NO312301B1 - Vannbasert borefluid, samt fremgangsmate for reduksjon av leirsvelling i en oljebronn - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår borefluid-additiver som undertrykker leirsvelling i en underjordisk brønn under boreprosessen. Oppfinnelsen er spesielt rettet mot hydratiseringsinhiberende additiver for borefluider omfattende hydroksyalkyl-kvaternære ammoniumforbindelser som er kompatible med anioniske polymerer som typisk finnes i eller settes til borefluider, og som er akseptable utfra miljøhensyn.

Ved rotasjonsboring av underjordiske brønner forventes mange funksjoner og karakteristikker for et borefluid. Et borefluid bør sirkulere gjennom brønnen og bære borekaks fra under borekronen, transportere borekaksen opp ringrommet og tillate skilling på overflaten. Samtidig forventes det at borefluidet avkjøler og renser borekronen, reduserer friksjon mellom borestrengen og sidene av hullet, og opprettholder stabilitet i borehullets uforede seksjoner. Borefluidet bør også danne en tynn filterkake med lav permeabilitet som tet-ter til åpninger i formasjoner som gjennomtrenges av borekronen, og virke til å redusere den uønskede innstrømming av formasjonsfluider fra gjennomtrengelige bergarter.

Borefluider klassifiseres typisk i henhold til fluidenes basismateriale eller primære kontinuerlige fase. I oljebaserte fluider er faste partikler suspendert i oljen, og vann eller saltløsning kan emulgeres med oljen. Oljen er typisk den kontinuerlige fase. I vannbaserte fluider suspenderes faste partikler i vann eller saltløsning, og olje kan emulgeres i vannet. Vann er den kontinuerlige fase. Oljebaserte fluider er generelt mer effektive for stabilisering av vann-følsomme leirskifertyper enn vannbaserte fluider. Miljøhensyn har imidlertid begrenset anvendelsen av oljebaserte borefluider. Oljeboringsfirmaer har derfor i økende grad fokusert på vannbaserte fluider.

Tre typer faststoffer finnes vanligvis i vannbaserte borefluider: (1) leirer og organiske kolloider, tilsatt for å tilveiebringe nødvendig viskositet og filtrasjonsegenskaper, (2) tunge mineraler, som har som funksjon å øke borefluidets densitet, og (3) formasjonsfaststoffer, som blir dispergert i borefluidet under boreoperasjonen.

De faste stoffer fra formasjonen som blir dispergert i et borefluid er typisk det borekaks som produseres på grunn av virkningen av borekronen og de faste stoffer som produseres på grunn av borehullets ustabilitet. Dersom formasjons-faststoffene er leirmineraler som sveller, kan nærværet av slike faststoffer i borefluidet i høy grad øke boretiden og borekostnadene. Den samlede økning i volummassen som ledsager leirsvelling hindrer fjerning av borekaks fra under borekronen, øker friksjonen mellom borestrengen og borehullets sider, og inhiberer dannelsen av den tynne filterkake som forsegler formasjonene. Leirsvelling kan også forårsake andre boreproblemer, så som sirkulasjonstap eller det at røret blir sittende fast, noe som kan forsinke boringen og øke borekostnadene .

I nordsjø-området og i området ved USA's gulfkyst støter borere vanligvis på leirholdige sedimenter, hvor størstedelen av det leirmineral som forekommer er montmorillonitt (vanligvis kalt "gumbo shale"). Gumbo shale er beryktet for sin svelling. Fordi gumbo shale så ofte påtreffes ved boring av underjordiske brønner, har utviklingen av en substans og en fremgangsmåte for å redusere leirsvelling lenge vært et mål for olje- og gassutvinningsindustrien.

Mekanismene for leirsvelling er velkjente. Leirmineraler er krystallinske av natur. Strukturen av en leires krystaller bestemmer dens egenskaper. Typisk har leirene en flakformig struktur av glimmertype. Leirflak er sammensatt av mange krystallplater som er anordnet mot hverandre. Hver lille plate kalles et enhetsskikt, og overflatene av enhetsskiktene kalles basaloverflater.

Et enhetsskikt er sammensatt av flere ark. Ett skikt kalles det oktaedriske skikt, og er sammensatt av enten aluminium- eller magnesiumatomer som er oktaedrisk koordinert med oksygenatomene av hydroksyler. Et annet ark kalles det tetraedriske ark. Det tetraedriske ark består av silisium-atomer tetraedrisk koordinert med oksygenatomer.

Ark innenfor et enhetsskikt bindes sammen ved at de deler oksygenatomer. Dersom bindingen finner sted mellom et oktaedrisk og et tetraedrisk ark, består én basaloverflate av eksponerte oksygenatomer, mens den andre basaloverflate har eksponerte hydroksyler. Det er også helt vanlig at to tetraedriske ark bindes sammen med ett oktaedrisk ark ved at de deler oksygenatomer. Den resulterende struktur, som er kjent som Hoffman-strukturen, har et oktaedrisk ark som ligger i sandwich-form mellom de to tetraedriske ark. Som et resultat er begge basaloverflater i en Hoffman-struktur sammensatt av eksponerte oksygenatomer.

Enhetsskiktene står sammen front mot front, og holdes på plass ved hjelp av en svak tiltrekningskraft. Avstanden mellom korresponderende plan i enhetsskikt som grenser til hverandre kalles c-avstanden (c-spacing). En leirkrystall-struktur med et enhetsskikt bestående av tre ark har typisk en c-avstand på ca. 9,5 x IO-<7> mm.

I leirmineral-krystaller vil det vanligvis forekomme atomer med forskjellige valenser innenfor arkene i strukturen slik at det dannes et negativt potensial ved krystalloverflaten. I så fall adsorberes et kation på overflaten. Disse adsorberte kationer kalles utbyttbare kationer ettersom de kan bytte plass med andre kationer når leirkrystallet er i vann. Dessuten kan ioner også adsorberes på leirkrystall-kantene og byttes ut med andre ioner i vannet.

Den type substitusjoner som finner sted inne i leirkry-stall-strukturen og de utbyttbare kationer som er adsorbert på krystalloverflaten, påvirker i høy grad leirsvelling, en egenskap av primær betydning i borefluid-industrien. Leirsvelling er et fenomen hvor vannmolekyler omgir en leirkrystall-struktur, og setter seg i en slik stilling at strukturens c-avstand øker. Det kan finne sted to typer svelling.

