NO752012L - - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en ny vandig borevæske for anvendelse i skifer og en fremgangsmåte for å stabilisere skiferformasjoner i undergrunnen ved å bringe slik

. skifer i kontakt med den vandige væske.

Borevæske, eller boreslam som de av og til kalles, er flytende oppslemminger som vanligvis inneholder leiraktige faste stoffer og de anvendes for å bore brenner i undergrunnen og slike brenner bores med den hensikt å utnytte underjordiske reserver av petrolium, gass eller andre verdifulle flyte-materialer. Borevæsken har en rekke viktige funksjoner og den viktigste er å fjerne utboret materiale fra brønnen, forsegle gjennomtrengelige informasjoner av gass, olje eller vann som kan påtreffes på forskjellige nivåer etter som brønnen bores dypere inn i formasjonen i undergrunnen, og smøre borehode og borestengen som bører borehode og å holde utboret materiale i suspensjon i det tilfelle boringen og pumpingen av borvæsken avsluttes.

En ideel borevæske er en tiksotropvæske dvs. en væske hvis tilsynelatende viskositet reduseres etter som graden av omrøring eller skjærgraden økes ( soiirf orårsakés "åv r ' pumping eller på annen måte sirkulerer væsken gjennom borestrengen); men når en omrøring eller skjærpåvirkning eller sir-kulering opphører, danner i væsken en gel eller danner en struktur som vil fastholde det utborede materiale og annet stoff som finnes i den for å forhindre den fra å falle tilbake til bunnen av hullet. Hastigheten for geldannelsen må være slik at det vil være mulig bare for det utborede materiale og falle en ganske kort strekning før strukturen er tilstrekkelig sterk til å holde det oppe. Det er viktig å opprettholde gelgraden og hastigheten for geldannelsen innenfor trange grenser, siden en alt for sterk geldannelse vil virke- gunstig for gjen-opptagelse av boreoperasjonene og en utilstrekkelig geldannelse vil gjøre det mulig for det utborede materiale å falle tilbake til bunnen av hullet noe som kan resultere i .

at borestrengen setter seg fast.

Men når brønnen bores gjennom formasjoner med høye permeabilitet, tilsettes det vanligvis materialer til borevæsken for å øke tendensen til dannelse av en slamkake. med lav permeabilitet på borehulsveggen mot den porøse formasjon når den flytende filtratfase filtrerer inn i den porøse formasjon. Permeabiliteten i slamkaken reduseres etter som filter-kakens tykkelse øker, og det er vanligvis mulig å få i stand en effektiv forsegling avpermeable formasjoner hvis massene kollodialt materiale tilføres borevæsken.

I enkelte områder hvor slike brønner bores, støter man på formasjoner hvor skiferen svulmer eller blir gjørmete. Når man borer brønner inn i slike formasjoner med vanlige vannbaserte borevæsker, støter man vanligvis på betydelige problemer.

To hoved problemer eksisterer når man borer brønner gjennon ustabile skifer formasjoner. Det første problemet oppstår som- et resultat av en nedbrytning av skiferen ved kontakt noe som fører til manglende stabilitet i borehullet når boreslammet angriper den skifer som finnes i borehulsveggen. Skiferpartikler kan bli fullstendig dispergert i borevæsken og øker viskositeten og gelstyrken i borevæsken til alt for høye verdier som et resultat av fint dispergert, kollodialt, leire-materiale. Utboret materiale som er fjernet fra et bore-hull fjernes vanligvis ved å føre borvæsken som er ført tilbake til overflaten gjennom filteret eller andre mekaniske skylleinnretninger. Disse innretninger er ikke i stand til.

å fjerne fin suspenderte, faste stoffer som er dispergert i. borevæsken og som et resutlat av dette øker viskositeten på materiale meget raskt. Denne viskositeten kan kontrolleres bare ved tiltak av store mengder vann til borevæsken noe som resulterer i at alle andre kjemikalier som er til stede blir fortynnet og dette kan være ganske kostbart. Dette problemet er spesielt alvorlig hvis man anvender borevæsker med høy vekt idet ytterligere materialer for å øke vekten må tilsettes borevæsken etter fortynningen for å opprettholde tettheten på et

punkt hvor man har en tilstrekkelig kontroll over trykk som man kan støte på i formasjonene under boringen.

