NO843269L - Tilsetningsblanding for borefluider - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører tilsetningsmidler for borefluider og der særegne ved tilsetningsmidlene i henhold til oppfinnelsen er at de utgjøres av en homogen flytende fase oppnådd ved blanding av 10 til 40 vekt% av minst en fenolforbindelse, 16 til 80 vekt% av et emulgeringsmiddel på basis av imidazolin med formel:

hvori R representerer lineært eller forgrenet alkyl eller alkenyl med 12 til 30, foretrukket 16 til 20 karbonatomer eller et alisyklisk radikal og R' representerer gruppen NH2eller OH, samt 10 til 60 vekt% av et parafin-hydrokarbon, idet vektforholdet mellom den eller de fenoliske forbindelser og emulgeringsmidlet er mellom 1/9 og 1,5/1.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patent-kravene.

Oppfinnelsen vedrører således tilsetningsmidler for borefluider i form av inverse emulsjoner av typen vann-i-olje. Oppfinnelsen anvendes i forbindelse med borefluider eller slam i form av invers emulsjon inneholdende de nevnte tilsetningsmidler, særlig for anvendelse ved offshore-boring av petroleumsbrønner.

Man vet at ved boring av brønner for petroleum eller naturgass ved hjelp av roterende utstyr anvendes et fluid på basis av vann eller olje som særlig skal sikre fjern-else av det grus som dannes ved forsiden av borestrengen. Dette fluid, som innføres under trykk gjennom aksen av borestrengen passerer gjennom borkronen og stiger deretter opp i det ringformede rom begrenset av den nevnte borestreng og selve borehullet og sikrer samtidig andre funksjoner, særlig avkjøling av borkronen, tetning av brønnveggene, og ekvilibrering av interne trykk ved hjelp av det hydrostatiske trykk.

Borefluider på basis av invers emulsjon av vann-i-olje anvendes ofte på grunn av visse fordeler med vannbaserte fluider. De tillater spesielt boring under gode forhold i geologiske formasjoner inneholdende svellende leirer. Inverse emulsjoner inneholder generelt omtrent 10 til 40% vann og 60 til 90% diesel-olje, et emulgeringsmiddel, et filtrat-reduksjonsmiddel og fyllstoffer. Anvendelse av diesel-olje medfører miljøproblemer særlig i tilfellet med boringer til havs hvor den boregrus som føres opp til overflaten og frafiles slammet ikke direkte kan slippes ut i havet på grunn av den forurensning som følger derav. I tilfellet med boringer på land vil forurensningspro-blemene berøre grunnvanns-forekomstene.

Blandinger for borefluider på basis av invers emulsjon som samtidig spiller rollen som emulgeringsmiddel og filtrat-reduksjonsmiddel er beskrevet i patentskrift FR A 2 123 225. Disse blandinger meddeler til fluidene som inneholder blandingene en utmerket stabilitet selv ved forhøyede temperaturer og en filtreringsevne for den vandige fase som er lik null men de frembyr noen ulemper, spesielt at det er vanskelig å anvende dem på grunn av deres viskositet og forhøyede gelpunkt, og giftigheten som skyldes deres høye konsentrasjon av difenoler.

Den foreliggende oppfinnelse har til formål å avhjelpe disse ulemper og tilveiebringe en forbedret blanding for borefluider av typen invers emulsjon i form av et pre-parat som lett og greit kan anvendes.

Som fenoliske forbindelser kan anvendes enhver benzen-forbindelse som bærer minst en hydroksylgruppe, eventuelt substituert ved alkylrester. Som eksempel kan nevnes monofenoler som kresoler, xylenoler, difenoler og alkyldifenoler som pyrokatekol, 3-metylpyrokatekol, 4-metylpyrokatekol, 3-etylpyrbkatekol, hydrokinon, metyl-og dimetylhydrokinoner, resorsinol, trifenoler og alkyl-trifenoler som pyrogallol, floroglysinol, 5-metylpyro-gallol, etc. såvel som deres blandinger innbyrdes. Man kan også anvende rå produkter som f.eks. kreosot-prepara-ter. Ved et spesielt aspekt av oppfinnelsen anvendes rester fra destillasjon av tre fattig på metylkatekol i assosiasjon med 10 til 20% pyrokatekol.

