DE69420717T2

DE69420717T2 - Schaumbohrfluidum, Verfahren zur Herstellung und Bohrmethode

Info

Publication number: DE69420717T2
Application number: DE69420717T
Authority: DE
Inventors: Larry Don Williamson
Original assignee: Sofitech NV
Current assignee: Sofitech NV
Priority date: 1994-08-04
Filing date: 1994-08-04
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2014-08-05
Also published as: DK0695795T3; EP0695795A1; CA2171004C; WO1996004350A1; CA2171004A1; DE69420717D1; EP0695795B1; US5821203A

Description

Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf neue Schaumbohrfluide, ihre Herstellung und ihre Verwendung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Methode zum Brechen eines Schaumbohrfluids.
Bohrfluide wurden seit Dekaden in der Erdölindustrie verwendet. Wie gut bekannt ist, basieren solche Fluide hauptsächlich auf Wasser-Ton-Gemischen plus verschiedenen Zusatzstoffen, die darauf hinzielen, ihre Rheologie und Suspensionseigenschaften einzustellen. Die allgemeine Zusammensetzung und Eigenschaften von Bohrfluiden (oder Bohrschlämmen) sind dem Fachmann gut bekannt und sollen hier nicht wiederholt werden.
In der vergangenen Dekade wurden gemischte Metallhydroxide (oder "MMH") entwickelt, besonders nach J. L. Burba et al. in US-Patent Nr. 4,664,843 und US-Patent Nr. 4,790,954.
Bohrfluide, die MMH umfassen, werden in EP-A-501069 offenbart. Die Fluide sind aus MMH und einem Mineral-Ton, besonders Bentonit, gemacht, um dem Fluid die gewünschten rheologischen Eigenschaften zu verleihen, und aus einer wirksamen Menge eines Fluidverlustkontroll-Zusatzstoffes, der gattungsmäßig beschrieben werden kann als eine Carboxymethyl-substituierte Stärke (die quervernetzt ist oder nicht) oder Cellulose- Verbindung, die einen definierten Substitutionsgrad aufweist, und Wasser plus andere übliche Zusatzstoffe.
Mit dieser Technologie kann die Dichte ohne Öl so niedrig wie etwa 8,5 ppg (1,02 g/cm³) oder ungefähr 7,9 ppg (0,95 g/cm³) mit etwa 40 Volumenprozent emulgierenden Dieselöls sein.
Gegenwärtig sind rezirkulierbare Bohrfluide geringer Dichte unbekannt. In Situationen, wo niedrige Dichten benötigt werden, ist die Industrie gezwungen, Luft oder Schaumbohrtechniken einzusetzen. Schaumbohrfluide sind z. B. aus US-A-4,092,252 bekannt, das Gas-enthaltende Tonfreie wäßrige Fluide, umfassend Polyamine und Metallhydroxide, geeignet für Bohrschichten, die Fluide hoher Temperatur enthalten, offenbart. Solche herkömmlichen Schaumbohrfluide werden normalerweise nicht zirkuliert.
Ein Schaumverfahren, das auf einem pH-empfindlichen Schäumungsmittel beruht, wurde vorgeschlagen: der Schaum wird chemisch mit einer Säure an der Oberfläche gebrochen, die Feststoffe werden entfernt, der pH wird wieder basisch eingestellt und dann wird das Fluid wieder aufgeschäumt und in das Bohrloch zurückgepumpt. Dieser "chemische" Prozeß ist komplexer Natur, benötigt zusätzliche Produkte um den pH zweimal einzustellen, und berücksichtigt ruhende Suspensionen des Erdaushubs oder den Bohrlochausbau nicht. Jeder dieser Nachteile ist ernstzunehmend.
Es existiert ein definitives Bedürfnis in der Erdölindustrie und ähnlichen Industriezweigen wie geothermischen Bohrungen und erschöpften oder Niederdruck-Reservoirs usw. nach Bohrfluiden geringer Dichte.
In der Vergangenheit wurde dieses Bedürfnis jedoch niemals befriedigt, oder wenn, dann nur mit so ernsten Schwierigkeiten, daß der praktische Einsatz vor Ort kaum möglich oder nur mit ernsten damit zusammenhängenden Problemen möglich war.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Bohrfluide zu liefern, die einen weiten Bereich geringer Dichten abdecken, insbesondere von ungefähr 2,0 ppg (0,24 g/cm³) bis 8,0 ppg (0,96 g/cm³).
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, solche Bohrfluide in Form eines Schaums zu liefern.
Weiterhin ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Methode zur Herstellung solcher Bohrfluide und des Einsatzes in Bohroperationen zu liefern.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Methode zum mechanischen Brechen eines Schaumbohrfluids zu liefern, welche Methode in die oben erwähnte Methode des Bohrens eines Bohrloches eingefügt werden kann.
Es wurde überraschenderweise entdeckt, daß die Verwendung von Metallhydroxiden in einem Schaumbohrfluid es erlaubt, niedrige Dichten des Schaumfluids zu erreichen, während sehr wirksame rheologische und Suspensions-Eigenschaften eingehalten werden.
Das Metallhydroxid kann aus einem einzelnen Metallhydroxid oder einem Gemisch solcher Metallhydroxide stammen, wie z. B. Aluminiumhydroxid und/oder Magnesiumhydroxid und/oder ähnlichen Hydroxiden, oder gemischten Metallhydroxiden wie im Stand der Technik offenbart, oder Vorläufern von solchen Metallhydroxiden (z. B. Metalloxid zur Verwendung unter basischen Bedingungen).
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Metallhydroxid-Komponente eine gemischte Metallhydroxid-Schicht-Verbindung der folgenden empirischen Formel:
LimDdT(OH)(m+2d+3+na)Aan,
worin
