JPH04126788A - 坑井の掘削流体用、仕上げまたは改修流体用増粘剤とそれを含む流体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ、産業上の利用分野 本発明は、石油・天然ガス等の坑井の掘削流体、高温高
圧環境下にある石油・天然ガス等の坑井の仕上げまたは
老朽化した坑井の改修時に使用される流体に添加する増
粘剤、およびその増粘剤を用いた坑井の掘削流体、仕上
げまたは改修流体に関する。

さらに詳しくは、本発明は、石油・天然ガス等の坑井掘
削の際に使用される無機塩類溶液（以下ブラインという
。）を用いた掘削流体に添加する増粘剤、その増粘剤を
用いた掘削流体、および高温高圧環境下にある石油・天
然ガス等の生産坑井をブラインを用いて仕上げる場合、
または、老朽化した石油・天然ガス等の坑井をブライン
を用いて改修する場合において、生産層に穴を開ける作
業（以下ガンパーフォレーション作業という。）を行う
際に、ブラインが生産層に侵入し生産障害を生じる等の
地層障害を防止し、また坑内圧力の低下に起因する石油
・天然ガスまたは地下水等の噴出事故等をも防止できる
、坑内の仕上げもしくは改修流体用増粘剤およびその増
粘剤を用いた仕上げまたは改修流体に関する。

ｂ、従来の技術 現在、石油・天然ガス等の坑井における掘削流体の一部
や種々の坑井の仕上げまたは改修用流体にブラインが用
いられている。しかし、これらのブラインは、ソリッド
分を全く含有しない無機塩類の水溶液であって、これを
坑井の掘削作業またはガンバーフォレーシッン作業の際
等にそのままを使用すると、高価なブラインが掘削坑井
の地層内や生産層内へ逸水し多大な損失を生じるおそれ
がある。また、ブラインが生産層内へ侵入することによ
りそれらを構成する地層のイオン等のバランスが崩れ、
生産層を構成する粘土鉱物類の水和や分散に悪影響を及
ぼし、地層障害を引起こす原因ともなる。さらに、ブラ
イン等に起因した坑内の圧力低下による石油・天然ガス
または地下水等の噴出事故も少なくない。

一方、老朽化した坑井の改修作業では、石油・天然ガス
の生産を行ってきたことにより、地層内圧力が低下して
いる場合があり、上記と同様な事故等が起きるおそれが
ある。

これらの坑井の掘削作業、仕上げ作業または改修作業に
おいて、ブラインが坑井の地層内あるいは生産層内に逸
水し、また生産層内に侵入することによる事故を防止す
るために、下記の対策が考えられる。

■　ブラインに増粘剤を添加して、ブラインの粘性を上
げ、流動抵抗により地層あるいは生産層内への逸水を防
止する。

■　ブラインに増粘剤を添加してブライン溶液（以下ブ
ライン流体という。）を調製すると共に、これに生産層
の空隙径に適合した粒度分布を持つブリッジング剤を懸
濁させ、生産層の空隙を埋めて逸水を防止する。

上記の増粘剤としては、高濃度塩類の水溶液に容易に溶
解し、少量の添加量で高い粘性が得られ、かつ高温度環
境下で安定した増粘効果があること、酸、油または水の
いずれにも容易に溶解し、永久的に生産地層内に残存し
ないものが望ましい。また、ブリッジング剤としては、
高温度環境下でも材質に変化を生じることなく、酸また
は油等により容易に溶解し、永久的に生産地層内に残存
しない、粒径が１〜３０００μの範囲からなる材料であ
ることが望ましい。

従来、増粘剤としては、カルボキシメチルセルローズ、
メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリ
ビニルアルコール、デンプン、グアーガム、ポリアクリ
ル酸ナトリウム、ポリアク・リルアミド、ポリエチレン
オキサイド、脂肪酸エステル誘導一体、ポリウレタン等
が使用されている。