Et annet problem som er spesielt vanskelig støter man på når man borer gjennom myke, klebrige skifere som av og til omtales som "gumbo" skifere. Når gumbo skifere gjennomtrenges i løpet av boreoperasjonen, vil skiferpartikler i det rørformede rom mellom borekravene ofte igjen løpe sammen og feste seg i det rørformede rom. Dette kan fylle det rør-formede rom så fullstendig at man får en føyeeffekt.i brønnen når man forsøker å trekke borestrengen fra borehullet. Borestrengen kan også bli hengende fast og man også møte andre boreproblemer. Hvis dette problemet som er knyttet til gumbo skifere skal unngås ved å innføre et materiale i borevæsken som stabiliserer skiferen, og dette, materiale virker meget fort idet den tilgjengelige kontakttid for en reaksjon mellom det utborede materiale fra gumbo skiferen og de kjemikalier som skal stabilisere skiferen er meget kort.

Forskjellige fremgangsmåter har vært beskrevet tidligere for å kontrollere skifer problemet. U.S patent 2.896. 915 og 2.802.783 er det beskrevet en .vandig borevæske med utmerkete skiferstabiliserende egeneskaper, væsken er hovedsakelig mettet med kalsiumhydorksyd og inneholder ytterlgiere andre kalsiumsalter hvis oppløselighet er større enn opp-løseligheten av kalsiumhydroksyd som f.eks. kalsiumklorid, og som i tillegg har sin surhetsgrad tilpasset spesielle verdier for å tilveiebringe en optimal skiferstabiliserende effekt.

Selv om mange andre skiferstabiliserende borevæsker er beskrevet tidligere, er ingen fullstendig tilfredsstillende på enhver måte og der eksisterer derfor et betydelig behov for ytterligere væsker som raskt og effektivt kan stabilisere skifere og særlig den brysomme gumbo skifer som støter på i området rundt Gulfen.

I den foreliggende oppfinnelse er det beskrevet en vandig borevæske som inneholder en hydroksialkylcellulo-se så som hydroksihylcellulo-se oppløst i enten friskt vann, saltlake eller salt vann deriblandt sjøvann, eller vann som i tillegg inneholder flervalent dioner så som kalsium eller mangnesium deriblandt en væske som er mettet med hensyn på kalsiumhydroksyd og som kan inneholde ytterligere vannløselige kalsiumsalter. Por å være effektiv til dette formål, må hydroksyal- kylcellulosen ha en slik molekylstørrelse og slike for-netningsegenskaper at det nu'kommer frem vektprosent opp-løsning i destilert vann vil gi en viss viskositet på mer enn 10 centipoise ved 600 rpm som målt i en Fann Model 35 VG Meter<R>beskrevet i API Reccommended Practice Standard Procedure fodr Testing Drilling Fluids.

De nye vandige væsker ifølge oppfinnelsen inneholder hydroksyalkylcellulos.e med høy molekylvekt. Cellulosen er '.et -meget vanlig organisk materiale. Cellulosen er en polymer glykose som skiller seg fra stivelse bare ved det at glykosid-båndet er beta mens det er alfa i stivelsen. Cellulose kan betraktes som bestående av et sort antall av følgende enheter:

Cellulose kan omdannes til hydroksyalkylcellulos.e. ved å blande cellulose med en natriumhydroksyd og deretter omsette med alkylenoksyd så som etylenoksyd. Hver av de ovennevnte to hydroglykose enheter inneholder tre hydroksyl som kan omsettes. Enten 1,2 eller 3 av disse.reaktive hydroksyl grupper kan omsettes medetylenoksyd. Dette omtales vanligvis som graden av substitusjon og den kan ved gjennomsnitt være fra 1 til 3- Det er også mulig å knytte en eller flere etylenoksyd grupper til hver eller en hvilken som helst av hydroksyl stillingene. Nedenfor ser man en idealisert struktur av en enhet av hydroksyetylcellulose hvor tre reaktive hydroksyl grupper er blitt omsatt med etylenoksyd og hvor. et enkelt etylenoksyd molekyl er blitt knyttet til den lavere hydroksyl gruppen og to etylenoksyd grupper er blitt.knyttet til de øvrige grupper .

i

Man kan forstå av det ovenstående, .at den omtalte mulige kombinasjoner av etylenoksyd med de reaktive Lydroksyl grupper celluloce enheten er mulige. I tillegg kan antall cellulose enheter som er knyttet til hverandre variere meget sterkt. Siden den totale molekylvekt av macromolekylet av hvilket som helst hydroksyalkylcellulose bli påvirket av antallet alkylen oksyl grupper som er knyttet til dette, og siden de fysiske egenskaper vil være bestemt av begge disse parametre og likeledes av stillingen av tilknytningen av alkylen oksyl gruppene, er lett å forstå at identifikasjonen av en ønsket type for et spesielt formål hvilke kan gjøres utelukkende ved hjelp av molekylvekt. Det er påvist at molekylvekten av materialet ikke er en pålitelig parameter for å identifisere det materiale.som vil være virksomt ved fremgangsmåter ifølge oppfinnelsen.

