203125. lajstromszámú szabadalom • Agyagásványok diszpergálódását gátló bentonit alapú öblítőfolyadékok mélyfúrási célokra
1 HU 203 125 B 2 A találmány az agyagásványok diszpergálódását gátló, mélyfúrásoknál alkalmazható bentonit alapú, szerves adalékot tartalmazó öblítófolyadékokra vonatkozik. A szénhidrogén lelőhelyek, valamint a szilárdásvány-források felkutatására és feltárására irányuló mélyfúrási tevékenység egyik legfontosabb tényezője az alkalmazott öblítőfolyadék. Gazdaságossági okokból leggyakrabban bentonit alapú kompozíciókat alkalmaznak, mivel a bentonit agyagásvány biztosítja a kívánt Teológiai tulajdonságokat (viszkozitás, tixotrópia), s egyúttal a vízleadás (a folyadékkiszűrődés) szabályozására is alkalmas. A fúrás során azonban jelentős mennyiségű szilárdanyag - főleg agyagásvány-féleség - kerül az öblítőfolyadékba, ahol felaprózódik, hidratálódik, s nemkívánatos módon megnöveli a viszkozitást. Ennek a hatásnak az ellensúlyozására erőteljes diszpergálószereket (polifoszfátok, ferro-króm-lignoszulfonát stb.) alkalmaznak (Gray, G.R. és munkatársai: Composition and properties of oilwell drilling fluids, Gulf Publishing Co., 1980). Az agyagásványok hiratációja és duzzadása azonban a lyukfalat alkotó kőzetekben is bekövetkezik, így az adott kőzetréteg fizikai stabilitását elvesztíti és a ránehezedő kőzet nyomásának hatására képlékeny anyagtömegként a fúrólyukba préselődik vagy néhány mm-es darabkákra szétesve (diszpergálódva) nagy tömegben a fúrólyukba hullik. Mindkét említett esetben hosszadalmas, költséges és bizonytalan kimenetelű felszámolási műveletet kell végezni. Különösen nagy veszélyt jelent ez a probléma az ún. folyamatos magfúrással mélyülő fúrásoknál, ahol a technológia jellege miatt rendkívül nagy - esetenként több hónap - a kontaktus-idő a hidratálódásra hajlamos réteg és az öblítőfolyadék között. A lyukfal instabilitásának oka az agyagásványok vízfelvétele. Ez a folyamat létrejöhet felületi vagy ozmotikus hidratáció útján (CHENEVERT, M.E.: Shale alteration by water adsorption, Journal of Petroleum Technology, 1970 szeptember, 1141-1148.). Kis mélységeknél elsősorban a felületi, nagyobb mélységeknél (2000 m) inkább az ozmotikus hidratáció a domináns. A fellépő problémáknak a megoldására főként szerves és szervetlen káliumvegyületeket alkalmaznak, mert a káliumion specifikusan adszorbeálódik az agyagásványokon és így rendkívüli mértékben gátolja azok hidratálódását, illetve duzzadását (O’BRIEN, D. - CHENEVERT, M.: Stabilizing sensitive shales with inhibited potassium-based drilling fluids, Journal of Petroleum Technology, 1973 szeptember, 1089-1100.). A gyakorlatban alkalmazott kompozíciók közül a kálium-humát és a KC1, valamint a részlegesen hidrolizált poliakrilamid és KC1 alapú rendszereket kell megemlíteni (Clark, R. Be. és munkatársai: Polyacrylamide (Potassium-chloride mud for drilling water sensitive shales, Journal of Petroleum Technology, 1976 június, 719-727.). A káliumion-tartalmú öblítőfolyadékoknak megvan azonban az a hátrányuk, hogy Teológiai tulajdonságaikat rendkívül nehéz szabályozni és kezelésük nagy technikai felkészültséget igényel. Ismeretes a szakirodalomból az is, hogy a káliumionokhoz hasonlóan az ammóniumionok is alkalmasak az agyagásványok stabilizálására, hidratációjuk viszszaszorítására. Segítségükkel kompakt, kevéssé diszpergáló forma alakítható ki. Természetesen az ammóniumsók is - mint bármely elektrolit - elősegítik az agyagásvány-szuszpenziók koagulálódását. Az volt a célunk, hogy ezt a folyamatot az öblítőfolyadékoknál kiküszöböljük. Munkánk során arra a megállapításra jutottunk, hogy bentonit alapú öblítőfolyadékok ammónium-lignoszulfonát típusú adalékok esetében biztosítják az agyagásvány szuszpenziók stabilitását. A találmány olyan bentonit alapú öblítőfolyadékra vonatkozik, amely 2-40 kg/m3 - célszerűen 2-25 kg/m3 - ammónium-lignoszulfonátot és/vagy módosított lignoszulfonátok ammmóniumsóját és/vagy 2-40 kg/m3 lignoszulfonát és fenol/novolak-gyanta formaldehiddel készített kondenzátumának ammóniumsóját, továbbá adott esetben még segédanyagként 1-40 kg/m3, célszerűen 10-25 kg/m3 kálium- és/vagy ammónium-humátot, illetve 0,1-20 kg/m3 poliszacharid-származékot (pl. karboxi-metil-cellulózt, karboxi-metil-keményítőt stb.) és/vagy 0,01-0,2 kg/m3 poliakrilátot vagy részlegesen hidrolizált poli(akril-amid)-ot tartalmaz. Laboratóriumi vizsgálatok során megállapítottuk, hogy az NH4-lignoszulfonát vizes szuszpenzióban az NH4+-ionok révén kiemelkedő mértékben képes az agyagásványok stabilitását megnövelni és diszpergálódásukat gátolni. Az agyagásvány részecskéken specifikusan adszorbeálódó NH4+-ionok mellett az elektrosztatikusán kötődő lignoszulfonát-anionok (polielektrolitok) a stabilitást tovább növelik, s egyúttal csökkentik a részecskék közötti kölcsönhatást, azaz szabályozzák a Teológiai tulajdonságokat. A rendszer diszperzitásfokának növelésével ily módon a vízleadás is csökken, különösen a fúrólyukra jellemző dinamikus körülmények között. Módosított lignoszulfonátként a különböző oxidálószerekkel (hidrogén-peroxid, hipoklorit, peroxidiszulfát, permanganát stb.) kezelt lignoszulfonátokat, illetve a lignoszulfonát és szulfonált fenol/novolak-gyanta vagy fenolszulfonsav formaldehiddel kondenzált termékeit jelöljük meg. Ily módon az anionos csoportok számának, valamint a molekulatömegnek a növelésével a rendszerbe vihető NH+4-ionok mennyisége előnyösen növekszik, s a polielektrolit molekula adszorpciós jellemzői is javulnak. Régebbi kutatások kapcsán kimutattuk, hogy szinergetikus kölcsönhatás lép fel a lignoszulfonát és a humát alapú adalékanyagok között (Dormán J.-Hingl J.: Geotermikus fúrások lemélyítésének öblítőfolyadék technológiai problémái, Földtani Kutatás, 1981 április, 3-10.). Jelenlegi kísérleteink azt mutatták, hogy ez a hatás az ammónium-lignoszulfonát esetében is fellép. Előnyös ezért a lignoszulfonátok ammóniumsóit ammónium- vagy adott esetben kálium-humáttal együtt alkalmazni. Amennyiben szükség van a vízleadás továb5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
