JPS6344795B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、地層を掘削するときに用いられる泥
水の改良に関するもので、特に高温度（200℃以
上）地層の掘削時に使用する泥水の凝集増粘を防
止し、泥水に用いられるベントナイトの分散、流
動性を改善し、セメントや、多価金属塩汚染に対
しての安定性を付与する粘度調整剤に関するもの
である。 従来地層掘削用の泥水にはベントナイト懸濁液
又はベントナイトと高温度下でも安定なセピオラ
イトもしくはアスベスト類を併用した懸濁液の基
材に目的に応じて泥水用分散剤（フミン酸系もし
くはリグニンスルホン酸系、又はこれらと金属と
の複合物もしくは、これらの混合系）や増粘剤、
及び泥水の過速度を減ずる為の脱水調整剤やそ
の他の添加剤（鉱油、若干の界面活性剤もしくは
潤滑油など）を加えられてなる組成物が用いられ
てきた。此等の泥水は坑底の掘削屑の地上への搬
出、抗壁の維持、崩壊性地層の崩壊防止などの重
要な役割を有し、使用中はその流動性を維持して
いなければならない。そのためには、泥水に用い
られる上記組成物の各材料が泥水の流動特性を維
持するのに十分な安定性を有していなければなら
ない。 さらに地層の掘削のなかで、油井の掘削などに
おいては高温と高圧という条件により種々の障害
を泥水にもたらし、特に深い油井においては掘削
用泥水のゲル化あるいは増粘現象がしばしば発生
する。高温、高圧という条件下では掘削用泥水の
コロイド成分は凝集を起して、泥水の粘度
（Viscosity）ゲル強度（Gel strength）液体損失
（Water loss）を増大させる。このようにして発
生したコロイド成分の凝集は泥水を循環させるた
めのポンプの圧力を増大させたり上記した泥水の
役割をはたせなくする。さらに又高温におけるゲ
ル化は泥水中の石膏、塩、セメント等のような汚
染物の存在によつて一層進行しそれにより泥水の
寿命が著しく短かくなる。 従来、泥水の粘度調整剤としては、前記した泥
水用分散剤すなわち、リン酸系、タンニン系リグ
ニン系及びフミン酸系、化合物などが用いられて
おり、これ等の調整剤は低温度では確かに優れた
分散解こう機能を有している。しかしながらこれ
らは高温度での分散性、解こう性は十分でないた
め、従来これ等調整剤の耐熱分散性を高めるため
に、種々検討が行なわれ一般的には、リングン及
びフミン酸類にクロム等の金属塩等を併用するこ
とにより対処してきた。けれどもこれらの併用の
方法でも180℃以上の高温度では、泥水の粘度調
整は非常に困難である。また一方泥水の分散性と
良好な液体損失防止性を得る為に、ポリアクリル
酸ナトリウムに代表されるポリアクリル酸アルカ
リが使用されている。しかしこのポリアクリル酸
アルカリは泥水中に含まれるカルシウムやマグネ
シウムイオンのような汚染物に敏感でそれらのイ
オンによつて分散性の効果や液体損失防止剤とし
ての効力を失ないやすく又、熱的安定性にも乏し
く、かつ粘土の水和を妨害する様な現象があり必
ずしも満足できるものではない。以上の様な状況
であるため、高温度に於て安定性のある掘削用泥
水の粘度調整剤が強く望まれている。 本発明は特に高温度地層の掘削に適した泥水に
用いられる粘度調整剤に関するもので、従来のポ
リアクリル酸アルカリのもつすぐれた無機微粒子
に対する分散性を有し、カルシウムやマグネシウ
ムなどの多価計属イオンに対する敏感性を緩和
し、石膏、海水、セメント等に対する汚染に対し
ても良い安定性を持ち、熱的にも安定でキレート
性が良好な粘度調整剤を求めるべく種々検討して
なされたものである。 すなわち本発明は下記単量体(A)および(B)を構成
成分とするか、または下記単量体(A)，(B)および(C)
を構成成分とし、かつ重合度が50ないし500の範
囲にある水溶性共重合体またはその共重合体の塩
からなる掘削用泥水の粘度調整剤に関するもので
ある。 (A) α，β―エチレン性不飽和カルボン酸。 (B) スルホ基含有α，β―エチレン性不飽和単量
体。 (C) アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル
及び不飽和ニトリルから選ばれた１種以上の単
量体またはこれを主成分とするビニル系単量
体。 本発明の水溶性共重合体を構成する成分は(A)と
してのα，β―エチレン性不飽和カルボン酸であ
る。α，β―エチレン性不飽和カルボン酸の具体
例としては、一価のカルボン酸のアクリル酸、メ
タクリル酸などであり、二価のカルボン酸のマレ
イン酸、イタコン酸、フマール酸などである。こ
れらのカルボン酸の重合体は無機の微粒粉体を分
散させる分散剤として広く使用出来る事はよく知
られており、その様な分散剤に用いられるカルボ
ン酸が本発明においても分散効果を持たせるため
に支障なく用いられる。 特に本発明の目的に対して好ましいのはアクリ
ル酸である。第二の成分は(B)スルホ基を含有する
