NO324183B1 - Fremgangsmate for a fortrenge petroleum fra en karbonatbergart - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for å øke utvinningsandelen av petroleum fra en reservoarbergart, hvor bergartens positive ladning reduseres ved å tilføre negativt ladede ioner til reservoaret med et fortrengningsfluid.

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å fortrenge petroleum fra en karbonatbergart. Nærmere bestemt dreier det seg om en fremgangsmåte hvor bergartens elektriske potensial endres ved å tilføre negativt ladede ioner til reservoaret i et modifisert fortrengningsvann for at bergarten skal avgi en øket andel petroleum under injeksjon av et fluid, typisk vann.

Under petroleumsutvinning har det vist seg at injeksjon av vann i et reservoar kan bidra til at utvinningsgraden av petroleum fra reservoaret i vesentlig grad kan økes. Det er kjent at karbonat i ulike brønnformasjoner reagerer ulikt på injeksjon av vann. For eksempel økes utvinningsgraden fra en bergart som forefinnes i et felt i Nordsjøen betydelig ved injeksjon av vann, mens for eksempel et reservoar i Texas bare i ubetydelig grad påvirkes av vanninjeksjon.

Det har vært antatt at reservoarets temperatur er avgjørende for om formasjonen lar vannet fortrenge petroleumen. Reservoar tempera turen påvirker utvinningsgraden, men på en indirekte måte slik det forklares nedenfor.

Oppfinnelsen har til formål å øke utvinningsgraden av petro-

leum fra en reservoarbergart.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

Multifase fluidstrømning i et porøst materiale er styrt av fordelingen av fluider i det porøse medium. I et tofasesystem av olje og vann har fordelingen av fluidene sammenheng med væteforholdene på bergartens overflate og også med den rela-tive metning mellom fluidene. Vætingsforholdene og den rela-tive metning mellom fluidene avgjør derved den kapillære trykksammenheng, som igjen bestemmer den mulige fluidstrøm når ingen eksterne viskøse krefter er til stede. Det kapillære trykk er ved slik strømning bare avhengig av den umiddel-bare fluidstrøm, det vil si muligheten for vann til å fortrenge olje i en sekundær oljeutvinningsprosess.

Det er således klart at bergartens væteegenskaper er av stor betydning for hvordan vann absorberes i en bergart. Omtrent 90% av alle karbonatformasjoner har en nøytral til lett olje-væting. Denne væting hindrer en umiddelbar inntrengning av vann inn i formasjonens oljeholdige matrise. Resultatet av dette er at det kan forekomme tidlig gjennomstrømning av in-jeksjonsvann fra et injeksjonssted og til produksjonsstedet i reservoaret.

Formasjonens væting bestemmes blant annet av den elektriske ladning i bergarten og derved om hvorvidt bergarten lar petroleum fortrenges av et annet fluid, for eksempel vann.

Kalkstein inneholder betydelige mengder kalsiumioner Ca<2+.> Ca<2+ >er et potensialbestemmende ion i karbonat og bevirker at bergartens porevegger er positivt ladet. Ladningen varierer betydelig fra reservoar til reservoar. I motsetning til sand-steinsreservoar ser det ut til at vannvætingen stiger med

stigende temperatur i kalksteinsreservoar.

Råoljen i de dypere lag av et felt i Norsdjøen hvor temperaturen er ca 130°C har et såkalt syretall AN= 0,1 mgKOH/g, mens et annet felt i Nordsjøen, som har en temperatur på ca 90°C, har et syretall AN= 0,3 til 0,5 mgKOH/g. Et felt i Texas, hvor temperaturen er omkring 30°C, har et syretall AN= 1,0 mgKOH/g.

Den positive ladning i poreveggene binder til seg negativt

ladede karboksylatgrupper i oljen og bindingsgraden øker med økende syretall. Det er tidligere ikke kjent at vætingsforsøk er utført hvor vætingen er studert når temperatur og syretall varierer uavhengig av hverandre. Forsøk som er utført i for-bindelse med oppfinnelsen viser at vætetilstanden av en karbonatbergart i hovedsak er avhengig av syretallet i råoljen og at temperaturen har en ubetydelig effekt idet ingen syste-matisk avhengighet av temperaturen ble observert.

Væteegenskapene til karbonatsteinreservoarer må således vur-deres ut fra råoljens syretall og ikke ut fra reservoartempe-raturen.

Fremgangsmåten for å øke utvinningsgraden fra en karbonatfor-masjonsbergart omfatter således å redusere bergartens poten-siale. Dette kan gjøres ved å la poreveggen være i kontakt med et potensialreduserende materiale så som en ioneholdig væske. Således økes utvinningsgraden ved å tilføre negativt ladede ioner til reservoaret i et modifisert fortrengningsvann.

