NO20004718L

NO20004718L - Hydraulisk frakturering ved bruk av overflateaktivt gelateringsmiddel

Info

Publication number: NO20004718L
Application number: NO20004718A
Authority: NO
Inventors: Paul M Mcelfresh; Chad F Williams
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2001-03-23
Also published as: AU5793600A; GB2354541A; CA2320620A1; NO20004718D0; US7216709B2; GB0023212D0; US20050126778A1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår behandlingsfluider som benyttes under petroleumsgjenvinningdsoperasjoner, og nærmere bestemt angår den, i en utfø-ringsform, to fremgangsmåter for bruk av behandlingsfluider inneholdende gelateringsmidler under petroleumsgjenvinningsoperasjoner.

Hydraulisk frakturering er en metode hvor det anvendes pumpehastighet og hydraulisk trykk for å frakturere eller danne sprekker i en undergrunnsformasjon.

Når sprekken eller sprekkene er utført, blir proppemiddel som har høy permeabili-

tet i forhold til formasjonens permeabilitet, pumpet inn i frakturen for å proppe (holde) sprekken åpen. Når de anvendte pumpehastigheter og trykk minskes eller fjernes fra formasjonen, kan sprekken eller frakturen ikke fullstendig lukkes eller heles, ettersom høypermeabilitet-proppemiddelet holder sprekken åpen. Den proppete sprekken eller frakturen gir en bane med høy permeabilitet, som forbin-

der det produserende borehullet med et større formasjonsområde for å øke hydro-karbonproduksjonen.

Utviklingen av egnete fraktureringsfluider er et komplisert fag ettersom fluidene samtidig må tilfredsstille flere betingelser. F.eks. må de være stabile ved høye temperaturer og/eller høye pumpehastigheter og skjærhastigheter som kan bevirke nedbryting av fluidene og for tidlig utfelling av proppemiddelet før frakture-ringsoperasjonen er fullstendig. Forskjellige fluider er blitt utviklet, men de fleste kommersielt anvendte fraktureringsfluider er vannbaserte væsker som enten er blitt gelet eller skummet. Når fluidene geles, blir typisk et polymer-relaterings-

middel, så som en løsbar polysakkarid, benyttet. Det tyknete eller gelete fluid bi-

drar til å holde proppemidlene i fluidet.

Selv om polymerer tidligere er blitt brukt som gelateringsmidler i fraktureringsfluider for å bære eller suspendere faste partikler i saltoppløsningen, krever slike polymerer separate bryter-sammensetninger (breaker compositions) for å

minske viskositeten. Dessuten har slike polymerer tendens til å etterlate et belegg på proppemiddelet selv etter at det gelatinerte fluid er brutt, hvilket belegg kan for-styrre proppemiddelets funksjon. Undersøkelser har også vist at "fiskeøyne" og/

eller "mikrogeler" som forekommer i enkelte polymer-gelaterte bærerfluider vil plugge pore-gjennomganger, hvilket fører til svekket avlekking og forårsake for-masjonsskade.

Konvensjonelle polymerer er dessuten enten kationiske eller anioniske hvilket gir den ulempe at de produserende formasjoner kan bli skadet.

Det er behov for en sammensetning og fremgangsmåte som kan løse noen av problemene ved konvensjonell injisering av behandlingsfluider så som fraktureringsfluider.

Følgelig er det et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et ikke-polymert, ikke-ionisk gelateringsmiddel for vandige behandlingsfluider som anvendes ved hydrokarbon-gjenvinningsoperasjoner.

Det er et annet formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et gelateringsmiddel som kan ha forbedret viskositetssvekking (viscosity breaking), høyere sandtransportevne, som lettere gjenvinnes etter behandling, og som er lite tilbøyelig til å skade reservoaret.

Enda et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en gelateringsmiddel-metode som lettere kan blandes "på sparket" ved feltoperasjoner og som ikke krever tallrike tilsetninger i fluidsystemet.

