JPH0341514B2

JPH0341514B2 -

Info

Publication number: JPH0341514B2
Application number: JP12055987A
Authority: JP
Priority date: 1987-05-18
Filing date: 1987-05-18
Publication date: 1991-06-24
Also published as: JPS63284289A

Description

【発明の詳細な説明】

ａ産業上の利用分野本発明は、石油、天然ガス、地熱蒸気弁、また
は土木工事の各種坑井掘削における水−粘土系掘
削循環流体の流動特性を管理するための掘削流体
添加剤に関する。ｂ従来の技術坑井掘削方法は、掘削機械の作動原理から、基
本的に回転式、衝撃式の２方法に大別できる。これらの方法は、使用目的によつてそれぞれ特
徴を生かしながら逐次改良されているが、近年回
転式が多くの面で利点があり、その汎用性が認め
られ、掘削機械の方式として大勢を占めている。この回転式掘削技術は、中空パイプ（以下「ド
リルストリング」という）の下端に錐（以下「ビ
ツト」という）を取付け、ドリルストリングとビ
ツトを回転させることによつて、ビツトで地層の
岩石を砕き坑井を掘進して行くものである。このビツトにより砕かれた地層中の岩石（以下
「カツテイング」という）は、地表に運び出さね
ばならない。このカツテイングを搬出する役目を
するのが、掘削循環流体（以下「泥水」という）
である。搬出にあたつては、ポンプにより泥水をドリル
ストリングの中に通し、ビツトの先端より噴出さ
せ、それによつてビツトの冷却をしながら、カツ
テイングと共に泥水を坑壁とドリルストリングの
間を地表まで上昇させ、カツテイングを地表に搬
出する。そのさい、新しく出来た坑壁の表に泥水構成組
成物により泥壁が形成されて坑壁の崩壊の防止に
役立ち、また地層内から高圧の石油、ガス、蒸気
等の噴出を泥水圧によりコントロールし、噴出を
防止するとともに、ドリルストリングと坑壁との
摩擦抵抗を小さくするなどの効果がある。すなわち泥水は、坑壁の表面に薄くて強靭な泥
壁を作り、坑壁を保護し、さらに泥水圧と地層圧
とのバランスを保ち、地層の崩壊を防止するもの
である。この泥水には、地層の状況に対応した泥水特性
を維持するために、各種添加剤が使用される。基
本的な組成としては、粘土鉱物の懸濁液にリグニ
ン、リグナイト、タンニンなどの変形物、ポリリ
ン酸塩系物質、カルボキシメチルセルローズ（以
下「CMC」という）、スチレン、スルフオン酸／
無水マレイン酸共重合体分散剤、ポリアクリル酸
ソーダ重合体もしくはエステルとの共重合体、ア
クリルアミド／スチレンスルフオン酸／メタクリ
ルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリ
ド（MAPTAC）共重合体、アクリルアミド／２
−アクリルアミノ２−メチルプロパンスルフオン
酸（AMPS）共重合体、アクリルアミド／Ｎ−
ビニルピロリドン共重合体などが使用されてい
る。しかし近年の技術の進歩により、リグニン変成
体のフエロクロムリグノスルホネート、リグナイ
ト変成体のクロムリグナイトなど、優れた添加剤
が開発されてきた。ｃ発明が解決しようとする問題点しかし、これらの泥水添加剤は、重金属を含ん
でいることから、環境汚染、公害等の諸問題から
使用面で制限がある。従つて近年では、重金属類
を含まないポリマー類を主体とした分散系又は非
分散系ポリマー泥水が、広い範囲で使用されるよ
うになつてきた。しかしながら、このポリマー泥水に使用される
ポリマー類は、流動特性の安定性を容易に得るこ
とが難しく、特に耐温度性（耐熱性）および耐久
性（持久力）の点で限界があり、安定性を保てる
のは大体200℃以下程度である。また、Mg、Ca
などのアルカリ土類金属イオンや他の２価以上の
陽イオンを含有する水溶液中では、その泥水の流
動特性が劣化するなどの欠点がある。最近の石油、ガス井は年々深くなり、坑底温度
が200℃以上にもなる。また地熱蒸気井では、深
さに関係なく坑底温度は高く、350℃以上を越え
る地熱井も多い。従つて、高温度下でも安定した流動特性を維持
