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Publication number: DEW0007785MA
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 1. Februar 1952 Bekanntgemacht am 5. Januar 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Bei der Durchführung von Tiefbohrungen in, der Erdölindustrie werden in Abhängigkeit von den örtlichen Verhältnissen Spülungsflüssigkeiten verschiedener Zusammensetzung, z. B. in Form von Öl- oder Emulsions- oder Wasserglas- oder Tonspülungen, angewendet, um ein Hochfördern von Gesteinsplittern: und. Bohrschmand zu erzielen, sowie außerdem noch andere Zwecke wie z. B. ein Schmieren der Sonde und der Bohrgestänge, ein Belegen und Abdichten der Sondenwand gegen Wasser und Gas, eine Verhinderung des Nachstürzens von gebrächem Gestein oder eine Erzeugung eines genügend, hohen hydrostatischen Druckes gegen Gasausbrüche zu verwirklichen.

Die am häufigsten bei Tiefbohrungen benutzte Spülungsflüssigkeit besteht aus einer Aufschlämmung von plastischem Ton in, Wasser, die entweder aus natürlichem, beim Durchteufen angetroffenem Ton und Wasser oder aber durch Zusatz hochquellfähiger Tone, wie z. B. von Bentonit oder Tixoton zu Wasser aufgebaut wird. Als kolloide Systeme werden solche Spülungsflüssigkeiten beim Durchteufen der verschiedenen Formationen unter dem Einfluß 'hinzutretender Elektrolyte verschlechtert, und unter Umständen wird ihr kolloider Zustand ganz zerstört. Um sie gegen diese Elektrolyteiriflüsse zu stabilisieren, setzt man ihnen kleinere Mengen eines Alkalisalzes der Celluloseglykolsäure mit verschiedenen Verätherungs- und Viskositätsgraden zu. Jedoch wird auch eine in dieser Weise stabilisierte normale Tonspülungsflüssigkeit, nicht allen bei Tiefbohrungen auftretenden Anforderun-

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gen gerecht, insbesondere dann nicht, wenn ihr Calciumgehalt zu stark ansteigt oder wenn hochquellfähiger, in seinem Quellvermögen durch Calciumionen herabzusetzender Ton durchteuft wird. L

Systematische Versuche haben nun zu der Erkenntnis geführt, daß sich eine praktisch allen Anforderungen genügende Spülungsflüssigkeit aus Wasser, Ton, gebranntem Kalk und einem Alkalisalz der Celluloseglykolsäure unter Einhaltung ganz bestimmter Herstellungsbedingungen, gewinnen läßt. Es hat sich gezeigt, daß ein aus diesen Bestandteilen bestehendes Bohrspülungsmittel, während eine Kalk-Tonspülungsflüssigkeit bei Zusatz eines Alkalisalzes der Celluloseglykolsäure, z. B. von celluloseglykolsaurem Natrium, nur eine verhältnismäßig geringe Verbesserung der Spülungseigenschaften aufweist, durch eine überraschende Abhängigkeit vom p_H-Wert hinsichtlich ihrer Spülungseigenschaften, gekennzeichnet ist. Wie die Versuche erwiesen haben, tritt, wenn man den p_H-Wert eines aus Ton, Kalk, Wasser und einem celluloeeglykolsauren Alkalisal'z gebildeten Spülungsflüssigkeit durch Zugabe bekannter Mittel, wie z. B. von Natronlauget erhöht, mit dem Ansteigen des p_H-Wertes zunächst eine unerwartete Verbesserung und dann nach Durchschreiten eines Optimums bei weiterer Zunahme des p_H-Wertes eine ebenso auffallende Verschlechterung der Spülungseigenschaften ein.

Das Ergebnis dieser Versuche, bei denen, die Beurteilung der Güte des Spülungsmittels in der bei der Tiefbohrtechnik üblichen Art durch Messung der Auslauf viskosität nach Marsh und des Wasseirabgabewertes oder Ringtestes in Sekunden sowie des Preßwassers in cm³ und der Filterkuchendicke in mm bei 7 atü und 30 Minuten Druckdauer vorgenommen worden ist, gibt die folgende Aufstellung wieder, welche für eine auf den Liter 5 g CaO enthaltende Kalk-Tonspülungsflüssigkeit die Abhängigkeit ihrer Eigenschaften von dem durch wachsenden Zusatz von Natronlauge veränderten p_H-Wert ohne und mit Zugabe von 1 °/o Carboxymethylcellulose'veranschaulicht:

pH-Wert	ohne CMC 9,5	mit CMC IO	mit CMC 10,8	mit CMC
Auslauf-Viskosität nach Marsh in Sekunden Wasserabgabe-Wert oder Ring-Test in Se- 55 künden Preßwasser in cm⁸ bei 7 atü während 30 Mi nuten 60 Filterkuchendicke in mm bei 7 atü wäh rend 30 Minuten. ...	34 34 87 12	34 260 20 2,0	35 1800 14 i,5	36 400 26 4,o