Ved å utføre disse og andre formål med oppfinnelsen, tilveiebringes, i eh form, en fremgangsmåte for behandling av en undergrunnsformasjon som innebærer at det først tilveiebringes et vandig, viskoelastisk behandlingsfluid som har et vandig basefluid og et ikke-ionisk aminoksid-overflateaktivt gelateringsmiddel. Det vandige, viskoelastiske behandlingsfluid blir deretter injisert gjennom et borehull og inn i undergrunnsformasjonen, og undergrunnsformasjonen behandles under forhold som er effektive for å gjøre dette.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 er en graf av overflateaktivt gel-viskositet som funksjon av temperatur, og Fig. 2 er en ytterligere graf av overflateaktivt gel-viskositet plottet som funksjon av temperatur hvor et aminoksid-gelateringsmiddel sammenliknes med konvensjonelle gelateringsmidler.

En har oppdaget en ny type gelateringsmiddel som vil forbedre fraktureringsfluid-ytelsen gjennom bruk av et polymerfritt system. Dette system gir forbedret viskositetssvekking, høyere sandtransportevne, lar seg lettere gjenvinne etter behandling, og er forholdsvis uskadelig for reservoaret. Systemet kan også lettere blandes "på sparket" ved feltoperasjoner og krever ikke tallrike tilsetninger i fluidsystemet, slik som enkelte kjente systemer. Det nye systemet ifølge oppfinnelsen er ikke-ionisk, mens andre fluider av denne typen er enten kationiske eller anioniske, hvilket innebærer en fordel overfor kjente systemer. Ikke-ioniske fluider er i seg selv mindre skadelige for produserende formasjoner enn kationiske fluidtyper, og de er mer virksomme per pund (1 pund = 0,454 kg) enn anioniske gelateringsmidler. Aminoksid-teknologien ifølge denne oppfinnelsen har mulighet til å gi mer gelateringskraft per pund, hvilket gjør den mindre kostbar enn andre fluider av denne type.

Aminoksid-gelateringsmidlene ifølge oppfinnelsen har følgende struktur (I):

Der R er en alkyl- eller alkylamidogruppe med gjennomsnittlig fra ca. 8 til 24 karbonatomer og R' er uavhengige alkylgrupper med gjennomsnittlig fra ca. 1 til 6 karbonatomer. Fortrinnsvis er R en alkyl- eller alkylamidogruppe med gjennomsnittlig fra ca. 8 ti! 16 karbonatomer og R' er uavhengige alkylgrupper med gjennomsnittlig fra ca. 2 til 3 karbonatomer. Et særlig foretrukket aminoksid-gelateringsmiddel er talg-amidopropylaminoksid (TAPAO), som skal forstås som en dipropylaminoksid ettersom begge R' grupper er propyl.

Aminoksid-gelateringsmidlene ifølge oppfinnelsen kan brukes i vandige behandlingsfluider, særlig saltoppløsninger. Saltoppløsning-basisfluidet kan være

hvilken som helst saltoppløsning konvensjonell eller som skal utvikles, som virker som et egnet medium for de forskjellige konsentratkomponenter. Hensiktsmessig kan saltoppløsning-basisfluidet være saltoppløsningen som er tilgjengelig på ste-det, som anvendes i kompletteringsfluidet, som et ikke-begrensende eksempel.

Selv om aminoksid-gelateringsmidlene her er spesielt beskrevet som an-vendt i fraktureringsfluider, er det ventet at de vil finne anvendelse i syrebehand-lingsfluider, gruspakkefluider, stimuleringsfluider og liknende. Når behandlingsfluidet er et fraktureringsfluid, kan fluidene selvsagt også inneholde minst én effektiv mengde av et proppemiddel for å proppe frakturene åpne, og fluidet injiseres i formasjonen under tilstrekkelig og effektivt hydraulisk trykk og pumpehastighet for frakturering av formasjonen. Når behandlingsfluidet er et syrebehandlingsfluid, vil det dessuten inneholde en effektiv mengde av en syre, enten inorganisk eller organisk, av tilstrekkelig styrke til å syrebehandle formasjonen. Når aminoksid-gelateringsmidlene anvendes i et gruspakkefluid, medvirker gelateringsmiddelet til å oppta en effektiv mengde av grusen i fluidet. Hvis aminoksid-gelateringsmidlene brukes i annet brønnstimuleringsfluid, anvendes en effektiv mengde av hvilket som helst ytterligere stimuleringsmiddel. Når aminoksid-gelateringsmidlene benyttes i forbindelse med kontroll av fluidtap, anvendes en effektiv mengde av et salt eller lett fjernbart faststoff, og aminoksid-gelateringsmidlene medvirker til å suspendere saltene eller faststoffene i fluidet. Disse andre komponenter av behandlingsfluidene er velkjent innen faget.

