PL191498B1

PL191498B1 - Usieciowany boranami żelowy płyn roboczy zwłaszcza do operacji studziennych oraz sposób obróbki penetrowanej przez odwiert strefy podziemnej studni i sposób przerywania ciągłości podziemnej formacji geologicznej

Info

Publication number: PL191498B1
Application number: PL325690A
Authority: PL
Inventors: Philip C. Harris; Michael A. Mccabe; Lewis R. Norman; Ronald J. Powell; Chris E. Shuchart; Billy F. Slabaugh; John M. Terracina; Joseph G. Yaritz
Original assignee: Halliburton Energy Serv Inc; Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 2006-05-31
Also published as: PL325690A1; CA2234199A1; US5827804A; AR012573A1; AU722143B2; ID20141A; CA2234199C; AU6059198A

Abstract

1. Usieciowany boranami, zelowy plyn roboczy zwlaszcza do operacji studziennych, skladajacy sie z wody, z uwodnionego galaktomannowego srodka zelujacego oraz z zawierajacej wode i roz- puszczalne zródlo boru kompozycji boranowej do buforowania plynu roboczego i do sieciowania uwodnionego galaktomannowego srodka zelujacego, znamienny tym, ze ilosc zródla boru w kom- pozycji boranowej winna odpowiadac zawartosci rozpuszczalnego boru, wynoszacej okolo 2,6% wagowo masy kompozycji boranowej przy stezeniu jonów wodorowych pH wynoszacym od okolo 7 do okolo 13, a ponadto kompozycja boranowa zawiera alkanoloamine lub alkiloamine. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest usieciowany boranami, żelowy płyn roboczy zwłaszcza do operacji studziennych, składający się z wody, z uwodnionego galaktomannowego środka żelującego oraz z zawierającej wodę i rozpuszczalne źródło boru kompozycji boranowej do buforowania płynu roboczego i do sieciowania uwodnionego galaktomannowego środka żelującego.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób obróbki penetrowanej przez odwiert strefy podziemnej studni, jak również sposób przerywania ciągłości podziemnej formacji geologicznej.

Wodne, usieciowane żele o wysokiej lepkości stosuje się w wielu operacjach prowadzonych w strefach podziemnych lub w formacjach geologicznych, obejmujących zwłaszcza operacje wykańczania studni, badania kontrolne utraty płynu, operacje stymulujące wytwarzanie wody lub związane z dostosowaniem do przepuszczalności formacji geologicznej.

Przykładem operacji wykańczania studni z zastosowaniem wodnego, usieciowanego żelu o wysokiej lepkości jest wypełnienie żwirowe sfery podziemnej studni. W operacjach wypełniania żwirowego cząstki żwiru przenosi się do wnętrza obszaru podziemnego studni względnie formacji geologicznej, w której ma być umieszczone wypełnienie żwirowe, w stanie zawieszonym w usieciowanym, żelowym płynie o wysokiej lepkości. Po wprowadzeniu żwiru usieciowany żel zostaje we wnętrzu obszaru podziemnego rozbity i powraca na powierzchnię. Utworzone wypełnienie żwirowe pełni funkcję filtra oddzielającego cząstki stałe od wytworzonych płynów, umożliwiając ich przepływ do dołu lub do góry odwiertu.

Przykładem operacji stymulującej wytwarzanie wody, z wykorzystaniem usieciowanego płynu żelowego o wysokiej lepkości, jest hydrauliczne przerywanie ciągłości formacji geologicznej. W takich operacjach jako płyn przerywający ciągłość formacji stosuje się płyn o bardzo wysokiej lepkości, który przenosi do utworzonych przełomów środek osłonowy, na przykład piasek i jest pompowany przez odwiert z taką prędkością i pod takim ciśnieniem, aby utworzyć w tej formacji przełom lub przełomy, rozszerzające się wewnątrz niej. Środek osłonowy zawieszony w płynie roboczym odkłada się w przełomach, natomiast żel zostaje rozbity i powraca na powierzchnię. Dzięki temu środek osłonowy zapobiega zamknięciu się utworzonych przełomów, tworząc kanały przewodzące, przez które wytworzone płyny mogą wpływać do odwiertu.

Jako środek sieciujący do tworzenia usieciowanych, żelowych płynów o wysokiej lepkości do operacji studziennych względnie do przerywania ciągłości formacji geologicznych wykorzystuje się od dawna jony boranowe z wielu źródeł, stanowiących na przykład: kwas borowy, boraks, czteroboran sodowy, zawartych w odpowiednich kompozycjach składających się z kwasu borowego oraz z dimerów i trimerów jonów boranowych. Wymienione wyżej substancje stałe, zawierające jon boranowy, mają jednak zmienne rozpuszczalności w wodzie, stwarzając problemy techniczne w zastosowaniu ich jako środków sieciujących w procesie wytwarzania usieciowanych, żelowych płynów o wysokiej lepkości do operacji studziennych względnie operacji przerywania ciągłości formacji geologicznych. Na przykład w wilgotnym powietrzu substancje te mają skłonności do zbrylania się, utrudniając ich dozowanie do żelowego roztworu. Praktyka ich stosowania wykazała ponadto, że trudno jest przygotować roztwór wodny tych substancji o zawartości boru większej od 2,5% wagowo i stężeniu jonów wodorowych pH poniżej 13, przy czym roztwory takie w niskich temperaturach powietrza często krystalizują, utrudniając pompowanie i dozowanie.