- m für die Anzahl von vorliegenden Li-Ionen, bevorzugt 0, steht;
- D für ein zweiwertiges Metallion wie z. B. Mg, Ca, Ba, Sr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, am meisten bevorzugt Mg oder Gemischen davon, steht;
- d die Zahl von Ionen von D in der Formel, bevorzugt von 0 bis etwa 4 und am meisten bevorzugt etwa 1 ist;
- T für dreiwertige Metallionen steht und Al, Ga, Cr oder Fe, bevorzugt Al sein kann;
- A für einwertige oder mehrwertige Anionen steht, die keine OH-Ionen sind und anorganische Ionen wie z. B. Halogen, Sulfat, Nitrat, Phosphat, Karbonat, am meisten bevorzugt Halogen, Sulfat, Phosphat oder Karbonat sein können, oder es können hydrophile organische Ionen wie z. B. Glycolat, Lignosulfat, Polycarboxylat oder Polyacrylate sein;
- a für die Zahl von Ionen von A in der Formel steht;
- n für die Wertigkeit von A steht; und worin (m + 2d + 3 + na) gleich oder größer 3 ist.
Besonders bevorzugt ist das gemischte Metallhydroxid der Formel MgAl(OH)4,7Cl0,3.
Im weiteren Sinne sollen die erfindungsgemäßen Schaumbohrfluide aus
- mindestens einem "Metallhydroxid" wie oben definiert;
- mindestens einem Ton, wie z. B. Bentonit, oder einem ähnlichen die Viskosität erhöhenden Mittel;
- mindestens einem schaumbildenden Mittel;
- Wasser;
- einem schaumerzeugenden Gas oder einem Gemisch solcher Gase, wie z. B. Luft, CO&sub2;, N&sub2; und ihren Mischungen
bestehen.
Neben Bentonit sind solche geeigneten Tone z. B. Sepiolit, Hectorit, Attapulgit (wobei die Auflistung nicht vollständig ist) in Konzentrationsbereichen von 3 bis 20 pounds per barrel (8,56 g/l bis 57,11 g/l).
Als Schäumungsmittel können nicht-ionische bis kationische oberflächenaktive Mittel in einem Bereich von etwa 0,01 bis 1,5 Volumenprozent verwendet werden.
Das Verfahren zur Erzeugung der Schaumbohrfluide soll bestehen aus: dem Vermischen der "Metallhydroxid"-Komponente mit der Ton-Komponente, alkalischer Soda oder einem ähnlichen Alkali, um einen basischen pH einzustellen und Wasser, und dann dem Einführen einer wirksamen Menge des Schäumungsmittels und einer wirksamen Menge des schaumerzeugenden Gases oder der schaumerzeugenden Gase, gegebenenfalls mit geeigneten Mengen anderer Zusatzstoffe. Der Schaum kann entweder vor dem Einspritzen oder im Bohrloch erzeugt werden.
Unter den genannten Zusatzstoffen ist ein Fluid-Verlustkontrollmittel von besonderem Interesse. Geeignete Fluid-Verlustkontrollmittel sind z. B. polyanionische Cellulose, Stärke-Sorten, Carboxycellulose oder bevorzugt ein Fluid-Verlustkontrollmittel wie in EP-A-501069 beschrieben, also eine carboxymethylierte Stärke oder carboxymethylierte Cellulose-Verbindungen mit einem kontrollierten Substitutionsgrad. Ein bevorzugter Fluid-Verlustkontroll-Zusatzstoff umfaßt carboxymethylierte Stärken, wobei die Stärkequelle eine quervernetzte, pflanzliche Stärke, wie z. B. Kartoffel-, Reis-, Getreide-, Mais- oder andere Stärke enthaltende Produkte von Carboxymethylcellulose sein kann oder eine nicht-quervernetzte pflanzliche Stärke wie oben beschrieben, und wo die quervernetzte pflanzliche Stärke einen Substitutionsgrad in dem weiten Bereich von ungefähr 0,3 bis etwa 0,8 und bevorzugt in dem engen Bereich von ungefähr 0,4 bis etwa 0,7 aufweist, und wo die nicht-quervernetzte pflanzliche Stärke und die Carboxymethylcellulose einen Substitutionsgrad in dem weiten Bereich von ungefähr 0,3 bis 0,57 und bevorzugt in dem engen Bereich von ungefähr 0,3 bis 0,4 aufweist. So wie er hier verwendet wird, soll der Begriff nicht-quervernetzt bedeuten, daß das Material im wesentlichen frei von Quervernetzungen ist. Die Stärken können quervernetzt sein oder nicht wie erwünscht.
Andere herkömmliche Zusatzstoffe sind z. B. polyanionische Cellulose, gewöhnliche Anti-Korrosionsmittel wie z. B. Sauerstoff-Fänger und antibakterielle Mittel.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bohren eines Bohrloches bereitgestellt, worin ein Bohrfluid in der Form eines Schaumes gepumpt wird, z. B. wie oben beschrieben, in das Bohrloch hinein und hinauf zur Oberfläche zirkuliert wird, wo es mechanisch gebrochen wird, die wertvollen Chemikalien einerseits und Erdaushub und Trümmer andererseits werden wiedergewonnen, dann wird ein Schaumbohrfluid wieder erzeugt und in das Loch zurückgepumpt. Gegebenenfalls wird das Schaumbohrfluid in situ im Bohrloch erzeugt.
Wiedergewonnene wertvolle Chemikalien wie z. B. Metallhydroxide und insbesondere MMH werden am meisten bevorzugt in dem Verfahren wiederverwendet.
Überraschenderweise liefert die vorliegende Erfindung ein Schaumbohrfluid geringer Dichte in Form eines stabilen, steifen Schaumes, der die erwünschte Zusammenstellung rheologischer Eigenschaften aufweist, der mechanisch gebrochen werden kann, und der zirkuliert werden kann.
Mit "mechanisch gebrochen" ist gemeint, daß der an der Oberfläche ankommende Schaum durch herkömmliche Zentrifugen oder Superzentrifugen und dergleichen gut bekannte Ausstattung, die auf der Bohranlage vorhanden ist, geschleust wird, wobei keine chemischen Brecher, wie z. B. Säuren, eingesetzt werden.

