PL166502B1

PL166502B1 - Szlam wiertniczy PL PL PL

Info

Publication number: PL166502B1
Application number: PL90287984A
Authority: PL
Inventors: Michael Blezard; Michael J Williams; Boyd W Grover; William J Nicholson; Edward T Messenger
Original assignee: Albright & Wilson
Priority date: 1989-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1995-05-31
Also published as: IE65100B1; CN1052687A; GB8926885D0; NO905126L; CA2030694A1; GB2238560A; NO905126D0; KR910009899A; AU630524B2; GB9025493D0; HU907676D0; DE69022371T2; HUT56126A; EP0430602B1; FI905859A0; NZ236238A; GB2238560B; NO301841B1; GR3017642T3; IE904271A1

Abstract

1. Szlam wiertniczy zawierajacy wodny srodek powierzchniowo czynny, znamienny tym, ze jako srodek powierzchniowo czynny zawiera strukturowany srodek powierzchniowo czynny. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest szlam wiertniczy, zawierający wodny środek powierzchniowo czynny.

Określenie „szlam wiertniczy zastosowano tu w stosunku do cieczy używanych przy wierceniu otworów w skale do smarowania i chłodzenia koronki wiertniczej, i do odprowadzania wywiercin skalnych od czoła odwiertu. Określenie to obejmuje również „płyny szczelinujące, które są stosowane do czyszczenia boków odwiertów przed cementowaniem. Szlamy wiertnicze używane są przy wykonywaniu studni głębinowych i odwiertów, jak również specjalnych otworów w górnictwie naftowym, i gazownictwie. W niniejszym zastosowaniu określenie „szlam wiertniczy obejmuje również „szlamy budowlane, które stosuje się w budownictwie lądowym i wodnym oraz w przemyśle budowlanym do stabilizowania otworów, i wykopów przez zapobieżenie załamaniu się łupków pod działaniem wody.

Określenie „elektrolit oznacza tu takie związki jonowe, które ulegają dysocjacji przynajmniej częściowo w roztworze wodnym, tworząc jony i, które przy obecnych stężeniach mają tendencję do zmniejszania całkowitej rozpuszczalności (łącznie ze stężeniem nicelarnym) środków powierzchniowo czynnych w takich roztworach poprzez zjawisko „wysalania. Stosowane tu pojęcie zawartości lub stężenia elektrolitu dotyczy całej ilości rozpuszczonego elektrolitu, ale bez cząstek stałych w zawiesinie.

Oznaczenie „micela oznacza cząstkę w kształcie albo kulki, albo pręta, utworzoną przez agregację cząsteczek środka powierzchniowo czynnego i mającą promień mniejszy niż druga wielokrotność średniej długości cząsteczek środka powierzchniowo czynnego. Cząstki w miceli są typowo usytuowane tak, że ich grupy hydrofilowe („przednie) leżą na powierzchni miceli, a grupy lipofilowe („tylne) są usytuowane wewnątrz miceli.

Określenie „warstwa podwójna oznacza warstwę środka powierzchniowo czynnego o grubości w przybliżeniu dwóch cząstek, która jest utworzona z dwóch sąsiednich równoległych warstw, z których każda zawiera cząsteczki środka powierzchniowo czynnego, które są rozmie166 502 szczone tak, że części lipofilowe cząsteczek są usytuowane wewnątrz warstwy podwójnej, a części hydrofilowe są usytuowane na jej zewnętrznych powierzchniach. Określenie „warstwa podwójna obejmuje tu również warstwy o strukturze grzebieniowej, które mają grubość mniejszą niż dwie cząsteczki. Warstwa o strukturze grzebieniowej może być uważana za warstwę podwójną, w której obie warstwy wzajemnie przeniknęły w siebie umożliwiając przynajmniej do pewnego stopnia wzajemne nakładanie się pomiędzy grupami tylnymi cząsteczek obu warstw.

Określenie „sferolit“ oznacza bryłę kulistą lub sferoidalną o wymiarach o 0,1 pm do 50pm. Sferolity mogą być czasami zniekształcone do kształtu wydłużonego, spłaszczonego, gruszkowego lub hantlowego. Określenie „pęcherzyk“ oznacza sferolit zawierający fazę ciekłą ograniczoną przez warstwę podwójną. Określenie „pęcherzyk wielokrotny“ oznacza pęcherzyk, który zawiera jeden lub więcej mniejszych pęcherzyków. Sferolity występujące w strukturowanych systemach środków powierzchniowo czynnych są to typowo koncentryczne pęcherzyki wielokrotne.

Określenie „faza płytkowa“ oznacza uwodnione ciało stałe lub fazę ciekłego kryształu, w której wiele podwójnych warstw rozmieszczonych jest zasadniczo w układzie równoległym o nieokreślonej rozpiętości, przy czym przedzielone są one warstwami wody lub roztworu wodnego i mają wystarczający regularny rozstaw siatki od 25 nm do około 150 nm, aby umożliwić łatwe wykrywanie metodą rozpraszania neutronów lub metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego, kiedy występują jako znaczna część składu. Określenie to w zastosowaniu do niniejszego opisu nie obejmuje koncentrycznych pęcherzyków wielokrotnych.

Określenie „faza G“ oznacza fazę płytkową ciekło-krystaliczną typu znanego w literaturze również jako faza „uporządkowana** lub faza „płytkowa**. Faza G dla każdego środka powierzchniowo czynnego lub mieszaniny środków powierzchniowo czynnych normalnie istnieje w wąskim zakresie stężeń. Czyste fazy G można normalnie identyfikować przy badaniu próbki pod mikroskopem polaryzacyjnym pomiędzy skrzyżowanymi polaryzatorami. Obserwowane są charakterystyczne struktury według klasycznego opracowania Rosevear, JAOCS Vol. 31 P628 (1954) lub J. Colloid and Interfacial Science, Vol. 20 No. 4, P. 500 (1969). Fazy G normalnie charakteryzują się powtarzalnym rozstawem 50-70 nm przy badaniu metodą dyfrakcji promieni rentgenowskich lub rozpraszania neutronów. „Rozciągnięta faza G“ oznacza fazę G z rozstawem powtarzania 110-150 nm.

Określenie „sferyczna faza G“ oznacza wielokrotne pęcherzyki utworzone z zasadniczo koncentrycznych powłok podwójnej warstwy środka powierzchniowo czynnego rozmieszczonych na przemian z fazą wodną z rozstawem fazy G lub rozciągniętej fazy G. Typowo konwencjonalne fazy G mogą zawierać niewielką ilość sferycznej fazy G.

Określenie „ług“ oznacza wodną fazę ciekłą zawierającą elektrolit, która to faza oddziela się od drugiej fazy ciekłej zawierającej składnik bardziej aktywny, a mniej elektrolitu niż faza ługu.

Określenie „kompozycja płytkowa“ oznacza kompozycję, w której większość środka powierzchniowo czynnego występuje w fazie płytkowej lub w której faza płytkowa jest głównym czynnikiem hamowania sedymentacji. Określenie „kompozycja sferolityczna“ oznacza kompozycję, w której większość środka powierzchniowo czynnego występuje w postaci kulistej fazy G lub która jest zasadniczo stabilizowana przed sedymentacją przez kulistą fazę G.

