Traitement en cours

Veuillez attendre...

PATENTSCOPE sera indisponible durant quelques heures pour des raisons de maintenance le mardi 26.10.2021 à 12:00 PM CEST
Paramétrages

Paramétrages

Aller à Demande

1. DE000069005456 - BOHRLOCHFLÜSSIGKEIT.

Note: Texte fondé sur des processus automatiques de reconnaissance optique de caractères. Seule la version PDF a une valeur juridique

[ DE ]

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Bohrspülmittel (ein Bohrlochfluid), das in der Bohrindustrie z.B. für Öl-, Gas- und andere -Bohrungen, wie geothermische Bohrungen, verwendbar ist. Solche Bohrspülmittel dienen nicht nur zum Bohren, sondern auch zum Verrohren, Wiederaufwältigen und Abdichten der Bohrungen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Bohrspülmittel mit einer hohen Konzentration einer Mono- oder Oligosaccharid-Komponente sowie ein Bohrverfahren unter Verwendung eines solchen Bohrspülmittels.
Eine Bohrung wird niedergebracht, indem eine Bohrschneide an das untere Ende eines Bohrgestänges angebracht und in Drehung versetzt wird - entweder durch einen oberirdischen Antriebsmotor, der das obere Ende des Bohrgestänges dreht, oder durch eine am unteren Bohrgestängeende angebrachte Bohrturbine, die von einem im Bohrloch zirkulierenden Fluid angetrieben wird.
In beiden Pällen braucht man ein Bohrspülmittel, das das Bohrklein aus der Umgebung der Bohrschneide entfernt und den Bohrschlamm an die Oberfläche fransportiert, wo er abgetrennt und deponiert wird.
Die geologischen Formationen, die beim Niederbringen einer Bohrung durchstoßen werden müssen, sind hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und physikalischer Natur höchst variabel, wobei die Variationen hauptsächlich durch den Entstehungsprozeß bedingt sind. Eine wichtige Forderung an ein Bohrspülmittel ist, daß es sich so wenig wie möglich mit der zu durchstoßenden Formation umsetzt bzw. deren Stabilität so wenig wie möglich beeinflußt. In vielen Fällen kann ein sehr einfach zusammengesetztes Bohrspülmittel, z. B. eine einfache Mischung von Bentonit und Wasser, eingesetzt werden, wenn die zu durchstoßende Formation sowohl chemisch inert ist und über die gesamte Länge der Bohrung physikalisch stabil.
In vielen geographischen Gegenden enthalten die zu durchbohrenden Erd- bzw. Felsformationen jedoch "reaktive" Materialien, die wasserempfindlich sind, bzw. in Gegenwart von Wasser instabil sind, und die daher in Wasser quellen bzw. sich darin lösen. Das Ergebnis ist dann, daß das Bohrklein leicht in kleine Teilchen zerfallen kann, so daß diese von dem kreisläufig gepumpten Bohrspülmittel nur schwer und aufwendig abgetrennt werden können. Auch neigen dann die Wände des Bohrlochs, wenn dieses niedergebracht wird, zur Instabilität. Beispiele für solche Formationen umfassen Tonmineralien-enthaltende Schiefertone, die vom Quelltyp sein können, z. B. Bleichtone wie Montmorillonit, Bentonit und ähnliche Tone, und nicht quellende Arten wie Kaolinit oder Illit.
Bleichton-enthaltende Schiefertone sind besonders reaktiv und schwer zu durchbohren, aber auch nicht quellende Tonschichten können ernsthafte Probleme darstellen, insbesondere, wenn sie in der betreffenden Formation ungenügend verdichtet sind. Soll eine Formation mit einem vorstehend genannten reaktiven Material durchstoßen werden, wird üblich ein "inhibierendes" Bohrspülmittel eingesetzt. Dieses ist so zusammengesetzt, daß es das Quellen und Zerfallen der Formation bzw. des Bohrkleins wesentlich vermindert.
Bisher bestand die häufigste Lösung für dieses Problem darin, ein ölhaltiges Bohrspülmittel einzusetzen, insbesondere in Form einer Wasser-in-Öl- bzw. inversen Emulsion. Diese enthält in der Regel zwischen 50 und 90 Vol.% Öl und zwischen 10 und 50 Vol.% Wasser. So ein Bohrspülmittel besitzt gute inhibierende Eigenschaften, aber auch zwei schwerwiegende Nachteile: Die Ölphase ist sehr teuer und es schädigt die Umwelt, wenn das Bohrspülmittel bzw. der mit dem Bohrspülmittel getränkte Bohrschlamm beseitigt wird.
Bei den frühen ölhaltigen Bohrspülmitteln bestand die Ölphase aus Diesel-, Roh- bzw. Gasöl. Diese sind zwar verhältnismäßig preiswert, jedoch können sie vergleichsweise große Aromatenanteile enthalten, die sowohl für die Bedienungsmannschaft, die das Mittel einsetzt als auch für die Umwelt schädlich sind - insbesondere für das Meer, wenn das Bohrklein, das beim Bohren mit diesem Mittel resultiert, direkt in die See gepumpt wird. Zuletzt wurden daher für die ölhaltigen Bohrspülmittel Öle mit niedrigem Aromatenanteil verwendet, die oft als schwachtoxische bzw. "saubere" Öle bezeichnet werden. Dies verringert erheblich die Probleme mit der akuten Toxizität Jedoch sind auch Öle mit niedrigem Aromatengehalt für das Meer problemacisch.
Wegen des wachsenden Umweltbewußtsein kam es zu strengeren Auflagen in Bezug auf den Ölanteil, der mit dem Bohrklein im Meer entsorgt werden darf. Der Einsatz von Bohrspülmitteln, die Bohrschlamm mit einem erheblichen Ölgehalt ergeben, läßt sich daher immer schwerer rechtfertigen. Man kann natürlich das Bohrklein vor der Entsorgung in der See behandeln und den Ölanteil vermindern bzw. den Bohrschlamm für eine entsprechende Behandlung woandershin verfrachten. Beide Lösungen vergrößern jedoch für den Initiator der Bohrung die logistischen Probleme und erhöhen die Bohrkosten.
Die Erdölindustrie hat daher einen Bedarf für ein Bohrspülmittel, das die Vorzüge der ölhaltigen Mittel besitzt wobei aber keine Öle oder toxische Materialen entsorgt werden müssen.
