NO864600L - Oljebaserte borefluider og additiver for slike. - Google Patents

Description

Sirkulerende fluider er nødvendige ved rotasjonsboring av formasjoner som inneholder hydrokarboner. Disse sirkulerende fluider betegnes boreslam. Det er to hovedtyper av emul-sjonsbore-fluider eller -slam, vanligvis identifisert som olje-i-vann-emulsjoner og vann-i-olje-emulsjoner, og hver har sine spesielle behov, fordeler og problemer. Vann-i-olje-emulsjoner (olje-slam) er foretrukket ved mange anvendelser.

Disse sirkulerende fluider av olje-slam blir pumpet

ned i borerøret og ut i borehullet gjennom hull i borekronen og oppover i brønnen i det ringformede rom mellom borerøret og veggene i borehullet, og de fører med seg borespon og lignende som så blir fjernet før resirkulering. Dette slam har en rekke funksjoner, innbefattet å fjerne borespon, smøre og holde kro-nen avkjølt, tilveiebringe flotasjon som hjelp til å bære vekten av borerør og innfatning, og å belegge borehulloverflaten for å hindre svikt og uønsket flyting av fluider inn eller ut av borehullet, innbefattet borefluider, saltløsninger og lignende .

Egenskapene til og sammenblandingen i disse boreslam-sammensetninger er åpenbart komplekse og variable, i avhengighet av de involverte forhold og de ønskede eller krevede resultater, innbefattet fornyet anvendelse og resyklisering av slam-sammensetningen. En av de viktigste egenskaper til disse boreslam og andre borefluider er at de er varmestabile og ikke gir reologiske og tiksotropiske problemer under forholdene ved boring.

En hovedbestanddel i disse oljebaserte boreslam er kol-loidale midler eller gelatineringsmidler, vanligvis organofil leire. Det er ofte nødvendig med store mengder av leiren for å oppnå de ønskede tiksotropiske egenskaper i slamsammensetnin-gene. Det er vanskelig å inkorporere disse store mengder av leire i sammensetningene raskt. Det er et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe forbedrede sammensetninger ved anvendelse av mindre mengde av leire uten å tape de nødvendige tiksotropiske og termiske egenskaper til olje-slamsammensetnin-gene.

De fleste organofile leirer vil vanligvis ikke flyte eller svelle i mineral-tilstoppingsoljene med lavt aromatisk innhold og lav viskositet som ofte anvendes i boreslam-sammensetninger. Selv om varme på ca. 48,9 til 71,1°C vil være til hjelp ved svelling eller aktivering av leirepartiklene, så har ikke det meste av slamblandeutstyret på feltet kapasitet til å oppvarme oljen under den innledende dannelsen av de store volumer av oljeslam. Selv om høy skjærkraft også kan anvendes for å tilveiebringe varme gjennom friksjonskreftene, for å hjelpe til at leirepartiklene skal svelle, så har de fleste blandeanlegg ikke utstyr for å oppnå høy skjærkraft, hvilket for det første er dyrt og dessuten krever energi og tid. Videre er det, pga. relativt lav flyting, ofte nødvendig med høyere konsentrasjoner av organofil leire. De svære mengder som innledningsvis kreves, forårsaker store problemer etter forskyv-ningen i hullet pga. avhengigheten av høye temperaturer nede i hullet, og etterfølgende flyting av den organofile leire. Et annet formål med denne oppfinnelse er å maksimalisere flytingen av den organofile leire innen en kort tid, ved lave skjærverdier, for å oppnå besparelser både med hensyn til tid og materialer ved oljebaserte slamsammensetninger.

Ved anvendelse av små mengder av nye amidoamin-reaksjonsprodukter av en fettsyre, et alkanolamin og et polyalkylen-polyamin oppnås forbedrede boreslam-sammensetninger. I olje-slam-boresammensetninger som inneholder organofil leire, er man i stand til å maksimalisere viskositeten og gelatineringen av sammensetningene, og dette resulterer i kortere fremstillingstid og midnre material-forbruk, spesielt leire. I henhold til oppfinnelsen er man i stand til å fortykke eller gelere olje-slam-systemene ved vanlige driftstemperaturer selv når det anvendes oljer med lavt aromatisk innhold og lav viskositet som den ytre fase, og til raskt å maksimalisere flytingen av organofil leire innen en kort tidsperiode, ved lave skjærverdier. Amidoaminene utvider anvendbarheten av organoleire i olje-slam-systemer med lav viskositet. De frembringer mer skjær-fortyn-nende fluider, høyere flytegrenser og raskere gelstyrker mens lave plastiske viskositeter opprettholdes.

Organofil leire har lenge tilveiebragt reologi-regule-ring i olje-gjennomgående fluider. Systemer som anvender dieselolje som den ytre fase, fremviser vesentlig variasjon i ytelsen til organofil leire, forårsaket av to variable i dieseloljen. Den første er at den kjemiske blanding i dieselolje varierer sterkt pga. variasjoner i opprinnelse og foredlingav oljen.

Den annen er at additiver til dieselolje, markedsført som brenn-stoffer, inkluderer korrosjonsinhibitorer og forskjellige over- flateaktive midler. Disse additiver skaper uforutsigbare effek-ter ved ytelsen til organofil leire. På grunn av at behovet for dieselolje i boreindustrien bare er en liten del av diesel-markedet, er additivfri dieselolje for boring ikke lett tilgjen-gelig .

