NO156091B - Vann-i-oljeemulsjon med lav vannaktivitet for boring og reparasjon av oljebroenner. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en vann-i-oljeemulsjon med en vannaktivitet (aw) på 0,50 til 0,80 for inhibering og hydratisering av vannbaserte muddere eller leirstein (= spre) lutitt, som begynnende metamorf/konsolidert leire i form av sedimenter eller sedimentære bergarter) ved boring og reparasjon av oljebrønner, hvor en mineraloljefraksjon utgjør den kontinuerlige fase, og en kalsiumkloridløsning, med konsentrasjon fra 25 til 32 vekt%, utgjør den disperse fase, og det særegne ved oppfinnelsen er at emulsjonen består av 0,5 til 2,0 vekt% av et kalsiumsalt av en sulfonert, aromatisk C^q-C1g-alkylsyre som hovedemulgeringsmiddel, 2,0 til 5,0 vekt% blåst asfalt og gilsonitt som sekundæret emulgeringsmiddel,

0 til 72 vekt% barytt som vektøkningsmiddel, 0-0,5 vekt% organofyllitt- eller bentonittleire som gelatinerende tilsetningsmiddel, 0 til 0,5 vekt% hydratisert kalsiumhydroksyd (hydratkalk) og resten opp til 100 vekt% av en blanding av dieselolje og kalsiumkloridløsning i volumforholdet 90 - 60/10 - 40.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravene.

Vann-i-oljeemulsjon i samsvar med oppfinnelsen utgjøres således av følgende bestanddeler: dieselolje av spesiell type, et viskositetsøkende middel med termostabiliserende" egenskaper som ved siden av å være hovedreguleringsmiddel for filtreringsegenskapene også er et sekundært emulgeringsmiddel, et hovedemulgeringsmiddel som virker som fuktemiddel for det vektøkende middel, kalsiumkloridsaltlake, det vektøkende middel i form av barytt, gelatinerende middel og hydratisert kalsiumhydroksyd, samt.vann.

Vanligvis anvendes en borevæske hvor konsistensen ligner konsistensen av en smøreolje i et sirkulasjonssystem med roterende boreinnretninger som pumper væsken inn i brønnen gjennom borhodet som smøres og avkjøles dermed, hvoretter borevæsken returneres til en lagringsdam på overflaten.

På denne måte fører borevæsken med seg det løse borekutt fra boringen som føres ut av brønnen og opp til overflaten hvor større partikler av det løse borekutt fjernes, og etterlater væsken i tilstand for fornyet anvendelse i en kontinuerlig sirkulasjonsprosess.

Grunnene til å anvende borevæsken er varierte og.komplekse og en av hovedgrunnene til deres anvendelse er ønsket om å utøve . et tilstrekkelig hydrostatisk trykk til å forhindre gass-lekkasjer og således unngå brønnbranner.

I betraktning av at det hydrostatiske trykk i stor utstrek-ning avhenger av væskens spesifikke vekt, kan denne økes, som indikert ved den foreliggende oppfinnelse, ved tilsetning av barytt som et tungt material. På den annen side bør borevæsken ha en tilfredsstillende viskositet, d.v.s. at den bør være viskøs nok til å trekke med seg løsmaterial. Samtidig bør væsken være praktisk brukbar med hensyn til pumping, og tillate at tunge partikler avsetter seg i lagringsdammene på en slik måte at væsken kan anvendes på nytt i sirkulasjons-kretsløpet.

En viktig egenskap hos borevæsken er at i tilfellet med en midlertidig stans må dens gelatinerende egenskaper være til-strekkelige til å forhindre at suspendert løsmaterial sedimen-terer, idet disse materialer ellers ved sedimentering ville klebe til brønnsjakten og vanskeliggjøre at operasjonene settes igang igjen, eller at løsmaterialet endelig fjernes derfra. Det er derfor klart at både væskeviskositeten og væskens gelatinerende evne i tilfelle av stans i boringen, eller reparasjoner, er av avgjørende betydning. Væsken bør følgelig opprettholde løsmaterialet suspendert og flyte når arbeidet gjenopptas. Dette er kjent som væskens tiksotropiske egenskap eller gelatinerende evne (gelintensitet). Denne egenskap bedres ved tilsetning av en leire av fyllitt- eller bentonittypen eller lignende substanser. I det foreliggende tilfelle kan det fordelaktig anvendes bentonitt, som på forhånd er omsatt med kvaternære ammoniumsalter.