Określenie „strukturowany środek powierzchniowo czynny“ oznacza kompozycję cieczy, która ma lepkość zależną od ścinania i właściwości przyjmowania ciał stałych do zawiesiny, i która zawiera fazę pośrednią środka powierzchniowo czynnego, która może być ewentualnie zdyspergowana w fazie wodnej lub wraz z nią, przy czym ta faza wodna jest typowo fazą ługu. Faza pośrednia może przykładowo zawierać fazę G, sferolity, zwłaszcza kulistą fazę G lub płytkowe uwodnione ciało stałe.

Określenie „czynnik obciążający** oznacza nierozpuszczalny w wodzie, cząstkowy minerał o gęstości właściwej większej niż 3,5, a korzystnie większej niż 4, na przykład baryt lub hematyt. Określenie „szlam wiertniczy“ oznacza ciecz chłodząco-smarującą do wiercenia, która zawiera cząstki mineralne w zawiesinie, takie jak wywierciny skalne lub czynnik obciążający.

Podstawowym problemem w przypadku cieczy chłodząco-smarujących do wiercenia jest to, że najczęściej zawierają one olej mineralny, który potencjalnie jest czynnikiem zanieczyszczającym środowisko i powodującym niebezpieczeństwo pożaru. Przedmiotowy wynalazek dotyczy rozwiązania tego problemu poprzez zastosowanie wodnych strukturowanych środków powierzchniowo

166 502 czynnych, które są lepiej akceptowane przez środowisko niż oleje mineralne, nie tworzą niebezpieczeństwa pożaru, a jednak mogą mieć takie same lub lepsze właściwości fizyczne i stabilność chemiczną.

Stosowane w górnictwie naftowym szlamy wiertnicze są normalnie pompowane nieprzerwanie do dołu poprzez żerdź wiertniczą, poprzez otwory w koronce wiertniczej, a następnie są wypychane na powierzchnię poprzez pierścieniową przestrzeń pomiędzy żerdzią wiertniczą a ścianką odwiertu i unoszą w zawiesinie wywierciny skalne. Na powierzchni wywierciny są oddzielane od szlamu wiertniczego, który zostaje zawrócony do obiegu. Przed cementowaniem odwiertu szlam zastępuje się cieczą odległościową, która odprowadza luźne cząstki z odwiertu i pozostawia czystą, zwilżoną wodą powierzchnię w celu zapewnienia dobrego spojenia z cementem.

Niektóre skały stwarzają szczególne problemy podczas wiercenia lub wykopów ze względu na swą tendencję do rozpadania się w cieczy chłodząco-smarującej z utworzeniem drobnoziarnistego materiału, który jest bardzo trudno oddzielić od cieczy i który szybko gromadzi się w strumieniu zawracanym do obiegu powodując zwiększenie lepkości. Główną skałą wśród tych skał stwarzających problemy jest łupek, który zwykle ulega rozpadowi w obecności wody.

Ciecz chłodząco-smarująca do wiercenia, którą można by zaakceptować, musi mieć lepkość, która jest wystarczająco mała w warunkach ścinania, by zapewniony był łatwy przepływ, ale musi ona również mieć cząsteczki stałe w zawiesinie. Aby spełnić te sprzeczne wymagania, zwykle potrzebna jest ciecz tiksotropowa. Ponadto ciecz ta nie może powodować nadmiernego rozpadu skał, takich jak łupek. Jeżeli ma się nadawać do głębokiego wiercenia, ciecz taka musi być stabilna termicznie i ważne jest, by uniknąć nadmiernych strat cieczy w formacji.

Dotychczas wymagania te prawie zawsze były spełniane przez zastosowanie w charakterze cieczy chłodząco-smarującej do wiercenia albo oleju, albo emulsji oleju z wodą. Olej pokrywa cząstki łupka i zabezpiecza je przed zetknięciem z wodą, przez co hamuje ich rozpad. Jednakże stwarza to z kolei problemy z ochroną środowiska, zwłaszcza przy wierceniu w dnie morskim, gdzie wyrzuca się wywierciny skalne. Aby uniknąć poważnego skażenia środowiska olej trzeba oddzielić od wywiercin zanim będzie można je wyrzucić. Zmniejszenie zanieczyszczenia olejem do poziomu aktualnie dopuszczalnego jest bardzo trudne i kosztowne, ale nawet takie niewielkie ilości resztkowe oleju są ekologicznie niepożądane, i istnieje dążenie do zastąpienia wszystkich cieczy chłodząco-smarujących do wiercenia na bazie oleju.

Alternatywa polegająca na stosowaniu roztworów wodnych zawierających polimerowe czynniki dyspergujące lub tworzące zawiesinę i/lub bentonit w celu utworzenia zawiesiny zawierającej wywierciny skalne jest mniej szkodliwa dla środowiska i może być nieco tańsza niż stosowanie szlamów na bazie oleju, ale tylko przy płytkich wierceniach i tam, gdzie formacja skalna nie stwarza specjalnych problemów. W przypadku wiercenia głębokiego lub wiercenia albo kopania w formacjach skalnych stwarzających trudności, takich jak łupek, które bardzo często napotyka się przy wierceniach w górnictwie naftowym i przy wykopach, takie tanie ciecze wodne nie nadają się. Mają one niewystarczającą stabilność termiczną, by mogły wytrzymać wysokie temperatury w głębokich formacjach skalnych i powodują rozpad łupka. Ich zdolność smarowa jest również zwykle gorsza niż w przypadku szlamów na bazie oleju.

Usiłowano polepszyć właściwości wodnych cieczy chłodząco-smarująych do wiercenia poprzez różne specjalne dodatki, takie jak polimerowe środki powlekające i wysokie stężenia elektrolitu, by pomóc w stabilizowaniu łupka. Zwiększało to znacznie koszt szlamu, ale nie powiodło się stworzenie wodnej cieczy o właściwościach umożliwiających zastąpienie nią szlamów na bazie oleju w przypadku głębokiego wiercenia. Jednakże nacisk na ochronę środowiska jest coraz większy i zmusza przedsiębiorstwa górnictwa naftowego do stosowania stosunkowo kosztownych, i technicznie gorszych cieczy na bazie wody zamiast konwencjonalnych szlamów na bazie oleju.

Dziedzina formułowania detergentów do prania i podobnych preparatów do czyszczenia jest odległa od dziedziny formułowania cieczy smarująych, i cieczy hydraulicznych. Problemy do pokonania w obu tych dziedzinach nie są podobne. Jednakże zauważyliśmy, że w przypadku ciekłych preparatów do czyszczenia często występuje konieczność stosowania ciał stałych w zawiesinie. Przykładowo kremy do szorowania twardych powierzchni wymagają obecności materiałów ściernych, a skuteczne detergenty do prania wymagają kosztownych, skutecznych wypełniaczy

166 502 aktywnych, które mogą być słabo rozpuszczalne lub nierozpuszczalne w wodzie. Problemy te były rozwiązane przez wykorzystywanie wzajemnego oddziaływania pomiędzy elektrolitami a środkami powierzchniowo czynnymi, aby utworzyć struktury dyspergowania ciał stałych oparte na zawiesinach tiksotropowych lub wzajemnych zawiesinach faz pośrednich środków powierzchniowo czynnych z wodnymi roztworami elektrolitów.