α，β―エチレン性不飽和単量体であり、その具
体例としてはビニルスルホン酸、アリルスルホン
酸、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、
２―アクリルアミド―２―メチルプロパンスルホ
ン酸、メタクリレートエチルスルホン酸、または
これらのアルカリ金属塩などである。 本発明の水溶性共重合体にスルホ基を含有する
α，β―エチレン性不飽和単量体を用いることに
よつて泥水中に含まれるカルシウムやマグネシウ
ムなどの多価金属塩や夾雑イオンに対する安定
性、さらに又、石膏やセメントに対する安定性を
も付与することができ、クロム酸塩を併用する泥
水にも使用可能になり、特に各種イオンを多量に
含む海水が混入する油井に於ても充分安定性を保
ち、泥水の長期に亘る循還使用を可能とし、一次
分散剤としてだけでなく、二次分散剤としてもす
ぐれたものになるのである。以上の効果を発揮さ
せるためにスルホ基含有α，β―エチレン性不飽
和単量体の好ましい使用量は全構成成分を100重
量部として５乃至60重量部であり、５重量部未満
の使用では前述の特長を具現する事がむづかしく
なり、又60重量部を越えて使用すると相対的に
α，β―エチレン性不飽和カルボン酸の含有量が
少なくなるので泥水用のベントナイトの一次分散
性が低下し所期の粘度に調整するのがむづかしく
なる。特に最適の使用条件としては10重量部乃至
50重量部である。 此等のカルボン酸及びスルホ基含有α，β―エ
チレン性不飽和単量体の他第三成分として(C)アク
リル酸又はメタクリル酸のエステル或は不飽和ニ
トリルの１種以上又はこれ等を主成分とするビニ
ル系単量体を使用することができる。これらの単
量体は分散性の向上には寄与しないが、(A)成分お
よび(B)成分と共重合することによつて金属イオン
を封鎖する性能をさらに向上することができ、高
温下における分散性の低下を防ぎ、熱安定性を保
持させる事が出来るようになる。(C)成分の具体例
としては、メチルアクリレート、エチルアクリレ
ート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレー
ト、ラウリルアクリレート、２―ヒドロキシエチ
ルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレー
ト、メトキシエチルアクリレート等のアクリル酸
エステル。メチルメタクリレート、エチルメタク
リレート、２―エチルヘキシルメタクリレート、
ヒドロキシエチルメタクリレート、エトキシエチ
ルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタク
リレート等のメタクリル酸エステル。アクリロニ
トリル、メタクリロニトリル等の不飽和ニトリ
ル。その他のビニル系単量体としては酢酸ビニ
ル、ステアリン酸ビニル等のビニルエステル、ス
チレン、α―メチルスチレン、ビニルトルエン等
の芳香族ビニル、などが挙げられる。これらの中
で本発明の目的を達成するために好ましいものは
アクリル酸又はメタクリル酸のメチル、エチル、
プロピル、ブチルなどの低級アルキルエステルで
ある。低級アルキルエステルを用いることにより
分散性を低下させることなく、金属イオン封鎖能
力を特に向上することができ熱安定性も良好なも
のになる。親油性の強い高級アルキルエステルな
どを用いると界面活性が大きくなり泡立ちを起す
様になり問題になる。(C)成分としてのアクリル酸
又はメタクリル酸のエステル又は不飽和ニトリル
又はビニル系単量体の使用量は40重量部以下であ
ることが好ましい。40重量部を越えて使用すると
界面活性が大きくなり泡立ちするのみならず共重
合体の水溶化も困難になつてくる恐れがある。前
述の特長を保持させるために特に好ましい使用量
としては５重量部乃至30重量部である。以上の組
成からカルボン酸の使用量は95重量部乃至40重量
部の範囲にある事が好ましく85重量部乃至45重量
部であることが特に好ましい。 又本発明の水溶性共重合体を粘度調整剤として
使用する場合、掘削用泥水の安定効果と使用され
る共重合体の重合度は、非常に密接な関係があり
本発明の共重合体の重合度は低重合度範囲にある
ことが上記安定効果を得るために必須条件であ
り、その範囲は50〜500である。この場合重合度
が500を越える範囲及び50未満においては、調整
泥水の保水性が低下したり、粘度が増大するなど
安定な泥水が得られ難く、本発明の効果を出し得
ない。ここで述べる重合度とは、25℃において、
2N―NaOH溶液中で測定した極限粘度〔η〕を
用いて〔η〕＝4.27×10^-4×〔〕^0.69の式から算出
される〔〕を意味するものとする。 本発明の水溶性共重合体は前記した特定の成分
と重合度を有する共重合体であるが使用に当つて
はアルカリ金属塩になつているものが水溶性の点
からみて好ましい。ここで述べるアルカリ金属塩
は、ナトリウム、カリウム、リチウム等の一般に
