NO802478L - Triksotrop vaeske og fremgangsmaate til dens fremstilling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår tiksotropiske oppløsninger av celluloseetere.

Vandige opplosninger av celluloseetere, f.eks. hydroksyetylcellulose, brukes for mange formål, og som et eksempel kan man nevne som borehullsvæsker i oljeindustrien. De kan derfor brukes i oppbrytende væsker og i boreslam.. For dette formål bruker man vandige opplosning-

er av celluloseetere med pseudoplastiske viskositetsegen-skaper, dvs. at deres viskositet avtar med okende skjær-krefter. Det vil folgelig være onskelig hvis disse van-

dige opplosninger av celluloseetere kunne gis tiksotro-

piske egenskaper. (Væsker sies å være tiksotropiske når deres viskositet vil avta når de.utsettes for konstante åcjærkrefter, og nevnte tiksotropi er således et tidsavhen-gig fenomen). En tiksotropisk, vandig opplosning av en celluloseeter ville være bedre egnet til å kunne bære steinpartikler etc, som fremstilles under selve boringen slik'at man hindrer nevnte partikler fra å sedimentere seg på selve borestykket.

Det er velkjent at man kan bruke celluloseeteropp-losninger i borevæsker.. U.S. Patent 3.954.628 beskriver borevæsker basert på karboksymetylcellulose.

U.S. patent 3.727.676 beskriver at man kan bruke vandige gelopplosninger av celluloseetere som borevæsker, og for dette formål beskrives bruken av en.vannopploselig forbindelse av et polyvalent metall samt et vannopploselig reduksjonsmiddel. Som nevnte polyvalente metallforbindel-ser nevnes spesielt krom-og manganforbindelser, og blant de reduserende forbindelser som nevnes, inngår svovelfor-bindelser "såsom hydrosulfitt og ferroklorid. Bruken av mangan- og kromforbindelser er uonsket på grunn av toksi-sitetsårsaker. Forbindelsene er kostbare og det er dess-uten behov for å tilveiebringe et reduksjonsmiddel til som vil oke prisen ytterligere.

U.S. patent 3.804.174 beskriver en sementerende sammensetning som kan brukes i olje- og gassbronner. Sam-mensetningen inneholder en celluloseeter, sement og et' poly valent metallsalt som kan være et salt av zirkon, bly, krom, jern,, hafnium og lantan. Bruken av ferriklorid er nevnt, men det er foretrukket å bruke zirkonoksyklorid. Sammen-setninger inneholdende sement kan brukes i forskjellige, spesielle situasjoner under boring av olje- og gassbronner. De kan ikke brukes som standardborevæsker eller som standardboreslam, fordi de etterhvert vil herdne, og bli faste.

Det er onskelig å kunne fremstille vandige opplosninger av celluloseetere som ikke inneholder sement, og som derfor kan brukes ved fremstillingen av boreslam, men som har tiksotropiske egenskaper. Det er videre onskelig å kunne unngå bruken av toksiske og/eller, kostbare forbindelser..

Ferriklorid når dette tilsettes alene til hydroksyetylcellulose gjir ikke tilfredsstillende tiksotropiske egenskaper.

Ifolge foreliggende oppfinnelse, innbefatter en ikke-hydraulisk, tiksotropisk, vandig væske en celluloseeter og en effektiv mengde av ferrihydroksyd. . Det er spesielt foretrukket at nevnte ferrihydroksyd dannes in situ i den vandige opplosningen av celluloseeteren.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således en fremgangsmåte for fremstilling av en ikke-hydraulisk, tiksotropisk, vandig væske som består i at man blander en vandig opplosning av en hydratisert celluloseeter og et vannopploselig ferrisalt med et .vannopploselig alkali, hvor-, ved man får en alkalisk opplosning i fravær av en effektiv mengde av en hydraulisk forbindelse.

Foreliggende oppfinnelse,angår således ikke-hydrauliske, tiksotropiske, vandige væsker, dvs. væsker som ikke. danner en krystallinsk gitterstruktur som har en viss grad av mekanisk stabilitet og/eller fysisk styrke ved at man ved romtemperatur reagerer vann med en hydraulisk forbindelse. Eksempler på hydrauliske forbindelser er gips, kalsium, sulfathemihydrat, ...pulverisert brennstoff aske, samt hydrauliske sementer, f.eks. portlandsement. Hvis sammen-setningen ifolge foreliggende oppfinnelse skal være ikke-hydraulisk, så må hydrauliske forbindelser ikke være.tilstede' i en effektiv mengde, dvs. en mengde som er tilstrekkelig til å gi hydrauliske egenskaper.