し、坑壁の保護効果の大きい泥壁形成性を示し、
地層中より溶出してくる各種陽イオンによる泥水
の流動特性の劣化に対し大きな抵抗力を示す泥水
添加剤の開発が強く望まれてきた。ｄ問題点を解決するための手段本発明は、高温高圧下で安定性のある良好な分
散特性を維持し、坑壁面での泥壁形成効果の大き
い、新規な泥水添加剤を提供することを目的とす
るもので、その要旨は、リグナイト系物質100重
量部にタンニン系物質５〜100重量部、リン酸系
物質10〜100重量部、エチレン系不飽和脂肪酸ビ
ニルモノマー50〜600重量部を加え、これらを全
固形分濃度10〜50重量％の水溶液とし、これをPH
5.0〜11.0に保ち、重合開始剤を１〜10重量部添
加して重合反応せしめ、これを乾燥粉末化して得
た共重合体組成物からなる、水−粘土系懸濁流体
に添加する掘削流体添加剤にある。本発明による泥水添加剤は、高温高圧下におけ
る泥水の流動特性を最良に維持し、坑壁の崩壊を
防止し、地層中から溶出する陽イオンによる泥水
の劣化を防止し、カツテイング類の膨潤を抑制
し、掘進を容易にするものである。本発明の泥水添加剤を得るための重合反応は、
リグナイト系物質100重量部に、タンニン系物質
を５〜100重量部、リン酸系物質を10〜100重量
部、エチレン系不飽和脂肪酸ビニルモノマーを50
〜600重量部を混合し、全固形分濃度が10〜50重
量％、好ましくは20〜40重量％となるように水溶
液とし、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム
または水酸化アンモニウムを用いてPH5.0〜11.0
に調整したのち、重合開始剤を１〜10重量部添加
し、０〜100℃で重合反応を行う。この重合反応の反応温度は使用した重合開始剤
の種類によつて適宜に選択する。上記重合開始剤としては、過硫酸アンモニウ
ム、過硫酸カリウム等の無機塩類、有機過酸化
物、アゾ系化合物、過酸化水素などのフリーラジ
カル型重合開始剤、または酸化剤もしくは還元剤
と併用するとレドツクス系開始剤も使用すること
ができる。こうして得られた共重合体含有溶液を噴霧乾燥
などによつて粉末とし、掘削流体添加剤とする。
この添加剤は、ナトリウム、カリウムなどのアル
カリ金属、またはアンモニウムを含有するフミン
酸塩とエチレン系不飽和脂肪酸塩との共重合体を
主成分とするものである。本発明に用いるリグナイト系物質としては、草
炭、亜炭、褐炭などの若年炭類、またはこれらを
硝酸等の酸化剤で酸化分解した物から得られるア
ルカリ可溶酸不溶の不定形高分子有機酸またはア
ルカリ金属塩若しくはアンモニウム塩である。こ
れは一般にフミン酸、再生フミン酸またはニトロ
フミン酸若しくはこれらの塩類など（以下「フミ
ン酸類」という）と称されている物質である。灰
分の少ないフミン酸が非常に好ましい。このフミン酸は、その化学的分子構造がまだ明
らかにされていない有機酸で、「アルカリ可溶酸
不溶の不定形高分子有機酸」と定義（化学大辞
典）されている物質である。タンニン系物質としては、植物界に広く分布し
ている植物性タンニンを意味し、分子量600〜
2000程度の複雑な構造を有する物質で、ポリオキ
シフエニルを基本骨格とした構造を有し、アルカ
リ分解するとフエノール類、フエノールカルボン
酸などが得られるものと定義づけることができ
る。代表的なものにケーブラユタンニンがある。これらのタンニン類は、加水分解型のピロガロ
ール及び縮合型のカテコールに分類される。ピロ
ガロール系は、没食子酸、ポリオキシジフエン酸
などと糖とがデプシド結合を形成したものであ
り、カテコール系は、カテキン、ロイコアンドシ
アンなどが複数縮重合した構造を有するものであ
る。また、植物性タンニン類ばかりでなく、一般
に合成タンニンと称される物質も本発明に有用で
ある。リン酸系物質としては、縮合リン酸型、すなわ
ちオルト、ピロ、メタの各形態のリン酸であり、
これらのリン酸類のナトリウム、カリウムのアル
カリ金属塩またはアンモニウム塩などを使用する
ことができる。エチレン系不飽和脂肪酸ビニルモノマーとして
は、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸アル
キルエステル、アクリル酸ヒドロキシアルキルエ
