DE69729872T2

DE69729872T2 - Verbesserte öl-basierte bohrflüssigkeit

Info

Publication number: DE69729872T2
Application number: DE69729872T
Authority: DE
Inventors: D. Arvind PATEL
Original assignee: MI LLC
Current assignee: MI LLC
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2017-08-01
Also published as: US20010051593A1; WO1998005734A1; NO981159L; AU724271B2; DE69720676T2; NO981161D0; AU3904697A; NO322890B1; EP0920484A1; US6790811B2; DE69729872D1; ATE271112T1; US6218342B1; ATE236968T1; NO981159D0; CA2231555A1; CA2231734C; EP0854897A1; EP0920484B1; NO981161L

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Invertemulsions-Fluide, die bei der Bohrung, Fertigbearbeitung und Überarbeitung von Öl- und Gasbohrlöchern verwendet werden.
Hintergrund
Viele Arten von Fluiden sind bei der Bohrung von Öl- und Gasbohrlöchern verwendet worden. Die Auswahl einer Öl-basierten Bohrspülung, die auch als Öl-basierter Schlamm bekannt ist, umfasst ein sorgfältiges Abwägen sowohl der guten als auch der schlechten Eigenschaften derartiger Fluide für eine spezifische Anwendung, die Art des zu bohrenden Bohrlochs und die Eigenschaften des Öl- oder Gasfeldes, in dem das Bohrloch zu bohren ist. Ein oberflächenaktiver Stoff, der zur Emulgierung von einverleibtem Wasser in das Öl in der Lage ist, ist ein wesentlicher Bestandteil von Öl-basierten Schlämmen.
Die primären Vorteile der Auswahl einer Öl-basierten Bohrspülung umfassen: hervorragende Lochstabilität, insbesondere in Schieferformationen; Bildung eines dünneren Filterkuchens als des Filterkuchens, der mit einem Wasser-basierten Schlamm erreicht wird; ausgezeichnete Schmierung des Bohrstrangs und der Abwärtsbohrlochwerkzeuge; Durchdringung von Salzbetten ohne Nachfallen oder Vergrößerung des Loches sowie andere Vorteile, die dem Fachmann bekannt sein sollten.
Eine besonders vorteilhafte Eigenschaft von Öl-basierten Schlämmen sind deren ausgezeichnete Schmiereigenschaften. Diese Schmiereigenschaften erlauben das Bohren von Bohrlöchern mit einer signifikanten vertikalen Abweichung, wie es typisch für Off-Shore- oder Tiefseebohroperationen ist oder wenn ein horizontales Bohrloch erwünscht ist. In derart stark abweichenden Bohrlöchern sind Drehung und Widerstand auf den Bohrstrang ein signifikantes Problem, da das Bohrrohr gegen die untere Seite des Bohrlochs liegt und das Risiko eines Rohranhaftens hoch ist, wenn Wasser-basierte Schlämme verwendet werden. Im Gegensatz dazu, stellen Öl-basierte Schlämme einen dünnen, glitschigen Filterkuchen zur Verfügung, der bei der Verhinderung eines Rohranhaftens hilft, und auf diese Weise kann die Verwendung von Öl-basiertem Schlamm gerechtfertigt werden.
Trotz der vielen Vorteile beim Einsatz von Öl-basierten Schlämmen weisen diese Nachteile auf. Im Allgemeinen führt die Verwendung von Öl-basierten Bohrspülungen und -schlämmen zu hohen Anfangs- und Betriebskosten. Diese Kosten können signifikant von der Tiefe des zu bohrenden Lochs abhängen. Jedoch können oft die höheren Kosten gerechtfertigt werden, wenn die Öl-basierte Bohrspülung das Nachgeben oder eine Lochvergrößerung verhindert, was in hohem Maß Bohrungszeit und -kosten erhöht. Eine Entsorgung von ölbeschichteten Gesteinsstückchen ist eine weitere primäre Angelegenheit, insbesondere für Off-Shore- oder Tiefseebohroperationen. In diesen letzteren Fällen müssen die Gesteinsstückchen entweder sauber von dem Öl mit einer Detergenzlösung gewaschen werden, die ebenfalls entsorgt werden muss, oder die Gesteinsstückchen müssen zurückverschifft werden, um eine Entsorgung in für die Umwelt sicherer Weise zu unterstützen. Eine weitere Erwägung, die berücksichtigt werden muss, sind lokale staatliche Vorschriften, die die Verwendung Öl-basierter Bohrspülungen und -schlämme aus Umweltgründen beschränken können.
Öl-basierte Schlämme enthalten oft Wasser, sei es unbeabsichtigt zugegeben während des Bohrungsvorganges (das heißt Versickern aus durchdrungenen Formationen oder Restwasser im Loch) oder beabsichtigt zugegebenes Wasser, um die Eigenschaften der Bohrspülung oder des Bohrschlamms zu beeinflussen. In derartigen Emulsionen vom Wasser-in-Öl-Typ, auch als Invertemulsionen bekannt, wird ein Emulgator verwendet, der die Emulsion stabilisiert. Im Allgemeinen können Invertemulsionen sowohl wasserlösliche als auch öllösliche Emulgiermittel enthalten. Typische Beispiele für Emulgatoren umfassen mehrwertige Metallseifen, Fettsäuren und Fettsäureseifen und andere ähnliche geeignete Verbindungen, die dem Fachmann bekannt sein sollten. Die Verwendung traditioneller Emulgatoren und oberflächenaktiver Stoffe in Invert-Bohrspülungs-Systemen kann den Clean-up- bzw. Wasch- bzw. Reinigungsprozess in Fertigbearbeitungsoperationen mit offenem Loch verkomplizieren. Bohrspülungen, bei denen traditionelle oberflächenaktive Stoff- und Emulgatormaterialien eingesetzt werden, können die Verwendung von Lösungsmitteln und andere Wäschen mit oberflächenaktivem Stoff erfordern, um den Filterkuchen zu durchdringen und die Benetzbarkeit der Filterkuchenteilchen umzukehren. Das heißt, das Waschen mit Detergenzien soll die Öl-nassen Feststoffe des Filterkuchens in Wasser-nasse Feststoffe umwandeln. Wasser-nasse Feststoffe im Filterkuchen sind notwendig, so dass die anschließende Säurewäsche die Teilchen des Schlammkuchens angreifen und sie vor Förderung zerstören oder entfernen kann. Die Produktivität eines Bohrlochs hängt etwas von einer effektiven und wirksamen Entfernung des Filterkuchens bei Minimierung des Potenzials für Wasserzusetzen, Verstopfen oder anderweitige Schädigung der natürlichen Strömungskanäle der Formation ab. Die Probleme eines wirksamen Bohrloch-Clean-ups, einer wirksamen Bohrlochstimulation und -fertigbearbeitung sind ein signifikanter Punkt bei allen Bohrlöchern und insbesondere bei horizontalen Bohrlochfertigbearbeitungen mit offenem Loch.
Ein typischer horizontaler Bohrlochfertigbearbeitungsprozess umfasst eines oder mehrere der folgenden: Bohren des horizontalen Abschnitts unter Verwendung einer Öl-basierten Bohrspülung; Glätten gerichteter Korrekturen mit einem Bohrungsöffner; Verschieben des offenen Lochabschnitts mit einer unverwendeten Einbohrspülung zur Minimierung von Feststoffen, die der Fertigbearbei tungs(completion)-anordnung ausgesetzt sind; Führen der Fertigbearbeitungsanordnung in das horizontale Bohrloch; Verdrängen der Einbohrspülung mit einer Fertigbearbeitungsbrühe; Waschen des Filterkuchens mit Lösungsmitteln und oberflächenaktiven Stoffen zur Entfernung oder zum Wegwaschen der Öl-basierten Bohrspülung; Zerstören des Filterkuchens mit einem Säuredurchtränken; und Beginnen der Förderung. Eine Ausdehnung der zum Clean-up des offenen Bohrlochs erforderlichen Zeit kann zu Bohrlochinstabilität und möglichem Zusammenbruch führen. Der Zusammenbruch eines Bohrlochs wird allgemein als ein schlechtes Ereignis angesehen, da das Bohrloch dann nochmals zu bohren oder zu räumen ist, wenn eine Förderung aus der Formation erfolgen soll. Somit beschränkt die Stabilität des Bohrlochs mit offenem Loch die Anzahl der Schritte, die vor Beginn der Förderung durchgeführt werden. Somit besteht ein Kompromiss zwischen erhöhter Förderung aufgrund eines vollständig gereinigten Bohrlochs und dem Potential eines Bohrlochzusammenbruchs aufgrund von Instabilität.
