191229. lajstromszámú szabadalom • Nem diszperzív öblítőfolyadék mélyfúrási célokra
1 191 229 A találmány javított tulajdonságokkal rendelkező nemdiszperzív öblítőfolyadékokra vonatkozik, amelyek elsősorban mélyfúrási célokra használhatók fel. A szénhidrogénkincs feltárására irányuló fúrások — különösen a lemélyítés — során a legsúlyosabb problémákat a lyukfal instabilitása okozza. A fúrás során harántolt — döntően agyagásványokat tartalmazó — kőzetrétegek fizikai tulajdonságai a fúrási folyadékok (oldatok vagy szuszpenziók) hatására drasztikusan megváltoznak, ami a kőzet bomlásához, duzzadásához és/vagy diszpergálódásához vezethet. Ez számos olyan eredményt (például a lyukfal minőségének romlását, a lyukátrnérő csökkenését, a fúrószerszám megszorulását stb.) okozhat, amelyek rontják a fúrás hatékonyságát és megnehezítik — sőt szélsőséges esetekben lehetetlenné teszik — a szénhidrogén kitermelését. A korábbi kutatások során már megállapították, hogy a kőzetréteg fizikai tulajdonságainak változásaiban döntő szerepe van a kőzetréteggel érintkező folyadékfázis összetételének. Felismerték, hogy a folyadékfázisban levő kalciumionok jelentősen gátolják az agyagásványok duzzadását és/vagy diszpergálódását, és ez a hatás tovább fokozható, ha a folyadékfázisban különböző elektrolitokat — elsősorban káliumsókat — is oldanak. E felismerés alapján a fúrási öblítőfolyadékokként használt vizes agyagásvány-szuszpenziókhoz (elsősorban vizes bentonitszuszpenziókhoz) adalékanyagként kalcium-oxidot és/vagy kalcium-hidroxidot adtak, esetenként egyéb elektrolitokkal együtt. Figyelembe véve azonban, hogy a kalcium-oxid, illetve a kalcium-hidroxid koaguláltatja az agyagásvány-szuszpenziót, a szuszpenzióhoz egyúttal a koagulálódást gátló diszpergálószereket is kell adni. Az erre a célra eddig felhasznált diszpergálószerek — például a ferrokrómlignoszulfonát — azonban csak nátriumhidroxid jelenlétében fejtenek ki megfelelő deflokkuláló hatást. A szuszpenzióhoz adott, vízben jól oldódó nátrium-hidroxid hatására megnő a vizes fázis pH-ja, visszaszorul a kalcium-hidroxid oldhatósága, így csökken a folyadékfázis kalcium-ion koncentrációja. Ez a változás rontja az öblítőfolyadék duzzadást és/vagy diszpergálódást gátló hatását; hasonló hatás romlást idéz elő a szuszpenzióhoz adott deflokkulálószer (például ferrokrómlignoszulfonát) is. Ismeretes az 1 464 053 sz. brit és a 175 426 sz. magyar szabadalmi leírásokból az is, hogy deflokkulálószerként kis molekulatömegű poliszacharidot is lehet alkalmazni, azzal a feltétellel, hogy a folyadékfázis kalciumion-tartalmát 200 mg/dm3 alatt kell tartani. Ezeknek az adalékoknak a használata ilyen formán azonban például a gipszbázisú öblítőfolyadékok esetében (800 mg/dm3) nem jöhet szóba. Hátránya még az eljárásnak, hogy toxikus kromátokat is hasznának a folyadékokhoz. Viszkozításcsökkentőként is szoktak szerves króm-komplexeket használni nátrium-hidroxiddal kezelt agyagszuszpenziókban (1 929 968 sz. Német Szövetségi Köztársaság-beli szabadalmi leírás). Ennek a megoldásnak az a hátránya, a fentebb említett mérgező hatás mellett, hogy nagy pH-érték esetén a komplex nem stabil és így hidrolízis folytán már a kívánt eredményt nem biztosítja. Az ismert összetételű, agyagásványt, kalcium-hidroxidot, deflokkulálószert, nátrium-hidroxidot és esetenként elektrolitot is tartalmazó öblítőfolyadékokról, azok alkalmazási lehetőségeiről és felhasználásuk