samles opp i et tidsrom på 30 min, idet man starter fra det øyeblikk hvor man anvender trykk, nedtegnes som fluidtap i ml.

Foruten å skaffe meget akseptable reologiske egenskaper selv ved et nivå på 50 %, gir melasse en forbedring i filtreringsegenskaper, idet filtratvolumet reduseres i alle tilfeller.

EKSEMPEL 4

SAMMENSETNING AV RØRSUKKERMELASSE

Rørsukkermelasse er et biprodukt fra jordbruket og dens sammensetning påvirkes av varianten og modenheten av sukkerrøret såvel som klimatiske betingelser og jordsmonnsbetingelser. Dessuten kan bearbeidingsbetingelsene i sukkerfabrikken virke inn på sammensetningen av melassen. Av denne grunn er det ikke mulig å angi noen typisk analyse for melasse, men et vidt område for sammensetning kan gis som vist i tabell 5:

Reduksjonssukkeret er de sukkere som reduserer Fehlings væske.

Det kan derfor beregnes at sukkerrørmelasse-faststoffer inneholder 40-53 vektprosent oligosakkarider (sakkarose) og 23-32 vektprosent monosakkarider. (Reduksjonssukkere og "ufermenterbare" sukkere blir generelt ansett som monosakkarider).

EKSEMPEL 5

SAMMENSETNING AV SUKKERROEMELASSE

De samme kommentarer angående sammensetningen av sukkerroemelasse gjelder som for sukkerrørmelasse i og med at det er et biprodukt fra jordbruket og dets sammensetning påvirkes av klimatiske betingelser og jordsmonnsbetingelser og plantevariant og -modenhet. Som det vil ses i tabell 6 er sammensetningen av ikke-sukker og organisk materiale svært for-skjellig fra sukkerrørmelasse ved det at der er en høyprosentandel nitrogen-forbindelser. Den tydeligste forskjell fra sukkerrørmelasse hva angår sukkerinnhold er den lave prosentandel reduksjonssukkere.

Det kan derfor beregnes at sukkerrørmelasse-faststoffer inneholder 68-71 vektprosent oligosakkarider (sakkarose og raffinose) og 0,3-6,1 vektprosent monosakkarider.

EKSEMPEL 6

Forsøk ble utført for å vise virkningene av økende leirforurensnings-konsentrasjoner (som opptrer naturlig når man borer i skifersedimentær-bergarter) på de viskøse egenskaper av et fluid inneholdende sukkerrør-melasse, sammenlignet med virkningene av et lignende fluid som ikke inneholdt noe sukkerrørmelasse.

Grunnleggende fluidsammensetninger pr. 350 ml.

Fluidene ble satt sammen med forskjellige doser xantangummi slik at de oppviste like flytegrenseverdier til å begynne med.

For å simulere borede leirefaststoffer ble økende doser av en blanding av 75 % pulverisert plastisk leire og 25 % Wyoming bentonitt satt til hvert fluid, de reologiske egenskaper ble deretter målt ved bruk av Fann-viskosimeteret (se eksempel 3) ved hvert trinn etter grundig innblanding av leireforurensningen.

Resultatene som ble oppnådd er vist i tabell 7.

Resultatene viser at det melassebehandlede fluid tolererte forurensning av borede faststoffer langt bedre enn det sjøvannsbaserte fluid. Nærmere bestemt unngår man de svært høye gelstyrker som av det ubehandlede fluid oppviser.

En syntetisk skiferpellet ble varmrullet i 16 h ved 93,3°C i en prøve av fluid B dosert med 57 kg/m<3>leire. Skiferpelleten etter varmrulling var fullstendig inntakt, hård og ikke-svellet.

Egenskapene av dette fluid etter varmrulling som målt ved Fannviskosi-meteret (eksempel 3) var som følger:

Forurensningen med leirer virket ikke inn på de inhibitoriske egenskaper av fluidet og fluidets egenskaper forble temmelig uforandret etter varmrulling.

