DE1300481B

DE1300481B - Wasserbasische Tonspuelung

Info

Publication number: DE1300481B
Application number: DEF54960A
Authority: DE
Inventors: Dr Dieter; Hille; Dr Martin; Ulmschneider
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1968-03-02
Filing date: 1968-03-02
Publication date: 1969-08-07

Description

Bei der Durchführung von Tiefbohrungen werden vorwiegend Aufschlämmungen von Ton in Wasser zum Austragen des abgebohrten Gutes verwendet. Daneben wendet man noch Öl und Öl-Invertemulsionsspülungen an. In Tonspülungen auf Wasserbasis kann Öl emulgiert enthalten sein. Unter Tiefbohrbedingungen sind reine Tonsuspensionen nicht ausreichend stabil. Die steigende Temperatur und der auftretende Elektrolytgehalt beim Durchteufen entsprechender Formationen führen zu Ausflockungen des Tons und machen damit die Bohrspülungen untauglich. Durch den Einsatz von Schutzkolloiden werden die Spülungen stabilisiert. Stärke, Stärke- und Cellulosederivate, wie Carboxymethylcellulose, werden in großem Umfang als Schutzkolloide für Bohrspülungen eingesetzt. Als synthetische Produkte sind Polymere von Acrylsäure und/oder Acrylsäureamid gelegentlich verwendet worden. Zur Regulierung der Fließeigenschaften von Bohrspülungen werden häufig Lignosulfonate und Lignite als Verflüssiger zugesetzt.
Mit der in den letzten Jahren zunehmenden Anzahl von Tiefstbohrungen steigt der Bedarf an hochtemperaturbeständigen Schutzkolloiden. Stärke und Stärkederivate sind sehr anfällig gegen bakterielle Zersetzung. Bei Temperaturen oberhalb von 120° C verlieren sie ziemlich schnell ihre Schutzkolloideigenschaften, was den Einsatz nur bis zu bestimmten Bohrtiefen ermöglicht. Für Cellulosederivate, wie Carboxymethylcellulose, liegt diese Temperatur höher. Ihre Einsatzgrenze liegt bei Bohrlochtemperaturen von 160 bis 180° C. Polyacrylamide/-acrylate sind noch bei höheren Temperaturen beständig.- Ihr Nachteil ist die große Empfindlichkeit gegenüber den Härtebildnern des Wassers. Schon geringe Mengen von Calcium-Ionen fällen das Polyacrylat aus. Das Polyacrylamid hydrolysiert bei hohen Temperaturen und pH-Werten zu Polyacrylsäure. Damit scheiden Schutzkolloide des Typs Polyacrylamid/-acrylat für Bohrspülungen im Gebirge mit Anhydritschichten, die sehr oft vorkommen, und durch Salzlager, wo fast stets Calcium- und Magnesium-Ionen in die Spülung gelangen, aus.
Rein kationaktive Schutzkolloide, z. B. Poly-N-vinylcarbonsäureamide, deren Verwendung für wasserbasische Tonspülungen in der deutschen Auslegeschrift 1214 267 vorgeschlagen wurde, haben bisher keine praktische Bedeutung erlangt. Ihre Anwendung hat eine Umladung der Suspensionsteilchen zur Folge. Bei der stetigen Aufnahme von elektronegativen Teilchen während des Bohrvorganges lassen sich solche Systeme nur schwer stabil halten. Es kommt zu Flokkungen von Ton und zu Ausfällungen von Beschwerstoffen, wir Bariumsulfat.
Es wurde nun gefunden, daß man die vorstehend geschilderten Nachteile vermeiden und auch für die Durchführung von Tiefbohrungen eine geeignete wasserbasische Bohrspülung mit einem Gehalt an Schutzkolloiden auf Basis von polymeren N-Vinylcarbonsäureamiden erhält, wenn man der wasserbasischen Tonspülung als Schutzkolloide Mischpolymerisate aus Vinylsulfonsäure und N-Vinylcarbonsäureamiden sowie gegebenenfalls außerdem kleine Anteile einer weiteren polymerisierbaren anionaktiven Vinylverbindung, wie z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure oder Vinylphosphonsäure, zusetzt.
Das erfindungsgemäß zu verwendende Mischpolymerisat besteht somit aus anionischen und schwach kationaktiven Monomeren. Als schwach kationaktive N-Vinylcarbonsäureamide kommen vorzugsweise N Vinyl-N-methylacetamid, N-Vinyl-N methylformamid oder N-Vinylpyrrolidon zur Anwendung.
In den Mischpolymerisaten kann das Verhältnis der Vinylsulfonsäure zu den N-Vinylcarbonsäureamiden in weiten Grenzen variieren. Im allgemeinen beträgt das Verhältnis dieser Monomere etwa 1: 4 bis 4: 1, vorzugsweise 2 : 3 bis 3 : 2 Gewichtsteile. Die Menge der gegebenenfalls ferner einzupolymerisierenden dritten Komponente einer weiteren anionaktiven Vinylverbindung beträgt maximal etwa 40 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der anderen Monomere. Im allgemeinen wird die dritte Komponente in einer Menge eingesetzt, die weniger als die Hälfte des Anteils der Vinylsulfonsäure beträgt.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Mischpolymerisate können nach an sich bekannten Verfahren, zweckmäßigerweise durch radikalische Polymerisation der Monomere in wäßriger Phase, hergestellt werden. Als Katalysatoren können insbesondere Azoisobuttersäuredinitril und Wasserstoffperoxyd/Ammoniak Verwendung finden. Vorteilhaft werden Polymerisate mit möglichst hohem mittleren Molekulargewicht für den erfindungsgemäßen Zweck eingesetzt. Als Maßzahl für die Molekülgröße der Mischpolymerisate kann beispielsweise der K-Wert herangezogen werden (vgl. H. F i k e n t s c h e r, »Cellulosechemie«, 13 (1932), S. 58). Der K-Wert der erfindungsgemäß zu verwendenden Mischpolymerisate soll möglichst über 50 bis etwa 150, vorzugsweise über 85, liegen.
Für die Bereitung von Bohrspülungen kommen die erfindungsgemäß als Schutzkolloide zu verwendenden Mischpolymerisate in den hierfür sonst üblichen Mengen zur Anwendung. Im allgemeinen werden etwa 1 bis 50 kg, vorzugsweise 5 bis 30 kg pro Kubikmeter Bohrspülung angewandt.
Die erfindungsgemäß als Schutzkolloide zu verwendenden Mischpolymerisate sind bis über 200° C temperaturbeständig. Sie eignen sich daher auch für Bohrspülungen bei Tiefstbohrungen, bei denen solche hohen Temperaturen auftreten. Diese Schutzkolloide haben sich aber auch gegenüber Erdalkali-Ionen als außerordentlich stabil erwiesen. Sie gleichen in ihren sonstigen Eigenschaften weitgehend der in Bohrspülungen sonst gut bewährten Carboxymethylcellulose; sie sind ihr aber in der Temperaturresistenz deutlich überlegen.
In den nachfolgenden Beispielen wird ein Mischpolymerisat gemäß der vorliegenden Erfindung (Mischpolymerisat A) hinsichtlich der Beständigkeit der damit hergestellten Bohrspülungen gegenüber Ca-Ionen verglichen mit B) Poly-N vinyl-N-methylacetamid und mit C) einem Mischpolymerisat aus 25 Gewichtsteilen Acrylsäureamid und 75 Gewichtsteilen Acrylsäure.
Als Maßstab für die Beständigkeit von Bohrspülungen dient hierbei ihre Filtrierbarkeit nach »API-Code 29«. Die Güte der Spülung wird nach dem »Wasserverlust« bei dem Filtrierversuch beurteilt. Hierunter ist die Menge an Wasser zu verstehen, welche durch eine genormte Filterpresse in einer bestimmten Zeiteinheit (30 Minuten) bei einem bestimmten vorgegebenen Druck (7 kg/cm2) hindurchläuft. Je geringer diese hindurchlaufende Wassermenge ist, um so besser ist die Beständigkeit der Bohrspülung. Die Prüfung wird bei Raumtemperatur durchgeführt. Bei den nachfolgenden Vergleichsbeispielen wurde als Mischpolymerisat A gemäß der Erfindung ein Mischpolymerisat vom K-Wert 89,2 aus 50 Gewichtsteilen Vinylsulfonsäure und 50 Gewichtsteilen N-Vinyl-N-methylacetamid eingesetzt. Beispiel 1 Süßwasser-Tonspülung mit einem Gehalt an 6 Gewichtsprozent Bentonit und 1 Gewichtsprozent io Schutzkolloid.