Problemet med variasjoner i dieselolje er typisk blitt løst ved å tilsette høyere konsentrasjoner av organofil leire, opptil 25% mer, for å oppnå ønsket flytegrense og gelstrukturer, men på bekostning av uforholdsmessig økning i plastisk viskositet, med en resulterende nedsettelse av skjærtynnende egenskaper for fluidet. Ytelsen til organoleire er blitt ytterligere komplisert ved innføring av mineral-tilstoppings-oljer hvorved det aromatiske innhold blir nedsatt til et nivå som gjør organofil leire nesten uanvendbar, og variabiliteten i kjemisk sammensetning er et ukjent område for leverandør og forbruker. Alle de nye oljer med lav viskositet krever mye høyere konsentrasjoner av organoleire for å utvikle reologiske egenskaper som er ekvivalente med dem for et lignende dieselolje-system, og dette resulterer i vanskeligheter ved sammenblandingen.

Organofil leire reagerer ikke forutsigbart på temperatur-forandringer, spesielt ved den innledende dannelse, og for temperaturer mellom omgivelsestemperatur og 65,6°C. De fleste reologiske egenskaper for oljeslam blir målt ved 46,1 eller 65,6°C. Selve slammet kan ikke utsettes for noen temperatur over omgivelsestemperatur før ved brønnstedet, hvor det kan utsettes for 148,9°C. Fluidet går typisk inn i hullet som et relativt tynt fluid, og temperaturen i hullet forårsaker at organoleiren flyter ytterligere med en tilsvarende økning i viskositet, med et resulterende behov for fortynning.

I en organoleire-sammensetning med ekvivalent flyting

og gel-verdier ved romtemperatur og etter å være utsatt for høy temperatur, hvor variasjonen er mellom omgivelsestemperatur og 65,6°C, bør de varmealdrede reologiske og tiksotropiske kvaliteter være minimale. En organoleire som vil utvikle tiksotropi og danne ikke-newtonianske fluider ved omgivelsestemperatur med minimal skjærverdi, er det behov for.

Fluider sammenblandet med oljer av lav viskositet bør

ha lavere plastiske viskositeter enn lignende fluider sammenblandet med dieselolje. Meget av denne potensielle fordel går tapt når det kreves høyere konsentrasjoner av organoleire for å oppnå passende reologiske egenskaper (flytegrense) og

rikaoreopi (gelstyrke). Organofil leire vil gjøre oljer med lav viskositet mer viskøse, men de virker mer som fortyknings-midler enn som tiksotropiske midler. De kan ha flytegrense og gelstyrke, men den plastiske viskositet er slik at skjær-tynnende egenskaper blir redusert. Det er vanskeligere å utvikle gelstruktur i oljer med lav viskositet enn i dieselolje. Flytegrensen utvikles først, og med høyere konsentrasjoner

av organoleire kan det så dannes gelstyrke. Ved den tiden fullgode geler blir utviklet, vil fluidene ha høyere plastiske viskositeter og flytegrenser enn ønsket. Selv om dette er tilfellet for begge typer av olje, så er problemet mer alvorlig for oljer med lav viskositet.

Innføringen av mineral-tilstoppings-oljefluider med lav viskositet har skapt flere problemer ved anvendelse av organoleire. For det første er utvikling av gelstyrker i oljefluider med lav viskositet mye dyrere enn i dieselolje, spesielt for reologiske egenskaper ved relativt lave temperaturer (under 65,6°C). For det annet er det for oljer med lav viskositet nødvendig med høyere konsentrasjon av organoleire. I diesel-oljefluider utvikler borefluid-kvaliteter av organoleire viskositeter ved romtemperatur. Ved romtemperatur kan imidlertid en olje med lav viskositet behøve to til tre ganger så mye av viskositetsgjørende middel for å oppnå den samme reologi.

Amidoaminene i henhold til denne oppfinnelse er et nytt kjemisk additiv beregnet på å forbedre ytelsen til alle olje-slam-sammensetninger, spesielt slike som inneholder organofil leire, i dieselolje og i olje med lav viskositet (LVO). De er beregnet på å frembringe fluider, sammensatt med LVO, med egenskaper som er lik eller bedre enn egenskapene for fluid sammensatt med dieselolje. De er også beregnet på å tilveiebringe mer skjær-tynnende fluider med forbedret tiksotropi, spesielt ved lavere temperaturer. Amidoamin-additivene utvider anvendbarheten av organoleire i oljeslam-systemer med lav viskositet. De frembringer mer skjær-tynnende fluider, høyere flytegrenser og raskere gelstyrker mens lave plastiske viskositeter opprettholdes. De er ekte tiksotropiske additiver, ikke bare et oljeslam-geleringsmiddel eller bare et vikositetsgjørende middel.

De nye amidoamin-additiver i henhold til denne oppfinnelse er reaksjonsprodukter av en dimer- eller trimer-fettsyre, et dialkanolamin og et dialkylen-polyamin.

Fettsyren kan være den dimere syre, et kommersielt produkt fremstilt ved dimerisering av umettede syrer, innbefattet 9-dodecen(cis)-, 9-tetradecen(cis)-, 9-oktadecen(cis)- og okta-dekatetran-syrer, og lignende. Det typiske molekyl vil inneholde 2 karboksylgrupper og ca. 36 karbonatomer i en forgrenet kjedekonfigurasjon. Trimer-syren som anvendes kan også være et kommersielt materiale og fremstilt på samme måte, med et innhold på ca. 54 karbonatomer. Blandinger av dimer-syrer, trimer-syrer og monokarboksylsyrer kan også anvendes.