ブリッジング剤としては、炭酸カルシウム等のような塩
酸に溶解し水には溶解しない固形物、炭酸カルシウムと
リグニン化合物の混合物等のような酸に溶解する混合物
系の固形物、食塩等のような水に溶解する化合物、石油
レジンのような油に溶解する固形物等が使用されていた
。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 従来の増粘剤は、これを掘削流体用ブライン流体に用い
た場合、ブライン濃度を比較的低く保つことができ、仕
上げまたは改修用流体に使用した場合、坑井の温度条件
が比較的低い坑井においては満足すべき粘性が維持でき
る。しかし、ブライン濃度が高い場合および／または高
温度環境下においては、増粘剤自身が変質することによ
り減粘し、または変成されてゲル化するなどの欠点があ
る。従って、従来の増粘剤では、ブライン濃度が高い場
合および／または高温度環境下でブライン流体の粘性を
十分に維持することができず、使用ブライン濃度および
／または温度範囲は比較的低い範囲に限定されてしまい
、高濃度ブライン溶液中および／または高温度環境下で
は満足できる特性を得ることができなかった。

すなわち、高濃度ブライン溶液中および／または高温度
環境下においても変質し減粘せず、または変成されてゲ
ル化するなどの欠点もなく、かつ優れた溶解性と増粘性
を示す耐熱耐塩性を持った増粘剤が求められていた。

６０課題を解決するための手段 本発明者らは、高濃度ブライン溶液中および／または高
温度環境下で使用した場合でも、十分に粘性が維持でき
、かつ変質しない増粘剤について鋭意研究した結果、本
発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、カチオン性ビニル単量体と下記一
般式（以下（１）式という）で表されるビニル単量体の
共重合体からなる坑井の掘削流体、仕上げ流体または改
修流体用増粘剤、およびこの増粘剤を用いた掘削流体、
仕上げまたは改修用ブライン流体である。

〔式中、Ｒ＋、　ＲｚはＣＩ””　Ｃ４のアルキル基、
Ｒ３はトリメチレンまたはペンタメチレンである。〕一
般に、ベースとなるブラインは、比重が１．１０〜２．
５０の無機塩類のみからなる水溶液が用いられる。

本発明においても、ブラインとして比重１．１５〜２．
５０のものを用いる。

本発明の原料となるカチオン性ビニル単量体には、Ｎ−
（メタ）アクリロキシエチルトリメチルアンモニウムク
ロリド、３−（アクリロイルアミノ）プロピルトリメチ
ルアンモニウムクロリド、Ｎ−（３−スルホプロピル）
−Ｎ−メタクロリロキシエチルーＮ、Ｎ−ジメチルアン
モニウムベタイン、Ｎ−（３−スルホプロビル）−Ｎ−
メタクリロイルアミドプロピル−Ｎ、Ｎ−ジメチルアン
モニウムベタイン、１−（３−スルホプロピル）−２−
ビニルビリジミウムベタイン、１．１−ジメチル−１（
２−ヒドロキシプロピル）アミンメタクリルイミド、ジ
メチルジアリルアンモニウムクロリド、３−（メタクリ
ロキシ）−２−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニ
ウムクリリド等の四級塩あるいはベタイン型モノマー：
並びに、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミンエチル（メタ）アクリ
レート塩酸塩、Ｎ−エチル−Ｎ−メチルアミノエチル（
メタ）アクリレート塩酸等の三級塩型モノマー：並びに
、ｔ−ブチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ、
Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、
アミノエチルビニルエーテル、ジメチルアミノエチルビ
ニルエーテル、２−ビニルピリジン等のアミノ型モノマ
ーがあげられる。これらのカチオン性ビニル単量体は、
重合体にブラインに対する優れた溶解性を与え、かつ増
粘性を付与するために選ばれた成分であり、好ましくは
、四級塩型、あるいはベタイン型モノマーがあげられる
。