Det er oppdaget at en foretrukket -og enkel, metode

for å identifisere de reaktive arter for anvendelse i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er å fremstille en vandig oppløsning av materiale i destilert vann og. å måle viskositeten

t

av den resulterende oppløsning. Det er bestemt eksperi-mentelt at hydroksyalkylcellulose vil virke tilfredsstillende som et skifer stabiliserende middel hvis en 0, 5% vektprosent oppløsning'av materiale i destilert vann vil gi en tilsynelatende viskositet på mer enn 10 centipoise ved 600 rpm som bestemt under anvendelse av en Fann Model 35

VG Meter R som er i overenstemmelse med API Recommended Practice Standard Procedure for Testing Drilling Fluids, API Rp 13B First Edition, November 1962.

Den mengde materiale som er nyttig i fremgangs-

måten ifølge oppfinnelsen i høy grad er bestemt av viktig produkt som velges. Det vil si at de materialer som har en viskositet som er meget høyere enn 10 centipoise bare kan anvendes i relativt små konsenstrasjoner. Dette medfører imidlertid ikke alvorlige begrensninger på bruken av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, men virker snarere som en spesifikasjon for den foretrukne fremgangsmåte for å identifisere de foretrukne materialer og det virksomme.konsentra-s j onsområde..

Anvendelsen av enkelte typer an hydroksialkylcellu-'lose i borevæsker er kjent, særlig beskrevet i U.S. 2.570.

9^7, Himel et al., av 9.oktober 1951. De typer av hydroksialkylcelluloce materialer som er virksomme i Himels '9^7 patent er de som vil føre til en reduksjon i tilføringsgraden i borvæsken som de er tilsatt og som ikke på en negativ måte vil øke viskositeten og gel styrken i borevæsken. I motsetning til dette vil de hydroksietylcellulose typer som er virksomme ifølge den foreliggende oppfinnelse øker viskositeten og gel styrken i borevæsken og vil vanligvis øke istedet for redusere filtreringsskaden i den borevæske som de tilsettes. I overenstemmelse med dette er de materialer som er virksomme i fremgangsmåten i U.S. patent 2.570.9^7 ikke virksomme for de skifer stabiliserende formål i borevæsken og fremgangsmåten for anvendelsen av denne som er beskrevet i den foreliggende oppfinnelse, og det hydroksialkylcellulose materiale som er anvendelig ifølge den forliggende oppfinnelse er ikke anvendelige på de formål som er beskrevet i U.S. 2.570.9^7.

De virksomme typer hydroksyalkylcellulose som er identifisert ifølge den fremgangsmåte som er beskrevet ovenfor, kan anvendes i et miljø' som hovedsakelig består av ferskt- vann

1

og i den enkleste utførelse består dette av en vandig opp-løsning av hydroksyalkylcellulos.e'. P.eks. vil vann . som har oppløst i seg minst 227 gr. pr. fat ' ( ;..159 'liter > '.hyd? -. roksyletylcelluloge og fortrinnsvis fra 227 gr. til 980 gr.

pr. fat (spinner 0,5 til 2,0 pund pr. fat) effektivt stabiliserer ustabile skifer formasjoner som-sveller eller er gjørmelikhende, å gjøre det mulig å bore en brønn gjennom slike formasjoner uhinderet av den ustabile skifer. Even-tuelt kan friskt vann som inneholder bentonitt eller andre leirer av høy kvalitet behandles med minst 227 gr. pr. fat av den virksomme form av hydroksyletylce.lluloSe. Man må imidlertid' være klar over at man vil få en betydelig ut-fnapping og at det vil være nødvendig å tilsette vann for å redusere nivået av faste stoffer og å redusere borevæskens viskositet og gel styrke til tidlgiere nivåer.