Dialkanolaminene inkluderer hydroksyalkylaminer, f.eks. materialer hvori alkanolgruppene inneholder 1 - 6 karbonatomer, fortrinnsvis 2-4 karbonatomer, innbefattet f.eks. dietanolamin, di-n-propanolamin, di-i-propanolamin, dibutanolamin, dipentanolamin, diheksanolamin og lignende, og kombinasjoner av slike. Dietanolamin og dipropanolamin er foretrukket. Alkyl-hydroksyalkylaminer, innbefattet etylhydroksyetylamin, propylhydroksyetylamin, butylhydroksypropylamin og lignende, kan også anvendes.

Polyalkylen-polyaminene inkluderer materialer hvor al-kylengruppene inneholder ca. 1 - 6 karbonatomer, fortrinnsvis 2-4 karbonatomer, og "poly" referer til et helt tall fra 2 til 20, og hvor det er minst 3 nitrogenatomer. Disse materialer kan angis med den generelle formel

hvor R<1>er en alkalengruppe som inneholder 1 - 6 karbonatomer, R■*'* er hydrogen eller en alkylgruppe som inneholder 0-6 karbonatomer, og x er et helt tall fra 1 til 20. Typisk nyttige materialer inkluderer dietylentriamin, trietylen-tetraamin, tetraetylen-pentaamin, polyamin HH, polyamin HPA og lignende. Dietylen-triamin og trietylen-tetramin er foretrukket.

Det kan bekvemt fremstilles produkter i henhold til denne oppfinnelse, hvilke kan angis med den generelle formel

hvor R er en alkalengruppe som inneholder 30 - 54 karbonatomer, R<1>er en alkalengruppe som inneholder 1 - 6 karbonatomer, R'' er en alkalengruppe som inneholder 1 - 6 karbonatomer, R<1>'' er en alkalengruppe som inneholder 0-6 karbonatomer, R1 ' ' 1 er hydrogen eller alkylradikaler som inneholder 0-6 karbonatomer, Y er hydrogen eller hydroksy og x er et helt tall fra 1 til 20. Ved den første omsetning er et nyttig forhold mellom reaktantene ca. 3 mol av dimer-fettsyre til 3 mol av dialkanolamin, oppvarmet for å eliminere vann. Ved omsetning av 3 mol av dimer-syre med 3 mol dietanolamin, ved omsetning ved en temperatur på opptil 162,8°C, dannes halv-amidet som følger

Så blir ca. 3 mol av denne halv-omsatte dimer-syre ytterligere omsatt med ca. 1 mol av et polyalkylen-polyamin, såsom dietylentriamin, ved en kondensasjonsreaksjon under oppvarming for å eliminere 3 mol vann, for å danne amidharpiksen.

Det generelle forhold for totalt anvendte reaktanter

er ca. 3 mol dimersyre, ca. 3 mol alkanolamin, såsom dietanolamin, og 1 mol polyalkylen-polyamin, såsom dietylentriamin,

med et totalt tap av vann på 6 mol. Omsetningen blir utført ved først å veie den nødvendige mengde av dimer-syre og inn-blande en beregnet mengde av dietanolamin for å danne halv-dietanolaminsaltet av dimer-syren. Temperaturen blir øket opp til området ved 168,3°C for å danne halv-amidet av dietanolamin ved avdriving av tilstrekkelig vann, hvilket blir bestemt ved vekt-tapet eller ved måling av kondensert vann. Den diba-siske dimersyre er nå funksjonelt en monobasisk dimersyre.

Etter avkjøling til området fra 107,2 til 121,1, blir det der-nest tilsatt en beregnet mengde polyalkylen-polyamin, såsom dietylentriamin, og det blir blandet for å danne halv-amin-saltet av polyalkylen-polyamin, såsom dietylentriamin, med den gjenværende halv-syre-dimer. Polyalkylen-polyaminet, såsom dietylentriamin, bindes opp med 3 halv-syre-dimerer for å danne en heksamer. Igjen økes temperaturen opp til området ved 171,1°C for å avdrive tilstrekkelig vann til å danne de andre halv-amider med polyalkylen-polyaminet såsom dietylentriamin. Det resulterende harpiksprodukt er en heksamer som inneholder 6 aminer pr. molekyl.

To separate amid-reaksjoner er foretrukket for å danne et så ensartet endelig amidoamin som mulig. Flere forskjellige satser ble fremstilt ved å begynne med 3 forskjellige vektmeng-der av dimer-syre med konstant forhold mellom reaktantene.

Hver gang var det endelige produkt i alt vesentlig det samme. Når støkiometriske mengder av dimer-syre ble nøytralisert med polyalkylenpolyamin, såsom dietylentriamin alene, var det resulterende endelige produkt en randomisert blanding som inneholdt en heksamer som var den substans som hadde lavest molekylvekt, og også andre komplekse substanser som kunne tverrbindes med mye høyere molekylvekter.

Når støkiometriske mengder av dimer-syre og dietanolamin blir blandet for å danne halv-amin-saltet, kan randomisert nøytralisering danne noen dinøytraliserte dimerer, og etterlate noe syre unøytralisert, og også danne halv-dimer-syre-saltet. Ved dannelsen av halv-amidet av dietanolamin frembringer imidlertid reaksjonslikevekten et ensartet halv-amid-mellomprodukt. Så snart halv-dietanol-aminamidet er dannet, medfører den etter-følgende tilsetning av polyalkylen-polyamin, såsom dietylentriamin, små komplikasjoner ved oppbinding av disse nå funksjonelt monobasiske dimer-syrer for å danne den fremherskende heksamerharpiks. Dersom det totalt av dietanolamin og polyalkylen-polyamin blir dannet såsom dietylentriaminamider som et kombi-nert siste reaksjonstrinn, kan det foregå uønskede dynamiske forskyvninger av aminene med hensyn til hverandre. Dette vil snarere resultere i en variabel produktblanding fremfor en ensartet heksamerharpiks.