Under boring av oljebrønner vil boret ofte støte på vannbaserte muddere eller leirstein (sprø lutitt) som hydratiseres når de kommer i kontakt med vann, og bevirker ras eller hull-ustabilitet. Dette er grunnen til at væsker som virker som midler for å inhibere hydratisering av vannbaserte muddere eller leirstein er blitt utviklet, idet det er iakttatt at midler med lav vannaktivitet gir de beste resultater, som i tilfellet med emulsjonen med redusert og balansert vannaktivitet i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Uttrykket "leirstein" er synonymt med "sprø lutitt" som er begynnende metamorf/konsolidert leire i form av sedimenter eller sedimentære bergarter.

Med uttrykket "balansert aktivitet" menes likevekten som er tilstede mellom vannaktiviteten av kalsiumkloridsaltløsning og vannaktiviteten av formasjonen (den geologiske struktur) hvori brønnen bores. Denne likevekt inhiberer hydratisering av formasjonen for å forhindre frakturering og svelling av brønn-formasjonene hvorved man unngår sammenbrudd av disse.

Den forbedrede emulsjon i samsvar med oppfinnelsen er kjenne-tegnet ved innhold av en umettet kalsiumkloridsaltløsning i konsentrasjoner som varierer i samsvar med egenskapene til de formasjoner som det skal bores i og som muliggjør justeringer av aktiviteten av den disperse fase, såvel som et viskositetsgivende og termostabiliserende middel som styrer filtreringsegenskapene og utgjør et sekundært emulgeringsmiddel. Disse midler i kombinasjon med midlene i vann-dieseloljeemulsjonen og de andre midlene muliggjør emulsjonens balanserte aktivitet hvorved det oppnås et stabilisert hull under boring og en jevnere brønndiameter.

Et av formålene for den foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en forbedret emulsjon med balansert aktivitet som kan anvendes som væske i forbindelse med reparasjon og boring av oljebrønner og som inhiberer hydratisering av de

nevnte formasjoner (vannbaserte leirer og leirstein).

Et annet formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe en emulsjon med balansert aktivitet hvor saltløsningskonsentrasjonen kan innstilles på en slik måte at den svarer til de formasjoner som skal bores og det oppnås stabiliserte hull ved boringen.

Et tredje formål for den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret emulsjon med balansert aktivitet med alle de nødvendige egenskaper til å tjene som et pakkings-fluid, som suspenderer tunge materialer (barytt) og løs-material fra boringen, med en forbedret stabilitet ved høye temperaturer og mot forurensning av ferskvann og saltvann og som tillater styring av uønsket fluidtap fra formasjonene.

Den forbedrede emulsjon med balansert aktivitet utgjøres av de nevnte midler som danner et emulsjonssystem som når det blandes med dieselolje danner den kontinuerlige fase og kal-siumkloridsaltløsning for den disperse fase og hvor hvert middel har en bestemt og spesifikk funksjon.

De nevnte midler har som et hele koordinerte virkninger som gir emulsjonen følgende egenskaper: a) Evne til å suspendere tunge materialer som barytt og løs-material fra boringen i formasjonene, eller slipematerialer

i tilfellet med reparasjonsarbeider.

b) Viskositetsverdier som muliggjør at formasjonsløsmaterial trekkes med eller transporteres og ikke tillater deres

sedimentering selv om emulsjonssirkulasjonen stanser.

c) Opprettholdelse av disse egenskaper når emulsjonen utsettes for høye temperaturer, for eksempel omtrent 130°C. d) Motstand mot at emulsjonen brytes eller separeres i sine to faser når fremmedfaststoffer som for eksempel formasjons-løsmaterial som overstiger 10 % av emulsjonens volum blir innlemmet. e) Motstand mot brytning av emulsjonen når inntil 30 % vann enten fra formasjonen eller frisk vanntilførsel innlemmes i

emulsjonen.

f) Høy motstand mot gjennomgang av elektrisk strøm.

De mer komplekse tilsetningsmidler som inneholdes i den forbedrede emulsjon med balansert aktivitet i samsvar med oppfinnelsen har spesielle egenskaper som til denne emulsjon meddeler de ovennevnte egenskaper.

Disse komplekse tilsetningsmidler er mer detaljert:

A. Hovedemulgeringsmiddel.

Dette er en mørkebrun væske med densitet nær 1,0 g/cm<3> og er et anionisk emulgeringsmiddel med kalsiumsaltet av en aromatisk c^o~C'18 a^'<y-'-sulfonsyre, som basisbestanddel er meget effektiv for kalsiumkloridemulgering, som letter olje-vann-blandingen og forhindrer agglomerering av dispergerte partikler ved at partiklene fordeles mekanisk ved at de sus-penderes kolloidalt. Ved siden av å være hovedreguleringsmiddel for filtreringsegenskapene virker det også som et fuktemiddel for barytten (det vektøkende middel).