Heldigvis er hydroksialkylcelluloser en type som er virksomme ifølge den foreliggende oppfinnelse i stand til å virke i mange elektrolyttigste oppløsninger og hydroksyetyl-' cellulose kan derfor anvendes sammen med vandige oppløsninger som har et høyt saltinnhold. P.eks. kan en væske som inneholder sjøvann behandles med minst 227 gr. pr. fat (159 liter) hydoøksyetylcellulose og en resulterende borevæske blir da utmerkede flyteegenskaper og de ønskede skifer stabiliserende egenskaper. En vandig oppløsning som inneholder natrium, kalium eller litium salter oppløst i seg kan på liknende måte behandles med hydroksyetylcellulose. Saltlaker eller vandige saltoppløsninger som har et saltinnhold som er meget høyere enn saltinnholdet i sjøvann, kan på liknende måte behandles med.hydroksyetylcellulose og anvendes som en borvæske for å •kontrollere skifer. Vandige oppløsninger som inneholder vann oppløselige divalente salter så som kalsium sulfat eller jordalkalie halugunider så som kalsium klorid, kan på liknende måte behandles med hydroksialkylcellulose og anvendes som en borevæske for å kontrollere skifer.

En annen utførelse av oppfinnelsen består av en vandig oppløsning som er mettet med hensyn til de valente jordalkalimetallhydroksyder så som kalsium eller mangnesium hydroksyd, og som i tillegg inneholder overskudd av uoppløst jordalkalihydroksyd og som også kan inneholde ytterligere jord- alkaliesalter som har en større oppløselighet enn opp-løseligheten for jordalkalihydroksyd. Som et spesifikt eksempel kan en vandig oppløsning som er mettet med hensyn til kalsiumhydorksyd, og som inneholder tilstrekkelig andre vannoppløselige kalsiumsalter hvis oppløselighet er større enn oppløseligheten av kalsiumhydroksyd for derved å gi et oppløselig kalsiumnivå på minst 200 deler pr. million behandles med minst 227 gr. pr. fat hydroksialkylcelluloce av den type som er identifisert ovenfor for å.frembringe en væske som har utmerkede skifer-stabiliserende egenskaper.

Den måte hvori respekt spesifik hydroksialkylcellulose materiale som er beskrevet ovenfor virker ifølge oppfinnelsen er ikke fullstendig forstått selv om man antar at det finner sted en type fornetningsabsorbsjon. Mekanismen vil omfatte åbsorbsjon av hydroksialkylcellulose materialer mellom nærliggende leirepartikler og derved låse dem fast i en ikke-dispergerbar tilstand.

Siden hydroksialkylcellulosene er ikke ionisk materiale, som normalt ville vært forventet å besitte bare en nominell eller meget lav overflateaktivitet, er graden og styrken av denne fornetning uventet og enestående. Leiroppslemminger som er meget dispers konsentrasjon av ^5^0 til 7264 i gram pr. fat av dispergeringsmiddelet for boreslam Q-Broxin, et ferro krom lignosulfonat, kan effektivt forestille å løpe sammen og utfelles med så lite som 227 til 35^ gr. pr. fat konsenstrasjon av produktet ifølge oppfinnelsen. De ikke virksomme typer av hydroksyetylcellulose, dvs. de som ikke frembringer en minimum 10 centipoise viskositet ifølge den " prøve som er beskrevet ovenfor, virker ikke enten av mangel på kjedelengde, for lav absorbssjonsgrad eller en kombinasjon av begge disse faktorer. Det. fanetningsabsorbsjonsfenomen som man har foreslått som en forklaring på fenomenet, resulterer ikke i et forkapslings eller membran fenomen som man vil se nedenfor. Følsomme skiferprøver som ble plassert i en ferskvannsoppløsning av en virksom hydroksyletylcelluloseprøve undergikk noen oppsvulming og mykgjøring men de går fremdeles tilstrekkelig fornettet til at det ikke ble dispergert selv om prøvene ble underkastet forsiktig omrøring. Teorien bekreftes ytterligere av den observasjon at produkter ifølge oppfinnelsen i vil ytterligere forbedre en borevæske for skiferkontroll som er fremstilt ifølge U.S.. 2.802.783 som består av kalk, kalsium klorid og et kalsium lignosulfonat dispergerings-middel.

Mens den foran nevnte hypotese tjener til å for-

klare mekanismen og ved de fordeler man ønsker å oppnå ifølge oppfinnelsen finner sted, er det ikke nødvendigvis sagt at denne mekanisme er den eneste eller hovedmekanismen for å frembringe de ønskede fordeler. Oppfinnelsen er ikke be-grenset av noe som helst spesiell mekanisme eller teori for hvorledes oppfinnelsen virker.

