NO303626B1

NO303626B1 - FremgangsmÕte og vandig oppl°sning for inhibering av avleiringsdannelse

Info

Publication number: NO303626B1
Application number: NO913861A
Authority: NO
Inventors: Nevin John Stewart; Patrica Alexandra Mary Walker
Original assignee: Britoil Plc
Priority date: 1990-10-04
Filing date: 1991-10-02
Publication date: 1998-08-10
Also published as: EP0479462B1; NO913861D0; EP0479462A1; DE69114436D1; CA2052732A1; DE69114436T2; CA2052732C; NO913861L; US5261491A; ATE129989T1; US6527983B1

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for inhibering av dannelsen av avleiringer, og spesielt en fremgangsmåte for inhibering av dannelsen av avleiringer i vann som har et høyt bariuminnhold og lav pH-verdi, samt vandig oppløsning som er egnet for bruk i en slik fremgangsmåte .

En avleiringsinhibitor er en forbindelse eller blanding av forbindelser som inhiberer krystallvektst og derved reduserer tilbøyeligheten til at avleiringer dannes.

Avleiringsinhibitorer anvendes i oljeindustrien. Overfylling med vann er en av de mest vellykkede og utbredt benyttede sekundære utvinningsmetodene. Vann injiseres under trykk i reservoaret via injeksjonsbrønner og driver oljen gjennom bergarten inn i nærliggende produksjonsbrønner. I denne type operasjon er det særlig viktig å sikre at injeksjonsvannet er fritt for suspenderte partikler eller eventuelle kjemikalier eller biologisk materiale som kunne bevirke blokkering av porekanalene i reservoarbergarten. Oljen i reservoaret ér ofte forbundet med adhesjonsvann som inneholder forskjellige kationer, enkelte ganger inkludert barium, kalsium og stronsium. Mange oljefelter befinner seg off shore og for disse er den eneste kilden for injeksjonsvann sjøen eller havet. Sjøvann inneholder sulfat- og bikarbonationer som, i fravær av behandling, ville reagere med jordalkaliemetall-ioner i adhesjonsvannet slik at avleiringer utfelles.

For å hindre dette benyttes avleirningsinhibitorer.

Typiske avleiringsinhibitorer innbefatter sulfonerte etoksylerte hydrokarboner, polyakrylater, aminfosfonater og organiske polyfosfonsyrer.

Hovedtypene av avleiring som forekommer i oljeproduksjons-operasjoner er kalsiumkarbonat og barium-, kalsium- og stronsiumsulfater. Konvensjonelle avleiringsinhibitorer har vist seg å være effektive når det gjelder bekjempelse av disse typer av avleiring. Avleiringsdannelse som forekommer i reservoarer som har et høyt bariuminnhold i formasjonsvannet koblet med en lav pH-verdi er imidlertid vanskelig å regulere med disse konvensjonelle avleiringsinhibitorene.

I EP 24247 beskrives avleiringsbekjempelse ved gass-væske-separeringer ved hjelp av et dobbeltsystem omfattende en lavmolekylvektig (ikke-fosfonat) polymer og et spesielt fosfonat, nemlig heksametylendiamintetrametylenfosfonsyre eller hydroksyetylidendifosfonsyre. Fosfonatene i EP-referansen er forskjellige fra de fosfonater som anvendes i foreliggende oppfinnelse.

Man har nå funnet at visse polyaminometylenfosfonater kan benyttes som effektive avleiringsinhibitorer for vann som har et høyt bariuminnhold og lav pH-verdi.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en fremgangsmåte for inhibering av avleiringsdannelse i vann som har et høyt bariuminnhold og lav pH-verdi, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved tilsetning av en vandig oppløsning av et fosfonat med formelen:

hvor Z = - CHR1P03R2

R = H, C<H>3, C2H5eller M

R<1>= H, CH3, CR3, C6H5>S03H2

M = alkalimetall- eller ammoniumion n er et tall i området fra 2 til 4, m er et tall i området fra 2 til 4, a er et tall i området fra 2 til 4, b er et tall i området fra 2 til 4,

x er et tall 1 området fra 0 til 6, og

y er et tall i området fra 0 til 6,

forutsatt at når y = 0 så er minst en av n eller m større enn 2, hvor nevnte fosfonat er tilstede i en mengde som er effektiv til å inhibere avleiringsdannelse, til et vandig medium inneholdene potensielle avleiringsdannende bestand-deler .