Früher setzt man bereits verschiedene wasserhaltige inhibierende Bohrspülmittel ein, die das Quellen bzw. das Lösen der tonhaltigen Sedimentformationen möglichst klein hielten. Diese umfassen solche, die auf Salzlösungen (insbesondere von Kaliumsalzen) basieren wobei diese oft bestimmte wasserlösliche Polymere zur Steigerung der inhibierenden Wirkung enthalten. Beispielsweise lehrt die GB-PS 1 341 167 (Shell) den Einsatz von teilweise hydrolysierten Polyacrylamid-Lösungen zur Inhibierung. In jüngster Vergangenheit offenbart die US-PS 4 700 220 den Einsatz von Bohrspülmitteln, die eine wäßrige Lösung von mindestens 6 Vol.% einer wasserlöslichen Flüssigkeit enthalten, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Polyglycerin und Mischungen aus Polyglycerin mit Glycerin umfaßt, um Tonformationen zu inhibieren. In allerjüngster Zeit lehrt die US-PS 4 830 765 für diese Anwendung bei Bohrspülmitteln den Einsatz von wäßrigen Lösungen mit einem Gehalt zwischen 5 und 50 Vol.% einer wasserlöslichen Komponente, die eine Tripropylen-glycol-Basis aufweist, wobei diese zwischen ca. 5 und ca. 20 Vol.% Tripropylenglycol und zwischen ca. 95 und ca. 80 Vol.% höhere Poly(propylenglycole) enchält.
Es ist bekannt, daß Glycerin und Glycol mit Ton Komplexe bilden. Es wird daher angenommen, daß die oben angeführten Glycerin- und Poly(propylenglycol)-Moleküle, insbesondere die höheren Polymere, die Tonhydration durch bevorzugte Adsorption aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen zu den aktiven Stellen auf dem Ton minimieren.
Die GB-PS 1 406 513 betrifft ein Bohrspülmittel-Additiv, das hydrolysierte Getreide-Feststoffe umfaßt, die im wesentlichen aus Polysacchariden, hauptsächlich Hexa- und höhere Sacchariden, bestehen. Das Additiv wird als viskositätsminderndes Mittel in einem Anteil bis zu 8 lb/barrel eingesetzt, was ca. 2 - 3 Gew.%, bezogen auf das Bohrspülmittel, entspricht.
Die GB-PS 934 165 beschreibt ein Bohrspülmittel, das beim Eindringen in die Formation keine undurchdringliche Schicht an der Wandung des Bohrlochs erzeugt, sondern die Durchlässigkeit der Formation in einiger Entfernung von der Bohrlochwand vermindert. Das Mittel kann eine Komponente zur Erhöhung der Dichte desselben enthalten, die angeblich Zucker, Glycerin, Wasserglas oder Bleiacetat umfaßt.
Die EP-PS 0 171 962 betrifft hochmolekulare Gummi-Additive, die in der Lage sind, in Wasser quellende Montmorillonit- Tone gegen Durchlässigkeit in Erdformationen beim Einsatz von Bohrspülmitteln abzudichten bzw. eine wasserdichte Abdichtung bei Schlammteichen und Deponien in Kontakt mit Salzwasser zu gewährleisten.
Die EP-PS 0 079 837 bezieht sich auf die Herstellung von wäßrigen Dispersionen hochmolekularer Gummi, die unter anderem bei der Öl-Exploration eingesetzt werden können.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß eine Gruppe von ökono-mischen und leicht zugänglichen Naturstoffen bei Lösen derselben in einer wesentlichen Konzentration in wasserhaltigen Bohrspülmitteln sehr effektive Schiefertoninhibierende Eigenschaften aufweisen.
Demgemäß wird entsprechend einem ersten Aspekt der Erfindung ein wasserhaltiges Bohrspülmittel geschaffen, des - im wesentlichen frei von jeder Ölkomponente ein Kohlehydrat- Additiv enthält, das aus einem wasserlöslichen Extrakt eines natürlichen Materials mit einem hohen Anteil an Mono- und/oder Oligosacchariden besteht, wobei das Kohlehydrat- Additiv in einer Menge eingesetzt wird, daß mindestens 10 Gew.% der Mono-/Oligosaccharid-Komponente in der wäßrigen Phase des Bohrspülmittels vorliegen.
Vorzugsweise wird das Kohlehydrat-Additiv in einer Menge eingesetzt, die ausreicht, einen mindestens 16 %igen, besonders bevorzugt einen mindestens 22 %igen Gewichtsanteil der Mono-/Oligosaccharid-Komponenten in der wäßrigen Phase des Bohrspülmittels zu erzielen.
Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn das Kohlehydrat-Additiv aus einem konzentrierten wasserlöslichen Extrakt aus Zuckerrohr, Zuckerrübe oder gemälztem Getreide besteht, der den gewünschten Prozentsetz an Monosacchariden (z.B. Dextrose und Fructose) und/oder Oligosacchariden (z.B. Saccharose) aufweist. Derartige konzentrierte Extrakte enthalten ca 45 - 60 Gew.% Gesamtzucker. Es wurde gefunden, daß solche Extrakte weitere Komponenten enthalten, die dem Bohrspülmittel vorteilhafte Eigenschaften verleihen. Beispielsweise wurde gefunden, daß die Schiefertoninhibierenden Eigenschaften im Vergleich zu dem Einsatz eines Additivs auf dem Basis des reinen Mono- bzw Oligosaccharids verbessert und bei höheren Temperaturen erhalten bleiben, wenn das Kohlehydrat-Additiv zu den oben erwähnten wasserlöslichen Extrakten zählt.
Es wird vermutet, daß diese verbesserten Eigenschaften auf die Anwesenheit von höheren Oligomeren (die beispielsweise max. 6 Monosaccharid-Einheiten enthalten) in den Extrakten zurückzuführen sind, die an der Tonoberfläche im Bohrloch adsorbiert werden und dadurch das Quellen und Auflösen der Bohrlochwandung vermindern. Der wasserlösliche Extrakt sollte in einer Menge eingesetzt werden, die ausreicht, den gewünschten Prozentsatz der Mono- bzw. Oligosaccharid-Komponente zu gewährleisten. Demgemäß sollten vorzugsweise mindestens ca. 15 Gew.% Extrakt eingesetzt werden.
Der wasserlösliche Zuckerrohr- bzw. Zuckerrüben-Extrakt besteht vorzugsweise aus einem Melasse-Extrakt, wie z. B. Zuckerrohr- oder Zuckerrüben-Melasse oder kondensierten Melasse-Feststoffen ("CMS"), der als Nebenprodukt bei der Eindickung von Lösungen anfällt, die nach der weitgehenden fermentativen Entfernung von den in Melasse enthaltenen fermentierbaren Zuckern verbleiben.
Das Kohlehydrat-Additiv kann geringe Anteile an höheren Sacchariden enthalten, diese spielen aber im Vergleich zu den vorhandenen Mengen an Mono- und Oligosacchariden nur eine untergeordnete Rolle.
Das erfindungsgemäße Bohrspülmittel ist im wesentlichen frei von jeder Ölkomponente. Es ist weiterhin vorzugsweise frei von jeglicher Komponente, die £n der Lage ist, die Bohrlochwand während des Niederbringens der Bohrung zu durchdringen und die Permeabilität der Formation in einem gewissen Abstand von der Wandung zu verringern.