Alle de virksomme typer hydroksialkylcellulose som

man hittil er kommet i kontakt med har en tendens til å skumme. Dette er ikke en vesentlig ulempe, siden et stort antall effekt- . ive skumhindrende midler kan skaffes konversielt. Det er påvist at alkoholer med høy molekulvekt er spesielt effektive for.å kontrollere skumtendensene i hydroksialkylcellulose-produkter som er anvendelige ifølge oppfinnelsen.

Selv om enkle hydroksialkylcellulose-i-vannoppløsninger

har ganske høye flytepunkter, vil de like effektivt holde flytende tilsatt vektmaterialer. Om trent 2270 til omtrent 6810 gr. leire pr.- fat væske kan tilsettes for å utvikle gel-styrke for å understøtte vektmateriale som Barit. Leire av god kvalitet så som bentonitt eller vanlig leire bør prehy-dreres i ferskt vann før tilslag av oppløsninger av hydroksial^kylcellul.ose i friskt eller i salt vann. Salt gel kan tilsettes tør til saltvannsoppløsninger av hydorksialkylcellulose men en foretrukket fremgangsmåte omfatter og fukter den salte gel i saltvann før tilslag til hydroksialkylcellulose salt-vannsoppløsninger .

Eksprimentell delartet

For å påvise at oppfinnelsen er virksom, og for videre

å bringe, på det rene de optimale', operasjonelle parametere for borvæske ifølge oppfinnelsen, blir det gjennomført en rekke laboratoreksprimenter. En mengde topphuls gumboleire som har i likevekt med saltvann tilveiebragt og avvannet og presses sammen i to og en halv dag under et'trykk på 435 at-mose i en 50,8 mm ( 2 inch) diameter celle og derved å danne en syntetisk skifer. Den sammenpressede, syntetiske skifer

blir deretter skåret opp i 30 til 40° kakestykkeformede kiler omtrent 91 mm .tykke ( 3/8 inch). Disse kiler blir plassert i ca. \ liter store krukker med vide åpninger som inneholder 350 milliliter prøveoppløsning av.de forskjellige sammensetninger som skulle utprøves/og skiferprøvene blir observert i en 7 dagers periode. Etter 7 dager ble krukkene rullet inn i en rulleovn for andring ved ca. 65°C i 2 timer hvoretter prøvene ble fjernet, avkjølt og undersøkt for å bestemme tilstanden i skiferen. Sjeldne vektsvæsker som er kjent for å senke vibrering av skifer i forskjellig grad ble undersøkt. Resultatene ér gitt i tabell I nedenunder.

Av tabell ser man at man ikke får noen bevaring av skiferprøvene i ferskt vann hverken i den statiske prøven eller i varmrulle prøven. Materialet absorberte vann og ble oppsvulmet i den tilstand hvor den lignet myk gele i den statiske test. som varte i 7 dager og materialet dispergerte og dannet stabil suspensjon i varmrulleprøven som varte i 2 timer. Den oppløsning som ble tilveiebragt ved tilsats av 34 kg natrium klorid pr. fat fersk vann resulterte i noen tilsynelatende stabilisering av skiferprøven i den statiske prøven, siden skiferprøven var intakt og fast. Men varm-rulleprøven resulterte i total dispergering av skiferprøven. Prøven som ble satt for en oppløsning av fersk vann som inne-holdt 1,9 kg pr. fat kalk eller kalsium hydroksyd, prøve 3,

fikk en betraktelig stabilisering i den statiske prøven hvor skiferprøven 'var noe oppsprukket og sammenfalt selv om partiklene var nokså harde ved berøring. Varmrulleprøven resutlerte igjen i total dispergering av prøven med en rask bunnfellings-hastig-het som indikerte utflokking av-den leire som var til. stede i gumbo og skiferprøven. I prøve 4, ble 6,8 kg pr. fat kalium klorid tilsatt til fersk vann, og den skifer som var utsatt for dette miljø i 7 dager var statsbetingelse var nettopp sprukket og middels hard selv. om den igjen dispergerte full- .

