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Öl-in-Wasser-Emulsionsspülung Bei der Gewinnung von Erdgas ergibt
sich häufig die Aufgabe, Erdgassonden durch. sogenanntes »Torpumpen« drucklos zu
machen, insbesondere solche, die bereits in Produktion gewesen sind. Für diesen
Zweck kann eine an sich bekannte überschwere Spülung, die dem Gasdruck hinreichend
das Gleichgewicht hält, z. B. eine Tonsalzspülung mit einem spezifischen Gewicht
von etwa 2,0, auf Wasserbasis oft nicht verwendet werden, weil sie eine Auslaufzeit
(Marsh-Trichter) von rund 200 und mehr Sekunden aufweist. Die hohe Viskosität einer
solchen Bohrspülung hat zur Folge, wenn die zu benutzenden Leitungswege, Steigrohre
oder Ringräume, einen sehr engen Querschnitt haben, daß sie einer starken Vergasung
unterliegt, die ein weiteres Verpumpen unmöglich macht. Außerdem ist es bei Verwendung
einer derartigen Spülung nicht möglich, das Erdgas in das Gebirge zurückzudrücken,
um die Sonde ohne Zirkulation, d. h. »über Kopf« totzupumpen. Die vergaste Spülung
hängt sich nämlich im Leitungsstrang auf, und ein weiteres Nachpumpen führt nur
zur Druckerhöhung.
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Es sind bereits Bohrspülungen mit niedriger Viskosität mit z. B. 50
bis 60 Sekunden Auslaufzeit bekannt. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um Emulsionsspülungen,
sondern um reine Wasserbasisspülungen, wie z. B. Tonspülungen mit Carboxymethylcellulose
als Trägerverbindung. Solche Bohrspülungen kommen für das Totpumpen von Bohrungen,
wie Erdgassonden, nicht in Betracht, weil sie nicht das für den hohen Druck der
Bohrung von z. B. 450 atü ausreichende spezifische Gewicht von mindestens 1,7 k9/1
aufweisen.
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Es sind auch Emulsionsspülungen bekannt, die Wasser, Ton (Bentonit),
Carboxymethylcellulose, Rohöl oder Dieselöl bis 50019, Emulgatoren, Beschwerungsmittel
und Salze enthalten. Diese Spülungen sind als Totpumpspülungen für Bohrungen nicht
geeignet, weil sie zu viskos sind und nicht auf die für eine überschwere Spülung
erforderliche Dichte gebracht werden können. Die bekannten Spülungen dieser Art
sind vielmehr dazu bestimmt, hohen Temperaturen standzuhalten.
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Es ist schließlich bekannt, mineralische Substanzen, die in Wasser
unlöslich, von verdünnten starken Säuren aber angreifbar sind, oleophil zu machen.
Die hierbei gebildete Spülung ist jedoch wiederum niedrigviskos und nicht zum Totpumpen
von Erdgassonden geeignet, abgesehen davon, daß sie einen anderen Zweck verfolgt.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Ölin-Wasser-Emulsionsspülung,
bestehend aus Wasser, einem leichten Mineralöl, wie Spindelöl, einem Tonmineral
mit partieller Faserstruktur, wieAttapulgit, einem wasserlöslichen anorganischen
Salz, wie -Calciumchlorid, und einem Beschwerungsmittel, wie Baryt, so auszubilden,
daß sich eine überschwere, niedrigviskose Spülung ergibt, die zum Torpumpen von
Erdgassonden auch unter schwierigen Bedingungen erfolgreich verwendet werden kann.
Es wurde gefunden, daß die genannte Aufgabe dadurch gelöst werden kann; daß eine
öl-in-Wasser-Emulsion zur Anwendung gelangt, bei der das Beschwerungsmittel, vorzugsweise
Baryt, von der Ölphase durch ein oberflächenaktives Mittel, insbesondere einen Emulgator
auf Polyoxyäthylenbasis, gehalten wird und die Auslaufzeit der Spülung bei spezifischen
Gewichten zwischen etwa 1,70 und 2,50 etwa 50 bis 120 Sekunden, im Marsh-Trichter
gemessen, beträgt.
