DD201478C2 - DRILLING FOR DEEP DRILLING - Google Patents

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DD201478C2
DD201478C2 DD23271181A DD23271181A DD201478C2 DD 201478 C2 DD201478 C2 DD 201478C2 DD 23271181 A DD23271181 A DD 23271181A DD 23271181 A DD23271181 A DD 23271181A DD 201478 C2 DD201478 C2 DD 201478C2
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Bruno Heyne
Willi Klipp
Juergen Metze
Peter Scheibe
Manfred Arnold
Georg Schicht
Wolfgang Haubold
Harald Friedrich
Volker Steinert
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Bruno Heyne
Willi Klipp
Juergen Metze
Peter Scheibe
Manfred Arnold
Georg Schicht
Wolfgang Haubold
Harald Friedrich
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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Das Anwendungsgebiet betrifft Bohrspülungen, die zum Durchteufen tiefliegender toniger und salzhaltiger Formationen geeignet sind. Sie bezieht sich auf die Anwendung in Bohrspülungen, insbesondere für wasserbasische Tiefbohrspülungen zur Stabilisierung der Tonsuspension und zur Regulierung der Filtration bei vorherrschend hohen Sohlentemperaturen.The field of application relates to drilling muds which are suitable for penetrating low-lying clayey and saline formations. It relates to the use in drilling muds, in particular for water-based deep drilling muds for stabilizing the clay suspension and for regulating the filtration at predominantly high sole temperatures.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Beim Abteufen tiefer Bohrungen mit anstehenden Salzhorizonten und hohen Gebirgstemperaturen werden an die Bohrspülung hohe Anforderungen gestellt. Wäßrige Tonsuspensionen, die für flache Bohrungen bzw. in den oberen Bereichen tiefer Bohrungen zum Einsatz kommen, genügen den Anforderungen in größeren Teufen nicht mehr. Infolge thermischen und Salzeinfluß kommt es zur Flockung des Tons und zur negativen Veränderung der Spülungseigenschaften. Für die Durchführung von Tiefbohrungen werden häufig wasserbasische Rezepturen angewandt, in denen die Tonsuspension durch Zusatz von Schutzkolloiden stabilisiert wird. Zur Anwendung gelangen Stärke und hautpsächlich Celluloseether wie Carboxymethylzellulose. Diese Produkte sind auf Grund ihrer thermischen Instabilität nur bis zu bestimmten Teufen einsetzbar.When drilling deep holes with upcoming salt horizons and high mountain temperatures, high demands are placed on the drilling fluid. Aqueous clay suspensions, which are used for shallow holes or in the upper areas of deep holes, no longer meet the requirements in larger depths. Thermal and saline effects lead to flocculation of the clay and a negative change in the rinsing properties. For the execution of deep wells often water-based formulations are used in which the clay suspension is stabilized by the addition of protective colloids. Starch and mainly cellulose ethers such as carboxymethylcellulose are used. Due to their thermal instability, these products can only be used up to certain levels.

Begrenzt wurden bisher Polymere auf der Basis von Acrylsäure und deren Derivate eingeführt, jedoch ist ihre Anwendung infolge der großen Empfindlichkeit gegenüber Härtebildnern des Wassers begrenzt. Die Applikation dieser Polymere kann bis zu Temperaturen von 2000C erfolgen, jedoch fällen schon geringe Mengen von Ca-Ionen das Polyacrylat aus. Polyacrylamide werden bei hohen Temperaturen und pH-Werten zu Polyacrylsäure hydrolysiert.Limited polymers have been introduced on the basis of acrylic acid and derivatives thereof, however, their application is limited due to the high sensitivity to hardness of the water. The application of these polymers can be carried out up to temperatures of 200 0 C, however, precipitate even small amounts of Ca ions from the polyacrylate. Polyacrylamides are hydrolyzed at high temperatures and pH to polyacrylic acid.

Die in der DE-PS 1214267 vorgeschlagenen reinen kationenaktiven Schutzkolloide, wie z.B. Poly-N-vinylcarbonsäureamide, haben bisher keine praktische Bedeutung erlangt, da ihre Anwendung eine Umladung des Suspensionsteilchen zur Folge hat. Es kommt während des Bohrvorganges zur Tonflockung und zur Ausfällung des Beschwerungsmittels.The pure cationic protective colloids proposed in DE-PS 1214267, e.g. Poly-N-vinylcarboxylic acid amides have not gained practical importance because their application results in a reloading of the suspension particle. It comes during the drilling process to clay flocculation and precipitation of the weighting agent.