- stendig i varmrulleprøven og hadde en middels bunnfellingshastighet. I prøve 5, resulterte en tilsats av 0,68 kg XC polymer pr. fat ferskvann i nesten ingen stabilisering av skiferprøven. Prøven var utsatt for 7 dagers statiskbetingelser var oppsvulmet og myk og materiale dispergerte delvis i varm-rulleprøven og etterlot en gjørmet væske over de bunnfelte partiklene. I prøve 6 ble oppløsningen fremstilt med tilsats av 1,9 kg dekstrid.som er et innkapslende stivelseprodukt pr. fat ferskvann. Dette resulterte i nesten ingen stabilisering av skiferprøven siden 7 dager statisk prøve viste at prøven

var svulmet til en myk gele og varmrulleprøven resulterte i en relativt fullstendig dispergering av skiferen og man så en langsom bunnfellingshastighet. I prøve 7, resulterte 0,9 kg c.ellosize 15000, et kommersielt hydroksyetylcellulose produkt fra Union Carbide, i noen stabilisering av gumboskiferen. Skiferen var oppsvulmet og myk, men varmerulleprøven ga ingen dispergering og det var tilsynelatende ingen faste stoffer i e?:ken. I prøve 8, ble .0,9 kg pr. fat av det samme Cellosize

1

hydroksyetylcellulose produkt + 1,9 kg kalsium hydroksyd eller kalk tilsatt pr. fat ferskt vann. Skiferen som var utsatt for dette miljø i 7 dager under statsbetingelse var hard og utvist noen oppsprekking. Etter varmrulleprøven,

var den fremdeles ikke sprekt dispergert og det var ingen faste stoffer i den flytende fasen.

I prøvene 9-15 anvendte man sjøvann i stedet for ferskvann som i prøvene 1-8. Prøve - 9 brukte ubehandlet sjø-vann og man kan se at skiferen fikk en svak oppsprekking og var fast i den statiske prøven men ble fullstendig dispergert og utviste en middels bunnfellingshastighet i varmrulleprøven. Prøve 10 illustrerer at 1,9 kg. pr. fat kalk eller kalsiumhydroksyd tilsatt til sjøvannet forbedrer resultatene fra den statiske prøven, men at skiferen fremdeles var dispergert etter varmrulling. I prøve 11, ble 1,4 kg av en konversielt tilgjengelig skiferkontrollerende reagents, Shale-Trol , som er spesielt modifisert lignosulfonat, anvendt pr. fat sjøvann. Skiferen var middels fast og utviste svak oppsprekking etter den. statiske prøven, men etter varmrulleprøven var den fullstendig dispergret og utviste en middels bunnfellingshastighet. I prøve 12, resulterte o,68 kg XC polymer pr. fat sjøvann i at skiferen var middels myk og intakt etter den statiske prøven men etter varmrulling var den fullstendig dispergert og utviste middels bunnfellingshastighet. I prøve 13, full tilsats av 1,9 kg dekstrid, et innkapslende stivelsesprodukt pr. fat sjø-vann, til at skiferen avr intakt og middels myk etter den 7 dager lange statiske prøve, men var fult dispergert og utviste en middels bunnfellingshastighet etter 2 timers rulling.'I prøve 14, resulterte 0,9 kg Cellosize 15.000, hydroksyetylcellulose produkt fra Union Carbide, pr. fat sjøvann, i en effektiv stabilisering av gumboskiferen. Den statiske prøven var middels hard.og utviste ingen oppsprekking. Etter 2 timers rulling ved 75°C, var prøven ikke dispergert og fullstendig bevart i klar væske. I prøve 15, resulterte 0,9 kg Cellosize 15.000 + 1,9 kg kalsiumhydroksyd pr. fat sjøvann en enda mer

effektiv stabilisering av skiferen. Den statiske prøven utviste ingen oppsprekking og var hard og etter varmrulleprøven

var skiferen bevart og man kunne ikke oppservere noen dispergering av faste stoffer i væskefasen.

R

Man kan. se av de ovennevnte data at Cellusize er mer t

effektiv i fersk vann enn XC polymer, kalium klorid eller kalsiumhydroksyd eller natrium klorid og er mer effektiv anvendt sammen med kalk i fersk vann. På liknende måte er hydroksydetylcellulose materiale enda mer effektivt i sjø-vann og man kan observere en bedre stabilisering når man anvender hydroksyetylcellulose og kalk i sjøvann.

En annen serie eksprimenter ble utført for å bestemme de relative skiferstabiliserende effektivitet hos de

VPu

forskjellige Cellosize—'produkter som er konversielt tilgjengelige. Disse prøvene anvendte i hovedsaken den samme, fremgangsmåte som tidligere angitt, og man brukte liknende . skiferprøver. Data er gjengitt i tabell II.