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Eine solche Spülung kann ohne Vergasen durch das hochgespannte Erdgas
hindurchfallen und dadurch eine Spülungssäule von der Bohrlochsohle her bis zum
Bohrlochkopf aufbauen. Bei einem spezifischen Gewicht von 1,7 bis 2,5 k9/1 entsprechen
der Dichte jeweils die nachfolgend aufgeführten Auslaufzeiten:
| Spezifisches Gewicht Auslaufzeit (Marsh-Trichter) |
| k971 |
| Sekunden |
| Etwa 1,7 bis 2,0 etwa 50 bis 60 |
| Etwa 2,0 bis 2,2 etwa 60 bis 80 |
| Etwa 2,2 bis 2,5 etwa 80 bis 120 |
Diesen Werten gegenüber besitzt eine überschwere Tonsalzspülung eine Auslaufzeit
von etwa 120 bis 300 Sekunden und ist daher als hochviskos zu bezeichnen.
Die
überschwere Bohrspülung gemäß der Erfindung ist eine Ö1-in-Wasser-Emulsionsspülung,
die Wasser in der äußeren und
Öl in der inneren Phase enthält. Diese Bohrspülung
enthält leichtlösliche anorganische Salze, wie CaC12, zur Erhöhung des spezifischen
Gewichtes der Wasserphase, ferner ein Tonmineral mit partieller Faserstruktur, wie
Attapulgit oder Sepiolith, als Emulgator. Als Beschwerungsmittel werden bekannte
Stoffe, wie Baryt, Bleiglanz, Eisenoxyde, verwendet. Als Ölphase enthält die Emusionsspülung
spezifisch leichte Mineralöle, wie Spindelöl, die als Emulsionströpfchen in der
Wasserphase fein verteilt sind und das Beschwerungsmittel als »schwere Tropfen«
enthalten. Außerdem enthält die überschwere Bohrspülung gemäß der Erfindung ein
oberflächenaktives Mittel, welches die Eigenschaft aufweist, das bekannte, Beschwerungsmittel,
wie Baryt, oleophil zu machen, so daß dieses quantitativ in die innere Ölphase geht.
Solche Mittel sind z. B. das Handelsprodukt »Renex 697« der Firma Atlas-Goldschmidt-Essen
GmbH sowie die Typen »Renex 690«, »698«, »Tween 81« und das Produkt »SA 47«, Handelsprodukt
der Firma Peute Chemie GmbH, Hamburg.
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Die Emulsionsspülung gemäß der Erfindung hat beispielsweise folgende
Zusammensetzung:
| Wasser, l .............................. 400 600 600 750 |
| Attapulgit; kg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 12 18 18 20 |
| Calciumchlorid, kg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 240 360 360 500 |
| Bariumsulfat, kg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 1330 1000 1600 1400 |
| Spindelöl,l ............................ 227 350 350 400 |
| Oberflächenaktiver Emulgator,1 . . . . . . . . . 13,3 20 20
40 |
| Spezifisches Gewicht, kg/1 . . . . . . . . . . . . . . . 2,05
1,75 1,90 2,50 |
Mit dieser überschweren Bohrspülung gemäß der Erfindung kann die Aufgabe gelöst
werden, auch bei dünnen Rohrleitungen eine Zirkulation der Bohrspülung bei tiefen
Bohrlöchern von z. B. 3000 m Tiefe und mehr zu erreichen und die Spülung gegen Gas
auszutauschen, so daß sich diese von unten aufbaut und dadurch die Sonde drucklos
macht. Es ist in diesem Zustand dann z. B. möglich, Einbauten der Rohrleitung auszuwechseln.
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Die überschwere öl-in-Wasser-Emulsionsspülung gemäß der Erfindung
hat sich bereits in der Praxis zum Totpumpen einer Erdgasbohrung mit 3200 m Tiefe
und einem Erdgasdruck von 560 atü bewährt. Es konnte mit 50 ms dieser Bohrspülung
der beispielsweisen Zusammensetzung die Erdgassonde drucklos gemacht werden, nachdem
mit anderen bekannten Spülungen diese Aufgabe zunächst nicht gelöst werden konnte.
Es ist durchaus möglich, die Bohrspülung gemäß der Erfindung wieder abzupumpen,
z. B. nach dem Auswechseln der Einbauten, und die Sonde wieder in Produktion zu
nehmen. Die Herstellung der Emulsionsspülung gemäß der Erfindung erfolgt in der
Weise, daß die Komponenten in der Reihenfolge des Beispiels in einem Tankbehälter
ungemischt werden. Durch die Zugabe des Calciumclorids tritt eine Erwärmung je nach
Außentemperatur, z. B. auf 40° C, ein. Die Zugabe der Stoffe erfolgt im allgemeinen
in solchen Mengen, daß jeweils Chargen von etwa 1 bis 1,5 ms Bohrspülung entstehen.
Zum Totpumpen einer Erdgassonde werden etwa 50 bis 100 mg benötigt, die laufend
in die Bohrung eingepumpt werden.