In dem beschriebenen Beispiel bedeutet

- MMH ein Al/Mg Mischhydroxid der Formel MgAl(OH)4,7Cl0,3
- CCS ein Fluid-Verlustkontrollmittel bestehend aus einer quervernetzten Carboxymethylierten Kartoffelstärke mit einem Substitutionsgrad von 0,56 (wie in EP-A- 501069 offenbart)
- Schäumungsmittel ein kationisches Oberflächenaktives Mittel (F 078 der "Compagnie des Services Dowell Schlumberger", eine französische Eingetragene Gesellschaft).
Alle Laboranalysen genügen API RP 13 B wo anwendbar.
Alle Mischverfahren wurden in Hamilton Beach Triple Spindle Mischern durchgeführt. Die Viskositätseigenschafien bei verschiedenen Scheerraten (Upm der Beschleunigung) und andere rheologische Eigenschaften wurden mit einem Fann-Viskosimeter erhalten.
Das Schlammgewicht kann durch Verwendung einer Standard-Schlamm-Skala oder einer analytischen Waage bestimmt werden. Es ist zu bemerken, daß der MMH-Schaum steif genug ist und eine genügend lange Halblebenszeit hat, um es zu erlauben, die Rheologie mittels eines Standard-Rheometers bestimmen zu können. Der Fluid-Verlust kann mit einer Standard-API-Fluidverlust-Zelle bestimmt werden.