Imidazolinene som anvendes ved oppfinnelsen er kjente produkter som generelt oppnås ved innvirkning av en passende syre på oleinsyre, stearinsyre, fettsyrer for sepe, naftensyrer, harpikssyrer, tallolje, etc. på et polyamin som dietylentriamin, aminoetyletanolamin, trietylenpentamin.

Ved et spesielt aspekt av oppfinnelsen anvendes imidazolinene med formel I i blanding med mono- og/eller diamider med formel

I disse blandinger er mengden av mono- og/eller diamider generelt lavere enn 30 vekt% av den totale blanding (imidazolin + amider).

Hydrokarbonet kan velges blant flytende parafiner og iso-parafiner og deres flytende blandinger, raffinerte frak-sjoner av mineralolje og av aromatiserte hydrokarbonfrak-sjoner inneholdende foretrukket mindre enn 5 vekt% aro-matiske hydrokarboner og hvor kokepunktet foretrukket er mellom 200 og 250°C i henhold til standard ASTM D86.

Tilsetningsmiddel-blandingen kan fremstilles ved enkel blanding av deres bestanddeler. Ved vanlig temperatur fører den eksotermiske kjemiske reaksjon mellom emulgeringsmiddel og imidazolinbases og fenolene til dannelse av en enfaset stabil væskeblanding som utgjøres av et salt av amin, eventuelt av fenoler, imidazolin eller amider i overskudd, i oppløsning i parafin-hydrokarbonet.

Tilsetningsmiddel-blandingen i samsvar med oppfinnelsen forblir flytende og har en god strømningsevne ved temperaturer nær 0° som tillater deres lette anvendelse selv i kalde strøk. De frembyr videre fordelen med som funk-sjon av mengden av fenoler anvendt for deres fremstilling, og kunne fremstille slam med normalt filtrat eller relaksert filtrat, under opprettholdelse av en filtreringsevne for den vandige fase som praktisk talt er null. Et filtrat som benevnes "normalt" tilsvarer slammets evne til å danne en lite permeabel kake langs borestrengen slik at det bevirkes begrensning av væsketap fra bore-slammet. Et filtrat benevnt "relaksert" tillater en større inntregning i den geologiske dannelse i høyde med borkronen og dette letter boringen. I de to tilfeller bør filtreringsvæsken i den geologiske formasjon være uten vanninnhold.

Konsentratet tilsettes vanligvis en ikke-forurensende olje for å danne oljefasen i den inverse emulsjon, i en .mengde mellom 1 og 10%, foretrukket mellom 3 og 7 volum% av konsentratet og 90 til 99%, foretrukket 93 til 97 volum% olje. Den ikke-forurensende olje kan velges blant de hydrokarboner som utgjør konsentratet.

Den vandige fase kan dannes enkelt av vann eller foretrukket av en vandig oppløsning av natriumklorid eller en hvilken som helst saltlake som blant annet inneholder kalsiumklorid og eventuelt andre jordalkalimetall-salter.

Forholdet mellom oljefase og vannfase, uttrykt som volum-forhold, kan variere innen grenser som 95/5 til 60/40.

Det kan videre være fordelaktig i blandingene i samsvar med oppfinnelsen å anvende filtrat-reduksjonsmidler av klassisk type, som fettsyrer og spesielt fettsyrer på basis av ullfett, oljesyrer, harpikssyrer, metallseper av disse syrer, tallolje, lecitiner, etc.

Mengden av komplementært filtrat-reduksjonsmiddel kan være fra 0,2 til 2 vektdeler pr. 100 volumdeler av de to f åser.

