NO770328L - Olje-baserte boreslam med vannoppl¦selige additiver. - Google Patents

Description

Oljebaserte boreslam med vannoppløselige dadditiver.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører nye oljebaserte borevæsker som på en tilfredsstillende måte vill holde dispergert materiale i oljevåt tilstand i nærvær av forskjellige typer vanndig ko.ntaminering hvor væsken inneholder et vannoppløselig alkyl aryl sulfonat som et dispergeringsmiddel.

Uttrykket "oljebaserte borevæsker" eller "oljebasert slam", anvendes på en spesiell type borevæske hvor oljen er den kontinuerlige fasen og vann,er, hvis det finnes, den dispergerte. fase. Ofte inneholder oljebaserte slam blåst asfalt og små mengder vann, typisk ca. 3 volum- men opptil 15 volum- emulgert i systemet med kaustiksoda eller kalk og emulgerende midler. Oljebaserte slam inneholder også gellateringsmidler som skal holde dispergert materiale såsom vektøkende stoffer i suspensjon i slamsystemet. Oljebasert slam er forskjellig fra invert emulsjonsslam i mengden vann som anvendes ved fremstillingen av slammet, fremgangs-måten for å kontrollere viskositet og thixotropiske egenskaper, sammensetningen av filterkaken og tapt væske som kan kontaminere preparatet.

Mens inverte emulsjoner har en kontinuerlig oljefase og inneholder store mengder olje som danner en vann-i olje-emulsjon-; inneholder vanligvis oljebaserte slam, mindre mengder vann og er effektive som borevæsker selv uten vann.

På den annen side krever inverte emulsjoner nærvær av noe vann som en emulgert eller dispeggert fase. Slike slam er velkjente. Det er avgjørende betydning ivoljebaserte slam at dispergerte faste stoffer dvs. vektøkende stoffer, leire, skifer og opphoret materiale skal dispergeres i oljevåt tilstand og at .vannfasen skal dispergeres som en diskontinuerlig fase i oljen. Det faste, partikkelformede materiale suspendert i slammet er typisk fuktbart med vann og i nærvær av olje og vann vil dette materiale fortrinnsvis finnes i vannvåt tilstand. Utvikling av emulsjon og bevaring av partikkelformet materiale i oljevåt tilstand er tilveie-bragt ved tilsats av passeride emulgeringsmidler som er vel-. kjente.

F.eks. beskriver U.S.-patent nr. 3.099.624.anvendelsen av oljeoppløselige dialkyl aryl sulfonater som emulerings-og dispergeringsmidler Tor~oljebaserte borevæsker. U.S.-patent nr. 3.642.623 beskriver anvendelsen av et tilsats-system som omfatter et oljeoppløselig og et vannoppløselig dispergeringsmiddel for anvendelse ved oljebaserte slamsystemer og inverte emulsjonssystemer. Dette kombinasjons-systemet i det sistnevnte patent er særlig beregnet på å stabilisere borevæskene mot tap av reologiske egenskaper i nærvær av kontaminering av kalsium og magnesium salter.

Det synes derfor at emulgeringsmidler som er blitt anvendt i oljebaserte slam har omfattet mange overflate-aktijse midler men delvis har vært avhengig å hvert tilfelle på oljeoppløselige og overflateaktive midler. Det synes videre som om slike oljeoppløselige overflateaktive midler ville være nødvendige for å holde dispergert materiale i en oljevåt tilstand.

De. oljeoppløselige overf lateaktive midler er imidlertid vanligvis flytende materiale. F.eks. er dé dialkyl arylsulfonater som er nevnt i U.S.-patent nr. 3•Q99•624 væsker. Likeledes er den oljeoppløselige del av tilsats-systemet nevnt i U.S.-patent nr. 3.642.623 en flytende ethoksylert alkyl fenol.

