NO822262L - Temperaturstabile borevaesker. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en vannoppløselig eller vanndispergerbar polymer for anvendelse i temperaturstabile borevæsker, og det særegne ved den vannopp-

løselige eller vann-dispergerbare. polymer i henhold til.oppfinnelsen er at den er en pode-kopolymer av lignitt eller huminsyre med en vinylmonomer, idet lignitt eller huminsyre utgjør 20% av den tørre vekt av produktet. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av en kopolymer av den nevnte type og.det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at vinylmonorneren polymeriseres i nærvær av lignitt eller huminsyre i et vandig eller organisk medium.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patent-kravene.

Ved boring av oljebrønner under anvendelse av vannbaserte boreslam, er det vanlig å anvende organiske kolloid-materialer som f.eks. stivelser og oppløselige cellulose-derivater for å redusere væsketap ved filtrering inn i lag som bores. Når man arbeider ved høye temperaturer og trykk kan imidlertid slike tilsetningsmidler utsettes for termisk nedbrytning og dette , fører til tap av effektivir-teten. Samtidig kan de fine faststoffer i slammet flokku-iéfé og gi anledning til ytterligere nedsettelse av væske-tapkontrollen.

Det er også kjent å anvende væsketapreduserende tilsetningsmidler fremstilt ved reaksjon mellom et salt av sulfonert lignitt eller sulfonert huminsyre med modifiserte fenyl/formaldehydharpikser. Videre er pode-kopolymerer av akrylsyre med opp til 10 vekt% av en polyhydroksy-polymer-forbindelse inklusive kaustisert lignitt kjent i forbindelse med utnyttelse av leire anvendt i vandig oljeboreslam.

Det er nå funnet at pode-koppl^y^erer~'av':akrylsyre og

andre vinylmonomerer gir vannoppløselige polymerer med kaustisert eller ubehandlet lignitt, hvori lignitt utgjør minst 20 vekt% av produktet, er spesielt nyttige som væsketåpreduserende - tilsetningsmidler og fortynningsmidler i vandige boreslam.

Oppfinnelsen tilveiebringer således en vannoppløsélig

eller vanndispergerbar pode/kopolymer av lignitt eller huminsyre med en vinylmonomer, idet lignitt eller huminsyre utgjør minst 2 0% av den tørre vekt av produktet. Betegnelsen huminsyre inkluderer både den fri syre og dens alkalimetall-salter.

Lignitten kan kaustiseres, dvs.. behandles. med alkali, eller være ubehandlet. Delvis behandlet lignitt eller blandinger av behandlet og ubehandlet lignitt kan anvendes, men foretrukket er lignitten ubehandlet.

Den alkalioppløselige fraksjon av lignitten (huminsyre)

kan isoleres ved hjelp av alkali-ekstraksjon etterfulgt av utfelling, og anvendes i prosessen i samsvar med oppfinnelsen enten alene eller blandet med uekstrahert lignitt. En vandig oppløsning av natrium- eller kalium-humat.oppnådd ved alkalisk ekstraksjon av lignitt uten utfelling kan også anvendes.

Vinylmonomeren er foretrukket er vannoppløsélig monomer

som kan polymeriseres direkte til en vannoppløsélig polymer, f.eks. akrylsyre, akrylnitril, akrylamid, metakrylsyre, N-vinyl-pyrolidon og 2-akrylamido-2-metylpropan-sulfonsyre. Alternativt kan en vinylmonomer anvendes som ved poly^ merisering gir en vannoppløsélig polymer som er i stand til å omdannes til en vannoppløsélig polymer ved hydrolyse, f.eks. akrylestere, f.eks. metylakrylat eller vihylestere, f.'eks. vinylacetat. Blandinger av 2 eller flere vinylmonomerer

-.. > v '■.?.:-.,

kan anvendes, idet sluttproduktet gjøres vannoppløsélig ved hydrolyse etter behov.

De foretrukne vinylmonomerer er akrylsyre, som kan polymeriseres som den fri syre eller i form av et salt, f.eks. natriumsaltet, akrylestere, akrylnitril og akrylamid, hvorav akrylsyre foretrekkes mest.

Selv om der må være minst 20 vekt % av lignitt i det tørre produkt, kan mengden av lignitt som anvendes være betraktelig større enn dette og kan endog være så høy som 90%. Foretrukket inneholder produktet fra 50 til 80 vekt% lignitt, mer foretrukket 5 0 til 60%.