Det skal bemerkes at det på grunn av naturen til reaktantene kan forekomme en viss tverrbinding, enten i det første trinn ved esterdannelse, eller i det annet trinn ved amid-dannelse, spesielt dersom blandingen blir oppvarmet til en høy temperatur i en lang tidsperiode. En viss tverrbinding er ikke skadelig og kan ha visse fordeler. Men overdreven tverrbinding er uønsket, og resulterer i materialer som er uløselige, ikke lett dispergerbare, og vanskelige å behandle. Fagfolk på området kan lett tilveiebringe reaksjonsforhold som angitt for å regulere tverrbindingen etter ønske.

Ved fremstilling av borefluider som inneholder det nye amidoamin-produktet, kan amidoamin-produktet tilsettes ved hvilket som helst fremstillingstrinn til hvilket som helst oljebasert slam. Det er ikke vesentlig å utføre oppfinnelsen ved at amidoamin-produktet i og for seg settes til en blanding av borefluid-ingrediensene. Det kan settes til den organofile leire før leiren tilsettes borefluidet, eller det kan tilsettes under fremstillingen av den organofile leire under omsetningen av leiren med organiske ammoniumsalter. I alle fall er ikke innføringsmetoden av aminoamidet kritisk for å oppnå fordelene med oppfinnelsen. Det er mer effektivt å tilsette amidoaminet som en borefluid-ingrediens sammen med de andre ingredienser for anvendelse i en rekke sammensetninger.

Ved anvendelse av amidoamin-produktet i boreslam-sammensetninger kan amidoaminet tilsettes som sådant, eller mer foretrukket, i en løsning eller dispersjon. Hvilket som helst av en rekke organiske polare løsningsmidler kan anvendes, innbefattet amin-aldehyder, alkoholer, ketoner, estere, glykol-etere, karbonater, amider, furaner og lignende. Spesielt nyttige er kombinasjoner av minst to forskjellige polare løsnings-midler. En nyttig kombinasjon er en alkoksypolyol, såsom butoksytriglykol, og et alkylenkarbonat, såsom propylenkarbonat. Selv om amidoaminet ikke er løselig i propylenkarbonat, er det iakttatt utmerkede resultater med en kombinasjon av en hovedan-del av alkoksypolyol og alkylenkarbonatet. En blanding av for eksempel 90% butoksytriglykol og 10% propylenkarbonat gav utmerkede resultater.

Den mengde av polart løsningsmiddel som anvendes sammen med amidoaminløsningsmidler er slik at en med fluid lettblandet løsning eller dispersjon blir oppnådd. Mengden av løsningsmid-del vil variere, i avhengighet av dets effektivitet ved reduse-ring av viskositeten av amidoaminet, som lett kan bestemmes av fagfolk på området. Ved anvendelse av en blanding av butoksytriglykol og propylenkarbonat, ble 50 vektprosent av amidoamin-produktet oppløst i 50 vektprosent av løsningsmiddel-blandingen funnet å være meget tilfredsstillende.

Oljebaserte boreslam blir fremstilt med en stor mangfoldighet av sammensetninger og med et stort antall ingredienser, hvilket er velkjent for fagfolk på området. Spesifikke sammensetninger avhenger av tilstanden ved boring av en brønn ved hvilken som helst spesiell tid, f.eks. i avhengighet av dybden, naturen til de strata man støter på og lignende. Sammensetningene i henhold til denne oppfinnelse er rettet mot og spesielt tilpasset til å tilveiebringe forbedrede oljebaserte boreslam som er nyttige under forhold med høy temperatur og høyt trykk, såsom slike som man støter på i dype brønner, hvor mange tidli-gere foreslåtte og anvendte sammensetninger ikke har hatt noen god varmealdring ved drift under slike forhold med høy temperatur og høyt trykk.

Oljebaserte slam-sammensetninger beregnet på anvendelse under forhold med høy temperatur (opptil ca. 260°C) og høyt trykk (opptil ca. 1760 kg/cm<2>), kan inneholde en jordolje, et tyngemiddel, et emulgeringsmiddel, et gelatinerings- eller tik-sotropisk middel, salter og et væsketap-reguleringsmiddel, som ingredienser, om ønskes. Vann blir ofte tilsatt, men det kan innføres fra selve formasjonene under boring.

Den anvendte olje (kontinuerlig fase) er en jordolje, vanligvis dieselolje eller mineral-tilstoppingsolje, selv om det også kan anvendes lettere oljer, såsom kerosen, eller tyngre oljer, såsom brennstoffolje, hvitolje, råolje og lignende. Oppfinnelsen er spesielt nyttig med lav-aromatiske oljer med lav viskositet, dieselolje nr. 2 og mineral-tilstoppingsoljer.

Dersom vann anvendes, er mengden vanligvis liten, men selv om det vanligvis er mindre enn 10 vektprosent, kan det under visse forhold være til stede så store mengder som ca. 60 volumprosent .

