NO832281L

NO832281L - PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF A SOLID ALFA ALUMINUM OXYD MONONHYRATE.

Info

Publication number: NO832281L
Application number: NO832281A
Authority: NO
Inventors: Jacob Block
Original assignee: Grace W R & Co
Priority date: 1982-06-23
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1983-12-27
Also published as: GB8316521D0; GB2123804B; GB2123804A

Abstract

Et »<-aluminiumoksydmonohydrat (AIO(OH)) pulver fremstilles ved å omsette en sur reaktant og en basisk reaktant hvorav minst en av reaktantene inneholder aluminium, i et vandig medium i andeler til å gi en opplsning med pH 7,5-10. Den erholdte blanding opp-varmes til 60-100 oC i 2-7 h, hvoretter overskudds-vann fjernes og produktet tørkes. Det tørkede faste produkt kan lett redispergeres i vann til å gi en skjærhastighetsfortynnende væske, uten anvendelse av ' dispergeringsmidler eller høye skjærhastigheter, og. den erholdte væske er egnet for anvendelse som borevæske. jA »<-alumina monohydrate (AIO(OH)) powder is prepared by reacting an acidic reactant and a basic reactant of which at least one of the reactants contains aluminium, in an aqueous medium in proportions to give a solution of pH 7.5-10. The resulting mixture is heated to 60-100 oC for 2-7 h, after which excess water is removed and the product is dried. The dried solid product can be readily redispersed in water to provide a shear rate thinning liquid, without the use of dispersants or high shear rates, and. the fluid obtained is suitable for use as a drilling fluid. j

Description

I Fo■ reli■ ggende oppfinnelse vedrører en forbedret fremgangsmIåt<e>_ ved fremstilling av en ny form av et °c- aluminiumoksydmonjo-tiydratpulver som er nyttig som et skjærhastighetsfortynnende materiale i borevæsker. The following invention relates to an improved process for the production of a new form of °c-alumina monohydrate powder which is useful as a shear rate-diluting material in drilling fluids.

Fra US patent nr. 4.24 0.915 beskrives vannbaserte, leirfrie ."berevæsker- som er nyttige ved boring av hull i underjordiske formasjoner og som inneholder vann, en vanntapsinhibitor, US Patent No. 4,240,915 describes water-based, clay-free "preparation fluids" useful in drilling holes in underground formations and containing water, a water loss inhibitor,

et vektforøkende middel og aluminiumhydroksydviskositets-forøkende middel, fremstilt i et vandig medium ved å bringe a weight increasing agent and aluminum hydroxide viscosity increasing agent, prepared in an aqueous medium by bringing

i kontakt og blande under en høy grad av omrøring en sur reaktant og en basisk reaktant hvori minst en av den surp eller basiske reaktant inneholder aluminium. Den sure reaktant kan enten være en uorganisk syre eller et salt av ep sterk syre og en svak base. Disse vandige blandinger inneholder en betydelig mengde vann og er kostbare å transportere. in contact and mixing under a high degree of agitation an acidic reactant and a basic reactant wherein at least one of the acidic or basic reactant contains aluminum. The acidic reactant can either be an inorganic acid or a salt of a strong acid and a weak base. These aqueous mixtures contain a significant amount of water and are expensive to transport.

Faolur må inniuemdhsyedtrtoe kvsyedkt. en Imaiv dlveartnnid et nåer r dfoert søek r utøtrføkret t vfoir l å tørké Faolur must inniuemdhsyedtrtoe kvsyedkt. a Imaiv dlveartnnid et nower r dfoert search r extrfokret t vfoir l to dry

aluminiumhydroksydpulver vanligvis ikke lett dispergeres! tilbake i vann til å gi det opprinnelige skjærhastighetsfortynnende materiale. Således i den tørkede form vil det ikke være egnet for det påtenkte formål for anvendelse ved en brønn hvor det skulle være i stand til å dispergeres I aluminum hydroxide powder is usually not easily dispersed! back into water to give the original shear rate thinning material. Thus in the dried form it would not be suitable for the intended purpose of application at a well where it would be capable of being dispersed in

i vann til å gi en skjærhastighetsf ortynnende borevæske.lin water to produce a shear rate-thinning drilling fluid.l

! !

i in

I US patent nr. 4.244.835 beskrives en måte å løse dette problem med hensyn til redispergering av tørket aluminiumi-hydroksydpulver i vann. Det var nødvendig å tilsette en base såsom et vannoppløselig alkalimetallhydroksyd, karbonat eller oksyd til blandingen og det var ytterligere nødvendig å anvende høye skjærkrefter ved blindingen. Denne teknikk ikke bare krever tilstedeværelse av ytterligere kjemikalier som forøker omkostningene for borevæsken men også krever, blanding under anvendelse av høye skjærkrefter. I tillegg er håndtering av natriumhydroksyd eller lignende alkali | farlig og kan føre til at reaksjonsblandingens pH blir for høy, hvilket ville kreve justering med et surt materiale. US patent no. 4,244,835 describes a way to solve this problem with regard to the redispersion of dried aluminum hydroxide powder in water. It was necessary to add a base such as a water-soluble alkali metal hydroxide, carbonate or oxide to the mixture and it was further necessary to apply high shear forces in the blinding. This technique not only requires the presence of additional chemicals that increase the cost of the drilling fluid but also requires mixing using high shear forces. In addition, handling sodium hydroxide or similar alkali | dangerous and could cause the pH of the reaction mixture to become too high, which would require adjustment with an acidic material.

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å fremstille' et tørket aluminiumoksydmonohydratpulver inneholdende en ^-aLuminiumforbindelse som når den uttrykkes som AIO(OH) en mengde på minst ca. 35 vekt%. Et slikt"tørket pulver kan lett dispergeres i vann til å gi en høy skjærhastighets-j fortynnende væske med en liten n verdi i eksponentiallovj--modellen som vil bli omtalt senere på mindre enn 0,3 uten hjelp av store mengder syre, baser eller blanding med store skjærkrefter. It is an aim of the present invention to produce a dried aluminum oxide monohydrate powder containing a ^-aluminium compound which, when expressed as AIO(OH), amounts to at least approx. 35% by weight. Such a "dried powder" can be easily dispersed in water to give a high shear rate-j thinning liquid with a small n value in the exponential lovj- model that will be discussed later of less than 0.3 without the aid of large amounts of acid, bases or mixture with high shear forces.

