NO774143L - Fremgangsmaate ved plugging av underjordiske formasjoner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å

redusere permeabiliteten av en permeabel underjordisk jordformasjon. Mere spesielt angår den plugging av porer beliggende innen de

første få cm av den del av jordformasjonen som støter til borehullet i en brønn og fremskaffer en måte å gjøre dette på i jordformasjoner som er relativt høypermeable og/eller oppbrutt.

I henhold til oppfinnelsen reduseres permeabiliteten av en underjordisk jordformasjon ved å avsette voks i og nær en frilagt overflate av formasjonen. Et smeltet voks som har et smeltepunkt nær, men over temperaturen for jordformasjonen som skal behandles, blandes i det vesentlige homogent med et emulgeringsmiddel som består i det vesentlige av minst ett salt av et overflateaktivt amin eller kvartær ammoniumforbindelse. En olje-i-vann-emulsjon fremstilles ved å dispergere,smelt et voksblanding i en vandig væske slik at i det vesentlige alle av de dispergerte partikler har en gjennomsnittsdiameter på under ca. 4 M-m og vannfasen har en pH under ' ca . 4- Et pH-økende reaktivt- materiale oppløses i den vandige væskefase av emulsjonen. Typen og mengden av det reaktive materiale velges slik at dets reaksjon bringer emulsjonen til å bryte ned relativt snart efter at emulsjonen og reaktanten er blitt utsatt for den temperatureksponering som følger av å bringe væsken til å strømme inn i den underjordiske formasjon som skal behandles. Emulsjonen og reaktanten er forenet, i det minste så snart som de trenger inn i porene av jordf ormas jonen, og føres inn "i jordformasjonen som skal behandles med en hastighet slik at nedbrytningen av emulsjonen avsetter voks i og nær den eksponerte overflate av jordformasjonen.

Foreliggende oppfinnelse angår således en fremgangsmåte for

å redusere permeabiliteten av en underjordisk jordformasjon som utsettes for væsken i borehullet av en brønn, og som omfatter:

å blande smeltet voks i det vesentlige homogent med et overflateaktivt kationisk emulgeringsmiddel bestående i det vesentlige av minst ett salt av et overflateaktivt amin eller kvartær ammoniumforbindelse; å dispergere den smeltede voksblanding i en vandig væske for å danne en <> I je - i -va nn-emn I s jon hvori i dot vesent I i rjo alle ile dispergerte partikler har en gjennomsnittsdiameter på under ca. 4 (im og den vandige uæskefases pH er under ca. 4;

å oppløse en pl-I -økende reaktant i vannfasen av emulsjonen,

i det minste i det vesentlige så snart som emulsjonen strømmer inn i jordformasjonen som skal behandles, idet typen og mengden av reaktanten er slik at dens reaksjon bevirker at emulsjonen bryter ned relativt snart efter at emulsjonen og reaktanten er utsatt for tids-temperatureksponeringen som finner sted ved innføring av en væske i jordformasjonen; og

å føre den reaktantholdige emulsjon inn i jordformasjonen med en hastighet slik at vokset avsettes i og nær den eksponerte overflate av jordformasjonen.

Vokset som anvendes ved foreliggende oppfinnelse, kan være

i det vesentlige et hvilket som helst voks eller vokslignende homogen blanding av voks og polymer som er i stand til å smelte under dannelse av en i det vesentlige homogen væskeoppløsning eller -dispersjon ved en temperatur nær, men fortrinnsvis over temperaturen for jordformasjonen som skal behandles. Voksarter inneholdende frie alkoholer og/eller syrer, og naturlig forekommende voksarter bestående hovedsakelig av hydrocarboner og alkoholestere,

og voks-polymerblandinger kan anvendes. Eksempler på slike voksarter innbefatter paraffinvoks som er tilgjengelig fra raffineringsoperasjoner og som inneholder rettkjedede eller forgrenede iso-paraffiniske hydrocarbonmolekyler, mikrokrystallinske voksarter, som også er tilgjengelige fra raffineringsoperasjoner, men som er utvunnet fra restoljer som blir tilbake efter fjernelsen av smøre-olje -destillatfraksjonene og ofte har høyere smeltepunkter enn paraffinvoksene, og forskjellige syntetiske vokser og voks-polymerblandinger fremstilt for forskjellige anvendelser. Paraffinvoksene og de mikrokrystallinske vokser tilgjengelig fra Shell Chemical Company USA under varemerkene "Shell Wax" SW-100, SW-200, SW-300, SM-400, SM-500, SW-700 og lignende er særlig egnet. Ved

