NO750189L

NO750189L -

Info

Publication number: NO750189L
Application number: NO750189A
Authority: NO
Inventors: E A Richardson
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1974-01-24
Filing date: 1975-01-22
Publication date: 1975-08-18
Also published as: NL7500738A; IT1027344B; DK17875A; US3885630A; DE2502510A1; GB1495841A

Description

Surgjøring av underjordiske formasjoner.

Foreliggende .oppfinnelse angår surgjøring av syrereaktivt materiale i eller rundt et borehull av en brønn som gjennomtrenger en underjordisk formasjon, for å oppløse eller kjemisk endre det syrereaktive materiale. Oppfinnelsen er særlig nyttig i matriks- og/eller brudd-surgjøringer av underjordiske carbonat-reservoarer, som carbonat-reservoarer hvori der kan foreligge relativt høye temperaturer.

Tallrike metoder er tidligere foreslått for å redusere den hastighet med hvilken en syre forbrukes til å surgjøre et hurtig reaktivt materiale slik som er tilstede i et carbonat-reservoar. De tidligere metoder har omfattet, oppløsning eller emulgering av en syre (eller syredannende materiale) i en ikke-vandig væske; å danne en

syre inne i det underjordiske reservoar ved en relativt langsom hydro-lyse av et organisk halogenid eller ester; å oppløse nok vannfor-tykker i en vandig syre til å nedsette hastigheten med hvilken syren diffunderer til kontakt med det reaktive materiale; eller lignende metoder*. , Forskjellige ulemper har imidlertid vist seg å være for-bundet méd hver av disse metoder.

Målet ved foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte for sur-gjøring av hurtig reagerende materialer i underjordiske formasjoner ved en regulert lav reaksjonshastighet.

I henhold til foreliggende oppfinnelse surgjøres et syrereaktivt materiale i eller rundt et borehull av en brønn som gjennomtrenger en. underjordisk formasjon, ved å bringe den i kontakt med en vandig opp-løsning inneholdende tilstrekkelig vannoppløselig svak syre til å reagere med en betydelig mengde syrereaktivt materiale og tilstrekkelig vannoppløselig salt av svak syre til å gi et forhold av svak syre til salt av svak syre som begrenser konsentrasjonen av ionisert svak syre til et relativt lavt nivå ved hvilken hastigheten av surgjørings-reaksjonen er relativt lav.

Den sur gjørende væske i henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter en vandig oppløsning som inneholder fra ca. 0,1 - 10 moi pr. 1 vannoppløselig svak syre og fra ca. 0,1 - 10 mol pr. 1 vannopp-løselig salt. av svak syre, i et forhold svak syre: salt av svak syre som regulerer konsentrasjonen av den ioniserte svake syre i' oppløs-ningen til et relativt lavt nivå ved hvilket hastigheten av surgjør-ingen ved hjelp av oppløsningen er betraktelig, men relativt lav.

Oppfinnelsen vil nu bli beskrevet ytterligere ved eksempler under henvisning til tegningen som er en skjematisk illustrasjon av kurver av mengdene av carbondioxyd som frigjøres med tiden når calciumcarbonat bringes i kontakt med visse oppløsninger.

Foreliggende oppfinnelse er. i det minste delvis, basert, på

det følgende. Når konsentrasjonen av ionisert svak syre i en vandig oppløsning er relativt lav, er hastigheten med hvilken oppløsningen reagerer med syrereaktivt materiale, relativt lav. Konsentrasjonen av ionisert svak syre i en vandig oppløsning kan fastlegges' og reguleres til et valgt relativt lavt nivå ved å innbefatte i.oppløsningen en mengde.av oppløst salt av svak syre, som gir et valgt forhold av svak syre (ikke-ionisert såvel som ionisert) til salt av svak syre. Konsentrasjonen av den ioniserte svake syre står i forhold til oppløs-ningens pH og pufres ved en pl-] som overstiger den for en oppløsning inneholdende den samme mengde svake syre i fravær av saltet av svak syre.