Den effektive andel av aminoksid-gelateringsmidlene i behandlingsfluidene ifølge denne oppfinnelse er i området fra ca. 0,5 til ca. 25 volumprosent, fortrinnsvis fra 1 til ca. 10 volumprosent, og helst ca. 6 volumprosent. I et ikke-begrensende eksempel, blir 6 volumprosent oppløsning av gelateringsmiddelet blandet med saltoppløsning som så blandes med sand eller annet partikkelformig materiale, og pumpes inn i et hydrokarbonholdig reservoar.

I en ikke-begrensende utføringsform av oppfinnelsen, er de ikke-ioniske aminoksid-gelateringsmidlene de eneste gelateringsmidler som benyttes, selv om flere enn én kan brukes. I en annen ikke-begrensende utføringsform av oppfinnelsen, benyttes de ikke-ioniske aminoksid-gelateringsmidlene i fravær av polymere gelateringsmidler. I enda en annen ikke-begrensende utføringsform av oppfinnelsen, anvendes de ikke-ioniske aminoksid-gelateringsmidlene i fravær av enten kationiske eller anioniske gelaterimngsmidler.

Ved fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelsen kan svekking eller bryting (breaking) av gelen til det vandige viskoelastiske behandlingsfluid som er fremstilt ved bruk av aminoksidene ifølge denne oppfinnelse oppnås ved hjelp av mange forskjellige mekanismer. Disse kan innbefatte, men er ikke nødvendigvis begrenset til, å bringe fluidet i kontakt med et hydrokarbon, bringe fluidet i kontakt med alkoksilaterte alkohol-oppløsninger, fortynning, så som med større mengder av saltoppløsning eller vann, eller tilsetning av et reaksjonsmiddel. Hydrokarbonet kan være hydrokarbonet som produseres fra formasjonen eller annet hydrokarbon.

Ifølge en annen utføringsform av oppfinnelsen, kan behandlingsfluidet inneholde viskositetsøkere, andre overflateaktive stoffer, leirestabiliserende additi-ver, avleiringsoppløsere, biopolymer-nedbrytingsadditiver, og andre vanlige komponenter.

Proppemiddelet, faste partikler eller grus kan være hvilket som helst partikkelformig faststoff som er egnet til formålet, f.eks. som en sil eller proppemiddel, etc. Egnete materialer innbefatter, men er ikke nødvendigvis begrenset til, sand, sintret bauxitt, siktet kalsiumkarbonat, siktete salter, keramiske perler, og liknende, og. kombinasjoner av disse. Disse faststoffer kan også brukes i forbindelse med fluidtap-kontroll.

En grunnlagsmetode er å injisere proppemiddelet i et bærerfluid eller be-handings-saltoppløsning nedstrøms for de konvensjonelle pumper som avgir gruspakkingsfluidet, f.eks. For å oppnå dette, suspenderes proppemiddelet i den viskositetsøkte saltoppløsning. Proppemiddelet kan således tilføres ved hjelp av en liten injeksjonspumpe til bærerfluidet ved et injeksjonspunkt nedstrøms for pumpene som brukes til å transportere gruspakkingsfluidet eller annet behandlingsfluid.

Oppfinnelsen skal videre beskrives i forbindelse med de følgende eksempler som ikke er ment å begrense oppfinnelsen, men isteden å illustrere den ytterligere.