EKSEMPEL 7

Disse forsøk ble utført for å bekrefte ytelsen av vanlige borefluidtilsetnings-stoffer i en vandig fase bestående av sjøvann blandet med rørsukkermelasse. Til prøver av denne utgangssammensetning ble der satt 2 g av de følgende viskositetsmodifiserende polymerer.

i) Xantangummi (Rhodapol 23P (TM Rhone Poulenc))

ii) Polyanionisk cellulose med høy viskositet (IDF-FLR TM IDF)

iii) XANVIS bakteriell gummi (XANVIS T.M. Merck)

iv) Natriumkarboksymetylcellulose med høy viskositet (CMC-HV)

v) Guargummi

vi) Hydroksyetylcellulose

På samme måte ble de følgende fluidtapreduserende polymerer satt til i en dose på 3 g til prøver av utgangsfluidet.

vii) Borestivelse

viii) Modifisert stivelse (IDFLO HTR (TM IDF))

ix) Natriumkarboksymetylcellulose med lav viskositet (CMC-LV)

x) Polyanionisk cellulose med lav viskositet (IDF-FLRXL (T.M. IDF)) xi) Syntetisk vinylkopolymer (POLYTEMP - TM IDF))

I alle disse tilfeller ble polymerene lett oppløst med moderat blanding. De reologiske egenskaper og filtreringsegenskapene av fluidene ble deretter utprøvet ved bruk av Fann-viskosimeteret (eksempel 3). Resultatene er vist i tabell 8 og er sammenlignet med egenskapene for utgangsfluidet - intet tilsetningsstoff (fluid nr. xii).

Resultatene viser at alle polymerene oppførte seg bra. Ingen uforenelighet ble funnet. Fluidtapet av utgangssammensetningen uten noen polymertilsetning var overraskende lav på 9,8 ml, noe som viser den gunstige virkning av sukkerrørmelasse på denne egenskap. (Et lignende fluid blandet med sjøvann og ikke noe melasse oppviste et fluidtap på mer enn 100 ml).

EKSEMPEL 8

Dette eksperiment viser at Wyoming-bentonitt kan anvendes i oppfinnelsen. Bentonitten hydratiserer ikke og gir ikke viskositet i melasseblandinger på grunn av den inhibitoriske virkning av melasse. Høye viskositeter kan imidlertid oppnås ved dehydratisering av bentonitten i ferskvann, f.eks. som følger:

Fluidsammensetning og blandingsrekkefølge

Denne blanding ble omrørt i 2 timer for å hydratisere bentonitt. Deretter ble der tilsatt:

En skiferpellet ble varmrullet i fluidet i 16 h ved 93,3°C. Etter varmrulling var pelleten intakt og hård. ELF-penetrometerhårdheten var 270 g/mm.

Fluidegenskapene før varmrulling (BHR) og etter varmrulling (AFR) som målt ved Fann-viskosimeteret (se eksempel 3) var som følger:

Skjønt de reologiske egenskaper var noe høyere enn det som normalt anvendes viser resultatene at et effektivt fluid kan settes sammen ved bruk av Wyoming-bentonitt som et viskositetsmodifiserende middel, samtidig som den fortsatt oppviser høye skiferinhibitoriske egenskaper.

EKSEMPEL 9

Dette forsøk viser at et skiferinhibitorisk borefluid kan blandes ved bruk av ferskvann og sukkerrørmelasse. Dette skaffer et fluid med lav mengde av oppløste uorganiske salter (spesielt klorid) hvilket er egnet ved bruk der hvor slike salter kan skade plantelivet, f.eks. ved klorose. De salter som foreligger har sin opprinnelse fra den som opptrer naturlig i melasse.

Fluidsammensetning

En skiferpellet ble varmrullet som tidligere i fluidet i 16 h ved 93,3°C.

Fluidegenskapene før og etter varmrulling som målt ved Fann-viskosimeteret (se eksempel 3) var som følger:

Skiferpelleten etter varmrulling var intakt, hård og ikke-svellet. Hårdheten målt ved ELF-penetrometeret var 290 g/mm.