Når i en slik pufret oppløsning den tilgjengelige mengde svak syre (ionisert og ikke-ionisert) i en. gitt del av oppløsningen er tilstrekkelig til å reagere med en valgt mengde syrereaktivt materiale og forholdet av svak syre til salt av svak syre er tilstrekkelig til å gi en relativt lav konsentrasjon av ionisert svak syre (ved hvilken reaksjonshastigheten er relativt lav), reguleres konsentrasjonen av den ioniserte svake syre av puffervirkningen og en relativt lav reaksjonshastighet opprettholdes under hele reaksjonen. Efter som konsentrasjonen av ionisert svak syre. senkes av reaksjonen, ioniseres mere ikke-ionisert svak syre, og mere anioner av svak syre (fra det oppløste salt av svak syre) overføres til ikke-ionisert svak syre. Likevekten innstilt av forholdet av svak syre til salt av svak syre forblir i det vesentlige konstant inntil det meste av en eller flere av disse komponenter er uttømt. Som kjent for fagfolk, er en slik puffervirkning effektiv over et relativt vidt område av konsentra-sjoner og eksempelvis kan pH forbli i det vesentlige konstant i betraktelig tid og derpå stige efter at pufferkomponentene er i det vesentlige utarmet.

Svake syrer egnet for anvendelse ifølge oppfinnelsen omfatter aem som oppløses i vann under dannelse av vandige syrer egnet for reaksjon med syrereaktive materialer (som carbonatmineraler) ved hastigheter som avtar med avtagning i konsentrasjon av den ioniserte syre. Eksempler på egnede svake syrer innbefatter vannoppløselige fettsyrer som maursyre, eddiksyre, propionsyre og lignende, substi-tuerte vannoppløselige organiske syrer som kloreddiksyre, hydroxy-eddiksyre og lignende, og forskjellige vannoppløselige polycarboxyl-syrer som citronsyre og lignende. Slike syrer kan anvendes enkeltvis eller i blandinger. Særlig foretrukne syrer er maursyre, eddiksyre og citronsyre.

Salter av svake syrer egnet for anvendelse ifølge oppfinnelsen omfatter vannoppløselige salter av svake syrer av den ovenfor beskrevne type. Eksempler på passende salter innbefatter ammonium- eller alkalimetallsalter av slike syrer. Slike salter kan anvendes enkeltvis eller i blandinger. Og saltet av en svak syre kan anvendes sammen med en eller flere forskjellige svake syrer. Eksempelvis kan en liten mengde av et salt av en svak syre som frembringer en relativt høy pH med en spesiell svak syre, anvendes sammen med et annet salt av en svak syre slik at pH til å begynne med holdes høyere enn den verdi som senere opprettholdes. Særlig foretrukne salter av svake syrer innbefatter nat riumacetat, natriumformiat og natriumcit rat.

Vandige væsker egnet for anvendelse ifølge oppfinnelsen, omfatter vann eller praktisk talt en hvilken som helst relativt for-tynnet vandig oppløsning av materialer som er forlikelige med svake syrer, salter av svake syrer og surgjørings-reaksjonsproduktene av reaksjoner mellom svake syrer og syrereaktive materialer. Slike væsker kan med fordel inneholde tilsetninger som korrosjonsinhibitorer, fuktemidler, detergenter, oljeoppløsningsmidler eller olje og vann gjensidige oppløsningsmidler, fortykningsmidler, suspensjoner av sprekk-pakkende partikler og lignende som dem som konvensjonelt anvendes ved surgjøring og/eller oppbrytningsvæsker, etc. Særlig foretrukne vandige væsker omfatter vann eller relativt fortynnede og bløte saltoppløsninger.