Patent Wielkiej Brytanii nr 2123846 opisuje zastosowanie płytkowego środka powierzchniowo czynnego zdyspergowanego wzajemnie z roztworem elektrolitu w ciekłym detergencie do prania. Inna struktura, o której również mowa w patencie Wielkiej Brytanii nr 2 123 846 i która występuje, chociaż nie jest specjalnie identyfikowana, w formulacjach przedstawionych przykładowo w pewnej liczbie innych publikacji, zawiera układ sferolitów, z których każdy ma wiele koncentrycznych powłok środka powierzchniowo czynnego rozmieszczonych na przemian z warstwami roztworu elektrolitu. Opisy patentowe, które podają formulacje, które prawdopodobnie wykazują strukturę sferolityczną lub płytkową, są następujące:

AU	482374	GB	855679	US	2920045
AU	507431	GB	855893	US	3039971
AU	522983	GB	882569	US	3075922
AU	537506	GB	943217	US	3232878
AU	542079	GB	955081	US	3235505
AU	547579	GB	1262280	US	3281367
AU	548438	GB	1405165	US	3328309
AU	550003	GB	1427011	US	3346503
AU	555411	GB	1468181	US	3346504
		GB	1506427	US	3351557
CA	917031	GB	1577120	US	3509059
		GB	1589971	US	3374922
CS	216492	GB	2600981	US	3629125
		GB	2028365	US	3638288
DE	A1567656	GB	2031455	US	3813349
		GB	2054634	US	3956L58
DE	2447945	GB	2079305	US	4019720
				US	4057506
EP	0028038	JP-	-A-52-146407	US	4107067
EP	0038101	JP-	-A-56-86999	US	4169817
EP	0059280			US	4265777
EP	0079646	SU	498331	US	4279786

166 502

EP	0084154	SU	922066	US	4299740
EP	0103926	SU	929545	US	4302347
FR	2283951

chociaż w większości przypadków struktury, które występowałyby w opisanych formulacjach, byłyby niewystarczająco stabilne dla utrzymania cząstek stałych w zawiesinie. Patent Wielkiej Brytanii nr 2 153 380 opisuje strukturę sferolitową i sposoby wykonania ściśle upakowanej, wypełniającej przestrzeń struktury wystarczająco silnej, by wytrzymywała różne formy ścinania, i naprężeń temperaturowych, ale wystarczająco ruchomej, by mogła być łatwo nalewana. Sposób ten wymaga optymalizacji stężeń elektrolitu w ścisłych granicach.

W naszym aktualnie rozpatrywanym zgłoszeniu patentowym Wielkiej Brytanii nr 8906234.3 opisaliśmy zastosowanie strukturowanych środków powierzchniowo czynnych jako nośnika dla pestycydów.

Nasze aktualnie rozpatrywane zgłoszenie patentowe Wielkiej Brytanii nr 891925 opisuje sposoby otrzymania struktury środka powierzchniowo czynnego nadającego się do tworzenia zawiesiny cząstek stałych w systemach zasadniczo pozbawionych elektrolitu.

Znane dotychczas ciecze czynnościowe, łącznie ze szlamami wiertniczymi na bazie oleju i cieczami smarującymi, zawierały niewielkie ilości środków powierzchniowo czynnych w charakterze środków emulgujących dla oleju lub w charakterze dyspergent dla szlamu. Środki powierzchniowo czynne typowo występowały zasadniczo jako warstwy pojedyncze otaczające krople lub cząstki oleju lub ciała stałego w zawiesinie o wielkości koloidalnej. Zabezpieczanie łupka w szlamach wiertnicznych było zasadniczo realizowane przez to, że łupek był powlekany olejem. Właściwości tworzenia zawiesiny i tioksotropowy charakter szlamu wiertniczego na bazie oleju zapewnione były przez wzajemne oddziaływanie zdyspergowanych kropelek oleju. W przypadku szlamów pozbawionych oleju zabezpieczenie łupka zapewniane było przez obecność polimerów, które otaczały cząstki skały w sposób nieodwracalny, w związku z czym były zużywane ilościowo przy oddzielaniu skały. Właściwości tworzenia zawiesiny ciał stałych zapewnione są przez polimerowe zagęszczacze, takie jak karboksymetyloceluloza sodowa lub metakrylany. Dążą one do stabilizowania zawiesiny kosztem ruchliwości cieczy.

Elektrolity stosowano zarówno w szlamach wiertnicznych na bazie oleju jak i w szlamach wiertnicznych na bazie wody do kontrolowania aktywności wody. Jeżeli stężenie elektrolitu jest wystarczająco wysokie, by zmniejszyć aktywność wody w szlamie do tego samego poziomu jak aktywność wody w łupku, wówczas uwodnienie łupka nie nastąpi. Jeżeli jednak aktywność wody w szlamie jest zbyt niska, łupek będzie mieć tendencję do odwodnienia i stanie się kruchy, natomiast jeżeli ta aktywność wodna jest zbyt wysoka, wówczas łupek będzie mieć tendencję do uwodnienia, i rozpadu, chyba że będzie pewna bariera ochronna pomiędzy łupkiem a czynnikiem wodnym. Niestety, nie ma możliwości konsekwentnego utrzymywania optymalnego poziomu elektrolitu, a to ze względu na to, że warstwy mineralne zawierają rozpuszczalne sole, które mają tendencję do rozpuszczania się w szlamie, zmieniając zawartość elektrolitu w miarę przechodzenia szlamu przez otwór.

Odkryliśmy obecnie, że wodne, strukturowane środki powierzchniowo czynne mają zadziwiająco dobrą zdolność smarowania w przypadku zarówno skały jak i metalu nawet przy bardzo dużych naciskach i przy braku dodatków dla bardzo dużych nacisków. Ponadto takie strukturowane środki powierzchniowo czynne wykazują właściwości reologiczne wymagane w przypadku cieczy chłodząco-smarującej do wiercenia lub cieczy hydraulicznej, jak również zdolność do przyjmowania stałych wywiercin skalnych do zawiesiny lub opiłków i, co zadziwiające, zabezpieczają one łupek przed rozpadem nawet przy całkowitym braku oleju lub polimeru zabezpieczającego. Uważamy, że łupek jest chroniony przez powleczenie go środkiem powierzchniowo czynnym. Ciecz można łatwo oddzielać od wywiercin skalnych, a wszelkie pozostałości środka powierzchniowo czynnego można łatwo wypłukać z wywiercin za pomocą wody. Czyste wywierciny nie stanowią żadnego niebezpieczeństwa ekologicznego i mogą być bezpiecznie wyrzucone. Wodnym

166 502

Ί środkiem powierzchniowo czynnym jest strukturowany środek powierzchniowo czynny taki jak te, które zostały utworzone przez wzajemne oddziaływanie środka powierzchniowo czynnego z rozpuszczonym elektrolitem, korzystnie w systemie sferolitycznym. Typowo jest to wodna faza pośrednia środka powierzchniowo czynnego wzajemnie zdyspergowana z wodną fazą ciągłą lub wodną elektrolityczną fazą ciągłą.