Det er ytterligere en hensikt med foreliggende oppfinneljseThere is a further purpose of the present invention

å tilveiebringe et skjærhastighetsfortynnende aluminium-hydroksydmonohydrat i et vandig system ved under en høy j grad av omrøring omsette en sur reaktant og en basisk reaktant hvori minst en av den sure eller basiske reaktant iiInne--holder aluminium og deretter utnytte en spesiell varmebehandling til å gi et spesielt ø£-aluminiumhydroksydmonohydra1: til a „ gi aluminiumhydroksyd som deretter kan tørkes til i(et lavt vanninnhold og som lett kan redispergeres i vann til å gi et skjærhastighetsfortynnende materiale uten behov for store mengder av hjelpedispergeringsmidler eller utstyr for høyskjærhastighetsblanding. Det er ytterligere en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe et aluminiumhydroksydrviskositetsforøkende materiale som kan tørkes i en vesentlig større grad enn vanlig fremstilt <?d-aluminiumhydroksydmono-hydrat. to provide a shear rate-diluting aluminum hydroxide monohydrate in an aqueous system by reacting under a high j degree of agitation an acidic reactant and a basic reactant in which at least one of the acidic or basic reactant ii--contains aluminum and then utilizing a special heat treatment to give a particular ø£-aluminum hydroxide monohydra1: to a „ provide aluminum hydroxide which can then be dried to i(a low water content and which can be readily redispersed in water to provide a shear rate thinning material without the need for large amounts of auxiliary dispersants or high shear rate mixing equipment. It is further one purpose of the invention is to provide an aluminum hydroxide viscosity-increasing material which can be dried to a significantly greater extent than conventionally produced <?d-aluminum hydroxide monohydrate.

Disse og andre hensikter vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse. These and other purposes will be apparent from the following description.

Varmebehandling av en AlO(OH) gel før filtrering danner en form av eto£-aluminiumoksydmonohydrat som kan tørkes og senere lett redispergeres til å gi et skjærhastighetsfortynnende materiale. Formen for^-aluminiumoksydmonohydraitet beskrevet i .det etterfølgende er også kjent som boehmitt. Heat treatment of an AlO(OH) gel prior to filtration forms a form of eto£-alumina monohydrate which can be dried and later easily redispersed to give a shear rate thinning material. The form of β-alumina monohydrate described below is also known as boehmite.

En skjærhastighetsfortynnende gel fremstilles i den fore<I->etrnutken ne sofm orm opvpelød snå inbgleanr de elnlaer trisuomm afluamstinsatt ofofg er nastom riudmekrleotrteiidr tilsettes til vann og kombineres under høyhastighetsomrøiring. Andelene velges slik at det gis et produkt med en pH i -området 7,5-10,0. Deretter i henhold til foreliggende oppfinnelse blir reaksjonsproduktet oppvarmet til en temperatur på 60-100°C i 2-7 h hvoretter det fuktige, faste produkt gjenvinnes eksempelvis ved filtrering. Om ønsket kan det ;f-uktige produkt vaskes med vann for å fjerne biprodukt-saltene. Det faste produkt som kan foreligge i form av en filterkake ble deretter tørket til å gi et produkt inneholdende minst 35 vekt% AIO(OH). Produktet særpreges som å inneholde AlO(OH), spesielt fordi ved oppvarmning vil mesteparten av materialet være i boehmitt formen. Det er i det vesentlige ikke noe trihydrat tilstede såsom gibbsitt eller bayeritt. Da det også kan være noe aluminium tilstede i en forbindelsesform forskjellig fra boehmitt blir meneden av tilstedeværende aluminium uttrykt ved å medta aluminilum i de forskjellige forbindelser og uttrykke det som «<-alumin--iumoksydmonohydrat med formelen AlO(OH) . Det tørkede pr<q>dukt kan dispergeres i vann til dets opprinnelige skjærhasti^hets-fortynnende gelform. A shear rate-thinning gel is prepared in the fore<I->etrnutken ne sofm orm opvpelöd snä inbgleanr de elnlaer trisuomm afluamstinsatt ofofg is nastom riudmekrleotrtteiidr added to water and combined under high-speed stirring. The proportions are chosen so that a product with a pH in the range 7.5-10.0 is obtained. Then, according to the present invention, the reaction product is heated to a temperature of 60-100°C for 2-7 hours, after which the moist, solid product is recovered, for example by filtration. If desired, the volatile product can be washed with water to remove the by-product salts. The solid product which may be in the form of a filter cake was then dried to give a product containing at least 35% by weight AIO(OH). The product is characterized as containing AlO(OH), especially because upon heating most of the material will be in the boehmite form. There is essentially no trihydrate present such as gibbsite or bayerite. As there may also be some aluminum present in a compound form different from boehmite, the amount of aluminum present is expressed by including aluminum in the various compounds and expressing it as "<-aluminum oxide monohydrate" with the formula AlO(OH). The dried product can be dispersed in water to its original shear rate-thinning gel form.