また、本発明における（１）式で表されるビニル単量体
には、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルピロリドン
、Ｎ−ビニルカプロラクタム、Ｎ−メチル−Ｎ−ビニル
プロピオン酸アミド、Ｎ−メチル−Ｎ−ビニルアセトア
ミド等があげられる。これらのビニル単量体は、ブライ
ンに優れた耐熱性を付与する目的で選ばれた成分であり
、好ましくは、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプ
ロラクタム、Ｎ−メチル−Ｎ−ビニルアセトアミドがあ
げられる。

すなわち、本発明は、上記のカチオン性ビニル単量体、
並びに上記（１）式で表されるビニル単量体からそれぞ
れ選ばれた単量体を、それぞれ１種または２種以上を組
合わせて成る共重合体を増粘剤として用いたブライン流
体である。

上記カチオン性ビニル単量体と（１）式で表されるビニ
ル単量体の構成比率は、各々の単量体の重量比で９０／
１０〜１０／９０であり、好ましくは、７０／３０〜３
０／７０である。この構成比率を逸脱するとブラインに
対して、溶解性が悪くなり、増粘効果がな（なる、また
、共重合体自身の耐熱性が落ちてくる。従って、高濃度
ブライン溶液中および／または高温度環境下で使用する
ブライン流体の増粘剤として必要な耐熱耐塩性を持つ共
重合物が得られなくなる。

本発明の共重合体には、本発明に用いる単量体と共重合
可能な単量体、例えば、（メタ）アクリル酸、マレイン
酸、イタコン酸等のカルボン酸型モノマー：アクリル酸
エステル、メタクリル酸エステル、酢酸ビニル等のエス
テル型モノマー：または、スチレン、塩化ビニル、アク
リルアミド等との共重合体をあげることができる。さら
に、ポリアルキレングリコールモノ（メタ）アクリレー
ト、メチレンビスアクリルアミド、ジビニルベンゼン、
トリメチロールプロパンリアクリレート等の多官能性モ
ノマーを用いて重合体を適当に架橋することは、重合体
の耐熱性を向上させるので好ましい、いずれにしても、
他の単量体を用いる場合には、重合体が水溶性や増粘効
果を低下する恐れのない範囲で使用すべきである。

本発明の増粘剤として用いる共重合体は、その分子量（
重量平均分子量）が、１００．０００〜１０，０００，
０００であることが好ましい。さらに好ましくは、５０
０，０００〜５．ＯＯＯ，０００である。

本発明のブライン流体は、上記増粘剤を０．１〜５．０
重量％使用するのが適当である。さらに、他の増粘剤、
例えば、セルロース誘導体、ポリアクリルアミド、デン
プン、ポリエチレンオキサイド等の従来汎用の増粘剤と
併用してもよい。

本発明のブライン流体には、上記増粘剤のほかに、流体
の逸水を防止する等のためにブリッジング剤を添加し、
それによってさらに安全かつ効果的に掘削作業、仕上げ
作業または改修作業を行うことができる。

このブリッジング剤は、地層空隙を閉塞し、坑壁を形成
し、掘削流体、仕上げ流体または改修流体の逸水を防止
し、地層障害を生じないようにするものである。

ブリッジング剤としては、水に熔解しない各種粒径の炭
酸カルシウム粉末、原油や軽油に溶解する各種粒径の石
油レジン、そして各種粒径の炭酸カルシウム粉末と脱水
量調整機能を有する水溶性のりゲニンスルホン酸ナトリ
ウム、アルファー化デンプン等との混合物が挙げられる
。

これらブリッジング剤は、１．０〜２０．０重量％の添
加量が効果的である。好ましくは、５〜１２重量％の範
囲である。

ブリッジング剤の粒径は、地層の空隙率によってその粒
径を選択しなければならない。各種の粒径のものを用意
することによって、掘削作業、仕上げ作業または改修作
業を効率良く成功させることができる。