Ważną i szczególnie zadziwiającą właściwością kompozycji sferolitycznych w zastosowaniu w charakterze cieczy chłodząco-smarujących do wiercenia jest niewielka strata cieczy do formacji, która jest znacznie mniejsza niż w przypadku konwencjonalnych cieczy chłodząco-smarujących do wiercenia, nawet bez dodatków, które normalnie są potrzebne. Strukturowane środki powierzchniowo czynne można łatwo formułować w postaci stabilnej termicznie dla zastosowań wysokotemperaturowych, takich jak głębokie wiercenie.

W naszym wynalazku zarówno właściwości tworzenia zawiesiny jak i zabezpieczanie łupka zapewnione są zasadniczo przez środek powierzchniowo czynny, korzystnie w połączeniu z pewną ilością rozpuszczonego elektrolitu. Chociaż nie chcemy, by stanowiło to ograniczenie, uważamy, że środek powierzchniowo czynny może powlekać cząstki łupka w sposób odwracalny. Może również pomagać w utrzymywaniu optymalnej aktywności wody. Środek powierzchniowo czynny korzystnie występuje w naszej kompozycji jako sferyczna faza G, zdyspergowana faza płytkowa lub micele.

Wynalazek stwarza możliwość wiercenia odwiertów, polegający na zastosowaniu w charakterze cieczy chłodząco-smarującej do wiercenia lub do skrawania wodnego, strukturowanego środka powierzchniowo czynnego, którym jest korzystnie roztwór zawierający micele środka powierzchniowo czynnego lub wzajemnie zdyspergowany środkiem powierzchniowo czynnym płytkowym stałym, sferolitycznym lub w fazie G w ilości wystarczającej dla zapobieżenia rozpadowi łupka lub dla zapewnienia zabezpieczenia powierzchni metalu przed ścieraniem się i dla utrzymwania wywiercin skalnych w zawiesinie w normalnych warunkach wiercenia.

Szlam wiertniczy zawierający wodny środek powierzchniowo czynny według wynalazku jako środek powierzchniowo czynny zawiera strukturowany środek powierzchniowo czynny.

Szlam według wynalazku zawiera zawieszone w nim stałe cząstki łupka i/lub czynnika obciążającego.

Szlam według wynalazku zawieszone cząstki barytu i/lub hematytu.

Szlam według wynalazku jako strukturowany środek powierzchniowo czynny zawiera (A) fazę wodną oraz (B) płytkowe ciało stałe, fazę sferolityczną lub fazę G zdyspergowaną lub zdyspergowaną wzajemnie z wymienioną fazą wodną, przy czym jako fazę wodną zawiera roztwór elektrolitu.

Według wynalazku część roztworu elektrolitu może stanowić solanka, przy czym jako solankę można zawierać wodę morską.

Szlam według wynalazku zawiera w zawiesinie cząstki grafitu.

Szlam według wynalazku korzystnie zawierają 5-45% wagowych środka powierzchniowo czynnego. Środki powierzchniowo czynne mogą stanowić do około 35% wagowych szlamu, chociaż zarówno ze względów ekonomicznych jak i reologicznych korzystne jest stosowanie mniejszych stężeń, na przykład poniżej 30%, zwykle poniżej 25%, korzystnie mniej niż 20%, na przykład 10-15% wagowych.

Środek powierzchniowo czynny może przykładowo składać się zasadniczo z przynajmniej trudno rozpuszczalnej w wodzie soli kwasu sulfonowego lub monoestrowanego kwasu siarkowego, na przykład z sulfonianu alkilobenzenowego, siarczanu alkilowego, etero-siarczanu alkilowego, sulfonianu olefinowego, sulfonianu alkanowego, siarczanu alkilofenolowego, etero-siarczanu alkilofenolowego, siarczanu alkiloetanoloamidowego, etero-siarczano-alkiloetanolu amidowego lub kwasu tłuszczowego alfa-sulfo albo jego estrów, każdy z przynajmniej jedną grupą alkilową lub alkenylową z 8-22, zwykle 10-20 alifatycznych atomów węgla. Wymienione grupy alkilowe lub alkenylowe są to korzystnie grupy pierwotne o łańcuchu prostym, ale mogą być to ewentualnie grupy wtórne lub grupy z łańcuchem rozgałęzionym. Określenie „eter odnosi się tu do grup oksyalkylenowych i grup polioksyalkylenowych jednorodnych, i mieszanych, takich jak grupy polioksyetylenowe, polioksypropylenowe, glicerynowe, i mieszane polioksyetylenowo-oksy8

166 502 propylenowe lub mieszane gliceryno-oksyetylenowe, gliceryno-oksypropylenowe, albo grupy gliceryno-oksyetyleno-oksypropylenowe, typowo zawierające od 1 do 20 grup oksyalkylenowych Przykładowo środkiem powierzchniowo czynnym sulfonowanym lub siarczanowanym może być sulfonian sodowo-dodecylobenzenowy, sulfonian potasowo-heksadecylo-benzenowy, sulfonian sodowo-dodecylo-dwumetylobenzenowy, siarczan sodowo-laurylowy, siarczan sodowo-łojowy, siarczan potasowo-oleilowy, siarczan amonowolaurylowy monoetoksy lub siarczan monoetanoloamino-cytylo-10 mol-etoksylanowy.

Inne anionowe środki powierzchniowo czynne użyteczne według przedmiotowego wynalazku obejmują tłuszczowe sulfobursztyniany alkilowe, tłuszczowe alkilowe eterosulfobursztyniany, pochodne tłuszczowych alkilowych sulfobursztynianów, pochodne tłuszczowych alkilowych eterosulfobursztynianów, sarkozyniany acylowe, tauryniany acylowe, izentioniany, mydła, takie jak stearyniany, palmityniany, żywiczany, oleiniany, linoliniany, mydła kalafoniowe oraz eterokarboksylany alkilowe i saponiany. Mogą być również używane anionowe estry fosforanowe, obejmujące środki powierzchniowo czynne występujące w naturze, takie jak lecytyna. W każdym przypadku anionowy środek powierzchniowo czynny zawiera przynajmniej jeden łańcuch węglowodorowy alifatyczny z 8-22, korzystnie 10-20, zwykle średnio 12-18 atomów węgla, podlegającą jonizacji grupę kwasową taką jak grupa sulfo, grupa kwasu siarkowego, grupa karboksy, grupa fosfoniowa lub grupa kwasu fosforowego oraz, w przypadku eterów, jedną lub kilka grup glicerynowych i/lub 1-20 grup etylenooksy i/lub grup propylenooksy.