I I I I

■ i Tidligere har<^-aluminiumoksydmonohydrat som er egnet fojr etterfølgende dispergering i en vandig borevæske blitt tør-ket til et relativt fuktig pulver med en konsentrasjon av AIO(OH) på ca. 2 0% med de gjenværende 8 0% vann og biprodukt-salter. Hvis pulveret ble tørket til en vesentlig høyere ^-aluminiumoksydmonohydratkonsentrasjon kunne det ikke i senere dispergeres i vann og tjene som et effektivt visko- l sitetsforøkende middel. For disse relativt fuktige 20%-i• ge !I ^-aluminiumoksydmonohydratpulverblandinger er vekten av jvann og salt 4 ganger så meget som vekten av «*c-aluminiumoksydmonohydrat. Med andre ord vekten av vann og salt er 4 00 % i av vekten av tilstedeværende oO-aluminiumoksydmonohydrat. In the past, α-alumina monohydrate, which is suitable for subsequent dispersion in an aqueous drilling fluid, has been dried to a relatively moist powder with a concentration of AIO(OH) of approx. 20% with the remaining 80% water and by-product salts. If the powder was dried to a substantially higher ^-alumina monohydrate concentration, it could not later be dispersed in water and serve as an effective viscosity-increasing agent. For these relatively moist 20%-i• ge !I ^-alumina monohydrate powder mixtures, the weight of jwater and salt is 4 times as much as the weight of «*c-alumina monohydrate. In other words, the weight of water and salt is 400% of the weight of oO-alumina monohydrate present.

Dette er en meget betydelig vannmengde. For å redusere transportomkostningene er det ønskelig å være i stand til ytterligere å senke vanninnholdet samtidig som det erholides i et aluminiumoksydmonohydratpulver som lett kan dispergeries i vann. Ved å underkaste aluminiumhydroksydet for den ter- . miske behandling i henhold til foreliggende oppfinnelse er det mulig ytterligere å tørke ©<--aluminiummonohydratpulvéret ""dg" således signifikant nedsette vanninnholdet, samtidig som det bibeholdes et pulver som lett kan dispergeres i vanr og som er et effektivt viskositetsforøkende middel og som fremdeles bibeholder skjærhastighetsfortynnende egenskaper "fetter at det er utsatt for brønnbunnhulltemperaturer på 12-0°C eller høyere. This is a very significant amount of water. In order to reduce transport costs, it is desirable to be able to further lower the water content at the same time as it is contained in an aluminum oxide monohydrate powder which can be easily dispersed in water. By subjecting the aluminum hydroxide to the ter- . mical treatment according to the present invention, it is possible to further dry the ©<--aluminium monohydrate powder ""dg" thus significantly reducing the water content, while maintaining a powder which can be easily dispersed in water and which is an effective viscosity-increasing agent and which still retains shear rate-thinning properties “assume that it is exposed to wellbore temperatures of 12-0°C or higher.

De fleste fuktigeoc-aluminiumhydroksydmonohydratpulvereMost moist oc aluminum hydroxide monohydrate powders

kan tørkes ved høyere temperaturer for å nedsette vanninnholdet. Imidlertid vil de således erholdte pulvere ikke være redispergerbare i vann uten ved hjelp av ytterligere dispergeringsmidler. I henhold til foreliggende oppfinnelsej er det mulig å oppnå et tørt ©^-aluminiumoksydmonohydratpulver hvor vekten av tilstedeværende vann er redusert fra 400? til 200% eller mindre, regnet på vekten av tilstedeværende «^-aluminiumoksydmonohydrat. can be dried at higher temperatures to reduce the water content. However, the powders thus obtained will not be redispersible in water without the aid of additional dispersants. According to the present inventionj it is possible to obtain a dry ©^-alumina monohydrate powder where the weight of water present is reduced from 400? to 200% or less, based on the weight of "^-alumina monohydrate present.

<<-aluminiummonohydratmiddel som er nyttig er i det vesentlige vannuoppløselig . Det danner en sk jærhastighetsf or-f << aluminum monohydrate agent which is useful is essentially water insoluble. It forms a so-called shear velocity f or-f

i tynnende dispersjon i vandige systemer. Ytterligere utviser in thinning dispersion in aqueous systems. Additional exhibitor

^-aluminiumoksydmonohydratmidlet et definert, karakteristisk røntgenstrålediffraksjonsspektrum med en hovedkarakterisier-J ende diffraksjonstopp ved 6,11 Å. Spekteret kan bestemmes I ved standardteknikker under anvendelse av en K-^duplett av kobber som strålingskilde. ■i I The ^-alumina monohydrate agent has a defined, characteristic X-ray diffraction spectrum with a main characteristic diffraction peak at 6.11 Å. The spectrum can be determined by standard techniques using a K-^ doublet of copper as the radiation source. ■i I

Konvensjonelle <*i-aluminiumoksydmonohydratpulvere såsom "Catapal" (Conoco) kan kun med vanskelighet dispergeres i j vann til å gi et viskositetsforøkende middel. Disse konVen-j sjonelle pulvere krever høye skjærkrefter eller sterke syrer eller baser som dispergeringsmidler. Det varmebehandlede Conventional <*i-alumina monohydrate powders such as "Catapal" (Conoco) can only be dispersed in water with difficulty to provide a viscosity increasing agent. These conventional powders require high shear forces or strong acids or bases as dispersants. The heat treated

©c-aluminiummonohydrat i henhold til foreliggende oppfinnelse kan dispergeres lett uten for høye skjærkrefter eller sterke syrer eller baser. Den vandige suspensjon eller dispersjon av det varmebehandledeoC-aluminiumoksydmonohydratmiddelJi<i>henhold til oppfinnelsen med den ovenfor beskrevne røntgen-strålekarakteristikk er i stand til å tilveiebringe ikk4- ©c-aluminum monohydrate according to the present invention can be dispersed easily without too high shear forces or strong acids or bases. The aqueous suspension or dispersion of the heat-treated oC-alumina monohydrate agent according to the invention with the above-described X-ray characteristics is capable of providing ikk4-

Newtonsk pseudoplastiske egenskaper til et vandig systemJ j^-aluminiumoksydmonohydratmiddelet kan initialt dannes på kjent måte under i det vesentlige basiske betingelser. Det gis deretter den spesielle termiske behandling i henhold til foreliggende oppfinnelse. Middelet har hydroksylgrupper som en integrert del av middelets sammensetning innebefattende biandet hydreringsvann. Newtonian pseudoplastic properties of an aqueous system The j^-alumina monohydrate agent can initially be formed in a known manner under essentially basic conditions. It is then given the special thermal treatment according to the present invention. The agent has hydroxyl groups as an integral part of the agent's composition, including mixed water of hydration.