Emulgeringsmidler, både inverterte og fuktemidler, inkluderer slike som vanligvis anvendes, innbefattet alkali- og jordalkali-metallsalter av fettsyrer, harpiks, talloljesyrer,

de syntetiske emulgeringsmidler, såsom alkylaromatiske sulfonater, aromatiske alkylsulfonater, langkjedede sulfonater, oksy-derte talloljer, karboksylerte 2-alkyl-imidazoliner, imidazolin-salter, amidoaminer, alkoksyfenoler, polyalkoksyalkoholer, alkylfenoler, høymolekylære alkoholer og lignende.

Vannløselige salter som ofte tilsettes sammensetningene er vanligvis saltløsnings-salter, såsom natriumklorid, kalium-klorid, natriumbromid, kalsiumklorid, mer foretrukket, og lignende, vanligvis i en vannløsning. Formasjons-saltløsninger og sjøvann kan anvendes. Disse salter blir tilsatt for å regulere det osmotiske trykk i sammensetningene om dette er nødven-dig i henhold til boreforholdene.

Tyngematerialer, om slike anvendes, inkluderer slike materialer som kalsiumkarbonat, silikater, leire og lignende, men er mer foretrukket tunge materialer såsom baryttene, speil-hematitt, jernmalmer, sideritt, ilmenitt, blyglans og lignende.

Oljeslammene vil vanligvis bli sammensatt til å veie

fra mer enn ca. 0,84 (intet tyngemiddel) til ca. 2,64 g/cm<3>med slam. Området er vanligvis fra ca. 1,20 til 2,16 g/cm<3>. Vann-innholdet vil vanligvis være fra 0 til 60 volumprosent.

De tiksotropi ske fortyknings- og gelatineringsmidler

som anvendes i mange oljeslam-sammensetninger er organofil leire. Den anvendte leire kan være hvilken som helst av dem som har vesentlig base-utbyttende kapasitet. En stor mangfoldighet av slike materialer er kjent for fagfolk på området, innbefattet Wyoming-bentonitt, montmorillonitt, hektoritt, attapulgitt, illitt, fullers-jord, beidillitt, saponitt, vermikulitt, zeo-litter og lignende. Svellende Wyoming-bentonitt og hektoritt blir vanligvis anvendt. Selv om amidoaminene i henhold til denne oppfinnelse er spesielt effektive når de anvendes sammen med leire, så øker de også gelstyrken til sammensetninger som ikke inneholder leire.

For å oppnå den ønskede organofile leire blir de svellende bentonitter og hektoritter omsatt med funksjonelle organiske forbindelser, hvilket er velkjent på fagområdet. Den mengde av organisk forbindelse som anvendes vil avhenge av reaktiviteten til den anvendte leire, men er vanligvis fra ca.

50 til 300 milliekvivalenter av f.eks. et organisk ammoniumsalt pr. 100 gram leire. Omsetningen blir vanligvis utført i vann, og den behandlede leire blir separert og tørket. Det anvendes vanligvis onium-forbindelser, såsom organiske ammoniumsalter, såsom kvaternære ammoniumsalter som har strukturfor-

melen

hvor R 1er alkylgrupper som inneholder 1 - 20 karbonatomer,

2 3

R er alkylgrupper som inneholder 1 - 20 karbonatomer, R er alkylgrupper som inneholder 1 - 20 karbonatomer, R 4 er alkylgrupper som inneholder 1 - 20 karbonatomer, og minst én av

12 3 4

R , R , R eller R inneholder minst 12 karbonatomer, og M er Cl, Br, I, OH, S04. Typiske reaktanter inkluderer slike som inneholder kvaternære ammoniumkationer valgt fra gruppen bestående av trimetyloktadecylammonium, dimetyldihydrogenert talg-ammonium, metylbenzyl-dikokos-ammonium, metyl-trihydroge-nert talg-ammonium, metylbenzyldihydrogenert talg-ammoniumklorid og lignende. Beskrivelser av fremstilling av typisk organofil leire kan finnes i US-patentskriftene nr. 2 966 506, 4 105 578, 4 382 868 og 4 425 244.

Innholdet av organofil leire i oljeslam-sammensetninger vil variere inverst med densiteten til oljeslammet. Innholdet av organoleire kan ligge i området fra ca. 11,34 til 13,61 kg/ fat i slam med lave densiteter, til nesten 0 i slam med høye densiteter. Det vil vanligvis bli anvendt en mengde på fra ca. 0,91 til ca. 6,80 kg leire pr. fat med slam. Den grad av sus-pensjon eller hullrensing som er nødvendig eller blir anmodet om, vil ha virkning for leire-konsentrasjonen, hvilket er velkjent på fagområdet.

Amidoaminet som anvendes i de følgende eksempler ble fremstilt ved å omsette 3 mol av UNIDYME 14 dimer-syre, et talloljederivat, 96% dimersyre av C10-umettede syrer (oljesyre), 3% trimer-syre, 1% monomer, syretall 195 og forsåpningstall 200, densitet ved 25°C på 0,95, med 3 mol av dietanolamin (DEA) ved oppvarming av blandingen opptil 168,3°C for å danne halvami-det av DEA. Halv-dietanolamin-produktet av dimersyren ble så avkjølt til 107,2 til 121,1°C, 1 mol av dietylentriamin ble satt til de 3 mol av halv-dimersyren og temperaturen ble øket til 171,1°C for å danne amidoamin-heksamerharpiksen. 50 vektdeler av heksamerharpiksen ble oppløst i 45 vektdeler av butoksytriglykol og 5 vektdeler av propylenkarbonat. Denne løsning blir betegnet AA for enkelhetens skyld.

