WO1993012194A1 - Bohrspülzusammensetzung und verfahren zur filtratreduzierung von gemischte metallhydroxide enthaltenden bohrspülzusammensetzungen - Google Patents
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Definitions
- So-called drilling fluids are used to sink oil and natural gas wells, which can either be water or oil-based.
- a clay mineral is mostly used as a viscosity additive.
- Commonly used clay minerals are bentonite or attapulgite.
- the disadvantage of such clay-water rinses is that the so-called plastic viscosity of the mud is very high at the clay concentration necessary to achieve a sufficient discharge capacity of the cuttings. It is known that a high plastic viscosity slows down the drilling progress and is therefore to be regarded as unfavorable.
- Metal hydroxide treated drilling fluid also consists in the fact that this liquid exhibits unusual behavior with anionic filtrate reducers commonly used in drilling fluids. This is because, depending on the dosage, anionic filtrate reducers either greatly dilute the drilling fluid (i.e. the
- the invention is therefore based on the object of developing a drilling fluid composition and a method for drilling fluid compositions containing mixed metal hydroxides, which does not have the disadvantages of the prior art mentioned, but has good filtrate-reducing properties and at the same time does not significantly change the special rheological properties of this drilling composition.
- drilling fluid compositions based on mixed metal hydroxides are used, as are known from US Pat. No. 4,664,843. It is essential to the invention that as a filtrate reducing agent with
- Hydroxyethyl and / or hydroxypropyl groups partially etherified polysaccharide is used, in particular starch, locust bean gum, guar gum or cellulose come into consideration as the polysaccharide.
- the polysaccharide can be used for etherification in unsubstituted or substituted form be used, free OH groups must still be present for etherification.
- Derivatives with carboxymethyl groups and a degree of substitution of ⁇ 0.2 are used as preferred substituted basic polysaccharides into which the hydroxyethyl and / or hydroxypropyl ether groups are introduced.
- the partially etherified polysaccharides have a degree of etherification of 0.02 to 2.5, preferably 0.1 to 1.2, because the advantages achieved according to the invention are then particularly pronounced.
- the degree of etherification is understood to mean the average number of hydroxyethyl or hydroxypropyl groups bound to a glucose unit.
- the filtrate reducing agents used according to the invention and their preparation are known from the literature.
- hydroxypropyl starch in US Pat. No. 4,003,883, hydroxypropyl guar in US Pat. No. 4,025,443, hydroxyethyl and hydroxypropyl cellulose in US Pat. No. 2,572,039 and carboxymethyl-hydroxyethyl cellulose in US Pat. No.
- Particularly preferred anionic substituents are carboxymethyl groups, which are usually prepared by reacting the corresponding alkali-pretreated polysaccharides with chloroacetic acid.
- Carboxymethyl groups the polymer is protected against bacterial degradation and helps to improve the dispersibility of the agent in the drilling fluid. Limiting the
- Second degree of substitution to ⁇ 0.2 results from the fact that, with a higher proportion of the anionic or cationic groups, the undesired effect on the rheology of the rinses treated with mixed metal hydroxides, which has been eliminated, occurs again.
- the drilling fluid compositions based on mixed metal hydroxides produced by the method according to the invention and the filtrate reducing agent in an amount of 0.1 to 7% by weight, preferably 1 to 3% by weight, based on contain the total weight of the drilling fluid, are characterized by the good filtrate-reducing properties and their low, ie acceptable for drilling practice, influence on the rheology of the fluid.
- Drilling fluid composition :
- the properties of the mud are determined according to the regulations of the American Petroleum Institute (API) according to guideline RP 13 B-I (see table).
- API RP 13 B-I - YP Yield Point of the rinse, calculated according to
- API RP 13 B-I - gel strength of the rinse after 10 seconds and 10 minutes, measured with the FANN Viscometer according to API RP 13 B-I - API-FL fluid loss of the rinse after 30 minutes at 7 bar
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Abstract
Zur Filtratreduzierung von gemischte Metallhydroxide enthaltenden wäßrigen Bohrspülzusammensetzungen auf Basis von Tonmineralien setzt man als Filtrat reduzierendes Mittel ein mit Hydroxyethyl- und/oder Hydroxypropylgruppen teilweise verethertes Polysaccharid ein.