Resultatene viser at et meget inhibitorisk borefluid med gode fysiske egenskaper kan settes sammen fra stort sett fullstendig biologisk nedbrytbare produkter og ferskvann samtidig som det inneholder lave mengder av oppløste salter.

EKSEMPEL 10

Et eksperiment ble utført for å vise oppløseligheten av koksalt i en blanding av sukkerørmelasse og ferskvann.

Natriumklorid ble satt til trinnvis over en lang periode til 350 ml i en blanding av 60 % vann og 40 % melasse (regnet på volum) inntil ikke noe mer salt løste seg opp. Blandingen ble holdt på 20°C.

Resultatene nedenfor er angitt i g NaCl/350 ml sluttoppløsning (ekvivalent med pund pr. fat (ppb)).

Resultat - endelig natriumkloridkonsentrasjon = 33,7 ppb (96,3 kg/m<3>).

Dette kan sammenlignes med resultatet for natriumkloridoppløselighet i ferskvann (=314 kg/m<3>).

Dette viser at borefluidene ifølge oppfinnelsen vil være av nytte når man borer i massive underjordiske saltformasjoner, idet utvidelsen av hullet på grunn av oppløsning av borehullveggen vil reduseres, eller mindre salt er nødvendig for å formette fluidet for å hindre ytterligere saltoppløsning.

EKSEMPEL 11

Tester ble utført for å vise den reduksjon i korrosjonshastigheten av stål som skaffes av fluider sammensatt i henhold til oppfinnelsen.

To borefluider ble utprøvet for deres korrosivitet:

Fluid B hadde en naturlig pH-verdi på 5,2. Fluid A ble også justert på pH 5,2 med bruk av fortynnet saltsyre før utprøving. Den lave pH-verdi for begge fluider ble valgt for å forsterke korrosjonsvirkningene og i større grad etterligne de agressive betingelser som man støter på i feltanvendelser.

For å teste korrosiviteten ble en prøve av fluidet anbragt i en "Berghof omrørt autoklave. Et på forhånd veiet prøvestykke av stål ble festet til omrørerens rotor som var innsatt i fluidet. Autoklaven ble forseglet og forbundet til en med trykkluftsylinder for å opprettholde et trykk på 50 bar, hvilket sørget for et forråd av luft for korrosjon. Autoklaven ble varmet opp og holdt på 100°C. Omrøreren pluss prøvestykket ble kontinuerlig rotert ved maksimal hastighet. Forsøket ble kjørt i 5 dager, hvoretter prøvestykket ble fjernet, renset for å fjerne korrosjonsprodukter og korrosjonshastigheten bestemt ved vekttap.

Resultatene er vist i tabell 9.

Resultatene viser en meget fordelaktig reduksjon i korrosjonshastigheten som er skaffet ved oppfinnelsen.

EKSEMPEL 12

Dette forsøk ble utført for å vise reduksjonen i frysepunkt som skaffes ved oppfinnelsen.

Fluidsammensetninger identiske med (A) og (B) som vist i detalj i eksempel 11 ble utprøvet for deres smeltepunkt ved frysing fulgt av langsom varming. Skjønt smeltepunktene var noe utydelige, er de resultater som ble oppnådd vist i tabell 10.

Resultatene viser at oppfinnelsen skaffer et nyttig borefluid for bruk under svært kalde klimatiske forhold.

EKSEMPEL 13

Forsøk ble utført for å vise den lave giftighet og hurtige biologiske nedbrytbarhet av rørsukkermelasse.

Grupper på 20 voksne Crangon Crangon (brune reker) ble utsatt for seks forskjellige konsentrasjoner av rørsukkermelasse på mellom 1000 og 10000 mg/l i sjøvann. Forsøksbelandingene ble opprettholdt på mellom 14,0 og 16,0°C og ble gjennomluftet for å opprettholde konsentrasjonen av oppløst oksygen. En sammenligningspopulasjon i sjøvann uten noe melasse ble også fremstilt.