Den organofile leire som ble anvendt i eksemplene var

en kommersiell leire fremstilt ved å omsette en svellende Wyoming-bentonitt-leire (smektitt) i vann med ca. 50 milliekvivalenter pr. 100 g leire av dimetyl-ditalg-ammoniumklorid, sepa-rere leiren og tørke.

I de følgende eksempler ble det fremstilt et borefluid

på 1,08 g/cm<3>og et på 1,44 g/cm<3>ved anvendelse av olje med lav viskositet, i henhold til den følgende oppskrift:

De følgende spesifikke eksempler viser utførelse av

og fordeler med oppfinnelsen. Plastisk viskositet, flytegrense og gelstyrker ble bestemt med et Fann-viskosimeter. Flytegrensen blir angitt i kilo pr. 100 m<2>, den plastiske viskositet i centipoises (cP) og gelstyrken som kg/100m<2>.

EKSEMPEL I

En typisk oljeslam-sammensetning med lav viskositet,

1,08 g/cm<3>, ble fremstilt som beskrevet ovenfor. Denne sammensetning hadde behov for tilsetning av 6,80 kg av organofil leire pr. fat av sammensetning for å oppnå et fluid med fullgode reologiske egenskaper for anvendelse som borefluid.

20 vektprosent av leiren ble erstattet med AA ved én utførelse, og ved en annen utførelse var den tilsatte leire-mengden på 4,08 kg sammen med 1,36 kg av AA. Den plastiske viskositet (PV), flytegrensen (YP), 10 sekunders gel (10<1>) og 10 minutters gel (10 '') ble bestemt, og er angitt i tabell I.

Ved å erstatte 20% av leiren med AA ble den plastiske viskositet værende omtrent konstant, mens flytegrensen og gelstyrkene ble vesentlig øket slik at borefluidet ble sterkt forbedret,

og ble et mer nyttig og mangesidig materiale.

EKSEMPEL II

Organofil leire blir anvendt i borefluider for å utvikle flytegrense og gelstyrke i vedvarende anvendte fluider. Det er ønskelig at dette kan gjøres med en minimal virkning på den plastiske viskositet. En serie av sammensetninger basert på 1,44 kg/cm<3>av et oljeslamfluid med lav viskositet ble fremstilt ved anvendelse av økende mengder av organofil leire, og som sammenligning, de mengder av den organofile leire og AA som var nødvendig for å oppnå den samme flytegrense. Disse data er angitt i tabell II.

I hvert tilfelle tilveiebrakte fra 1/3 til 1/2 så meget av blandingen av organofil leire og AA den samme flytegrense som de vesentlig større mengder av organofil leire anvendt alene. Dette bidrar til lettere fremstilling og et mindre kostbart borefluid, på grunn av at det anvendes mindre leire, og kreves kortere tid og mindre energi for å fremstille sammensetningene enn med slike som inneholder de større mengder av organofil leire.

Ved anvendelse av AA i sammensetningene oppnås en tyde-lig forskjell i den plastiske viskositet og gelstyrker (10 se-kunder) for borefluidene beskrevet i tabell II, fremstilt med leire/AA-kombinasjonen, sammenlignet med slike som ble dannet med organofil leire alene. Disse data er angitt i tabell III. Jo lavere den plastiske viskositet for en ekvivalent flytegrense er, desto mer nyttig er borefluidet. De lavere vikso-siteter for borefluidene som inneholder leire/AA-kombinasjonen fremgår klart av denne tabell. Forhøyede gelstyrker for de fluider som inneholder AA/leire-kombinasjoner, er også vist.

EKSEMPEL III

AA kan tilsettes borefluid-sammensetningen som et separat og uavhengig additiv. Det kan forhåndsblandes med den organofile leire, eller det kan anvendes som et råmateriale i kombinasjon med det kvaternære ammoniumsalt ved fremstilling av den organofile leire. I dette eksempel ble 5 vektprosent, basert på vekten av det endelige produkt, av AA blandet med det kvaternære ammoniumsalt og denne blanding ble satt til bentonitt for å danne en forbedret organofil leire. En olje-slam-sammensetning av olje med lav viskositet (CONOCO LVT), med en vekt på 1,44 kg/cm<3>, ble blandet (1) med 5,44 kg/fat av en kommersiell organofil leire og (2) med 5,44 kg/fat av den AA-modifiserte organofile leire. Egenskapene for de to sammensetningene er angitt i tabell IV.

Fordelene og de sterkt forbedrede borefluider er åpenbare fra de forbedrede flytegrenser og gelstyrker oppnådd med den organofile leire som inneholdt AA, sammenlignet med sammensetninger som inneholdt leiren uten AA.

De nye amidoaminer i henhold til denne oppfinnelse er spesielt nyttige ved forbedring av egenskapene for oljeslam-sammensetninger hvor det anvendes oljer med lavt aromatisk innhold og med lav viskositet. I f.eks. sammensetninger hvor det anvendes dieselolje kan 4,35 kg/fat av organofil leire være nødvendig for å tilveiebringe en flytegrense på 73,2,

mens den samme sammensetning, ved anvendelse av en olje med lav viskositet, ville behøve 9,53 kg/fat med organofil leire for å oppnå den samme flytegrense. Et mer alvorlig problem med oljer med lav viskositet er at slike sammensetninger utvikler gelstyrker med en saktere hastighet enn de utvikler flytegrenser. Den hastighet hvormed gelstyrkene kan utvikles i oljer med lav viskositet er ca. 1/5 av den som er mulig for dieseloljer. I de sammensetninger som er beskrevet er det med andre ord slik at dersom net behøves en gelstyrke på 73,2 i en olje med lav viskositet, kan det være nødvendig med 18,14 kg/fat av organofil leire, men før denne konsentrasjon ville oppnås, ville fluidet bli for vanskelig å pumpe.