Selv i tilfeller hvor det bores et hull med et vannbasert slamsystem eller en inverter, anvendes .oljebaserte slamsystemer ofte for å frigjøre fastlåst drillrør. Selv om det ville være ønskelig å ha en tilførsel av et oljebasert slamsysem på borestedet dersom en slik fastlåsing skulle finne sted, vil det være vanskelig, uhensiktsmessig og dyrt å opprettholde et blandet slamsystem bare for slike uhell. Beam standdelene i et typisk oljebasert slamsystem omfatter dieselolje, pulverisert blåst asfalt, kaustiksoda eller kalk, et gellaterteringsmiddel såsom stearinsyre for å gi systemet en gelstruktur for å støtte og suspendere partikkelformede materiale og likeledes emulgeringsmidler. Siden asfalt, gellaterteringsmiddel og kalk er i pulverformede materiale som lett kan"lagressekker, vil det være ønskelig å kunne anvende et fast pulverisert og overflateaktivt middel som emulgeringsmiddel eller dispergeringsmiddel. Hvis et slikt emulgerings- eller dispergeringsmiddel var å finne, kunne alle komponentene i et oljebasert slamsystem blandes i de korrekte forhold og lagres i sekker. Da ville bare tilsats av olje og vann være nødvendig for å fremstille en væske for å frigjøre borerør som har festet seg i borehullet eller eventuelt et fullstendig oljebasert slamsystem.

Tidligere har man forsøkt å fremstille oljebaserte slamsystemer som kan lagres i sekker ved å adsorbere de flytende dispergeringsmidler på overflaten av materialer såsom diatomejord eller lignende. Etter lang henstand har imidlertid det flytende dispergeringsmiddel en tendens til å "blø" fra diatoméjorden og dette forårsaket ofte en klump-dannelse i det sekkelagrede materiale noe som gjorde behand-lingen av dette vanskelig.

I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en oljebasert borevæske som kan anvendes som borevæske eller som en væske for å frigjøre borerør som er festet i borehullet som inneholder et vannoppløselig, mono-alky lb ensensy.I;fonat. Por å anvende et vannoppløselig tilsatsstoff som dispergeringsmiddel må det oljebaserte slamsystem inneholde noe vann og det kan ikke brukes uten vann.

Monoalkylbensensulfonat dispergeringsmidOiene ifølge den foreliggende oppfinnelse anvendes i .en oljebasert borevæske av den typen som omfatter en kontinuerlig oljefase,

en diskontinuerlig vannfase, et vektøkende tilsatsstoff og gellateneringsmaterialer for å suspendere slike vektøkende stoffer og andre partikkelformede materialer i væsken. Det vannoppløselige monoalkylbenzenesulfonat anvendes i små mengder, fra ca. 5,7 til 50 kg/m^, tilstrekkelig til å holde det partikkelformede materiale i væsken i en oljevåt "tilstand.

Det er overraskende at det vannoppløselige, overflateaktive middelet, som det eneste dispergeringsmiddel i systemet, kan holde de partikkelformede materialer' i en olje-is<r>åt og ikke i en vann våt tilstand. Videre tjener det vann-oppløselige, monoalkylbenzenesulfonat til å bibeholde denne oljevåte tilstand hos de partikkelformede materialer i nær-

vær av de forskjellige typer kontaminering, deriblant kontaminering av vann, av krom lignosulfonater, og av salt-opp-løsninger som inneholder jordalkaliesalter av kalsium og magnesium. De oljebaserte væsker som anvender disse "vann-oppløselige materialer utviser videre god stabilitet etter aldring selv ved høy temperatur.

De vannoppløselige tilsatsstoffer ifølge oppfinnelsen passer ideelt for fremstilling av væsker som skal frigjøre borerør som har kilt seg fast og lignende. I et slamsystem i kontinuerlig fase ved boring av hull, er det ofte nød-

vendig kontinuerlig å tilsette dispergeringsmidler når man møter ytterligere kontaminering.1 Man har imidlertid oppdaget at etter at konsentrasjonen av de vannoppløselige dispergeringsmidler ifølge den foreliggende oppfinnelse overgår ca. 50 kg/m^ har viskositeten i borevæsken en tendens til å øke i uønsket stor grad. Følgelig er de vannoppløselige dispergeringsmidler ifølge oppfinnelsen ikke så anvendelige som de oljeoppløselige tilsatsstoffer som gjentatt kan anvendes for å behandle systemet for å holde det partikkelformede materiane i en oljevåt tilstand og kontrollere viskositeten i slammet.