Description
Bohrspülzusammensetzung und Verfahren zur Filtratreduzierung von gemischte Metallhydroxide enthaltenden
Bohrspülzusammensetzungen
BESCHREIBUNG
Zum Abteufen von Erdöl und Erdgasbohrungen werden sogenannte Bohrspülungen (Bohrspülzusammensetzungen) eingesetzt, die entweder auf Wasser- oder auf Ölbasis aufgebaut sein können. Bei den sogenannten wasserbasischen Spülungen verwendet man meistens ein Tonmineral als Viskositätsgeber. Häufig eingesetzte Tonmineralien sind hierbei Bentonit oder Attapulgit. Der Nachteil solcher Ton-Wasser-Spülungen besteht darin, daß bei der zur Erzielung einer ausreichenden Austragsfähigkeit des Bohrkleins notwendigen Tonkonzentration die sogenannte plastische Viskosität der Spülung sehr hoch ist. Es ist bekannt, daß eine hohe plastische Viskosität den Bohrfortschritt verlangsamt und damit als ungünstig anzusehen ist.
Aus der US-Patentschrift 4 664 843 ist ein Zusatzmittel auf Basis eines gemischten Metallhydroxides bekannt, welches die vorstehend beschriebenen Nachteile von wäßrigen Bentonitsuspensionen beseitigt. Ein Problem der mit dem gemischten
Metallhydroxid behandelten Bohrspülung besteht weiterhin darin, daß diese Flüssigkeit mit üblicherweise in Bohrspülungen verwendeten anionischen Filtratreduzierern ein ungewöhnliches Verhalten zeigt. Dies besteht darin, daß anionische Filtratreduzierer in Abhängigkeit von der jeweiligen Dosierung die Bohrspülung entweder stark verdünnen (d.h. die
Viskosität bricht zusammen) oder zu einer unerwünschten
Erhöhung der plastischen Viskosität führen. Ähnliche, jedoch vom Ausmaß her geringere Effekte sind bei der Anwendung üblicher nicht-ionischer Filtratreduzierer wie z.B. Stärke
oder Guar gum zu verzeichnen. Da die Kontrolle der Filtrateigenschaften einer Bohrspülung wesentliche Voraussetzung für ihren erfolgreichen Einsatz ist, ergibt sich hieraus eine starke Einsatzbeschränkung für die Spülung auf Basis der gemischten Metallhydroxide.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bohrspülzusammensetzung und ein Verfahren für gemischte Metallhydroxide enthaltende Bohrspülzusammensetzungen zu entwickeln, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern gute Filtrat reduzierende Eigenschaften aufweist und gleichzeitig die speziellen rheologischen Eigenschaften dieser Spülzusammensetzung nicht wesentlich verändert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man als Filtrat reduzierendes Mittel ein mit Hydroxyethyl- und/oder Hydroxypropylgruppen teilweise verethertes Polysaccharid einsetzt. Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß die erfindungsgemäß eingesetzten nicht-ionischen, Filtrat reduzierenden Mittel keinen stärkeren Effekt auf die Viskosität der mit gemischten Metallhydroxiden versetzten Spülungen ausüben, obwohl die üblichen nicht-ionischen Zusatzmittel diese unerwünschte Eigenschaft aufweisen.