Beispiel 1

Formulierung Nr. 1 (Reihenfolge der Zugabe wie angegeben)
1) 116 ml Bentonit, vorhydratisiert in frischem Wasser
2) 234 ml Leitungswasser
3) 1,0 g MMH
4) Alkalische Lösung mit pH 11,0 ± 0,2
5) 1,6 ml Schäumungsmittel
10-s Gelstärke: 10 lb /100 ft² (48,8 kg / 100 m²)
10-min Gelstärke: 10 lb /100 ft² (48,8 kg / 100 m²)
Plastische Viskosität: 20 cp (20 mPas)
Yield Point: 25 lb /100 ft² (122 kg / 100 m²)
Dichte: 3,49 ppg (0,42 g/cm³)
API Fluid-Verlust in 30 min.: 11,5 cc
Spezifische Schwere: 0,42
Der erzeugte Schaum erschien sehr steif und wäre nicht ohne Bewegung aus dem Mischgefäß geflossen.
Eine Formulierung, die zu Formulierung Nr. 1 identisch ist, mit Ausnahme der Zugabe eines Fluid-Verlustkontroll-Zusatzstoffes (4 ppb CCS) erzeugte einen 6,8 cc API Fluid- Verlust und einen sehr viel steiferen Schaum, wie aus den unten gezeigten Rheologie- Werten erkennbar ist.
10-s Gelstärke: 45 lb /100 ft² (219,6 kg / 100 m²)
10-min Gelstärke: 75 lb /100 ft² (366 kg / 100 m²)

Schlußfolgerungen

Das MMH-System kann leicht aufgeschäumt werden, um ein Fluid ausgezeichneter Qualität zu erzeugen. Das System scheint ausgezeichnete Schaumhöhen und eine ungewöhnlich lange Halblebenszeit zu erzeugen. Durch Einstellen der Mengen des Schäumungsmittels und der angewandten Beschleunigung ist es möglich, einen weiten Bereich von Dichten zu erzeugen.

Beispiel 2

Formulierung Nr. 2:

Formulierung 2 war identisch zu Formulierung 1, außer daß das MMH nicht zugegeben wurde. Der erhaltene Schaum war dünn und wurde sofort kleiner, Rheologie und andere Eigenschaften wurden nicht gemessen, weil der Schaum für Messungen nicht lange genug anhielt.

Test der Säulenhöhe-Erzeugung und der Schaum-Halblebenszeit

Formulierung 1 wurde vermindert von einer 1-Labor-bbl-Formulierung auf eine 100 ml Formulierung zum Test der Säulenhöhe-Erzeugung. Ein guter Schaum sollte nach der Zugabe des Schäumungsmittels eine Zunahme der Schaumhöhe von einer Ausgangshöhe von 100 ml auf eine Höhe von 300 ml oder mehr erzeugen.
33 ml S18 API grade Wyoming Bentonit, vorhydratisiert in frischem Wasser
66 ml Leitungswasser
0,29 g MMH
Alkali auf pH 11,0 ± 0,2
0,46 ml Schäumungsmittel
Ausgangsvolumen 100 ml
Kopfhöhe nach Schäumungsmittelzugabe 350 ml (Petrolite KD-40 der International Drifting Fluids Inc.).
Der MMH-Schaum erzeugte eine ganz akzeptable Schaumhöhe.
Die Schaum-Halblebenszeit (Zeit in Minuten für 50% des ursprünglichen Wassers zum Verlust) sollte nicht weniger als 2,5 min sein. Der MMH-Schaum erzeugte eine Halblebenszeit von etwas mehr als 3 Stunden; ein sehr stabiler Schaum. Nach Erreichen der Halblebenszeit wurde das Material für 30 Sekunden in einen Hamilton Beach Mischer eingebracht. Der Schaum regenerierte sich sofort.

