187769. lajstromszámú szabadalom • Elektrolit-oldat alapú szilárdanyagmentes fúrási folyadék
1 187769 2 A találmány elektrolitoldat-alapú szilárdanyagmentes mélyfúrási folyadékra vonatkozik, ahol az elektrolit kalciumklorid vagy kalciumbromid vizes oldata. Ismeretes, hogy a kőolajkutak fúrásához alkalmazott fúrási folyadéknak számos funkciót kell betöltenie. A korszerű technológia által támasztott követelmények között hangsúlyozott szerepet kap három tényező: — a fúrási sebesség növekedésének elősegítése, — a lyukfal stabilitásának biztosítása, — a hőtűrőképesség. Ismeretes az is, hogy az öblítőfolyadék szilárdanyagtartalmának növekedésével a fúrási sebesség drasztikusan csökken, (Lummus, J. L.: Polymer mud a new drilling concept. Petroleum Engineer, 1968. márc.). A fúrási sebesség csökkenésének kiküszöbölése céljából a különböző hidrofil polimerekkel — vinilacetát-maleinsavanhidrid kopolimer, részlegesen hidrolizált poiiakrilamid, biopolimerek, stb. - kialakított alacsony szilárdanyagtartalmú, illetve szilárdanyag mentes öblítőfolyadékokat vezették be (Donnán .1.: Kőolaj és Földgáz, 1976. jún.). Ezen öblítőfolyadékok az alacsony szilárdanyagtartalom, vagy szilárdanyagmentesség fenntartását is elősegítik azáltal, hogy gátolják a felfúrt kőzet diszpergálódását, elősegítik a kőzet eltávolítását - többnyire mechanikai úton - a rendszerből. A hazai gyakorlat eredményei azt mutatták, hogy ily módon átlagosan 20-30 %-os fúrási sebesség növekedés érhető el. Mivel azonban a szénhidrogénkutató fúrások rendszerint túlnyomásos (a hidrosztatikusnál nagyobb nyomású) rétegeket harántolnak át, szükségessé válhat a fúrási folyadék sűrűségének növelése. Erre a célra jelenleg baritot vagy mészkőlisztet - tehát szilárdanyagokat - alkalmaznak. Következésképpen az öblítőfolyadék elveszíti „alacsony szilárdanyagtartalmú” jellegét, s az ezzel járó előnyös tulajdonságokat. Az 1.448.240 lajstromszámú angol szabadalmi leírás olyan elektrolitoldat-alapú fúrási folyadékot ismertet, amely a Teológiai tulajdonságok és részben a vízleadás szabályozására dolomit-kalciumoxid-magnéziumoxid-magnéziumszulfáí kombinációt tartalmaz, tengervíz alapú elektrolitoldatban. Az így kialakuló magnéziumoxid-hidroxid gél szuszpenziója az alapfolyadék, amelyet még kálium és/vagy nátriumkloriddal is adalékolni kell. A vizlcadás szabályozására kemcnyílő-polivinilalkohoi kombinációt alkalmaznak, a keményítő kb. 28- 85 kg/m3 koncentrációban, a polivinilalkoholt kb. 5,5-28 kg/m3 koncentrációban. A keményítő csak vízoldható, ún. prezselatinált típusú lehet. Az így előállított fúrási folyadék sűrűségét vízben nem oldható nehezítőanyagokkal (pl. barit, mészkőliszt, ilmenit) növelik. A fúrási folyadékkal szemben támasztott további, igen fontos követelmény, hogy biztosítsa a fúrt lyuk falának stabilitását még vízérzékeny kőzetek átfúrásakor is (Darley H. C. H.: Laboratory investigation of borehole stability. Journal of Petroleum Technology, 1969. jit!.). Mivel a hazai fúrási gyakorlatban különösen magas réteghőmérsékletek fordulnak elő, különösen fontos, hogy az alkalmazott öblítőfolyadék nagy