Aus der DE-PS 1267086 ist bekannt, Mischpolymerisate aus Polyacrylnitryl und Vinylsulfonsäure zu verwenden. Der Einsatz dieser Stoffe hat sich in der Praxis nicht durchgesetzt, da diese Mischpolymerisate neben der guten Filtrationskontrolle die Tixotropie der Bohrspülung erniedrigen und somit deren Tragfähigkeit an Feststoffen nachteilig beeinflussen. Entsprechend der DE-PS 2444108 treten diese Nachteile nicht auf, wenn Vinylsulfonsäuren, Acrylsäureamide und N-Vinyl-N-Alkylcarbonamide als Mischpolymerisat Verwendung finden. Dieses Additiv ist temperaturbeständig bis über 2000C und relativ inert gegenüber allen in Bohrspülungen vorkommenden Ionen. Nicht effektiv und nachteilig erweist sich der Einsatz des Additivs in elektrolytfreien bzw. -armen Bohrspülungen, da die Hydratisierung erbohrter Tone stimuliert wird, was ein nachteiliges Ansteigen der Viskositätsparameter der Spülung zur Folge hat.From DE-PS 1267086 it is known to use copolymers of polyacrylonitrile and vinylsulfonic acid. The use of these substances has not been successful in practice, since these copolymers in addition to the good filtration control reduce the tixotropy of the drilling fluid and thus adversely affect their capacity to solids. According to DE-PS 2444108 these disadvantages do not occur when vinylsulfonic acids, acrylic acid amides and N-vinyl-N-alkylcarbonamides find use as a mixed polymer. This additive is temperature resistant up to over 200 ° C. and relatively inert to all ions occurring in drilling fluids. The use of the additive in electrolyte-free drilling muds is not effective and detrimental, since the hydration of drilled clays is stimulated, resulting in a disadvantageous increase in the viscosity parameters of the mud.

In der US-PS 2.911.366 werden modifizierte Olefin/Maleinsäureanhydrid (MSA)-Copolymere in derSäureamidform als Schutzkolloide für Tonsuspensionen vorgeschlagen, deren besondere Wirksamkeit in der Ammoniumsalzform auftritt. Es werden Copolymere mit Athen, Propen und Isobuten beschrieben und insgesamt Olefine mit C-Zahlen von 2-8 geschützt, wobei als Bedingung an diese Produkte spezifische Lösungsviskositäten für 1%ige Lösungen in Dimethylformamid von 0,7-2,5 gefordert werden. Olefin/MSA-Copolymere mit derartigen Viskositätswerten sind, mit Ausnahmen von Isobuten/MSA-Copolymeren, nur schwierig herzustellen. Die nach diesem Patent beschriebenen Produkte weisen zusätzlich eine starke Empfindlichkeit gegenüber Ca- und Mg-Ionen auf, die beim Durchteufen von Anhydridschichten und Salzhorizonten in die Spülung gelangen. Bei guterfiltrationsregulierender Wirkung führen diese Produkte jedoch zu einer nachteiligen Beeinflussung der Spülungsparameter, insbesondere durch die Bildung sehr stabiler Schäume im salinaren Milieu. Dadurch tritt ein Dichteabfall in der Spülung auf und es kommt zu Störungen im gesamten Bohrprozeß.U.S. Patent No. 2,911,366 proposes modified olefin / maleic anhydride (MSA) copolymers in acid amide form as protective colloids for clay suspensions, the particular activity of which occurs in the ammonium salt form. Copolymers with Athens, propene and isobutene are described and total olefins are protected with C numbers of 2-8, as a condition to these products specific solution viscosities for 1% solutions in dimethylformamide of 0.7-2.5 are required. Olefin / MSA copolymers having such viscosity values are, with the exception of isobutene / MSA copolymers, difficult to prepare. In addition, the products described in this patent have high sensitivity to Ca and Mg ions entering the mud when pervading anhydride layers and salt horizons. With good filtration-regulating effect, however, these products lead to an adverse effect on the mud parameters, in particular by the formation of very stable foams in the saline environment. As a result, a density drop occurs in the mud and it comes to disruptions throughout the drilling process.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, einen Zusatz für Tiefbohrspülungen zu finden, durch den die Filtration der Spülung gesenkt wird und somit die Tonsuspension stabilisiert wird. Diese filtrationskontrollierende Wirkung soll auch im stark elektrolythaltigen Milieu und bei extremen Temperaturen erreicht werden und somit der Spülung in allen Parametern eine ausreichende Stabilität verleihen. Dieser Zusatz soll keine negativen Beeinflussungen auf die übrigen Spülungschemikalien ausüben.The object of the invention is to find an additive for deep drilling muds by which the filtration of the mud is lowered and thus the clay suspension is stabilized. This filtration-controlling effect should also be achieved in the strongly electrolyte-containing medium and at extreme temperatures and thus impart sufficient stability to the rinsing in all parameters. This addition should not exert any negative influence on the other purging chemicals.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Es wurde gefunden, daß die dargelegte Zielstellung erreicht wird, wenn als Suspensionsstabilisatoren MSA-Copolymere von Olefinen und Vinylverbindungen eingesetzt werden, die partiell verestert wurden, wobei der Veresterungsgrad der Carboxylgruppen zwischen 0,10 und 0,75 variiert werden kann. Diese Copolymerisate können sowohl als Alkali- als auch in Form der Ammoniumsalze über wäßrige Lösungen bzw. als Feststoff der wasserbasischen Tiefbohrspülung zugesetzt werden. Als geeignete Alkohole für die Herstellung der Suspensionsstabilisatoren erwiesen sich Verbindungen mit C-Zahlen von 1-18. Gemischtveresterte MSA-Copolymere sowie Produkte, die durch Teilamidierung mit aliphatischen bzw. aromatischen Aminen sowie Ammoniak und partielle Veresterung erhalten werden, bringen ebenfalls die gewünschte Wirkung bei Konzentrationen zwischen 1 und 5% bezogen auf die Bohrspülung.It has been found that the stated objective is achieved when MSA copolymers of olefins and vinyl compounds are used as suspension stabilizers, which have been partially esterified, wherein the degree of esterification of the carboxyl groups can be varied between 0.10 and 0.75. These copolymers can be added both as alkali metal and in the form of the ammonium salts via aqueous solutions or as a solid of the water-based Tiefbohrspülung. Suitable alcohols for the preparation of the suspension stabilizers proved compounds with C numbers of 1-18. Mixed esterified MSA copolymers as well as products obtained by partial amidation with aliphatic or aromatic amines as well as ammonia and partial esterification also bring about the desired effect at concentrations between 1 and 5% based on the drilling fluid.