anvendelse av laveremolekylær.e pa raf f invokser er konsentrasjoner opptil 10 vekt% av emulsjonen i alminnelighet passende, men konsentrasjoner på ca. 5% eller mindre foretrekkes for de høyere-molekylære voksarter, som 300, 400 , 500 og 700 seriene av Shell-voksene. Foreliggende emulsjoner er særlig nyttige for behandling av jo n Ifi rniia s j< tuor hum I I cnipo ra I u rer fra ca. '>.'.' I :i I H?°C mod voksarter som har smeltepunkter fra ca. 55 til 88°C. 1 henhold til en foretrukken utførelsesform av fremgangsmåten er smeltepunktet for vokset fra 55 til 88°C , og det smeltede voks blandes ved en temperatur på 71 til 88°C med emulgeringsmidle^ og den dannede blanding blandes med en vandig væske med en pH på under ca. 3 ved en temperatur fra ca. 71 til 88°C. Det smeltede voks dispergeres fortrinnsvis i den vandige væske under dannelse av en emulsjon hvori gjennomsnitt sdiamet rene av partiklene er 2 - 4 M-m •

Ved foreliggende fremgangsmåte kan emulgatoren være i det vesentlige et hvilket som helst overf1ateaktivt kationisk materiale som de overflateaktive salter av aminer og kvartære ammoniumforbindelser. Passende overflateaktive kationiske emulgatorer er kommersielt tilgjengelige, som: "Aerosurf AA" emulgatorene fra Ashland Chemical Company; "Redicote E" emulgatorene fra Armak Chemical Company; "Aliquat" fett-kvartære-ammoniumklorider; eller "Diam" fett-diaminene fra General Mills Chemical Company; "Nalquats" kvartære imidazolinbaser fra Melco Chemical Company; "Arquads" alkyltrimethy1-ammoniumkloridene såvel som talgamin-acetatene fra Armak Chemical Company; "Emo-cols", substituerte tri-et hyl-ammoniumklorider, fra Emulsol Corporation, etc.

Fettsyresaltene av overflateaktive aminer eller kvartære ammoniumforbindelser omfatter foretrukne emulgeringsmidler. Særlig egnede medlemmer av en slik gruppe er tilgjengelige fra Armak Chemical 'Company under varemerket "Armac" som "Armac-T" eller "Armac-HT". Blandinger av slike emulgatorer er særlig egnet. Mens f.eks. "Armac-HT" (et hydrogenert talg-amin-acetat) er tilbøyelig til å gi noe mere viskøse emulsjoner som er tilbøyelige til å ha en høyere skjærstabilitet, vil kombinasjoner av "Armac-HT" og "Armac-T" (et talgamin-acetat, også kalt det nøytrale acetat av octadecylamin) være tilbøyelig til å gi mindre viskøse emulsjoner med relativt høy skjærstabilitet. "Armac-T" er et foretrukket emulgeringsmiddel.

Den vandige væske som anvendes .ved foreliggende fremgangsmåte, kan fortrinnsvis være et hvilket som helst vann som er relativt fritt for salter eller andre elektrolytter. En slik vandig væske består fortrinnsvis i det vesentlige av vann og ikke mere enn omtrent tilstrekkelig syre til å gi en pH på under ca. 4 (fortrinnsvis ca. 2 til 3). Saltsyre er en særlig egnet syre for anvendelse ved foreliggende oppfinnelse.

I foreliggende fremgangsmåte er det ved fremstilling av en olje-i-vann-emulsjon ved å dispergere en smeltet blanding av voks og emulgeringsmiddel i en vandig væske, ønskelig å anvende utstyr som er i stand til å gi tilstrekkelig kraft til å bevirke en be-traktelig adskillelse av vokspartiklene. Utstyr som kolloidmøller, homogenisatorer, omrørte blandere og soniske emulgatorer er særlig egnet. Omrøringen i forbindelse med emulgeringen gir fortrinnsvis en dispersjon av små partikler av relativt jevn størrelse, som en dispersjon av partikler nied gjennomsnittsdiametre fra ca. 1 til 4wm.

