202571. lajstromszámú szabadalom • Hőtűrő öblítőfolyadék mélyfúrási célra
1 HU 202 571 B 2 A találmány mélyfúrási célra alkalmazható, bentonittartalmú, vizes közegű öblítőfolyadékokra vonatkozik. Az alkalmazott öblítőfolyadék-technológia fejlesztésének egyik legfontosabb feladata a hőstabilitás növelése. A nagymélységű fúrásokban a lyuktalp-hőmérséklet elérheti - vagy meghaladhatja - az 500 K-t, s ilyen szélsőséges viszonyok mellett is biztosítani kell az öblítőfolyadék alapvető paramétereinek stabilitását, s ezen keresztül a hatékony és biztonságos lyukmélyítés feltételeit. A nagy hőmérsékletű fúrások különleges típusát képviselik a geotermikus energia feltárására szolgáló kutak, amelyekben a rendkívül magas hőmérséklet (575— 585 K) már viszonylag kis mélységnél jelentkezik. Az alkalmazott vizes közegű öblítőfolyadék hőstabilitását alapvetően a funkcionális agyagásvány, valamint a különböző - szerves és szervetlen - adalékanyagok minősége és koncentrációja határozza meg. A megfelelő adalékanyag-kombinációk és a kémiai közeg megválasztásával olyan öblítőfolyadékok állíthatók elő, melyeket az összes előforduló fúrási hőmérsékleten sikerrel lehet alkalmazni, vagyis használatukkal a teljes hőmérséklet-intervallumon belül eredményesen lehet dolgozni. Mint ismeretes, a vizes közegű öblítőfolyadékok alkalmazásának a korlátozott hőtűrőképesség szab határt, ennek a hátránynak egyrészt- a bentonit magas hőmérsékleten bekövetkező termikus koagulációja (ugrásszerű viszkozitásnövekedés), másrészt- a vízleadást szabályozó polimerek (pl. karboxi-metil-cellulóz) és egyéb adalékok hőbomlása az oka. Ezért van az, hogy a hagyományosnak tekinthető gipszbázisú öblítőfolyadék gazdaságosan csak addig alkalmazható, amíg a dinamikus lyuktalpi hőmérséklet nem haladja meg a 445-455 K-t. Ezt a tapasztalatot erősítik meg Skelly és Kjellstrand vizsgálatainak eredményei, amelyek szerint a leggyakrabban alkalmazott ferro-króm-lignoszulfonátok hőbomlása kb. 440-450 K-nél kezdődik (Skelly W. G. és Kjellstrand J. A.: The Thermal Degradation of Modified Lignosulfonates in Drilling Mud, paper no. 926-11- C presented at Spring Meeting of the Southern District, Division of Production, American Petroleum Institute, Houston, 1966. marc. 2-4.). 455 K feletti hőmérsékletnél az anyagfelhasználás már exponenciálisan növekszik, és így ezeknek a folyadékoknak az alkalmazása nem gazdaságos. A hőmérséklet-érzékenységen túlmenően külön problémát jelent a Teológiai és filtrációs jellemzők szabályozása abban az esetben, ha az öblítőfolyadék sűrűsége, és így szilárdanyag-tartalma nagy. Kétségtelenül jelentős előrelépésként könyvelhető el a „gyantajellegű” adalékok (szulfonált humát és szulfonált fenol-novolak gyanta keverékei, pl. Resinex, Durenex, Poly Rx. stb.) vízleadáscsökkentőként való felhasználása, ezen anyagok ugyanis hőstabilabbak a cellulóz alapú polimereknél (kb. 20-50 K-el), ugyanakkor lényegében - szemben pl. a karboxi-metil-cellulózzal - nem befolyásolják a Teológiai tulajdonságokat. Ezt pl. a Resinex-szel kapott hazai adatok is egyértelműen alátámasztják. Ezzel az anyaggal kezelt gipszbázisú öblítőfolyadék hőtűrőképessége is csak kb. 470- 480 K-re emelhető (reálisan ez az elérhető legnagyobb dinamikus hőmérsékletnek felel meg). Az említett adalékanyagok a ferro-króm-lignoszulfonáttal együtt alkalmazva