Schutzkolloid Wasserverlust

I cm3

Mischpolymerisat A . . . . . . . . . . . . . 7,5

B) Poly-N-vinyl-N-methylacetamid 14,0

C) Poly-acrylamid/Acrylsäure .... 7,5

Beispiel 2 Tonspülung, enthaltend 6,0 Gewichtsprozent Bentonit, 0,7 Gewichtsprozent Calciumchlorid und 1 Gewichtsprozent Schutzkolloid.

Schutzkolloid Wasserverlust

cm3

Mischpolymerisat A . . . . . . . . . . . . 9,5

B) Poly-N-vinyl-N-methylacetamid 13,8

C) Poly-acrylamid/Acrylsäure .... 17,0

Die Ergebnisse der vergleichenden Prüfungen zeigen deutlich, daß die mit dem Mischpolymerisat A gemäß der vorliegenden Erfindung als Schutzkolloid hergestellten Tonspülungen eine wesentlich bessere Beständigkeit gegenüber Erdalkalisalzen besitzen.

Claims

Patentansprüche: 1. Wasserbasische Tonspülung mit Schutzkolloiden auf Basis polymerer N-Vinylcarbonsäureamide, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonspülung als Schutzkolloide Mischpolymerisate aus Vinylsulfonsäure und N-Vinylcarbonsäureamiden enthalten.
2. Wasserbasische Tonspülung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mischpolymerisaten die monomeren Vinylsulfonsäure und N-Vinylcarbonsäureamide in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1 :4 bis 4: 1 vorliegen.
3. Wasserbasische Tonspülung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischpolymerisate als weitere Komponente eine polymerisierbare anionaktive Vinylverbindung enthalten.
4. Wasserbasische Tonspülung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkolloide als weitere anionische Komponente Acrylsäure, Methacrylsäure und/oder Vinylphosphonsäure in einer Menge von maximal 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der anderen Monomere, enthalten.