EKSEMPEL 1

Det følgende fluid ble fremstilt i 3 % KCI-saltoppløsning: 6 volumprosent TAPAO. Fluidenes overflateaktive gel-viskositet ble målt på et Brookfield PVS-viskometer ved 100 s'<1>. Resultatene er plottet på diagrammet i fig. 1. Det ble overraskende oppdaget at viskositeten til fluidene ved bruk av de her omtalte gelateringsmidler ifølge oppfinnelsen forblir generelt stabile over det testete tem-peraturområdet. Det ble også overraskende oppdaget at viskositeten til fluidene ved bruk av de her omtalte gelateringsmidler ifølge oppfinnelsen forblir generelt stabile også over tid. Fem (5) timer var en typisk testperiode for disse tester.

EKSEMPLER 2-8

De følgende fluider ble fremstilt i 3 % KCI-saltoppløsning:

Komparativt eksempel 2: 3 volumprosent Ethoquad E/12.

Eksempel 3: 3 volumprosent TAPAO av 50 volumprosent oppløsning. Eksempel 4: 6 volumprosent TAPAO av 50 volumprosent oppløsning.

Komparativt eksempel 5: 3 volumprosent AROMOX DM 16

Komparativt eksempel 6: 6 volumprosent AROMOX DM 16

Komparativt eksempel 7: 3 volumprosent AROMOX C/12

Komparativt eksempel 8: 6 volumprosent AROMOX C/12

AROMOX-materialene er polymere kvaternære ammoniumhalidsalt-gelateringsmidler som er kommersielt tilgjengelige fra Akzo-Nobel, Inc. AROMOX DM16 er et polymert kvaternært halidsalt-gelateringsmiddel med en Ci6-substi-tuent og to Ci-substituenter på nitrogenet. AROMOX C/12 er et polymert kvaternært ammoniumhalidsalt-gelateringsmiddel som har en Ci2-substituent og to Ci-substituenter på nitrogenet.

Fluidenes overflateaktivt gel-viskositet ble målt på et Fann 35 viskosimeter ved 170 s"<1>. Resultatene er plottet på diagrammet i fig. 2. Det fremgår også her at fluidet ifølge komparativ-eksempel 2 ved anvendelse av Ethoquad E/12 taper viskositet etter hvert som temperaturen stiger. Det ble igjen vist at fluidenes viskositet ved bruk av de her omtalte gelateringsmidler ifølge oppfinnelsen forblir generelt stabile over det testete temperaturområde. Fluidenes viskositet ved bruk av de her omtalte gelateringsmidler ifølge oppfinnelsen (eksempler 3 og 4) var også høyere og mer stabile enn komparativ-eksemplene 5-8 med bruk av kommersielt tilgjengelige AROMOX-materialer.

AROMOX E/12 og 50/50-blandinger av AROMOX C/12 med AROMOX E/12 ved både 3 volumprosent og 6 volumprosent ble også testet, men ga generelt lavere viskositeter enn AROMOX 16 ved 3 volumprosent.

De ikke-ioniske, ikke-polymere aminoksid-gelateringsmidlene ifølge denne oppfinnelse gir gelateringsstabilitet over et bredt temperaturområde og ved forholdsvis høye temperaturer. De forventes også å være forholdsvis uskadelige for formasjonen ettersom de er ikke-ioniske.

I det ovenstående er oppfinnelsen blitt beskrevet i forbindelse med spesielle utføringsformer av denne, og det er der vist at den virker til å tilveiebringe et behandlingsfluid med stabil overflateaktivt gel-viskositet. Det vil imidlertid være åpenbart at forskjellige modifikasjoner og endringer kan utføres hos denne uten å avvike fra den bredere ånd eller ramme av oppfinnelsen som angitt i de medføl-gende krav. Følgelig skal beskrivelsen betraktes i en illustrerende istedenfor en begrensende betydning. F.eks. vil spesielle kombinasjoner av saltoppløsninger, aminoksider og andre komponenter falle innenfor de i kravene angitte parametere, men ikke spesielt identifisert eller prøvet i en spesiell sammensetning, eller forven-tet å ligge innenfor rammen av denne oppfinnelse.