Det har vist seg at sul f at ioner S04<s>" er potensialbes temmende i kalksteinsformasjoner, om enn i mindre grad enn kalsiumio-nene. Tilførsel av S04<2>" til poreveggen reduserer poreveggens positive ladning slik at de negativt ladede karboksylatgrupper -COO" i oljen, som befinner seg ved poreveggen, lettere slipper sin binding til poreveggen og derved lar seg fortrenge av et annet fluid.

Formasjonsvann inneholder relativt mye Ca<2+> og bare ubetyde-lige mengder S0*~. Reinjeksjon av formasjonsvann i et kalk-steinreservoar bidrar således lite til økt utvinningsgrad.

Sjøvann inneholder typisk en dobbelt så stor andel sulfationer S04<2>~ som kalsiumioner Ca<2+.> Sjøvann er derfor velegnet for injeksjon i kalkstéinsbergarter idet sulfationene binder seg til poreveggen og reduserer poreveggens positive ladning. Sjøvannets virkning forbedres ved å tilsette ytterligere sulfat ioner S04<2>~ og eventuelt også ved å fjerne kalsiumioner Ca2\

Ved injeksjon av formasjonsvann (produsert vann) er det av stor betydning at vannet bare anvendes som en trykkstøtte relativt langt nede i reservoaret. Eventuelt må kalsiumioner fjernes og sulfationer tilsettes formasjonsvannet.

I modifisert ferskvann kan ionene utgjøres av silikater, for eksempel Si03<3>", som det antas kan utgjøre et potensialbestemmende ion for karbonat.

Det er videre viktig at det sjøvann som injiseres, ikke kjø-ler reservoaret i nevneverdig grad, idet prosessen slik den er beskrevet overfor, retarderes ved synkende temperatur.

I det etterfølgende beskrives en utført undersøkelse av en kalksteinsbergart idet resultatet er anskueliggjort på med-følgende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser en prinsippskisse av et prøveoppsett; og

Fig. 2 viser en forenklet graf av oljeutvinningsgrad som

funksjon av tid og fortrengningsfluidets sulfatinnhold.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en kalksteinsprøve fra et reservoar. Under forsøket ble det anvendt en prøve fra den såkalte Stevens Klint.

Prøven var opprinnelig mettet med formasjonsvann fra det nedre parti fra et felt i Nordsjøen. Dette vann ble skjøvet ut av prøven med olje, hvoretter prøven ble eldet ved 90°C over en periode på fire uker for å oppnå korrekte vætefor-hold. Saliniteten ble holdt konstant ved å justere NaCl-konsentrasj onen.

Kalksteinsprøven ble dykket i vann i en prøveflaske 2 ved en temperatur på 70°C mens vann med ulike sulfatkonsentrasjoner omga prøven. Fortrengt oljemengde kan avleses på en skala 3 på prøveflaskens hals.

Under testen ble det anvendt syntetisk sjøvann SSW (Syntetic Sea Water) som fortrengningsfluid.

Prøven 1 ble ved tiden T x dykket i sulfatfritt SSW. Før det sulfatfrie SSW ble tilsatt, var det oppnådd en fortrengnings-grad U0 i forhold til opprinnelig oljeinnhold i prøven. For-trengningsgraden økte opp til et første nivå H1 hvor den stabiliserte seg. Ved tid T3 ble fortrengningsfluidet erstattet av SSW med tilnærmet normalt innhold av sulfat. Fortreng-ningsgraden økte til et andre nivå U3 hvor det stabiliserte seg. Ved tiden T3 ble fortrengningsfluidet erstattet av SSW med fire ganger normal konsentrasjon av sulfat. Fortreng-ningsgraden økte derved til et tredje nivå U3 hvor det stabiliserte seg.

Ved å anvende et fortrengningsfluid som inneholder tilstrek-kelig mengde sulfationer S04<2>" i forhold til kalsiumioner Ca<2+>, er det således mulig å i vesentlig grad øke utvinningsgraden fra et kalksteinsreservoar.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for å øke utvinningsandelen av petroleum fra en karbona tbergart, karakterisert ved at bergartens positive ladning reduseres ved å tilføre negativt ladede ioner til reservoaret i et modifisert fortrengningsvann.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det negativt ladede ion er et sulfation S042\

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at fortrengningsfluidet er modifisert sjø-vann .

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, karakterisert ved at fortrengningsfluidet er modifisert produsert vann.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 3 eller 4, karakterisert ved at fortrengningsfluidet er tilsatt sulfationer S04<2>".

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 4 eller 5, karakterisert ved at det fra fortrengningsfluidet er fjernet kalsiumioner Ca<2+>.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, karakterisert ved at fortrengningsfluidet er modifisert ferskvann.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 8, karakterisert ved at det negativt ladede ion er et silikat.