DE69206602T2

DE69206602T2 - Reinigung von bohrlöchern mit hilfe von alkalischen alkyl-polyglykosid-verbindungen.

Info

Publication number: DE69206602T2
Application number: DE69206602T
Authority: DE
Inventors: Albert F. Plano Tx 75075 Chan
Original assignee: Atlantic Richfield Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1992-01-23
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2012-01-24
Also published as: US5374361A; DE69206602D1; EP0569484B1; CA2099012A1; CA2099012C; WO1992014031A1; NO932724D0; NO303082B1; NO932724L; EP0569484A1; EP0569484A4

Description

Die Erfindung betrifft eine Reinigungszusammensetzung sowie ein Verfahren zur Entfernung von Bohrloch- und Bohrausrüstungsverunreinigungen unter Verwendung einer alkalischen Alkylpolyglycosidlösung.
Beim Bohren und Säubern von Öl- und Gasförderbohrungen sowie bei bestimmten Typen von Fluidinjektionsbohrungen ist es wünschenswert und erforderlich, aus dem Bohrloch unerwünschte Materialien zu entfernen. Beispielsweise ist es beim Bohren und bei der Fertigstellung eines Ölbohrloches vor dem Perforieren der Verkleidung im interessanten Formationsbereich wichtig, Verunreinigungen wie Bohrflüssigkeiten, Rohrversiegler bzw -schmiermittel und andere Rückstände im Bohrloch zu entfernen. Wird die Reinigungsoperation nicht ausgeführt, kann dies zu Verunreinigungen und zum Verstopfen der Formation durch die obigen Verunreinigungen im Bohrloch führen. Bei Bohrlöchern, in denen bereits unterirdischer Fluide gefördert wurden, sowie bei für die Flüssigkeitsinjektion verwendete Bohrlöchern muß die Bohrung ebenfalls von Zeit zu Zeit gereinigt werden, um Verunreinigungen wie Hydrogensulfidniederschläge und Injektionswasserverunreinigungen zu entfernen.
Obwohl bei den Bohrlochreinigungsverfahren bereits viele Arten von Detergenzien eingesetzt worden sind, besteht ein andauernder Bedarf an verbesserten Reinigungematerialien, insbesondere an oberflächenaktiven Materialien, die die Bohrlochverunreinigungen wirksam entfernen, niedrigste Kosten in bezug auf ihre Leistungsfähigkeit ermöglichen und die vorzugsweise biologisch abbaubar und weniger toxisch als die Materialien des Standes der Technik sind. Aus diesem Grunde wurde die vorliegende Erfindung im Hinblick darauf entwickelt, eine überlegene oberflächenaktive Zubereitung sowie ein Verfahren zur Reinigung von Bohrlöchern und Bohrausrüstungen zur Verfügung zu stellen.
Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Zusammensetzung zum Reinigen von verkleideten Bohrlöchern und dergleichen zur Verfügung, wobei ein Reinigungsfluid aus einem verbesserten Detergenz verwendet wird, welches durch eine alkalische Alkylpolyglycosid-(APG)-zusammensetzung gekennzeichnet ist. Beispielsweise stellt das APG-Detergenz, wenn es zusammen mit einem alkalischen Mittel Reinigungsfluiden wie frischem Wasser, Meerwasser oder dem sogenannten Bohrlochfüllwasser, das bis zu 27,7 kg/m³ Kalium- oder Natriumchlorid enthält, zugesetzt wird, ein wirksames und kosteneffizientes Bohrlochreinigungssystem zur Verfügung.
Das APG-Detergenz kann auch in Trennflüssigkeiten mit erhöhter Dichte eingesetzt werden, um während der Verdrängung von Bohrfluiden auf Wasser- oder Ölbasis aus der Bohrung eine Reinigungsfunktion zu erfüllen.
Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zur Reinigung von verkieideten Bohrlöchern zum Entfernen von Verunreinigungen, einschließlich Bohrfluide, Kohlenwasserstoffe und Rohrgewindeverbindungen, zur Verfügung gestellt, bei dem man zum Entfernen der Verunreinigungen aus der Bohrung und der Verkleidung im jeweiligen Bereich eine Verdrängungs- und Waschzusammensetzung durch die Bohrung pumpt, wobei die Zusammensetzung einen aus Frischwasser, Meerwasser und Füllwasser ausgewählten Träger, ein Detergenz aus einem Alkylpolyglycosid mit einer von einer Alkylkettenlänge, die zwischen C6 und C18 variiert werden kann, dominierten hydrophoben Gruppe und ein alkalisches Mittel enthält.
Die Erfindung stellt außerdem eine Zusammensetzung zum Entfernen von Bohrfluiden auf Ölbasis, Kohlenwasserstoffen, Hydrogensulfidniederschlägen, Bohrlochzementen und anderen Verunreinigungen aus verkleideten Bohrlöchern, der Ausrüstung zum Zirkulieren des Bohrschlammes und ähnlichen zur Verfügung, die besteht aus:
einem aus Frischwasser, Meerwasser und Füllwasser ausgewählten Träger,