Im Hinblick auf das obige besteht ein ungedeckter Bedarf an einer Öl-basierten Bohrspülung oder Bohrschlammemulsion, die in Gegenwart der Säuredurchtränkungslösung leicht aufgespalten werden kann. Ein derartiges Fluid würde eine Verringerung der Anzahl von Schritten, die bei der Entfernung des Filterkuchens und Clean-ups des Bohrlochs involviert sind, bei Minimierung des Risikos für einen Bohrlochzusammenbruch erlauben. Zusätzlich würde ein derartiges Fluid ein gründlicheres und vollständigeres Clean-up des Bohrlochs erlauben, wodurch die Förderung aus dem Bohrloch erhöht wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist allgemein gerichtet auf ein Verfahren zur Verwendung eines neuen Invertemulsions-Bohrschlamms, der bei der Bohrung, Fertigbearbeitung oder Überarbeitung eines unterirdischen Bohrlochs nützlich ist, in welchem die Öl-nassen Feststoffe in dem Invertemulsions-Bohrschlamm vom Öl-nass-Typ in Feststoffe vom Wasser-nass-Typ umgewandelt werden können. In einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Entfernung eines Filterkuchens aus einem Bohrloch ein Bohren des Bohrlochs mit einem neuen Invertemulsions-Bohrschlamm, wobei die Emulsion von einer Emulsion vom Wasser-in-Öl-Typ zu einer Emulsion vom Öl-Wasser-Typ umgewandelt werden kann. Der Invertemulsions-Bohrschlamm umfasst ein ölartiges Fluid, ein nicht-ölartiges Fluid, einen säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff und Öl-nasse Feststoffe. Der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff ist so ausgewählt, dass nach Zugabe von Säure zu dem Invertemulsions-Bohrschlamm die Invertemulsion aufgespalten wird oder in eine Emulsion vom Öl-in-Wasser-Typ umgewandelt wird. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Waschen des Filterkuchens mit einem Waschfluid, wobei das Waschfluid Wasser, einen oberflächenaktiven Stoff und eine Säure umfasst. Die Säure wird so ausgewählt, dass sie mit dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff in dem Filterkuchen so reagiert, dass die Öl-nassen Feststoffe des Filterkuchens in Wasser-nasse Feststoffe umgewandelt werden. Auf diese Weise können die Filterkuchenfeststoffe aus dem Bohrloch durch Waschen des Bohrlochs mit einem Fluid, vorzugsweise einem wässrigen Fluid, entfernt werden.
Das ölartige Fluid kann vorzugsweise Dieselöl, Mineralöl, ein synthetisches Öl und geeignete Kombinationen dieser sein und/oder kann ein Material ausgewählt aus der Gruppe umfassend Ester, Ether, Acetale, Dialkylcarbonate, Kohlenwasserstoffe und Kombinationen davon umfassen. Das nicht-ölartige Fluid ist vorzugsweise eine wässrige Flüssigkeit, die aus der Gruppe umfassend Seewasser, organische und/oder anorganische gelöste Salze enthaltende Salzbrühe, eine wässrige Lösung, die wassermischbare organische Verbindungen enthält, oder Kombinationen von diesen ausgewählt werden kann. Der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff wird vorzugsweise aus säurehydrolysierbaren, gemischten Alkyldiethanolamiden, Alkylglukosid, Polyalkylglukosiden, Alkylalkoxypolydimethylsiloxanen, Polyalkyldimethylsiloxanen oder Kombinationen davon ausgewählt.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Invertemulsions-Bohrschlamm ein Beschwerungsmittel, ein Brückenbildungsmittel oder beide enthalten. Derartige Beschwerungsmittel und/oder Brückenbildungsmittel können aus der Gruppe umfassend Calciumcarbonat, Dolomit, Siderit, Baryt, Coelestin, Eisenoxide, Manganoxide, Ulexit, Carnallit und Natriumchlorid ausgewählt werden.
BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Grenzflächenspannung zwischen einem ölartigen Fluid, z. B. Öl, und einem nicht-ölartigen Fluid, z. B. Wasser, ist oft hoch. Wenn die Flüssigkeiten miteinander vermischt werden, trennen sie sich somit spontan voneinander, sobald das Rühren aufhört, um die Grenzfläche zu minimieren. Ein Verringern der Oberflächenspannung mit einem Emulgator erlaubt einer Flüssigkeit, eine stabile Dispersion von feinen Tröpfchen in der anderen auszubilden. Je niedriger die Oberflächenspannung ist, umso kleiner sind die Tröpfchen und umso stabiler ist die Emulsion. In den meisten Emulsionen ist das ölartige Fluid die dispergierte Phase und das nicht-ölartige Fluid ist die kontinuierliche Phase. Jedoch können "Invertemulsionen", in denen das nicht-ölartige Fluid die dispergierte Phase ist und das ölartige Fluid die kontinuierliche Phase ist, bei Verwendung geeigneter Emulgatoren ausgebildet werden. Der Fachmann sollte erkennen können, dass die chemischen Eigenschaften der Emulgatoren bei der Auswahl eines geeigneten Emulgators zur Bildung stabiler Invertemulsionen wichtig sind.
Die vorliegende Erfindung ist allgemein auf ein Invertemulsions-Fluid gerichtet, das bei der Bohrung, Fertigbearbeitung und Überarbeitung von unterirdischen Bohrlöchern, vorzugsweise Öl- und Gasbohrlöchern, nützlich ist. Derartige Verwendungen von Invertemulsions-Fluiden in einer derartigen Anwendung sollten dem Fachmann bekannt sein, wie es angemerkt ist in dem Buch COMPOSITION AND PROPERTIES OF DRILLING AND COMPLETION FLUIDS, 5^th Edition, H. C. H. Darley and George R. Gray, Gulf Publishing Company, 1988.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Invertemulsions-Bohrschlamm ein ölartiges Fluid, ein nicht-ölartiges Fluid, einen säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff und Öl-nasse Feststoffe. Die oberflächenaktive Stoffkomponente werden derart ausgewählt, dass sie die unerwarteten und nicht naheliegenden Ergebnisse, die im Wesentlichen hierin beschrieben sind, zur Verfügung stellt. Der oberflächenaktive Stoff sollte funktionell in der Lage sein, einen stabilen Invertemulsions-Bohrschlamm auszubilden, in dem die ölartige Flüssigkeit die kontinuierliche Phase ist und die nicht-ölartige Flüssigkeit die dispergierte Phase ist. Weiterhin werden nach Zugabe einer Säure die Öl-nassen Feststoffe in dem Bohrschlamm Wasser-nasse Feststoffe, wobei letztere leichter von den Bohrlochoberflächen während Clean-up- oder Stimulierungsaktivitäten entfernt werden.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete ölartige Fluid ist eine Flüssigkeit und mehr bevorzugt ein natürliches oder synthetisches Öl und noch mehr bevorzugt wird das ölartige Fluid ausgewählt aus der Gruppe umfassend Dieselöl; Mineralöl; ein synthetisches Öl, wie Polyolefine, Polydiorganosiloxane; und Gemische davon. Die Konzentration des ölartigen Fluids sollte ausreichend sein, so dass sich eine stabile Invertemulsion ausbildet, und sie kann weniger als etwa 99 Volumen-% der Invertemulsion ausmachen. In einer Ausführungsform reicht die Menge an ölartigem Fluid von etwa 30 Volumen-% bis etwa 95 Volumen-% und mehr bevorzugt von etwa 40 Volumen-% bis etwa 90 Volumen-% des Invertemulsions-Fluids. Das ölartige Fluid kann in einer Ausführungsform ein Material ausgewählt aus der Gruppe umfassend Ester, Ether, Acetale, Dialkylcarbonate, Kohlenwasserstoffe und Kombinationen davon umfassen.
Das nicht-ölartige Fluid, das bei der Formulierung des Invertemulsions-Fluids der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist eine Flüssigkeit und vorzugsweise eine wässrige Flüssigkeit. Mehr bevorzugt kann die nicht-ölartige Flüssigkeit ausgewählt werden aus der Gruppe umfassend: Seewasser, eine organische und/oder anorganische gelöste Salze enthaltende Salzbrühe; Flüssigkeiten, die wassermischbare organische Verbindungen enthalten; und Kombinationen davon. Die Menge an dem nicht-ölartigen Fluid beträgt typischerweise weniger als die theoretische Grenze, die zur Ausbildung einer Invertemulsion benötigt wird. Somit beträgt in einer Ausführungsform die Menge an nicht-ölartigem Fluid weniger als etwa 70 Volumen-% und vorzugsweise etwa 1 Volumen-% bis etwa 70 Volumen-%. In einer anderen Ausführungsform macht das nicht-ölartige Fluid vorzugsweise etwa 5 Volumen-% bis etwa 60 Volumen-% das Invertemulsion-Fluids aus.
Die Auswahl eines säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoffs, der bei der vorliegenden Erfindung nützlich ist, wird durch Kombinieren einer Menge des ausgewählten oberflächenaktiven Stoffs mit Anteilen des ölartigen Fluids und nicht-ölartigen Fluids in einem geeigneten Behälter erreicht. Das Fluid wird dann kräftig gerührt oder einer Scherung ausgesetzt, um auf diese Weise die zwei Fluide innig miteinander zu vermischen. Nach Stoppen des Vermischens wird mit einer visuellen Beobachtung bestimmt, ob eine Emulsion gebildet ist. Eine Emulsion wird als stabil angesehen, wenn sich das ölartige und das nicht-ölartige Fluid nach dem Umrühren nicht wesentlich voneinander trennen. Das heißt, die Emulsion hält für mehr als etwa 1 Minute nach dem Anhalten der Rühr- oder Scherbewegung, die die Emulsion bildete. Ein Test, ob sich eine Invertemulsion ausgebildet hat oder nicht, besteht darin, einen kleinen Teil der Emulsion zu nehmen und ihn in einen Behälter des ölartigen Fluids einzubringen. Wenn eine Invertemulsion ausgebildet ist, wird der Emulsionstropfen in dem ölartigen Fluid dispergieren. Ein alternativer Test besteht darin, die elektrische Stabilität der resultierenden Emulsion unter Einsatz eines gewöhnlich erhältlichen Emulsionsstabilitätstestgeräts zu messen. Im Allgemeinen wird bei derartigen Tests die zwischen zwei Elektroden angewandte Spannung erhöht, bis die Emulsion sich aufspaltet und ein Stromstoß zwischen den zwei Elektroden fließt. Die zum Aufspalten der Emulsion erforderliche Spannung wird in der Technik als Maß für die Stabilität der E mulsion angesehen. Derartige Tests zur Emulsionsstabilität sollten dem Fachmann wohl bekannt sein, wie es gezeigt wird durch die Beschreibung auf Seite 166 des Buches COMPOSITION AND PROPERTIES OF DRILLING AND COMPLETION FLUIDS, 5^th Edition, H. C. H. Darley and George R. Gray, Gulf Publishing Company, 1988.