Podepolyrneriseringen gjennomføres på konvensjonell måte ved polymerisering av vinylmonomeren i nærvær av lignitt, foretrukket i nærvær av et løsningsmiddel. Når vinylmonomeren selv er vannoppløsélig er løsningsmidlet foretrukket vann enten som sådant eller som deri disperse fase i en vann-i-olje emulsjon. Alternativt, når vinylmonomeren er vannuoppløselig kan et organisk løsningsmiddel anvendes som er upåvirket ved reaksjonsbetingeIsene, f.eks.

heksan eller toluen.

Polymerisasjonsbetingelsene er de konvensjonelle for vinyl-addisjonspolymerisasjon. Polymerisasjonen kan initieres ved hjelp av ultrafiolett lys, eventuelt i nærvær av et UV-sentitiverende middel, eller ved hjelp av en fri-radikal-initiator av peroksydtypen. Passende initiatorer inkluderer hydrogenperoksyd, hydroperoksyder som f.eks. t-butylhydroperoksyd og cumen-hydroperoksyd, dialkylperoksyder som f.eks. di-t-butylperoksyd, diacyl-peroksyder som f.eks. benzoylperoksyd og acetylperoksyd, persyrer og deres salter og estere, f.eks. permaursyre, pereddiksyre, perbenzosyre, natriumperacetat, t-butyl-peroksybenzoat, etc. Uorganiske persalter kan anvendes, spesielt persulfater og perborater, f.eks. ammoniumpersulfat og natriumperborat.

Redoksaktiverte katalysatorsystemer kan også anvendes,

og kan muliggjøre at reaksjonen kan gjennomføres ved en lavere initial temperatur enn ellers ville være tilfellet. Eksempler på slike systemer er ferro-salter/persulfater, tioler/persulfater, natriumbisulfitt/ tert.butyl hydroperoksyd og natriumsulfitt/natriumbromat. Hvor systemer inneholdende tioler anvendes, kan tioler, f.eks. 2-merkaptoetanol, samtidig virke som et kjede-avsluttende middel for å nedsette molekylvekten av produktet.

Behandlingstemperaturen er ikke kritisk og reaksjonen kan gjennomføres ved f.eks. 20 til 100°C. Polymerisasj onen er eksotermisk, slik at ved å gå ut fra rom-temperatur kan temperaturen stige til 5 0 til 60°C eller mer, avhengig av konsentrasjonen av tilstedeværende monomer, volumet av reaksjonsmediet og reaksjonshastigheten. Når reaksjonen gjennomføres i et vandig medium, kan pH

styres ved tilsetning av alkali. Når akrylsyren er monomeren er det foretrukket å nøytralisere f.eks. med natriumhydroksyd til pH 7-8, slik at det faktisk er akrylat-anionet som polymeriseres.

Selv om molekylvekten av pode-kopolymeren ikke kan måles direkte, foretrekkes det at polymerisasjonsbetingelsene er slik at kjedelengden av vinylpolymerr-delen er forholdsvis kort. Dvs. at det bør.;foretrukket anvendes betingelser hvorunder vinylmonomeren, hvis den polymeriseres i fravær av lignitt, ville gi en polymer med molekylvekt ikke over 100.000. Foretrukket bør molekylvekten være fra 2000 til 20.000, mer foretrukket fra 2000 til 10.000. Dette kan oppnås ved å anvende h,øye konsentrasjoner av initiator

(fra f.eks. fra 1 til 10%, foretrukket 5 til 1% av vekten av vinylmonomer), foretrukket i forbindelse med et kjede-avsluttende middel som f.eks. 2-merkaptoetanol, i mengder på fra 0,1 til 5% foretrukket 1 til 3% av vekten av vinyl-

monomer. Kjedeavslutriing kan også bevirkes ved nærvær av isopropanol i forholdsvis store mengder, f.eks.

ved bruk av isopropanol som et reaks.jonsmedium.

Lignitten bør blandes grundig med vinylmonomeroppløshingen, foretrukket før polymerisering initieres.

Hvis lignitten er av grov partikkelstørrelse kan det

være ønskelig å redusere dens partikkelstørrelse, f.eks. ved maling eller ved kraftig skjærkraftutøvelse i en Silverson-blander. Dette kan gjennomføres før,:under eller etter trinnene med å blande vinylmonomeren og polymeriseringen av vinylmonomeren, men foretrukket ikke senere enn polymerisasjonstrinnet. Foretrukket gjennom^-føres størrelsesreaksjon og blanding med vinylmonomer som en enkelt prosess og eventuelt kan størreIsesreduksjon fortsettes under polymerisasjonen.