ステル、アクリルアミド、アクリルニトリルなど
のモノマーから選ばれた１種若しくは２種以上の
モノマーを使用することができる。また、アクリル酸、メタクリル酸などの酸型の
エチレン系不飽和脂肪酸ビニルモノマーは、ナト
リウム、カリウムなどのアルカリ金属塩またはア
ンモニウム塩などを使用することも有効である。こうして得られる本発明の泥水添加剤は、ベー
ス泥水としての、水100重量部に対し粘土系物質
を１〜20重量部添加してなる懸濁液100重量部に、
0.05〜5.0重量部添加することにより高温高圧下
においても泥水の流動特性を安定に維持すること
ができる。上記泥水に用いる粘土類には、カオリン（カオ
リナイト、ハロイサイト等）、ベントナイト（モ
ンモリロナイト等）、イライト、アタパルジヤイ
ト、セピオライト等があり、石綿類も同じ目的で
泥水に使用できる。また高圧地層を掘削するためには、泥水の比重
を高くしなければならないが、この比重を高くす
るために硫酸バリウム、炭酸バリウム、もしくは
酸化鉄、またはこれらの混合物を加重剤として使
用してもよく、それによつて泥水の流動特性を損
なうことはない。一般にこれらの加重剤等の固形分が多く含有さ
れると、流動特性を劣化する傾向が強くなる。さらにこれらの泥水には、必要に応じて増粘
剤、潤滑剤、逸泥防止剤あるいは油分等を適宜に
混合することができる。ｅ実施例実施例１機械的撹拌装置、温度計、還流冷却器及び不活
性ガス流入口等を装備している２のセバラブル
フラスコに、水447ｇ、中山亜炭を硝酸で酸分解
して得られたフミン酸を無水換算値で107.2ｇ、
水溶性ケーブラコタンニンを無水換算値で26.8ｇ
を添加し、25重量％水酸化ナトリウム液157ｇを
加えて、90〜95℃で１時間中和反応をする。この
中和反応液を20重量％濃度に調整した。この水溶
液のPHは11.7である。別容器−１に、オルトリン酸38.61ｇを取り、
これを25重量％水酸化ナトリウム液93.7ｇで中和
し、リン酸中和液をPH7.4に調整した。次に別容
器−２に98％アクリル酸モノマー306ｇを取り、
25重量％水酸化ナトリウム液572.4ｇを加えてPH
5.7に調整した。この調整した容器−１及び容器−２の内容物を
上記セパラブルフラスコに混入した。この混合液
はPH7.0となる。このセパラブルフラスコ内を窒素ガスで置換
し、温度を75℃、PH7.0±0.1に保ち、重合開始剤
として35％過酸化水素49.71ｇを毎分１〜２mlの
流量で添加し、重合反応を行う。この過酸化水素を添加終了後、温度を85℃に維
持しつつ１時間撹拌し、放冷し、PH9.0に調整し、
噴霧乾燥して、本発明品−１を得た。実施例２実施例１で用いたセパラブルフラスコに、水
905.8ｇ、中山亜炭をオゾン酸化分解して得られ
るフミン酸を無水換算で174.6ｇ、水溶性合成タ
ンニンを無水換算で102.3ｇ、25重量％水酸化ナ
トリウム液343.4ｇを加えて、温度90〜95℃で１
時間中和反応を行い、20重量％濃度、PH11.7に調
整した。別容器−１にメタリン酸50.1ｇを取り、25重量
％水酸化ナトリウム液を121.5ｇ添加して中和反
応し調整する。次に別容器−２にメタクリル酸モ
ノマーを306ｇを取り、25重量％水酸化ナトリウ
ム液572.4ｇを加えてPH5.7に調整した。これら調整した容器−１及び容器−２の内容物
をセパラブルフラスコに混合した。この混合液の入つたセパラブルフラスコ内を窒
素ガスで置換し、温度75℃、PH7.0±0.1に保ちな
がら、重合開始剤として過硫酸アンモニウム51.7
ｇを毎分１〜２ｇの添加速度で加え重合反応を行
う。重合開始剤添加終了後、85℃に１時間保ち、撹
拌反応を行う。その後放冷し、PH9.0に調整後、
噴霧乾燥して本発明品−２を得た。実施例３清水にベントナイト（商品名テルゲル）を加え
て６％濃度の懸濁液にし、これにカツテイング
（膨潤性負岩）を５％、15％添加し、一昼夜放置
し、これをベース泥水とした。このベース泥水100重量部に、本発明品−１，
２および合成ポリマー（比較品）を0.5重量部加
え、水酸化ナトリウムでPH10.0に調整し、養生温
度80℃、180℃、250℃で養生し、それぞれについ
てAPI泥水試験法により、泥水性質を調べた。その結果を表−１に示す。