Durch Anwendung der obigen Auswahlkriterien können säureempfindliche oberflächenaktive Stoffe, die bei der Formulierung von in der vorliegenden Erfindung nützlichen Invert-Bohrschlämmen nützlich sind, aus säurehydrolysierbaren, gemischten Alkyldiethanolamiden, Alkylglukosiden, Polyalkylglukosiden, Alkylalkoxypolydimethylsiloxanen, Polyalkyldimethylsiloxanen oder Kombinationen davon ausgewählt werden. In einer Ausführungsform ist der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff das Reaktionsprodukt aus der Umsetzung zwischen einer gemischten Alkylcarbonsäure und Diethanolamin, wobei die gemischte Alkylsäure wenigstens 40 Gew.-% Linolsäure aufweist. Vorzugsweise weist die gemischte Alkylsäure weniger als 35 Gew.-% Ölsäure auf. In einer anderen Ausführungsform ist der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff das Reaktionsprodukt der Transamidierungsreaktion zwischen Diethanolamin und einem Alkylcarbonsäureester. Der Ester kann ein einfacher Ester, wie ein Methyl- oder Ethylester des Alkylcarbonsäureesters sein oder er kann ein natürlich vorkommender Ester sein, wie ein Triglycerid. Vorzugsweise werden Sojaöl, Sonnenblumenöl, Maisöl, Safloröl oder Kombinationen davon als der Esterreaktant in der Transamidierungsreaktion verwendet. Vorzugsweise ist der Emulgator das Reaktionsprodukt eines 1 : 1 molaren Verhältnisses der Fettsäure oder des Fett(säure)esters und dem Amin.
Der Fachmann sollte verstehen, dass das Reaktionsprodukt der oben genannten Transamidierungsreaktion, die zwischen gemischten Alkylcarbonsäureestern und Diethanolamin stattfindet, zu einem Produkt eines oberflächenaktiven Stoffs führen kann, bei dem es sich um ein komplexes Gemisch handelt. Das heißt, das resultierende Reaktionsprodukt kann ein Gemisch von Verbindungen sein, das A mide, Amine, Alkylsäuren und andere Nebenprodukte einschließt. Die Transamidierungsreaktion von Alkyl- und gemischten Alkylcarbonsäureestern mit Diethanolamin sollte dem Fachmann wohl bekannt sein. Es ist eine Routinemaßnahme für den Fachmann, den Säureester mit dem Amin entweder bei Raumtemperatur oder unter Erwärmungsbedingungen umzusetzen, das Produkt zu extrahieren und das resultierende Reaktionsprodukt wie oben angemerkt auf die Auswahl eines geeigneten oberflächenaktiven Stoffes zu testen. Darüber hinaus sind derartige Transamidierungsprodukte aus kommerziellen Quellen leicht erhältlich.
Die Menge des säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoffs, der in dem Invertemulsions-Fluid der vorliegenden Erfindung vorliegt, wie oben angemerkt, sollte ausreichend sein, um die Invertemulsion gemäß dem oben genannten Test zu stabilisieren. Das heißt, die Emulsion hält für mehr als etwa 1 Minute nach dem Anhalten der Rühr- oder Scherbewegung, die die Emulsion ausbildet. Während die Konzentration von den spezifischen Komponenten in der Bohrspülung oder dem Bohrschlamm variieren kann, beträgt typischerweise die Konzentration an dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff weniger als etwa 10 Gew.-% des Fluids. Somit liegt in einer Ausführungsform der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff vorzugsweise in dem Invertemulsions-Bohrschlamm bei einer Konzentration von 0,1 Gew.-% bis 5,0 Gew.-% vor. Mehr bevorzugt sollte die Menge an dem vorliegenden säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff in einer Konzentration von 1 bis 5 Gew.-% des Fluids vorliegen.
Die zum Aufspalten der Invertemulsion der vorliegenden Erfindung verwendete Säure muss chemisch zur Umsetzung mit dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff befähigt sein, um auf diese Weise die Fähigkeit des oberflächenaktiven Stoffs, die Invertemulsion zu stabilisieren, zu zerstören. Vorzugsweise sollte die Säure von ausreichender Stärke sein, um den säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff zu hydrolysieren, um auf diese Weise die Invertemulsion aufzuspalten. In einer Ausführungsform ist diese Menge größer als etwa 1 Äquivalent Säure und vorzugsweise beträgt sie etwa 1 bis etwa 5 Äquivalente. Verbindungen, die zur Verwendung als Säure geeignet sind, umfassen Mineralsäuren und organische Säuren, vorzugsweise in Wasser lösliche. Bevorzugte Mineralsäuren umfassen Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Fluorwasserstoffsäure, Bromwasserstoffsäure und dergleichen. Bevorzugte organische Säuren umfassen Zitronensäure, Weinsäure, Essigsäure, Propionsäure, Glykolsäure, Milchsäure, halogenierte Essigsäuren, Buttersäure, Organosulfonsäuren, Organophosphorsäuren und dergleichen. Verbindungen, die nach Auflösung in Wasser Säure erzeugen, können ebenfalls verwendet werden, beispielsweise Essigsäureanhydrid, hydrolysierbare Ester, hydrolysierbare Organosulfonsäurenderivate, hydrolysierbare Organophosphorsäurederivate, Phosphortrihalogenid, Phosphoroxyhalogenid, wasserfreie Metallhalogenide, Schwefeldioxid, Stickstoffoxide, Kohlendioxid und ähnliche derartige Verbindungen. Typischerweise sollten Fettsäuren vermieden werden oder in kleinen Mengen verwendet werden, damit sie nicht die Umkehrbarkeit des säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoffsystems dieser Erfindung stören.
In einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können andere oberflächenaktive Stoffverbindungen in Verbindung mit den hierin verwendeten säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoffen verwendet werden. In derartigen Fällen ist es jedoch wichtig, dass die Menge und Natur dieser zusätzlichen oberflächenaktiven Stoffe das Aufspalten der Invertemulsion bei Zugabe von Säure nicht verhindert oder ernstlich stört.
Die bei der Herstellung der Invert-Bohrschlämme der vorliegenden Erfindung verwendeten Verfahren sind nicht kritisch. Herkömmliche Verfahren können verwendet werden, um die Bohrspülungen der vorliegenden Erfindung in einer Weise herzustellen ist, die analog zu denen ist, die normalerweise zur Herstellung herkömmlicher Öl-basierter Bohrspülungen verwendet werden. Bei einer repräsentativen Vorgehensweise werden eine gewünschte Menge eines ölartigen Fluids, wie ein Basisöl, und eine geeignete Menge eines säureempfindlichen Emulgators zusammengemischt und die verbleibenden Komponenten werden aufeinanderfol gend unter kontinuierlichem Vermischen zugefügt. Eine Invertemulsion der vorliegenden Erfindung wird ausgebildet, indem das ölartige Fluid und das nicht-ölartige Fluid kräftig umgerührt, vermischt oder einer Scherung ausgesetzt werden.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Invert-Bohrschlämme umfassen weiterhin Öl-nasse Feststoffe und wahlweise andere zusätzliche Chemikalien, in Abhängigkeit von der Endverwendung der Invertemulsion, solange diese nicht die Umkehrbarkeit der hierin beschriebenen Invertemulsion-Fluide stören. Beispielsweise können Benetzungsmittel, organophile Tone, Viskositätsmittel, Beschwerungsmittel, Brückenbildungsmittel und Fluidverluststeuerungsmittel den Fluidzusammensetzungen dieser Erfindung für zusätzliche funktionelle Eigenschaften zugefügt werden. Die Zugabe derartiger Mittel sollte dem Fachmann auf dem Gebiet der Formulierung von Bohrspülungen und -schlämmen wohl bekannt sein. Jedoch sollte angemerkt werden, dass die Zugabe derartiger Mittel nicht nachteilig die Eigenschaften stören sollte, die durch den hierin beschriebenen säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff verliehen werden.
