191465. lajstromszámú szabadalom • Fúróiszap és eljárás nem állékony anyagos kőzetek stabilitásának fokozására
I 191 465 2 A találmány nem állékony agyagos kőzetek stabilizálására, valamint az ehhez szükséges fúróiszapra vonatkozik. Ismeretes, hogy bizonyos lithológiai és földtani viszonyok között az agyagos kőzetekben mélyített fúrólyukakban az állékonyság hiánya okoz komoly problémákat. Az átfúrt nagy agyagtartalmú kőzetek megduzzadnak és ez a folyamat a lyuk méretének jelentős csökkenését eredményezi, így végső soron szerszámszorulást és ezzel súlyos üzemzavarokat okozhat, A duzzadás kevésbe agyagos kőzetek esetén viszont a szilárdság csökkenése következtében — a lyukfal megbomlását, az agyagos kőzetek apró lemezek alakjában való szétesését és ezáltal a fal omlását eredményezheti, kavernaképzó'dés léphet fel és ezek következményeként a fúrószerszámra hulló nagyobb mennyiségű törmelék következtében a szerszámok megszorulása ugyancsak bekövetkezhet. A gyakorlat azt mutatta, hogy ezeknek a problémáknak a megelőzésére az általánosan használt fúróiszapok nem felelnek meg (J. L. Kennedy, Oil and Gas J, 1972. május 29., 42-49. oldal). Ezek a vizes közegű iszapok ugyanis nem képesek az agyagos kőzetek duzzadását és vízfelvételét meggátolni, tehát a fentiekben ismertetett káros folyamatok bekövetkezését sem. Az említett nehézségek megszüntetésére igen sok próbálkozás történt már, különböző adalékok felhasználásával. Így ismert az irodalomból, hogy a káliumionnak az agyagásványokkal szemben kitüntetett szerepe van, ami azon alapszik, hogy a káliumion rendkívül könnyen be tud az agyagásványok kristályszerkezetébe épülni (R. E. Grim: Clay Mineralogy. McGraw-Hill Publishing CO. LTl). 1968, E. Hottman and R. K. Johnson: Journal of Petr. Techn. 1965., 717-721. o.). Ez a beépülés az agyagásványoknál - a szakirodalomban részletesen ismertetett hatások révén - szilárdságnövekedést eredményez. Ez a hatás főként a különböző szmektitek és illitkevertrácsú agyagásványok esetében érvényesül. Emellett azonban a káliumion az agyagos iszapok fizikai paramétereit lerontja, ugyanis az öbiítőiszapot alkotó agyagásványokba is beépül, ezáltal csökkenti az agyag viszkozitását, növeli a vízleadást, tönkreteszi a kolloid tulajdonságokat, tehát konzisztenciája erősen romlik és nem alkalmas arra. hogy a fúrás folyamán eredményesen használják, ezért eddigelé iszapadalékként nem igen jöhetett számításba, sőt káros hatása miatt alkalmazását kerülték is. Másik szempontból viszont szilárdságot növelő Itatása miatt az agyagos kőzetek állékonyságával kapcsolatos problémák leküzdéséhez a káliumion jelenlétére szükség lett volna (T. C. Mondshine, Oil and Gas J. 1974. április 22., 120-130. o.). Kísérletek történtek arra vonatkozóan, hogy milyen összetételben lehet a küliumion-tartalmú kompozíciókat eredményesen felhasználni. Az irodalomban található is több adat arra vonatkozóan, hogy káliumot tartalmazó öblítőiszapokat már állítottak elő. így például ..K-plus néven ismeretes egy iszaprendszer (Báróid Petroleum Services: Manuel of drilling fluid technology. Volume IL Section II.), melynek azonban az a hátránya, hogy a megfelelő stabilitás biztosításához speciális adalékokra van szükség. Ilyen különleges additívok például a „K-lig" és a ..K-flo", melyek közül az első egy bonyolult ligninszármazék, a második