B. Termostabiliserende og viskositetsgivende middel

(sekundært emulgeringsmiddel).

Dette tilsetningsmiddel er et mørkegrått pulver som er produktet fra den gjensidige innvirkning mellom blåst asfalt, gilsonitt, svovelsyre og trietanolamin, alle nøytralisert med kalsiumhydroksyd. Det er delvis dispergerbart i dieselolje og gir emulsjoner med viskositet, stabilitet ved høye temperaturer og kontroll av filtreringsegenskaper, og det har også sekundære virkninger som et emulgeringsmiddel. Dette tilsetningsmiddel oppnås på følgende måte: Reaktoren fylles med asfalt ved en temperatur på 180 - 270°C og omrøring igangsettes sammen med oppvarming. Gilsonitt smeltes i en separat beholder og innføres deretter i reaktoren. Sakte tilsetning av svovelsyre igangsettes idet det påses at blandingens temperatur holdes konstant. Etter avslutning av tilsetningen fortsettes omrøring og oppvarming i noen minutter og deretter tilsettes sakte trietanolamin inntil dette er fullstendig innlemmet, under homogenisering av blandingen. Umiddelbart deretter tilsettes sakte hydratisert kalk for kontroll av skumdannelsen. Omrøring og oppvarming fortsettes i en ytterligere time for å fullføre reaksjonen. Produktet tømmes ut i bakker for størkning og endelig gjennomføres maling under blanding av det på forhånd oppstykkede størknede produkt med hydratisert kalk.

C. Gelatinerende middel.

Dette tilsetningsmiddel er et fint pulver som består av en leire av fyllitt- eller bentonittypen som er produktet oppnådd ved behandling av disse leirer med organiske midler for justering av deres lipofile/hydrofile egenskaper. Særlig foretrekkes produktet fra reaksjonen av en bentonitt med et kvaternærtammoniumdialkyl-dimetylkloridsalt. Det er et dieselolje-dispergerbart tilsetningsmiddel med ikke-ionisk karakter. Det virker i emulsjonen som gelatinerende middel og tillater å holde det vektøkende middel (barytt) i suspensjon.

For de ytterligere komponenter nevnes:

Det foretrekkes dieselolje av en spesiell type med lavt svovelinnhold (0,5 %) som tillater anilinpunkter over 60°C (ASTM-D-77) og mindre skade på gummidelene i boreutstyret på grunn av dens maksimale bevegelsestemperatur (ASTM-D-97-66, 1971) foreskrevet som 0°C fra mars til oktober og -5°C fra november til februar, såvel som for dets høyere antennelses-punkt 52°C (ASTM-D-93-77). Kalsiumkloridløsningen anvendes i konsentrasjoner som varierer fra 25 til 32 vekt% avhengig av egenskapene i de formasjoner som det skal bores i. Denne spesielle egenskap bevirker at systemet har en balansert aktivitet, d.v.s. det muliggjør at saltløsningens vannaktivitet avstemmes til formasjonens slik at det oppnås et stabilisert hull under boringen. Videre anvendes hydratisert kalsiumhydroksyd, anvendt som et hjelpemiddel ved styring av emul-sjonsfiltrering samt vann idet industrielt vann generelt anvendes når emulsjonen fremstilles i slamanlegg. Når emulsjonen må fremstilles i brønnen er der imidlertid ingen ulempe med å anvende andre typer av vann som ikke har egenskapene til behandlet vann, og endelig anvendes barytt som vektøkende middel anvendt for å gi emulsjonene nødvendig spesifikk vekt.

Eksempler.

Fremstilling av emulsjon.

Prosentandeler omhandlet i de etterfølgende eksempler er på vektbasis og er referert til total vekt av fremstilt emulsjon.

Eksempel 1.

23 til 24 vektdeler dieselolje og 4 til 5 vektdeler sekundært emulgeringsmiddel i form av blåst asfalt og gilsonitt blandes ved omrøring ved romtemperatur i en beholder. Etter 75 min-utters omrøring tilsettes 1,0 til 1,5 vektdeler hovedemulgeringsmiddel i form av kalsiumsaltet av sulfonert aromatisk C^Q-C^g alkylsyre, og omrøring fortsettes i 15 minutter og deretter tilsettes 18 til 19 vektdeler av den 32 vekt% kal-siumkloridsaltløsning idet blandingen omrøres i 120 minutter. 51 til 52 vektdeler barytt tilsettes til den resulterende

blanding og etter omrøring i 60 minutter oppnås den forbedrede emulsjon med balansert aktivitet med en densitet på 1,7 g/cm3 . Denne laboratoriebedømmes idet både dens tiksotropi innstilles ved tilsetning av 0,1 til 0, 2 % gelatinerende organofil bentonitt og dens filtreringsevne reguleres ved tilsetning av 0,2

til 0,3 vektdeler hydratisert kalsiumhydroksyd.