Benetzungsmittel, die zur Verwendung in dieser Erfindung nützlich sein können, umfassen Roh-Tallöl, oxidiertes Roh-Tallöl, organische Phosphatester, modifizierte Imidazoline und Amidoamine, Alkyl-aromatische Sulfate und Sulfonate und dergleichen und Kombinationen oder Derivate von diesen. Jedoch sollte die Verwendung von Fettsäure-Benetzungsmitteln minimiert werden, um auf diese Weise nicht die Aufspaltbarkeit der hierin offenbarten Invertemulsion nachteilig zu beeinflussen. VERSAWET^® und VERSAWET^®NS sind Beispiele für kommerziell erhältliche Benetzungsmittel, die von M–I Drilling Fluids L. L. C. hergestellt und vertrieben werden, und welche in dieser Erfindung verwendet werden können. Silwet L-77, L-7001, L7605 und L-7622 sind Beispiele für kommerziell erhältliche oberflächenaktive Stoffe und Benetzungsmittel, die von Union Carbide Chemical Company Inc. hergestellt und vertrieben werden.
Organophile Tone, normal Amin-behandelte Tone können als Viskositätsmittel in den Fluidzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung nützlich sein. Andere Viskositätsmittel, wie öllösliche Polymere, Polyamidharze, Polycarbonsäuren und (–)Seifen können ebenfalls verwendet werden. Die Menge an in der Zusammensetzung verwendetem Viskositätsmittel kann in Abhängigkeit von der Endverwendung der Zusammensetzung variieren. Jedoch sind normalerweise etwa 0,1 Gew.-% bis 6 Gew.-% für die meisten Anwendungen ausreichend. VG-69^TM und VG-PLUS^TM sind Organotonmaterialien, die von M–I Drilling Fluids L. L. C. vertrieben werden, und VERSA-HRP^TM ist ein Polyamidharzmaterial, das von M–I Drilling Fluids L. L. C. hergestellt und vertrieben wird, welche in dieser Erfindung verwendet werden können.
Beschwerungsmittel oder Dichtematerialien, die zur Verwendung in dieser Erfindung geeignet sind, umfassen Hämatit, Magnetit, Eisenoxide, Magnesiumoxide, Illmenit, Baryt, Siderit, Coelestin, Dolomit, Calcit, Halit und dergleichen. Die Menge derartigen zugefügten Materials, sofern zugefügt, hängt von der gewünschten Dichte der Endzusammensetzung ab. Typischerweise wird Beschwerungsmaterial zugefügt, um zu einer Dichte der Bohrspülung bis zu etwa 2876 kg/m³ (24 Pfund pro Gallone) zu führen. Das Beschwerungsmaterial wird vorzugsweise bis zu 2516 kg/m³ (21 Pfund pro Gallone) und am meisten bevorzugt bis zu 2337 kg/m³ (19,5 Pfund pro Gallone) zugefügt.
Fluidverluststeuerungsmittel wirken typischerweise, indem sie die Wände des Bohrlochs beim Bohren des Bohrlochs beschichten. Geeignete Fluidverluststeuerungsmittel, die Verwendung in dieser Erfindung finden können, umfassen modifizierte Lignite, Asphaltverbindungen, Gilsonit, organophile Humate, hergestellt durch Umsetzung von Huminsäure mit Amiden oder Polyalkylenpolyaminen, und andere nicht-toxische Fluidverlustadditive. Typischerweise werden Fluidverluststeuerungsmittel in Mengen von weniger als etwa 10 Gew.-% und vorzugsweise weniger als etwa 5 Gew.-% des Fluids zugefügt.
Soweit der Begriff hierin verwendet wird, bedeutet der Begriff "Öl-nasse Feststoffe" jeden teilchenförmigen Feststoff, der entweder beabsichtigt oder unbeabsichtigt ein Bestandteil des Invert-Bohrschlamms ist. Ein einfacher Test zur Bestimmung, ob eine Masse von Teilchen Öl-nass oder Wasser-nass ist, ist wie folgt: ein kleiner Teil der Feststoffe wird zusammengeklumpt, um einen kleinen Ball oder eine kleine Masse zu bilden. Dieser kleine Ball oder diese kleine Masse wird vorsichtig in einen Behälter fallengelassen, der Wasser oder irgendein anderes wässriges Fluid, wie Salzbrühe, Seewasser oder dergleichen, enthält. Wenn der Klumpen oder kleine Ball von festen Teilchen leicht auseinanderbricht und dispergiert, werden die Feststoffe als Wasser-nass angesehen. Wenn jedoch der Klumpen oder kleine Ball sinkt und eine leidlich verfestigte Masse auf dem Boden des Behälters bildet, werden die Feststoffe als Öl-nass angesehen. Ein anderer Test besteht darin, einen kleinen Teil der nassen Feststoffe in den Boden eines Teströhrchens einzubringen. Wenn nach der Zugabe von Wasser gefolgt von Umrühren die Masse am Boden des Röhrchens leicht in Wasser suspendiert wird, werden die Feststoffe als Wasser-nass angesehen. Wenn jedoch die Masse von Teilchen schwierig auseinander zu brechen oder zu suspendieren ist nach Umrühren, werden die Feststoffe als Öl-nass angesehen. Ein ähnlicher Test kann unter Verwendung eines klaren Öls anstelle von Wasser durchgeführt werden. In einem derartigen Fall sind die Wasser-nassen Feststoffe schwierig zu suspendieren und die Öl-nassen Feststoffe zerbrechen leicht und werden in dem Öl suspendiert.
Beispiele für Öl-nasse Feststoffe in einem Invertemulsions-Bohrschlamm umfassen Tone, Beschwerungsmaterialien, Brückenbildungsmaterialien, im Verlaufe des Bohrens erzeugte Bohrfeststoffe und andere ähnliche spezifische Feststoffe, die im Bohrschlamm vorliegen können. Der Fachmann sollte wissen, dass die in dem Bohrschlamm enthaltenen Feststoffe den Filterkuchen um den Rand des Bohrlochs herum während des Bohrens des Bohrlochs bilden. Somit sind, wenn ein Öl-basierter Bohrschlamm zum Bohren eines Bohrlochs verwendet wird, die Feststoffe, die den Filterkuchen ausmachen, Öl-nass.
Somit handelt es sich im Hinblick auf das Obige bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung um ein Verfahren zur Entfernung eines Filterkuchens aus einem Bohrloch, das das Bohren des Bohrlochs unter Einsatz eines Invertemulsions-Bohrschlamms, wie er hierin beschrieben ist, umfasst, ein derartiger Bohrschlamm umfasst ein ölartiges Fluid, ein nicht-ölartiges Fluid, einen säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff und Öl-nasse Feststoffe. Der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff wird derart ausgewählt, dass nach Zugabe einer Säure die Invertemulsion aufgespalten oder in eine Emulsion vom Öl-in-Wasser-Typ umgewandelt wird. Vorzugsweise wird der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff aus säurehydrolysierbaren, gemischten Alkyldiethanolamiden, Alkylglukosiden, Polyalkylglukosiden, Alkylalkoxypolydimethylsiloxanen, Alkylpolydimethylsiloxanen oder Kombinationen davon ausgewählt. Stärker bevorzugt handelt es sich bei dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff um das Reaktionsprodukt eines gemischten Alkylsäureesters mit wenigstens 40 Gew.-% Linolsäure sowie Diethanolamin. Mehr bevorzugt weist die gemischte Alkylsäure weniger als 35 Gew.-% Ölsäure auf. Stärker bevorzugt handelt es sich bei dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff um das Transamidierungsreaktionsprodukt einer gemischten Alkylsäure mit wenigstens 40 Gew.-% Linolsäure und weniger als 35 Gew.-% Ölsäure sowie Diethanolamin. In einer verwandten Ausführungsform ist der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff ein Reaktionsprodukt der Transamidierungsreaktion von Diethanolamin und Sojaöl, Sonnenblumenöl, Maisöl, Safloröl und Kombinationen davon. In einer dritten Ausführungsform wird der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff aus der Gruppe von oberflächenaktiven Stoffen umfassend Sojadiethanolamid und ähnliche Gemische von C₁₂-C₂₂-Alkyldiethanolamiden, C₂₀-C₂₄-Alkylglukosiden, C₂₀-C₂₄-Polyalkylglukosiden, Alkylalkoxypolydimethylsiloxanen, Polyalkyldimethylsiloxanen oder Kombinationen davon ausgewählt.
Das Verfahren umfasst weiterhin ein Waschen des Filterkuchens mit einem Waschfluid, das Wasser und eine Säure umfasst. Die Säure wird derart ausgewählt, dass sie mit dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff reagiert, und die Öl-nassen Feststoffe des Filterkuchens in Wasser-nasse Feststoffe umwandelt. Wahlweise kann das Waschfluid einen oberflächenaktiven Stoff umfassen, vorausgesetzt, der oberflächenaktive Stoff ist derart ausgewählt, dass er mit der Säure, dem ölartigen Fluid und dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff verträglich und nicht-reaktiv ist. Zusätzlich sollte der oberflächenaktive Stoff nicht die Umwandlung oder das Aufspalten der Öl-nassen Feststoffe in Wasser-nasse Feststoffe stören. Das Verfahren umfasst auch ein Entfernen des Filterkuchens aus dem Bohrloch durch Waschen des Bohrlochs mit Fluid. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fluid um ein wässriges Fluid und stärker bevorzugt handelt es sich bei dem Fluid um eine Salzbrühe, Seewasser, lösliche anorganische oder organische Salze enthaltendes Wasser und dergleichen.