Forsøksdispersjonene og sammenligningsprøvene ble fornyet daglig i fire dager og overlevelsen av rekene ble målt. LC5Q-verdiene ble deretter beregnet. Resultatene er angitt i tabell 11.

Det biologiske oksygenbehov (BOD) ble bestemt over en fem dagers periode i både ferskvann og sjøvann ved fremgangsmåter som er angitt av henholds-vis the British Health & Safety Executive og av the British Ministry of Agriculture, Fisheries and Food. I hvert tilfelle ble forholdet mellom biologisk oksygenbehov og kjemisk oksygenbehov (COD) også beregnet. Resultatene er angitt i tabell 11.

Disse resultater viser at rørsukkermelasse har lav giftighet overfor brune reker og det er meget lite sannsynlig at den utgjør noen giftighetsfare for marint liv. Videre viser resultatene at rørsukkermelasse lett brytes ned biologisk og at det er ikke sannsynlig at den vil holde seg i miljøet.

Claims (11)

1. Vandig inhibitorisk brønnfluid som innbefatter et vannoppløselig karbohydrat-tilsetningsstoff, karakterisert vedat det er stort sett fritt for eventuelle oljekomponenter, og ved at det vannoppløselige karbohydrat-tilsetningsstoffet er et vannoppløselig ekstrakt av et naturlig oppnådd materiale som har en høy andel av monosakkarider og/eller oligosakkarider, og ved at karbohydrat-tilsetningsstoffet anvendes i en mengde som er tilstrekkelig til å skaffe minst 10 vektprosent av monosakkarid/oligosakkarid-komponenten i den vandige fase av fluidet.

2. Vannbasert brønnfluid som angitt i krav 1, karakterisert vedat det vannoppløselige karbohydrat-tilsetningsstoff er valgt fra: (a) et vannoppløselig ekstrakt av sukkerrør, (b) et vannoppløselig ekstrakt av sukkerroer, (c) et vannoppløselig ekstrakt av maltet korn, og (d) en blanding av to eller flere av disse.

3. Vannbasert brønnfluid som angitt i krav 2, karakterisert vedat det vannoppløselige ekstrakt er et melasse-ekstrakt av sukkerrør eller sukkerroer eller et maltekstrakt.

4. Vannbasert brønnfluid som angitt i krav 2, karakterisert vedat det vannoppløselige karbohydrat-tilsetningsstoff er valgt fra sukkerrørmelasse, sukkerroemelasse, kondenserte oppløselige melasser eller en blanding av to eller flere derav.

5. Brønnfluid som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat karbohydrat-tilsetningsstoffet anvendes i en mengde som er tilstrekkelig til å skaffe minst 16 vektprosent av monosakkarid/oligosakkarid-komponenten i den vandige fase av fluidet.

6. Brønnfluid som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat karbohydrat-tilsetningsstoffet anvendes i en mengde som er tilstrekkelig til å skaffe minst 22 vektprosent av monosakkarid/oligosakkarid-komponenten i den vandige fase av fluidet.

7. Brønnfluid som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat den ytterligere innbefatter et filtreringsreduserende middel.

8. Brønnfluid som angitt i krav 7, karakterisert vedat det filtreringsreduserende middel anvendes i en mengde som er tilstrekkelig til å redusere vesentlig mengden av vandig fase av brønnfluidet som går tapt til formasjonen under anvendelsen.

9. Brønnfluid som angitt i krav 7 eller 8, karakterisert vedat det filtreringsreduserende middel anvendes i en mengde på minst 0,2 prosent vekt/volum.

10. Fremgangsmåte til boring av en brønn, karakterisert vedat der anvendes et brønnfluid som angitt i et av de foregående krav.

11. Anvendelse av et vannoppløselig ekstrakt av et naturlig oppnådd materiale som har en høy andel av monosakkarider og/eller oligosakkarider, som et tilsetningsstoff for et vandig brønnfluid, stort sett fritt for eventuelle oljekomponenter, for å forbedre skiferinhibisjonsegenskapene av fluidet.