Wie diese Tabelle erkennen läßt, erreichen die Eigenschaften der Spülung mit Steigerung der zugefügten Menge Natronlauge ihr Optimum bei einem p_H-Wert von 10,8, d. h. von rund 11, um bei weiterer Erhöhung des p_H-Wertes wieder eine bald einsetzende, auffallende Verschlechterung zu erfahren. Diese Feststellung wird nach der Erfindung dadurch für die Gewinnung eines auch gegen Elektrolyteinflüsse einen hohen Gütegrad beständig bewahrenden Bohrspülungsmittels nutzbar gemacht, da,ß ein aus Wasser, Ton, Kalk und einem Alkalisalz der Celluloseglykolsäure gebildetes flüssiges Gemisch auf einem p_H-Wert zwischen 10 und 12, " vorzugsweise 11, eingestellt wird.
. Für diese Spülungsflüssigkeit eignen sich als Celluloseglykolate vor allem die technisch leicht zugänglichen Natriumsalze der Celluloseglykolsäure in verschiedenen Viskositätsstufen und Verätherungsgraden. Der Verätherungsgrad kann einem Nätriumgehalt vorzugsweise zwischen 3 und 10% entsprechen. Hinsichtlich der Wasserbindung zeitigen im allgemeinen die hochviskosen Typen de:r Celluloseglykolate die besten Ergebnisse, wenn auch mittel- und niedrigviskose Celluloseglykolate ohne weiteres verwendbar sind. Als besonders zweckmäßig erweist es sich, die Celluloseglykolate in der Form der technisch ungereinigten. Produkte, z. B. ein technisches celluloseglykolsaures Natrium, zu verwenden.

Vorteilhaft ist es ferner, mit' dem Kalkgehalt der Spülungsflüssigkeit nach der Erfindung nicht unter einen bestimmten Wert herunterzugehen. Wie sich gezeigt hat, steigt die Viskosität der Tonspülungsflüssigkeit mit zunehmendem Zusatz von Kalk zunächst sehr stark an, um dann, bei weiterer. Kalkzugabe auch wieder rasch abzufallen und praktisch auf die Ausgangsviskosität zurückzugehen. Die zur Klärung dieser Zusammenhänge angestelltem. Versuche haben ergeben, daß es günstig ist, der Tonspülungsflüssigkeit im allgemeinen mehr als etwa 3 bis 5 g Kalk auf den Liter zuzugeben, daß aber dabei die notwendige Kalkmemge vom Tongehalt der Spülungsflüssigkeit und der Art des zu deren Herstellung benutzten Tones abhängig ist.

Beispiel \

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. Eine Tonspülungsflüssigkeit, die einen Tongehalt von 7,9% und eine nachMarsh bestimmte Viskosität von 35 Sekunden aufweist, wird unter Rühren mit 7 g Kalk auf den Liter versetzt. Dabei ist deutlich zu bemerken, wie die Viskosität mit wachsender Kalkzugabe zunächst zunimmt und bis auf über 100 Sekunden ansteigt, um bei weiterem Kalkzu'satz wieder auf den Ausgangswert von 35 Sekunden abzusinken. Diesem flüssigen Gemisch wird nun in einer Menge von 10 g auf den Liter hochviskoses technisches celluloseglykolsaures Natrium mit einem 8% Natrium entsprechenden Verätherungsgrad zugefügt. Dabei ist hinsichtlich der Eigenschaften der Flüssigkeit, die deren Güte als Spülungsmittel bestimmen, noch keine Verbesserung zu beobachten. Wird aber die Menge der zugesetzten Natronlauge

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so weit erhöht, bis ein p_H-Wert von 10,8 erreicht ist, so ist eine deutliche und erhebliche Verbesserung der Eigenschaften der Spülungsflüssigkeit festzustellen. Wenn dagegen der pfj-Wert über dieses Maß hinaus gesteigert wird, so tritt rasch wieder eine Verschlechterung ein.

Führt man den gleichen Versuch mit der gleichen Flüssigkeit, jedoch ohne Kalkzusatz durch, so erhält man ein Spülungsmittel, dessen. Viskosität nach Marsh nicht mehr meßbar ist und das auch .'hinsichtlich der anderen für seine Güte maßgeblichen Eigenschaften als schlecht anzusprechen ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Bohrspülungsflüssigkeit, die aus Wasser, Ton, gebranntem Kalk (CaO) und einem Alkalisalz der Celluloseglykolsäure besteht und deren pH-Wert zwischen 10 und 12, vorzugsweise auf 11, eingestellt ist.
2. Bohrspülungsflüssigkeit nach Anspruch 1, deren Kalkgehalt mehr als 3 g CaO auf den Liter beträgt.
3. Bohrspülungsflüssigkeit nach Anspruch 1 und 2, bei der die verwendete Celluloseglykolsäure einen 3 bis ι ο °/o-Natrium entsprechenden Verätherungsgrad hat.
4. Bohrspülungsflüssigkeit nach Anspruch 1 bis 3, bei der als Alkalisalz der Celluloseglykolsäure ein NatriumsaJz benutzt ist.
5. Bohrspülungsflüssigkeit nach Anspruch 1 bis 4, bei der das celluloseglykolsäure Natrium in der Form eines technisch ungereinigten Produktes verwendet ist.

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