Beispiel 3

1. Optimale Dosis des Schäumungsmittels

1. 1 Vorgehensweise

Fünf Standard MMH-Schlämme wurden gemischt und Schäumungsmittel wurde in den folgenden Konzentrationen zugegeben:

1. 2 Vorgehen bei der Mischung

Unter Verwendung eines Hamilton Beach Mischers:
1. Mische Bentonit + Wasser 5 min bei niedriger Geschwindigkeit.
2. Füge MMH zu.
3. Stelle pH auf 10,5 ein.
4. Mische 5 min bei "low".
5. Füge Schäumungsmittel zu, mische 2 min bei "high".
6. Miß die Rheologie und Dichte.
7. Mische 1 min bei "high".
8. Miß den Wasserverlust.

1. 3 Vorgehen beim Testen

Rheologie: Fann 35 bei 122ºF (50ºC)
Dichte: Benutze eine austarierte 10 ml-Spritze, um das Gewicht von 10 ml Schaum zu messen, woraus das Äquivalent ppg bestimmt werden kann.
Wasserverlust: Gieße so viel Schaum wie möglich in einen 500 ml Glas- Meßzylinder, miß die Höhe, und miß nach 60 min jeglichen Wasserverlust. 1. 4 Ergebnisse Optimale Dosis

1. 5 Schlußfolgerungen

Eine Dosis von 0,7 ml Schäumungsmittel ergab den höchsten Schaumgehalt und hatte die geringste Dichte.

2. Schaumstabilität

Drei Tests waren einzusetzen, um die Stabilität des Schaum-MMH zu eichen.

2. 1 Test 1

2. 1.1 Vorgehen

1. Mische den MMH-Schaum wie zuvor, aber nun mit diesen Konzentrationen:
Bentonit = 12 ppb (34,26 g/l)
MMH = 1,2 ppb (3,43 g/l)
Schäumungsmittel = 1 ml
2. Überprüfe die Dichte des Schaumes.
3. Gieße ihn in einen 500 ml-Meßzylinder und miß den erzeugten Schaum.
4. Bestimme den Wasserverlust/30 min.
5. Mische durch Drehen des Zylinders.
6. Gieße in eine Bombe und führe das Hot Roll bei 150ºF (65ºC) für 16 Stunden durch.
7. Gieße in einen Zylinder und bestimme den Wasserverlust und das Aussehen.

2. 2 Test 2 - Vorgehen

1-5 wie Test 1.
6. Gieße in eine Bombe und lasse ruhend bei 150ºF (65ºC) für 16 Stunden altern.
7. Wie Test 1.

2. 3 Test 3

2. 3.1 Vorgehen

1. Mische 2 BBL der Formulierung aus Test 1.
2. Bestimme die Dichte.
3. Gieße den Schaum unter Verwendung eines Marsh-Trichters durch das Sieb und fange ihn im Trichter auf
4. Entleere in ein Becherglas und miß die Dichte.
5. Wiederhole die Schritte 3 + 4 (7-10mal).
6. Mische den Schlamm erneut um wieder aufzuschäumen.
7. Bestimme die Dichte. 2. 3.2 Ergebnisse

Aussehen

Nach dem Hot Roll

Der Schlamm scheint einiges an Volumen verloren zu haben. Er hat mehr "liquide" Eigenschaften - nicht so steif wie Before Hot Roll (BHR) Schaum. Der Schaum ist gießfähiger und scheint zusammengehalten zu haben.
Dichte = 7,1 ppg. (0,85 g/l)

Nach dem ruhenden Altern

Der Schlamm erscheint so, wie er erschien als er eingegeben wurde. Er floß nicht - er mußte ausgekratzt werden, um in den Zylinder eingebracht zu werden, wo etwa 85 ml H&sub2;O sichtbar waren.