einem Detergenz aus einem Alkylpolyglycosid mit einer von einer Alkylkettenlänge, die zwischen C6 und Cl8 variiert werden kann, dominierten hydrophoben Gruppe, und
einem alkalischen Mittel
Der Träger kann eine Füllwassersalzlösung mit einem Gehalt von bis zu 27,7 kg/m³ (9,7 lbs/bbl) an Natriumchlorid, Kaliumchlorid oder Ammoniumchlorid darstellen.
US-A-4 453 598, erteilt an Singer et al., die US-A-4 474 240, 4 528 102, 4 588 031, 4 588 455 und 4 592 425, alle erteilt an Oliver, Jr., sowie US-A-4 681 165, erteilt an Bannister, repräsentieren im Hinblick auf Bohrloch Bohrfluidverdrängungs- und -reinigungsverfahren und Zusammensetzungen den dem Anmelder bekannten Stand der Technik. Die Verwendung von Alkylpolyglycosiden als Detergenzien in der Waschmitteldetergenzindustrie wird in einer Schrift mit dem Titel "Alkyl Polyglycoside: New Surfactants That Meet Detergent Industry Needs (Alkylpolyglycoside: Neue Detergenzien, die die Anforderungen an Industriedetergenzien erfüllen)" von A.D. Urfer et al. (World Conference on Detergents; Montreux, Schweiz, 1986) diskutiert. Diese Darstellung bespricht bestimmte Vorzüge der Alkylpolyglycoside als nichtionische Detergenzien unter dem Gesichtspunkt der Öl- und Wasserlöslichkeit, die Grundsatzanforderungen der Detergenzindustrie erfüllen.
Das Verdrängungsverfahren zur Reinigung von verkleideten Bohrlöchern vor dem Einbringen einer Füllsalzlösung oder vor der Reinjektion von Injektionsfluiden sind wesentliche Schritte während der Fertigstellung des Bohrloches oder des Wiederanlaufens. Die Verwendungvon Lösungsmitteln wie Xylol und von Detergenzlösungen stellt eine übliche Praxis dar, um das Erreichen der erforderlichen Reinheit in Bohrlöchern und der Bohrausrüstung zu unterstützen. Der Sinn der Injektion von Detergenzien in ein verkleidetes Bohrloch, entweder mittels Zirkulation im Bohrungsraum über eine Rohrleitung hinab und Rückführung des Fluids herauf im Ring zwischen Verkleidung und Rohrleitung oder mittels reverser Zirkulation, besteht darin, ein sehr sauberes Bohrloch zu erhalten (z.B. ein Trübungswert von 20 ntu oder weniger in der Nähe der Perforationen), um Formationsbeschädigungen aufgrund von Verstopfen der Perforationslocher durch in den Injektions- oder Füllfluiden suspendierten Dreck oder Schmieren zu minimieren.
Von synthetischen Detergenzien wie Alkylarylsulfonaten unterstützte Alkalilösungen sind in bestimmten Metallreinigungsverfanren zum Entfernen restlicher Schmiere oder restlichen Drecks von fertiggestellten Metallteilen verwendet worden. Aufgrund der harschen Umgebungsbedingungen in verkleideten Bohrlöchern wie Bedingungen hoher Temperatur, des Vorliegens hoher Salinitäten, Salzlösungen hoher Härten und von Rückständen von Schlämmen auf Ölbasis im Bohrloch, ist jedoch nicht anzunehmen, daß der Einsatz von Detergenzien in Kombination mit alkalischen Materialien zur Reinigung von Bohrlöchern jemals ausprobiert wurde.
Erfindungsgemäß wurde nun aber gefünden, daß Alkylpolyglycosid-(APG)-Detergenzien, die nichtionischer Natur sind und die zahlreichen Hydroxylgruppen in der Polysaccharidkette zum Erzielen der Hydrophilie einsetzen, in Kombination mit alkalischen Materialien wie Natrium-, Ammonium- und Kaliumhydroxid bei der Entfernung von Bohrfluiden auf Ölbasis, Rohrgewindeversieglern und Schmiermaterialien sowie anderen Verunreinigungen in verkleideten Bohrlöchern, einschließlich Kohlenwasserstoffsubstanzen wie Dieselöl, Rohöl und anderen natürlichen Erdformationsfluiden, besonders effektiv sein könnten. Diese neuen Zusammensetzungen können außerden wirksam zur Reinigung von Bohrausrüstungen wie Schlammpumpen, Tanks und Leitungen eingesetzt werden. Der öllösliche Anteil des APG-Detergenz kann von der Alkylkettenlänge, die zwischen C6 und C18 variiert werden kann, dominiert werden. Jede Saccharidgruppe entspricht üblicherweise 5 - 7 Ethylenoxidgruppen und ist deshalb sehr wirksam zum Verleihen der Eigenschaft der Wasserlöslichkeit an APG-Detergenzien, sogar unter Bedingungen hoher Salinität und Härte wie sie in Meerwasser vorliegen. Darüber hinaus geben die APG-Detergenzien keine Bedingungen hinsichtlich des Trübungspunktes vor und scheinen bei den betrachteten Anwendungen keinerlei Temperatureinschränkungen zu unterliegen.