Forskjellige fremgangsmåter er velkjente for å danne det ønskede middel. Det er funnet at som følge av aluminiumets amfotære natur kan^-aluminiumoksydmonohydratmiddelet i henhold til oppfinnélsen dannes ved å bringe i kontakt en vandig oppløsning eller suspensjon av et surt eller basisk alumxnium-inneholdende forløpermateriale med et nøytraliseringsmiddel eller hvori både en sur forløper og en basisk forløper bringes til omsetning. Tilsetningsrekkefølgen er ikke viktig og reaktantene kan tilsettes i hvilken som helst rekkefølge eller samtidig. Various methods are well known to form the desired agent. It has been found that due to the amphoteric nature of aluminum, the ^-alumina monohydrate agent of the invention can be formed by contacting an aqueous solution or suspension of an acidic or basic aluminum-containing precursor material with a neutralizing agent or in which both an acidic precursor and a basic precursor is brought to market. The order of addition is not important and the reactants can be added in any order or simultaneously.

Det basiske forløpermaterialet kan være et alkalimetallaluminat som bringes i kontakt med en tilstrekkelig mengde av. et surt middel såsom en uorganisk mineralsyre, eksempelvis svovel-syre, saltsyre, salpetersyre o.l. og fortrinnsvis saltsyre, eller med et salt av en sterk syre og en svak base for å nedsette oppløsningens pH til innen områdene beskrevet i det The basic precursor material may be an alkali metal aluminate contacted with a sufficient amount of. an acidic agent such as an inorganic mineral acid, for example sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, etc. and preferably hydrochloric acid, or with a salt of a strong acid and a weak base to lower the pH of the solution to within the ranges described in the

i etterfølgende og derved omdanne aluminatet til <<.-aluminium- in subsequent and thereby converting the aluminate into <<.-aluminium-

I IN

oksydmonohydratmiddelet, som anvendes i henhold til foreliggende oppfinnelse. Syren kan anvendes i et svakt overskudd og deretter tilbaketitreres med en base til den ønskede pH for å sikre omdannelse av forløperen til hydroksydet. Alu-minatforløperen kan være et hvilket som helst kommersielt tilgjengelig alkalimetallaluminat eller aluminatet kan fremstilles ved konvensjonelle teknikker, såsom ved innvirkning av en base på aluminium eller aluminiumoksyd. Aluminatet vil normalt ha et alkalimetalloksyd til aluminiumoksydmol-forhold i området 1:1 til 2:1. the oxide monohydrate agent, which is used according to the present invention. The acid can be used in a slight excess and then back-titrated with a base to the desired pH to ensure conversion of the precursor to the hydroxide. The aluminate precursor may be any commercially available alkali metal aluminate or the aluminate may be prepared by conventional techniques, such as by the action of a base on aluminum or alumina. The aluminate will normally have an alkali metal oxide to alumina mole ratio in the range of 1:1 to 2:1.

Egnede sure forløpermateriåler for fremstilling av ©c-aluminiumoksydmonohydratmiddelet er vannoppløselige, sure aluminijum- salter såsom aluminiumhalogenider, fortrinnsvis aluminium-,klorid såvel som aluminiumsulfat, aluminiumnitrat og lignends. Vandige oppløsninger av disse forløpermateriåler kan bringes i'kontakt med en tilstrekkelig mengde av en vannoppløselig base, såsom et alkalimetallhydroksyd, eksempelvis natriumhydroksyd, kaliumhydroksyd o.l. eller ammoniumhydroksyd oj<g>forårsake -at det resulterende vandige system har en pH i området som beskrevet i det etterfølgende og derved danne det ønskede aluminiumhydroksydmiddel. Basen bør anvendes i en mengde slik at slutt pH ligger i området 7,5-10. Suitable acidic precursor materials for the production of the ©c-aluminum oxide monohydrate agent are water-soluble, acidic aluminum salts such as aluminum halides, preferably aluminum chloride as well as aluminum sulfate, aluminum nitrate and the like. Aqueous solutions of these precursor materials can be brought into contact with a sufficient amount of a water-soluble base, such as an alkali metal hydroxide, for example sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like. or ammonium hydroxide to cause the resulting aqueous system to have a pH in the range as described below and thereby form the desired aluminum hydroxide agent. The base should be used in an amount so that the final pH is in the range 7.5-10.

Det ønskede«c-aluminiumoksydmonohydratmiddel kan også dannes fra et surt aluminiumforløpermateriale såsom et vannoppløse- The desired "c-alumina monohydrate agent" can also be formed from an acidic aluminum precursor material such as a water-soluble

i in

lig, surt aluminiumsalt som beskrevet ovenfor med et basisktlig, acidic aluminum salt as described above with a basic

i aluminat som beskrevet ovenfor ved å bringe i kontakt for-løpermaterialene i et vandig system i egnede forhold til å forårsake at det resulterende system har en pH innen det område, som beskrives i det etterfølgende. in aluminate as described above by contacting the precursor materials in an aqueous system in conditions suitable to cause the resulting system to have a pH within the range described below.

