NO871840L - Emulgeringsmiddel, saerlig for petroleumsutvinning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører nye emulgerende blandinger og oppfinnelsen vedrører også emulsjoner av vann i olje inneholdende de nevnte emulgerende blandinger så vel som deres anvendelse i væsker for boring og behandling av brønner.

Væsker anvendt for boring av brønner ved leting etter petrole-um, geotermiske eller andre forekomster er enten på basis av vann eller på basis mineralolje med tilsetning av forskjellige tilsetningsmidler som tillater oppnåelse av gode reologiske egenskaper og gode filtreringsegenskaper og som ikke virker tilstoppende på de geologiske formasjoner som gjennombores.

Ved gjennomboring av soner med leiresten og også i tilfellet av boring i nærheten av "reservoar—bergart" er det nødvendig å anvende borevæsker på basis av olje eller emulsjoner av vann i olje idet disse unngår svelling av leiresteinen som gjennombores og virker mindre tilstoppende enn fluider på basis av vann.

Diverse overflateaktive midler er foreslått for å fremstille emulsjoner av vann i olje også benevnt inverse emulsjoner. Disse overflateaktive midler skal meddele en god stabilitet til angjeldende emulsjon, særlig ved forhøyede temperaturer som man ofte støter på i brønner med stor dybde. Blant emul-ger ingsmidler som ofte anvendes opptrer fett-imidazoliner, amider og polyamidoamider av fettsyrer. Fett-imidazolinene har den fordel at de foreligger i form av væske ved lave temperaturer, men de er følsomme overfor fuktighet og deres stabilitet med tiden er ikke og nok pga. deres dentends til hydro-lyse. Amidene av fettsyrer forekommer generelt i krystalli-sert form og dette er en vesentlig ulempe idet brukerne vil ha flytende produkter hvor dosering og anvendelse ved sirkula-sjonspumper eller tyngdekraften foretas lett og greit.

Anvendelse av imidazoliner eventuelt i blanding med opp til 30% mono- og/eller diamider er foreslått i patentansøkning EP-A-0.134.173. Dette emulgeringsmiddel lider av ulempe med sin høye viskositet i rå tilstand og forholdsvis høy anskaffelsespris.

SA-A- 4.374.737. beskriver et konsentrat for borefluider som utgjøres av en tallolje fettsyre, dietanolamid, og en blanding imidazolin/amid som ved vanlig temperatur fører til dannelse av salter av fettsyrer med de forskjellige tilstedeværende forbindelser.

FR-A-2.075.400 beskriver en emulgerende blanding omfattende salt av fettsyre av et fettimidazolin og et salt av karboksyl-syre med lang kjede og amidoamin med lang kjede.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en ny emulgerende blanding som ér kjemisk stabil og foreligger i form av væske ved temperaturer ned til omtrent -15°C, oppløselig i kulden i oljer og medfører egenskapene med høy stabilitet til emulsjoner.

De emulgerende blandinger i henhold til oppfinnelsen erkarakterisert vedat de omfatter rekasjonsproduktet ved en temperatur over 125°C av minst en mettet eller umettet cgc^Qfettsyre med en aminblanding som utgjøres med 50-70 vekt% av dietanolamin og 50 - 30% av minst et polyamin med formel

X-(CH-)_-NH-(CH_-CH_-NH) -(CH_)--NH_ hvori X

2 2 2 2n2 2 2

representerer OH eller en NF^idet minst 50% av X er N,

n er mellom 0 og 3 og det molare forhold syre/aminforbindelser er mellom 0,4/1 og 0,7/1.

De fettsyrer som anvendes utgjøres av naturlige og syntetiske, mettede eller umettede syrer inneholdende 8 - 30, foretrukket 16 - 20 karbonatomer. Man nevner mer spesielt palmitinsyre, oleinsyre, stearinsyre, linolsyre, linolensyre og deres blandinger. Fordelaktig kan man anvende blandinger av fettsyrer som fås i handelen som f.eks. fettsyrer oppnådd ved destillasjon av tall-olje.