Systemeer som bare vil møte moderate mengder kontaminering eller væsker som skal anvendes for å løsgjøre fast-kilte borer, for å frigjøre borestrengen, er imidlertid de vannoppløselige tilsatsstoffer ifølge oppfinnelsen meget anvendelige og ønskelige siden de gjør det mulig med forlag-ring i sekker av alle tilsatsstoffene i det oljebaserte system bortsett fra dieseloljen.

Det spesielt foretrukne aspekt av oppfinnelsen gir

rom for ny anvendelse av dette vannoppløselige tilsatsstoff i oljebaserte borevæsker.

Monoalkyl arylsulfonattilsatsstoffet er effektivt

bare i nærvær av en vannfase. Typisk er en vannfase som omfatter fra ca. 5 til ca. 15 volum- av den oljebaserte borevæske mest effektiv når den behandles med det nevnte tilsats-

stoff i en mengde på så litenss.om 50 kg/m^ avhengig av vannmengden som er tilstede.

Sulfonatene som anvendes i overensstemmelse med oppfinnelsen omfatter monoalkylary1 alkalimetallsulfonat. Foretrukne dispergeringsmidler er monoalkylbenzenesulfonater som har fp?a 8 til 16 karbonatomer i alkythkjeden. Spesielt foretrukket er dodecylbenzene natriumsulfonat selv om dodecylbenzene kaliumsulfonat også er effektivt. Oljebaserte borevæsker som anvendes i den foreliggende oppfinnelse er velkjente og inneholder dieselolje, blåst asfalt, kalkydrat, et gelfremkallende middel såsom stearinsyre og lignende, et dispergeringsmiddel for å holde de faste stoffer i en oljevåt tilstand og faste vektøkende tilsatsstoffer såsom baritt, jernoksyd, kalksten eller lignende. STypisk inneholder de oljebaserte borevæsker et emulgeringsmiddel f.eks. naftensyre. Naftensyren er imidlertid en væske som ikke kan for-blandes og lagres i sekker og den er derfor ikke foretrukket i preparatet ifølge oppfinnelsen. Det synes som om emulsjonskarakteren i borevæsken i tilstrekkelig grad opprett-holdes enten ved de naturlige emulgerende midler i asfalten

eller den tilsynelatende emulgerende evnen i det vannopp-løselige dispergeringsmiddel ifølge oppfinnelsen monoalkyl-arylsulfonat eller begge. Naftensyren anvendes derfor fortrinnsvis ikke i de sekkelagrede preparater som er fremstilt i overensstemmelse med oppfinnelsen. Alkylaryl-sulfonattilsatsstoffene som anvendes i oppfinnelsen skiller seg markert fra vanlige tilsatsstoffer særlig i det at det er vannoppløselig og i fast form. Dette vil bli satt pris på av de som kjenner de foreliggende teknikker ved at de foran-nevnte egenskaper gjør det mulig med forblanding og lagring i sekker av det nevnte sulfonattilsatsstoff og derved gi en

hensiktsmessig lagring på. borestedet og enkel fremstilling før bruk.

Forståelse for problemene som ligger i anvendelsen av konvensjonelle tilsatsstoffer ga grunnlag for den forsk-ning som førte til utviklingen av den foreliggende oppfinnelse .

De følgende eksempler er illustrerende.

EKSEMPLER

Boreslamprøver i det følgende eksempler ble fremstilt ved å blande 100 g asfalt som bestå av 60 g blåst asfalt og 40 g dieselolje med 11 g kalk, 1 g naftenstyre og 335g stearinsyre. Fem volum- vann ble tilsatt blandingen og dieselolje i en mengde på 240 cm^ ble tilsatt et standard laboratoriefat oljebasert borevæske uten vektøkende tilsatsstoffer.