Overflate-hydratisering er én type svelling hvor vannmolekyler adsorberes på krystalloverflater. Hydrogenbinding holder et skikt av vannmolekyler til de oksygenatomer som er eksponert på krystalloverflåtene. Påfølgende skikt av vannmolekyler grupperer seg deretter slik at det dannes en kvasi-krystallinsk struktur mellom enhetsskiktene, noe som resulterer i en øket c-avstand. Alle typer leirer sveller på denne måte.

Osmotisk svelling er en andre type svelling. Der hvor konsentrasjonen av kationer mellom enhetsskiktene i et leirmineral er høyere enn kationkonsentrasjonen i vannet rundt, trekkes vannet mellom enhetsskiktene og c-avstanden øker. Osmotisk svelling resulterer i større generell volumøkning enn overflatehydratisering. Det er imidlertid bare enkelte leirtyper, så som natrium-montmorillonitt, som sveller på denne måte.

Utbyttbare kationer som finnes i leirmineraler påvirker i høy grad den grad av svelling som finner sted. De utbyttbare kationer konkurrerer med vannmolekyler om de tilgjenge-lige reaktive steder i leirstrukturen. Generelt adsorberes kationer med høye valenser sterkere enn slike med lave valenser. Leirer med utbyttbare kationer med lave valenser vil således svelle mer enn leirer hvor de utbyttbare kationer har høye valenser. Kalsium- og natrium-kationer er de mest vanlige utbyttbare kationer i gumbo shale. Ettersom natrium-kat-ionet har en lav valens, dispergeres det lett i vann, og gir således gumbo shale dets beryktede svellekarakteristikker.

Selv om mange forbindelser er kjent for å være effektive når det gjelder inhibering av reaktive leirskiferdannelser, påvirker flere faktorer den praktiske anvendelse av svellende inhibitoradditiver i borefluider. For det første må inhibitoren være kompatibel med de andre komponenter i borefluidet. Den som borer underjordiske brønner må være i stand til å regulere de reologiske egenskaper for borefluidene ved å anvende additiver, så som bentonitt, anioniske polymerer og vektmidler. Borefluid-additiver bør således også tilveiebringe ønskede resultater, men bør ikke inhibere de ønskede egenskaper for andre additiver. Mange svellende inhibitorer vil imidlertid reagere med andre komponenter i borefluidet, noe som resulterer i alvorlig flokkulering eller utfelling.

For det andre må dagens borefluid-bestanddeler være akseptable utfra miljøhensyn. Ettersom boreoperasjoner påvirker plante- og dyreliv, bør borefluid-additiver ha lave tok-sisitetsnivåer, og bør være lette å håndtere og å anvende for å minimere faren for miljøforurensninger og personskader. Dessuten er det i olje- og gassindustrien i dag ønskelig at additiver virker både på land og offshore, og at de virker så vel i miljøer med ferskvann som i miljøer med saltvann.

Det har vært gjort mange forsøk på å forbedre leirskiferinhibering for vannbaserte borefluider. Én fremgangsmåte for å redusere leirsvelling er å anvende uorganiske salter i borefluider, så som kaliumklorid og kalsiumklorid. Andre metoder som har vært testet for kontroll av leirsvelling, har fokusert på anvendelse av vannløselige polymerer i borefluider. Ettersom de adsorberes på overflatene av leirer når de inkluderes i borefluider, konkurrerer disse polymerer med vannmolekyler om de reaktive steder på leirer, og tjener således til å redusere leirsvelling. Disse polymerer kan være enten kationiske, anioniske eller ikke-ioniske. Kationiske polymerer dissosierer i organiske kationer og uorganiske anioner, mens anioniske polymerer dissosierer i uorganiske kationer og organiske anioner. Ikke-ioniske polymerer dissosierer ikke. Kationiske polymerer har vist seg å være generelt mer effektive leirskiferinhibitorer enn både anioniske og ikke-ioniske polymerer.

Flere kationiske polymersystemer for vannbaserte fluider er blitt foreslått. Ett system, som er et system basert på saltløsning, undersøkte to dialkyldimetyl-kvaternære ammoniumsalter (dialkylkvats) med den følgende generelle formel:

hvor x = 10 eller 16. Selv om den dialkyl-kvaternære forbindelse med kortere kjede (x = 10) var mer effektiv for inhibering av leirskifer enn den dialkyl-kvaternære forbindelse med den lengre kjede (x = 16), indikerte testene at de dial-kylkvaternære forbindelsers evne til å inhibere leirskifer synes å være hindret av disse forbindelsers begrensede løse-lighet i vann.

Ved et annet forsøk ble 3 trimetylalkyl-ammoniumklorider (monoalkylkvaternære) med den følgende generelle formel undersøkt:

hvor x = 10, 14 eller 16.

De alkylkvaternære forbindelser med den korteste kjede (x = 10) oppviste den beste leirskiferinhibering. Borefluider formulert under anvendelse av "alkylkvat" i forbindelse med kaliumklorid i en borefluid-formulering genererte store meng-der skum. De tre "alkylkvats" ble følgelig bedømt som uegnet for anvendelse ved boring.

Basert på svikten i saltholdige systemer hvor det ble anvendt kaliumklorid og kvaternære forbindelser, ble alterna-tivt kationiske polymerer evaluert. Kationiske polymerer ble igjen anvendt i forbindelse med kaliumklorid. Det saltløs-ningsbaserte system anvendte kaliumklorid og tre ytterligere kvaterniserte polymerer med de følgende generelle formler:

poly(dimetylamin-ko-epiklorhydrin) poly(N,N-dimetyl-3,5-dimetylen-piperidin-klorid)

En polymer av kategorien med formel I oppviste den beste leirskifer-inhibering. Det ble fremstilt en borefluid-formulering under anvendelse av konvensjonelle viskositetsøkende midler, fluidtaps-additiver, leirskifer-inhibitoren med formel I og kaliumklorid. Den kationiske polymer ble funnet å være inkompatibel med de konvensjonelle anioniske additiver, dvs. bentonitt, xantangummi, karboksymetylcellulose (CMC), polyakrylater, etc. Et ikke-ionisk viskositetsøkende middel, hydroksyetylcellulose, og et ikke-ionisk fluidtapsmiddel, pre-gelatinisert stivelse, ble anvendt som substitutter for å løse inkompatibilitetsproblemet. Ytterligere detaljer med hensyn til de saltløsningsbaserte systemer beskrevet ovenfor er angitt i Beihoffer et al., "The Development of an Inhibi-tive Cationic Drilling Fluid for Slim-Hole Coring Applica-tions," SPE-19953, fremført under "The 1990 SPE/IADC Drilling Conference", holdt i Houston, 27. feb.-2. mars 1990, hvis innhold er inkorporert her som referanse.