Amidoaminene i henhold til denne oppfinnelse kan anvendes for å forbedre ytelsen ved lav temperatur av organofil leire, de kan virke additivt eller synergistisk, i avhengighet av konsentrasjonen, sammen med leire for å danne høyere flytegrenser og utvikle gelstyrker raskere, mens det samtidig opprettholdes rave plastiske viskositeter, hvilket frembringer et mer skjær-tynnende fluid. Selv om disse fordeler er spesielt verdifulle ved anvendelser hvor det benyttes oljer med lav viskositet, så er amidoaminene nyttige sammen med, og forbedrer ytelsen for, oljeslam som inneholder hvilken som helst hydrokar-bonolje, innbefattet dieseloljer, mineraltilstoppingsoljer og lignende. I tillegg til skjærtynnende egenskaper oppnås det forbedringer i tiksotropiske egenskaper når de definerte amidoaminer anvendes. Viktig er også den reduserte temperatur-avhengighet for sammensetninger som inneholder amidoaminene. For innledningsvis å utvikle optimale reologiske egenskaper, men også ha tilfredsstillende aldrede egenskaper, kan det anven des et forhold på ca. 2:1 for leire til AA. Dersom det innledningsvis ikke kreves høyere reologi, vil det være foretrukket med et forhold på 4:1. Lavere eller høyere forhold kan anvendes, i avhengighet av de spesielle krav for borefluid-omgivel-sene.

Claims (28)

1. Amidoamin, karakterisert ved at det har formelen

hvor R er en alkalengruppe som inneholder 30 - 45 karbonatomer, R' og R1 1 er alkalengrupper som inneholder 1 - 6 karbonatomer, R <1>,<1> er en alkalengruppe som inneholder 0-6 karbonatomer, R''' <1> er hydrogen eller alkylradikaler som inneholder 0-6 karbonatomer, Y er hydrogen eller hydroksy, og x er et helt tall fra 1 til 20.

2. Amidoamin i henhold til krav 1, karakterisert ved at R inneholder 36 karbonatomer, R1 1 og R" <1> inneholder 2-3 karbonatomer, R' inneholder 2 karbonatomer, Y er OH og R1 1 ' ' er hydrogen.

3. Amidoamin i henhold til krav 2, karakterisert ved at R <1> ' og R <1> ' <1> inneholder 2 karbonatomer.

4. Amidoamin i henhold til krav 1, karakterisert ved at R er en alkalenrest i en dikarboksyl- eller trikarboksylsyre som inneholder 36 - 54 karbonatomer, R' <1> og R11 1 er alkalenrester i dialkanolaminer som inneholder 1 - 6 karbonatomer, og R <1> er en alkalenrest i et polyalkylamin som inneholder 1 - 6 karbonatomer.

5. Amidoamin i henhold til krav 4, karakterisert ved at R stammer fra en dimer-syre, R' <1> og R11 1 stammer fra dietanol- eller dipropanol-amin, og R <1> stammer fra et polyetylenpolyamin som inneholder minst 3 nitrogenatomer.

6. Amidoamin i henhold til krav 5, karakterisert ved at polyalkylenpolyaminet er dietylentriamin.

7. Amidoamin i henhold til krav 5, karakterisert ved at polyalkylenpolyaminet er trietylentetraamin.

8. Amidoamin i henhold til krav 5, karakterisert ved at polyalkylenpolyaminet er tetraetylenpentamin.

9. Amidoamin i henhold til krav 5, karakterisert ved at polyalkylenpolyaminet er pentaetylenheksamin.

10. Oljebasert boreslam-sammensetning, karakterisert ved at den inneholder et amidoamin som har formelen

hvor R er en alkalengruppe som inneholder 30 - 54 karbonatomer, R' og R1 1 er alkalengrupper som inneholder 1 - 6 karbonatomer, R <1> '' er en alkalengruppe som inneholder 0-6 karbonatomer, R <1> ' <11> er hydrogen eller alkylradikaler som inneholder 0-6 karbonatomer, Y er hydrogen eller hydroksy, og x er et helt tall fra 1 - 20.

11. Oljebaserte boreslam-sammensetninger i henhold til krav 10, karakterisert ved at de omfatter en jordolje, et emulgeringsmiddel, et gelatineringsmiddel, et tyngemiddel, og hvor R inneholder 36 karbonatomer, R' <1> og R'' <1> inneholder 2-3 karbonatomer, R <1> inneholder 2 karbonatomer, Y er OH, og R1 11 1 er hydrogen.

12. Oljebaserte boreslam-sammensetninger i henhold til krav 1 1 , karakterisert ved at de omfatter en jordolje, et emulgeringsmiddel, vannløselige salter, et gelatineringsmid del og et tyngemiddel, og hvor R' <1> og R <1> " inneholder 2 karbonatomer .

13. Oljebaserte boreslam-sammensetninger i henhold til krav 10, karakterisert ved at jordoljen er dieselolje, emulgeringsmiddelet er et fettsyre-emulgeringsmiddel, de vann-løselige salter er natrium- eller kalsiumklorid oppløst i vann, gelatineringsmiddelet er en organofil leire, tyngematerialene er barytt eller en jernmalm, og at R inneholder 36 karbonatomer, R' ' og R" 1 inneholder 2-3 karbonatomer, R' inneholder 2 karbonatomer, Y er oH, og R" " er hydrogen.