Polymerisasjonsproduktet, som normalt er en viskøs væske, kan tilsettes til boreslammet uten ytterligere behandling, hvis polymerisasjonen ble gjennomført under anvendelse av en vannoppløsélig monomer i et vandig system. Alternativt kan produktet tørkes og males til et pulver som deretter kan gjenoppløses i vann eller tilsettes direkte til et boreslam.

Hvis vinylmonomeren er en syre og ble polymerisert i fri syreform, foretrekkes det å nøytralisere den sure polymer med alkali, f.eks. natriumhydroksyd, føar bruken.

Hvis polymeriseringen gjennomføres i organisk oppløsning, avdampes løsningsmidlet foretrukket. Resten,'hvis den er vanndispergerbar, kan males til et pulver og anvendes som beskrevet i det foregående. Hvis produktet ikke er vann-dispergerbart, gjøres det først vann-dispergerbart ved hydrolyse, f.eks. koking med vandig alkali inntil alle vinyl-polymerkjedene blir hydrofile. Den resulterende dis-persjon kan anvendes direkte eller tørkes og pulveriseres

som beskrevet i det foregående.

Produktene i samsvar med oppfinnelsen kan tilsettes til vandige boreslam i en konsentrasjon på omtrent 0,28 til 5,6% vektenhet/volumenhet, foretrukket 0,56 til 2,8% vektenhet/volumenhet basert på den tørre vekt av produktet. Det resulterende boreslam har lave væsketap-egenskaper både under normale betingelser og under høye temperaturer og trykk f(121°C, 35,15 kg/cm2) og bibeholder sine gode egenskaper etter forlenget eksponering for høye temperaturer og trykk.

Ved betegnelsene vannoppløsélig og vanndispergerbar som anvendt for produktene i samsvar med oppfinnelsen, menes at produktene vil danne oppløsninger eller dispersjoner i vann i fravær av ytterligere oppløseliggjørende eller dispergerende midler, med en konsentrasjon på minst 0,28% vektdeler/volumenhet, foretrukket ved en konsentrasjon på minst 5,6% vektenhet/volumenhet.

Produktene i samsvar med oppfinnelsen virker til å redusere for sterk viskositet og gél-dannelse bevirket ved flokkulering av leire-faststoffer i slammet. Dette er i motsetning til egenskapene av de kjente lignitt-akrylsyre leirebehandlende midler, som er beregnet på å øke viskositeten og gel-styrken av leire-suspensjoner.

Følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen:

EKSEMPEL

En oppløsning av akrylsyre (80 ml = 84 g) i vann (100 ml) nøytraliseres til pH 7,5 med 46% vandig natriumhydroksyd og ubehandlet lignitt :(.100 g) tilsettes. Blandingen utsettes for. kraftig skjærkraftpåvirkning i en Silverson blandér og polymerisering initieres ved tilsetning av ammoniumpersulfat (5g;- i et lite volum av vann) og 2-merkaptoetanol (2 ml). Når den eksbterme reaksjon opp-hører, tørkes den resulterende viskøse væske i vakuum og

resten males til et fint pulver.

EKSEMPEL 2

Ubehandlet lignitt (15 0 g) tilsettes til en oppløsning av akrylsyre (50 ml = 52,5 g) i vann (200 ml).

Blandingen utsettes for kraftig skjærkraftomrøring på en Silversonblander og polymeriseres ved tilsetning av ammoniumpersulfat (5 g i et lite volum av vann)

og 2-merkaptoetanol (1 ml). NårJden eksoterme reaksjon opphører, tørkes den resulterende viskøse væske i vakuum og resten males til et fint pulver.

Produktene fra eksempléne 1 og 2 har gode væsketapegen-skaper ved testing i vandig suspensjon ved hjelp av standard API-metode.

EKSEMPEL 3

100 g ubehandlet lignitt tilsettes i løpet av 45 minutter under omrøring til en blanding av 150 ml 30% vandig natriumhydroksyd og 100 ml avionisert vann. Etter ytterligere 30 minutters omrøring oppnås en oppløsning av natriumhumat. Til denne tilsettes 84 g akrylsyre og blandingen omrøres i ytterligere 1 time. Polymerisasj onsreaksjonen initieres så ved tilsetning av 5g ammoniumpersulfat og 2 ml 2-merkaptoetanol. Reaksjonen fortsettes inntil den initiale eksoterme reaksjon fullstendig opphører. Det flytende produkt anvendes direkte for væsketapkontroll.