Selv om de beskrevne kationiske polymerer er effektive leirskifer-inhibitorer, er polymerenes inkompatibilitet med vanlige anioniske borefluid-additiver en ulempe. Dessuten er disse kationiske polymerer toksiske. Det faktum at miljøfaktorer blir tillagt stadig større vekt, har resultert i en søken etter kompatible kationiske polymerer med lav toksisitet.

Ved ett forsøk ble det funnet at to kationiske polymerer hadde lav toksisitet og god leirskifer-inhibering dersom de ble anvendt sammen. Den første polymer er et kationisk polyakrylamid med høy molekylvekt. Den andre polymer er et kvaternært polyamin. I borefluid-formuleringen ble polyakryl-amidet med den høye molekylvekt anvendt for leirskifer-innkapsling, og polyaminet med lav molekylvekt ble anvendt for å undertrykke svelling. Selv om de to polymerer hadde lav toksisitet, var de fullstendig inkompatible med anioniske polymerer i ferskvann.

Tilsetning av salter, så som natriumklorid, for å øke ionekonsentrasjonen, minsket utfellingsproblemet. Polymerene forårsaket imidlertid også flokkulering av bentonittkompo-nenten i borefluidet. Dette problem ble korrigert ved tilsetning til formuleringen av polyvinylalkohol som et deflokkule-ringsmiddel. Ytterligere detaljer vedrørende det beskrevne system, inkludert toksisitetstester og ytterligere bakgrunn med hensyn til vannadsorpsjon og leirskifer-inhibering, finnes i Retz et al., "An Environmentally Acceptable and Field-Practical, Cationic Polymer Mud System," SPE-23064, fremført på "The Offshore Europe Conference", avholdt i Aberdeen, 3.-6. september 1991, idet innholdet av dette er inkorporert her som referanse.

Selv om forskning har identifisert kationiske polymerer som er effektive leirskifer-inhibitorer for anvendelse som borefluid-additiver, er andre kationiske polymerer med forbedret kompatibilitet og lav toksisitet ønsket.

Mange forskjellige fluider anvendes under og etter boreoperasjoner i underjordiske formasjoner. En klar forskjell gjøres når det gjelder borefluidets type mellom fluider som aktivt anvendes under boreoperasjoner og fluider som anvendes etter boreoperasjoner. Én type fluid som anvendes etter boreoperasjoner betegnes som et fraktureringsfluid. Fraktureringsfluider er materialer som injiseres i produksjonsdelen av en brønnformasjon for å "frakturere" formasjonen hvor hydrokarbonene befinner seg for å oppnå lett strømning og total fjerning. Et slikt fraktureringsfluid beskrives i US-patent nr. 5 097 904. Det skal bemerkes at fraktureringsflui-dene som er typiske i oljeboringsindustrien, ikke inkluderer noen av de additiver som typisk finnes i borefluider. Spesielt er borefluid-karakteristikker så som toksisitet og kompatibilitet med anioniske materialer ikke viktige for et fraktureringsfluid. Vektmaterialer er ikke inkorporert i fraktureringsfluider slik de er i borefluider.

Foreliggende oppfinnelse omfatter borefluid-additiver for reduksjon av problemene i forbindelse med leirer som sveller i nærvær av vann. En spesiell fordel med additivene ifølge foreliggende oppfinnelse er deres kompatibilitet med vanlige anioniske borefluid-komponenter og deres lave toksisitet .

Foreliggende oppfinnelse omfatter vannbasert borefluid for anvendelse ved boring av brønner gjennom en formasjon som inneholder en leire som sveller i nærvær av vann, karakterisert ved at det omfatter reaksjonsproduktet av et trihydroksyalkylamin med den generelle formel

hvor n = 1-3, og et vannløselig, kvaternært amin med den generelle formel hvor Q er et vannløselig, kvaternært amin, og X er et halogen valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse, og hvor reaksjonsproduktet videre er kjennetegnet ved (1) lav toksisitet som bestemt ved "Mysid shrimp"-testen og (2) kompatibilitet med anioniske borefluid-bestanddeler bestemt ved at reaksjonsproduktet ikke gir en felling i nærvær av anioniske polymerer, idet reaksjonsproduktene er til stede i borefluidet i en konsentrasjon som er tilstrekkelig til å redusere svellingen av leiren. Videre omfattes en fremgangsmåte for reduksjon av svelling av leire i en brønn, karakterisert ved at den omfatter sirkulasjon i brønnen av et vannbasert fluid som omfatter en funksjonelt effektiv konsentrasjon av additivet dannet fra reaksjonen av et trihydroksyalkylamin med den generelle formel

hvor n = 1-3, med et vannløselig, kvaternært amin med den

generelle formel

hvor Q er et vannløselig, kvaternært amin, og X er et halogen valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse, og hvor reaksjonsproduktet videre er kjennetegnet ved (1) lav toksisitet som vist ved at reaksjonsproduktet har en LC5Q-verdi høyere enn 30 000 i "Mysid shrimp"-testen, og (2) kompatibilitet med anioniske borefluid-bestanddeler, hvor kompatibiliteten vises ved at reaksjonsproduktet ikke gir en felling i nærvær av anioniske polymerer . Det tilveiebringes også en fremgangsmåte for reduksjon av svelling av leire i en brønn, karakterisert ved at den omfatter sirkulasjon i brønnen av et vannbasert fluid som omfatter en funksjonelt effektiv konsentrasjon av additivet dannet fra reaksjonen av et trihydroksyalkylamin med den generelle formel hvor n = 1-3, med et vannløselig, kvaternært amin med den generelle formel

hvor Q er et vannløselig, kvaternært amin, og X er et halogen valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse, og hvor reaksjonsproduktet videre er kjennetegnet ved (1) lav toksisitet som vist ved at reaksjonsproduktet har en LC5Q-verdi høyere enn 30 000 i "Mysid shrimp"-testen, og (2) kompatibilitet med anioniske borefluid-bestanddeler, hvor kompatibiliteten vises ved at reaksjonsproduktet ikke gir en felling i nærvær av anioniske

polymerer.