korlátáiról részletes áttekintést adnak többek között a következő közlemények: „Drilling Fluid Engineering Manual (Dresser Industrial — Magcobar Division (1968)); Goins, W.C.: „A study of lime-mud systems , Oil and Gas Journal 48, 87—92 (1950); Van Dyke, O.W., Hermes, 5 L.M.: „The chemicals used in lime-treated muds , Industrial and Engineering Chemistry 42, 158—161 (1950). Célul tűztük ki, hogy az agyagásványt és kalciumoxidot és/vagy kalcium-hidroxidot tartalmazó fúrási öblítőfolyadékban olyan anyagokkal gátoljuk az agyagás- 10 vány koagulálódását, amelyek deflokkuláló hatásukat anélkül fejtik ki, hogy egyúttal rontanák az öblítőfolyadék duzzadást és/vagy diszpergálódást gátló hatását, sőt esetenként a duzzadást és/vagy diszpergálódást gátló hatás fokozódását eredményezik. 15 Azt tapasztaltuk, hogy ezek a célok maradéktalanul elérhetők, ha az agyagásványt és kalcium-oxidot és/vagy kalcium-hidroxidot tartalmazó fúrási öblítőfolyadékokhoz deflukkuláns adalékként földalkálifém-glükonátot, célszerűen kalcium-glükonátot adunk. További kísérle- 20 teink azt mutatták, hogy a földalkálifém-glükonátokon kívül a dextrin adalék is képes a deflokkuláló hatást kifejteni. Tapasztalataink szerint a földalkálifém-glükonátok és a dextrin — az eddig alkalmazott deflokkulálószerek- 25 kel ellentétben — nem segítik elő az agyagásványok duzzadását és diszpergálódását. A földalkálifém-glükonátok — szemben az ismert deflokkulálószerekkel — nátrium-hidroxid távollétében is eredményesen gátolják az öblítőfolyadékban levő agyagásványok koagulálódását, így 30 a nátrium-hidroxid felhasználásával kapcsolatos hátrányok elmaradnak. Amennyiben földalkálifém-glükonátként kalcium-glükonátot használunk fel, járulékos előnyként jelentősen megnő a folyadékfázis kalciumion koncentrációja, így a duzzadást és diszpergálódást gátló ha- 35 tás tovább fokozódik. A találmány tehát 20-100 kg/m3 agyagásványt, valamint 2—30 kg/m3 kalcium-oxidot és/vagy kalcium-hidroxidot tartalmazó, elsősorban mélyfúrási célokra felhasználható nemdiszperzív öblítőfolyadékokra vonatko- 40 zik. A találmány szerinti öblítőfolyadékokat az jellemzi, hogy földalkálifém-glükonátot vagy dextrint is tartalmaznak összesen 2—30 kg/m3 mennyiségben. A találmány szerinti öblítőfolyadékok föl dalkáli fém-glükonátként kalcium- vagy magnézium-glükonátot tar- 45 talmazhatnak adott esetben keverék formájában. Miként már említettük, kiemelkedően előnyösek a kalcium-glükonátot tartalmazó öblítő folyadékok. A földalkálifém-glükonátok mennyisége célszerűen 5—15 kg/m3 lehet. A találmány szerinti öblítőfolyadékok agyagásvány- 50 ként az ismert öblítőfolyadékokban szokásosan felhasznált agyagásványokat, például bentonitot, szepiolitot, attapulgitot, paligorszkitot stb. tartalmazhatják adott esetben keverékek formájában. Agyagásványként leggyakrabban bentonitot használunk fel. Az agyagásvány 55 mennyisége célszerűen 30—60 kg/m3 lehet. A találmány szerinti öblítőfolyadékok — az ismert összetételű öblítőfolyadékokhoz hasonlóan — célszerűen 6—15 kg/m3 kalcium-oxidot és/vagy kalcium-hidroxidot tartalmazhatnak. 60 Kívánt esetben az öblítőfolyadékokhoz egy vagy több elektrolitot is adhatunk. Elektrolitokként célszerűen vízben tökéletesen disszociáló kálium-vegyületeket, például kálium-kloridot vagy kálium-hidroxidot használhatunk fel, legfeljebb 120 kg/m3, előnyösen legfeljebb 70 kg/m3 65 mennyiségben. Miként ismert (Mondshine, T.C.: Oil and 2