Aluminiumhydroksydmidlene.bør dannes i det vandige systemThe aluminum hydroxide agents should be formed in the aqueous system

som har en pH over 7,5 til ca. 10 og fortrinnsvis ved enjpHwhich has a pH above 7.5 to approx. 10 and preferably at enjpH

i området 8-9,5. Borevæsker dannet av slike vandige systeimer har en pH innen området 8-10,3 og fortrinnsvis 9-10 utviser de ønskede viskositetsegenskaper og ikke-Newtonsk pseudoplastisitet. i in the range 8-9.5. Drilling fluids formed from such aqueous systems have a pH within the range 8-10.3 and preferably 9-10 exhibiting the desired viscosity properties and non-Newtonian pseudoplasticity. in

^-aluminiumoksydmonohydratmiddelet kan dannes i et vandig system. Det sure eller basiske forløpermaterialet kan være tilstede i en konsentrasjon på 5-50 vekt%, regnet på tilj-stedeværende vann. Konsentrasjonen kan variere utenfor dette området, men bør ikke være slik at omhyggelig blanding in-hiberes, fortrinnsvis under høyhastighetsomrøring, av reaktantene under dannelse av det «<-aluminiumoksydmonohydrat^ viskositetsforøkende middel. Etter dannelse, av «c-aluminium-oksydmonohydratet gis det den spesielle varmebehandling som muliggjør at det senere kan tørkes til et høyt faststoffinn-j The ^-alumina monohydrate agent can be formed in an aqueous system. The acidic or basic precursor material can be present in a concentration of 5-50% by weight, calculated on the water present. The concentration may vary outside this range, but should not be such that careful mixing, preferably under high speed stirring, of the reactants to form the "<-alumina monohydrate" viscosity increasing agent is inhibited. After formation, the "c-aluminum oxide monohydrate" is given a special heat treatment which enables it to later be dried to a high solids content.

i hold. Varmebehandlingen består i oppvarming til en temperatur i området 60-100°C i 2-7 h. Hvis varmebehandlingen utføres over en lengre periode vil materialet bli krystallinsk bg in hold. The heat treatment consists of heating to a temperature in the range of 60-100°C for 2-7 h. If the heat treatment is carried out over a longer period, the material will become crystalline bg

,tape dets ønskelige rheologiske egenskaper, dvs. det kan ikke lenger utsettes for en behandling ved 120°C i 16 h og '-fremdeles beholde denønskede rheologi. lose its desirable rheological properties, i.e. it can no longer be subjected to a treatment at 120°C for 16 h and still retain the desired rheology.

Det ovenfor beskrevne varmebehandlede <<.-aluminiumoksydmorio-hydrat er i stand til å danne leirfrie (betegnelsen "leir-:."fri" anvendes for å angi fravær av borevæske-viskositetsj-forøkende leirer som en vesentlig bestanddel av væsken og The heat-treated alumina moriohydrate described above is capable of forming clay-free (the term "clay-free" is used to indicate the absence of drilling fluid viscosity-increasing clays as a significant component of the fluid and

ikke til andre materialer som inneholdes deri) vannbaserte not to other materials contained therein) water-based

.borevæsker (betegnelsen "væske" eller "system" anvendt i det etterfølgende henviser til vann inneholdende øc-aluminiumj-oksydmonohydratmiddel i henhold til oppfinnelsen i oppløs-ning, suspensjon eller dispersjon) som har egnede rheologiske .drilling fluids (the term "liquid" or "system" used in the following refers to water containing øc-aluminium j-oxide monohydrate agent according to the invention in solution, suspension or dispersion) which have suitable rheological

i viskositetsegenskaper og ikke-Newtonsk pseudoplastisitetj, dvs. at viskositeten av den resulterende, vannbaserte borevæske varierer inverst med hensyn til skjærhastigheten s<j>om væsken utsettes for. Forholdet mellom skjærspenning i for- in viscosity properties and non-Newtonian pseudoplasticity, i.e. that the viscosity of the resulting water-based drilling fluid varies inversely with respect to the shear rate to which the fluid is subjected. The relationship between shear stress in

i hold til skjærhastighet kan defineres som det rheologisk^e eksponentiallovmodellforholdet, nemlig= K (V)<n>hvor "f angir skjærspenningen som påvirker det vandige system avi borevæsken i enhetene dynes/cm ; ^ er skjærhastigheten ij enheter resiprok tid såsom s ^, K er en konstant med en in terms of shear rate can be defined as the rheological exponential law model relationship, namely = K (V)<n>where "f denotes the shear stress affecting the aqueous system avi the drilling fluid in the units dynes/cm ; ^ is the shear rate ij units reciprocal time such as s ^ , K is a constant with one

i verdi for skjærspenningen av det spesielle system ved en' sk jærhastighet på 1 s -1 , n er en tallverdi større enn 0.:' Vannbaserte borevæsker inneholdende foreliggende beskrevne varmebehandlede ^-aluminiumoksydmoriohydratviskositetsfor-tykkende middel utviser skjærspenningsegenskaper (f) ved; in value for the shear stress of the particular system at a shear rate of 1 s -1 , n is a numerical value greater than 0.:' Water-based drilling fluids containing the present described heat-treated ^-alumina hydrate viscosity thickening agent exhibit shear stress properties (f) at;

varierende skjærhastigheter (<jf) i området 10-400 s , dvs. i området som normalt oppstår i det ringformede området I varying shear rates (<jf) in the range 10-400 s, i.e. in the range that normally occurs in the annular region I

i et borehull, slik at n i eksponentiallovforholdet har j en verdi på mindre enn ca. 0,3. Slike systemer utviser derfor 1 i ikke-Newtonske, pseudoplastiske egenskaper i en særlig høy og ønskelig grad. in a borehole, so that n in the exponential law relationship j has a value of less than approx. 0.3. Such systems therefore exhibit 1 in non-Newtonian, pseudoplastic properties to a particularly high and desirable degree.