Borevæske som var vektøkt til den ønskede tetthet fremstilles fra standardvæsken uten vektøkende tilsatsstoffer ved tilsats av baritt med etterfølgende blanding. Det er vanlig at man trenger noe mer dieselolje eller tilsatsen av baritt. For å fremstille et slam med en egenvekt 2,2 kg/l blandes 85 deler slam uten vektøkende tilsatsstoff med 15 deler dieselolje før tilsatsen av baritt.

Eksemgel_l-4_.

For å sammenligne funksjonen av vannoppløselig, monoalkyl arylnatriumsulfonat med tilsvarende vannoppløselig alkylarylnatriumsulfonat ble en serie 2,2 kg/l slamprøver fremstilt som nevnt behandlet med forskjellige sulfonater til en ekvivalent konsentrasjon på 10,7 kg/mm3. Hver prøve ble undersøkt fo.rbåsbe sit emme viskositeten (V), flytepunkt (FP) og gelstyrke etter 10 sekunder og 10 minutter på et Fann meter (modell 35) ved 65,5°C. Elektrisk stabilitet

(ES) gir sammenbruddsspenningen i emulsjonen og er et mål for emulsjonens styrke.

Resultatene er vist i tabell 1:

cp = 0,1 g/cm sekund.

Resultatene angir at hvert tilsatsstoff virket e 'f fekt i v

effektivt og at de to første eksemplene var mere tilfredsstillende. I tillegg til dette var den elektriske stabilitet en indikasjon på utmerket emulsjonsstyrke.

Eksemgler_5-8_1

Prøvene ble fremstilt som i eksemplene 1-4 og i tillegg ble.de kontamintert med 12 volum- kromlignosulfoant (KLS). Prøving ble utført både før og etter vannvalsing ved 149°C i 16 timer.

Resultatene er vist i tabell 2:

De overraskende resultater angir at monoalkylaryl-natriumsulfonat stabiliserer slammen mot kromlignosulfonat kontaminering mens andre tilsvarende vannoppløselige alkyl-arylnatriumsulfonater ikke stabiliserer slammet og slammet "skjærer seg" dvs.får en vesentlig faseseparering med vann-væting av de faste stoffer (eksempler 6-8).

Eksemgler_2::12

Por å illustrere virkningen av det vannoppløselige tilsatsstoff dodecylbenzene natriumsulfonat til forskjell fra et oljeoppløselig tilsatsstoff, didodecylbenzene natriumsulfonat; ble et basispreparat fremstilt ved å blande 350 cm^ dieselolje med 800 g baritt. Dette basispreparat som ikke er en borevæske ble behandlet med forskjellige tilsatsstoffer i en mengde som tilsvarte 5,7 kg/m^ og kontaminert med forskjellige volumer vann. Prøvene ble undersøkt med hensyn til reo|-ogiske egenskaper og resultatene er gitt i tabell 3:

Resultatene angir at det vannoppløselige tilsatsstoff krever nærvær av vann for å virke effektivt.

Dessuten virket det vannoppløselige'tilsatsstoff mere effektivt enn det oljeoppløselige tilsatsstoff.

Iksemp<_>ier<_>2Q-21^

For å illustrere evnen hos det vannoppløselige til satsstoff dodecylbenzene natriumsulfonat til å stabilisere borevæske mot kalsiumkloridkontaminering sammenlignet med dårlig oppløselig tilsatsstoff, didodecylbenzenenatrium-sulfonat; ble en serie på 2,2 kg/l slamprøver fremstilt som angitt i eksempel og og behandlet med forskjellige tilsats-stof fer i en mengde på 22,8 kg/m"^, kontaminert med 5 volum-vandig oppløsning som inneholdt 350.000 dpm kalskumklorid og endelig prøvet med hensyn på reologiske egenskaper, varmvalset ved l49°C 16 timer og deretter igjen prøvet med hensyn på reologiske egenskaper. Deretter ble hver prøve behandlet med en ytterligere mengde tilsatsstoff med mengder som tilsvarted 11,4 kg/m , prøvet med hensyn på reologiske egenskaper, aldret ved værelsestemperatiiir i 16 timer og deretter prøvet igjen med hensyn på reologiske egenskaper.