Der Extrakt aus gemälztem Getreide wird vorzugsweise aus gemälzter Gerste hergestellt, beispielsweise Malzextrakt, eine konzen-trierte wäßrige Lösung aus den löslichen Anteilen gemälzter Gerste.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Niederbringen einer Bohrung geschaffen, bei dem ein Bohrspülmittel gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung darstellende Bohrspülmittel verkörpert ein Schieferton-inhibierendes Bohrspülmittel mit sehr geringer Toxizität und hoher biologischer Abbaubarkeit. Es wurde gefunden, daß bei diesem Bohrspülmittel auf gebräuchliche Weise und mit den erwarteten Effekten ein oder mehrere konventionelle Bohrspülmittel-Additive zusätzlich eingesetzt werden können, bspw.:
I) viskositätssteigernde Polymere, einschließlich Xanthangummi; "polyanionische Cellulose", Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Guar-Gummi und dessen Derivate;
II) Mittel zur Reduktion des Filtratverlustes, wie z. B. Stärke und deren Derivate, niedrigviskose Carboxymethylcellulose, niedrigviskose polyanionische Cellulose, synthetische Vinylpolymere bzw. -copolymere;
III) Tone, wie z. B. Bleichtone, z. B. Bentonit. Wenn Bentonit eingesetzt wird, sollte dieser durch Anteigen mit frischem Wasser "vorhydratisiert" sein, um das Quellen und Dispergieren des Tons vor der Zugabe zum Bohrspülmittel zu ermöglichen, da die Erfindung das Quellen und die Hydration von Bentonit inhibiert;
IV) Mittel zum Regeln der Dichte, wie z. B. gemahlener Baryt, roter Hämatit, Calcit oder Dolomit;
V) anorganische Salze, wie z. B. Natrium-, Kalium-, Calciumchlorid, Calciumsulfat und pH-Einstellmittel, wie z. B. Natrium-, Kalium- oder Calciumhydroxid,
VI) Bakterizide oder Fungizide, damit das Bohrspülmittel nicht fermentiert werden kann;
VII) Demulgatoren und Mittel zur Steigerung der Schmierfähigkeit.
Das erfindungsgemäße Bohrspülmittel kann daher infolge der oben angeführten Feststoff-Komponenten (z. B. der Mittel zur Einstellung der Dichte bzw. der Tone) eine feste Phase aufweisen.
Das erfindungsgemäße Bohrspülmittel umfaßt in aller Regel ein Mittel zur Reduzierung des Filtratverlustes (Filtrationsverminderer). Dieses Mittel führt zu einer Abnahme der Menge der wäßrigen Phase, die in der geologischen Formation durch Bildung (bzw. durch Beteiligung an der Bildung) einer undurchdringlichen Schicht an der Bohrlochwandung verloren geht. Diese Mittel bestehen im allgemeinen aus Polymeren mit einem mittleren bis hohen Molgewicht, die sich in Wasser zu einer kolloidalen Dispersion bzw. Lösung dispergieren lassen. Sie enthalten in der Regel funktionelle chemische Gruppen, die deren starke Adsorption an der Oberfläche von Mineralien bewirken. Aufgrund deren molekularer bzw. kolloidaler Abmessungen, wenn diese im Bohrspülmittel dispergiert sind, und aufgrund ihres Adsorptionsvermögens konzentrieren diese sich an der Oberfläche eines porösen Minerals, wie z. B. Schieferton, um eine dichte Schicht bzw. einen verfestigten "Filterkuchen" zu bilden, der für eine weitere Filtration der wäßrigen Phase eine praktische undurchdringliche Schicht darstellt.
Dispergierte Feststoffe, insbesondere solche mit einer weiten Teilchengrößenverteilung, unterstützen diese "Filterkuchen-Bildung" bzw. den Abbindvorgang, sind aber nicht essentiell.
Mittel zur Reduzierung des Filtratverlustes können bei dem erfindungsgemäßen Bohrspülmittel in einer Menge eingesetzt werden, die ausreicht, den Anteil der wäßrigen Bohrspülmittelphase, der in der geologischen Formation verbleibt, wesentlich zu vermindern, d. h. in einer Menge, die ausreicht, eine undurchdringliche Schicht (durch dieses selbst oder in Kombination mit einer anderen Komponente) auf der Bohrlochwandung zu bilden. In der Regel beläuft sich diese Menge auf mindestens 0,7 lb/barrel Bohrspülmittel (2 kg m min³ bzw. ca. 0,2 Gew./Vol.%) und maximal 14 lb/barrel (40 kg m min³ bzw. ca. 4 Gew./Vol.%).
Nebenbei ist darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäßen Bohrspülmittel in einem gewissen Ausmaß die Eigenschaft aufweisen, eine undurchdringliche Schicht auf der Formation auch ohne Zusatz eines Mittels zur Reduzierung des Filtratverlustes zu bilden (vgl. nachstehendes Beispiel 7, Bohrspülmittel No. XII).
Die erfindungsgemäß formulierten Bohrspülmittel weisen im Vergleich zu ansonsten identisch zusammengesetzten Mitteln, die eine konventionelle Quelle für das wäßrige Medium, wie z. B. Meer- oder Süßwasser, nutzen, folgende Vorzüge auf:
a) hochwirksame Inhibierung der Tonschiefer-Hydration;
b) Reduzierung des Filtratverlusts;
c) niedrigere Abtragungsgeschwindigkeit durch Korrosion;
d) geringere Viskositätszunahme, wenn das Bohrspülmittel mit großen Bohrschlammengen verunreinigt ist, was beim Niederbringen einer Bohrung unvermeidlich ist;
e) Senkung des Erstarrungspunkts (für Anwendung bei niedrigen Temperaturen) in Analogie zu "Frostschutzmitteln" wie Glycol; es ist außerdem zu erwarten, daß die Bildung von "Gashydraten" (feste, eisartige Komplexe aus z. B. Methan und Wasser) gehemmt wird;
f) Verminderung der Salz-Löslichkeit; sollten beim Niederbringen der Bohrung natürliche Salzlagerstätten durchstoßen werden, so ist zu erwarten, daß das hierhin eindringende Bohrspülmittel durch Auflösen des Salzes in geringerem Umfang zu einer Vergrößerung des Bohrlochs führt.
Die erfindungsgemäßen Bohrspülmittel weisen auch eine größere Toleranz gegenüber Verunreinigungen mit Bohrschlamm sowie gute inhibierende Eigenschaften auf, ohne auf das Vorhandensein von hohen Salzkonzentrationen angewiesen zu sein. Diese können deshalb ohne Gefahr einer Umweltverschmutzung an Land deponiert werden.