2. 4 Test 4

ppg g/l
Dichte nach Mischen/ppg 4,43 0,53
Dichte nach 1. Passage durch das Sieb 5,56 0,67
Dichte nach 2 Passagen durch das Sieb 5,50 0,60
Dichte nach 3 Passagen durch das Sieb 5,44 0,65
Dichte nach 4 Passagen durch das Sieb 5,69 0,68
Dichte nach 5 Passagen durch das Sieb 5,48 0,66
Dichte nach 6 Passagen durch das Sieb 5,34 0,64
Dichte nach 7 Passagen durch das Sieb 5,31 0,64
Dichte nach 2 min Neumischen auf HB bei "high speed" 5,13 0,61
Dichte nach 2 min Neumischen auf Silverson bei 6000 Upm 4,77 0,57

2.5 Schlußfolgerungen

Geschäumte MMH schienen nach dem Hot Roll zusammenzuhalten wie ein Schlammsystem ohne Wasserverlust, aber es gewann Dichte. Es war auch viel gießbarer als BHR-Schaum, was wahrscheinlich auf weniger durchlüfteten Schaum zurückzuführen war.
Nach ruhender Alterung war der Schaum am Ort geblieben, aber es war Wasserverlust eingetreten, was im Feld ein Problem sein könnte.
Die Stabilität des Schaums, der durch ein Sieb gebracht wurde, war hoch. Trotzdem gab es einen anfänglichen Dichteanstieg, der zurückgeführt werden kann auf die großen Blasen, die aus dem Schaum ausgetrieben wurden. Der Schaum war danach sehr stabil. Es wurde auch gezeigt, daß der Schaum wieder aufgeschäumt werden konnte.

Beispiel 4

Geschäumter MMH Schlamm - Test im großtechnischen Maßstab

Ziel:

Auf Grundlage der obigen Labordaten erscheint es, daß ein herkömmliches MMH- Schlammsystem unter Verwendung eines Standard-Erdöl-Schäumungsmittels aufgeschäumt werden kann, wodurch ein funktionales rezirkulierendes Bohrfluid einer Dichte, die grundlegend geringer ist als die von Wasser, erzeugt werden kann. Ein Zirkulationssystem im großtechnischen Maßstab wurde benötigt, um die Durchführbarkeit des Konzepts zu bestimmen. Dieser Test wurde so zusammengestellt, daß die Eigenschaften auf das folgende hin überprüft wurden:
1. Die Fähigkeit, den MMH-Schlamm aufzuschäumen.
2. Die Fähigkeit, den Schlamm zu entschäumen, und unter Verwendung einer herkömmlichen Feststoff-Kontroll-Ausstattung, wie z. B. einem Single Deck Schüttler und einer Zentrifuge mit mittleren Geschwindigkeiten, seine Dichte auf ein Maß zu erhöhen, wo er pumpfähig ist.
3. Die Fähigkeit, den entschäumten Schlamm mit einer Triplex-Pumpe aufzunehmen.

Mischen und Pumpen

Insgesamt 40 BBL MMH-Schlamm wurden wie folgt gemischt:
Bentonit 440 lbs. (199,76 kg)
MMH 50 lbs. (22,7 kg)
NaOH auf pH 12,8
Frischwasser 40 Barrel (6,3601).
Schäumungsmittel 14 Liter (0,3%)
Der Pumpablauf war wie folgt:

Pumpablauf

- Führe einen Drucktest der Leitungen bis zu 5000 psi (2,39 · 10&sup5; Pa) durch.
- Beginne mit dem Pumpen des MMH bei einer Rate von 0,5 bpm durch 1,5 Zoll CTU REEL bei 2000 psi (0,957 · 10&sup5; Pa).
- Nach dem Pumpen von 5 BBL (14,2 g/l) Schlamm wurde durch einen Schaumgenerator bei einer Rate von 200 SCF pro min Stickstoff in das System eingeführt, wobei die gleiche Pumprate von 0,5 bpm eingehalten und der Pumpdruck auf 4000 psi (1,915 · 10&sup5; Pa) erhöht wurde.
- Nach 12 BBL (34,26 g/l) Schlamm, dem Stickstoff zugeführt worden war, wurde der Rücklauf auf dem Rüttelsieb beobachtet, der Rücklauf bestand aus Gasperlen und klarem Schlamm ohne irgendeinen Schaum.
- Beende das Pumpen und gib oberflächenaktives Mittel in einer Menge von 0,3% des Schäumungsmittels zu.
- Pumpe 5 BBL (14,2 g/l) Schlamm bei einer Rate von 0,5 bpm bei 2000 psi (0,957 · 10&sup5; Pa).
- Führe den Stickstoff bei einer Rate von 200 SCF pro min zu, um eine 65%ige Schaumqualität bei 4300 psi (2,058 · 10&sup5; Pa) zu erreichen.
- Nach dem Pumpen von 14 BBL (40 g/l) von mit Stickstoff versetztem Schlamm wurde der Rücklauf auf dem Rüttelsieb beobachtet, der Rücklauf hatte eine sehr hohe Rheologie, und zeigte einen gleichartigen und sehr stabilen Schaum, wobei der Rücklaufleitungs- Choke-Manifold-Druck bei 500 psi (0,24 · 10&sup5; Pa) gehalten wurde.
Die Dichte des zurückkommenden Materials wurde gemessen und gefunden zu 3,7 ppg (0,44 g/l).
Mit der Passage des stabilen Schaums durch die Zentrifuge nahm die Dichte auf 5,5 ppg (0,66 g/l) zu.
Es wurde versucht, Proben des MMH-Schlammes sowohl mit Schäumungsmittel als auch ohne zu gewinnen. Ax-Proben sind ohne Schäumungsmittel, wohingegen Bx-Proben 0,3% Schäumungsmittel enthalten. Die Stellen der Probenentnahme waren:
1. Mischbehälter
2. Nach der Rohrspirale
3. Vor dem Schüttelsieb
4. Nach der Zentrifuge.
Bemerkung: Die Dichte in der Spirale wurde bei 4,72 ppg durch Entnahme einer Probe und direkter Messung bestimmt.
Die Halblebenszeit wurde unter Verwendung eines graduierten 500 ml Gefäßes bestimmt.
Keine der Proben erreichte die Halblebenszeit.