Vannbasert borefluid for anvendelse ved boring av brøn-ner gjennom en formasjon som inneholder en leire som sveller i nærvær av vann, karakterisert ved at det omfatter det vann-løselige, polykvaternære amin dannet fra kondensasjonsreaksjonsproduktet av et trihydroksyalkylamin med den generelle formel

hvor n = 1-3, med et alkylhalogenid med den generelle formel hvor R er et alkylradikal med-opptil 4 karbonatomer, og X er valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse, idet det polykvaternære amin videre er kjennetegnet ved (1) lav toksisitet som bestemt ved "Mysid shrimp"-testen og (2) kompatibilitet med anioniske borefluid-bestanddeler bestemt ved at reaksjonsproduktet ikke gir en felling i nærvær av anioniske polymerer, idet det polykvaternære amin er til stede i borefluidet i en konsentrasjon som er tilstrekkelig til å redusere svellingen av leiren, beskrives også ifølge foreliggende oppfinnelse. Oppfinnelsen omfatter videre en fremgangsmåte for reduksjon av svelling av leire i en brønn, karakterisert ved at den omfatter sirkulasjon i brønnen av et vannbasert fluid som omfatter en funksjonelt effektiv konsentrasjon av polykvaternært amin additiv dannet fra kondensasjonsreaksjonsproduktet av et trihydroksyalkylamin den den generelle formel hvor n = 1-3, med et alkylhalogenid med den generelle formel

hvor R er et alkylradikal med opptil 4 karbonatomer, og X er valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse, idet det polykvaternære amin videre er kjennetegnet ved (1) lav toksisitet som vist ved at reaksjonsproduktet har en LC50-verdi høyere enn 30 000 i "Mysid shrimp"-testen, og (2) kompatibilitet med anioniske borefluid-bestanddeler, hvor kompatibiliteten vises ved at reaksjonsproduktet ikke gir en felling i nærvær av anioniske polymerer.

Videre beskrives også vannbasert borefluid for anvendelse ved boring av brønner gjennom en formasjon som inneholder en leire som sveller i nærvær av vann, karakterisert ved at det omfatter

(a) et vektmateriale, og

(b) kvaternært trietanolaminmetylklorid

som er kjennetegnet ved (1) lav toksisitet som bestemt ved "Mysid shrimp"-testen og (2) kompatibilitet med anioniske borefluid-bestanddeler bestemt ved at reaksjonsproduktet ikke gir en felling i nærvær av anioniske polymerer.

Den kondenserte trihydroksyalkylaminpolymer har fortrinnsvis en molekylvekt som er i området fra ca. 200 til ca. 15 000, med et foretrukket molekylvektområde fra ca. 350 til ca. 5 000. For praktiske formål styres imidlertid den øvre grense for molekylvekten av maksimale viskositeter som passer for fremstilling av det kondenserte polyamin.

I en annen utførelse av denne oppfinnelse kan dessuten additivet være et reaksjonsprodukt av et trihydroksyalkylamin med den generelle formel:

hvor n = 1-3, og et vannløselig, kvaternært amin med den generelle formel: hvor Q er et vannløselig, kvaternært amin, og X er et halogen valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse. Reaksjonsproduktene antas å ha den føl-gende generelle struktur:

hvor n, Q og X er som definert ovenfor.

Borefluid-additivene ifølge foreliggende patent finner spesielt anvendelse innenfor området borefluider, ettersom de er både ikke-toksiske og kompatible med anioniske borefluid-komponenter innenfor kommersielt akseptable parametere. For denne oppfinnelses formål skal en forbindelse forstås å opp-vise "lav toksisitet" dersom den har en LC^g-verdi høyere enn 30 000 i "Mysid shrimp"-testen, som er foreskrevet av The U.S. Environmental Protection Agency for materiale som avhen-des ved offhore-boring. Likeledes betraktes en forbindelse som kompatibel med anioniske borefluid-komponenter dersom den ikke gir en felling i nærvær av anioniske polymerer.

Foreliggende patent omfatter borefluid-additiver for reduksjon av problemene nede i hullet i forbindelse med leirer som sveller i nærvær av vann. En spesiell fordel med additivene ifølge foreliggende oppfinnelse er deres lave toksisitet og deres kompatibilitet med vanlige anioniske borefluid-bestanddeler.

Generelt er additivene ifølge oppfinnelsen monokvater-nære hydroksyalkylaminer eller poly-(trihydroksyalkylalkyl-kvaternære aminer). Spesielt foretrukne forbindelser for én utførelse av denne oppfinnelse er slike som er reaksjonsproduktet av et hydroksyalkyltertiært amin og et alkylhalogenid oppnådd ved å reagere forbindelsene ifølge den generelle reaksjon:

hvor R]_ og R2 er metyl- eller hydroksyalkylgrupper med 1-3 karbonatomer eller kombinasjoner av disse, R3 er en hydroksy-alkylgruppe med 1-3 karbonatomer, R er et alkylradikal med opptil 4 karbonatomer, og X er et halogen valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse.

Foretrukne tertiære hydroksyalkylaminer er trietanolamin, dietanolmetylamin, dimetyletanolamin og tripropanolamin. Spesielt foretrukne resulterende kvaternære aminer er de produkter som resulterer fra reaksjonen av trietanolamin og metylklorid, hvor produktet er kvaternært trietanolamin-metylklorid, og reaksjonen av dimetyletanolamin og metylklorid, hvor produktet er kvaternært trimetyletanol-aminklorid, også vanlig kjent som kolinklorid. Kolinklorid kan også fremstilles ved å reagere trimetylamin og klorhydrin eller ety-lenoksyd, fulgt av nøytralisering med saltsyre. Syntese-metoden er velkjent for fagfolk.

En annen foretrukket utførelse av denne oppfinnelse er reaksjonsproduktet av et trihydroksyalkylamin med et annet vannløselig, kvaternært amin. Disse dikvaternære aminproduk-ter oppnås ved å reagere forbindelsene i henhold til den generelle reaksjon:

hvor n = 1-3, Q er vannløselig kvaternært amin, og X er et halogen valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse.

For eksempel er et effektivt dikvaternært aminprodukt resultatet av reaksjonen mellom trietanolamin og vannløse-lige, kvaternære aminer. Spesielt foretrukne vannløselige, kvaternære aminer er slike som har den generelle formel:

hvor R', R<11> og R''' er alkylradikaler som har opptil 3 karbonatomer og fortrinnsvis 1-2 karbonatomer, Y er et hydroksyalkylhalogenid som har opptil 4 karbonatomer, og X er et halogen valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse.