Konsentrasjonen av den svake syre og saltet av svak syre kan varieres relativt vidt avhengig av den spesielle surgjøringsbehandling som utføres. I de foreliggende oppløsninger omfatter surgjørings-midlet en selektivt avpasset blanding av svak syre og salt av svak syre. Forholdet er hovedfaktoren som innstiller og regulerer pH, eller ionisert svak. sy rekonsent ras jon, av oppløsningen. Konsentrasjonen av den svake syre (og således, for et gitt forhold, konsentrasjonen av blandingen av svak syre og salt av svak syre) er hovedfaktoren som bestemmer hvor meget syrereaktivt materiale vil bli sur- gjort av en gitt mengde av oppløsningen. Mengdene eller forholdet (og den resulterende puf f ervirkning ) regulerer reaks jonsha st ighet en., mens konsentrasjonen regulerer graden av reaksjonen. Passende kon-sentrasjoner av svak syre kan variere fra ca. 0,1 til 10 mol. pr. 1 op>pløsning. Passende forhold av svak syre til saltet av svak syre omfatter forhold fra ca. 0,1 til 1.0,0.

I alminnelighet er det, når det er ønskelig å oppløse eller kjemisk omdanne en relativt stor mengde syrereaktivt materiale, for-delaktig å anvende en oppløsning inneholdende bare omtrent den foretrukne konsentrasjon av svak syre og bringe nok porsjoner av oppløs-ningen i kontakt med det syrereaktive materiale for å surgjøre alt som ønskes.

En betydelig praktisk forde 1 ved foreliggende pufferregulerte surgjøringsoppløsninger er deres relative stabilitet og ufølsomhet overfor temperatur, så lenge som de holdes ute av kontakt med et syrereaktivt materiale. En rekke måter og midler for å gjøre dette er lett tilgjengelige.

Hvor det er ønskelig å skaffe en til å begynne med hurtig og/eller utstrakt, surgjøring av et syrereaktivt materiale, kan en sterk syre oppløses i foreliggende surgjøringsoppløsning. Under sur-gjøringen, så snart som den hurtigreagerende sterke syre er utarmet, stiger pli, og surg jør ingshast ighet en avtar og holdes ved den relativt lave verdi på hvilken den innstilles av puffervirkningen. Alternativt, når.det ønskes å fremskaffe en utbrukt syreoppløsning som antar en høy pH, eller endog blir alkalisk, kan en sterk base oppløses i foreliggende surgjøringsoppløsning. Med en slik base i oppløsningen må forholdet av svak syre til salt av svak syre være høyt i forhold til det som trenges for å opprettholde en valgt pH i fravær av basen. Under•surgjøringen, efter at den svake syre er blitt betraktelig utarmet og puffervirkningen er avsluttet, stiger pH til den som innstilles av mengden av base i oppløsningen.

Ved sammensetning av foreliggende surgjøringsoppløsninger kan reaktantene blandes i praktisk talt en hvilken som helst orden og/eller dannes in situ. Eksempelvis kan, ved fremstilling av en eddiksyre-natriumacetatoppløsning, 1,02 kg eddiksyreanhydrid og 0,403 kg natriumhydroxyd oppløses pr. 1 vann. Dette danner en oppløs-ning i hvilken forholdet av svak syre til salt av svak syre er ca. 1, pH er ca. 4,8, og reaksjonshastigheten. med et carbonatmineral er ca. 10 ganger mindre enn den for en vandig oppløsning inneholdende den samme mengde eddiksyre i fravær av nat riumacetat.

Tegningen illustrerer kurver av data fra sammenlignende forsøk ved å bringe .1 grams prøver av calciumcarbonat i kontakt med 10 ml av de angitte vandige oppløsninger A-F inneholdende følgendé bestand-deler:

oppløsning A - 1 N HCl pH = 0

oppløsning B - 1 N eddiksyre pl-l = 2,4

oppløsning C - 1 M natriumacetat og 1 M eddiksyre pH =4,8

oppløsning D - 1 M nat. riumacetat og 0,5 M eddiksyre pH =5,0 oppløsning E - 1 M trinatriumcitrat og 1 M eddiksyre pH = 6,0 1 M trinatriumcitrat og 0,5 M eddiksyre pH = 6,3 oppløsning F - 1 M trinatriumcitrat og 0,16 M eddiksyre pl-1 7,5 (efter 4 minutter) oppløsning G - 1 M natriumacetat pH = 7,5 eller

1 M trinatriumcitrat pl-l = 7,9-

Målinger ble gjort av antallet av ml carbondioxyd (se ordinat) som ble frigjort efter forskjellige antall minutter (se abscisse).