ｅ、　作用 本発明で用いる増粘剤は、カチオン性およびアニオン性
の両特性をもつから、ブラインに対して溶解性は高く、
増粘効果は優れている。また、高濃度ブライン溶液中お
よび／または高温度環境下においても変質することなく
、増粘効果を維持し、掘削流体、仕上げ流体または改修
流体として十分な粘性を発現することができる。

また、ブリッジング剤は、生産地層や浸透性地層におい
て、地層の空隙部の表面を目詰めし、さらに坑壁を形成
し、掘削流体、仕上げ流体または改修流体等が地層内部
に逸水し、地層障害を起こすことを防止する。

この生産地層や浸透性地層を目詰めしたブリッジング剤
は、石油やガスの生産に当たっては、障害となる場合も
ある。従って、ブリッジング剤は、そのブリッジング剤
の特性に応じた簡単な処理を行うことにより、目詰めし
た地層から容易に除去できるものでなければならない、
ブリッジング剤の除去が不充分だと生産障害を起こす場
合が多い。

ｆ、実施例 実施例は、下記のようなペースブチイン溶液、増粘剤、
ブリッジング剤を用いた。

（１）ベースブライン溶液（ＢＳ−１〜３）ＢＳ−１：
比重１．１５のＮａＣ１水溶液（約２０重量％水溶液） ＢＳ−２：比重１．３５のＮａＣ１，水溶液（約３５重
量％水溶液） ＢＳ−３：比重１．７０のＣａＣ１ｔ／　ＣａＢｒｚ混
合系水溶液（ＣａＣ１，が約２２％、ＣａＢｒ２が約３
４％の混合系水溶液） （２）増粘剤（ＺＮ−１〜３） ＺＮ−１：　ＤＭＣ，（７０重量％）　／ＶＰ　（３０
重置％）ＺＮ−２：　ＤＭＰＱ　（１５ｆｊ　ｉｔ　％
　）　／　ＭＶＡＤ　（８５１１１％）ＺＮ−３：　Ｄ
ＭＨ（５０重量％）　／ＭＶＡＤ（５０重量％）ＰＥＧ
Ｍ（０，０１重量％） ＤＭＣ，Ｎ−メタアクリロキシエチルトリメチルアンモ
ニウムクロリド ＤＭＰＱ；３−　（アクリロイルアミノ）プロピルトリ
メチルアンモニウムクロリド） ＤＭ）ｌ　；Ｎ、　Ｎ−ジメチルアミノエチルメタアク
リレート塩酸塩 ＭＶＡＤ；　Ｎ　−メチ７１ｚ　−Ｎ−ビニルアセトア
ミド ＶＰ　　、Ｎ−ビニルピロリドン ＰＥＧＭ、ポリエチレングリコールジメタアクリレート （３）　　ブリッジング剤 ＢＡ−Ｆ　、炭酸カルシウム、粒度分布＝１〜３０μ平
均粒径＝２０．４μ 下記の実施例において、本発明のブライン流体と従来の
ブライン流体の性能を比較した。

（１）イールド値（増粘性） 増粘剤の増粘性の効果を評価する場合に、増粘剤ｌ　ｔ
ｏｎを用いて、見掛は粘性（ＡＶ値）が１５ｃｐのブラ
イン流体になる出来上り容量をイールド値（ｋｌ　／　
ｔｏｎ）として評価した。このイールド伊は、大きい方
が増粘効果が高い。

このイールド値は、ベースライン溶液に、増粘剤を添加
し、２０分間ハミルトンビーチミキサーで攪拌し、室温
で１６時間静置し、さらに１０分間攪拌し、２２〜２５
°Ｃで各濃度（ｇ／１００１１［り　（７）見掛は粘性
（ＡＶ値）を測定してプロットし、粘性曲線を得た。こ
の曲線から、１５ｃｐの濃度（ｇ／１００　ｄ）を求め
、次式によりイールド値（ｊｅ１／１ｏｎ）を求めた。

