187343. lajstromszámú szabadalom • Hidroxialumínium-alapú, szilárd anyagmentes kompozíciók mélyfúrási célokra
1 187 343 2 A találmány javított tulajdonságokkal rendelkező, hidroxialumínium-alapú, szilárd anyagot nem tartalmazó kompozíciókra vonatkozik, amelyek elsősorban mélyfúrási célokra használhatók fel. A szénhidrogén-kutatásban alkalmazott fúrási folyadékokkal szemben egyre több, gyakran egymásnak ellentmondó követelményt támasztanak. A fúrási folyadékoknak a hagyományos funkció-, kon (furadéíc-kiszállítás, lyukegyensúly biztosítása, iszapelegy képzése, a fúró hűtése és kenése stb.) kívül lehetővé kell tenniük a fúrási sebesség növelését, biztosítaniuk kel! a lyukfal stabilitását, és - elsősorban magas hőmérsékleteken végzett műveletek esetén - megfelelő hőtűrőképességgel kell rendelkezniük. Mind nagyobb jelentőséget kell azonban tulajdonítani a produktív (szénhidrogént tároló) rétegek védelmének, az eredeti tárolóviszonyok megőrzésének is. A fúrás közben a tárolórétegekbe jutó öblítőfolyadék-kómponensek (szüredék, szilárd részecskék stb.) rontják a tárolókőzet eredeti áteresztőképességét. Különösen nagy lehet ez a káros hatás akkor, ha a tárolóréteg vízérzékeny anyagot tartalmaz, amely az öblítőfolyadék szüredékének hatására megduzzadhat, diszpergálódhat, és így elzárhatja az áramlási csatornákat és pórusokat. A tárolórétegek károsodásának megelőzése érdekében a fúrási (pl. öblítő, lyukbefejező, rétegrepesztő) folyadékokban olyan kémiai közeget kell kialakítani, amely lehetővé teszi az anyagok stabilizálását. Erre a célra igen széles körben használnak fel elektrolitokat. Az egyik legegyszerűbb és legolcsóbb ismert megoldás a nátriumklorid alkalmazása. A tapasztalatok szerint a káliumsók - köztük a káliumklorid - a megfelelő nátriumsóknál kedvezőbb eredményekkel használhatók fel, a K+-ionok ugyanis specifikusan adszorbeálódnak az agyagásványokban, és rendkívül nagy mértékben gátolják az agyagásványok duzzadását vagy diszpergálódását (Mondshine, T. C.: Oil and Gas Journal 1974. ápr. 22.) Igen jó eredmények érhetők el három- és négyértékű kationokat (így alumínium-, króm-, cirkónium- stb. ionokat) tartalmazó elektrolitokkal is (Velcy, C. D.: Journal of Petroleum Technology 1969. szept. 1111-1118. oldal). A későbbi tapasztalatok azt igazolták, hogy az alumíniumvegyületek stabilizáló hatása számottevően fokozható, ha az alumíniumsó oldatához megfelelő mennyiségű alkálifém-hidroxidot, előnyösen nátrium-hidroxidot adva gyűrűs felépítésű hidroxialumínium polikationokat alakítanak ki (Reed, M.G.: Journal of Petroleum Technology, 1972. júl., 860-864. oldal). Az anyagok stabilizálása szempontjából az ismert fúrási folyadékok közül a hidroxialumínium polikationokat tartalmazó rendszerek biztosítják a legkedvezőbb eredményeket. Hátrányt jelent azonban, hogy a hidroxialumínium polikationokat tartalmazó fúrási folyadékok Teológiai és filtrációs jellemzői nem felelnek meg a követelményeknek, ugyanis ezek a fúrási folyadékok kiszűrődést gátló anyagot nem tartalmaznak, és viszkozitásuk gyakorlatilag azonos a vízével. A hidroxialumínium polikationokat tartalmazó fúrási folyadékok Teológiai és filtrációs jellemzői javíthatók ha a folyadékokhoz vízben nem oldódó szilárd komponenseket kevernek, ez az intézkedés azonban szükségszerűen a fúrási sebesség és a fúrási teljesítmény csökkenésével jár együtt. A Teológiai és filtrációs jellemzők javítására tehát olyan anyagokat kell alkalmazni, amelyek a felhasznált mennyiségben tökéletesen oldódnak a fúrási folyadékban, és ugyanakkor nem rontják, sőt célszerűen fokozzák a hidroxialumínium polikationiok stabilizáló hatását. Kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy ha az önmagukban ismert, de fúrási célra alkalmatlan hidroxialumínium polikationokat és adott esetben vízben oldódó elektrolitokat is tartalmazó, szilárdanyagmentes fúrási folyadékokhoz meghatározott mennyiségű vízben nem oldódó nemionos poliszacharidot adunk, jelentős mértékben javíthatjuk a fúrási folyadék Teológiai jellemzőit, és a mindenkori követelményeknek megfelelően szabályozhatjuk a rendszer viztartóképességét. Azt tapasztaltuk továbbá, hogy ha a fúrási folyadékhoz meghatározott mennyiségű segédpolimert, éspedig egy vagy több vízben oldódó, hidrofil csoportokat tartalmazó vagy anionos vinil-, akril-, dikarbonsav- és/vagy cellulóz-polimert vagy -kopolimert is adunk, jelentős mértékben növelhetjük a rendszer hütőképességét, és ugyanakkor a segédpolimerek kedvezően befolyásolják a Teológiai tulajdonságokat és a víztartóképességet is. A találmány tehát mélyfúrási célokra alkalmas, szilárdanyagmentes folyékony kompozíciókra vonatkozik, amelyek alumíniumsóból és lúgosán hidrolizáló alkálifém-vegyületből kialakított, 1,5 és 5,5 közötti, előnyösen 2,5 és 4,0 közötti OH/A1 mólarányú hidroxialumínium polikationokat, valamint adott esetben az Al3+ ionok súlyára vonatkoztatva legföljebb 500 súlyrész ismert, vízben oldódó elektrolitot tartalmaznak. A találmány szerinti kompozíciókat az jellemzi, hogy a felsorolt komponenseken kívül az Al3+ ionok súlyára vonatkoztatva 1-15 súlyrész mennyiségben egy vagy több vízben oldódó nemionos poliszacharidot, célszerűen keményítőt, dextránt, hidroxi-etil-cellulózt és/vagy karboximetil-hidroxietil-cellulózt, valamint adott esetben az Al3+ ionok súlyára vonatkoztatva legföljebb 10 súlyrész mennyiségben segédpolimert, éspedig egy vagy több vízben oldódó, hidrofil csoportokat tartalmazó vagy anionos vinil-, akril-, dikarbonsav- és/vagy cellulóz-polimert vagy kopolimert tartalmaznak. A leírásban és az igénypontsorozatban a „szilárdanyagmentes” megjelölésen azt értjük, hogy a fúrási folyadék a mélyfúrási műveletekben szokásosan alkalmazott Al3+ ion-koncentrációra (általában 0,5-10 kg/m3 koncentrációra) hígított állapotban semmiféle oldhatatlan szilárd anyagot nem tartalmaz. A tárolás és a szállítás megkönnyítése érdekében a fúrási folyadékokat koncentrátumok formájában is forgalomba hozhatjuk, amelyeket közvetlenül a felhasználás előtt hígítunk vízzel a kívánt végső koncentrációra. Noha ezek a koncentrátumok esetenként tartalmazhatnak fel nem oldott szilárd komponenseket, a „szilárdanyagmentes” megjelölés ezekre a koncentrátumokra is kiterjed, mert a felhasználás előtt végzett hígítás során 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