egy speciális nem-ionos, nagy molekulasúlyéi tenzidféleség. Ezeknek az anyagoknak az előállítása nehézkes, bonyolult, költséges és az elért hatás nem áll arányban az anyag magas árával. Ez az oka annak, hogy az ilyen folyadékok elterjedése korlátozott maradt. Célunk az volt, hogy olyan öblítőiszapot készítsünk, mely a megkövetelt hatásokat biztosítja és emellett a felhasznált anyagok sem nem különleges, sem nem drága vegyületek. Munkánk során bebizonyosodott, hogy a nagy költséggel előállítható speciális adalékokra, a kőzetre gyakorolt stabilizáló hatás eléréséhez, nincs is szükség. Kísérleteink azt mutatták, hogy amennyiben az agyagiszaphoz vágj' még célszerűbben a fúrási „F” beníonitbói készített szuszpenzióhoz a fúrási gyakorlatban önmagában ismert kálium-kloridon és huminsavféleségek káliumsóin kívül szükség szerint nátrium-, ill. kalciumtartalmú szervetlen elektrolitokat használunk, úgy a fúróiszapoktól megkövetelt összes hatást biztosítani tudjuk. Az általunk kidolgozott fúróiszap 25—35 kg/m3 bentonitot. 40-100 kg/m3 kálium-humátot, 20-80 kg/m3 kálium-kloridot, 2-8 kg/m3 kalcium-hidroxidot és/vagy 1-4 kg/m3 nátrium-hidroxidot, valamint adott esetben 1—10 kg/m3 természetes vagy szintetikus polimert és szükség szerint nehezítő anyagot tartalmaz. Ennek a folyadéknak kiváló Teológiai tulajdonságain kívül még az is az előnye, hogy minden kőzettípushoz, tehát fúrási helyhez, egyszerű vizsgálat és a Debye-Hückel aktivitási elmélet segítségével meg lehet adni azt az összetételt, mely a legjobb eredményt adja a fúrás folyamán. Az említett vizsgálat lényegében diszperziós meghatá:ozás, melyhez felhasználható a furadék-(kőzettörme!ck)-mínta, vagy egy megelőző fúrás azonos szakaszából származó magfúrás kőzetanyaga, melyből az 1—2 mm-es darabokat használjuk fel, ezekből 12-12 g-ot adunk 200-200 ml 2—10 tömeg% — 2 %-onként változó — koncentrációjú olyan kálium-klorid oldathoz, mely legfeljebb 0,005 kg/kg Ca++ és/vagy Na+ iont tartalmaz. Az így elkészített szuszpenziót légmenetesen zárható, nyomásálló edényekbe töltjük, majd ezeket lezárva a zuszpendált kőzetmintát 80 °C hőmérsékleten 16 órán keresztül forgatjuk. Ezt követően a mintát lehűtjük, majd az egész anyagot 1,00 mm, 0,20 mm és 0,09 mm lyukböségű szitán átszitáljuk. Az egyes szitákon fennmaradó kőzetet külön-külön 105 °C hőmérsékleten súlyidlandóságig szárítjuk, majd mennyiségét súlyméréssel határozzuk meg. Legjobbnak az az összetétel minősül, amelynek használata után az 1 mm lyukböségű szitán marad a legtöbb, nem diszpergálódott vizsgálati anyag. További kísérleteink azt mutatták, hogy a növekvő ionkoncentrációval a felső szitán (1,0 mm lyukböségű) maradó kőzet mennyisége egy ideig növekszik, majd ez ; növekedés megszűnik. Természetesen az iszapkészítéshez azt az ionössze- 1 ételt használjuk, melynél a nem diszpergálódó kőzet mennyisége a legnagyobb. Az általunk előállított fúróiszappal nem állékony kőzetekben zavartalan fúrási műveletek végezhetők. A kőzetek duzzadása és az ebből következő fúrólyukméret csökkenés az omlás és a kavernásodás megelőz- 1 ető, mivel az átfúrt kőzetek szilárdsága megnövekszik a környezetükben kialakuló ionegyensúly következtében. A találmány szerinti iszap hasznos és eredményes felhasználását úgynevezett „kettős viszkozitása is bizto-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