Den pH-økende reaktant anvendt ved foreliggende fremgangsmåte kan være i det vesentlige en .hvilken som helst vannoppløselig forbindelse eller blanding av forbindelser som reagerer på en tids-og temperaturkontrollert måte og gir et vannoppløselig materiale som øker en vandig oppløsnings pH. Den pH-økende reaktant kan være et vannoppløselig cyanat, som et alkalimetallcyanat, fortrinnsvis nat riumcyanat .

En pH-økende reaktant som er særlig egnet hvor temperaturen i jordformasjonen som skal behandles er over ca. 71°C, omfatter en blanding av et nitritsalt og et vannoppløselig amid av carbonsyre, som urea.

I alminnelighet kan den pH-økende reaktant omfatte et vann-oppløselig amid av carbaminsyre eller carbonsyre som ammoniura-carbamat eller urea, eller deres homologer, salter av cyansyre, som alkalimetallcyanater, cyanamid, etc.

Ved planlegning av en profilkontTollbehandling for anvendelse i en spesiell brønn er det ønskelig å skaffe så mange opplysninger som mulig om historien om olje- og vannproduksjonen (eller vann-injeksjonen, hvis brønnen er en injeksjonsbrønn) for brønnen som skal behandles. Slike opplysninger bør innbefatte dybden av en eventuell sone eller soner som har en uønsket vannproduserende eller vanninjeksjon, intern permabilitet av formasjonene i dette intervall, den gjennomsnittlige temperatur i intervallet, tid-■ ligere profilregulerende behandlinger, etc.

Ved sammensetning av en voksemulsjon for behandling av en spesiell underjordisk jordformasjon er det ønskelig å velge et voks med et smeltepunkt nær, men over temperaturen for formasjonen. Tabell I viser korrelasjonen mellom temperaturene for underjordiske jordformasjoner og typene av Shell voksarter som er egnet for anvendelse i slike formasjoner.

En særlig egnet vokssammensettende metode eksemplifiseres

ved å avpasse mengden av komponentene og rekkefølgen av trinn ved følgende metode som ble anvendt for laboratoriefremstilling av voksemulsjoner. For LOOO g voksemulsjon anbringes ICO g "Shell Wax" lOO eller 200, 799av et hydrogenert talgaminacetat (kjent under varemerket "Armac-HT") og 1 g av et talgaminacetat . (kjent under varemerket "Armac-T'5 i en beholder. Derpå smeltes vokset og emulgatorene sammen ved fra ca. 71 - 91°C. Skiktning vil inntre på grunn av densitetsforskjellene mellom vokset og emulgatorene.

Derfor blandes vokset og emulgatorene omhyggelig sammen ved omrør-ing. 820 g vann anbringes i en kolloidmølle eller oppvarmet blander. For stabilitetsformål bør 200 ral IN saltsyre pr. 1.000 g syrefri voksemulsjon tilsettes til vannet. Denne blanding bør så oppvarmes ved ca. 71 - Ql°c i 5 minutter.

Tilsett til syre/vannblandingen det -smeltede voks og emulgatorer under kraftig omrøring i en blander, eller hurtig sirkula- sjon gjennom en kolloidmølle. Disse bestanddeler får lov til å blandes i minst 20 minutter før avtapning av den dannede emulsjon. Derpå avkjøles den dannede emulsjon langsomt ved moderat omrøring

i 6 til 8 timer i en ren beholder. Moderat omrøring under emul-sjonsavkjølingen nedsetter tilbøyeligheten for inntredelse av voks-partikkelagglomerering under avkjølingsstadiet .

En viskositet søkning vil antagelig inntre eftersom emulsjonen avkjøles. Hvis viskositeten blir for stor (over 150 cP), oppvarmes emulsjonen forsiktig til mellom 38 og 55°C, og emulsjonen omrøres forsiktig ved denne temperatur inntil emulsjonen er ferdig til å innføres i en underjordisk formasjon som skal behandles.

Hvis "Shell Waxes" 300, /+00,. 500 eller 700 skal anvendes, anbefales bare 5 vekt% voks. Derfor bør der for 1.000 g syrefri emulsjon anvendes 870 g vann istedenfor 820 g. Emulgatorkonsentra-sjonen bør imidlertid forbli den samme. I alle sammensetninger anvendes 2O0 ml IN saltsyre pr. 100 g voksemulsjon.