Im Vergleich zu einigen anderen Bohrspülmitteln mit Schieferton-inhibierenden Eigenschaften des Standes der Technik, wie z. B. ölhaltige bzw. solche mit einer hohen Salzkonzentration, wie beispielsweise Natrium- oder Kaliumchlorid, schafft die Erfindung inhibierende und hochwirksame Bohrspülmittel, die bezüglich der Entsorgung desselben bzw. des Bohrkleins umweltfreundlich sind, beispielsweise
i) können hochwirksame und inhibierende Bohrspülmittel, frei von jeglicher Ölbeimengung, formuliert werden;
ii) können hochwirksame und inhibierende Bohrspülmittel unter Einsatz von Süßwasserlösungen der bevorzugten Komponenten als wäßriges Medium formuliert werden, was die Verwendung von hohen Konzentrationen an Chlorid- bzw. anderen ionischen Salzen im Bohrspülmittel vermeidet und die Wahrscheinlichkeit für Umweltschäden an Flora und Fauna an Land bzw. im Süßwasser, wie beispielsweise Chlorose an Pflanzen oder die Möglichkeit der Verseuchung von wasserführenden Schichten, vermindert;
iii) weisen die erfindungsgemäßen Bohrspülmittel von sich aus für Säugetiere bzw. für Meer- und Süßwasser- Organismen eine sehr niedrige Toxizität auf;
iv) sind die bevorzugten Komponenten biologisch leicht abbaubar und assimilierbar in den natürlichen Nahrungsketten, was zu sehr niedrigen Langzeitumweltschäden führt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Bei diesen Beispielen wurden die Bohrspülmittel-Eigenschaften gemäß der empfohlenen API- Richtlinie 13 B, falls nicht anderslautend angeführt, ermittelt.
Ausführungsbeispiel 1
Es wurden Testreihen durchgeführt, um die Schiefertoninhibierenden Eigenschaften des Gegenstands der Erfindung zu ermitteln. Es wurden einfache Bohrspülmittel unter Verwendung von 350 ml wäßriger Phase pro Probe hergestellt. Jede Probe wurde mit 0,7 g Xanthan angedickt; und es wurden die Filtrationseigenschaften (der Flüssigkeitsverlust) bei jeder Probe durch den Zusatz von 3,0 g IDFLO HTR, eines patentierten modifizierten Stärkeprodukts, kontrolliert. Der pH-Wert der jeweiligen Probe wurde - je nach Bedarf - mittels Natriumhydroxid oder Citronensäure auf 9,0 eingestellt.
Die wäßrige Phase der Proben setzte sich wie folgt zusammen:
I) reines Meerwasser,
II) eine Mischung aus Meerwasser und Zuckerrohr-Melasse (vgl. Ausführungsbeispiel 4 für eine typische Analyse) mit einem Gehalt von 105 lb Melasse-Feststoff/barrel Mischung ( 300 kg m-3);
III) eine Mischung aus Meerwasser und Zuckerrüben-Melasse mit einem Gehalt von 105 lb Melasse-Feststoffe/barrel ( 300 kg m min³);
IV) eine Mischung aus Meerwasser und löslichen Bestandteilen kondensierter Melasse (CMS) mit einem Gehalt von 105 lb CMS-Feststoff/barrel ( 300 kg m min³), wobei das CMS aus Zuckerrohr-Melasse hergestellt wurde;
V) eine Mischung aus Meerwasser und Malzextrakt mit einem Gehalt von 105 lb Malzextrakt-Feststoff/barrel ( 300 kg m min³);
VI) eine Saccharose-Meerwasser-Lösung mit einem Gehalt von 105 lb Saccharose/barrel ( 300 kg m min³);
VII) eine Dextrose-Meerwasser-Lösung mit einem Gehalt von 105 lb Dextrose/barrel ( 300 kg m min³);
VIII)eine Fructose-Meerwasser Lösung mit einem Gehalt von 105 lb Fructosebarrel ( 300 kg m min³);
IX) zum Vergleich eine HF100-Meerwasser-Lösung mit einem Gehalt von 105 lb HF100 (Warenzeichen der Hydra-Fluids Inc. für eine Mischung aus Polyglycerinen und Glycerin gemäß der US-PS 4 780 220) barrel ( 300 kg m min³);
X) weiterhin zum Vergleich eine Meerwasser-Lösung mit einem Gehalt pro Barrel von 20 lb KCI ( 57 kg m min³) und 0,5 lb ( 1,43 kg m min³) IDBOND, einem partiell hydrolysierten Poly(acrylamid) gemäß der GB-PS 1 341 167.
Um die inhibierenden Eigenschaften auf Schieferton zu ermitteln, wurden synthetische Schieferton-Pellets durch Komprimieren einer Mischung aus 75 Gew./Gew.% Wyoming- Bentonit und 25 Gew./Gew.% grobkörnigem Kaolin-Ton bei einem Druck von 10 tons/sq.inch (154 MPa) hergestellt, wodurch ein kurzer Zylinder aus hartem "synthetischen Schieferton" erhalten wurde. Nach Überführen der Pellets in eine Bohrspülmittel-Probe in einer geschlossenen Druckbombe bilden diese ein gutes Testmaterial für die Schieferton- Inhibierung, da diese quellen, erweichen bzw. zerfallen (falls das Bohrspülmittel eine geringe Inhibierungswirkung zeigt), wenn die Pellets dem Bohrspülmittel 16 h bei 200º F (93,3ºC) in der sich in einem heißen "Rollofen" drehenden Druckbombe ausgesetzt sind.
Nach dem "Heißroll-Test" werden die Pellets entnommen und, falls möglich, deren äußeres Erscheinungsbild begutachtet, wobei die Härte intakter Pellets mittels eines "ELF-Penetrometers", das die zum Einkerben einer Vertiefung in die Pelletoberfläche erforderliche Kraft mißt, bestimmt wird.
Die Ergebnisse (vgl. Tab.1) zeigen daß insbesondere die Zuckerrohr-Melasse sehr hohe Inhibierungsgrade im Vergleich zu inhibierenden Bohrspülmitteln gemäß dem Stand der Technik auf der Basis von KCl/IDBOND oder von HF100/Polyglycerinen aufweisen. Auch Malz-Extrakt zeigt einen brauchbaren inhibierenden Effekt. Zuckerrüben-Melasse erwies sich ebenfalls als geeignet, obwohl sie der Zuckerrohr-Melasse unterlegen ist. Sehr gut eignen sich auch Bohrspülmittel auf Basis der löslichen Bestandteile kondensierter Melasse. Bohrspülmittel No Testsubstanz Pellet-Aussehen nach dem "Heißrollen" Härte (g/mm) ohne Zuckerrohr-Melasse Zuckerrüben-Melasse kond.Melasse-Lösl. Malzextrakt Saccharose Dextrose Fructose HF100/Polyglycerine KCl + IDBOND zerfallen intekt, hart intekt, leichte Sprünge teilweise Dispergierung, Sprünge gequollen, klebrig gequollen, gesprungen
Die Ergebnisse für No II, III, IV und V sind im Vergleich zu der vernachlässigbaren Inhibierungswirkung von Saccharose, Dextrose bzw. Fructose erstaunlich.