Den tiksotropiske opplosningen fremstilles ved

å bruke en celluloseeter i hydratisert form. Når en celluloseeter blandes med vann, så er det i begynnelsen ingen okning i viskositet. Etter et visst tidsrom som ofte betegnes • "hydratiseringstiden" , begynner viskositeten å oke . etterhvert som celluloseeteren blir hydratisert. I foreliggende oppfinnelse blir celluloseeteren brukt etter at dette hydratiseringstrinn har funnet sted.

Eksempler på celluloseetere som kan brukes i foreliggende oppfinnelse er karboksyetylcellulose, og fortrinnsvis hydroksyetylcellulose. Viskositeten på en opplosning av celluloseeter er. avhengig av molekylvekten på celluloseeteren og mengden av celluloseeter i opplosningen. Det er foretrukket å bruke en mengde av en gitt celluloseeter som er tilstrekkelig til å gi en tilsynelatende Fann-viskositet (500/2) på minst 20 centipoise i ren vandig opplosning, dvs. et fravær av salter såsom ferriklorid. Fann-viskositeten bestemmes ved å bruke et Fann-viskometer, og dette er en velkjent prove i oljeindustrien.

Molekylvekten på celluloseetere vil vanligvis indikeres av viskositeten på en standardopplosning under standardbetingelser mer enn. ved hjelp av gitte molekyl-vektsverdier. Spesielt i oljeindustrien er det onskelig å ha opplosninger med lavt innhold av faste stoffer, og det er derfor foretrukket å bruke en celluloseeter som.har en viskositet på minst 70.000 centipoise ved 25°C ved en skjærhastighet på 1 sek. ^ ved en 2% vektkonsentrasjon i rent vann. Et eksempel på en slik forbindelse er en kvali-tet av "Cellosize" hydroksyetylcellulose som betegnes med "100M".

Den foretrukne celluloseeteren er hydroksyetylcellulose, og den foretrukne hydroksyetylcellulosen er de hvor graden av substitusjon, dvs. det midlere tall av hydroksylgrupper i cellulosen som bærer grupper avledet av etylenoksyd, fortrinnsvis ligger i området fra 0,8 - 1,2. Den.molare substitusjonen, dvs. det midlere tall av etylenoksydmolekyler som har reagert med hver anhydro-glukoseenhet i cellulosen, ligger fortrinnsvis i området fra 1,7 - 2,3.

Ferrisaltet kan f,.eks. være ferrialum, men er fortrinnsvis ferriklorid. Alkaliet kan f.eks. være ammo-niumhydroksyd, natriumhydroksyd eller kaliumhydroksyd, og det er fortrinnsvis natriumhydroksyd.

Så snart man har lært hvorledes man kan . fremstille tiksotropiske vandige opplosninger av celluloseetere ifolge foreliggende oppfinnelse, så kan man ved hjelp av enkle prover raskt bestemme de mengder av materialer som er nddvendige for å få optimale resultater. Den mengde celluloseeter som er nodvendig for å gi gode tiksotropiske egenskaper vil være avhengig av mengden av vannopplbselige ioner-som er tilstede i den vandige opplosningen. Det vil således være behov for stbrre mengder av celluloseeter i nærvær av vannopplbselige salter. Det er imidlertid et trekk ved foreliggende oppfinnelse at man kan fremstille tiksotropiske opplosninger i nærvær av konsentrasjoner av opploste salter som ville ha en meget skadelig effekt på tiksotropiske opplosninger fremstilt ved tidligere kjent teknikk.

Mengden av ferrisaltet er fortrinnsvis ekvivalent til minst 0,05 vekt-% ferriklorid basert på vekten av den totale opplosningen, og er fortrinnsvis ikke mer enn 0,4%, fortrinnsvis maksimalt 0,3 vekt-% av den totale opplosningen. Mengden av alkali som er tilstede er for-.trinnsvis ekvivalent til minst 0,5 vekt-% natriumhydroksyd basert på den totale opplosningen. Det er foretrukket at man ikke bruker mer enn ekvivalent til 2 vekt-% natriumhydroksyd basert.på den totale opplosningen, fortrinnsvis maksimalt 1,5 vekt-%.