Det følgende illustrerer en særlig egnet metode for å innføre en voksemulsjon i en underjordisk jordforma sjon i henhold til foreliggende oppfinnelse. Før voksemulsjonen pumpes inn i brønnen,

bør ledningen først innføres i borehullet til toppen av behandlingsområdet. Tilstrekkelig emulsjon til å fylle foringen nedenfor røret og til delvis å fylle røret (vanligvis ikke mere enn l600 1, avhengig av dybden av behandlingssonen) pumpes ut av avkjølings-apparaturen på overflaten under anvendelse av en variabel pumpe-ha st ighet .

Hvis volumet i foringen nedenfor rørstrengen er større enn 800 1, kan det taes i betraktning å anbringe en broplugg nedenfor behandlingsområdet. Voksemulsjonssystemet er beregnet på å frem-skaffe en grunn plugging som vil tillate en selektiv gjeninntreng-ning av spesielle soner.

Emulsjonen kan nu blandes med en pH-økende reaktant, som natriumcyanat, pumpes inn i brønnen og fortrenges inn i de omgiv-ende jordformasjoner (f.eks. ved trykning med saltlake som pumpes inn bak voksemulsjonen). Saltlake som er gelert med et konven-sjonelt vannf ortykkende middel, gir et godt f ort rengning smedium . Hele tiden bør fortrengningstrykket holdes under forskjellen mellom det minimale formasjonsoppbrytende trykk og summen av overflate- og hydrostatisk trykk på formasjonsflaten. Når fortreng ningstrykket begynner å stige meget hurtig, bør innpumpnings-hastigheten senkes for å forhindre formasjonsoppbrytning. Hvis ikke mere emulsjon kan fortrenges inn i jordformasjonene uten opp-brytning, bør brønnen avstenges og tillates å være i ro i minst 8 til 12 timer.

Brønnhodet rykket bør kontrolleres periodisk under avsteng-ningsperioden. En gradvis brønnhodetrykksavtagelse med tiden er ikke uvanlig, men en hurtig avtagelse indikerer ineffektiv plugging. Hvis brønnhodet rykket synker for hurtig, kan en annen sats emulsjon pumpes inn i brønnborehullet og fortrenges i formasjonen nok en gang. Hele prosessen gjentaes ganske, enkelt.

Hvis imidlertid brønnhodet rykket holder seg i en rimelig tid (8 til 12 timer) efter avstengning uten et større trykkfall, er effektiv plugging sannsynligvis inntrådt. På dette tidspunkt kan trykket luftes, borehullet sirkuleres rent og brønns lammet under-søkes for. å bestemme graden og effektiviteten av prof ilreguler ings-behandlingen. Hvis den var effektiv, blir alle sonene i det be-handlede intervall plugget med voks, og de ønskelige soner kan nu gjenåpnes f.eks. ved perforering av de pluggede deler av dem.

Et viktig trekk ved foreliggende kationiske voksemulsjoner er deres evne til å pumpes eller fortrenges gjennom en slisset foring og gruspakning og- inn i en permeabel formasjon slik at formasjonen er grunt plugget med voks som fører til en ikke-strømningstilstand.

Tabell II viser variasjonene i voksemulsjonsegenskaper med variasjoner i forholdet av "Armac-HT" til "Armac-T" emulgeringsmidler. Slike sammenligninger viser at for en 20 vekt%-ig voksemulsjon ble de mest regelmessige moderate viskositeter og de største skjærstabiliteter erholdt ved å anvende 7,8 til 7,95 vekt% "Armac-HT" og 0,2 til 0,05 vekt% "Armac-T" emulgatorer. På grunn-lag av disse prosenter kan den foretrukne laboratoriefremstill-ingsteknikk beskrevet ovenfor, anvendes for å fremstille kationiske voksemulsjoner med moderat viskositet og høy skjærstabilit et.

Tabell III viser forskjellene i voksemulsjonsegenskaper som. skyldes emulsjonsfremstillingsmetoder som var i det vesentlige identiske unntatt at (a) i ett tilfelle ble voks og emulgatorer smeltet sammen og omhyggelig blandet før tilsetning til en oppvarmet blanding av syre og vann, og (b) i det annet tilfelle ble voks og emulgatorer smeltet, men ble ikke omhyggelig blandet før deres dispergering i den vandige væske.

Tabell IV viser stabilitetsegenskaper av emulsjoner ifølge oppfinnelsen inneholdende forskjellige kvaliteter av Shell-voks. Det vil sees at med én unntagelse bevirket 17 timers oppbevarings-kontakt med 2% saltlake praktisk talt intet tegn på vokspartikkel-agglomerering. Emulsjonen inneholdende SW-100 voks, viste en gjennomsnittspartikkeldiameterøkning fra 2,5 til 7,4 \ xm (skjønt ingen destabilisering av emulsjonen inntrådte).