De angitte pH-verdier av reaksjonsoppløsningene ble målt på forskjellige tider under reaksjonene.. Som det fremgår av tegningen, er reak-sjonshastighetene av oppløsningene inneholdende blandinger av svake syrer og salter av svake syrer betraktelig lavere enn de for syrene fri for saltene. Og, oppløsningene av blandinger av svake syrer og salter av svake syrer har reaks jonshast. ighet er som er regulert og holdt ved i det vesentlige konstante verdier ved puffervirkningene av blandingene.

Eksempel på reservoar- matriks- surgjøring

Oppfinnelsen kan anvendes til å behandle et carbonatreservoar som et som har en tykkelse på cå. 15 m, en permeabilitet på fra ca. 1 til 100 millidarcier, og'en temperatur på ca. 65°C. Det følgende viser typen på en foret rukken metode for en slik brønnbehandlings-prosess.

Fra ca. 20.000 til 200.000 1 av en pufferregulert syre frem-stilles i beholderne egnet for å håndtere en svak syre. Det angitte volum gir ca. 130 til 1.300 1 av syren pr. 10 cm vertikalt intervall av reservoaret. Den. anvendte mengde bør velges i henhold til dybden av den ønskede inntrengning. Syren omfatter en vandig oppløsning som inneholder ca. 1. mol pr. 1 av hver av eddiksyre og nat riumacetat sammen med korrosjonsinhibitorer, fuktemidler og lignende.

Den pufferregulerte syre pumpes gjennom brønnledningene o.g inn

i reservoaret med en hastighet på fra ca. 80 til 240 l/rain. Slutt-kanten fortrenges ved å pumpe inn en i det vesentlige inert væske som

saltvann, dieselolje eller råolje. Det fortrengende væskevolum måles for å unngå over-fortrengning av syren. Det er ønskelig å la syren, være i brønnen under hele perforeringsperioden for brønnforingen.

Brønnen stenges så av i ca. 12 timer og settes så i produksjon. Når reservoaret er relativt uhomogent, og det er ønskelig å tvinge en betraktelig del av syren inn i de mindre gjennomtrengelige deler, av-ledningsmidler som ballforseglere, temperatur- eller oljefjernbare polymere faste stoffer eller lignende, kan anvendelsen av en noe vann-oppløselig fast syre som benzoesyre være egnet, med passende innstill-ing av forholdet av svak syre til salt av svak syre for å ta i be-traktning syren som oppløses fra avledningsmidlet.

E ksempel på sy re - oppbry t ni<p>,<g>s<p>ros ess

Oppfinnelsen kan anvendes for samtidig oppbrytning og surgjøring av et relativt tett carbonat-reservoar, som et som har en permeabilitet på relativt få millida reier.

En oppbrytningsbegynnende porsjon av "en plugg" av relativt viskøs væske, injiseres først for å danne og utbre en sprekk. Pluggen er fortrinnsvis på minst ca. 40.000 1 av en gelert vandig væske, med en viskositet på minst 10 centipoise. Den injiseres ved et trykk som i det minste overstiger oppbrytningstrykket for reservoaret med en hastighet på minst ca. 800 - l600 l/min. Begynnelsesporsjonene av pluggen holdes fortrinnsvis frie for faste stoffer, men i forskjellige situasjoner kan sprekkende korn med fordel suspenderes i de senere porsjoner av en slik plugg.

Pluggen følges fortrinnsvis av minst ca. 80.000 .1 av en pufferregulert syre som pumpes inn i bruddet med i det vesentlige samme hastighet. Denne syre er fortrinnsvis sammensatt ved å oppløse ca. 1 mol pr. 1 eddiksyre og 1 mol pr. 1 trinatriumcitrat i en vandig opp-løsning inneholdende fuktemidler og korrosjonsinhibitorer som er forlikelige med eddiksyre.