Ausf ü hru ngsbeispieleExemplary embodiments

Die Temperaturbeständigkeit der Tonspülung wird nachdem Filtrationswert, gemessen bei 0,7MPa über 30 Minuten, beurteilt.The temperature resistance of the clay rinse is judged by the filtration value measured at 0.7 MPa for 30 minutes.

Die abgegebene Filtratmenge ist bei hoher Thermostabilität der Bohrspülung gering.The delivered Filtratmenge is low with high thermal stability of Bohrspülung.

Für die in den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 aufgeführten MSA-Copolymere werden folgende Produkte ausgewählt:For the MSA copolymers listed in the embodiments 1 to 3, the following products are selected:

MSA-Copolymere I Propylen/MSA-Copolymerisat; verestert mit Propanol; Veresterungsgrad 0,5 MSA-Copolymer Il Propylen/MSA-Copolymerisat; 30 % der MSA-Gruppen werden mit Propanol verestert, der Rest wurde mitMSA copolymers I propylene / MSA copolymer; esterified with propanol; Degree of esterification 0.5 MSA copolymer II propylene / MSA copolymer; 30% of the MSA groups are esterified with propanol, the remainder were with

n-Butylamin amidisiert MSA-Copolymer III Gemisch aus einem mit n-Butanol veresterten Äthylen/MSA-Copolymerisat und einem mit n-Propanol veresterten Propylen/MSA-Copolymeren; Veresterungsgrad 0,25n-Butylamine amidizes MSA copolymer III Mixture of an n-butanol esterified ethylene / MSA copolymer and an n-propanol esterified propylene / MSA copolymer; Degree of esterification 0.25

Beispiel 1example 1

Süßwassertonspülung mit einem Gehalt an 6,0Gew.-%ten Bentonit und 2,0Gew.-%ten Schutzkolloid nach 8h thermischer Belastung bei 2200CFresh water clay rinse with a content of 6.0 wt .-% bentonite and 2.0 wt .-% th protective colloid after 8 hours of thermal stress at 220 0 C.