Die Kalium-Konzentration des Bohrspülmittels X betrug mindestens das dreifache derjenigen der Bohrspülmittel II, III, IV bzw. V, dennoch lag die Inhibierungswirkung des Mittels X deutlich darunter.
Dies beweist, daß die mit der Erfindung erzielbare Inhibierung keine direkte Folge des natürlichen Kaliumgehalts beispielsweise der Melasse ist.
Weitere Versuchsergebnisse an Saccharose, Dextrose und Fructose sind im nachfolgenden Ausführungsbeispiel 2 angeführt.
Ausführungsbeispiel 2
Es wurden vier einfache Bohrspülmittel gemäß der Vorschrift in Ausführungsbeispiel 1 unter Verwendung von 350 ml wäßriger Phase pro Probe hergestellt.
Die wäßrige Phase der Proben setzte sich wie folgt zusammen:
I) reines Meerwasser,
II) Meerwasser-Saccharose-Lösung mit einem Gehalt von 105 1b Saccharose pro barrel ( 300 kg m min³);
III) Meerwasser-Dextrose-Lösung mit einem Gehalt von 105 lb Dextrose pro barrel ( 300 kg m min³);
IV) Meerwasser-Fructose-Lösung mit einem Gehalt von 105 lb Fructose pro barrel ( 300 kg m min³);
Die Schieferton-inhibierenden Eigenschaften des jeweiligen Bohrspülmittels wurden mittels des beim Ausführungsbeispiel I beschriebenen Verfahrens ermittelt, mit der Ausnahme, daß die Temperatur des Bohrspülmittels im "Heißroll"-Schritt 140 ºF (60ºC) anstelle der im 1. Ausführungsbeispiel angewandten höheren Temperatur von 200 ºF (93,3ºC) und die Dauer des Heißroll-Schritts 10 Stunden anstatt 16 Stunden betrug.
Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tab. 2 aufgeführt: Bohrspülmittel No. Testsubstanz Aussehen des Pellets nach dem Heißrollen Härte (g/mm) ohne Saccharose Dextrose Fructose gequollen, zerfallen intakt, leicht gequollen intakt, härter
Obwohl die einfachen Zucker im Ausführungsbeispiel 1 bei 200 ºF (93,3ºC) unwirksam erschienen, zeigen diese Ergebnisse, daß bei niedrigeren Temperaturen, wie z.B. 140ºF (60ºC), deren Einsatz zu einer brauchbaren Toninhibierung führen kann, wobei Fructose besonders hervorsticht.
Die in dieser Meßreihe generell erzielten größeren Pellet- Härten, verglichen mit den beim Ausführungsbeispiel 1 bestimmten, spiegeln schlicht die milderen Heißroll-Bedingungen wieder.
Ausführungsbeispiel 3
Diese Versuche wurden mit den gleichen Polymer-Additiven und in analoger Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß der Anteil Inhibierungsagens in der wäßrigen Phase wie folgt variiert wurde: Meerwasser (Vol.%) Zuckerrohr Melasse (Vol.%) HF 100 (Vol.%)
Die an den Tonschiefer-Inhibierungs-Pelletproben nach dem im Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Heißrollen erhaltenen Ergebnisse sind in Tab. 3 aufgeführt. Bohrspülmittel No Aussehen des Pellets nach dem Heißrollen Härte (g/mm) in harte Brocken zerfallen geringer Abbau, kein Quellen intakt, hart, kein Quellen einstückig, stark gequollen einstückig, gequollen intakt, leicht gequollen
Diese Ergebnisse zeigen, daß Zuckerrohr-Melasse ein sehr wirksames Inhibierungsadditiv darstellt, insbesondere beim Einsatz in höheren Konzentrationen (ca. 30 % und höher). Sie vermindertt im Vergleich mit dem HF100-Produkt das Quellen, führt jedoch bei niedrigen Konzentrationen zu einigem Pellet-Zerfall.
Während sie in der Wirksamkeit mit dem HF100-Polyglycerin- System vergleichbar ist, weist die Melasse den Vorzug auf, viel billiger zu sein und in großen Mengen weltweit problemlos zur Verfügung zu stehen.
Obendrein bietet die Melasse-Zugabe den Vorzug, außergewöhnlich gute Filtrationseigenschaften zu gewährleisten.
Unter Verwendung der gleichen, oben angeführten, Formulierungen I - VIII wurden die rheologischen und filtrationstechnischen Eigenschaften (gemäß APT R.P. 13B) mittels eines Fann-Viskometers Modell 35 C (bei allen Ausführungsbeispielen eingesetzt) bestimmt. Die derart erhaltenen Ergebnisse sind in nachfolgender Tab. 4 aufgeführt. Beim Fann-Viskosimeter wird das Bohrspülmittel im ringförmigen Spalt zwischen zwei vertikalen, koaxialen Zylindern eingeschlossen, wobei der äußere der beiden Zylinder in eine Drehung mit konstanter Geschwindigkeit versetzt werden kann. Die Flüssigkeitsreibung im Bohrspülmittel übt auf den inneren Zylinder ein Drehmoment aus, wobei dessen Drehung von einer Torsionsfeder begrenzt wird. Ein am Innenzylinder angebrachter Zeiger regiestriert die Auslenkung dieses Zylinders aus der Nullage, woraus sich die Viskosität des Bohrspülmittels ableiten läßt.
Die scheinbare Viskosität (AV) ergibt sich aus dem durch zwei dividierten Skalenwert für eine Drehzahl des Außenzylinders von 600 min min¹.
Die plastische Viskosität (PV) errechnet sich aus der Differenz der Skalenwerte für die Drehzahlen 600 min min¹ bzw. 300 min min¹.
Der Fließpunkt (YP) ergibt sich aus der Differenz der Skalenwerte für die Drehzahl 300 min min¹ bzw. für die plastische Viskosität.
Die 10-Sekunden-Gelzähigkeit (GELS) wird ermittelt durch 10 Sekunden langes Rühren des Bohrspülmittels bei hoher Drehzahl, ungestörtes Stehenlassen desselben für weitere 10 Sekunden und Ablesen des Skalenwerts bei der Drehzahl 3 min min¹.
Die in der Einheit lb/100 ft² ermittelten Werte für den Fließpunkt bzw. die 10s-Gelzähigkeit können durch Multiplikation mit dem Faktor 0,05 in die Einheit kg m min² umgerechnet werden.