Schlußfolgerungen und Empfehlungen

Alle Ziele wurden erreicht. Der MMH-Schlamm kann mit einem Schäumungsmittel aufgeschäumt werden. Die Entschäumung wurde mit der zur Verfügung stehenden Ausstattung nicht vollständig erreicht. Der Single Deck Schüttler wurde als irgendwie nutzlos empfunden, im Rückblick jedoch war der Schlamm zweimal so dick gemischt worden, wie es nötig gewesen wäre. Die Zentrifuge erzeugte eine Dichtezunahme von 2,0 ppg (0,24 g/l) in einem Durchgang. Sogar dieser derart steife Schaum wurde von der C- Pumpe aufgenommen und sie leitete den Schaum ohne Probleme zur Zentrifuge. Die folgenden Passagen durch die Zentrifuge erzeugten keine Zunahme der Dichte, was anzeigt, daß die G-Kraft der Einheit wahrscheinlich für die Änderung der Dichte verantwortlich war.

Beispiel 5

5. 1 Herstellung eines einzelnen Metallhydroxids

Einzelne Metallhydroxide wurden im Labor unter Verwendung der unten angegebenen Reaktionen erzeugt, wobei das unlösliche Metallhydroxid ausfällt.
1. MgSO&sub4; · 7 H&sub2;O + 2 NaOH Mg(OH)&sub2; + Na&sub2;SO&sub4; + 7 H&sub2;O
2. Al&sub2;(SO&sub4;)&sub3; · 16 H&sub2;O + 6 NaOH 2Al(OH)&sub3; + 3 Na&sub2;SO&sub4; + 16 H&sub2;O
Die Reaktion wurde durchgeführt, indem das Metallsulfat in Wasser gelöst wurde. Das Natriumhydroxid wurde dann zugegeben, um das Metallhydroxid auszufällen. Die erhaltene Lösung wurde filtriert, gewaschen und bei 105ºC im Ofen getrocknet.

5. 2 Formulierungen

Frisches Wasser 350,0 g
Bentonit (trocken) 12,0 g
Metallhydroxid 1,2 g
Schäumungsmittel 1,0 ml 5. 3 Ergebnisse 5. 3.1 Magnesiumhydroxid
Diese Kombination bewirkte die Erzeugung eines guten Schaums, der Schaum war jedoch nicht so steif wie der MMH-Schaum. 5. 3.2 Aluminiumhydroxid
Diese Kombination ergab einen steiferen Schaum als der Magnesium-Schaum, war aber nicht so steif wie der MMH-Schaum.

Claims

1. Wäßriges Schaumbohrfluid zum Bohren von Bohrlöchern in eine unterirdische Formation, umfassend

Wasser, mindestens einen Ton und mindestens ein Schäumungsmittel,

gekennzeichnet dadurch,

daß es weiterhin mindestens ein Metallhydoxid umfaßt.