Schutzkolloid Filtration in mlProtective colloid filtration in ml

MSA-Copolymer I 15MSA copolymer I 15

MSA-Copolymer Il 16MSA copolymer Il 16

MSA-Copolymer III 18MSA copolymer III 18

Carboxymethylcellulose 110Carboxymethylcellulose 110

Polymethacrylsäure/Acrylamid 48Polymethacrylic acid / acrylamide 48

Polyalkylammoniumchlorid 27Polyalkylammonium chloride 27

Beispiel 2Example 2

Tonspülung mit einem Gehalt an 6,0Gew.-%ten Bentonit, 30Gew.-% Natriumchlorid und 2,0Gew.-%ten Schutzkolloid nach 8h thermischer Belastung bei 2200CClay with a content of 6.0 wt .-% th bentonite, 30Gew .-% sodium chloride and 2.0Gew .-% th protective colloid after 8h thermal stress at 220 0 C.

Schutzkolloid Filtration in mlProtective colloid filtration in ml

MSA-Copolymer I 12MSA copolymer I 12

MSA-Copolymer Il 20MSA copolymer Il 20

MSA-Copolymer III 29MSA copolymer III 29

Carboxymethylcellulose unkontrolliertCarboxymethylcellulose uncontrolled

Polymethacrylsäure/Acrylamid 74Polymethacrylic acid / acrylamide 74

Polyalkylammoniumchlorid 110Polyalkylammonium chloride 110

Beispiel 3Example 3

Tonspülung, enthaltend 6,0Gew.-% Bentonit, 1,0Gew.-% Calciumchlorid und 2,0Gew.-% Schutzkolloid nach 8h thermischer Belastung bei 2000CClay, containing 6.0 wt .-% bentonite, 1.0 wt .-% calcium chloride and 2.0 wt .-% protective colloid after 8 hours of thermal stress at 200 0 C.

Schutzkolloid Filtration in mlProtective colloid filtration in ml

MSA-Copolymer I 11MSA copolymer I 11

MSA-Copolymer Il 11MSA copolymer Il 11

MSA-Copolymer III 14MSA copolymer III 14

Polymethacrylsäure/Acrylamid 95Polymethacrylic acid / acrylamide 95

Carboxymethylcellulose unkontrolliertCarboxymethylcellulose uncontrolled

Polyalkylammoniumchlorid 35Polyalkylammonium chloride 35

Claims (4)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Verfahren zur Stabilisierung von Tiefbohrspülungen gekennzeichnet dadurch, daß der Bohrspülung ein polymerer Suspensionsstabilisator oder ein Gemisch dieser in Mengen von 1 bis 5% zugesetzt wird, wobei der Suspensionsstabilisator aus einem Bernsteinsäureanhydridgruppierungen enthaltenden Copolymeren besteht, dessen Anhydridgruppen teilweise oder völlig mit Alkoholen oder mit Alkoholen und Aminen umgesetzt wurden, wobei das Polymer in der Alkali- oder Ammoniumsalz- bzw. der Säureform als wäßrige Lösung oder Feststoff der Tiefbohrspülung zugesetzt wird und diese Zusätze bis 523K bei unterschiedlichen Salzkonzentrationen angewendet werden können.1. A method for stabilizing Tiefbohrspülungen characterized in that the drilling fluid is added to a polymeric suspension stabilizer or a mixture of these in amounts of 1 to 5%, wherein the suspension stabilizer consists of a succinic Anhydridegruppierungen containing copolymers whose anhydride partially or completely with alcohols or alcohols and amines were reacted, wherein the polymer is added in the alkali or ammonium salt or the acid form as an aqueous solution or solid of Tiefbohrspülung and these additives can be applied to 523K at different salt concentrations. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Copolymere mit Olefinen mit C-Zahlen von 2-8 sowie mit Styren, Vinylacetat und Alkylvinyläthenen mit verzweigtem bzw. unverzweigtem Alkylrest mit C-Zahlen von 1-8 zum Einsatz gelangen.2. The method according to claim 1, characterized in that copolymers with olefins having C numbers of 2-8 and with styrene, vinyl acetate and Alkylvinyläthenen with branched or unbranched alkyl radical having C numbers of 1-8 are used. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Veresterungsgrad, bezogen auf die Gesamtmenge der aus der MSA resultierenden Carboxylgruppen 0,1-0,75, vorzugsweise 0,3-0,5 beträgt und Alkohole mit einer C-Zahl von 1-18, vorzugsweise 2-4 verwendet werden.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the degree of esterification, based on the total amount of the carboxyl groups resulting from the MSA 0.1-0.75, preferably 0.3-0.5 and alcohols having a C number of 1-18, preferably 2-4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die verwendeten Polymeren zusätzlich zur Veresterung mit mindestens einem Alkohol durch Amidierung mit Ammoniak, aromatischen oder aliphatischen Aminen modifiziert sind.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the polymers used are modified in addition to the esterification with at least one alcohol by amidation with ammonia, aromatic or aliphatic amines.
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