Das bei dem obigen Verfahren verwendete ölartige Fluid kann etwa 30 Volumen-% bis etwa 99 Volumen-% des Invert-Bohrschlamms ausmachen. Vorzugsweise wird es aus Dieselöl, Mineralöl, einem synthetischen Öl oder Kombinationen davon ausgewählt. In einer Ausführungsform umfasst das ölartige Fluid etwa 5 Volumen-% bis etwa 10 Volumen-% eines Material ausgewählt aus Estern, Ethern, Acetaten, Dialkylcarbonaten, Kohlenwasserstoffen und Kombinationen davon. Das nicht-ölartige Fluid kann etwa 1 Volumen-% bis etwa 70 Volumen-% des Invert-Bohrschlamms ausmachen. Vorzugsweise wird das nicht-ölartige Fluid aus Seewasser, organische und/oder anorganische gelöste Salze enthaltender Salzbrühe, einer wässrigen Lösung, die wassermischbare organische Verbindungen enthält, oder Kombinationen davon ausgewählt.
In einer anderen Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens der Erfindung wird das Clean-up eines Bohrlochs, das mit einem Invertemulsions-Bohrschlamm gebohrt wurde, durchgeführt. Das Verfahren umfasst das Formulieren des Invertemulsions-Bohrschlamms, so dass der Bohrschlamm ein ölartiges Fluid, ein nicht-ölartiges Fluid, einen säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff und Öl-nasse Feststoffe umfasst. Der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff wird so ausgewählt, dass nach Zugabe einer Säure zu der Invertemulsion die Invertemul sion aufgespalten wird. Das heißt, die zuerst gebildete Emulsion vom Wasser-in-Öl-Typ wird aufgespalten und/oder in eine Emulsion vom Öl-in-Wasser-Typ umgewandelt. Der Filterkuchen in dem Bohrloch wird dann mit einem ersten Waschfluid gewaschen, welches ein ölartiges Fluid und einen oberflächenaktiven Stoff umfasst. Das erste Waschfluid wird durch das Bohrloch in ausreichenden Mengen gespült, um im Wesentlichen den Invertemulsions-Bohrschlamm aus dem Bohrloch zu entfernen. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Waschen des Filterkuchens mit einem zweiten Waschfluid. Dieses zweite Waschfluid umfasst Wasser, Seife und eine Säure. Die Säure wird so ausgewählt, dass sie mit dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff reagiert, um auf diese Weise die Öl-nassen Feststoffe des Filterkuchens in Wasser-nasse Feststoffe umzuwandeln. Der Filterkuchen wird aus dem Bohrloch entfernt, indem das Bohrloch mit einem wässrigen Fluid gewaschen wird, bei dem es sich entweder um das zweite Waschfluid oder Salzbrühe oder irgendein anderes geeignetes Fluid handelt.
Wie oben beschrieben, wird der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff so ausgewählt, dass er eine stabile Invertemulsion bilden kann, aber nach Zugabe von Säure zu dem Invertemulsions-Bohrschlamm die Emulsion vom Wasser-in-Öl-Typ aufgespalten und/oder in eine Emulsion vom Öl-in-Wasser-Typ umgewandelt wird. Das heißt, nach der Zugabe von Säure werden die Öl-nassen Feststoffe des Filterkuchens, der am Rand des Bohrlochs ausgebildet ist, in Wasser-nasse Feststoffe umgewandelt. Vorzugsweise wird der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff aus säurehydrolysierbaren, gemischten Alkyldiethanolamiden, Alkylglukosiden, Polyalkylglukosiden, Alkylalkoxypolydimethylsiloxanen, Alkylpolydimethylsiloxanen oder Kombinationen davon ausgewählt. Stärker bevorzugt handelt es sich bei dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff um das Reaktionsprodukt einer gemischten Alkylsäure mit wenigstens 40 Gew.-% Linolsäure und Diethanolamin. Mehr bevorzugt weist die gemischte Alkylsäure weniger als 35 Gew.-% Ölsäure auf. Stärker bevorzugt handelt es sich bei dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff um das Transamidierungsreaktionsprodukt eines gemischten Alkylsäureesters mit wenigstens 40 Gew.-% Linolsäure und weniger als 35 Gew.-% Ölsäure sowie Diethanolamin. In einer verwandten Ausführungsform handelt es sich bei dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff um ein Reaktionsprodukt der Transamidierungsreaktion von Diethanolamin und Sojaöl, Sonnenblumenöl, Maisöl, Safloröl und Kombinationen davon. In einer dritten Ausführungsform wird der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff aus der Gruppe von oberflächenaktiven Stoffen umfassend Sojadiethanolamid und ähnliche Gemische von C₁₂-C₂₂-Alkyldiethanolamiden, C₂₀-C₂₄-Alkylglukosiden, C₂₀-C₂₄-Polyalkylglukosiden, Alkylalkoxypolydimethylsiloxanen, Polyalkyldimethylsiloxanen oder Kombinationen davon ausgewählt.
Das in dem obigen Verfahren verwendete ölartige Fluid kann etwa 30 Volumen-% bis etwa 99 Volumen-% des Invert-Bohrschlamms ausmachen. Vorzugsweise wird es aus Dieselöl, Mineralöl, einem synthetischen Öl oder Kombinationen davon ausgewählt. In einer Ausführungsform umfasst das ölartige Fluid etwa 5 Volumen-% bis etwa 100 Volumen-% eines Material ausgewählt aus Estern, Ethern, Acetalen, Dialkylcarbonaten, Kohlenwasserstoffen und Kombinationen davon. Das nicht-ölartige Fluid kann etwa 1 Volumen-% bis etwa 70 Volumen-% des Invert-Bohrschlamms ausmachen. Vorzugsweise wird das nicht-ölartige Fluid aus Seewasser, organische und/oder anorganische gelöste Salze enthaltender Salzbrühe, einer wässrigen Lösung, die wassermischbare organische Verbindungen enthält, oder Kombinationen davon ausgewählt.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin die hierin offenbarten Zusammensetzungen. Somit umfasst eine Bohrspülungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung ein ölartiges Fluid, ein nicht-ölartiges Fluid und einen säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff und Öl-nasse Feststoffe. Der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff ist vorzugsweise das Transamidierungsreaktionsprodukt von Diethanolamin und einem gemischten Alkylcarbonsäureester, der wenigstens 40 Gew.-% Linolsäure enthält. Vorzugsweise wird der gemischte Alkylsäureester aus Sojaöl, Sonnenblumenöl, Maisöl, Safloröl und Gemischen davon ausgewählt.
Wie früher oben angemerkt, kann die Auswahl des oberflächenaktiven Stoffs unter Verwendung der oben dargestellten Tests durchgeführt werden.
Die folgenden Beispiele sind zur Veranschaulichung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung eingeschlossen. Der Fachmann wird verstehen, dass die in den folgenden Beispielen offenbarten Techniken und Zusammensetzungen Techniken darstellen, bei denen von den Erfindern entdeckt wurde, dass sie in der Praxis der Erfindung gut funktionieren, und dass sie somit angesehen werden können, bevorzugte Ausführungsweisen für die Praxis darzustellen. Jedoch wird der Fachmann im Lichte der vorliegenden Offenbarung verstehen, dass viele Änderungen in den spezifischen Ausführungsformen, die offenbart sind, durchgeführt werden können, und dass man noch ein gleiches oder ähnliches Ergebnis erhält, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Allgemeine für die Beispiele wichtige Informationen
Diese Tests wurden gemäß den Arbeitsweisen in API Bulletin RP 13B-2, 1990 durchgeführt. Die folgenden Abkürzungen werden bei der Beschreibung der Versuchsergebnisse verwendet.
"PV" bedeutet plastische Viskosität, wobei es sich um eine Variable handelt, die bei der Berechnung von Viskositätseigenschaften einer Bohrspülung verwendet wird, gemessen in Einheiten von 1·10^–3 Pa·s (Centipoise (cp)).
"YP" bedeutet Fließpunkt, bei dem es sich um eine andere Variable handelt, die bei der Berechnung von Viskositätseigenschaften von Bohrspülungen verwendet wird, gemessen in N/m² (Pfund pro 100 Quadratfuß (lb/100 ft²)).
"AV" bedeutet scheinbare Viskosität, bei der es sich um eine andere Variable handelt, die bei der Berechnung von Viskositätseigenschaften einer Bohrspülung verwendet wird, gemessen in Einheiten von 1·10^–3 Pa·s (Centipoise (cp)).
"GELS" ist ein Maß für die Suspendiereigenschaften oder die Thixotropiereigenschaften einer Bohrspülung, gemessen in N/m² (Pfund pro 100 Quadratfuß (lb/100 ft²)).
"API F. L." ist der Begriff, der für den API-Filtratverlust in Milliliter (ml) verwendet wird.
"HTHP" ist der Begriff, der für Hochtemperatur-Hochdruck-Fluidverlust verwendet wird, gemessen in Milliliter (ml) gemäß API Bulletin RP 13 B-2, 1990.
Beispiel 1
Formulierung 1
Die folgende Formulierung wurde als Säure-basierte Clean-up-Lösung bzw. Reinigungslösung zum Aufspalten der Invertemulsions-Bohrspülung dieser Erfindung verwendet.