Oppfinnelsen vil nå bli illustrert med henvisning de folgende eksempler. I disse eksempler er det referert til Fann-viskositet og til gelstyrke. Fann-viskositeten er en standardprove som brukes i oljeindustrien og utfores ved å bruke et Fann-viskometer som selges av Baroid Division of NL Industries Inc. En beskrivelse av Fann-viskositets-bestemmelsen og målinger av gelstyrken er gitt i avsnitt 900 i the Baroid Drilling Mud Data Book.

Alle eksperimenter' ble utfort ved å bruke en hydroksyetylcelluloseopplosning fremstilt av "Cellosize QP-100MH", som er en hydroksyetylcellulose med en viskositet på omkring 100.000 centipoise ved 25°C i en 2% opplosning ved en skjærhastighet på 1 sek.<->"<1>" med en substi-tusjons grad på ca. 1 og en molar substitusjon på ca. 2. Hydroksyetylcelluloseopplosningene er alle fremstilt i' hydratisert form. Opplosninger av ferrikloridheksahydrat og natriumhydroksyd ble tilsatt hydroksyetylcelluloseopplosningene slik at man fikk den konsentrasjon basert på

den totale opplosningen som er angitt i tabellene. Ferri-kloridopplosningen var fremstilt av 100 g FeC1^6H20 og 200 g. vann foruten 1 dråpe M2S0^(konsentrert.

Den brukte natriumhydroksydopplosningen inneholdt 20 vekt-% natriumhydroksyd.

Noen av oppløsningene ble fremstilt ved å bruke ferskvann, og resultatene er angitt i tabellene 1 og 2. Andre-opplosninger ble fremstilt ved å bruke sjbvann eller sjovann pluss 5 vekt-% KC1. Resultatene er angitt i tabell 3.

Claims (12)

1. Ikke-hydraulisk, tiksotropisk, vandig væske, karakterisert ved å innbefatte en celluloseeter og en effektiv mengde av ferrihydroksyd.

2. Tiksotropisk væske ifolge krav 1, karakterisert ' ved at celluloseeteren er hydroksyetylcellulose.

3. Fremgangsmåte for fremstilling av en ikke-hydraulisk, tiksotropisk, vandig væske, karakterisert v e d at man blander en vandig opplosning av en hydratisert celluloseeter og et vannopploselig ferrisalt med et vannopploselig alkali, hvorved man får en alkalisk opplosning i fravær av en effektiv mengde av en hydraulisk .forbindelse. i

4. Fremgangsmåte ifolge krav 3> karakterisert ved at celluloseeteren er...., hydroksyetylcellulose.

5. Fremgangsmåte ifolge krav 3 eller 4, k a r a k-^terisert ved at mengden og molekylvekten på den brukte celluloseeteren er tilstrekkelig til å gi en tilsynelatende Fann-viskositet (600/2) på minst 20 centipoise i ren vandig opplosning.

6. Fremgangsmåte ifolge ethvert av kravene 3-5, karakterisert vedat celluloseeteren har en viskositet på minst 70.000 centipoise ved 25 C ved en sk jærhastighet på 1 sek. <-> "'" ved en 2 vekt-% konsentrasjon i rent vann.

7. Fremgangsmåte ifolge ethvert av kravene 3-6, karakterisert ved at celluloseeteren er i en hydroksyetylcellulose med en substitusjonsgrad varierende fra 0,8-1,2.

8. Fremgangsmåte ifolge krav 7, karakterisert ved at hydroksyetylcellulosen har en molar substitusjon varierende fra 1,7 - 2,3.

9. Fremgangsmåte ifolge ethvert av kravene 3-8, karakterisert ved at nevnte ferrisalt er ferriklorid.

10. ' Fremgangsmåte ifolge ethvert av kravene 3-9, karakterisert ved at det nevnte alkali er natriumhydroksyd.

11. Fremgangsmåte ifolge ethvert av kravene 3 - 10, karakterisert ved at mengden av ferrisaltet er ekvivalent til minst 0,05 vekt-% og ikke mer enn 0,4 vekt-%.basert på den totale oppløsningens vekt.

12. Fremgangsmåte ifolge ethvert av kravene 3 - H> karakterisert ved at mengden av tilstede-værende alkali er ekvivalent til .en mengde av natriumhydroksyd varierende fra 0,5-2 vekt-% av den totale opplosningen.