Syv prøver- av Cellosize var tilgjengelige. Som man kan. se av prøve 16 og 17 er de lave viskositets cormer av materiale Cellosize QP 3 og'-QP 300 relativt lite effektive når det gjelder å stabilisere skiferen. Alle de gjenværende Cellosize produktene var effektive deriblandt Cellosize QP

4400, QP 15000, QP 30000, QP 52000 og QP 100000. QP 15000

ble dessuten utprøvet på konsentrasjonsnivåer av 0,23, 0,45,

0,68 og 0,9 kg pr. fat og det er blitt bemerket at alle disse konsenstrasjonene var like effektive. Viskositeten og flyte-grensene økte etter som konsenstrasjonen av Cellosize i saltvann økte og dette var forventet.

Man skal bemerke at væskene i prøve 16 og 19 har

meget like reologier spesielt-' når det gjelder tilsynelatende viskositeter, og allikevel fikk man i prøve 16 en lite effektiv skiferstabilisering mens prøve 19 var meget effektiv. På liknende måte hadde væskene i prøve 17 og 20 nesten identiske til-synelatene viskositeter og allikevel fikk man i prøve 17 ingen stabilisering ved varmrulling mens man i prøve 20 fikk en fullstendig stabilisering.

For å sammenlikne viskositeten med overliggende ved

0,5 vektprosent oppløsning av de samme prøver i destilert vann, ble data som er vist i tabell III dreibart. Man kan se at Cellosize QP 3 og QP 300 dvs. de som har spesielt lite effektiver, fikk en 600 rpm tilsynelatende viskositet ved \% oppløsning som var under 10 centipoise mens alle de effektive materialene fikk en tilsynelatende viskositet ved 600 rpm som lå godt over 10 centipoise og det er dessuten åpenbart at den tilsynelatende viskostet kan anvendes som effektiv måte for å forutsi hvilke hydroksyalkylcellulose materialer som er effektive for for-målet ifølge oppfinnelsen.

Siden de forangående eksprimenter antyder at hdyroks-ailkylcellulose effektivt øker de skiferstabiliserende egenskaper i en vandig oppløsning av en skiferkontroHerende reagens, ble en ny serie eksprimenter utført for å bestemme effekten av behandling av en skiferkontrollerende borevæske fremsstilt av en enkel borevæske og en konversielt tilgjengelig skiferkontrollerende reagens og bestemme effekten på borevæskens reologi så vel som væsketapet i en borevæske behandlet med forskjellige mengder hydroksyetylcellulose. Den skiferkontrollerende borevæske ble fremstilt en " base top hole" slam tilveiebragt fra State West Cote Blanche Well nr. 421 fra Gulf kysten utenfor Louisiana og den ble behandlet med 3,6 kg T-8 Shale Control Reagent pr. fat opprinnelig.borevæske. Den plastiske viskositet og flytegrensen i den opprinnelige borevæske pluss prøver behandlet med 0,11, 0,23, 0,34,og 0,45 kg hydroksyetylcellulose pr. fat skiferkontrollerende borevæske ble målt. Siden flytepunktene økte automatisk, ble vann tilsatt til prøvene for å bringe flytepunktene ned til et relativt anteelig nivå i de tilfellene hvor prøvene var behandlet med 0,23, 0,34 og 0,45 kg hydroksyetylcellulsoe pr. fat borevæske. API væsketapet ble målt på behandlende prøver og som man kan se fra de data som finnes i tabell IV økte- dette tapet vesentlig de prøver som var behandlet med hydroksyetylcellulose selv, i de tilfeller hvor prøvene var blitt ofrtynnet ved- tilsats av ytterligere vann.

Hydrolyse hastigheten av hydroksialkylcellulose er blitt funnet å øke både med pH tempreaturen og følgelig vil man få et viss tap av hydroksyalkylcellulose i en væske med . høy pH og med høye temperaturer-og ytterligere materiale må tilsettes forå opprettholde den ønskede konsenstrasjon. Selv om disse fenomenene påvirker systemets økonomi er det fremdeles virksomt.