Korzystnymi anionowymi środkami powierzchniowo czynnymi są sole sodu. Innymi solami interesującymi przemysłowo są sole potasu, litu, wapnia, magnezu, amonu, monoetanoloaminy, dwuetanoloaminy, trójetanoloaminy i amin alkilowych zawierających do siedmiu alifatycznych atomów węgla, na przykład izopropyloaminy.

Środek powierzchniowo czynny zawiera korzystnie lub składa się z niejonowych środków powierzchniowo czynnych. Niejonowym środkiem powierzchniowo czynnym może być na przykład C10-22 alkanoloamid z mono lub dwualkanoloaminy niższego rzędu, takie jak monoetanoloamid lub dwuetanoloamid koksowy lub łojowy. Inne niejonowe środki powierzchniowo czynne, które mogą być ewentualnie stosowane, obejmują etoksylowane alkohole, etoksylowane kwasy karboksylowe, etoksylowane aminy, etoksylowane alkiloamidy, etoksylowane alkilofenole, etoksylowane estry gliceryny, etoksylowane estry kwasu sorbinowego, etoksylowane estry fosforanowe i propoksylowane, butoksylowane oraz mieszane analogi etoksy/propoksy i/lub butoksy wszystkich wymienionych poprzednio etoksylowanych środków niejonowych, wszystkie posiadające grupę alkilową lub alkenylową Ce-22, i do 20 grup etylenoksy i/lub propylenoksy i/lub butylenoksy, albo też dowolny inny niejonowy środek powierzchniowo czynny, który był dotychczas stosowany w sproszkowanych, lub ciekłych kompozycjach detergentowych, na przykład tlenki aminowe. Te ostatnie typowo mają przynajmniej jedną grupę alkilową lub alkenylową Ce-22, korzystnie C10-20 i do dwóch grup alkilowych niższego rzędu (na przykład C1-4, korzystnie C1-2).

Korzystne środki niejonowe dla celów wynalazku są to przykładowo te, które mają zakres HLB 2-18, na przykład 8-18.

Szlamy według wynalazku mogą zawierać kationowe środki powierzchniowo czynne, które obejmują czwartego rzędu aminy posiadające przynajmniej jedną długołańcuchową (na przykład C12-22, typowo C16-20) grupę alkilową lub alkenylową, ewentualnie jedną grupę benzylową i w charakterze pozostałych czterech podstawników krótkołańcuchowe grupy alkilowe (na przykład C1 -4). Obejmują one również imidazoliny i czwartorzędowe imidazoliny posiadające przynajmniej jedną długołańcuchową grupę alkilową lub alkenylową oraz amidoaminy, i czwartorzędowe amidoaminy posiadające przynajmniej jedną długołańcuchową grupę alkilową lub alkenylową. Wszystkie czwartorzędowe środki powierzchniowo czynne są zwykle solami anionów, które nadają pewien stopień rozpuszczalności w wodzie, takich jak mrówczan, octan, mleczan, winian, chlorek, metasiarczan, etosiarczan, siarczan lub azotan. Szczególnie skuteczne jako środki smarowe są kationowe środki powierzchniowo czynne posiadające dwie długołańcuchowe alifatyczne grupy alkilowe, na przykład grupy łojowe, takie jak bis-tallowylowe czwartorzędowe sole amonowe i imidazolowe.

Szlamy według wynalazku mogą również zawierać jeden lub kilka amfoterycznych środków powierzchniowo czynnych, które obejmują betainy, sulfobetainy oraz fosfobetainy utworzone przez reakcję odpowiedniego trzeciorzędowego związku azotu posiadającego długołańcuchową

166 502 grupę alkilową, lub alkenylową z odpowiednim reagentem, takim jak kwas chlorooctowy lub sulfon propanowy. Przykłady odpowiednich trzeciorzędowych związków zawierających azot obejmują: trzeciorzędowe aminy posiadające jedną lub dwie długołańcuchowe grupy alkilowe, lub alkenylowe i ewentualnie grupę benzylową, przy czym innym podstawnikiem jest krótkołańcuchowa grupa alkilowa; imidazoliny posiadające jedną, lub dwie długołańcuchowe grupy alkilowe lub alkenylowe, i amidoaminy posiadające jedną, lub dwie długołańcuchowe grupy alkilowe, lub alkenylowe. Zwykle amfoteryczne środki powierzchniowo czynne są mniej korzystne niż środki powierzchniowo czynne niejonowe lub anionowe.

Opisane powyżej rodzaje środków powierzchniowo czynnych stanowią jedynie przykłady ogólniejszych środków powierzchniowo czynnych odpowiednich do stosowania według wynalazku. Można zastosować dowolny środek powierzchniowo czynny. Pełniejszy opis zasadniczych typów środków powierzchniowo czynnych, które są dostępne w handlu, podano w pracy „Surface Active Agents and Detergents“, Schwartz, Perry i Berch.

Zasadniczo środki powierzchniowo czynne do stosowania według wynalazku powinny korzystnie być zasdniczo nietoksyczne, zwłaszcza dla życia w morzu i powinny być zasadniczo stabilne w temperaturach powyżej 100°C, korzystnie powyżej 120°C, zwłaszcza powyżej 150°C,na przykład dla zastosowań przy głębokich wierceniach - powyżej 180°C.

Rozpuszczone związki elektrolityczne są bardzo korzystnymi składnikami kompozycji. Chociaż możliwe jest przygotowanie strukturowanych środków powierzchniowo czynnych bez elektrolitu, jeżeli stężenie środka powierzchniowo czynnego jest wystarczająco wysokie, to jednak ruchliwość takich systemów jest często niewystarczająca, chyba że środek powierzchniowo czynny zostanie wybrany z wielką starannością. Dodanie elektrolitu umożliwia przygotowanie ruchliwych strukturowanych środków powierzchniowo czynnych o stosunkowo małym stężeniu środka powierzchniowo czynnego.

Odpowiednie elektrolity obejmują rozpuszczalne w wodzie sole metali alkalicznych, amonu i metali ziem alkalicznych pochodzące od silnych kwasów nieorganicznych. Szczególnie korzystne są sole sodu i potasu, zwłaszcza chlorki. Mogą jednak być również stosowane sole litu, wapnia i magnezu. Wśród soli, które są użyteczne, m°gą znajdować się fosforany, azotany, bromki, fluorki, stężone fosforany, fosfoniany, octany, mrówczany i cytryniany. Często jest szczególnie korzystne, by w przypadku cieczy chłodząco-smarujących do wiercenia utworzyć kompozycję przez rozcieńczenie koncentratu środka powierzchniowo czynnego na miejscu występującą lokalnie naturalną solanką (na przykład wodą morską w przypadku wierceń w dnie morza). Solanka może stanowić całość lub część elektrolitu zawartego w cieczy chłodząco-smarującej do wiercenia.