Som et resultat oppnås en forbedret emulsjon med balansert aktivitet med følgende egenskap:

Eksempel 2.

Ved å følge teknikken fra det foregående eksempel ble det fremstilt en emulsjon på en slik måte at de anvendte komponenter svarte til følgende prosentandeler: Dieselolje 24 - 25 %, termostabiliserende og viskositetsgivende tilsetningsmiddel, eller sekundært emulgeringsmiddel i form av blåst asfalt og gilsonitt 4,0 5,0 %, hovedemuleringsmiddel i form av det nevnte kalsiumsalt av sulfonert aromatisk C^ q -

Clg alkylsyre 1,0 - 2 %, 14 - 15 % 30 vekt% kalsiumklorid-saltløsning, 55 - 56 % vektøkende middel i form av barytt,

0,1 - 0,2 % gelatinerende tilsetningsmiddel i form av organofil bentonitt, og 0,20 - 0,25 % hydratisert kalsiumhydroksyd.

Den oppnådde emulsjon i dette eksempel har f-ølgende egenskaper:

Eksempel 3.

■Ved å følge teknikken fra eksempel 1 ble det fremstilt en emulsjon fra komponenter i følgende mengder: Dieselolje 21 - 22 %, termostabiliserende og viskositetsgivende tilsetningsmiddel av tidligere nevnt type (sekundært emulgeringsmiddel) 34 %, hovedemulgeringsmiddel av tidligere nevnt type 1 - 2 %, 8 - 9 % kalsiumkloridsaltløsning 25 %, barytt 65 - 66 %, gelatinerende organofil leire av fyllittypen 0,1 - 2,0 % og hydratisert kalsiumhydroksyd 0,1 - 0,2 %.

Den i dette eksempel oppnådde inverse emulsjon har følgende egenskaper:

I samsvar med de beskrevne eksempler gir den etterfølgende tabell I en mer oversiktlig karakterisering av de fremstilte emulsjoner.

De følgende resultater ble oppnådd ved anvendelse av den emulsjonen i henhold til oppfinnelsen ved boring av en brønn i området ved Tabasco.

Den foregående tabell viser at hulldiameteren i boreinter-vallet fra 3000 til 4600 meter er hovedsakelig lik diameteren av borhodet som ble anvendt, d.v.s. 24,13 cm. Dette viser at emulsjonen i samsvar med oppfinnelsen faktisk bidro til boring i sedimenter, oligocen- og eocenformasjoner med god stabilitet for brønridTameteren.

Claims (3)

1. Vann-i-oljeemulsjon med en vannaktivitet (aw) Pa 0,50 til 0,80 for inhibering og hydratisering av vannbaserte muddere eller leirstein (= sprø lutitt, som begynnende metamorf/konsolidert leire i form av sedimenter eller sedimentære bergarter) ved boring og reparasjon av oljebrønner, hvor en mineraloljefraksjon utgjør den kontinuerlige fase og en kalsiumkloridløsning, med konsentrasjon fra 25 til 32 vekt% utgjør den disperse fase, karakterisert ved at emulsjonen består av 0,5 til 2,0 vekt% av et kalsiumsalt av en sulfonert, aromatisk C^Q-C^g-alkylsyre som hovedemulgeringsmiddel, 2,0 til 5,0 vekt% blåst asfalt og gilsonitt som sekundært emulgeringsmiddel, 0 til 72 vekt% barytt som vektøkningsmiddel, 0 til 0,5 vekt% organofyllitt- eller bentonittleire som gelatinerende tilsetningsmiddel, 0 til 0,5 vekt% hydratisert kalsiumhydroksyd (hydratkalk) og resten opp til 100 vekt% av en blanding av dieselolje og kalsiumkloridløsning i volumforholdet 90 - 60/10 - 40.

2. Emulsjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at leiren er et produkt fra omsetningen mellom bentonitt og et kvaternært ammoniumdialkyl-dimetylklorid.

3. Emulsjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at den består av 0,8 til 1,6 vekt% av et kalsiumsalt av en sulfonert, aromatisk Cin-C18-alkylsyre, 2,8 til 4,6 vekt% blåst asfalt og gilsonitt, 0 til 72 vekt% barytt, 0,07 til 0,23 vekt% organo-fyllittleire, 0,07 til 0,47 vekt% hydratisert kalsiumhydroksyd og resten opp til 100 vekt% av en blanding av dieselolje og kalsiumkloridløsning i volumforholdet 80 - 60/20 - 40.