Foretrukne forbindelser for bruk i foreliggende fremgangsmåte er de hvor R og R<*>er hydrogen. ;En særlig foretrukket forbindelse for bruk i foreliggende fremgangsmåte er den hvor R og r!=H , n=3, m=3, b=2, x=0og y=lrepresentert ved formelen: ; Med høyt bariuminnhold menes et innhold i området 500-3000 ppm i det opprinnelige formasjonsvannet. ;Med lav pH-verdi menes en pH-verdi i området 4-6. ;Foreliggende polyaminometylenfosfonat-avleiringsinhibitorer kan benyttes for å inhibere dannelsen av bariumsulfatavleiring i vandige fluider som er tilstede i et undergrunnsreservoar. ;Avleiringsinhibitorene kan også være egnet for inhibering av bariumsulfatavleiring i vandige fluider produsert fra et undergrunnsreservoar. ;Foreliggende avleiringsinhibitorer kan hensiktsmessig benyttes i enten delvis eller fullstendig nøytralisert form. De nøytraliserte avleiringsinhibitorene kan være i form av alkalimetallsaltet eller ammoniumsaltet, fortrinnsvis i form av natriumsaltet. ;Avleiringsinhibitorene ifølge oppfinnelsen kan benyttes enten nede i hullet ved injeksjon i et undergrunnsreservoar som en del av en trykkteknikk eller de kan injiseres kontinuerlig inn i produksjonsfluider oppnådd fra et undergrunnsreservoar, for eksempel på en offshore-plattform. ;Med trykkteknikk menes en metode hvorved en vandig oppløsning av en avleiringsinhibitor ifølge oppfinnelsen injiseres i et undergrunnsreservoar via en produksjonsbrønn som står i fluidforbindelse dermed. Produksjonsbrønnen kan deretter avstenges for å la avleiringsinhibitoren bli absorbert eller utfelt i reservoaret over et tidsrom. Når oljeproduksjonen gjenopptas så desorberes inhibitoren langsomt og oppløses i de produserte fluidene ved tilstrekkelige nivåer til å redusere avleiringsdannelse. ;Når konsentrasjonen av avleiringsinhibitor har blitt redusert til under et effektivt nivå så kan trykkteknikken gjentas. ;Foreliggende avleiringsinhibitorer kan hensiktsmessig benyttes som en vandig oppløsning i sjøvann eller saltopp-løsning. ;Avleiringsinhibitorene anvendes hensiktsmessig via kontinuerlig injeksjon for eksempel på plattformen i konsentrasjoner i området 5-200 mg/l, fortrinnsvis i området 30-150 mg/l eller i vandige oppløsninger som del av trykkteknikken med konsentrasjoner i området 1-50 vekt-#, fortrinnsvis i området 2-15 vekt-#. ;Avleiringsinhibitorene ifølge oppfinnelsen forblir aktive og er dermed termisk stabile. ;De kan benyttes alene eller som en del av blanding med andre avleiringsinhibitorer og/eller chelateringsmidler, for eksempel EDTA. ;Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebragt en vandig oppløsning som har et fosfonat oppløst deri for inhibering av avleiringsdannelse i vann som har et høyt bariuminnhold og en lav pH-verdi, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at den innbefatter en vandig oppløsning som har et fosfonat oppløst deri i en mengde som er effektiv til å inhibere avleiringsdannelse, hvor fosfonatet har formelen: ; hvor Z = - CHR1P03R2;R = H, CH3,<C>2H5eller M ;R<1>= H, CH3, CR3, C6H5, S03H2;M = alkalimetall- eller ammoniumion. ;Den vandige oppløsningen ifølge dette aspektet ved oppfinnelsen kan hensiktsmessig anvendes når fosfonatet enten er delvis eller