Elektrolit może występować w stężeniach aż do nasycenia. Zwykle im mniejsza jest zawartość środka powierzchniowo czynnego, tym więcej elektrolitu będzie potrzeba dla utworzenia struktury zdolnej do przenoszenia materiałów stałych. Korzystne jest stosowanie większych stężeń elektrolitu i mniejszych stężeń środka powierzchniowo czynnego oraz wybieranie najtańszych elektrolitów ze względów ekonomicznych. Elektrolit powinien normalnie występować w stężeniu przynajmniej 0,1% wagowego licząc od całkowitego ciężaru kompozycji, zwykle przynajmniej 0,5% wagowo, na przykład więcej niż 0,75%, korzystnie więcej niż 1%. Zwykle stężenie jest mniejsze niż 30%, częściej mniejsze niż 10%, na przykład mniejsze niż 8% wagowych. Typowo stężenie jest w zakresie 1-5%.

Maksymalne stężenie elektrolitu zależy między innymi od rodzaju struktury i od wymaganej lepkości, jak również od zagadnień kosztowych. Korzystne jest tworzenie kompozycji sferolitycznych takich jak opisane w zgłoszeniu patentowym Wielkiej Brytanii GB-A-2, 153,380, aby otrzymać zadowalającą równowagę pomiędzy ruchliwością i dużą ilością składników stałych w zawiesinie. Optymalne stężenie elektrolitu dla każdego konkretnego rodzaju i ilości środka powierzchniowo czynnego można zapewnić, jak opisano w wymienionym wyżej zgłoszeniu patentowym, przez pomiar- zmiany przewodności elektrycznej ze wzrostem stężenia elektrolitu, aż do zaobserwowania pierwszego minimum przewodności. Można przygotować próbki i badać je przez odwirowywanie przez 90 minut przy 20 000 g, regulując stężenie elektrolitu tak, aby otrzymać czynnik tworzący zawiesinę, który nie rozdziela się na dwie fazy podczas odwirowywania.

Korzystnie stężenie elektrolitu reguluje się tak, aby uzyskać kompozycję, która nie ulega sedymentacji przy pozostawieniu jej na 3 miesiące w temperaturze otoczenia lub przy temperaturze 0°C lub 40°C. Korzystne są kompozycje, które nie wykazują oznak sedymentacji lub rozdzielania

166 502 na dwie lub więcej warstw po utrzymywaniu przez 72 h przy temperaturze 100°C w autoklawie. Korzystnie również stężenie elektrolitu reguluje się tak, aby otrzymać kompozycję stabilną na ścinanie i taką, co jest pożądane, która nie zwiększa znacznie swej lepkości przy pozosta wieniu jej po działaniu normalnego ścinania.

Alternatywnie można dodać wystarczającą ilość elektrolitu, by powstał układ płytkowy, taki jak opisano w patencie brytyjskim nr 2123846, na przykład przez dodanie ilości elektrolitu wystarczającej do zapewnienia, że ciekły czynnik tworzący zawiesinę oddziela się przy wirowaniu przy 800 g po 17 godzinach, tworząc fazę ługu zawierającą niewiele lub w ogóle nie zawierającą środka powierzchniowo czynnego. Ilość wody w formulacji można następnie regulować tak, aby otrzymać optymalną równowagę pomiędzy ruchliwością a stabilnością.

W przypadku szlamów wiertniczych i cieczy odległościowych zwykle pożądane jest doprowadzenie do odwiertu cieczy, która zawiera niezbędne stężenie środka powierzchniowo czynnego, i elektrolitu, by powstała struktura umożliwiająca utworzenie zawiesiny cząstek stałych. Jednakże sole występujące w skale, w której wykonuje się wiercenie, mogą czasami mieć zdolność do tworzenia takiej struktury na miejscu, jeżeli tylko dostarczy się wodnego środka powierzchniowo czynnego. Często korzystne jest dostarczenie systemu wodnego zawierającego mniejszą niż optymalna ilość elektrolitu, aby umożliwić rozpuszczanie się minerałów występujących w odwiercie.

Potrzebna ilość elektrolitu zależy również od natury i rozpuszczalności środka powierzchniowo czynnego. Zwykle środki powierzchniowo czynne o wysokiej temperaturze mętnienia wymagają mniej elektrolitu niż środki powierzchniowo czynne o niskiej temperaturze mętnienia. W przypadku niektórych środków powierzchniowo czynnych nie potrzeba w ogóle elektrolitu.

Środki powierzchniowo czynne lub mieszaniny środków powierzchniowo czynnych, które mogą być używane w kompozycjach bez elektrolitu według przedmiotowego wynalazku są to typowo te, które tworzą fazę G w temperaturze otoczenia, ale korzystnie nie tworzą fazy M1. Mówiąc ogólnie, wodny środek powierzchniowo czynny ma temperaturę mętnienia większą niż 30°C, zwykle większą niż 40°C, a korzystnie większą niż 50°C. Wodne środki powierzchniowo czynne o temperaturze mętnienia powyżej 60°C są szczególnie użyteczne. Alternatywnie lub dodatkowo środek powierzchniowo czynny może mieć temperaturę wstecznego zmętnienia poniżej 30°C, częściej poniżej 20°C, zwłaszcza poniżej 10°C, korzystnie poniżej 0°C. Szczególnie korzystne są środki powierzchniowo czynne, których temperatura wstecznego zmętnienia jest poniżej -10°C. Temperatury wstecznego zmętnienia są typowe dla niektórych niejonowych środków powierzchniowo czynnych, w których zwiększająca się temperatura ma tendencję do zrywania wiązań wodorowych odpowiedzialnych za uwodnienie hydrofilowej części cząsteczek, co czyni ją mniej rozpuszczalną. Temperatury normalnego zmętnienia są bardziej typowe dla środków powierzchniowo czynnych anionowych lub kationowych. Mieszaniny anionowych i nieanionowych środków powierzchniowo czynnych mogą wykazywać temperaturę zmętnienia i/lub temperaturę wstecznego zmętnienia.

Zwykle korzystne jest, aby środek powierzchniowo czynny występował w stężeniu przynajmniej 1%, na przykład przynajmniej 3% wagowe składu, częściej powyżej 5%, zwłaszcza powyżej 8% i korzystnie 10-15%. Typowy zakres stężeń środków powierzchniowo czynnych jest od 6 do 15%, częściej 7-12%. Inne stężenie środków powierzchniowo czynnych, które może być stosowane, wynosi 1-30%, na przykład 2-15% wagowych. Stężenie środka powierzchniowo czynnego powinno być korzystnie wystarczające w obecności dowolnego elektrolitu w formulacji, by utworzyć kompozycje o lepkości plastycznej mierzonej lepkościomierzem Fanna 5-35 cP to znaczy 0,0050,035 Pa · s, korzystnie 0,015-0,03, na przykład 0,02-0,025 Pa · s. Korzystnie kompozycja powinna mieć granicę plastyczności większą niż 7,25 Pa, korzystniej 14-25 Pa, zwłaszcza 17-22 Pa, na przykład 20 Pa. Szczególnie korzystne jest, by kompozycja miała stosunek granicy plastyczności do lepkości plastycznej od 50 do 120, zwłaszcza 70-95, na przykład 85.

Stężenie środka powierzchniowo czynnego powyżej 60% są możliwe, ale bardzo nieprawdopodobne w zastosowaniu przemysłowym przynajmniej w większości przewidywanych zastosowań wynalazku.