i i in i

I IN

Ved avsetning av log skjærspenning langs ordinaten mot j log skjærhastighet på abscissen i en grafisk fremstilling vil helningsvinklene og krysningspunktene tilveiebringe I nyttig informasjon. Ved lave skjærhastigheter såsom i området 10-400 s slik som oppstår i det ringformede området i borehull bør skjærspenningen forøke med en lav hastighet i forhold til skjærhastigheten som materialet utsettes f<j>or, ""-hvilket observeres som en liten helningsvinkel (eller lajv n verdi i henhold til eksponentiallovforholdet) for kurvjen. : Jo mindre helningsvinkel for n verdien innen dette området When plotting log shear stress along the ordinate versus j log shear rate on the abscissa in a graphical representation, the inclination angles and intersection points will provide I useful information. At low shear rates such as in the range of 10-400 s as occurs in the annular region in boreholes, the shear stress should increase at a low rate in relation to the shear rate to which the material is subjected, ""-which is observed as a small inclination angle (or lajv n value according to the exponential law relationship) for the curve. : The smaller the angle of inclination for the n value within this range

desto mere ønskelig er væsken. I visse tilfeller kan helnincs-,:v-inkelen være kontinuerlig eller utvise segmentvise forand-ringer, men det bør bibeholdes en n verdi på ca. 0,3 eller •mindre. Ved høyere skjærhastigheter, såsom over 50 000 s ^, the more desirable the liquid. In certain cases, the helnincs-:v-inkle may be continuous or exhibit segmental changes, but an n value of approx. 0.3 or less. At higher shear rates, such as above 50,000 s^,

■ slik som kan oppstå i området for borehodet under en bore-operasjon bør væsken ha en lav viskositet, dvs. ha en viskositet tilnærmet den for vann da dette muliggjør høye bor|e-hastigheter. Ved slike viskositeter vil væsken tilnærmej seg en Newtonsk væske og det er en forøkning i helningsvinkelen for kurven hvor n har en verdi som er tilnærmet eller lik 1, Verdien for K i eksponentiallovforholdet er skjærspennings-verdier bestemt eller :ekstrapolert for skjærhastigheter pa 1 s 1 og er ekvivalent til viskositeten for det vandige system ved Is"*". ■ as may occur in the area of the drill head during a drilling operation, the liquid should have a low viscosity, i.e. have a viscosity close to that of water, as this enables high drilling speeds. At such viscosities, the liquid will approach a Newtonian liquid and there is an increase in the angle of inclination of the curve where n has a value close to or equal to 1. The value for K in the exponential law relationship is shear stress values determined or: extrapolated for shear rates of 1 s 1 and is equivalent to the viscosity of the aqueous system at Is"*".

I i I tillegg til at det er funnet at det varmebehandlede «KL-alur miniumoksydmonohydratmiddel tilveiebringer ønsket viskosi i-<I>jtet og pseudoplastisitet til vannbaserte borevæsker er det ! ytterligere funnet at middelet har en utmerket stabilitet overfor temperatur, kalsium- og natriumsalter, samt forskjel-i In addition to the fact that the heat-treated "KL-alur minium oxide monohydrate agent has been found to provide the desired viscosity and pseudoplasticity to water-based drilling fluids, it is ! further found that the agent has an excellent stability against temperature, calcium and sodium salts, as well as difference-i

lige andre tilstander som er ønskelig for en væske som an- ijust other conditions that are desirable for a liquid that an- i

1 vendes ved rotasjonsboring i borehull o.l. Borevæsker inne-| ■ I 1 is reversed when rotary drilling in boreholes etc. Drilling fluids in-| ■ I

holdende foreliggende varmebehandlede <,-aluminiumoksydmono-hydratmiddel er funnet å utvise en høy grad av stabilitet med hensyn til dets rheologiske egenskaper under forskjellige while the present heat-treated <,-alumina monohydrate agent has been found to exhibit a high degree of stability with respect to its rheological properties under various

f i alvorlige betingelser. Slike væsker er funnet å være stabile etter å ha vært underkastet forhøyede temperaturer i betyde-lige tidsperioder mot høye skjærhastigheter slik som på- j treffes nær borehodet, såvel som å være stabil i nærvær av | forskjellige -korrosive elementer såsom kalsiumklorid og nat-i riumklorid som kan være tilstede i slike væsker. f in severe conditions. Such fluids have been found to be stable after being subjected to elevated temperatures for significant periods of time against high shear rates such as are encountered near the drill head, as well as being stable in the presence of | various -corrosive elements such as calcium chloride and sodium chloride which may be present in such liquids.

I Den høye grad og stabilitetsbredde for den oppnådde boré-væske,når den kombineres med evnen til å utvise ikke- | I The high degree and breadth of stability of the obtained Boré fluid, when combined with the ability to exhibit non- |

Newtonske,pseudoplastiske egenskaper under varierende lave skjærhastigheter i området 10-400 s eller mere, slik som ^-oppstår i det ringformede området mellom borestammen og j borehullveggen hjelper til å forøke boreeffektiviteten, dvs. borehastigheten av borehullet. Borevæsker med konsentra-sjoner på 0,5-5 %, fortrinnsvis 2-3 % aktivt fast stoff, ;s-åsomcxl-aluminiumoksydmonohydrat, gir borevæskesystemer som har ønskede egenskaper. Newtonian, pseudoplastic properties under varying low shear rates in the range of 10-400 s or more, such as ^-occur in the annular region between the drill stem and the j borehole wall help to increase the drilling efficiency, i.e. the drilling speed of the borehole. Drilling fluids with concentrations of 0.5-5%, preferably 2-3% active solid, s-somcxl-alumina monohydrate, provide drilling fluid systems that have desired properties.

Borevæskesammensetningen kan inneholde andre konvensjonelle borevæsketilsetningsmidler såsom væsketapsinhibitorer, eksempelvis polyanionisk cellulose o.l. eller fornettet polyvinylalkohol, såsom beskrevet i US patentsøknad nr .j 239.079 av 27/2-1981. Borevæskeblandingen kan også inne-1 holde vektbefordrende middel, eksempelvis knuste østers-skjell, bariumoksyd o.l. The drilling fluid composition may contain other conventional drilling fluid additives such as fluid loss inhibitors, for example polyanionic cellulose and the like. or cross-linked polyvinyl alcohol, as described in US patent application no.j 239,079 of 27/2-1981. The drilling fluid mixture can also contain a weight-carrying agent, for example crushed oyster shells, barium oxide and the like.