fullstendig nøytralisert. Fosfonatet kan hensiktsmessig være i form av alkalimetallsaltet eller ammonlumsaltet, fortrinnsvis i form av natriumsaltet. ;Foreliggende vandige oppløsning kan benyttes for å inhibere avleiringsdannelse enten ved injeksjon i et undergrunnsreservoar eller ved injeksjon i produksjonsfluider som beskrevet ovenfor. ;Fosfonat-avleiringsinhibitorene som benyttes i foreliggende oppfinnelse kan fremstilles ved hjelp av konvensjonelle metoder. ;For eksempel med de foretrukne forbindelser hvor R = R<1>= H, ved behandling av den passende polyaminoforbindelsen med formaldehyd og fosforsyre. ;5 Egnede avleiringsinhibitorer innbefatter forbindelser med følgende formler: ; Oppfinnelsen Illustreres ytterligere under henvisning til følgende eksempler. ;Fremstilling av avleiringsinhibitorforbindelser egnet for bruk i foreliggende fremgangsmåte er vist i eksemplene 1 og 2. ;EKSEMPEL 1 ;Dette eksemplifiserer fremstillingen av forbindelse (1). ;34,4 mmol av N,N<1->bis(3-aminopropyl)etylendiamin ble tilsatt dråpevis i løpet av 10 min til en oppløsning av 0,31 mol fosforsyre oppløst i konsentrert saltsyre under en N2-atmosfære. Da tilsetningen var fullført ble reaksjonsblandingen tilbakeløpskokt. 0,52 mol av 37 vandig formalde-hydoppløsning ble langsomt tilsatt dråpevis i løpet av 2,5 timer. Reaksjonsblandingen ble ytterligere tilbakeløpskokt i 4 timer. Ved avkjøling til romtemperatur og deretter til 0°C ble reaksjonsblandingen helt i etanol. Ureagert fosforsyre ble dekantert. Produktmassen ble sukksesivt vasket med varmt vann og deretter tre ganger med etanol. Det resulterende faste stoff ble pulverisert og tørket i vakuum (0,2 mmHg) ved 120°C i 4,5 timer. ;Renhet for produktet ble bekreftet ved både<1>H og<31>P nmr hvilket viste henholdsvis 99 # og 96 % renhet. ;EKSEMPEL 2 ;Dette eksemplifiserer fremstillingen av forbindelse (5). ;En blanding av 52 ml 1,3-diaminopropan og 6 ml vann ble tilbakeløpskokt ved ca 140°C. 10 ml av en vandig oppløsning av 8,08 g (54,3 mmol) av bis-(2-kloretyl)aminhydroklorid ble tilsatt langsomt i løpet av 2,5 timer. Den resulterende oppløsning ble tilbakeløpskokt i 18 timer under omrøring. Overskudd 1,3-diaminopropan ble avdestillert. Etter avkjøling av den resulterende rest til romtemperatur ble 40 ml av en metanolisk oppløsning av 5,70 g (143 mmol) natriumhydroksyd tilsatt og blandingen ble tilbakeløpskokt i 3 timer. Etter avkjøling til 0°C ble det resulterende hvite bunnfall frafUtrert og det metanoliske filtratet destillert. Den resulterende rest ble renset ved hjelp av et Kugelruhr-apparat med kp. 195°C ved 0,23 mmHg. ;1,7-bis-(3-aminopropyl)detylentriamin ble oppnådd som en fargeløs væske med >99 % renhet bekreftet ved<1>H nmr. ;5,09 g (62 mmol) fosforsyre ble oppløst i 37 vekt-# vandig saltsyre under en N2atmosfære. 