Der API-Flüssigkeitsverlust wird mittels des Verfahrens gemäß API RP 13 B bestimmt. Eine Probe des Bohrspülmittels wird in einen Zylinder mit 76 mm Durchmesser und 64 mm Höhe überführt. Am Boden des Zylinders befindet sich auf einer perforierten Platte ein Blatt Filterpapier und darunter ein Ablaufrohr. Nach Verschließen des oberen Endes des Zylinders wird mittels Druckluft der Druck über der Probe auf 100 psig (689 kPa) gebracht. Ein graduierter Zylinder wird unter das Ablaufrohr gestellt. und es wird als Flüssigkeitsverlust (in ml) das innerhalb 30 min nach Druckbeaufschlagung gesammelte Filtratvolumen bestimmt. Bohrspülmittel No Additiv (%) scheinbare Viskosität (CP) plastische Viskosität (cP) Fließpunkt (lb/100 ft 2) API-Flüssigkeitsverlust (ml) Melasse
Neben sehr guten rheologischen Eigenschaften, selbst noch bei einer Konzentration von 50 %, verbessert Melasse die Filtrationseigenschaften, wobei das Filtratvolumen in allen Fällen reduziert wird.
Ausführungsbeispiel 4
Zusammensetzung der Zuckerrohr-Melasse: Zuckerrohr-Melasse ist ein landwirtschaftliches Nebenprodukt, wobei deren Zusammensetzung von der Zuckerrohr-Sorte und dem Reifegrad desselben sowie von den Klima- und Bodenbedingungen abhängt. Überdies können die Verarbeitungsbedingungen in der Zuckerfabrik die Melasse-Zusammensetzung beeinflußen. Aus diesem Grund läßt sich keine typische Melasse-Analyse, sondern nur weite Bereichsangaben für die Zusammensetzung angeben, wie aus nachfolgender Tab. 5 ersichtlich. Trockenmasse Gesamtzucker davon: Saccharose reduzierende Zucker nicht-fermentierbare Zucker Organische Nicht-Zucker-Masse davon: lösliche Gummi und andere Kohlehydrate organische Säuren, wie z. B. Aconitsäure geringe Anteile Citronen-, Apfel-, Bernsteinsäure etc. geringe Anteile Wachse, Sterole, Pigmente und Vitamine stickstoffhaltige Komponenten als Protein (d.h. N x 6,25) Sulfatasche davon: Natrium (als Na) Kalium (als K) Calcium (als Ca) Chlor (als Cl) Phosphor (als P)
Unter "reduzierende Zucker" versteht man solche, die die Fehlingsche Lösung reduzieren.
Hieraus errechnet sich, daß Zuckerrohr-Melasse-Feststoff 40-53 Gew.% Oligo-(Saccharose) und 23-32 Gew.% Monosaccharide enthält (reduzierende sowie "nicht-fermentierbare" Zucker werden generell zu den Monosacchariden gezählt).
Ausführungsbeispiel 5
Zusammensetzung der Zuckerrüben-Melasse: Die obigen Anmerkungen bezüglich der Zuckerrohr-Melasse-Zusammen-setzung treffen auch auf die der Zuckerrüben-Melasse zu, da die Zusammensetzung derselben als landwirtschaftliches Nebenprodukt von den Klima- und Bodenbedingungen sowie der Zuckerrüben-Sorte und dem Reifegrad derselben abhängt.
Wie aus Tab. 6 ersichtlich, unterscheidet sich die Zusammensetzung der organischen Nicht-Zucker-Masse sehr deutlich von derjenigen der Zuckerrohr-Melasse aufgrund des hohen Anteils an Stickstoff-Verbindungen. Bezüglich des Zuckergehalts ist der niedrige Anteil an reduzierenden Zuckern bemerkenswert. Trockenmasse Saccharose reduzierende Zucker Raffinose organische Nicht-Zucker-Masse davon: Stickstoffverbindungen einschließlich Betain sowie Glutaminsäure und deren Vorläufer stickstofffreie Verbindungen, d. h. organische Säuren, z. B. Milch-, Äpfel-, Essig- und Oxalsäure Sulfatasche davon: Natrium (als Na) Kalium (als K) Calcium (als Ca) Chlor (als Cl) Phosphor (als P)
Hieraus ergibt sich demgemäß, daß Zuckerrüben-Melasse-Feststoff ca. 68 - 71 Gew.% Oligosaccharide (Saccharose und Raffinose) sowie ca 0,3 6,1 Gew.% Monosaccharide enthält.
Ausführungsbeispiel 6
Es wurden Versuche zur Demonstration der Auswirkung eines zunehmenden Verunreinigungsgrads mit Ton (was beim Durchstoßen von Schiefertonformationen eine zwangsläufige Folge ist) auf die Viskositätseigenschaften eines Zuckerrohr- Melasse enthaltenden Bohrspülmittels im Vergleich zu einem ähnlichen Mittel ohne Melasse-Zusatz durchgeführt.
Basis-Bohrspülmittel-Zusammensetzungen pro 350 ml
Komponente Bohrspülmittel Meerwasser (ml) Zuckerrohr-Melasse (ml) Xanthan-Gummi (g) IDFLO HTR (g) auf pH
Die Bohrspülmittel wurden mit unterschiedlichen Anteilen Xanthan-Gummi formuliert, um ähnliche anfängliche Fließpunkte einzustellen.
Um Bohrklein-Tonfeststoffe zu simulieren, wurden steigende Anteile einer Mischung aus 75 % gepulverten Töpferton und 25 % Wyoming-Bentonit zu dem jeweiligen Bohrspülmittel gegeben. So dann wurden die rheologischen Eigenschaften derselben mittels des Fann-Viskosimeter (vgl. Ausführungsbeispiel 3) auf jeder Stufe nach dem sorgfältigen Vermischen mit der Ton-Verunreinigung bestimmt.
Die derart erhaltenen Ergebnisse sind in Tab. 7 aufgeführt. Bohrspülmittel Ton-Verunreinig.-anteil (lb/barrel) scheinbare Viskosität (cP) plastische Viskostät Fließpunkt (lb/100 ft²) 10s-Gelzähigkeit (lb/100 ft²) A Meerwasser-Basis B Melassezusatz
Die Ergebnisse zeigen, daß das mit Melasse versetzte Bohrspülmittel im Vergleich zum Bohrspülmittel auf Meerwasserbasis gegenüber Bohrklein-Verunreinigungen wesentlich unempfindlicher reagierte. Insbesondere wurden die sehr hohen Gel-Zähigkeiten des Bohrspülmittels ohne Melasse-Zusatz vermieden.
Ein synthetisches Schieferton-Pellet wurde 16 h bei 200ºF (93,3ºC) in einer Probe des mit 20 lb Ton/barrel (57 kg m min³) versetzten Bohrspülmittels heiß gerollt. Nach dem Rollen war das Ton-Pellet völlig intakt, hart und nicht gequollen.
Die Eigenschaften dieses Bohrspülmittels nach dem Heißrollen wurden mit dem Fann-Viskosimeter (vgl. Ausführungsbeispiel 3) wie folgt bestimmt: scheinbare Viskosität (cP) plastische Viskosität (cP) Fließpunkt (lb/100ft²) 10s-Gelzähigkeit (lb/100ft²) API-Flüssigkeitverlust (ml)
Die Verunreinigung mit Ton beeinträchtigte nicht die Inhibierungs-wirkung des Bohrspülmittels, wobei sich dessen Eigenschaften nach dem Heißrollen kaum veränderten.