Den anvendte betegnelse "vannbasert" omfatter generelt borevæsker som har en væskebase som i det vesentlige består av ferskvann eller saltvann. Det vil imidlertid forstås at enkelte ganger kan mindre mengder av andre væsker være emulgert eller blandet med den vannbaserte væske. F.eks. kan borevæsker til tider inneholde små mengder olje, emulgert eller blandet med borevæsken, hvor oljen enten kommer fra en oljeformasjon som det bores i, eller kun i visse betingelser kan være tilsatt med hensikt. The term "water-based" used generally includes drilling fluids that have a fluid base that essentially consists of fresh water or salt water. However, it will be understood that sometimes smaller quantities of other liquids may be emulsified or mixed with the water-based liquid. E.g. drilling fluids can sometimes contain small amounts of oil, emulsified or mixed with the drilling fluid, where the oil either comes from an oil formation that is being drilled in, or can only under certain conditions be added on purpose.

De beskrevne borevæsker utviser distinkte egenskaper i forhold til borevæsker hvori anvendes konvensjonelle viskosi- j tetsfremmende midler, såsom leirer, xantangummier eller syntetiske organiske polymerer. De beskrevne borevæsker er funnet å være stabile mot forskjellige salter som finnes i borevæskeblandinger, mens de vanlige anvendte leirer såsom j The described drilling fluids exhibit distinct properties compared to drilling fluids in which conventional viscosity-promoting agents are used, such as clays, xanthan gums or synthetic organic polymers. The described drilling fluids have been found to be stable against various salts found in drilling fluid mixtures, while the commonly used clays such as j

i in

bentonitt eller atapulgitt, normalt er følsomme for tilstedeværelse- av slike salter og mister sin evne til å tilveiebringe viskositet til væsker. Slike leirer bør derfor ikke anvendes som en viskositetsbefordrende bestanddel i foreliggende borevæske. Xantangummier kan også anvendes isom væskebefordrende midler i borevæsker, men er beheftet me^d bentonite or attapulgite, are normally sensitive to the presence of such salts and lose their ability to impart viscosity to liquids. Such clays should therefore not be used as a viscosity-enhancing component in the present drilling fluid. Xanthan gums can also be used as fluid carriers in drilling fluids, but are affected by

den ulémpe at de er kostbare og er ustabile under høye temperaturbetingelser. De foreliggende beskrevne borevæsker ""behøver ikke å inneholde slike varmef øl somme viskositetsbefordrende materialer såsom xantangummier og vil derfor bibeholde deres viskositet og pseudoplastisitet etter atj the disadvantage that they are expensive and are unstable under high temperature conditions. The present described drilling fluids ""do not need to contain such heat or other viscosity-promoting materials such as xanthan gums and will therefore retain their viscosity and pseudoplasticity after atj

de har vært utsatt for forhøyede temperaturer som normalt '•påtreff es~ i borehull. Syntetiske organiske polymerer såsom anvendes som viskositetsbefordrere i borevæsker er kostbare. og kan kun anvendes under spesielle forhold. Foreliggende vannbaserte, leirefrie borevæsker inneholdende som viskositetsbefordrende middel det varmebehandlede od-aluminiumokisyd--monohydrat middel beskrevet ovenfor har en pH i området they have been exposed to elevated temperatures normally encountered in boreholes. Synthetic organic polymers such as those used as viscosity promoters in drilling fluids are expensive. and can only be used under special conditions. Existing water-based, clay-free drilling fluids containing as viscosity promoting agent the heat-treated od-aluminium oxide monohydrate agent described above have a pH in the range

i 8-10,3 er funnet å være stabile for temperatur, tilstedeværelse av kalsium- og natriumsalter og tilstedeværelse|av konvensjonelle borevæsker, er i det vesentlige ikke-korrosive og ikke-destruktive til metallutstyr som vanligvis anvendes ved drilleoperasjoner. Dette materialet kan anvendes med konvensjonelt borehullboreutstyr på kjent måte for en fagmann for effektivt å bore hull i underjordiske formasjoner. De pseudoplastiske egenskaper for foreliggende borevæske muliggjør effektiv fjernelse av spon fra området ved og rundt borehodet og tillater en mere effektiv boring av formasjonen. in 8-10.3 have been found to be stable to temperature, the presence of calcium and sodium salts and the presence|of conventional drilling fluids, are essentially non-corrosive and non-destructive to metal equipment commonly used in drilling operations. This material can be used with conventional borehole drilling equipment in a manner known to one skilled in the art to effectively drill holes in underground formations. The pseudoplastic properties of the present drilling fluid enable efficient removal of chips from the area at and around the drill head and allow more efficient drilling of the formation.

Oppfinnelsen skal nærmere beskrives under henvisning til de etterfølgende eksempler. The invention shall be described in more detail with reference to the following examples.

I IN

i i j i i j i i j i i j

i i in i

Eksempel 1 I Example 1 I

Dette eksempel viser fremstilling av def-ønskede produkt. Natriumaluminat (124,8 g "Nalco 680") ble oppløst i 2800 g vann. Deretter ble 99,2 g A1C13. 6H20 tilsatt under høy-hastighetsomrøring. Et gelatinaktig produkt ble dannet og omrøringen ble fortsatt i 20 min. Omrøring ble deretter stoppet og gelen fikk henstå for tetning i 16 h. Etter for-nyet omrøring med høy hastighet ble pH justert til 9,5 med Nå2C og materialet ble oppvarmet til 80-90°C under omrøring This example shows the production of the desired product. Sodium aluminate (124.8 g "Nalco 680") was dissolved in 2800 g of water. Then 99.2 g of A1C13. 6H 2 O added under high-speed stirring. A gelatinous product formed and stirring was continued for 20 min. Stirring was then stopped and the gel was left to seal for 16 h. After renewed stirring at high speed, the pH was adjusted to 9.5 with Na2C and the material was heated to 80-90°C with stirring