Den hydroksyetylcellulose som ble anvendt i denne prøveserie var natrosol PCR R fremstilt av Hercules Inc. Man kan se av de fremlagte- data at anvendelse av hydroksyetylcellulose produkt øker den plastiske viskositet og flytegrensen i borevæsken-i målbar grad og -dessuten øker API væsketapet. Dette gir ytterligeré- bevis for at materiaelt som er anvendt i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er vesentlig forskjellig fra produktene beskrevet i U.S 2.570.0-47 som spesi-fiserer at materialet reduseres væsketapet i borevæsken som det tilsettes uten å forandre viskositeten. Reologi for-styrrelsene og økningen i væsketapet er kontrollerbare og rep-resenterer derfor ikke noe problem for anvendelsen av hydroksyetylcellulose i borevæske for skiferkontroll av denne typen,

Andre laboratorieeksprimenter har klarlagt stabili-teten hos hdyroksyetylcellulose i oppslemminger av leire opp-til 21-130°C slik at dette materialet kan anvendes ved disse temperaturene uten for stor dekomponering eller reduksjon av kvaliteten av hydroksyetylcellulosen. Ved høye pH nivåer senkes den øvre grense for temperaturstabilitet.

FELT EKSPERIMENT

En feltprøve ble utført i en brønn som ble boret

i det sydlige Louisiana for å bestemme effektiviteten av hydroksyetylcellulose og mettet saltvann ved boring en skiferseksjon som var etablert etter at et saltoverheng var gjennomtrengt. En mettet saltlaket ble fremstilt under anvendelse av sjøvann og vann fra vannledning med tilsats av konversielt salt. Til denne ble tilsatt Cellosize QP 15000H som er av hydroksyetylcellulose produkt fremstilt av Union Carbide Corp. Materialet ble tilsatt til væsken langsomt siden laboratoriet forsøk hadde antydet at en blandetid på 20-30 minutter var nødvendig for å få en tilstrekkelig vis- , kositet. Det endelige konsenstrasjonsnivået var 0,750 kg hdyroksyetylcelluloseprodukt pr. fat saltlake og etter den angitte tid var tunnel viskositeten øket til 52 sekunder, den plastiske viskositet var 21 centipoise og flytegrensen var 1,410 kg/m . 4| kg saltgel ble tilsatt pr. fat borvæske og baritt ble tilsatt for å gi en vekt på 5 kg pr. fat. Tunnel viskositeten varer i 45 sekunder, den plastiske viskositeten 24 centipoise og flytegrensen i,270' kg pr. m 2 . A-PI væsketapet var 5,2 cm 3 ved overflatetemperaturen. Fann gel var 4-4. Denne væske ble sirkulert og anvendt for en kort boring ved en dybde på 388O meter ( 12858 fot) denne borevæske ble anvendt for å bore i skiferdelen og selv om man støtter på en del fysiske problemer viser systemet seg å være fullstendig .effektivt for å kontrollere skiferen og den var lette å lage og opprettholde. Selv om de skifere som ble gjennomboret var av en gummiliknende kvalitet, kunne man ikke på noe tidspunkt observere at skiferen fester seg til borredskapene.

et er således påvist og demonstrert i laboratoriet og felt eksperimentet at hydroksialkylcellulose og spesielt hvis hydroksialkylcelluloseproduktet effektivt vil stabilisere skifermaterialet når de anvendes i ferskvann, sjøvann, mono-valent eller divalent saltlake eller ferskvann eller saltvann som inneholder kalsiumhydroksyd.

Claims (8)

1. Vandig borevæske med skiferstabiliserende egenskaper, karakterisert ved at den består av en vandig oppløsning av en hydroksialkylcellulose som kan gi en annen vektprosent oppløsning i destilert vann med en 600 rpm tilsynelatende viskositet større enn 10 centipoise.

2. Borevæske ifølge krav 1, karakterisert ved at den inneholder oppløsende natrium-klorid eller kaliumklorid.

3. Borevæske ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter sjøvann som sin vannfase.

4. Borevæske ifølge krav-1, karakterisert ved at den inneholder et oppløst jordalkaliemetallhydroksyd.

5. Borevæske ifølge krav 1, karakterisert ved at den inneholder et oppløst vann-oppløselig jordalkali-metalhalugunid eller kalsiumsulfat.

6. Borevæske ifølge kravene 1-5, karakterisert ved at den inneholder fra 0,23 til 0,9 kg pr. fat hydroksyalkylcellulose .

7. Borevæske ifølge kravene 1-6, karakterisert , ved at den inneholder fra 2,3 til 6,8 kg leire pr. fat.

8. Fremgangsmåte for å bore en brønn igjennom en skiferformasjon i undergrunnen, karakterisert ved at det nevnte skiferformasjon bringes i kontakt med en vandig borevæsek ifølge hvilket som helst av de foregående krav.