hőstabllitással rendelkezzen, vagyis 450 — 470 °K-on is felhasználható legyen. A találmányunk azon a felismerésen alapul, hogy fúrási folyadékok előállításakor a reológiai és filtrációs tulajdonságok magas hőmérsékleten történő szabályozására a különböző nemionos poliszacharidok keményítő, dextrán, karboximetil — hidroxietil — cellulóz (továbbiakban CMHEC) hidroxietil — cellulóz (továbbiakban HF.C), valamint bizonyos szintetikus polimerek (polivinilalkohol, polivinilpirrolidon) között szinenergetikus kölcsönhatás jön létre. A kívánt sűrűség beállítására pedig különböző, vízben jól oldódó elektrolitokat alkalmazzunk. E célra legalkalmasabbnak a kalciumkloridot (CaCI2), illetve a kalciumbromídot(CaBr2) találtuk. Az előbbivel kb. 1400 kg/ns3, az utóbbival kb. 1850 kg/m3 sűrűségű folyadékok is előállíthatok. Az elektrolit koncentrációjának változtatásával, illeltve a két elektrolit kombinált felhasználásával az 1050-1850 kg/m3 tartományban bármely kívánt sűrűség beállítható. Az egyszerű elektrolit oldat viszkozitása azonban a szükségesnél rendszerint alacsonyabb, s folyadékleadása (kiszürödes a porózus rétegekbe) rendkívül nagy. Mindkét tulajdonság hatékonyan szabályozható keményítő felhasználásával. A keményítő hőtűrőképessége viszont korlátozott s ez a tény kedvezőtlen értékben határozná meg a rendszer hőstabilitását. Két vizoldhaló és elektrolittűrő szintetikus polimer: a polivinilalkohol (továbbikban PVA), és a polivinilpirrolidon (továbbiakbn PVP) bármelyike a keményítővel együtt alkalmazva igen kedvező kölcsönhatást (szinergizmust) fejt ki. Ez az előnyös jelenség érvényesül akkor is, ha a keményítő helyett egyéb nemionos — tehát elek troli ttűrő — poliszacharid-származékot, azaz karboximetil-hidroxietil-cellulózt (CMHEC) vagy hidroxiclil-ccilulózl (HEC) alkalmazunk. Találmányunk szerinti elektrolit oldat alapú mélyfúrási folyadék az alábbi előnyökkel bír: — Ez a rendszer egyáltalán nem tartalmaz szilárdanyagot sem a szerkezetképzés (viszkozitás, tixotrópia), sem a sűrűségnövclés céljából. Ez utóbbi az elektrolit koncentrációjának növelésével valósítható meg. — Ebben a rendszerben a nemionos poliszacharidok és a többi polimer (PVA, PVP) a reológiai tulajdonságok és a vízleadás szabályozására együttesen szolgálnak. — A keményítőnek (és a többi nemionos poliszacharidnak) nem kell vízoldhatónak lennie, ugyanis a kalciumklorid/kalciumbromid pozitív oldáshője biztosítja a kezeletlen keményítő feloldását is. — A nagy elektrolitkoncentráció különösen nagyfokú hidratációt és komplexképződést is eredményez, ezért többnyire már 10-20 kg/m3 koncentrációban is elegendő a keményítő a mélyfúráshoz szükséges viszkozitás és vízleadás biztosításához. — A rendszer különleges kémiai közeget biztosít a lyukfal stabilitásának megőrzéséhez; ugyanakkor meghaladja az ismert vizesközegü fúrási folyadékok hőstabilitását. A találmányunk szerint olyan szilárdanyagmentes fúrási folyadékot készítünk, amelynek alapja a szükséges sűrűségű CaCl2, vagy CaBr2 oldat, s reológiai és filtrációs tulajdonságait a kívánalmaktól függően, 5 10 15 20 25 30 35 4C 45 50 55 60 65 2