Claims

1. Fremgangsmåte for behandling av en undergrunnsformasjon, karakterisert ved at den omfatter: tilveiebringelse av et vandig, viskoelastisk behandlingsfluid som har: et vandig basisfluid; og et ikke-ionisk aminoksid-overflateaktivt gelateringsmiddel; injisering av det vandige viskoelastiske overflateaktive behandlingsfluid gjennom et borehull og inn i undergrunnsformasjonen; og behandling av undergrunnsformasjonen under forhold som er effektive for å gjøre dette.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det ikke-ioniske aminoksid-overflateaktive gelateringsmiddel er det eneste gelateringsmiddel som anvendes.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det ikke-ioniske aminoksid-overflateaktive gelateringsmiddel anvendes i fravær av et polymert gelateringsmiddel.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det ikke-ioniske aminoksid-overflateaktive gelateringsmiddel forefinnes i det vandige basisfluid i en andel fra ca. 0,5 til ca. 25 volumprosent.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det ikke-ioniske aminoksid-overflateaktive gelateringsmiddel har formelen:

hvor R er en alkyl- eller alkylamidogruppe med gjennomsnittlig fra ca. 8 til 24 karbonatomer og R' er uavhengige alkylgrupper med gjennomsnittlig fra ca. 1 til 6 karbonatomer.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det ikke-ioniske aminoksid-overflateaktive gelateringsmiddel er talg-amidopropylaminoksid (TAPAO).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det vandige basisfluid er saltoppløsning.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at behandling av undergrunnsformasjonen velges fra gruppen bestående av / frakturering av formasjonen under effektivt trykk der det vandige viskoelas tiske behandlingfsfluid videre omfatter et proppemiddel; syrebehandling av formasjonen der det viskpelastiske behandlingsfluid videre omfatter en syre; pakking av formasjonen med grus der det vandige viskoelastiske behand lingsfluid videre omfatter et stimuleringsmiddel; stimulering av formasjonen der det vandige viskoelastiske behandlingsfluid videre omfatter et stimuleringsmiddel; kontrollering av fluidtapet der det vandige viskoelastiske behandlingsfluid videre omfatter et salt eller lett fjernet faststoff; og blandinger av disse.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter svekking av gelen i det vandige viskoelastiske behandlingsfluid ved hjelp av en mekanisme som velges fra gruppen bestående av kontakt med et hydrokarbon, kontakt med alkoksilatert alkoholoppløsninger, fortynning, og kontakt med minst ett reaksjonsmiddel.

10. Vandig viskoelastisk behandlingsfluid, karakterisert ved at det omfatter et vandig basisfluid og et ikke-ionisk aminoksid-overflateaktivt gelateringsmiddel.

11. Vandig viskoelastisk behandlingsfluid ifølge krav 10 i fravær av et annet gelateringsmiddel.

12. Vandig viskoelastisk behandlingsfluid ifølge krav 10 i fravær av et polymert gelateringsmiddel.

13. Vandig viskoelastisk behandlingsfluid ifølge krav 10, karakterisert v e d at det ikke-ioniske aminoksid-overflateaktive gelateringsmiddel forefinnes i det vandige basisfluid i en andel fra ca. 0,5 til ca. 25 volumprosent.

14. Vandig viskoelastisk behandlingsfluid ifølge krav 10, karakterisert ved at det vandige basisfluid er saltoppløsning.

15. Vandig viskoelastisk behandlingsfluid ifølge krav 10, karakterisert ved at det ikke-ioniske aminoksid-overflateaktive gelateringsmiddel har formelen:

16. Vandig viskoelastisk fluid ifølge krav 10, karakterisert ved at det ikke-ioniske aminoksid-overflateaktive gelateringsmiddel er talg-amidopropylaminoksid (TAPAO).

17. Vandig viskoelastisk fluid, karakterisert ved at det omfatter: et vandig basisfluid; og et ikke-ionisk aminoksid-overflateaktivt gelateringsmiddel som har formelen:

hvor R er en alkyl- eller alkylamidogruppe med gjennomsnittlig fra ca. 8 til 24 karbonatomer og R' er uavhengige alkylgrupper med gjennomsnittlig fra ca. 1 til 6 karbonatomer, og hvor det ikke-ioniske aminoksid-overflateaktive gelateringsmiddel forefinnes i det vandige basisfluid i en andel fra ca. 0,5 til ca. 25 volumprosent.