ＡＶ　１）ＣＩ４のｍＪＸ（ｇ／ｌυυｊｌＥＪ（２）
流動性（ブライン流体の流動特性）ベースライン溶液に
、増粘剤を添加し、２０分間ハミルトンビーチミキサー
で撹拌し、室温で１６時間静置し、さらに１０分間攪拌
し、２２〜２５℃で各濃度（ｇ／１００ｄ）の流動特性
をＦａｎｎモデル３５粘度計を用いて測定した。

（３）耐熱性 （２）で作ったブライン流体を養生セルに入れ、１８０
″Ｃ１２００℃、２３０°Ｃの各温度下で、恒温槽内で
８時間静置加熱養生し、養生前後の流体の流動特性変化
を調べた。養生後の流動特性は流体を、２５℃に冷却し
、Ｆａｎｎモデル３５粘度計を用いて測定した。

（４）脱水量 ブリッジング剤の効果を評価するために、改良型角ＰＩ
高温高圧脱水試験器を用い、高温高圧下での脱水量を測
定した。

脱水量の測定には、ブリッジング剤の添加前後の仕上げ
流体を、一定温度にセットした改良型ＡＰＩ高温高圧脱
水試験器セル内に入れ、１００ｐｓｉの圧力を加えて３
０分間静置する。その後、圧力を２５０ｐｓｉに上げて
、２時間の脱水量を測定した。

改良型ＡＰＩ高温高圧脱水試験器セル内には、フィルタ
ーとして空気浸透率が５００ｅｄ　（平均空隙径９．８
μ）、２０００ｍｄ　（平均空隙径１９．３μ）　、５
０００＋＋＋ｄ　（平均空隙径３８．４μ）の異なるコ
アを用いた。コアの大きさは、直径１インチ、長さ１．
５インチのものである。ここに、ｍｄとはミリダルシー
（浸透率）で、１／１０００ダルシー（ｄ）である。こ
の値は多孔質物体固有のもので、次式で表される。

Ａ−ΔＰ　　　Ｌ：：１７の長さ（ＣＩ＋）Ｑ：：Ｉ７
に浸透する流体の流量（ｊｄ！／秒）＾：コアの断面積
（ｃｉｆｉ） ΔＰ：圧力差（気圧） Ｋ：ダルシー（ｄ） （５）回復率 空気浸透率が１００ｅｄ　（平均空隙径１．３９）　、
５００ｅｄのコアを用い、ブライン流体を浸透させる前
の油の浸透率を初期浸透率とし、さらにブライン流体を
浸透させたコアを塩酸水溶液（濃度７．５重量％）で処
理して回復させた後の油の浸透率を回復浸透率とし、こ
の初期浸透率と回復浸透率の比を回復率とした。

油の浸透率の測定には、浸透率測定装置を用いた。

（実施例−１） ベースライン溶液Ｂ５−１　（比重１．１５のＮａＣ１
水溶液）に増粘剤ＺＮ−１またはＺＮ−２を添加したブ
ライン流体について、流動性、耐熱性およびイールド値
を測定した。

表−１にブライン流体の組成、表−２に流動性および耐
熱性、表−３にイールド値をそれぞれ示す。

なお、イールド値の測定は、２２〜２５℃で行った。

表−１ブライン流体組成 比較例１は、ヒドロキシエチルセルロースを用いた。

表−２流動性および耐熱性 ※単位＝ＡＶ：ｃｐ、ＰＶ：ｃｐ、ＹＶ：ｌｂ／１００
ｆｔ”表−３イールド値 （実施例−２） ベースプライン溶液Ｂ５−２　（比重１．３５のＣａＣ
１ｚ水溶液）に増粘剤ＺＮ−２またはＺＮ−３を添加し
たブライン流体について、流動性、耐熱性およびイール
ド値を測定した。