14. Oljebaserte boreslam-sammensetninger i henhold til krav 13, karakterisert ved at R er en alkalenrest i en dikarboksyl- eller trikarboksylsyre som inneholder 36 - 54 karbonatomer, R <11> og R' <1> ' er alkalenrester i dialkanolaminer som inneholder 1 - 6 karbonatomer, og R <1> er en alkalenrest i et polyalkylamin som inneholder 1 - 6 karbonatomer.

15. Oljebaserte boreslam-sammensetninger i henhold til krav 13, karakterisert ved at jordoljen er lavaromatisk olje med lav viskositet, emulgeringsmiddelet er et fettsyre-emulgeringsmiddel , de vannløselige salter er natrium- eller kalsiumklorid oppløst i vann, gelatineringsmiddelet er en organofil leire, tyngematerialene er barytt eller en jernmalm, og hvor R inneholder 36 karbonatomer, R' <1> og R' <11> inneholder 2 - 3 karbonatomer, R' inneholder 2 karbonatomer, Y er OH, og R <1> ' <1> ' er hydrogen.

16. Oljebaserte boreslam-sammensetninger i henhold til krav 15, karakterisert ved at R er en alkalenrest i en dikarboksyl- eller trikarboksylsyre som inneholder 36 - 54 karbonatomer, R' <1> og R" 1 er alkalenrester i dialkanolaminer som inneholder 1 - 6 karbonatomer, og R er en alkalenrest i et polyalkylamin som inneholder 1 - 6 karbonatomer.

17. Fremgangsmåte hvorved et oljebasert boreslam innføres i en brønn, karakterisert ved det trinn som omfatter å tilsette det oljebaserte boreslam et amidoamin med formelen

hvor R er en alkalengruppe som inneholder 30 - 54 karbonatomer, R' og R" er alkalengrupper som inneholder 1 - 6 karbonatomer,R<11> ' er en alkalengruppe som inneholder 0-6 karbonatomer,R<1> ' <1> ' er hydrogen eller alkylradikaler som inneholder 0-6 karbonatomer, Y er hydrogen eller hydroksy, og x er et helt tall fra 1 til 20.

18. Fremgangsmåte i henhold til krav 11, karakterisert ved at R inneholder 36 karbonatomer, R1 ' og R" ' inneholder 2-3 karbonatomer, R' inneholder 2 karbonatomer, Y er OH, og R" " er hydrogen.

19. Fremgangsmåte i henhold til krav 18, hvor et oljebasert boreslam innføres i en brønn, karakterisert ved det trinn som omfatter å tilsette det oljebaserte slam et amidoamin hvori R' 1 og R" ' inneholder 2 karbonatomer.

20. Fremgangsmåte i henhold til krav 19, karakterisert ved at R er en alkalenrest i en dikarboksyl- eller trikarboksyl-syre som inneholder 36 - 54 karbonatomer, R' ' og R" 1 er alkalenrester i dialkanolaminer som inneholder 1 - 6 karbonatomer, og R' er en alkalenrest i et polyalkylamin som inneholder 1 - 6 karbonatomer.

21. Fremgangsmåte i henhold til krav 20, karakterisert ved at R stammer fra en dimer-syre, R' 1 og R1 1 ' stammer fra dietanol- eller dipropanol-amin og R' stammer fra et polyetylenpolyamin som inneholder minst 3 nitrogenatomer.

22. Gelatineringsmiddel, karakterisert ved at det omfatter en organo fil leire og et amidoamin som har formelen

uvor R er en alkalengruppe som inneholder 30 - 54 karbonatomer, R' og R1 ' er alkalengrupper som inneholder 1 - 6 karbonatomer, R <1> '' er en alkalengruppe som inneholder 0-6 karbonatomer, R' <1> ' <1> er hydrogen eller alkylradikaler som inneholder 0-6 karbonatomer, Y er hydrogen eller hydroksy, og x er et helt tall fra 1 - 20.

23. Gelatineringsmiddel i henhold til krav 22, karakterisert ved at det omfatter en organofil leire og amidoamin hvorved R inneholder 36 karbonatomer, R1 ' og R" <1> inneholder 2-3 karbonatomer, R' inneholder 2 karbonatomer, Y er OH, og R1 ' 1 1 er hydrogen.

24. Gelatineringsmiddel i henhold til krav 22, karakterisert ved at det omfatter en organofil leire og et amidoamin hvorved R er alkalenresten i en dikarboksyl- eller trikarboksylsyre som inneholder 36 - 54 karbonatomer, R1 ' og R1 1 ' er alkalenrester i dialkanolaminer som inneholder 1 - 6 karbonatomer, og R' er alkalenresten i et polyalkylamin som inneholder 1 - 6 karbonatomer.

25. Gelatineringsmiddel i henhold til krav 22, karakterisert ved at den organofile leire er et reaksjonsprodukt av en smektitt-leire og et kvaternært ammoniumsalt.

26. Gelatineringsmiddel i henhold til krav 25, karakterisert ved at vektforholdet mellom organofil leire og amidoamin er fra ca. 0,1:10 til 10:0,1.

27. Gelatineringsmiddel i henhold til krav 26, karakterisert ved at R inneholder 36 karbonatomer, R' ' og R11 ' inneholder 2-3 karbonatomer, R' innehol der 2 karbonatomer, Y er OH, og R1 ' ' ' er hydrogen.

28. Gelatineringsmiddel i henhold til krav 27, karakterisert ved at R" og R" 1 inneholder 2 karbonatomer.