Eine weitere wichtige Eigenschaft der APG-Detergenzien besteht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren darin, daß sie bei sehr hohem pH noch sehr oberflächenaktiv bleiben und daß sie daher sehr wirksam als Benetzungs- und Dispergiermittel sowie als Emulgatoren mit alkalischen Lösungen eingesetzt werden können. Erfindungsgemäß wird angestrebt, daß die Konzentration des in der Bohrlochreinigungszusammensetzung und im Verfahren verwendeten APG-Detergenz typischerweise im Bereich von 0,5 - 10 Gew.-% und vorzugsweise 0,5 - 4 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung liegen sollte. Die Konzentration des alkalischen Materials sollte im Bereich von etwa 1 - 10 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung liegen. Wie bereits erwähnt, können die Anforderungen in bezug auf Wasser- und Öllöslichkeit durch Wahl der geeigneten Alkylkettenlänge oder einer Mischung von Alkylkettenlängen und/oder der Polysaccharidzahl im Molekül optimiert werden. Ein ethoxylierter Alkohol mit linearer Alkylkette oder ein Alkylphenolethoxylat können als Codetergenz miteingearbeitet werden.
Weiterhin können die Zusammensetzungen ausgewählte Mengen (beispielsweise 0,25 - 1,5 Gew.-%) an Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht wie sulfoniertem Styrolmaleinsäureanhydrid (SSMA), sulfoniertem Vinyltoluolmaleinsäureanhydrid (SVTMA) und sulfoniertem Isobutylenmaleinsäureanhydrid (SIMA) enthalten, um die Dispersion fester Teilchen zu verbessern. Schaumbremser auf Silikon-(Polysiloxan)-basis wie Polydimethylsiloxan können der Zusammensetzung zum Steuern des Schäumens in einer Menge von mehreren Hundert bis zu wenigen Tausend ppm zugesetzt werden.
Darüber hinaus wird angestrebt, daß bestimmte, in Bohrlochzementierverfahren verwendete Trennfluide, wie die in der EP-A-0 430 644, übertragen an den Inhaber der Erfindung, offenbarten Fluide, bestimmte Mengen des APG-Detergenz enthalten können, um eine Reinigung des Bohrloches während der Verdrängung der Bohrflüssigkeiten und anderer Verunreinigungen aus dem zu zementierenden Abschnitt der Bohrung auszuführen.
Zur Bewertung der Effektivität der alkalischen APG-Zubereitung beim Dispergieren und Solubilisieren von Bohrschlämmen auf Ölbasis, üblichen Rohrgewindeschmier- und -versiegelungsverbindungen sowie von Dieselölfiltraten aus einem Bohrschlamm auf Ölbasis wurde eine Reihe von Experimenten durchgeführt. Mengen von 0,20 g eines Kuchens aus Bohrschlamm auf Ölbasis, einer herkömmlichen Rohrgewindeverbindung und eines Dieselölfiltrates wurden jeweils in 40 ml Probengefäße gegeben, die 20,0 g einer Lösung aus in einer 3 %igen Kaliumchloridsalzlösung gelöstem APG-Detergenz, die Konzentrationen von 1, 3, 5 und 10 Gew.-% Natriumchlorid enthielt. Jede Probe wurde in einem Ofen auf 60 ºC (140 ºF) erwärmt, herausgenommen und während des Abkühlens auf Raumtemperatur 4 - 6 Minuten leicht mit der Hand geschüttelt. Die folgenden Ergebnisse wurden unter Verwendung von Detergenzkonzentrationen von 4 % Aktivgewicht erhalten, wobei die im Handel unter der Bezeichnung APG 225, APG 300, APG 325, APG 600 und APG 625 von der Henkel Corporation, Amber, Pensylvania erhältlichen APG-Detergenzien verwendet wurden.
Der Schlammkuchen auf Ölbasis und die Rohrgewindeverbindung wurden in Abhängigkeit von der verwendeten Natriumhydroxidkonzentration sowie den eingesetzten APG- Detergenz in stückige, grobe oder feine Dispersionen teilchenförmigen Materials zerteilt. Bei geringen Natriumhydroxidkonzentrationen (1 - 3 %) wurden der Bohrschlammkuchen auf Ölbasis und die Rohrgewindeverbindung entweder in stückige oder grobe Materialien zerteilt, während die Verunreinigungen bei höheren Konzentrationen des alkalischen Natriumhydroxids (3-10 %) in feinteilige Materialien zerlegt wurden. In der Abwesenheit von APG-Detergenzien an diesen Materialien ausgeführte Tests führten zu keiner Dispergierung der Verunreinigungsmaterialien.
APG-Detergenzien mit längeren Alkylen als Lipophile wie APG 600 ( Alkylkettenlänge C12-C14-C16) ergaben sogar bei Natriumhydroxidkonzentrationen von 1 % gute Dispersionen. Im Gegensatz dazu erforderten APG 225 (Alkylkettenlänge C8-C10) und APG 300 (Alkylkettenlänge C9, C10 und C11) sehr viel höhere Alkalikonzentrationen im Bereich von 3 bis 10 % Natriumhydroxid, um dasselbe Ergebnis zu erzielen.
Die obigen Tests mit Dieselölfiltrat zeigten auch eine bessere Solubilisation in Lösungen von APG-Detergenzien mit längerer Alkylkette als solchen mit kürzerer Alkylkette.