Resultatene er gitt i tabell 4:

Resultatene angir at begge tilsatsstoffer var like effektive med hensyn på å stabilisere slammet etter kalsiumkloridkontaminering før varmvalsing; etter varmvalsingen var imidlertid de reologiske egenskaper for det vannoppløselige tilsatsstoff stort sett uforandret mens det oljeoppløselige tilsatsstoff "skar seg", dvs. var ikke i stand til å holde de faste stoffer i en oljevåt tilstand. Etter ny behandling viste begge tilsatsstoffer tilsvarende reologiske egenskaper.

Eksemp^er_22 = 23_

Por å sammenligne effektiviteten har det vannopp-løselige tilsatsstoff dodecylbenzene natriumsulfonat, med et olje og vannoppløselig tilsatsstoff som omfatter 0,5 g nonylfenol monoethoksylat, 0,5 g ftalsyre modifisert coco-etonolamid og sulfonert oljesyre i et vektforhold på 85:15 ble en serie 2,2 kg/l slamprøver som er fremstilt som angitt i eksempel 1 behandlet med de forskjellige tilsats-stof fer i en mengde på 34,3 kg/m^ kontaminert med 5 volum-av en vanndig oppløsning som inneholdt 350.000 dpn kalsium-klorid, kontaminert med 12 volum? kromligonosulfat, varmvalset med l49°C i 120 timer og prøvet med hensyn på reologiske egenskaper. Begge tilsatsstoffer viser seg å

gi tilsvarende stabilisering mot de nevnte kontaminerende stoffer. Resultatene er vist i tabell 5:

Eksemp_ler_24 = 29._

For å sammenligne effektiviteten av det vannopp-

løselige tilsatsstoff dodecylbenzen natriumsulfonat med et olje og vannoppløselig tilsatsstoff som omfatter 0,5 g nonylfenol monoetoksylat, 0,5 g ftalsyre modifisert coco-etanocLåmid og sulfonert oljesyre i et vekt Forhold på 85:153

ble en serie slamprøver på henholdsvis 1,2, 1,7 og 2,2 kg/ljf ^Tréms"tilt.

Slamprøvene som inneholdt det vannoppløselige tilsatsstoff ble fremstilt i laboratoriet i det samme forhold som man finner kommersielt tilgjengelige ingrédienser som er lag<g>et i sekker og som blandes med dieselolje, vann og baritt. De nevnte kommersielle sekkelagrede ingredienser som er ti lei enKeliee i 25 ke: sekker består av 15.6 kKasfalt, 3,9 kg kalk, 1,2 kg stearinsyre, 2,3 kg dodecyl-benzenenatriumsulfonat og 1,95 kg diatoméjord. For å fremstille et slam med en vekt på 2,2 kg/l, blandes 90 av de nevnte 25 kg sekker med 9240 1 dieselolje, 554 1 vann og en passende mengdé baritt for å få den ønskede vekt.

Slamprøvene som inneholdt det olje- og vannoppløse-lige tilsatsstoff ble fremstilt som nevnt i eksemp"el 1 og behandlet med tilsatsstoff til en konsentrasjon som er angitt i tabell 6.