Szczególnie korzystne w systemach pozbawionych elektrolitu są niejonowe i mieszane niejonowe środki powierzchniowo czynne, zwłaszcza mieszaniny etoksylanów alkoholi alifatycznych, i mieszaniny etoksylanów alkoholi alifatycznych z etoksylanami kwasów tłuszczowych

166 502 lub mieszane alkohole etoksylanowe/propoksylanowane, i etoksylany kwasów tłuszczowych. Przykładowo szczególnie użyteczne są mieszaniny zawierające jeden lub więcej alkoholi alifatycznych C10-C20 i/lub kwasy tłuszczowe alkoksylanowane za pomocą 5-10 grup etylenoksy i/lub propylenoksy. Inne niejonowe środki powierzchniowo czynne, które mogą być stosowane, zawierają alkoksylanowane alkilofenole, alkoksynowane aminy, alkoksylanowane sorbinowe lub glicerynowe estry kwasów tłuszczowych i alkanoloamidy, takie jak mono lub dwuetanoloamid kokosowy, i ich mieszaniny.

Szlamy wiertnicze zawierają ciała stałe w zawiesinie, które mogą stanowić wywierciny skalne, takie jak łupek i/lub mogą zawierać czynnik obciążający, taki jak baryt lub hematyt. Całkowita ilość ciała stałego w zawiesinie może typowo zmieniać się od około 5% wagowych do około 60% wagowych, lub korzystniej 10-50%, na przykład 35-45%.

Korzystnie stosuje się ilość czynnika obciążającego wystarczającą dla uzyskania ciężaru właściwego 1-1,8.

Szlam wiertniczny może ewentualnie zawierać środek wspomagający powstawanie zawiesiny, taki jak karboksymetylocelulozę lub pirolidon poliwinylowy, zwykle w ilościach do 5%, na przykład 0,5-2% wagowych. Ze względu na koszty i reologię korzystne jest jednak unikanie stosowania takich środków wspomagających powstawanie zawiesiny.

Szlamy wiertnicze według wynalazku są korzystnie zasadniczo pozbawione oleju lub rozpuszczalników organicznych lub też rozpuszczalników mieszających się z wodą, takich jak niższego rzędu alkohole mono lub polihydroksy, ketony i polietery lub nierozpuszczalnych w wodzie rozpuszczalników takich jak aromatyczne węglowodory, jak również są pozbawione wszelkich środków hydrotropowych, takich jak mocznik, sulfonian benzenowy lub niższego rzędu sulfoniany alkilobenzenowe. Rozpuszczalniki i hydrotropy mają tendencję do zakłócania strukturowania środka powierzchniowo czynnego, i wymagają stosowania znacznie większych ilości środka powierzchniowo czynnego i/lub elektrolitu. Zwiększają one również koszt formulacji bez istotnego polepszenia właściwości. Olej i rozpuszczalniki są ponadto bardzo niepożądane ze względu na ochronę środowiska. Jeżeli w ogóle się je stosuje, korzystne jest, by oleje, rozpuszczalniki i hydrotropy występowały w ilości mniejszej niż 10%, korzystniej mniejszej niż 5%, najkorzystniej mniejszej niż 1%, na przykład poniżej 0,5%, zwykle mniej niż 0,1%, a najczęściej mniej niż 0,05% wagowego ciężaru kompozycji.

Korzystne jest, aby nie było w ogóle polimerowych środków zagęszczających, takich jak żywice, albo też'aby występowały one w stężeniach mniejszych niż 5%, korzystnie mniejszych niż 0,5%, ponieważ nie są one zwykle potrzebne do stabilizowania kompozycji, a zwiększają koszty i lepkość zawiesiny.

Szlamy wiertnicze lub inne ciecze czynnościowe według wynalazku mogą ewentualnie zawierać pomocnicze czynniki strukturujące, takie jak bentonit, ale dodatki takie normalnie nie są konieczne dla zapobiegania stratom cieczy, a mogą być szkodliwe dla właściwości reologicznych. Jeżeli się go stosuje, bentonit korzystnie nie powinien stanowić więcej niż 5% całego ciężaru kompozycji. Jednakże ciecze chłodząco-smarujące do wiercenia według wynalazku zwykle znoszą obecność bentonitu przypadkowo pochodzącego z minerałów w odwiercie.

Szlamy wiertnicze mogą ewentualnie zawierać grafit w zawiesinie w celu zwiększenia smarowności.

Kompozycja może ewentualnie zawierać biocyd, taki jak aldehyd glutarowy lub korzystnie trzeciorzędową fosfoniową sól hydroksymetylową, taką jak siarczan THP lub jego mieszaninę z aldehydem glutarynowym, aby hamować wzrost bakterii redukujących siarczan, które mogą powodować korozję rur, rozwarstwienie cieczy i/lub zakażenie formacji.

Środki smarowe mogą zawierać dodatki dla dużych nacisków, a wszystkie ciecze czynnościowe według wynalazku korzystnie zawierają inhibitory korozji, takie jak estry fosforynowe, fosfoniany, polifosfoniany, chromiany i sole cynku. Inhibitory korozji są to korzystnie organiczne czynniki chelatujące lub inne inhibitory korozji powodowanej na powierzchni metali przez roztwory wodne.

Wynalazek zostanie dokładniej przedstawiony w przykładach, gdzie wszystkie procenty podane są jako wagowe od całego ciężaru kompozycji, chyba że zaznaczono inaczej.

166 502

Przykład	1	2	3	4	5
AES	3,2	3	2,65	-	-
IPABS	6,4	7	4,02	-	-
LABS	-		-	10,7	10,7
AO	-	-		2,1	2,1
DEABS	-		-	2,1	2,1
KC	1	-	1	1,2	1,0
KA		0,4	-	-	-
Granica plastyczności N m'²	35,43	24,42	18,19	6,22	4,79
Lepkość plastyczna Pa · s	0,015	0,043	0,021	0,025	0,02
GP/LP X10’³	23,62	5,58	6,66	2,49	2,4
Odzyskiwanie lupka
przy temperaturze pokojowej	94,8	96,2	97,8	95,8	91,2
Odzyskiwanie łupka przy 60°C	-	92,0	93,2	91,8	87,0

AES - siarczan sodowo Ci2-ie-aikilo-3 mol-etoksy,

IPABS - sulfonian izopropyioaminowo C10-14-limowy-aikilo benzenowy,

LABS - sulfonian sodowo Cio-14-liniowy alkilobenzenowy,

AO - tlenek Ci2-ie alkilo-dwumetylo-aminowy,

DEABS - sulfonian dwuetanoloamina-Cio-i4-hniowy alkilobenzenowy,

KCl - chlorek potasu,

KA - octan potasu.

Przykłady 1, 2 i 3 były to przezroczyste roztwory micelowe. Przykłady 4 i 5 były to nieprzezroczyste kompozycje sferolitowe.

Wszystkie pięć przykładów nadawało się do utworzenia zawiesiny z 50 g barytu w 350 ml przy temperaturze 80°C na 18 h.

Przykład 6. Szlam wiertniczy przygotowano przez utworzenie zawiesiny 1118,7 g barytu w 1500,0 g 10% wodnego IPABS. Ten ostatni stanowił nieprzezroczystą kompozycję sferolitową, a utworzony szlam był stabilną zawiesiną.