Beim Verfahren der Erfindung werden Bohrspülzusammensetzungen auf Basis von gemischten Metallhydroxiden verwendet, wie sie aus der US-PS 4 664 843 bekannt sind. Es ist erfindungswesentlich, daß als Filtrat reduzierendes Mittel ein mit
Hydroxyethyl- und/oder Hydroxypropylgruppen teilweise verethertes Polysaccharid eingesetzt wird, wobei als Polysaccharid insbesondere Stärke, Johannisbrotkernmehl, Guar gum oder Cellulose in Betracht kommen. Das Polysaccharid kann für die Veretherung in unsubstituierter oder substituierter Form
eingesetzt werden, wobei noch freie OH-Gruppen zur Veretherung vorhanden sein müssen. Als bevorzugte substituierte Basis-Polysaccharide, in welche die Hydroxyethyl- oder/und Hydroxypropylethergruppen eingeführt werden, finden Derivate mit Carboxymethylgruppen und einem Substitutionsgrad von < 0,2 Verwendung.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß die teilweise veretherten Polysaccharide einen Veretherungsgrad von 0,02 bis 2,5, vorzugsweise 0,1 bis 1,2, aufweisen, weil dann die erfindungsgemäß erzielten Vorteile besonders stark ausgeprägt sind. Als Veretherungsgrad ist hierbei die durchschnittliche Anzahl der an eine Glucoseeinheit gebundenen Hydroxyethyl- oder Hydroxypropylgruppen zu verstehen. Die erfindungsgemäß eingesetzten Filtrat reduzierenden Mittel bzw. ihre Herstellung sind aus der Literatur bekannt. So werden insbesondere Hydroxypropylstärke in der US-PS 4 003 883, Hydroxypropylguar in der US-PS 4 025 443, Hydroxyethylsowie Hydroxypropylcellulose in der US-PS 2 572 039 sowie Carboxymethyl-hydroxyethylcellulose in der US-PS 2 618 595 sowie in der US-PS 3 284 353 beschrieben. Die Herstellung dieser Mittel erfolgt üblicherweise durch Umsetzung der entsprechenden Basis-Polysaccharide mit Ethylen- bzw. Propylenoxid (vgl. "Starch and Its Derivatives" 4. Ed. J.A.
Radley, Chapman and Hall Ltd. London 1968).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die teilweise veretherten Polysaccharide zusätzlich noch weitere kationische oder anionische Substituenten mit einem Substitutionsgrad von < 0,2 aufweisen, wobei als kationische Substituenten insbesondere guarternäre Ammoniumgruppen der Formel
in Frage kommen, wobei R1, R2, R3 , R4 = H oder einen C1 - bis C4-Alkylrest bedeuten (vgl. beispielsweise US 4 003 883). Als besonders bevorzugte anionische Substituenten sind Carboxymethylgruppen anzusehen, die üblicherweise durch Umsetzung der entsprechenden mit Alkali vorbehandelten Polysaccharide mit Chloressigsäure hergestellt werden.
Durch diese Zweitsubstitution können unter Umständen vorteilhafte Effekte erzielt werden. So ist es beispielsweise im Falle der Stärke bekannt, daß durch die Einführung der
Carboxymethylgruppen das Polymer gegen Bakterienabbau geschützt wird und zur Verbesserung der Dispergierbarkeit des Mittels in der Bohrspülung beiträgt. Die Begrenzung des
Zweitsubstitutionsgrades auf < 0,2 ergibt sich aus der Tatsache, daß bei höherem Anteil der anionischen oder kationischen Gruppen der erfindungsgemäß beseitigte unerwünschte Effekt auf die Rheologie der mit gemischten Metallhydroxiden behandelten Spülungen wieder eintritt. Schließlich ist es auch möglich, beispielsweise zur Erhöhung der Thermostabilität, die Stärke zu vernetzen, wobei als Vernetzer di- oder trifunktionelle Verbindungen wie z.B. POCl3, Cyanurchlorid oder Epichlorhydrin entsprechend der US-PS 4 652 384 eingesetzt werden können.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bohrspülzusammensetzungen auf Basis von gemischten Metallhydroxiden, die das Filtrat reduzierende Mittel in einer Menge von 0,1 bis 7 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf
das Gesamtgewicht der Bohrspülung enthalten, zeichnen sich einmal durch die gut Filtrat reduzierenden Eigenschaften sowie ihren geringen, d.h. für die Bohrpraxis akzeptablen, Einfluß auf die Rheologie der Spülung aus.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern.