Da foreliggende voksemulsjoner avsetter et voks (som er selektivt oljeoppløselig og vann- eller syre-uoppløselig) innen de første få cm av den eksponerte flate av de permeable jordforma - sjoner, kan disse emulsjoner med fordel anvendes for å avlede det meste av en injisert vandig syre inn i de minst permeable deler av et intervall av jordformasjoner og/eller for mild behandling av en permeabel formasjon for selektivt, å nedsette dens permeabilitet for vann uten særlig å hindre dens permeabilitet for olje. Under anvendelse av dem som avledningsmidler alterneres én eller flere plugger av emulsjonene med én eller flere plugger av en vandig syre. For selektivt å nedsette permeabiliteten overfor vann, injiseres relativt små eller meget fortynnede plugger av emulsjonene inn i i det vesentlige alle deler av en permeabel formasjon i en grad som reduserer, men ikke fullstendig eliminerer permeabiliteten. Ved begge disse anvendelser blir, når produksjonen gjen-oppta es, vokspluggingsmaterialene i de oljeproduserende deler oppløst av oljen slik at, i de oljeproduserende deler, blir før-behandlingspermeabiliteten i det vesentlige fullstendig gjenopp-rettet .

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for å redusere permeabiliteten av en underjordisk jordformasjon som er eksponert for væsken i borehullet av en brønn,karakterisert ved: å blande smeltet voks i det vesentlige homogent med et overflateaktivt kationisk emulgeringsmiddel bestående i det vesentlige av minst ett salt av et overflateaktivt amin eller kvartær ammoniumforbindelse; å dispergere den smeltede voksblanding i en vandig væske under dannelse av en olje-i-vann-emulsjon hvori i det vesent lige alle de dispergerte partikler har gjennomsnitt sdiaraet ere på under ca. 4 M-m > og pH av den vandige væskefase er under 4j å oppløse en pH-økende reaktant i den vandige fase av emulsjonen, i det minste i det vesentlige så snart som emulsjonen strømmer inn i jordformasjonen som skal behandles, idet typen og mengden av reaktanten er slik at dens reaksjon bringer emulsjonen til å bryte ned relativt snart efter at emulsjonen og reaktanten er blitt utsatt for tid-temperatureksponeringen involvert i innføring av en væske i jordformasjonen; og innføring av den reaktantholdige emulsjon i jordformasjonen med en slik hastighet at vokset avsettes deri og nær den eksponerte flate av jordformasjonen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat der anvendes et lavere-molekylæ:nt pa raf f invoks i en konsentrasjon på under 10%.

3- Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat temperaturen av jordforma - sjonen som skal behandles, er fra 52° - 82°C, og smeltepunktet for vokset er fra 55° - 88°C.

4- Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat emulgeringsmidlet består i det vesentlige av i det minste ett fettsyresalt av et overflateaktivt amin eller kvartær ammoniumforbindelse.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4> karakterisert vedat emulgeringsmidlet består i det vesentlige av minst ett eddiksyresalt av et talgamin.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 3 eller 4,karakterisert vedat smeltepunktet for vokset er fra 55° - 88°C, og det smeltede voks ved en temperatur fra 71° - 88°C blandes med emulgeringsmidlet og den dannede blanding blandes med en vandig væske med en pH under 3 ved en temperatur fra 71° - 88°C.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert vedat den smeltede voksblanding dispergeres i den vandige væske til en emulsjon i hvilken gjennomsnittsdiameteren for partiklene er 2 - 4 • 8- Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den pH-økende reaktant er en vannoppløselig forbindelse som reagerer på et tids- og tempera-turregulert vis under dannelse av et vannoppløselig materiale som øker den vandige oppløsnings pH.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat der som pH-økende reaktant anvendes et alkalimetallcyanat.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8> karakterisert vedat der som pH-økende reaktant anvendes en blanding av et nitritsalt og urea.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat minst én porsjon av den reaktantholdige emulsjon føres inn i jordformasjonen foran i det minste en porsjon av vandig syre.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 11,karakterisert vedat den reaktantholdige emulsjon føres inn i jordformasjonen i en konsentrasjon og volum slik at permeabiliteten av de mest permeable deler nedsettes, men ikke fullstendig elimineres.