i 6 h. Etter oppvarming ble rheologien bestemt og n ble funnet å være 0,25 og K 5,2. Produktet ble filtrert og vasket to ganger med 500 ml vann hver gang. Kaken ble tørket under vakuum ved romtemperatur til et tørt pulver som hadde den følgende sammensetning: A1~0.,, 4 0,1%; NaClo , 3,1' %; totale flyktige bestanddeler ved oppvarmning til 925 C, 57,0%. Materialet ble malt og siktet gjennom en US standard 16 mesh sikt. Røntgenstrålediffraksjonsanalyse viste at produktet var <*/-aluminiumoksydmonohydrat med en krystallittstørrelse på 35 Å -enheter.<1>for 6 h. After heating, the rheology was determined and n was found to be 0.25 and K 5.2. The product was filtered and washed twice with 500 ml of water each time. The cake was dried under vacuum at room temperature to a dry powder having the following composition: A1~0.,, 4 0.1%; NaCl, 3.1%; total volatiles when heated to 925 C, 57.0%. The material was ground and sieved through a US standard 16 mesh sieve. X-ray diffraction analysis showed that the product was <*/-alumina monohydrate with a crystallite size of 35 Å units.<1>

Eksempel 2Example 2

■ Dette eksempel viser virkningen av produktet fremstilt i eksempel 1. ■ This example shows the effect of the product prepared in example 1.

En blanding av 4,2 deler av produktet ifølge eksempel 1 og | 95,8 deler vann ble blandet i 20 min. i en "Hamilton Beach" i blander. Den ferdige blanding inneholdt 2,0% AIO(OH). Etter : blanding med lav skjærhastighet i 4 h med en omrører av propelltypen ble materialet ytterligere blandet i 5 min. i j en "Hamilton Beach" blander. Rheologien ble bestemt ("Haake RV-3" med en "MV-1" rotor) og n ble funnet å være 0,3 og A mixture of 4.2 parts of the product according to example 1 and | 95.8 parts of water were mixed for 20 min. in a "Hamilton Beach" in mixers. The finished mixture contained 2.0% AIO(OH). After: low shear mixing for 4 h with a propeller type stirrer, the material was further mixed for 5 min. i j a "Hamilton Beach" mixer. The rheology was determined ("Haake RV-3" with an "MV-1" rotor) and n was found to be 0.3 and

K var 1,25. Disse verdier er godt sammenlignbare med den opprinnelige, mere konsentrerte AIO(OH) blanding før filtrerinc som hadde et AIO(OH) innhold på 3,1% og med en n lik 0,25 ogj K lik5,2. I K was 1.25. These values are well comparable with the original, more concentrated AIO(OH) mixture before filtration, which had an AIO(OH) content of 3.1% and with an n equal to 0.25 and j K equal to 5.2. IN

i i in i

. Eksempel 3 Dette eksempel viser at et tørket AlO(OH} produkt fremstilt -uten oppvarmningstrinnet alene ikke kan 'redispergeres ti... å gi en skjærhastighetsf ortynnende væske." En AIO(OH) gel ble fremstilt som i eksempel 1, bortsett fra ."at oppvarmningstrinnet før filtrering ble utelatt. Produktet ble tørket til kun 25,5% Al^ O-^ i stedet for 40,1% som i i eksempel 1. Produktets sammensetning var: A^O^, 25,5%, NaCl, 2,5%, totale flyktige bestanddeler ved oppvarming til 925°C var 71,8%. . Example 3 This example shows that a dried AlO(OH) product prepared -without the heating step alone cannot be 'redispersed ti... to give a shear rate thinning liquid." An AlO(OH) gel was prepared as in Example 1, except . "that the heating step before filtration was omitted. The product was dried to only 25.5% Al^O-^ instead of 40.1% as in Example 1. The composition of the product was: Al^O^, 25.5%, NaCl, 2.5%, total volatiles when heated to 925°C was 71.8%.

Produktet ble behandlet som i eksempel 2 til å gi 2% AlO(OH) i vann. Materialet lot seg ikke redispergere og rheologien var Newtonsk fordi verdien av n var 1. The product was treated as in Example 2 to give 2% AlO(OH) in water. The material did not allow itself to be redispersed and the rheology was Newtonian because the value of n was 1.

Claims

1. Process for the production of a solid, <* C -alumina monohydrate viscosity-promoting agent containing

an aluminum compound which when expressed as AIO(OE)

:' is present in an amount of at least 35% by weight and which is redispersible in water to give a shear rate thinning liquid, characterized by the following steps:

a) contacting and mixing an aqueous medium under a high degree of 1 agitation an acidic reactant and a basic ireactant where at least one of the reactants is an acidic or basic reactant containing aluminum,

b) heating the mixture to a temperature in the range 60-1010 oC for a period of 2-7 hours,

c) recovering the moist, solid product, and

d) drying the moist, solid product so that it has an AIO(OH) content of more than 35% by weight, calculated on the total weight of the product.;

2. Method according to claim 1, characterized in that the recovered product is washed to remove by-product salts.

j

3. Process according to claim 1, characterized in that an aluminum halide is used as an acidic reactant and an alkali metal aluminate is used as a basic reactant, the alkali metal aluminate and the aluminum halide being added. orhol* d to give a solution with a pH in the range!

4. Method according to claim 1, characterized ! y e d that hydrochloric acid is used as the acidic reactant and sodium aluminate is used as the basic reactant. '

5. Method according to claim 4, kara k-.t e r i s e jr t ' V; e cl that the hydrochloric acid and the sodium aluminate are added: in proportion to give a solution with a pH in the range 7.5-10.

<!>

6. Method according to claim 1, characterized in that hydrochloric acid is used as an acidic reactant and as

..'basic reactant potassium aluminate is used.

li

: 7,. Method according to claim 6, characterized in that the hydrochloric acid and the potassium aluminate are added in proportions

to give a solution with a pH in the range 7.5-10.

8. Method according to claim 1, characterized in that the moist solid product is recovered by filtration.

9. Application of the solid, <<-aluminum oxide monohydrate i

according to claim 1 as a viscosity promoting agent in drilling

fluids or drilling mud.