1,5 g (6,9 mmol) l,7-bis-(3-aminopropyl)dietylentriamin ble tilsatt langsomt i løpet av 10 min. Den resulterende suspensjon ble oppvarmet til tilbakeløp ved ca 130-140° C og 5,8 ml av 37 vekt-# vandig formaldehydoppløsning ble tilsatt dråpevis i løpet av 1 time. Reaksjonsblandingen ble deretter tilbakeløpskokt i 5 timer. Ved avkjøling til romtemperatur ble blandingen helt i 150 ml kald etanol. Ureagert fosforsyre skilte seg ut som en hvit oppslemming og ble fradekantert. Reaksjonsblandingen ble gjenoppløst i vann og gjenutfelt i etanol og det rensede produkt tørket ved 110-120°C, 0,4 mmHg i 4 timer. ;Produktets renhet ble bekreftet ved både ved ^H og<31>P nmr. ;EKSEMPEL 3 ;Den potensielle avleiringsinhiberende effektiviteten til foreliggende avleiringsinhibitorer ble bedømt ved bruk av statiske utfellingstester mot varierende formasjonsvann/- sjøvann-forhold, pH-betingelser og konsentrasjoner. Den benyttede teknikk var som følger: For testformålene ble det benyttet to saltoppløsning-blandingsforhold for bedømmelse av avleiringsinhibitor-ytelsesevnen, og disse var 40:60 og 80:20 (formasjonsvann (FW): sjøvann (SW)). Formasjonsvannet ble fremstilt syntetisk og valgt til å representere formasjonsvann fra Miller-feltet i Nordsjøen som er kjent for å ha et høyt bariuminnhold og en lav pH-verdi. ;Det ble fremstilt et syntetisk formasjonsvann som hadde en i one sammensetning som følger oppnådd ved bruk av de viste saltkonsentrasjonene: ; Før testen ble både sjøvannet og formasjonsvannet filtrert til i det minste 0,45 nm og barium-, kalsium-, stronsium- og sulfatnivående ble bekreftet før bruk. ;En aliquot, enten 40 eller 80 ml avhengig av det nødvendige forhold, av formasjonsvannet ble anbragt i en pulverflaske. ;De potensielle avleiringsinhibitorforbindelsene ble benyttet som standardoppløsninger i destillert vann. Til hver aliquot med formasjonsvann ble det tilsatt en aliquot av avleirings-inhibitoroppløsning i tilstrekkelig mengde til å gi den nødvendige inhibitor-sluttkonsentrasjon. Dette var 1 ml eller 2 ml for en standard 1 % vekt/v inhibitoroppløsning i et sluttlig oppløsningsvolum på 100 ml for oppnåelse av henholdsvis 100 eller 200 mg/l. ;For å bedømme inhibitorytelsesevnen ved varierende pH-verdier ble det fremstilt en rekke bufferoppløsninger ved bruk av blandinger av natriumacetat og eddiksyre. Tre oppløsninger ble fremstilt som følger: pH 4,5 13,6 g natriumacetattrihydrat og 6 g eddiksyre pH 5,2 13,6 g natriumacetattrihydrat og 1,8 g eddiksyre pH 6,0 13,6 g natriumacetattrihydrat og 0,535 g eddiksyre. ;En 1 ml aliquot av den passende buf f eroppløsningen ble tilsatt til hver pulverflaske inneholdene formasjonsvann. ;Den nødvendige aliquot av sjøvann ble anbragt i en separat pulverflaske. Destillert vann kan tilsettes til hver flaske for å sikre et konstant sluttvolum av blanding. ;Hver flaske ble deretter korket tett og både flaskene med formasjonsvann og med sjøvann ble anbragt i en ovn ved 95°C i ca 45 min for å la fluidene nå temperatur. ;Flaskene ble fjernet fra ovnen og sjøvannet hurtig helt i hver av flaskene inneholdene formasjonsvann som ble korket på nytt, rystet og returnert til ovnen. ;De resulterende saltoppløsningblandingen ble utsatt for prøvetakning etter et 2 timers intervall ved fjerning av hver flaske fra ovnen og umiddelbar fjerning av en prøve ved hjelp av en engangs sprøyte. Denne ble filtrert (0,3 um) og filtratet analysert med henblikk på avleiringsdannende bariumkationkonsentrasjoner ved bruk av standardteknikker. ;Følgende forbindelser ble vurdert basert på den generelle formel som angitt ovenfor hvor R = R<*>= H.