既知のアルカリ金属塩である。本発明の目的とす
る使用効果例へば、調整泥水の熱的安定性に於
て、前記したアルカリ金属塩以外の塩即ちアンモ
ニウム塩、アミン塩その他の塩は、効果発現性が
劣つている。 本発明の水溶性共重合体を得る方法について示
すならば下記の例のような通常公知の方法が支障
なく使用出来る。一例を示すならば次のごとくで
ある。 例えば重合性を有し本発明の水溶性共重合体を
構成する単量体に通常の重合開始剤、例えば、過
硫酸塩又はアゾビスイソブチロニトリル等を単量
体に対して、例えば0.1〜10重量％程度の範囲で
添加し、水又は、アルコール系などの溶媒中でほ
ぼ50〜150℃で１〜10時間重合させ必要に応じて
溶媒の一部又は、全部を留出させることにより所
定濃度の重合体を得る。重合率は90％以上が好ま
しく、95％以上がさらに好ましい、又、かくして
得た上記共重合体水溶液に苛性ソーダなどのアル
カリ金属化合物の水溶液を添加して、共重合体に
おける不飽和カルボン酸及びスルホン酸単位の所
定量を中和反応せしめ、PHを調整することで前記
共重合体とアルカリ金属化合物との塩を容易に得
ることが出来る。 共重合体とアルカリ金属化合物との反応は上述
のように共重合体の形成後に行わせるのが一般的
であるが、単量体の状態にあるカルボン酸及びス
ルホン酸と、あらかじめ反応させておいてから共
重合する方法によつても可能であり本発明は、こ
のような態様をも包含するものである。又アルカ
リ金属により、本発明の水溶性共重合体を中和す
る場合、共重合体水溶液のPH値は、本発明の効果
を充分発揮させるためには、PH４以上好ましく
は、６〜10の範囲とするがよい。 本発明の水溶性共重合体からなる粘度調整剤
は、ベントナイト懸濁液又はセピオライト、もし
くはアスベスト類を併用した懸濁液をベースとす
る泥水に対し応用される。この場合、泥水の組成
流体としては、清水の場合は勿論、海水ベースと
した場合、又はこれ等流体に塩化カリウム
（KCl）食塩（NaCl）その他の塩類を多量に添加
した泥水にも応用される。又この添加剤は、石
油、天然ガス坑井や地熱井の他、地質調査試錐そ
の他坑井の掘削に使用される泥水に対して応用さ
れるものである。又本発明品の適用できる温度
は、条件が良ければ250℃の温度でも充分使用に
耐え得るものである。 以下実施例及び比較例を挙げ本発明を更に具体
的に説明する。 尚実施例において、泥水の流動性の測定は主と
してAPIによつて規定された方法を用い、高温高
圧下の粘度変化の測定はFamm Model50Bを用
いた。 又、実施例及び比較例中に於ける部とあるは、
何れも重量基準を示す。 実施例１〜３及び比較例１ 表―１に示す単量体組成比を有する本発明の粘
度調整剤を公知の製法により作成し、該粘度調整
剤を用いて、泥水の安定性試験を実施した。 掘削の坑径が大きく、ポンプ能力が小さい場
合、掘削くずの保持性を良好に保ち掘削くずの上
昇を良くするために、泥水の粘性を高くする事が
必要となる、又この場合比較的低温度では、ベン
トナイトの使用濃度を高くする事により目的は達
つせられるが、温度が高くなつた場合ベントナイ
ト濃度を高くする事は、熱による膨潤が激しく、
必要以上に粘性が高くなり非常に危険を伴う、こ
の様な場合他の増粘剤としては、しばしば、アス
ベスト類が用いられ、掘削くずの上昇を良くし抗
内での掘削くずの沈降を除ぎ抑留事故や揚降管の
時の埋没を防ぐ。このような初期粘性の高い泥水
に対して、本発明の粘度調整剤（実施例１，２，
３）を添加した場合と無添加（比較例１）の場合
と泥水安定性について比較較し結果を表―１に示
す。 結果にみられる通り、本発明の粘度調整剤を添
加すると、無添加に比べて、安定した粘性を保つ
事が可能になり、低温、高温いずれの特性にも優
れた泥水を容易に作る事が可能となつた。

【表】

【表】 実施例 ４〜７ 表―２に示す単量体組成比を有する、本発明の
粘度調整剤（実施例４〜７）を作成し、実施例１
に示すと同様の泥水安定性を実施し、その結果を
表―２に示す。 結果にみられる通り、本発明の粘度調整剤を使
用した泥水は高温での安定性に非常優れている。

【表】

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記単量体(A)および(B)を構成成分とするか、
   または下記単量体(A)，(B)および(C)を構成成分と
   し、かつ重合度が50ないし500の範囲にある水溶
   性共重合体またはその共重合体の塩からなる掘削
   用泥水の粘度調整剤。 (A) α，β―エチレン性不飽和カルボン酸。 (B) スルホ基含有α，β―エチレン性不飽和単量
   体。 (C) アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル
   及び不飽和ニトリルから選ばれた１種以上の単
   量体またはこれを主成分とするビニル系単量
   体。