Polyaminer med formel X-(CH-)--NH-(CH--CH--NH) -

2 2 2 2n (CP^^-N^ inkluderer aminoetyletanolamin, hydroksyetyl-dietylentriamin, hydroksyetyltrietylentetramin, dietylentri-amin, trietylentetramin, tetraetylenpentamin såvel som deres blandinger. I blandingene av polyaminer er mengden av funk-sjoner X representer med Nr^ minst lik og foretrukket større enn mengden av fuknsjoner X representert med OH. Interessante emulgerende blandinger er blitt oppnådd ved omsetning av fettsyrene i tallolje med en aminblanding som utgjøres av 50 - 70% dietanolamin, 10 - 15% aminoetyletanolamin, 18 - 26% trietylentetramin og 2 - 8% tetraetylenpentamin (% uttrykt som vekt%).

Problemstillingen av de emulgerende blandinger oppvarmes fettsyren eller fettsyrene sammen med polyaminforbindelsene, under atmosfæretrykk og/eller under vakuum ved en temperatur mellom omtrent 125 - 250°C, foretrukket minst 150°C, med et molart forhold syre/aminforbindelser (dietanolamin + polyamin) på mellom 0,4 og 0,7/1 og foretrukket 0,5/1. vannet fra kondensasjonen fjernes etterhvert. Fordelaktig gjennomføres reaksjonen i nærvær av et løsningsmiddel som danner en atseo-trop med vann, f.eks. toluen. Det er vesentlig at antallet mol vann som fjernes pr. mol ekvivalent aminblanding er minst 1,7.

Produktet fra kondensasjonen er en kompleks blanding inneholdende sekundære og tertiære amider, sekundære og tertiære hydroksyamider, fett-imidazoliner og -diimidazoliner, mono-estere og diestere av fettsyre og polyetanolaminer delvis kondensert på restfunksjonene NF^NH og OH i de ovennevnte produkter.

De emulgerende blandinger i samsvar med oppfinnelsen er transparente væsker, oppløselige i hydrokarboner med krystal-lisasjonspunkt under -15°C. De frembyr fordelen med enkel anvendelse og en hurtig oppløsning i anvendelsesblandingene, ved vanlig temperatur og tilsvarende ved lavere temperaturer, ned til omtrent -15°C. Emmulsjonene av vann i olje som inneholder disse blandinger i mengdeforhold som kan variere fra 1 - 10% alt etter anvendelsen, er meget stabile selv ved temperaturer over 200°C. På grunn av disse fordeler er de særlig godt egnet for dannelse av boreslam på basis av invers emulsjon.

Borevæsker av typen invers emulsjon, som utgjør en del av den foreliggende oppfinnelse, inneholder vanlige komponenter for denne type av væsker, dvs. en oljefase, en vannfase, et emul-ger ingsmiddel , et filtratreduserende middel og eventuelle vanlige tilsetningsmidler som alkaliske forbindelser, tyngdegivende forbindelser etc.

Den oljeaktige fase utgjøres av en hvilken som helst hydrokar-bonolje med tilstrekkelig densitet, vanligvis mellom 0,75 og 0,9, og kan velges f.eks. blant produkter som gassolje, fyr-ingsolje, kerosen, råpetroleum, flytende paraffiner og flytende isoparaffiner, raffinerte fraksjoner av mineralolje og dearomatiserte hydrokarbonfraksjoner.

Den vandige fase kan enkelt utgjøres av vann eller foretrukket av en vandig oppløsning av natriumklorid eller en hvilken som helst saltlake som også kan inneholde kalsiumklorid og eventuelt andre jordalkalimetallsalter.

Mengden av vann innført i en av de former som skal nevnes, angis i forhold til mengden initial olje. I praksis kan for-holdet vann/olje, uttrykt på volumbasis, variere innen vide grenser som fra 50/50 - 5/95.