I en annen foretrukket utførelse av denne oppfinnelse kan additivet være det polymeriserte kondensasjonsprodukt av et trihydroksyalkylamin reagert med et alkylhalogenid. Et slikt kondensert produkt av et trihydroksyalkyl-kvaternært amin antas å ha den generelle formel:

hvor n = 1-3, R er et alkylradikal med opptil 4 karbonatomer, og X er et halogen valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse.

De polymiserte additiver har fortrinnsvis en molekylvekt som er i området fra ca. 200 til ca. 15 000 med en foretrukket molekylvekt som er i området fra ca. 350 til ca. 5 000; for praktiske formål bestemmes imidlertid den øvre grense for molekylvekten utfra de maksimale viskositeter som er passende for fremstilling av det kondenserte, polymere amin.

Kvaternære aminer angis generelt som kvaternære ammoniumforbindelser. Spesifikk informasjon når det gjelder formulering og syntese av kvaternære aminer og beslektede materialer finnes i Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Techno-logy, 3. utg., bd. 19, sider 521-531. Ytterligere informasjon finnes i L.D. Metcalfe, R.J. Martin og A.A. Schmitz, J. Am.

Oil Chemical Society, 43, 355 (1966).

Kvaternære ammoniumforbindelser er tetrasubstituerte ammoniumsalter. Nitrogenatomet er i alle tilfeller i den positivt ladede del av molekylet.

Fremgangsmåtene for fremstilling av kvaternære ammoniumforbindelser er mange og varierte, avhengig av den struktur som er ønsket for sluttproduktet. Den greieste reaksjon er en reaksjon hvor et egnet tertiært amin reagerer med et alkyle-ringsmiddel, som kan være et alkylhalogenid:

Det er mange variasjoner i sluttproduktet på grunn av det store antall forskjellige utgangsaminer og alkylerings-midler.

Kvaternære ammoniumforbindelser fremstilles vanligvis i utstyr av rustfritt stål eller i glassforet utstyr. Aminet og løsemidlet, f.eks. isopropylalkohol, vann eller begge deler, anbringes i reaktoren, og varmes opp til den passende tempe-ratur (vanligvis 80-100°C), og deretter tilsettes alkyle-ringsmidlet. Kvaternisering av tertiære aminer med alkylhalo-genider er bimolekular. Reaksjonshastigheten påvirkes av flere faktorer, inkludert aminets basisitet, steriske effek-ter, halogenidets reaktivitet og løsemidlets polaritet. Polare løsemidler fremmer reaksjonen ved å stabilisere de ioniske mellomprodukter og de ioniske produkter.

Fremgangsmåter for fremstilling av kvaternære aminer er velkjente for fagfolk. Generelt kan effektive kvaternære aminer dannes ved oppvarming av hydroksyalkylaminet og alkyl-halogenidet eller andre vannløselige kvaternære aminforbin-delser til temperaturer opptil ca. 120°C, fortrinnsvis mellom ca. 65°C og 120°C. Reaktantene holdes på den ønskede tempera-tur i inntil ca. 10 timer og fortrinnsvis fra ca. 2 til ca. 10 timer eller inntil reaksjonen er fullstendig. Generelt er reaksjonen fullstendig når den tertiære aminverdi er ca. 0.

Dette punkt kan bestemmes ved egnede analytiske teknikker.

De polymeriserte additiver fremstilles generelt ved kondensasjonspolymerisasjon. Ved en foretrukket fremgangsmåte for fremstilling av de polymeriserte additiver kondenseres først trihydroksyalkylamin-komponentene, og deretter kvater-niseres kondensatene. Kvaternisering av de polymeriserte forbindelser gjennomføres generelt i henhold til den prosedyre som er beskrevet ovenfor for kvaternisering av tri-hydroksyalkylaminet.

Ved gjennomføring av kondensasjonsprosedyren antas det at forskjellige katalysatorer kan anvendes. Generelt indikerer ytelses- og toksisitetsresultater at basiske og ikke sure katalysatorer bør anvendes. Katalysatorer som antas å være effektive ved fremstilling av polymere additiver som har lav toksisitet og kompatibilitet med anioniske borefluid-additiver inkluderer, men er ikke begrenset til, natriumhydroksyd, kalsiumhydroksyd, kaliumhydroksyd og lignende. Sure katalysatorer, så som sinkklorid og kalsiumklorid, synes ikke å tilveiebringe polymere additiver som har karakteristikkene lav toksisitet og kompatibilitet. Det skal imidlertid bare en rutineundersøkelse til for å identifisere katalysatorer som er egnet for anvendelse ved fremstilling av de polymeriserte additiver ifølge foreliggende oppfinnelse og som har både karakteristikken kompatibilitet med anioniske borefluid-additiver og karakteristikken lav toksisitet.

Additivene ifølge foreliggende oppfinnelse settes til et borefluid i konsentrasjoner som er tilstrekkelige til å løse de forekommende leirsvellingsproblemer. Konsentrasjoner mellom ca. 1,43 g/l og 28,6 g/l er vanligvis aktuelle og antas å være funksjonelt effektive. I enkelte situasjoner kan imidlertid mye høyere konsentrasjoner være ønskelige for å kontrollere svellende leirer i undergrunnsformasjoner.

Det er av avgjørende betydning at det borefluid som til slutt velges ut og formuleres for anvendelse i en spesiell brønn, er passende for brønnens betingelser. Selv om basis-bestanddelene forblir de samme, dvs. saltvann eller ferskvann og borefluid-additivene ifølge denne oppfinnelse, kan andre bestanddeler derfor tilsettes.

Spesielt materialer som generisk angis som geleringsmaterialer, fortynnere, fluidtaps-reguleringsmidler og vektmaterialer tilsettes typisk til vannbaserte borefluid-formu-leringer. Av disse ytterligere materialer kan hvert materiale tilsettes formuleringen i en konsentrasjon som er reologisk og funksjonelt nødvendig på grunn av borebetingelsene. Typiske geleringsmaterialer som anvendes i vannbaserte borefluider er bentonitt-, sepiolitt- og attapulgitt-leirer, og anioniske, vannløselige polymerer med høy molekylvekt, så som partielt hydrolyserte polyakrylamider.