Przykład 7. Szlam wiertniczy przygotowano przez utworzenie zawiesiny 1028,8g barytu i 3 g silikonowego środka przeciwpianowego w 1500 g wodnej kompozycji sferolitowej zawierającej 2,25% dwuetanoloaminy, 10,5% LABS i 2,25% tlenku aminy.

Przykład 8. Szlam wiertniczy przygotowano przez utworzenie zawiesiny z 1094,6 g barytu, 37,5 g bentonitu i 3g silikonowego środka przeciwpianowego w 10% wodnym IPABS.

Przykład 9. Szlam wiertniczy odpowiedni do stosowania do wierceń w dnie morskim przy zastosowaniu wody morskiej zawiera 8% LABS, 8% dwuetanoloamidu kokosowego i 4% chlorku sodu.

Przykład 10. Produkty z przykładu 6,7 i 8 porównano z handlowym szlamem na bazie oleju pod względem sedymentacji przy użyciu testu z pochyłą rurą. Rurę wiertniczą o długości 1 metr i o średnicy 40 mm zawierającą badany szlam, i ustawioną pod kątem 45° względem pionu pozostawiono na 120 h, a przy końcu tego okresu oddzielenie mniej nieprzezroczystej fazy było widoczne w górnej strefie 35 cm szlamu na bazie oleju, natomiast żądanego oddzielenia nie widziano w próbkach według wynalazku.

Przykład 11. Dostępny w handlu szlam na bazie oleju porównywano z produktami z przykładów 6 i 7 pod względem statycznej filtracji przy niskim ciśnieniu. Oznacza to tendencję szlamu do straty płynu do formacji. Wyniki podano w tabeli 1.

Tabela 1

	Szlam na bazie oleju (porównawczy)	Przykład 6	Przykład 7
Grubość ciasta filtracyjnego	1 mm	<1 mm	<1 mm
Uzyskany filtrat	3,5 ml	3,6 ml	1,7 ml

Przykład 12. Smarowność kompozycji opisanej w przykładzie 9 badano za pomocą metody FALEX opisanej w metodzie badań IP 241 69 Institute of Petroleum.

Czysty wałek metalowy obracany był pomiędzy dwiema kształtkami w kształcie litery V przy stopniowo wzrastającym obciążeniu, przy czym wałek ten był zanurzony w badanym środku smarowym bez cyrkulacji.

166 502

Szlamy według wynalazku porównywano z trzema porównawczymi środkami smarowymi, mianowicie wodą, olejem mineralnym i zawiesiną bentonitu. Wszystkie trzy porównania zawiodły (odpowiednio przy 2,2 kN, 4,5 kN i 6,7 kN). Natomiast kompozycja według wynalazku wykazała się doskonałą smarownością przy wszystkich obciążeniach łącznie z maksymalnym obciążeniem 17,8 kN. Jedynie ten środek smarowy spośród wszystkich czterech wytrzymał próbę bez szkód.

Przykład 13. Różne strukturowane środki powierzchniowo czynne porównywano z wodą, olejami mineralnymi i roztworami niestrukturowanych środków powierzchniowo czynnych w teście według przykładu 12. Wyniki zestawione są w tabeli 2, gdzie wszystkie procenty są procentami wagowymi od całego ciężaru mieszaniny. Środki smarowe podano w kolejności coraz lepszych właściwości. Jedynie trzy ostatnie środki smarowe wytrzymały cały test bez zatarcia.

Tabela 2

Środek smarowy	Współczynnik tarcia 1	Uszkodzenie
1 2	3	4
x i.Woda	0,107	7 s przy 3,3 kN
x ii.Olej mineralny zawierający dodatki
dla wysokich ciśnień („Tellus R10)	0,065	44 s przy 3,3 kN
x iii.Olej mineralny
nie zawierający dodatków („Turbo T68)	0,048	6s przy 5,6 kN
x iv.30% LABS (bez strukturowania)	0,050	45 s przy 6,7 kN
v.Przykład 1 z patentu W. Brytanii 2123846
(struktura płytkowa)	0,048	54 s przy 6,7 kN
vi. 14% LABS 6% OB (sferolitowy)	0,042	13 s przy 0,9 kN
vii.10% IPABS (sferolitowy)	0,038	45 s przy 11,2 kN
viii.3% IPABS, 12% AES, 4% NaCl
(sferolitowy)	0,063	41 s przy 12,2 kN
ix. 12% LABS, 8% AE, 3% NaCl (sferolitowy)	0,031	41 s przy 15,5 kN
x.50% IPABS (faza G)	0,024	57 s przy 17,8 kN
xi.8% LABS, 8% dwuetanoloamid kokosowy,
4% NaCl (sferolitowy)	0,024	51 s przy 19 kN
xii.8% LABS, 8% dwuetanoloamid kokosowy,
4% NaCl 2% grafit (sferolitowy)	0,027	51 s przy 19 kN
xiii.20% LABS, 10% dwuetanoloamid kokosowy
(sferolitowy)	0,028	brak uszkodzenia przy 20 kN
xiv.3% LABS, 12% IPABS, 2% NaCl
(sferolitowy)	0,026	brak uszkodzenia przy 20 kN
xv.25% imidazolin² (sferolitowy)	0,020	^M U

x Przykład porównawczy,

1. Współczynniki tarcia zmierzone tuz przed uszkodzeniem/ zakończeniem testu,

2. Metosiarczan 1-metylo, 1-tallowamidoetylo, 2-tallowy-imido azolinowy.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,(03 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Szlam wiertniczy zawierający wodny środek powierzchniowo czynny, znamienny tym, że jako środek powierzchniowo czynny zawiera strukturowany środek powierzchniowo czynny.
2. Szlam według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera zawieszone w nim stałe cząstki łupka i/lub czynnika obciążającego.
3. Szlam według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera zawieszone cząstki stałe barytu i/lub hematytu.
4. Szlam według zastrz. 1, znamienny tym, że strukturowany środek powierzchniowo czynny zawiera (A) fazę wodną oraz (B) płytkowe ciało stałe, fazę sferolitową lub fazę (G) zdyspergowaną w/lub zdyspergowaną wzajemnie z wymienioną fazą wodną.
5. Szlam według zastrz. 4, znamienny tym, że jako fazę wodną zawiera roztwór elektrolitu.
6. Szlam według zastrz. 5, znamienny tym, że co najmniej jako część roztworu elektrolitu zawiera solankę.
7. Szlam według zastrz. 6, znamienny tym, że jako solankę zawiera wodę morską.
8. Szlam według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera w zawiesinie stałe cząstki grafitu.
9. Szlam według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera 5-45% wagowych środka powierzchniowo czynnego w przeliczeniu na cały ciężar szlamu.
10. Szlam według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ilość rozpuszczonego elektrolitu wystarczającą do utworzenia z wymienionym środkiem powierzchniowo czynnym stabilnej kompozycji sferolitowej lub płytkowej zdolnej do przejęcia ciała stałego w zawiesinie.