EKSEMPEL 4

En blanding av 84 g akrylsyre og 40 ml.vann nøytraliseres til pH 7,0 med en 30% vandig natriumhydroksydoppløsning og 100 g ubehandlet lignitt tilsettes i løpet av 5

minutter under kraftig omrøring ved 50°C.

Polymeriseringen, initieres som i eksempel 1 og omrøring fortsettes i 30 minutter inntil reaksjonen er avsluttet. Ingen størrelsesreduksjonstrinn (maling.eller Silverson-blanding)' gjennomføres i noe trinn. Det flytende produkt anvendes direkte for væsketapkontroi1.

EKSEMPEL 5

En blanding av 84 g akrylsyre og 100 ml vann r.::.t nøytraliseres til pH 7,0 med 30% vandig NaOH. Reaksjonskolben spyles med nitrogen og 10.0, g lignitt tilsettes til den omrørte blanding. Etter 10 minutter initieres polymerisasjonsreaksjonen som i eksempel 1. Etter 45 overføres produktet til en Silversonblander og omrøres under kraftig skjærkraftinnvirkning i 30 minutter.

EKSEMPEL 6

Eksempel 5 gjentas med unntagelse at skjærkraftomrøringen med Silversonblanderen (under nitrogen) gjennomføres under tilsetning av.lignitt. Etter 15 minutter initieres polymerisasjon med 4,2 g kaliumpersulfat og 2 ml-2-merkaptoetanol og skjærkraftrøringen fortsettes inntil den eksoterme reaksjon opphører og deretter i ytterligere 1 time.

EKSEMPEL 7

Et vandig boreslam fremstilles ved å blande de følgende bestanddeler:

EKSEMPLER 8- 12

Eks. 7 gjentas under anvendelse av produktet fra eks. 2 i stedet ..for eks. 1. Væskeblandingene fra eksemplene 3 til 6 anvendes også i mengder tilsvarende 4,5 kg tørr vekt aktivt material.

Slammene fra eksemplene 7 til 12 viser utmerkede væske tape gen skape r både ved standard API.^metode og ved HTHP (høy temperatur, høyt trykk) tester ved 121°C og 35,15 kg/cm og har gode viskositetsegenskaper og lave gel-styrker. Disse gode egenskaper bibeholdes i hovedsakelig grad etter behandling av slammene ved 204°C i 16 timer i forseglede roterende sylindriske beholdere (varm-tromling).

Claims (10)

1. Vann-oppløselig eller vann-dispergerbar polymer for anvendelse i temperaturstabile boreslam, karakterisert ved at polymeren utgjøres av lignitt eller huminsyre med en vinylmonomer, idet lignitt eller huminsyre utgjør minst 20% av den tørre vekt av produktet.

2. Pode-kopolymer som angitt i .'krav l, karakterisert ved at vinylmonomeren er akrylsyre.

3. Pode-kopolymer som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at lignitt eller huminsyre utgjør fra 50 til 80% av den tørre vekt av produktet.

4. Fremgangsmåte for fremstilling av den kopolymer som er angitt i krav 1, karakterisert ved å polymerisere vinylmonomeren... i nærvær av lignitt eller huminsyre i et vandig eller organisk medium.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakter iis ert ved at polymerisasjonsbetingelsene holdes slik at vinylmonomeren, hvis den ble polymerisert under de samme betingelser i fravær av lignitt, ville gi en polymer med molekylvekt fra 2000 til 20.000.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 4 éllér 5, kara kkt erisert ved at polymerisasjonen gjennomføres i nærvær av fra 1 til 10% initiator (basert på vekten av vinylmonomer).

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 4 til 6, karakterisert ved at polymerisasj onen gjennomføres i nærvær av fra.0,1 til 5% ;av et kjede-avsluttende middel (basert på vekten av vinylmonomer}:,

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 4 til 7, karakterisert ved at lignitt anvendes i fast form og utsettes for et størrelsesreduksjonstrinn før, under, eller etter trinnene ved å blande vinylmonomeren og polymerisasjonen av vinylmonomeren.

9. Fremgangsmåte for reduksjon av væsketap i vandige oljeboringsslam, k a r:a k t e rii sert ved at slammet tilsettes fra 0,28 til 5,6% vektenhet/volumenhet som angitt i krav 1 til 3.

10. Vandig oljeboringsslam inneholdende fra 0,28 til 5,6% vektenhet/volumenhet av en kopolymer som angitt i krav 1-3.