Eine zweite Testreihe wurde unter Verwendung eines Gemisches von APG-Detergenzien aus der oben angeführten Gruppe käuflicher Detergenzien mit einem aus ethoxylierten Alkoholen mit linearer Alkylkette und Alkylphenolethoxylat ausgewählten Codetergenz durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, daß sich die Solubilisierung von Dieselölfiltrat durch den Ersatz von bis zu 30 Gew.-% des APG-Detergenz in der Detergenzmischung durch ethoxylierte Alkohole mit einer Alkylkettenlänge von C8 bis C16 weiter verbessern.
Eine dritte Testreihe wurde durchgeführt, um die Effektivität einer alkalischen APG- Zubereitung bei der Entfernung von Schlamm auf Ölbasis oder Rohrgewindeverbindungspasten von metallischen Oberflächen zu bestimmen. Es wurde jeweils eine Menge von 0,2 g Paste aus jedem Material verwendet, die auf ein Stück eines 10,2 mm (4- inch) langen Eisennagels geschmiert wurde. APG 300 (1,95 und 3,90 Gew.-%) und APG 600 (2,275 und 4,55 Gew.-%) von der Henkel Corporation wurden als Detergenzien mit 3 Gew.-% Alkalikonzentration (Natriumhydroxid) mit einem pH von 13,6 verwendet. Jedes Testgefäß (40 ml Fassungvermögen) enthielt 20 g Detergenzlösung. Der verdreckte Nagel wurde in das Gefäß gegeben und auf etwa 60 ºC (140 ºF) erwärmt. Das Gefäß wurde dann mit einer horizontalen vor-und-zurück-Bewegung leicht für etwa 6 Minuten geschüttelt, wobei der Nagel vollständig in die Lösung eingetaucht war. Die Ergebnisse zeigen, daß durch die alkalische APG-Zusammensetzung eine ausgezeichnete Dispergierung der Pasten aus Schlamm auf Ölbasis oder aus der Rohrgewindeverbindung erzielt wurde. Die Effizienz bei Entfernung der Paste war der unter Verwendung organischer Kohlenwasserstofflösungsmittel wie Gemischen aus Paraffin und Naphthenen oder Gemischen aus oxygenierten aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit Wasser (Mischung 50/50) erzielten vergleichbar. Weiterhin wurde beobachtet, daß an den den alkalischen APG-Lösungen ausgesetzten Nägel keine Korrosion beobachtet wurde, während die in das oben genannte Kohlenwasserstoff/Wasser-Gemisch eingetauchten Nägel innerhalb von 24 bis 48 Stunden korrodierten.
Als weiteres Beispiel wurde ein Ölbohrloch zur Fertigstellung zum Verdrängen des im Bohrloch verbleibenen Bohrfluids vorbereitet, in dem eine Lösung aus Wasser, einem alkalischen Mittel, ausgewählt aus der aus Natrium-, Kalium und Ammoniumhydroxid bestehenden Gruppe, in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% und einem Detergenz, bestehend aus einem APG, welches aus der aus Alkylkettenlängen von C6 bis C18 bestehenden Gruppe ausgewählt ist, in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-% Konzentration in der Lösung hinab durch eine Arbeitsrohrleitung injiziert wird. 6,36 bis 9,54 m³ (40 bis 60 barrel) der Lösung aus Wasser, Detergenz und alkalischem Mittel werden mit einer Geschwindigkeit von 0,48 bis 0,64 m³/min (3 bis 4 bbl/min) durch die Bohrung gepumpt und über den Bohrungsring zwischen der Verkleidung und der Rohrleitung zurückgeführt, um die Verkleidungsleitung zur Reinigen und das Bohrfluid, die Rohrgewindeverbindung und andere Verunreinigungen vor dem Perforieren der Verkleidung im jeweils interessanten Erdformationsabschnitt aus dem Bohrloch zu entfernen. Die Zusammensetzung wird das Bohrfluidsystemzirkulationssystem zirkuliert, welches Pumpen, Tanks und Leitungen umfaßt, um auch diese Komponenten zu reinigen.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen hierin beschrieben sind, wird der Fachmann erkennen, daß das Verfahren und die Zusammensetzung verschiedentlich verändert und modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den angfügten Ansprüchen genannt ist, zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zur Reinigung von verkleideten Bohrlöchern zum Entfernen von Verunreinigungen, einschließlich von Bohrfluiden, Kohlenwasserstoffen und Rohrgewindeverbindungen, bei dem man zum Entfernen der Verunreinigungen aus der Bohrung und der Verkleidung im interessierenden Bereich eine Verdrängungs- und Waschzusammensetzung durch die Bohrung pumpt, wobei die Zusammensetzung einen aus Frischwasser, Meerwasser und Füllwasser ausgewählten Träger, ein Detergenz aus einem Alkylpolyglycosid mit einer von einer Alkylkettenlänge, die zwischen C6 und C18 variiert werden kann, dominierten hydrophoben Gruppe und ein alkalisches Mittel enthält.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das alkalische Mittel in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% der Zusammensetzung bereitgestellt wird.