Resultatene er angitt i tabellen. Inhibitoreffektivitet er uttrykt som konsentrasjonen av avleiringsgivende ioner som er tilbake i oppløsning etter testen sammenlignet med en blindprøve uten noen tilsatt inhibitor.

Det fremgår fra resultatene at foreliggende avleirings-inhibotorer oppnår >90 % effektivitet i den statiske testen for BaS04ved dosering ved 100 mg/l ved pH 4,5 og betingelser tilsvarende forutsagte værste masse av avleiring (FW:SW 80:20). Under betingelser for høyeste avleiringsdannende potensial (FW:SW 40:60) så ble det oppnådd en effektivitet på

>80 % med en dose på 150-200 mg/l.

Forbindelse (1) viser en sammenlignbar effektivitet for begge betingelser og var mest effektiv over hele blandingsområdet. For den forutsagte verste avleiringsmassen (FW:SW 80:20) så ga en konsentrasjon på 50 mg/l en effektivitet på >90 # ved betingelsene for høyeste avleiringsdannende potensial så viste en konsentrasjon på 100 mg/l en effektivitet på 80 %. Figuren viser effektiviteten til forbindelse (1) sammenlignet med en kommersielt tilgjengelig avleiringsinhibitor S40 levert av Ciba Geigy som har blitt utbredt benyttet i Nordsjøen for bekjempelse av BaS04avleiring. I figuren er plottende for forbindelse (1) representert ved A og de for S40 ved B. Figuren viser klart at forbindelse (1) ifølge foreliggende oppfinnelse har en større effektivitet over et bredt område av konsentrasjoner og sjøvann/formasjonsvann-blandinger enn den konvensjonelle avleiringsinhibitoren.

Claims

1. Fremgangsmåte for inhibering av avleiringsdannelse i vann som har et høyt bariuminnhold og lav pH-verdi,karakterisert vedtilsetning av en vandig oppløsning av et fosfonat med formelen:

hvor Z = - CHR1P03R2 R = H, CH3,<C>2H5eller M R<1>= H, CH3, CR3, C6H5, S03H2 M = alkalimetall- eller ammoniumion n er et tall i området fra 2 til 4, m er et tall i området fra 2 til 4, a er et tall i området fra 2 til 4, b er et tall i området fra 2 til 4, x er et tall i området fra 0 til 6, og y er et tall i området fra 0 til 6, forutsatt at når. y = 0 så er minst en av n eller m større enn 2, hvor nevnte fosfonat er tilstede i en mengde som er effektiv til å inhibere avleiringsdannelse, til et vandig medium inneholdene potensielle avleiringsdannende bestand-deler .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at R og R^ er hydrogen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at minst en av R er M for oppnåelse av et fullstendig eller delvis nøytralisert salt.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisertved at M er natrium.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat minst en av n, m, a og b er 3, x er et tall i området fra 0 til 3, og y er et tall i området fra 0 til 2.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat n er 3, m er 3, b er 2, x er 0 og y er 1.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den vandige opp-løsningen av fosfonat injiseres i produksjonsfluider oppnådd fra et underjordisk reservoar.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7,karakterisertved at fosfonatet er tilstede i en konsentrasjon i området 5-200 mg/l i den vandige oppløsning.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisertved at fosfonatet er tilstede i en konsentrasjon i området 30-150 mg/l i den vandige oppløsning.

10. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-6,karakterisert vedat den vandige oppløsning av nevnte fosfonat injiseres i et underjordisk reservoar via et brønnhull i forbindelse med nevnte underjordiske reservoar som en del av en trykkteknikk.

11. Fremgangsmåte Ifølge krav 10,karakterisertved at fosfonatet er tilstede i en konsentrasjon i området 1-50 vekt-# av den vandige oppløsning.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11,karakterisertved at fosfonatet er tilstede i en konsentrasjon i området 2-15 vekt-5& av den vandige oppløsning.

13. Vandig oppløsning som har et fosfonat oppløst deri for inhibering av avleiringsdannelse i vann som har et høyt bariuminnhold og en lav pH-verdi,karakterisertved at den innbefatter en vandig oppløsning som har et fosfonat oppløst deri i en mengde som er effektiv til å inhibere avleiringsdannelse, hvor fosfonatet har formelen:

hvor Z = - CHR<1>P03R2 R =, H, CH3,<C>2H5eller M R<1>= H, CH3, CR3, C6H5, S03H2M = alkalimetall- eller ammoniumion.