Material Gramm

konzentrierte HCl 35

Wasser 35

Propylenglycolpropylether 15

Monateric CEM-38 15
In der obigen Formulierungstabelle bedeutet Monateric CEM-38 einen oberflächenaktiven Stoff, der von Mona Chemicals erhältlich ist, und alle anderen Materialien sind aus kommerziellen Quellen gewöhnlicherweise erhältlich.
Formulierung 2
Die folgende Formulierung wurde als Lösungsmittel-basierte Clean-up-Lösung für eine Lösungsmittelwäsche vor einem Säure-Clean-up zum Aufspalten der Invertemulsions-Bohrspülungen dieser Erfindung verwendet.

Material Gramm

IO C₁₆-C₁₈ 80

Propylenglycolpropylether 10

NP-60 10
In der obigen Formulierungstabelle bedeutet IO C₁₆-C₁₈ ein isomerisiertes Olefin, das von Amoco Chemicals erhältlich ist; NP-60 ist ein sechs(fach)-ethoxyliertes Nonylphenol von Witco Chemicals; und alle anderen Materialien sind aus kommerziellen Quellen gewöhnlicherweise erhältlich.
Die folgenden Bohrschlammformulierungen wurden hergestellt, um die Nützlichkeit der säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoffe dieser Erfindung im Säure-Clean-up-Prozess zu veranschaulichen.
In der obigen Formulierungstabelle handelt es sich bei IO C₁₆-C₁₈ um ein isomerisiertes Olefin, das von Amoco Chemicals erhältlich ist; VG PLUS^TM ist ein Organoton, der von M–I Drilling Fluids erhältlich ist; NOVAMUL^TM ist ein oberflächenaktiver Stoff, der von M–I Drilling Fluids erhältlich ist; Monamide 150 ADY ist ein oberflächenaktiver Stoff, der von Mona Chemicals erhältlich ist; und alle anderen Materialien sind aus kommerziellen Quellen gewöhnlicherweise erhältlich.
Die obigen Formulierungen wurden gemäß der folgenden allgemeinen Arbeitsweise gemischt.

(1) Mische IO C₁₆-C₁₈, VG PLUS^TM und Kalk in einem Glasgefäß und rühre für 10 Minuten auf einem Hamilton-Beach-Mischer.
(2) Gebe oberflächenaktive Stoffe hinzu und mische für 10 Minuten.
(3) Füge Calciumchlorid-Salzbrühe hinzu und mische für 15 Minuten.
(4) Füge CaCO₃ hinzu und mische für 20 Minuten.
(5) Die obigen Formulierungen wurden bei 8000 UPM für 10 Minuten auf einem Silverson-Mischer vermischt.