szinergetikus kölcsönhatás következtében különösen hatékonyak. A Teológiai tulajdonságok szabályozása - magas hőmérsékleten történő stabilizálása - esetében valószínű, hogy a kémiailag hasonló felépítésű vízleadáscsökkentők gátolják a ferro-króm-lignoszulfonát deszorpcióját az agyagásványok felületéről. Ez a folyamat pedig a növekvő hőmérséklettel bekövetkező termikus koaguláció egyik alapvető oka. A legújabb kutatási eredmények azt mutatták - amit az üzemi tapasztalatok is alátámasztanak -, hogy a megfelelő, alacsony molekulatömegű polielektrolitok (pl. a szulfonált sztirol maleinsavanhidrid kopolimer), amelyek erőteljes deflokkuláló hatást fejtenek ki, igen magas hőmérsékleten is (530-740 K), lehetővé teszik a bentonit alapú öblítőfolyadékok alkalmazását. [Chesser B. G.-Enright D. P.: High Temperature Stabilization of Drilling Fluids With a Low Molecular Weight Copolymer. SPE 8224 (1979)]. Ennek ellenére a gazdaságosan alkalmazható hőstabil vizes közegű öblítőfolyadékok előállításához még a bentonitot is célszerű nagyobb hőtűrőképességű adalékkal helyettesíteni. Ilyen adalékként kitűnően alkalmazható agyagásvány a szepiolit, amely a hő és az elektrolit hatására egyaránt érzéketlen, ami annyit jelent, hogy a szepiolitszuszpenzió viszkozitása egyrészt a hőkezelés hatására gyakorlatilag nem változik, másrészt telített sós vízben is hatékony. Hátrányai között kell azonban megemlíteni, hogy viszonylag nagy nyúóerű szükséges a diszpergálásához és szuszpenzióba viteléhez, ezen felül a vízleadása is nagy (80-130 cm3). Ennek az agyagásványnak a szerkezetéből és tulajdonságaiból adódik, hogy célszerű a polimer-típusú vízleadáscsökkentők alkalmazása a víztartóképesség szabályozására. Legfeljebb 25 kg/m3 mennyiségű bentonit hozzáadásával a vízleadás jelentősen javítható, anélkül, hogy ez az adalék a rendszer hőérzékenységét számottevően befolyásolná. Ezzel a megoldással a nempolimer jellegű anyagokkal is megfelelő hatékonyság biztosítható. A 174 954 sz. magyar szabadalom szerint előállított szulfometilezett humát az agyagásvány-szuszpenziók - adott esetben elektrolitokkal szennyezett változataik - stabilizálására szolgál. Következésképpen gátolja a viszkozitás (reológiai jellemzők) és vízleadás növekedését nagy hőmérsékleten is. Ennek alapja az új, hatékony anyagnak erőteljes adszorpciója az agyagásvány részecskéken. Ugyanakkor a szintetikus és természetes polimerek a vízleadás csökkentését segítik elő azáltal, hogy nagy molekulatömegük és méretük révén képesek az agyagásvány részecskék közötti teret kitölteni. Hatásuk nagy hőmérsékleten (400-430 K felett) azonban csökken a termikus degradáció, a polimer lánc felszakadása, molekulatömeg csökkenés miatt. A polimerek éppen a nagy molekulatömeg miatt - a szulfometilezett humáttal ellentétben - a viszkozitást növelik. Következésképpen a polimer degradációjakor a vízleadás növekszik, s ugyanakkor a viszkozitás csökken. A 3 956 140 sz. amerikai szabadalmi leírásban a szulfonált humátok hőstabilitásának növelését írják le kondenzált fenolszármazékok és más, hasonló kémiai felépítésű (többnyire fenolos hidroxilcsoportot tartalmazó), vízoldható anyagokkal. így az agyagásványszuszpenziók hőstabilitása megnövelhető. Ennél a megoldásnál a termikus degradáció tartományában ká-5 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