Boreslam av typen invers emulsjon inneholder også vanlige tilsetningsmidler som basiske forbindelser som kalk, tyngdegivende materialer som findelt bariumsulfat, kalsiumkarbonat, leire, eller andre materialer som meddeler den ønskede viskositet og/eller densitet til slutt-produktet .

I praksis, for fremstilling av disse fluider, tilsettes den vandige fase til oljefasen som inneholder tilsetningsmidlene i henhold til oppfinnelsen og man danner den inverse emulsjon ved omrøring av blandingen i en passende tid. Den basiske forbindelse og det klassiske filtrat-reduksjonsmiddel, hvis disse anvendes, innlemmes på et hvilket som helst trinn av fremstillingen, det vil si før eller etter dannelsen av emulsjonen. Filtrat-reduksjons-midlet innføres generelt i selve tilsetningsmiddel-blandingen. Fyllstoffene innføres generelt ved slutten av fremstillingen.

De parafinoljer som anvendes ved den foreliggende oppfinnelse har den fordel at de er ikke-forurensende. Videre tillater disse oljer på uventet måte lett sepa-rering av boregrusen, letter den mekaniske behandling av slammet og tillater unngåelse av nødvendigheten av å installere et anlegg for deponering, ekstra vasking eller føring av separert boregrus på land. Denne egenskap med oppnåelse av boregrus som er rent og kan slippes ut i havet i tilfellet av offshore-boringer henger sannsynlig-vis sammen med hydrokarbonenes parafinkarakter med den nøyaktige mekanisme er ikke klar.

De etterfølgende eksempler illustrerer oppfinnelsen. Med mindre annet er angitt er delmengdene angitt på volum-basis.

De reologiske egenskaper av emulsjonene inneholdende tilsetningsmiddel-blandingene i henhold til oppfinnelsen ble bestemt, herunder tilsynelatende og plastisk viskositet, skjærfaktor eller "flytverdi" såvel som motstanden av initial gel (gelQ) og 10 minutters gel (gel1Q) ble målt ved hjelp av et viskosimeter av typen Fann eller Baroid ved temperatur 60°C. Stabiliteten av emulsjonen ble bedømt ved bruddspenning målt ved 60°C ved hjelp av et forsøk som består i at det i emulsjonen neddykkes 2 elektroder med avstand 2 mm som tilføres en vekselstrøm til man oppnår strømpassering mellom elektrodene. Filtratene ble bestemt på filterpresse HPHT (høytrykk, høytemperatur) under et trykk på 35 kg/cm2 ved 120°C i henhold til metoden standardisert av American Petroleum Institut (A.P.I.).

EKSEMPEL 1

1) Man fremstiller en tilsetningsmiddelblanding ved at man uten oppvarming i 60 minutter omrører: 548 deler av en av-aromatisert parafin-hydrokarbonfraksjon (d = 0,79)

238 deler av en blanding imidazolin/amider (d = 0,92) 214 deler av en primær blanding på basis av fenoliske

forbindelser (d = 1,02).

Den anvendte parafin-hydrokarbonfraksjon har et kokepunkt mellom 200 og 250 °C (stadard ASTM D 86).

Blandingen av imidazolin/amider utgjøres av 75% amino-etylheptadecenylimidazolin, omtrent 14% heptadecenyl-diamider og omtrent 10% heptadecenylmonoamid. Prosent-angivelsene er uttrykt på vektbasis.

Den primære blanding på basis av fenoliske forbindelser omfatter 70,2% treharpiks, 20% pyrokatekol og 9,8% fettsyrer C15-C20. Treharpiksen er en væske (ved 20°C) inneholdende mindre enn 0,1% metylkatekol. Ved potensio-metrisk analyse (nøytralisering med N-butylammonium-hydroksyd i pyridinblanding) måles en sterk fenolisk surhet på 0,20 mekv/g, en midlere fenolisk surhet på 1,32 mekv/g og en svak fenolisk surhet på 1,07 mekv/g.

Den oppnådde tilsetningsblanding er en homogen oppløsning med en Brookfield-viskositet ved 25°C på omtrent 400 mPa.s.