【表】

【表】実施例４清水にテルゲルを加えて６％濃度の懸濁液に
し、これにカツテイング（膨潤性負岩）を10％を
添加し、一昼夜放置したのち、高温度用脱水減少
剤を0.5％を添加してベース泥水を作る。このベース泥水100重量部に、本発明品−１，
２または合成ポリマー（比較品）を0.5重量部加
え、水酸化ナトリウムでPH10.0に調整したのち、
養生温度200℃、250℃、300℃で養生し、それぞ
れについてAPI泥水試験法により、泥水性質を調
べた。その結果を表−２に示す。

【表】実施例５清水にテルゲルを加えて４％濃度の懸濁液に
し、これに高温度用脱水減少剤0.5％、加重剤
（商品名テルバー）を加えて泥水比重を1.60に調
整し、カツテイング（膨潤性負岩）を15％添加
し、これをベース泥水とした。このベース泥水を100重量部に、本発明品−１，
２または合成ポリマー（比較品）を0.5重量部を
加えて、水酸化ナトリウムでPH10.0に調整し、養
生温度180℃、250℃で養生し、それぞれについて
API泥水試験法により泥水性質を調べた。その結果を表−３に示す。

【表】

【表】実施例６清水にテルゲルを加えて６％濃度の懸濁液と
し、これをベース泥水とした。このベース泥水を100重量部に本発明品−１，
２または合成ポリマー（比較品）を0.3重量部添
加し、さらにポルトランドセメントまたは塩化ナ
トリウムを0.5重量部添加し、それぞれについて
API泥水試験法により、泥水性質を調べた。その結果を表−４に示す。この実施例はセメント汚染または塩による汚染
の効果を調べるものである。

【表】

【表】ｆ発明の効果以上の実施例３，４，５，６から、本発明品は
他の合成ポリマーと比較して高温度下で優れた分
散特性を示し、泥水の流動特性を安定に保ち、泥
壁形成効果の判断とされる脱水量が少なく、泥壁
形成性に優れていることが明らかである。

Claims

【特許請求の範囲】１リグナイト系物質100重量部にタンニン系物
質５〜100重量部、リン酸系物質10〜100重量部、
エチレン系不飽和脂肪酸ビニルモノマー50〜600
重量部を加え、これらを全固形分濃度10〜50重量
％の水溶液とし、これをPH5.0〜11.0に保ち、重
合開始剤を１〜10重量部添加して重合反応せし
め、これを乾燥粉末化して得た共重合体組成物か
らなる、水−粘土系懸濁流体に添加する掘削流体
添加剤。２リグナイト系物質が、草炭、亜炭あるいは褐
炭などの若年炭類またはこれらの酸化分解物か
ら、アルカリ金属水酸化物またはアンモニア水に
よつて抽出して得た有機酸塩類である特許請求の
範囲１の掘削流体添加剤。３タンニン系物質が、植物性タンニン類または
合成タンニン類である特許請求の範囲１の掘削流
体添加剤。４リン酸系物質が、オルトリン酸、ピロリン酸
またはメタリン酸からなる縮合型リン酸またはア
ルカリ金属若しくはアンモニウム塩である特許請
求の範囲１の掘削流体添加剤。５エチレン系不飽和脂肪酸ビニルモノマーが、
アクリル酸、メタクリル酸もしくはこれらのアル
カリ金属もしくはアンモニウム塩、アクリル酸ア
ルキルエステル、アクリル酸ヒドロキシアルキル
エステル、アクリルアミド、アクリルニトリルの
モノマーから選ばれた１種または２種以上のモノ
マーである特許請求の範囲１の掘削流体添加剤。６重合開始剤が、過硫酸アンモニウム、過硫酸
カリウム、有機過酸化物、アゾ系化合物または過
酸化水素などのフリーラジカル型重合開始剤であ
る特許請求の範囲１の掘削流体添加剤。７重合開始剤が、酸化剤もしくは還元剤と併用
するレドツクス系重合開始剤である特許請求の範
囲１の掘削流体添加剤。