Et viktig aspekt ved foreliggende oppfinnelse er nærværet av et vektmateriale i borefluidet. Materialer som har vist seg å være anvendbare som vektmaterialer inkluderer galena (PbS), hematitt (Fe2C>3), magnetitt (Fe3C>4), jernoksyd (Fe2<D3) (fremstilt), ilmenitt (FeO-Ti02) , baritt (BaSC>4), sideritt (FeCC>3) , celestitt (SrSC>4), dolomitt (CaC03 MgCC>3) og kalsitt (CaC03). Vektmaterialet tilsettes til borefluidet i en funksjonelt effektiv mengde som i høy grad er avhengig av arten av den formasjon hvor det bores. Vektmaterialer er typisk til stede bare i borefluider, og finnes generelt ikke i brønnbehandlings- og stimuleringsfluider, så som fraktureringsfluider. I fraktureringsfluider unngås spesielt anvendelsen av vektmaterialer av funksjonelle grunner.

På tilsvarende måte er det blitt funnet fordelaktig å tilsette lignosulfonater som tynnere for vannbaserte borefluider. Typisk tilsettes lignosulfonater, modifiserte lignosulfonater, polyfosfater og tanniner. I andre utførelser kan også polyakrylater med lav molekylvekt tilsettes som fortynningsmidler. Fortynningsmidler tilsettes til et borefluid for å redusere strømningsmotstanden og for å regulere gelerings-tendensene. Andre funksjoner som tynnere har, inkluderer reduksjon av filtrering av kaketykkelse, motvirkning av effektene av salter, minimering av effektene av vann på de formasjoner som bores, emulgering av olje i vann og stabilisering av slamegenskaper ved forhøyede temperaturer.

Som nevnt i det foregående, inneholder borefluidblan-dingen ifølge denne oppfinnelse et vektmateriale. Mengden avhenger av den ønskede densitet for den endelige blanding. De mest foretrukne vektmaterialer inkluderer, men er ikke begrenset til, baritt, hematitt, kalsiumkarbonat, magnesium-

karbonat og lignende.

Endelig kan anioniske tetningsmidler, så som modifisert lignitt, polymerer, modifiserte stivelser og modifiserte celluloser, tilsettes til det vannbaserte borefluid-system ifølge denne oppfinnelse.

Som angitt, velges additivene ifølge oppfinnelsen slik at de har lav toksisitet og slik at de er kompatible med vanlige anioniske borefluid-additiver, så som polyanionisk karboksymetylcellulose (PAC eller CMC), polyakrylater, partielt hydrolyserte polyakrylamider (PHPA), lignosulfonater, xantangummi, etc.

Flere foretrukne utførelser av oppfinnelsen ble fremstilt for anvendelse i de følgende eksempler. De mange prøver av kondensater ble fremstilt under anvendelse av forskjellige katalysatorer, som angitt.

Trietanolamin-metylklorid ble fremstilt ved å blande 60 g trietanolamin med 20 g destillert vann. 20 g metylklorid ble så satt til løsningen. Løsningen ble varmet opp på ca. 65°C i ca. 6 timer. Etter at reaksjonen var fullstendig, ble overskuddet av metylklorid fordampet. Reaksjonsproduktet antas å være som følger:

I en alternativ utførelse ble et forbedret borefluid-additiv dannet ved å reagere trietanolamin med N,N,N-tri-metyl-2-hydroksy-3-klorpropan-ammoniumklorid for å danne en vannløselig dikvat. Reaksjonen ble generelt gjennomført i henhold til den prosedyre som er angitt ovenfor for fremstilling av trietanolamin-metylklorid. Reaktantene har de føl-gende formler:

Det resulterende produkt antas å ha følgende struktur:

Kondensater av trietanolamin ble fremstilt under anvendelse av forskjellige katalysatorer, fulgt av kvaternisering av kondensatene. Generelt ble kondensatprøvene fremstilt ved å blande 200 g trietanolamin med 1-10 vekt% av katalysatoren. Katalysatorene som ble anvendt for fremstilling av prøvene var natriumhydroksyd, sinkklorid og kalsiumklorid.

Generelt ble blandingene oppvarmet til mellom ca. 100°C og 250°C i flere timer inntil den ønskede kondensasjon var oppnådd. Kondensasjonsvannet ble destillert av under reaksjonen. Trietanolaminkondensatene ble så kvaternisert i henhold til den prosedyre som er angitt for fremstillingen av trietanolamin-metylkloridet beskrevet ovenfor.

Den følgende tabell oppsummerer prøvene som blir gjen-nomført i de følgende eksempler.

Den følgende tabell oppsummerer viskositetene for trietanolamin-kondensatene og katalysatorene anvendt ved fremstillingen av prøver 2-7.

Viskositetene som er angitt i tabell 2, er for trietanolamin-kondensatene før kvaternisering med metylklorid.

De følgende eksempler er angitt med det formål å illu-strere toksisitets- og ytelseskarakteristikkene for foreliggende kvaterniserte trihydroksyalkylaminer og kondensater av disse. Testene ble gjennomført i samsvar med prosedyrene i API-bulletin RP 13B-2, 1990. De følgende forkortelser anvendes av og til ved beskrivelse av resultatene diskutert i eksemplene.

"PV" er plastisk viskositet, som er en variabel som anvendes ved beregningen av viskositetskarakteristikker for et borefluid.

"YP" er flytegrense, som er en annen variabel som anvendes ved beregningen av viskositetskarakteristikker

for borefluider.

"GELS" er et mål for suspenderingskarakteristikkene og de

tiksotropiske egenskaper for et borefluid.

"F/L" er API-fluidtap, og er et mål for fluidtap i milli-liter borefluid ved 689,5 kPa (100 psi).

Eksempel 1

Testresultater indikerer at betydelige reduksjoner i leirsvelling kan oppnås ved tilsetning av de trihydroksyalkyl-kvaternære aminer ifølge foreliggende oppfinnelse til borefluider. Det følgende forsøk viser inhiberingen av bento-nittleire. Reduksjonen i flytegrense og viskositet indikerer

inhibering av leiren.

Forsøket ble gjennomført ved å tilsette 8 g av test-prøven til 330 ml destillert vann. 50 g API-monogram bento-nittleire ble så satt til løsningen, og blandingen ble utsatt for skjærkraft i 30 minutter i en Hamilton Beach-blander, og reologien ble målt med et viskosimeter i henhold til den API-prosedyre som er beskrevet ovenfor. Kontrollprøven inneholdt bare bentonittleiren og destillert vann. Resultatene er oppsummert nedenfor i tabell 3.