Ausführungsbeispiel 7
Diese Versuche wurden zwecks Vergleichs der Wirksamkeit von gebräuchlichen Polymer-Bohrspülmittel-Additiven in einer aus einer Mischung von Meerwasser mit Zuckerrohr-Melasse bestehenden wäßrigen Phase durchgeführt.
Zusammensetzung des Basis-Bohrspülmittels
Meerwasser 210 ml
Zuckerrohr-Melasse 140 ml
feinteiliger Ton (OC11A-TON) 35 ml
NaOH 2 g
Entschäumer 0,2 g
Zu den Proben dieser Basis-Formulierung wurden 2 g der folgenden viskositätssteigernden Polymeren zugesetzt:
I) Xanthan-Gummi (Rhodapol 23 P; Warenzeichen von Rhone Poulenc);
II) hochviskose polyanionische Cellulose (IDF-FLR; Warenzeichen von IDF));
III) Xanvis-Bakterien-Gummi (Xanvis (Warenzeichen von Merck));
IV) hochviskoses Carboxymethylcellulose Natriumsalz (C11C- EV)
V) Guar-Gummi;
VI) Hydroxyethylcellulose.
In gleicher Weise wurden 3 g der folgenden den Flüssigkeitsverlust reduzierenden Polymere zu den Basis-Bohrspülmittel-Proben zugesetzt:
VII) Bohr-Stärke;
VII) modifizierte Stärke (IDFLO HTR (Warenzeichen von IDF));
VIII)niedrigviskoses Carboxymethyl-cellulose Natriumsalz (C11C-LV);
IX) niedrigviskose polyanionische Cellulose (IDF-FLRXL; Warenzeichen von IDF));
XI) synthetisches Vinyl-Copolymer (POLYTEMP; Warenzeichen von IDF)).
In allen Fällen lösten sich die Polymeren nach kurzzeitigem Mischen. Die rheologischen und filtrationstechnischen Eigenschaften der Bohrspülmittel wurden anschließend mittels des Fann-Viskosimeters (vgl. Ausführungsbeispiel 3) bestimmt. Die im Vergleich zum Basis-Bohrspülmittel No. XII, kein Additivzusatz erhaltenen Ergebnisse sind in Tab. 8 aufgeführt. Bohrspülmittel No. scheinbare Viskosität (cP) plastische Viskosität (cP) Fließpunkt (lb/100ft²) Gel-Zähigkeit 10s/10 min (lb/100ft²) API-Flüssigkeitsverlust (ml)
Die Ergebnisse zeigen, daß sich alle Polymere gut eignen, da keine Unverträglichkeit festzustellen war. Der Flüssigkeitsverlust der Basisformulierung ohne Polymerzusatz war mit 9,8 ml überraschend niedrig, was den günstigen Einfluß von Zuckerrohrmelasse auf diese Eigenschaft belegt (ein analoges Bohrspülmittel auf Meerwasser-Basis ohne Melasse- Zusatz hatte einen Flüssigkeitsverlust von kleiner 100 ml).
Ausführungsbeispiel 8
Dieser Versuch zeigt, daß Wyoming-Bentonit bei der Erfindung eingesetzt werden kann. Dieser Bentonit unterliegt nicht der Hydration und erhöht nicht die Viskosität in Melasse-Mischungen aufgrund der Inbibierungswirkung der Melasse. Jedoch können hohe Viskositäten durch Vorhydration des Bentonits in Süßwasser beispielsweise wie folgt erzielt werden:
Zusammensetzung des Bohrspülmittels und Mischreihenfolge
Süßwasser 112 ml
Wyoming-Bentonit 10g
NaOH auf pH = 10,0
Diese Mischung wurde zwecks Hydration des Bentonits 2 Stunden gerührt, so dann wurden zugesetzt:
Meerwasser 58 ml
Zuckerrohr-Melasse 175 ml
NaOH auf pH = 8,5
Ein Schieferton-Pellet wurde in diesem Bohrspülmittel 16 h bei 200ºF (93,3ºC) heiß gerollt. Nach dem Heißrollen war das Pellet intakt und hart. Die ELF-Penetrometer-Härte betrug 270 g/mm.
Die Bohrspülmittel-Eigenschaften vor dem Heißrollen (BHR) und nach dem Heißrollen (AHR) wurden mit dem Fann-Viskosimeter (vgl. Aus-führungsbeispiel 3) bestimmt und ergaben folgende Werte: scheinbare Viskosität (cP) plastische Viskosität (cP) Fließpunkt (lb/100ft²) Gel-Zähigkeit 10s/10 min (lb/100ft²) API-Flussigkeisverlust (ml)
Obwohl die rheologischen Werte etwas höher als die normalerweise gebräuchlichen lagen, zeigen die Ergebnisse, daß unter Verwendung von Wyoming-Bentonit als Verdickungsmittel ein wirksames Bohrspülmittel unter Erhaltung einer hohen Schieferton-Inhibierungswirkung formuliert werden kann.
Ausführungsbeispiel 9
Dieser Versuch zeigt, daß aus der Mischung von Süßwasser mit Zuckerrohr-Melasse ein Schieferton-inhibierendes Bohrspülmittel hergestellt werden kann. Diese liefert ein Bohrspülmittel mit einer niedrigen Konzentration anorganischer Salze (insbesondere Chlorig), das sich für die Einsatzzwecke eignet, bei denen solche Salze Pflanzen, beispielsweise durch Chlorose, schädigen könnten. Die hierin vorhandenen Salze sind diejenigen, die natürlicherweise in Zuckerrohr-Melasse vorkommen.
Bohrspülmittel-Zusammensetzung
Süßwasser 175 ml
Zuckerrohr-Melasse 175 ml
IDFLO HTR (modifizierte Stärke) 3 g
Xanthan-Gummi (Polysaccharid) 0,7 g
NaOH auf pH = 9,0
In diesem Bohrspülmittel wurde ein Schieferton-Pellet analog zu oben 16 h bei 200ºF (93,3ºC) heißgerollt.
Die Bohrspülmittel-Eigenschaften vor bzw. nach dem Heißrollen (BHR bzw. AHR) wurden mit dem Fann-Viskosimeter (vgl. Ausführungs-beispiel 3) wie folgt bestimmt: scheinbare Viskosität (cP) plastische Viskosität (cP) Fließpunkt (lb/100ft²) Gel-Zähigkeit 10s/10 min (lb/100ft²) API-Flussigkeisverlust (ml)
Nach dem Heißrollen war das Schieferton-Pellet intakt, hart und nicht gequollen. Die mit dem ELF-Penetrometer bestimmte Härte betrug 290 g/mm.