2) Man innlemmer 63 deler av den oppnådde blanding i 650 deler av aromatisert parafinisk løsningsmiddel (kokpunkt mellom 200 og 250°C, stadard ASTM D86). Man tilsetter 171 deler av en mettet natriumkloridløsning under omrør-ing for å danne den inverse emulsjon, deretter 20 vekt deler kalk, 26 vektdeler bentonitt og 250 vektdeler barytt.

Dette slam har en densitet på 1,10 og et forhold olje/ vann på 80/20. Egenskapene er som følger etter omrøring i 16 timer ved 120°C:

Giftigheten målt ved letal konsentrasjon (LC 50) på skalldyr i bløtt vann viser meget gode resultater.

EKSEMPEL 2

Det gis et eksempel på en tilsetningsmiddelblanding for slam med relaksert filtrat.

Man omrører i 60 minutter uten oppvarming:

308 deler av en avaromatisert parafin-hydrokarbonfraksjon

171 deler imidazolin/amidblanding

90 deler av en primær blanding på basis av fenoliske forbindelser.

Egenskapene av de anvendte forbindelser er beskrevet i eksempel 1.

Den oppnådde homogene blanding har en viskositet ved

25°C på omtrent 200 m.Pa.s.

Man frembringer et slam ved tilsetning av 40 deler av den ovenstående tilsetningsblanding til 662 deler av aromatisert parafin-hydrokarboner hvoretter man danner den inverse emulsjon med tilsetning under omrøring av 171 deler mettet Na Cl-saltløsning hvortil man har tilsatt 20 vektdeler kritt, 26 vektdeler bentonitt og 250 vektdeler barytt.

Dette slam har en densitet på 1,10 og et forhold olje/ vann på 80/20. Etter omrøring i 16 timer ved 120°C måles egenskaper med:

Claims (9)

1. Tilsetningsmiddelblandinger for boreslam, karakterisert ved at de utgjø res av en homogen flytende fase oppnådd ved blanding av 10 til 40 vektdeler av minst en fenolisk forbindele, 16 til 80 vekt% av et emulgeringsmiddel på basis av imidazolin med formel:

hvori R representerer lineær eller forgrenet alkyl eller alkenyl 12 til 30 foretrukket 16 til 20 karbonatomer, eller et alisyklisk radikal og R <1> representerer gruppen NH2 eller OH, samt 10 til 60 vekt% av et parafin-hydrokarbon, idet vektforholdet mellom den eller de fenoliske forbindelser og emulgeringsmidlet er mellom 1/9 og 1,5/1.

2. Blanding som angitt i krav 1,

karakterisert ved at emulgeringsmidlet er en blanding av imidazolin med formel I og mono- og/eller diamider med formler 3. Blanding som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den fenoliske forbindelse er valgt fra gruppen av monofenoler og poly-fenoler, eventuelt substituert med alkylgrupper.

4. Blanding som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at frenolforbindelsen er en rest fra destillasjon av tre i assosiasjon med minst 20% pyrokatekol.

5. Blanding som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at parafin-hydrokarbonet er valgt fra gruppen av flytende parafiner og iso-parafiner og deres flytende blandinger, raffinerte frak-sjoner av mineralolje og avaromatiserte hydrokarbonfrak-sjoner.

6. Blanding som angitt i krav 5, karakterisert ved at hydrokarboner inneholder mindre enn 5% aromatisk forbindelse.

7. Blanding som angitt i krav 1-6, karakterisert ved at den ytterligere inneholder et filtrat-reduksjonsmiddel valgt blant fettsyrer, harpikssyrer, metallseper av disse syrer, tallolje, lecitiner.

8. Borefluider i form av invers emulsjon med forhold olje/vann på mellom 95/5 og 60/40, karakterisert ved at ojefasen inneholder 1 til 10 volum% av en tilsetningsmiddelblanding som angitt i krav 1 til 7.

9. Borefluid som angitt i krav 8, karakterisert ved at oljefasen utgjøres av en ikke-forurensende olje.