Eksempel 2

Prøver av additivene ifølge foreliggende oppfinnelse ble også testet med henblikk på kompatibilitet med vanlige anioniske borefluid-bestanddeler. En 1-2% løsning av anioniske polymerer (PAC LV - natriumkarboksymetylcellulose med lav viskositet og PHPA - partielt hydrolysert polyakrylamid) ble fremstilt i destillert vann. 30% vandige løsninger av prøvene ifølge denne oppfinnelse ble satt til polymerløsningene. Ut-fellingen av de anioniske polymerer fra løsningen indikerte ikke-kompatibilitet for prøvene med anioniske polymerer. Resultatene av forsøket er oppsummert i den følgende tabell.

Bemerk at prøver 2 og 6, polymerer kondensert under anvendelse av natriumhydroksyd-katalysatoren, viste kompatibilitet med anioniske borefluid-bestanddeler. De syrekatalyserte polymerprøver 3, 4, 5 og 7 var inkompatible med anioniske bestanddeler. Når denne karakteristikk ved fremstillingen av polymerene ifølge foreliggende oppfinnelse er identifisert, kan fagfolk ved hjelp av rutineundersøkelser identifisere andre egnede katalysatorer som gir de kondenserte trihydroksyalkyl-kvaternære aminer med karakteristikkene for kompatibilitet med anioniske polymerer.

Eksempel 3

Forsøk ble gjennomført for å undersøke toksisitetsni-våene i forbindelse med anvendelse av prøver 1-9 ifølge foreliggende oppfinnelse. The United States Environmental Protection Agency har spesifisert en "Mysid shrimp"-biounder-søkelse som en metode for undersøkelse av marin vanntoksi-sitet for borefluider. En detaljert beskrivelse av prosedyren for måling av toksisitet for borefluider er gitt av T.W. Duke, P.R. Parrish i "Acute Toxicity of Eight Laboratory Prepared Generic Drilling Fluids to Mysids (Mysidopsis)" 1984 EPA-600/3-84-067, idet det aktuelle innhold av denne er inkorporert her som referanse.

For å kunne forstå betegnelsen "lav toksisitet" innenfor denne oppfinnelses rammer, skal det sies at betegnelsen angir borefluider med en LC50 høyere enn 30 000 ppm ved hjelp av "Mysid shrimp"-testen. Selv om 30 000 har vært det tall som er blitt anvendt for evalueringsformål, bør det ikke betraktes som en begrensning av rammen av denne oppfinnelse. Testene tilveiebringer snarere en sammenheng for anvendelse av betegnelsen "lav toksisitet" slik den er anvendt i foreliggende oppfinnelse, og vil lett forstås av fagfolk. Andre LC5Q-verdier kan forekomme i forskjellige miljøsammenhenger. En LC5Q-verdi høyere enn 30 000 er blitt likestilt med et "miljømessig kompatibelt" produkt. Hver prøve ble testet med henblikk på toksisitet i en konsentrasjon på 14,3 g/l i generisk slam nr. 7. Resultatene av toksisitetstestene over 96 timer er angitt nedenfor.

Verdiene i tabeller 4 og 5 indikerer at prøvene som er kompatible med anioniske polymerer er ikke-toksiske, mens prøvene som er inkompatible med anioniske polymerer er toksiske.

Eksempel 4

Det ble fremstilt borefluider for å teste effektiviteten av additivene ifølge foreliggende oppfinnelse i et simulert borefluid-system. Borefluider ble fremstilt under anvendelse av vanlige borefluid-additiver, og det ble gjennomført tre tester.

Borefluid nr. 1 inneholdt 113,6 gram pr. liter bento-nittleire i tillegg til andre borefluid-additiver. Etter varmealdring ved 65,5°C var viskositetene for høye til å kunne måles, noe som indikerer et ubrukbart borefluid på grunn av hydratisering av leirene. Borefluid nr. 2 inneholdt 96,5 gram pr. liter kaliumklorid og 28,6 gram pr. liter pre-hydratisert bentonitt. Selv uten ekstra bentonitt var reologien høyere enn for borefluid nr. 3, som inneholdt prehydra-tisert bentonitt, samt 113,6 gram pr. liter bentonitt. Reologitestene for borefluid nr. 3 indikerte at de trihydroksyalkyl-kvaternære aminer ifølge foreliggende oppfinnelse for-hindret bentonitt fra å svelle i et simulert borefluid-system. Bestanddelene i de tre borefluider er angitt nedenfor i tabell 6.

Tabell 7 nedenfor oppsummerer reologitestene for de tre borefluider.

Eksempel 5

Det ble fremstilt borefluider for å vise fremstillingen av borefluid-systemer, hvor oppfinnelsen er anvendt ved høye konsentrasjoner. Borefluidene ble fremstilt under anvendelse av vanlige borefluid-additiver, som er beskrevet tidligere i dette arbeid. Tabell 8 angir sammensetning av fluid A, som inneholder materialet kolinklorid ifølge foreliggende krav i en høy konsentrasjon.

Fluid A ble fremstilt på følgende måte: En 473 ml krukke som inneholdt vann, ble anbrakt under en akseldrevet blander, som var i stand til å blande med variabel hastighet. Ved en god blandehastighet ble xantangummi-biopolymeren, PAC-LV og PHPA satt til vannet, og omrørt i totalt 30 minutter ved romtemperatur. Krukken ble så tatt bort fra blanderen, for-seglet og dynamisk varmealdret i en ovn ved 65,5°C i 16 timer. Etter at den var tatt ut av ovnen, ble krukken anbrakt under blanderen, og kolinkloridet (vandig) ble tilsatt under omrøring med en god skjærkraftsgrad, og blandingen ble fort-satt i 15 minutter etter tilsetningen. Baritten ble tilsatt, og prøven ble omrørt i ytterligere 30 minutter for å frem-stille et borefluid med en densitet på 1,44 g/cm^.

Verdiene som er angitt i tabell 9 er for fluid A, som ble dynamisk aldret ved 65,5°C i 16 timer etter at det var fullstendig fremstilt. Reologien for fluid A ble målt ved 48,9°C under anvendelse av et Fann-viskosimeter, modell 35.

Verdiene i tabell 9 viser at effektive borefluider, som har de ønskelige egenskaper god reologisk regulering og ut-merket fluidtapsregulering ved anvendelse av lett tilgjenge-lige borefluid-additiver, lett kan fremstilles i høye konsentrasjoner av materialer som er angitt i dette arbeid.