Die Ergebnisse belegen, daß ein stark inhibierendes Bohrspülmittel mit guten physikalischen Eigenschaften aus im wesentlichen bio-logisch völlig abbaubaren Produkten und Süßwasser bei Einhaltung niedriger Konzentrationen gelöster Salze formuliert werden kann.
Ausführungsbeispiel 10
Es wurde ein Versuch durchgeführt, um die Löslichkeit von Stein-salz in einer Mischung aus Zuckerrohr-Melasse und Süßwasser zu demonstrieren.
Natriumchlorid wurde innerhalb einer langen Zeitspanne 350 ml einer Mischung aus 60 Vol.% Wasser und 40 Vol.% Melasse sukzes-sive solange zugesetzt, bis sich kein Salz mehr löste, wobei die Mischung bei 20ºC gehalten wurde.
Das unten angeführte Ergebnis ist in Gramm NaCl/350 ml Endlösung ( lb/barrel) ausgedrückt.
Ergebnis: End-NaCl-Konzentration = 33,7 lb/barrel (96,3 kg m min³).
Dies ist mit der NaCl-Löslichkeit in Süßwasser zu vergleichen die 110 lbNaCl/barrel Lösung (314 kg m min³) beträgt.
Dies zeigt, daß das erfindungsgemäße Bohrspülmittel beim Durchstoßen mächtiger unterirdischer Salzformationen besonders vorteilhaft ist, da die Vergrößerung des Bohrlochs aufgrund des Auflösens der Bohrwand vermindert, bzw. sehr viel weniger Salz für die Vorsättigung des Bohrspülmittels zwecks Inhibierung des weiteren Salzauflösens benötigt wird.
Ausführungsbeispiel 11
Es wurden Versuche durchgeführt, um die Verminderung der Korro-sionsrate von Stahl bei den erfindungsgemäßen Bohrspülmitteln aufzuzeigen.
Es wurden die korrosiven Eigenschaften von zwei Bohrspülmitteln ermittelt:
Bohrspülmittel-Zusammensetzung pro 350 ml
Komponente Bohrspülmittel Meerwasser (ml) Zuckerrohr-Melasse(ml) Xanthan-Gummi (g) IDFLO HTR (g)
Das Bohrspülmittel B wies einen natürlichen pH-Wert von 5,2 auf. Das Bohrspülmittel A wurde vor Versuchsbeginn mit verdünnter Salzsäure ebenfalls auf pH = 5,2 eingestellt. Bei beiden Bohrspülmitteln wurde dieser niedrige pH-Wert gewählt, um die Korrosionswirkung zu verstärken und die in der Praxis auftretenden aggressiven Konditionen besser zu simulieren.
Um die Korrosionswirkung zu bestimmen, wurde eine Bohrspülmittel-probe in einen "Berghof"-Rührautoklaven überführt. Ein gewogener Stahlstreifen wurde am Rührwerksrotor befestigt, und dieser sodann in das Bohrspülmittel getaucht. Der Autoklav wurde verschlossen und sodann an eine Druckluftflasche angeschlossen, wobei der Druck auf 50 bar eingestellt wurde, um Luft für die Korrosion bereitzustellen. Der Autoklav wurde erhitzt und bei 100ºC gehalten. Der Rührer mit dem Stahlstreifen wurde ständig bei Höchstdrehzahl gehalten. Nach fünf Tagen wurde der Stahlstreifen abgenommen und von den Korrosionsprodukten gereinigt, wobei sich aus dessen Gewichtsverlust die Kor rosionsrate bestimmen ließ.
Die Ergebnisse sind in Tab. 9 aufgeführt. Bohrspülmittel Aussehen des Streifen nach dem Versuch Korrosionsrate (Milli-Inch pro Jahr) A (Basis:Meerwasser) B (Basis:Zuckerrohr-Melasse) stark korrodiert und angefressen geringe allgemeine Korrosion, gering angefressen
Die Ergebnisse belegen die durch die Erfindung ermöglichte höchst vorteilhafte Korrosionsminderung.
Ausführungsbeispiel 12
Diese Versuche wurden durchgeführt, um die von der Erfindung ermöglichte Gefrierpunktserniedrigung zu demonstrieren.
Die Schmelzpunkte der Bohrspülmittel-Formulierungen (A) und (B) gemäß Ausführungsbeispiel 11 wurden bestimmt durch Einfrieren derselben und ausschließende langsame Erwärmung. Obwohl die Schmelzpunkte unscharf waren, sind die erhaltenen Ergebnisse in Tab. 10 aufgeführt. Bohrspülmittel Schmelzpunkt (A) Basis Meerwasser (B) Melasse-Zusatz
Die Ergebnisse zeigen, daß die Erfindung ein für den Einsatz bei sehr tiefen Temperaturen geeignetes Bohrspülmittel schafft.
Ausführungsbeispiel 13
Die Versuche wurden durchgeführt, um die geringe Toxizität und schnelle biologische Abbaubarkeit der Zuckerrohr-Melasse zu demonstrieren.
Gruppen aus 20 erwachsenen Crangon Crangon (Nordsee-Garnelen) wurden sechs verschiedenen Zuckerrohr-Melasse-Konzentrationen zwischen 1000 und 10 000 mg pro l Meerwasser ausgesetzt. Die Versuchsmischungen wurden zwischen 14,0 und 16,0ºC gehalten und belüftet, um die Anfangs-Konzentration an gelöstem Sauerstoff aufrechtzuerhalten. Es wurde auch ein Kontroll-Population in Meerwasser ohne Melasse-Zusatz angelegt.
Die Versuchsdispersionen sowie die Vergleichsprobe wurden vier Tage lang täglich erneuert und die Überlebensrate der Garnelen aufgezeichnet. Hieraus errechnen sich die LD 5 0-Werte, die in Tab. 11 aufgeführt sind.
Der biologische Sauerstoffbedarf (BOD) wurde in einem 5- Tage-Zeitraum sowohl in Meer- als auch in Süßwasser mittels eines von Britisch Health & Safety Executive bzw. vom englischen Ministerium für landwirtschaftliche Fischerei und Lebensmittel spezifizierten Verfahrens bestimmt. Das jeweilige Vehältnis vom biologischen zu chemischen Sauerstoffbedarf (COD) wurde ebenfalls berechnet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tab. 11 aufgeführt. LD 5 0 96 h Crangon Crangon: BOD (5 d Meerwasser): BOD (5 d Süßwasser) COD BOD-COD-Verhältnis: Meerwasser: Süßwasser: mg O 2/g Probe
Diese Ergebnisse belegen, daß Zuckerrohrmelasse gegenüber Crangon Crangon nur eine geringe Toxizität zeigt und höchstunwahrscheinlich für die Meeresfauna kein toxisches Risiko darstellt. Weiterhin demonstrieren sie, daß Zuckerrohr-Melasse biologisch schnell abbaubar ist, wodurch das Risiko einer Resistenz in der Umwelt auszuschließen ist.