3 Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Alkylpolyglycosid in einer Menge von 0,5 bis 10 %, bezogen auf das Aktivgewicht der Zusammensetzung, bereitgestellt wird.

4. Zusammensetzung zum Entfernen von Bohrfluiden auf Ölbasis, Kohlenwasserstoffen, Hydrogensulfidniederschlägen, Bohrlochzementen und anderen Verunreinigungen aus verkleideten Bohrlöchern, der Ausrüstung zum Zirkulieren des Bohrschlammes und ähnlichem, aus:

einem aus Frischwasser, Meerwasser und Füllwasser ausgewählten Träger, einem Detergenz aus einem Alkylpolyglycosid mit einer von einer Alkylkettenlänge, die zwischen C6 und C18 variiert werden kann, dominierten hydrophoben Gruppe und

einem alkalischen Mittel

5. Zusammensetzung gemäß Anspruch 4, in der die Konzentration des oberflächenaktiven Mittels im Bereich von 0,5 bis 10 Gew.-% liegt.

6. Zusammensetzung gemäß Anspruch 4, bei der die Konzentration des alkalischen Mittels im Bereich von 1 bis 10 Gew.-% liegt.

7. Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der das alkalische Mittel aus Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Ammoniumhydroxid ausgewählt ist.

8. Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der der Träger eine Füllwassersalzlösung mit einem Gehalt von bis zu 27,7 kg/m³ (9,7 lbs/bbl) Natriumchlorid, Kaliumchlorid oder Ammoniumchlorid darstellt.

9. Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, die ein aus Styrolmaleinsäureanhydrid-, sulfoniertem Vinyltoluolmaleinsäureanhydrid- und sulfoniertem Isobutylenmaleinsäureanhydridpolymeren ausgewähltes Dispergiermittel enthält.

10. Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, die einen aus einer aus Polysiloxanen bestehenden Gruppe ausgewählten Schaumbremser enthält.

11. Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 10, die ein aus ethoxylierten Alkoholen mit linearer Alkylkette und Alkylphenolethoxylaten ausgewähltes Codetergenz enthält.