De ammulgerende blandinger i samsvar med oppfinnelsen kan innlemmes i mengder vanligvis mellom 10 og 50 g pr. liter slam.

Blandingene kan selvfølgelig anvendes i blanding med andre emulgeringsmidler av kjent type, idet den ovenfor angitt mengde da blir lavere. Det filtratreduserende middel kan være av vanlig type og velges fordelaktig blant fenolforbindelser. For dette kan nevnes monofenoler som kresoler, xylenoler,

difenoler og alkyldifenoler som pyrokatekol, trimetylpyrokate-kol, 4-metylpyrokatekol, 3-etylpyrokatekol, hydrokinon, metyl-og dimetylhydrokinoner, resorsinol, trifenoler og alkyltrifen-oler som pyrogallol, f loroglysinol. 5-metylpyr ogallol, etc,

såvel som deres blandinger med hverandre. Man kan også anv-vende råprodukter som kreosot fra tredestillasjonsrester, asfaltrester som er mer eller mindre oksydert eller lignitt-derivater.

Det kan være fordelaktig å tilsette den inverse emulsjon en alkalisk forbindelse., særlig ulesket kalk eller lesket kalk, som tillater økning av væskens pH. Den inverse emulsjon kan også inneholde vanlig fyllstoffer, som findelt bariumsulfat, kalsiumkarbonat, leire eller alle andre kjente tyngdegivende midler, som tillater å gi sluttproduktet denønskede densitet.

I praksis for fremstilling av disse væsker, tilsettes den vandige fase til oljefasen som inneholder de emulgernde blandinger i henhold til oppfinnelsen og man danner den inverse emulsjon ved omrøring av blandingen i en passende tid, som med vanlige blandeinnretninger ikke krever høy skjærkraftut-øvelse. Den basiske forbindelse og det klassiske filtratreduserende middel, hvis disse anvendes, innlemmes i et hvilket som helst stadium av fremstillingen, dvs. før eller etter dannelsen av emulsjonen. Fyllstoffene innføres vanligvis ved slutten av operasjonen.

De etterfølgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

Man anvender:

a) en blanding av fettsyrer oppnådd ved destillasjon av tall-olje med følgende sammensetning: b) en aminblanding omfattende:

I en reaktor utstyrt med røreverk, et system for resirkulering

av løsningsmiddel, innføres 1810 g (16 molekvivalenter) av aminblandingen og 300 g toluen hvoretter man under omrøring innfører 2258 g (8 molekvivalenter) av syreblandingen. Blandingen oppvarmes ved 150°C under atmosfæretrykk og tempera-turen heves gradvis til 230°C. Vannet fjernes kontinuerlig ved avdestillering av atseotropen vann-toluen. Oppvarmingen forsettes i 15 timer og avsluttes når det ikke lenger iakttas dannelse av vann. Vekten av fjernet vann er 573 g.

Etter avkjøling er reaksjonsblandingen en transparent væske med ravfarge med viskositet ved 20°C omtrent 400 mPa.s og som ikke krystalliserer ved -15°C.

Analyse ved NMR spektrometri og infrarød absorpsjonsspektro-metri tillater bedømmelse av de forskjellige bestanddeler og deres molare fordeling som er omtrent som følger:

Polyetanolaminer (Fri form eller radikaltilknyttet)

I disse formler er R et hydrokabonradikal av fettsyrer, n = eller 2, og m 3 - 6.

EKSEMPEL 2

Egenskapene av den emulgerende blanding fra eksempel 1 testes i de inverse boreslamblandinger.

Tre emulsjoner, med sammensetning gitt i tabell 1, ble frem-stilt: Under forsiktig omrøring innhelles emulgeringsmidlet i hydro-karbonet, man tilsetter vann tilsatt mineralsalter (eller saltløsning) og deretter det filtratreduserende middel samt fyllstoffer. Blandingen homogeniseres i 5 - 10 minutter under moderat omrøring.