Die folgenden Rheologien wurden bei 65,6°C (150°F) nach Wärmealterung bei 79,4°C (175°F) für 16 Stunden gemessen.
Die obigen Formulierungen wurden mit 25,0 ml Säure-basierter Formulierung 1 behandelt. Die Invertemulsion von Schlamm-Formulierung 4 wurde aufgespalten, und der E. S. fiel auf 7. Das CaCO₃ war Wasser-nass und in Wasser dispergierbar. Im Gegensatz dazu wurde die Invertemulsion von Schlamm-Formulierung 3 nicht vollständig aufgespalten und CaCO₃-Feststoffe blieben Öl-nass und dispergierten nicht in Wasser.
In einem zweiten Experiment wurde Schlamm-Formulierung 4 zuerst mit einem gleichen Volumen von Lösungsmittel von Formulierung 2 behandelt. Die CaCO₃- Feststoffe wurden abgetrennt und mit 15 ml Lösungsmittel von Formulierung 1 behandelt. Nach Beendigung dieser Behandlung waren die CaCO₃-Feststoffe vollständig Wasser-nass und wurden leicht in einer 10%igen Salzsäurelösung aufgelöst.
Beispiel 2
Um die Nützlichkeit von Bohrschlämmen zu veranschaulichen, die hierin offenbarte säureempfindliche Invertemulgatoren enthalten, wurden die folgenden Experimente durchgeführt, in denen der Bohrschlamm mit herkömmlichen verunreinigenden Mitteln, die man bei einer Bohroperation antrifft, verunreinigt war.
Aliquote der oben in Beispiel 1 beschriebenen Bohrschlämme wurden wie unten beschrieben verunreinigt. Insbesondere Formulierung 3 wurde als Beispiel für eine herkömmliche Bohrspülung (d. h. Kontrolle) verwendet, deren wichtige Eigenschaften mit Formulierung 4, einem Bohrschlamm, der eine beispielhafte Ausführungsform dieser Erfindung darstellt, verglichen wurden. Alle Fluide wurden bei 79,4°C (175°F) für 16 Stunden nach Verunreinigung wärmegealtert. Die rheologischen Eigenschaften wurden bei 65,6°C (150°F) gemessen.
Die folgenden Eigenschaften wurden nach Verunreinigung mit 10 Volumen-% Seewasser beobachtet.
Die folgenden Eigenschaften wurden nach Verunreinigung mit 10 Gramm Grün-Zement beobachtet.
Die folgenden Eigenschaften wurden nach Verunreinigung mit 25 Gramm Rev. Dust (Staub), einem teilchenförmigen Material, das üblicherweise zur Simulierung von Bohrgesteinsstückchen verwendet wird, beobachtet.
Die folgenden Eigenschaften wurden nach Verunreinigung mit 10 Volumen-% Zechstein-Salzbrühe beobachtet.
Der Fachmann auf dem Gebiet von Bohrspülungen sollte anhand der obigen Werte leicht erkennen, dass Bohrspülungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, mit Bohrschlämmen vergleichbar sind, die unter Einsatz herkömmlicher Gebinde bzw. Packungen von oberflächenaktivem Stoff hergestellt worden sind. Es sollte jedoch auch erkannt werden, dass die Invertemulsions-Bohrschlämme der vorliegenden Erfindung nach der Zugabe von Säure leicht aufspaltbar sind, was eine Eigenschaft ist, die früher in herkömmlichen Invertemulsions-Bohrschlämmen nicht gefunden wurde.
Beispiel 3
Die folgenden Schlammformulierungen wurden hergestellt, um die Nützlichkeit von säureempfindlichen Emulgatoren dieser Erfindung in Kombination mit anderen oberflächenaktiven Stoffen zu veranschaulichen.
In der obigen Formulierungstabelle sind die Abkürzungen für die Materialien die gleichen wie diejenigen, die oben in Beispiel 1 verwendet wurden, außer dass Versa-Wet^TM ein oberflächenaktiver Stoff ist, der von M–I Drilling Fluids erhältlich ist; O.S.-118665a ein oberflächenaktiver Stoff ist, der von Lubrizol erhältlich ist; und alle anderen Materialien sind aus kommerziellen Quellen herkömmlicherweise erhältlich.
Die obigen Schlammformulierungen wurden gemäß der allgemeinen, oben in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise gemischt und anschließend bei 93,3°C (200°F) für 16 Stunden wärmegealtert. Die folgenden rheologischen Eigenschaften wurden bei 65,6°C (150°F) gemessen.
Jede der obigen Schlammformulierungen wurde mit 35,0 ml Säure-basierter Formulierung 1 behandelt. In beiden Fällen wurden die früher Öl-nassen Feststoffe in Wasser-nasse Feststoffe umgewandelt, die in Wasser dispergierbar waren.
Beispiel 4
Die folgenden Schlammformulierungen wurden unter Einsatz eines säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoffs dieser Erfindung hergestellt, um die Temperaturstabilität des resultierenden Bohrschlamms zu veranschaulichen. Formulierung 7

Materialien Gramm

IO C₁₆-C₁₈ 128

VG PLUS^TM 4,0

Kalk 4,0

Monamide 150 ADY 10,0

NovaWet^TM 2,0

25%ige CaCl₂-Salzbrühe 87,0

CaCO₃ (fein) 293,0
In der obigen Formulierungstabelle sind die Abkürzungen für die Materialien die gleichen wie diejenigen, die in Beispiel 1 oben verwendet wurden, außer dass NOVA-WET ein oberflächenaktiver Stoff ist, der von M–I Drilling Fluids erhältlich ist; und alle anderen Materialien sind aus kommerziellen Quellen herkömmlicherweise erhältlich.
Die obige Formulierung wurde gemäß der allgemeinen, in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise gemischt. Die anfänglichen und wärmegealterten Rheologien wurden bei 65,6°C (150°F) gemessen. Der Schlamm der Formulierung 7 wurde bei 96,1°C (205°F) für 24 Stunden und 48 Stunden wärmegealtert. Die folgende Tabelle gibt die Eigenschaften nach jeder Wärmealterungsperiode an.
Nimmt man die obigen Werte, sollte der Fachmann erkennen, dass die Invertemulsions-Bohrschlämme der vorliegenden Erfindung Temperaturen widerstehen können, die typischerweise in Bohroperationen angetroffen werden.
Beispiel 5
Die folgende Schlammformulierung wurde gemischt, um die Nützlichkeit von säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoffen dieser Erfindung bei einer Säure-wasch-Clean-up-Vorgehensweise zu veranschaulichen. Formulierung 8

Materialien Gramm

IO C₁₆-C₁₈ 158

VG PLUS^TM 5,0

Kalk 4,0

Monamide 150 ADY 12,0

Nova Wet^TM 1,5

25%ige CaCl₂-Salzbrühe 29

CaCO₃ 321,96
In der obigen Formulierungstabelle sind die Abkürzungen für die Materialien die gleichen wie diejenigen, die in den früheren Beispielen verwendet wurden.
Die obige Schlammformulierung wurde gemäß der in Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweise hergestellt. Der Schlamm wurde bei 93,3°C (200°F)/16 Stunden wärmegealtert. Anfängliche und wärmegealterte rheologische Eigenschaften wurden bei 65,6°C (150°F) gemessen. In einem anderen Experiment wurde die obige Schlammformulierung mit 25 g Rev Dust (Staub) verunreinigt und bei 93,3°C (200°F) für 16 Stunden wärmegealtert. Das Ergebnis beider Experimente ist unten angegeben.
Die Öl-nassen Filterkuchen, die aus dem HTHP-Filtratverlust in obigen Schlämmen erhalten wurden, wurden zuerst mit 25 ml Lösungsmittel-basierter Formulierung 2 gewaschen. Die Filterkuchen wurden dann in Säure-basierter Clean-up-Formulierung 1 durchtränkt. Es wurde gefunden, dass die zuvor Öl-nassen Filterkuchenfeststoffe Wasser-nass sind und sofort in Säurelösung aufgelöst wurden. Es wurden keine Öl-nassen Feststoffe in der Säurewäsche beobachtet.
Während die Zusammensetzungen und Verfahren dieser Erfindung im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden sind, wird es dem Fachmann offensichtlich sein, dass Abwandlungen auf das hierin beschriebene Verfahren angewandt werden können, ohne vom Konzept, Umfang der Erfindung abzuweichen. Jeder derartige ähnliche Ersatz und alle derartigen ähnlichen Modifikationen, die dem Fachmann offensichtlich sind, werden für im Umfang und Konzept der Erfindung liegend gehalten, wie sie in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