2. Bohrfluid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallhydoxid ausgewählt ist aus:

- einzelne(s) Metallhydroxid(e)

- gemischte Metallhydroxide ("MMH")

- Vorstufen von Metallhydoxid(en)

- Mischungen davon.

3. Bohrfluid nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gemischte Metallhydroxid oder die gemischten Metallhydroxide oder die MMH-Hydroxid- Verbindung folgende empirische Formel aufweisen:

LimDdT(OH)(m+2d+3+na)Aan

worin

m für die Anzahl der vorhandenen Li-Ionen, bevorzugt 0, steht;

D für zweiwertige Metallionen wie z. B. Mg, Ca, Ba, Sr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu,

Zn, am meisten bevorzugt Mg oder Gemische davon, steht;

d die Zahl von Ionen von D in der Formel, bevorzugt von 0 bis etwa 4 und am meisten bevorzugt etwa 1, ist;

T für dreiwertige Metallionen steht und Al, Ga, Cr oder Fe, bevorzugt Al sein kann;

A für monovalente oder polyvalente Anionen steht, die keine OH-Ionen sind und anorganische Ionen wie z. B. Halogen, Sulfat, Nitrat, Phosphat, Karbonat, am meisten bevorzugt Halogen, Sulfat, Phosphat oder Karbonat sein können, oder es können hydrophile organische Ionen wie z. B. Glycolat, Lignosulfat, Polycarboxylat oder Polyacrylate sein;

a für die Zahl der Ionen von A in der Formel steht;

n für die Wertigkeit von A steht; und worin (m + 2d + 3 + na) gleich oder größer 3 ist.

4. Bohrfluid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle ausgewählt aus Al und/oder Mg sind.

5. Bohrfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallhydroxid ein MMH der Formel MgAl(OH)4,7Cl0,3 ist.

6. Bohrfluid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem ein Fluidverlust-Kontrollmittel umfaßt.

7. Bohrfluid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidverlust-Kontrollmittel ausgewählt ist aus

- Carboxymethylstärke, die quervernetzt ist oder nicht

- Carboxymethylcellulose-Verbindungen mit einem geringen

Substitutionsgrad.

8. Bohrfluid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ton in Konzentrationsbereichen von 8,56 bis 57,11 g/l vorliegt.

9. Bohrfluid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schäumungsmittel in Konzentrationsbereichen von 0,01 bis 1,5% pro Volumen vorliegt.

10. Bohrfluid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das schaumerzeugende Gas ausgewählt ist aus Luft, CO&sub2;, N&sub2; und Gemischen davon.

11. Verfahren zur Herstellung eines aufgeschäumten Bohrfluids nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es besteht aus:

- Vermischen der "Metallhydroxid-Komponente"

- mit dem Ton oder einer ähnlichen Komponente,

- alkalischem Soda oder einem ähnlichen Alkali, um einen alkalischen pH zu erzeugen

- Wasser

und dann Einbringen einer wirksamen Menge des Schäumungsmittels und einer wirksamen Menge des schaumbildenden Gases oder der schaumbildenden Gase, gegebenenfalls mit passenden Mengen anderer Zusatzstoffe.

12. Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs in eine unterirdische Formation, dadurch gekennzeichnet, daß ein aufgeschäumtes Bohrfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in das Bohrloch eingespritzt wird.

13. Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs in eine unterirdische Formation, umfassend die Schritte Einspritzen eines Fluids, das Wasser, wenigstens einen Ton und mindestens ein Metallhydroxid/oder einen Metallhydroxidvorläufer beinhaltet und dann Einbringen eines schaumerzeugenden Gases, um den Schaum im Bohrloch zu bilden.

14. Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs nach Anspruch 12 oder 13, weiterhin umfassend den Schritt des mechanischen Brechens des Schaums, nachdem er die Oberfläche erreicht.

15. Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs nach Anspruch 14, worin der Schaum beim Durchtritt durch eine solche Einrichtung wie eine Zentrifuge oder eine Superzentrifuge mechanisch gebrochen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, weiterhin umfassend den Schritt des Wiedergewinnens der wertvollen Chemikalien einerseits und des Erdaushubs und der Trümmer andererseits, und wobei der entschäumte Schlamm von einer Pumpe aufgenommen wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, weiterhin umfassend den Schritt des Wiederaufschäumens des Bohrfluids und des Rezirkulierens in das Bohrloch.