表−４にブライン流体の組成、表−５に流動性および耐
熱性、表−６にイールド値をそれぞれ示す。

なお、イールド値の測定は、２２〜２５°Ｃで行った。

表−４ブライン流体組成　　　　　　・比較例２は、ザ
ンサンガムを用いた。

表−５流動性および耐熱性 単位＝ＡＶ：ｃｐ、ＰＶ：ｃｐ、ＹＶ：ｌｂ／１００ｆ
ｔ”表−６イールド値 （実施例−３） ベースプライン溶液Ｂ５−３　（比重１．７０のＣａＣ
１ｚｌ／ＣａＢｒ、’混合系水溶液）に増粘剤ＺＮ−１
またはＺＮ−３を添加したブライン流体について、流動
性、耐熱性およびイールド値を測定した。表−７にブラ
イン流体の組成、表−８に流動性および耐熱性、表−９
にイールド値をそれぞれ示す。

なお、イールド値の測定は、２２〜２５°Ｃで行った。

表−７ブライン流体組成 比較例３は、ヒドロキシプロピルセルロースを用いた。

表−８流動性および耐熱性 単位＝ＡＶｓｅｐ、ＰＶ：ｃｐ、ＹＶ：ｌｂ／１００ｆ
ｔ２表−９イールド値 （実施例−４） ベースブライン溶液Ｂ５−１　（比重１．１５のＣａＣ
１水溶液）またはＢ５−３ＣａＣ１ｚ／ＣａＢｒｚ混合
系水溶液に増粘剤ＺＮ−３をそれぞれ添加したブライン
流体に、ブリッジング剤（ＢＡ−Ｆ）を添加して流体を
調整したのち、このブライン流体について、流動性、耐
熱性およびイールド値を測定した。さらに、このブライ
ン流体に及ぼす増粘剤の効果を評価するために、脱水量
と油の浸透率の回復率を測定した。

表−１０にブライン流体の組成、表−１１に流動性およ
び耐熱性、表−１２に脱水量と回復率をそれぞれ示す。

表−１０ブライン流体組成 比較例３は、増粘剤ヒドロキシエチルセルロースを用い
た。

表−１１流動性および耐熱性 表−１２脱水量および回復率 ｇ０発明の効果 本発明の増粘剤は、高濃度の無機電解質溶液からなるブ
ラインにおいて優れた増粘効果を示し、この増粘剤を添
加し、調整した坑井用の掘削流体、仕上げ流体または改
修流体、さらに必要に応じてこれらの流体にブリッジン
グ剤を添加してなる流体は、これを用いた場合、安全か
つ事故もなく坑井掘削が可能となり、また高温高圧下に
おける生産井の仕上げ作業または改修作業の際に地層障
害を起こすことがない等、従来の掘削流体、仕上げ流体
または改修流体にはない優れた効果を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）カチオン性ビニル単量体と下記一般式で表される
   ビニル単量体を構成成分とする共重合体からなることを
   特徴とする坑井の掘削流体用、仕上げまたは改修 流体用増粘剤。 ▲数式、化学式、表等があります▼または▲数式、化学
   式、表等があります▼ 〔式中、Ｒ＿１、Ｒ＿２はＣ＿１〜Ｃ＿４のアルキル基
   、Ｒ＿３はトリメチレンまたはペンタメチレンである。 〕
2. （２）石油・天然ガス等の坑井の掘削において循環流体
   として使用される無機塩類溶液からなる流体に、特許請
   求の範囲（１）の増粘剤を添加したことを特徴とする坑
   井の掘削流体。
3. （３）高温高圧環境下にある石油・天然ガス等の生産坑
   井の仕上げ作業または坑井の改修作業の際に使用される
   無機塩類溶液からなる仕上げまたは改修用流体に、特許
   請求の範囲（１）の増粘剤を添加したことを特徴とする
   坑井の仕上げまたは改修流体。
4. （４）ブリッジング剤を添加混合したことを特徴とする
   特許請求の範囲（３）に記載の仕上げまたは改修流体。