Selv om de foretrukne utførelser av denne oppfinnelse er beskrevet detaljert, skal det forstås at mange forskjellige utførelser lett kan være tilgjengelig for en person som an-vender slike borefluid-additiver for en spesifikk sluttanven-deise. Beskrivelsen av blandingen og fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse er ikke ment å begrense denne oppfinnelse, men er utelukkende illustrativ for den foretrukne utførelse av denne oppfinnelse. Andre borefluid-additiver og fremgangsmåter for undertrykking av leirhydratisering og som inkorpo-rerer modifikasjoner eller endringer av det som er blitt beskrevet her, omfattes likeledes av denne søknad.

Claims (14)

1. Vannbasert borefluid for anvendelse ved boring av brøn-ner gjennom en formasjon som inneholder en leire som sveller i nærvær av vann, karakterisert ved at det omfatter reaksjonsproduktet av et trihydroksyalkylamin med den generelle formel hvor n = 1-3, og et vannløselig, kvaternært amin med den generelle formel hvor Q er et vannløselig, kvaternært amin, og X er et halogen valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse, og hvor reaksjonsproduktet videre er kjennetegnet ved (1) lav toksisitet som bestemt ved "Mysid shrimp"-testen og (2) kompatibilitet med anioniske borefluid-bestanddeler bestemt ved at reaksjonsproduktet ikke gir en felling i nærvær av anioniske polymerer, idet reaksjonsproduktene er til stede i borefluidet i en konsentrasjon som er tilstrekkelig til å redusere svellingen av leiren.

2. Borefluid ifølge krav 1, karakterisert ved at trihydroksyalkylamin er trietanolamin, Q er et vannbasert kvaternært amin og X er klor.

3. Borefluid ifølge krav 1, karakterisert ved at det vannløselige kvaternære amin har den generelle formel hvor R', R<1>' og R"1 er alkylgrupper som har opptil 4 karbonatomer, Y er et hydroksyalkylhalogenid, og X er halogen fra gruppen som består av klor, brom eller jod.

4. Fremgangsmåte for reduksjon av svelling av leire i en brønn, karakterisert ved at den omfatter sirkulasjon i brønnen av et vannbasert fluid som omfatter en funksjonelt effektiv konsentrasjon av additivet dannet fra reaksjonen av et trihydroksyalkylamin med den generelle formel hvor n = 1-3, med et vannløselig, kvaternært amin med den generelle formel hvor Q er et vannløselig, kvaternært amin, og X er et halogen valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse, og hvor reaksjonsproduktet videre er kjennetegnet ved (1) lav toksisitet som vist ved at reaksjonsproduktet har en LC^g-verdi høyere enn 30 000 i "Mysid shrimp"-testen, og (2) kompatibilitet med anioniske borefluid-bestanddeler , hvor kompatibiliteten vises ved at reaksjonsproduktet ikke gir en felling i nærvær av anioniske polymerer.

5. Borefluid ifølge krav 1 eller fremgangsmåten i krav 4, karakterisert ved at trihydroksyalkylamin er valgt fra trimetanolamin, trietanolamin, tripropanolamin og kombinasjoner derav.

6. Borefluid ifølge krav 1 eller fremgangsmåten ifølge krav 4, karakterisert ved at X er klor.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at det vannløselige kvaternære amin har den generelle formel hvor R<1>, R'' og R''' er alkylgrupper som har opptil 3 karbonatomer, Y er et hydroksyalkylhalogenid som har opptil 4 karbonatomer, og X er halogen fra gruppen som består av klor, brom eller jod eller kombinasjoner av disse.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at trihydroksyalkylamin er valgt fra trimetanolamin, trietanolamin og tripropanolamin, Q er et vannbasert kvaternært amin og X er klor.

9. Vannbasert borefluid for anvendelse ved boring av brøn-ner gjennom en formasjon som inneholder en leire som sveller i nærvær av vann, karakterisert ved at det omfatter det vann-løselige, polykvaternære amin dannet fra kondensasjonsreaksjonsproduktet av et trihydroksyalkylamin med den generelle formel hvor n = 1-3, med et alkylhalogenid med den generelle formel hvor R er et alkylradikal med opptil 4 karbonatomer, og X er valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse, idet det polykvaternære amin videre er kjennetegnet ved (1) lav toksisitet som bestemt ved "Mysid shrimp"-testen og (2) kompatibilitet med anioniske borefluid-bestanddeler bestemt ved at reaksjonsproduktet ikke gir en felling i nærvær av anioniske polymerer, idet det polykvaternære amin er til stede i borefluidet i en konsentrasjon som er tilstrekkelig til å redusere svellingen av leiren.

10. Fremgangsmåte for reduksjon av svelling av leire i en brønn, karakterisert ved at den omfatter sirkulasjon i brønnen av et vannbasert fluid som omfatter en funksjonelt effektiv konsentrasjon av polykvaternært amin additiv dannet fra kondensasjonsreaksjonsproduktet av et trihydroksyalkylamin med den generelle formel hvor n = 1-3, med et alkylhalogenid med den generelle formel hvor R er et alkylradikal med opptil 4 karbonatomer, og X er valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse, idet det polykvaternære amin videre er kjennetegnet ved (1) lav toksisitet som vist ved at reaksjonsproduktet har en LC5o_verdi høyere enn 30 000 i "Mysid shrimp"-testen, og (2) kompatibilitet med anioniske borefluid-bestanddeler, hvor kompatibiliteten vises ved at reaksjonsproduktet ikke gir en felling i nærvær av anioniske polymerer.

11. Borefluid ifølge krav 9 eller fremgangsmåten ifølge krav 10, karakterisert ved at det polykvaternære amin har den generelle formel hvor n = 1-3, R er et alkylradikal med opptil 4 karbonatomer, og X er et halogen valgt fra gruppen som består av klor, brom, jod eller kombinasjoner av disse.

12. Borefluid ifølge krav 9 eller fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at det polykvaternære aminet er den kondenserte formen av trietanolamin-metylklorid.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at hydroksyalkylamin er valgt fra trimetanolamin, trietanolamin og tripropanolamin, X er klor og R er metyl.

14. Vannbasert borefluid for anvendelse ved boring av brøn-ner gjennom en formasjon som inneholder en leire som sveller i nærvær av vann, karakterisert ved at det omfatter (a) et vektmateriale, og (b) kvaternært trietanolaminmetylklorid som er kjennetegnet ved (1) lav toksisitet som bestemt ved "Mysid shrimp"-testen og (2) kompatibilitet med anioniske borefluid-bestanddeler bestemt ved at reaksjonsproduktet ikke gir en felling i nærvær av anioniske polymerer.