For hver av slammene gjennomføres følgende tester:

a) test med leire forurensning (TCA)

slammet anbringes i en roterende ovn ved 120°C i 16 timer

Målingene av reologiske, filtrerings- og elektriske stabil-itetsforhold foretas (filtrering HP.HT ved 120°C).

Til slammet underkastet den foregående behandling, tilsettes 20% leire. Slammet bringes på nytt i den roterende ovn i 16 timer ved 120°C hvoretter de foregående målinger (reologi, filtrering, elektrisk stabilitet) gjennomføres.

b) Termisk test (TT)

En første "slam-oppvarmingssyklus" i roterende ovn gjennom-føres i 16 timer ved 90°C og de ovennevnte egenskaper måles (filtrering HP.HT ved 90°C).

En ytterligere oppvarmingssyklus ved 120°C i 16 timer gjennomføres med slammene som allerede en første gang har. gjennomgått den første oppvarmingssyklus, med måling av de samme egenskaper som tidligere. (Filtrering HP.HT ved 120°C).

En tredje bedømmelse identisk med den foregående, men ved 150°C gjennomføres med slam som allerede har vært underkastet de to oppvarmingssykluser med etterfølgende målinger av egenskapene (filtrering HP.HT ved 150°C).

En fjerde bestemmelse gjennomføres ved 175°C med samme type prosedyre (filtrering HP.HT ved 175°C). Tilsynelatende viskositeter Vå plastisk viskositet VP, skjær-kraftfrense eller "flytegrense" YV og initiale gelmotstander og gel etter 10 minutter (gel 0/10 måles ved hjelp av et Fannviskositetmeter ved 60°C.

Fitratreduksjon F (HP.HT) bestemmes i filterpresse HP.HT (høyt trykk, høy temperatur) med et trykk på 35 kg/cm<2>i henhold til standard (A.P.I.-metode).

Den elektriske stabilitet av emulsjonen VB uttrykt i volt tilsvarer minimumsspenningen nødvendig for å føre en kontinuerlig strøm mellom to referanseelektroder. En brudd-spen-ningsverdi VB over 500 volt er karakteristisk for et godt emulgeringsmiddel.

Resultatene fra målingene er satt opp i tabellene 2-4.

Claims (7)

1. Emulgerende blanding, karakterisert ved at den omfatter reak-sjonsproduktet ved en temperatur over 125°C av i det minste en mettet eller umettet Cg - C^ g fettsyre med en aminblanding som utgjøres fra 50 - 70 vekt% dietanolamin og 50 - 30 vekt% av et polyamin med formel: X-(CH-)_-NH-(CH--CH„-NH) -(CH_)0-NH_ hvori X Z Z Z Z n Z Z Z står for OH eller NH,,, idet minst 50% av X er NH.,, n er mellom 0 og 3, i et molart forhold syre/aminforbindelse mellom 0,4/1 og 0,7/1.

2. Blanding som angitt i krav 1, karakterisert ved at fettsyren er en blanding av syrer fra destillasjon av tallolje.

3. Blanding som angitt i krav 1, karakterisert ved at aminblandingen utgjøres av 50 - 70 vekt% dietanolamin, 10 - 15 vekt% aminoetyletanolamin, 18 - 26 vekt% trietylentetramin og 2 - 8 vekt% tetraetylenpentamin.

4. Blanding som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at det molare forhold syre/aminforbindelse er 0,5/1.

5. Emulsjoner av vann-i-olje inneholdende 1-10 vekt% av den emulgerende blanding som angitt i krav 1-4.

6. Anvendelse av den emulgerende blanding som angitt i krav 1-5 som tilsetningsmiddel til et slam for boring ved hjelp av invers emulsjon.

7. Anvendelse som angitt i krav 6, karakterisert ved at den emulgerende blanding innlemmes i mengder på mellom 10 og 50 g pr. liter slam.