Verfahren zur Entfernung eines Filterkuchens aus einem Bohrloch, wobei das Verfahren umfasst: – Bohren des Bohrlochs unter Einsatz eines Invertemulsions-Bohrschlamms, wobei der Invertemulsions-Bohrschlamm ein ölartiges Fluid, ein nicht-ölartiges Fluid, einen säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff und Öl-nasse Feststoffe einschließt, wobei der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff so ausgewählt wird, dass nach Zugabe einer Säure die Invertemulsion aufgespalten wird; – Waschen des Filterkuchens mit einem Waschfluid, wobei das Waschfluid Wasser und eine Säure umfasst, wobei die Säure so ausgewählt wird, dass sie mit dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff reagiert, um auf diese Weise die Öl-nassen Feststoffe des Filterkuchens Wasser-nass zu machen; und – Entfernen des Filterkuchens aus dem Bohrloch durch Waschen des Bohrlochs mit Fluid.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff aus säurehydrolysierbaren, gemischten Alkyldiethanolamiden, Alkylglukosiden, Polyalkylglukosiden, Alkylalkoxypolydimethylsiloxanen, Polyalkyldimethylsiloxanen oder Kombinationen davon ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff das Reaktionsprodukt von einer gemischten Alkylsäure und Diethanolamin ist, wobei die gemischte Alkylsäure wenigstens 40 Gew.-% Linolsäure aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff das Reaktionsprodukt von einer gemischten Alkylsäure und Diethanolamin ist, wobei die gemischte Alkylsäure wenigstens 40 Gew.-% Linolsäure und weniger als 35 Gew.-% Ölsäure aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff ein Reaktionsprodukt der Transamidierung von einem gemischten Alkylsäureester und Diethanolamin ist, wobei der gemischte Alkylsäureester wenigstens 40 Gew.-% Linolsäure und weniger als 35 Gew.-% Ölsäure aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff ein Reaktionsprodukt der Transamidierung von Diethanolamin und Sojaöl, Sonnenblumenöl, Maisöl, Safloröl oder Kombinationen davon ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff aus der Gruppe bestehend aus Sojadiethanolamid, C₂₀-C₂₄-Alkylglukosiden, Polyetheralkylpolymethylsiloxan oder Kombinationen davon ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das ölartige Fluid etwa 30 bis etwa 99 Volumenprozent des Invert-Bohrschlamms ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das ölartige Fluid aus Dieselöl, Mineralöl, einem synthetischen Öl oder Kombinationen davon ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das ölartige Fluid etwa 5 bis etwa 100 Volumenprozent eines Materials ausgewählt aus Ester, Ethern, Acetalen, Dialkylcarbonaten, Kohlenwasserstoffen und Kombinationen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das nicht-ölartige Fluid etwa 1 bis etwa 70 Volumenprozent des Invert-Bohrschlamms ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das nicht-ölartige Fluid aus Seewasser, organische oder anorganische gelöste Salze enthaltender Salzbrühe, einer Flüssigkeit, die wassermischbare organische Verbindungen enthält, oder Kombinationen davon ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Waschfluid weiterhin einen oberflächenaktiven Stoff umfasst, wobei der oberflächenaktive Stoff so ausgewählt wird, dass er nicht die funktionelle Aktivität des säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoffs stört.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der in dem Waschfluid verwendete, oberflächenaktive Stoff mit der Säure, dem ölartigen Fluid und dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff verträglich und nicht-reaktiv ist.
Verfahren zum Bohren und Spülen eines mit einem Invertemulsions-Bohrschlamm gebohrten Bohrlochs, wobei das Bohrloch um seinen Rand herum einen Filterkuchen aufweist, wobei das Verfahren umfasst: – Formulieren des Invertemulsions-Bohrschlamms, derart, dass er ein ölartiges Fluid, ein nicht-ölartiges Fluid, einen säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff und Öl-nasse Feststoffe umfasst, wobei der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff so ausgewählt wird, dass nach Zugabe einer Säure die Invertemulsion aufgespalten wird; – Waschen des Filterkuchens mit einem ersten Waschfluid, wobei das erste Waschfluid eine ölartige Flüssigkeit und einen oberflächenaktiven Stoff umfasst; und wobei das Waschfluid in ausreichenden Mengen vorliegt, um im Wesentlichen den Invertemulsions-Bohrschlamm aus dem Bohrloch zu entfernen; – Waschen des Filterkuchens mit einem zweiten Waschfluid, wobei das zweite Waschfluid Wasser, einen oberflächenaktiven Stoff und eine Säure umfasst, wobei die Säure so ausgewählt wird, dass sie mit dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff reagiert, um auf diese Weise die Öl-nassen Feststoffe des Filterkuchens Wasser-nass zu machen; und – Entfernen des Filterkuchens aus dem Bohrloch durch Waschen des Bohrlochs mit wässrigem Fluid.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff aus säurehydrolysierbaren, gemischten Alkyldiethanolamiden, Alkylglukosiden, Polyalkylglukosiden, Alkylalkoxypolydimethylsiloxanen, Polyalkyldimethylsiloxanen oder Kombinationen davon ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff das Reaktionsprodukt von einer gemischten Alkylsäure und Diethanolamin ist, wobei die gemischte Alkylsäure wenigstens 40 Gew.-% Linolsäure aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff das Reaktionsprodukt von einer gemischten Alkylsäure und Diethanolamin ist, wobei die gemischte Alkylsäure wenigstens 40 Gew.-% Linolsäure und weniger als 35 Gew.-% Ölsäure aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff ein Reaktionsprodukt der Transamidierung von einem gemischten Alkylsäureester und Diethanolamin ist, wobei der gemischte Alkylsäureester wenigstens 40 Gew.-% Linolsäure und weniger als 35 Gew.-% Ölsäure aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der säureempfindliche oberflächenaktive Stoff ein Reaktionsprodukt der Transamidierung von Diethanolamin und Sojaöl, Sonnenblumenöl, Maisöl, Safloröl oder Kombinationen davon ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das ölartige Fluid etwa 30 bis etwa 99 Volumenprozent des Invert-Bohrschlamms ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das ölartige Fluid aus Dieselöl, Mineralöl, einem synthetischen Öl oder Kombinationen davon ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das ölartige Fluid etwa 5 bis etwa 100 Volumenprozent eines Materials ausgewählt aus Ester, Ethern, Acetalen, Dialkylcarbonaten, Kohlenwasserstoffen und Kombinationen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das nicht-ölartige Fluid etwa 1 bis etwa 70 Volumenprozent des Invert-Bohrschlamms ausmacht.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das nicht-ölartige Fluid aus Seewasser, organische oder anorganische gelöste Salze enthaltender Salzbrühe, einer Flüssigkeit, die wassermischbare organische Verbindungen enthält, oder Kombinationen davon ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der in den ersten und zweiten Waschfluiden verwendete oberflächenaktive Stoff die Leistungsfähigkeit des säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoffs nicht stört.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei der in den ersten und zweiten Waschfluiden verwendete oberflächenaktive Stoff mit der Säure, dem ölartigen Fluid und dem säureempfindlichen oberflächenaktiven Stoff verträglich und nicht-reaktiv ist.
Bohrspülungszusammensetzung, umfassend: – ein ölartiges Fluid; – ein nicht-ölartiges Fluid; – einen oberflächenaktiven Stoff, wobei der oberflächenaktive Stoff das Reaktionsprodukt von einer gemischten Alkylsäure und Diethanolamin ist, wobei die gemischte Alkylsäure wenigstens 40 Gew.-% Linolsäure und weniger als 35 Gew.-% Ölsäure aufweist; und – Öl-nasse Feststoffe.
Zusammensetzung nach Anspruch 28, wobei die gemischte Alkylsäure aus Sojaöl, Sonnenblumenöl, Maisöl, Safloröl oder Kombinationen davon ausgewählt ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 28, wobei der oberflächenaktive Stoff das Transamidierungs-Reaktionsprodukt von Diethanolamin und einem Öl ausgewählt aus Sojaöl, Sonnenblumenöl, Maisöl, Safloröl oder Kombinationen davon ist.