Den pufferregulerte syre fortrenges inn i bruddet ved å pumpe saltvann inn i brønnledningene efter dens sluttkant. Syrefortreng-ningen avsluttes fortrinnsvis med i det minste noe syre tilbake i brø nnen i det perforerte område av foringen, og brønnen får stå av-stengt i ca..12 timer.

Passende sprelck-opp-propningsmidler, væsketapstilsetninger , korrosjonsinhibitorer, gelerringsmidler og lignende, er t ilg jengel ige ' på markedet. En vannoppløselig celluloseether som hydroxyethylcellul-ose, kan med fordel anvendes som fortykningsmidlet, og kan anvendes i den bruddnnnende plugg, i suspensjonen av sprek.k-opp-propningsk.orn, og om ønskes, i den pufferregulerte syre. Celluloseether-fortyk-ningsraidlene hydrolyserer ved en langsom, men betraktelig hastighet,

i nærvær av vandige syrer, og danner således selvbrytende viskositets-økende midler som senere vender tilbake til relativt ikke-viskøse væsker som fjernes under produksjonen fra brønnen og efterlater en høy permeabilitet gjennorn det oppbrudte system.

Claims

rundt borehullet av en brønn som gjennomtrenger en underjordisk formasjon, karakterisert ved at materialet bringes i kontakt med en væske som omfatter en vandig oppløsning som inneholder nok vannoppløselig svak syre til å reagere med en betraktelig mengde av det syrereaktive materiale og nok vannoppløselig salt av svak syre til å gi. et forhold av svak syre til salt av svak syre som opprettholder konsentrasjonen av ionisert svak syre i oppløsningen på et relativt lavt nivå ved hvilket reaksjonshastigheten med det syrereaktive materiale er relativt lav.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,

karakterisert ved at væsken omfatter eddiksyre og natriumacetat.
3- Fremgangsmåte ifølge krav 1,

karakterisert ved at væsken omfatter eddiksyre og trinatriumcitrat.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,

karakterisert ved at væsken omfatter maursyre og nat riumformiat.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 1 - 4>

karakterisert ved at væsken føres inn i et underjordisk reservoar inneholdende et carbonatmineral.
6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 -5,

karakterisert ved at væsken føres inn. i reservoaret under dannelsen eller behandlingen av et brudd.
7- Fremgangsmåte ifølge krav 1-6,

karakterisert ved at den vandige oppløsning av svak syre og salt av svak syre inneholder en sterk, syre for å bevirke en til å begynne med hurtigere reaksjon med det syrereaktive materiale.
8- Fremgangsmåte ifølge krav 1-7,

karakterisert ved at konsentrasjonen av blandingen av svak syre og salt av svak syre i en gitt del av oppløsningen er mindre enn tilstrekkelig til å reagere med den ønskede mengde av syrereaktivt materiale og en rekke porsjoner av oppløsningen føres i kontakt med det syrereaktive materiale for å bevirke omsetning'av den ø n s k e d e m e n g d e .
9. Surgjørende væske for anvendelse i underjordiske reservoarer, karakterisert ved at den omfatter en vandig opp-løsning som inneholder G,l - IO mo3 pr. 1 vannoppløselig svav syre og 0,1 - 10 mol pr. 1 vannoppløselig salt av svak syre i et forhold mellom svak syre og salt av svak syre som regulerer konsentrasjonen av den ioniserte svake syre i oppløsningen til et relativt lavt nivå ved hvilket surgjøringshastigheten av oppløsningen er betraktelig, men relativt lav.
10. Surgjørende væske ifølge krav 9,

karakterisert ved at den inneholder eddiksyre og natriumacetat.
11. Surgjørende væske ifølge krav 9,

karakterisert ved at den omfatter eddiksyre og trinatriumacetat.
12. Surgjørende væske ifølge krav 9,

karakterisert ved at den inneholder maursyre og natriumformiat.