Beispiele
Bohrspülzusammensetzung:
350 ml destilliertes Wasser
7 g Wyoming-Bentonit (z.B. "Gold Seal" von Fa.
Baroid, Houston/USA) 24 Std. rühren
0,7 g gemischtes Metallhydroxid (z.B. "POLYVIS" der
Fa. SKW Trostberg AG, Deutschland) der Formel ([Mg AI (OH)4 , 7 ]3 , 33 Cl )n pH-Wert mit wasserfreier Soda auf 10,5 einstellen
30 Minuten am "Hamilton Beach Mixer" bei Stufe
"low speed" mischen
Filtratreduzierer zusetzen
15 Minuten am "Hamilton Beach Mixer" bei Stufe
"low speed" mischen
Die Eigenschaften der Spülung werden nach den Vorschriften des American Petroleum Institute (API) gemäß Richtlinie RP 13 B-I bestimmt (siehe Tabelle).
Folgende Eigenschaften wurden bestimmt:
- Rheologie der Spülzusammensetzung, gemessen mit dem in der
API-Richtlinie beschriebenen FANN-Viscometer, bei 600, 300, 200, 100, 6 und 3 Umdrehungen pro Minute.
- PV = Plastische Viskosität der Spülung, berechnet nach
API RP 13 B-I - YP = Yield Point der Spülung, berechnet nach
API RP 13 B-I - Gelstärken der Spülung nach 10 Sekunden und 10 Minuten, gemessen mit dem FANN-Viscometer gemäß API RP 13 B-I - API-FL = Fluid loss der Spülung nach 30 Minuten bei 7 bar
Differenzdruck und Raumtemperatur, bestimmt nach API RP 13 B-I
Wie die Versuche zeigen, lassen allein die erfindungsgemäßen Produkte die Rheologie der mit dem gemischten Metallhydroxid versetzten Spülung praktisch unbeeinflußt und weisen gleichzeitig die gewünschte Senkung des Filtratwertes auf.
Claims
1. Verfahren zur Filtratreduzierung von gemischte Metallhydroxide enthaltenden wäßrigen Bohrspülzusammensetzungen auf Basis von Tonmineralien,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man als Filtrat reduzierendes Mittel ein mit
Hydroxyethyl- und/oder Hydroxypropylgruppen teilweise verethertes Polysaccharid einsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man ein Polysaccharid, ausgewählt aus der Gruppe Stärke, Johannisbrotkernmehl, Guar gum oder Cellulose als Basis des veretherten Polysaccharids verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Basis für das veretherte Polysaccharid ein unsubstituiertes Polysaccharid ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Basis für das veretherte Polysaccharid ein vorzugsweise mit Carboxymethylgruppen substituiertes Polysaccharid mit einem Substitutionsgrad < 0,2 ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Veretherungsgrad 0,02 bis 2,5, insbesondere 0,1 bis 1,2 beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man teilweise veretherte Polysaccharide einsetzt, die noch weitere kationische oder anionische Substituenten mit einem Substitutionsgrad von < 0,2 aufweisen.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als kationische Substituenten quarternäre Ammoniumgruppen der Formel
8. Verfahren nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als anionische Substituenten Carboxymethylgruppen vorliegen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man die Stärke in vernetzter Form einsetzt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man eine mit POCl3, Cyanurchlorid oder Epichlorhydrin vernetzte Stärke einsetzt.
11. Wäßrige Bohrspülungszusammensetzung auf Basis von Tonmineralien mit einem Zusatz von gemischten Metallhydroxiden,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie zusätzlich als Filtrat reduzierendes Mittel ein mit Hydroxyethyl- und/oder Hydroxypropylgruppen teilweise verethertes Polysaccharid enthält.
12. Bohrspülzusammensetzung nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Polysaccharid in einer Menge von 0 ,1 bis 7 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Bohrspülung vorliegt.
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