Alle prøvene ble undersøkt med hensyn på reologiske egenskaper, kontamintert med 50 cm^ vannbasert slam, prøvet med hensyn på reologiske egenskaper, varmvalset ved l49°C

i 16 timer og deretter prøvet igjen med hensyn på reologiske egenskaper. Prøven med vannoppløselige tilsatsstoff (eksempel 24) hadde egenskaper som er sammenlignbare med prøven med olje og vann oppløselig tilsatsstoff (eksempel 25) når slammet hadde en vekt på 1,2 kg/l. Når vekten på slammet ble øket til 1,7 kg/l, var det vannoppløselige tilsatsstoff (eksempel 26) mer effektivt enn det olje og vannoppløselige tilsatsstoff (eksempel 27 unntatt som angitt ved den høyere elektriske stabilitet i det siste tilfellet. Når slammet ble øket til en vékt^på 2,2 kg/l, viste det vannoppløselige tilsatsstoff (eksempel 28) å være vesentlig bedre enn det olje- og vannoppløselige tilsatsstoff (eksempel 29/) som, etter kontaminering ved det vannbaserte slam ble for viskøst for prøT/ing med hensyn på reologiske egenskaper og som etter varmvalsing ved l49°C i 16 timera.sK£r seg".

For å gjenvinne de reologiske egenskaper i prøvene med det olje- og vannoppløselige tilsatsstoff ble de behandlet med varierende mengder naftensyre, benevnt (V) i tabell 6, og ytterlig olje- og vannoppløselig tilsatsstoff benevnt (A) i tabell 6. Prøvene med vannoppløselig tilsatsstoff ble ytterligere behandlet med varierende mengder av nevnte vannoppløselige tilsatsstoff hvoretter alle prøver ble undersøkt med hensyn på reologiske egenskaper, varm-valet ved 4l49°C i 16 timer og igjen prøvet med hensyn på reologiske egenskaper.

Resultatene som vist i tabell 6 angir at det vann-oppløselige tilsatsstoff er sammenlignbart med olje og vann- oppløselige tilsatsstoffer som tidligere er kjent.

Etter ny behandling varmvalsing

ved l49°C i 16 timer.

cp - 0,01 g/'cm sekund.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en ny forbedring med hensyn på oljebaserte borevæsker i form av et fast, vannoppløselig monoalkylarylsnlfonatos.om er istand til å bli forblandet og sekkelagret med andre bestanddeler i slammet bortsett fra dieselolje, vann og vektøkende midler, noe som gjør det lettere å lagre og behandle.

Claims (6)

1. Oljebasert borevæske som passer under kontaminerende betingelser i borehullet og består av eh kontinuerlig oljefase, en diskontinuerlig vannfase som er på mellom 3 og ca. 15 volum-, et vektøkende middel og et gellatenerings-middej., karakterisert ved at den inneholder et enkelt overflateaktivt middel som består av en liten • mengde vannoppløselig monoalkylbenzenesulfonat hvor alkyl-gruppene inneholder fra 8 til 16 karbonatomer og hvori nevnte sulfonat er tilstede i en tilstrekkelig mengde for å holde det nevnte vektøkende materiale i en oljevåt tilstand.

2. Oljebasert borevæske ifølge krav 1, karakterisert ved at den nevnte varmefase er tilstede i en mengde på fra 3 til 15 volum-.

3. Oljebasert borevæske ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte vannoppløselige monoalkylary1-sulfonaterer til stede i en mengde på fra ca. 557 kg/m^ til ca. 50 kg/m^. .

4. Oljebasert borevæske ifølge krav 1, karakterisert ved at den nevnte kontinuerlige oljefase inneholder partikkelformet blåst asfalt.

5. Blanding av faste ingredienser for tilblanding med dieselolje, vann og et vektøkende middel for å fremstille en oljebasert borevæske som kan anvendes for boring eller for å løsgjøre fastkilt borerør, karakterisert ved at den inneholder blåst asfalt, kalkhydrat, gel-dannende middel og et enkelt overflateaktivt middel som består av et vannoppløselig monoalkylbenzenesulfohat hvor den nevnte alkylgruppe inneholder fra 8 til 16 karbonatomer og hvor det nevnte', ""sulfonat "er til stedet i den nevnte oljebaserte væsken i mengde på fra. 5,7 kg/m 3 til ca. 50 kg/m <3> og hvor kationet i det ne.vhte sulfonat er enten kalium eller natrium.

6. Blanding av faste ingredienser ifølge krav 1, karakterisert ved at de nevnte ingredienser er i en tørket,- sekkelagret tilstand.