Innym problemem związanym z przygotowaniem usieciowanych, żelowych płynów o wysokiej lepkości na bazie jonów boranowych, w zastosowaniu do operacji studziennych, jest konieczność utrzymywania wysokiego stężenia jonów wodorowych pH tych płynów przez dodawanie do nich roztworów alkalicznych. Stężenie jonów wodorowych pH płynu reguluje równowagę między kwasem borowym i jonami boranowymi, które są postacią boru, powodującą sieciowanie żelowych płynów wodnych. Jeżeli temperatura płynu wzrasta, to pH płynu zmniejsza się, stwarzając trudności w wytwarzaniu usieciowanych płynów do operacji studziennych na skutek zmian temperatury oraz stężenia jonów wodorowych pH. Podwyższenie pH żelowego płynu powoduje również wzrost stężenia jonów boranowych w tym płynie, wskutek czego w stosunkowo wysokich temperaturach, stosowanych w operacjach studziennych, pH płynu musi być bardzo wysokie, aby umożliwić sieciowanie płynu roboczego z zastosowaniem umiarkowanych ilości źródła jonów boranowych.

Jeżeli jednakże woda stosowana do tworzenia żelowego płynu zawiera sole, zwłaszcza wapniowe i magnezowe, które są obecne w solankach i w wodzie morskiej, to w warunkach, gdy pH płynu

PL 191 498 B1 wzrasta powyżej określonej wartości, sole te strącają się, powodując odpowiednie zwiększenie ilości wymaganego roztworu kaustycznego.

Wykorzystanie roztworu kaustycznego do zwiększenia stężenia jonów wodorowych pH płynu usieciowanego na bazie jonów boranowych w operacjach studziennych oraz konieczność wprowadzenia do niego nadmiaru jonów boranowych w celu zabezpieczenia stabilności płynu - zwiększa koszty oraz złożoność stosowanych operacji studziennych związanych z jego wykorzystaniem.

Celem wynalazku jest opracowanie usieciowanego, boranowego, żelowego płynu o wysokiej lepkości do stosowania, zwłaszcza w operacjach studziennych, który cechowałby się wysoką trwałością i byłby pozbawiony niedogodności stosowanych dotychczas płynów.

Celem wynalazku jest również opracowanie sposobów optymalnego zastosowania takiego płynu roboczego w operacjach w sferach podziemnych studni lub w przerywaniu formacji geologicznych.

Cel ten został zrealizowany w usieciowanym boranami żelowym płynie roboczym, zwłaszcza do operacji studziennych, według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że ilość źródła boru w kompozycji boranowej winna odpowiadać zawartości rozpuszczalnego boru, wynoszącej około 2,6% wagowo masy kompozycji boranowej przy stężeniu jonów wodorowych pH wynoszącym od około 7 do około 13, a ponadto kompozycja boranowa zawiera alkanoloaminę lub alkiloaminę, przy czym galaktomannowy środek żelujący jest wybrany z grupy środków obejmującej żywicę guar, hydroksyetyloguar, hydroksypropyloguar, karboksymetyloguar, karboksymetylohydroksyetyloguar, karboksymetylohydroksypropyloguar oraz ich mieszaniny.

Korzystnie galaktomannowy środek żelujący stanowi żywicę guar, przy czym jego zawartość w płynie roboczym wynosi od około 0,06% do około 0,72% wagowo zawartej w tym płynie wody, natomiast zawartość w tym płynie kompozycji boranowej wynosi od około 0,1% do około 0,8% wagowo zawartej w tym płynie wody.

Alkanoloamina lub alkiloamina są korzystnie wybrane z grupy obejmującej monoetyloaminę, dwuetanoloaminę, 1-amino-2-propanol, 1-amino-2-butanol, etylenodwuaminę, 1,2-dwuaminopropan, dwuetylenotrójaminę, trójetylenoczteroaminę i czteroetylenopięcioaminę, przy czym najkorzystniej alkanoloamina stanowi monoetanoloaminę.

Zawartość wody w kompozycji boranowej wynosi korzystnie od około 5% do około 96% wagowo masy kompozycji boranowej, natomiast zawartość źródła boru w przeliczeniu na kwas borowy w kompozycji boranowej wynosi od około 3% do około 82% wagowo kompozycji boranowej, zaś zawartość alkanoloaminy lub alkiloaminy w kompozycji boranowej wynosi od około 1% do około 13% wagowo kompozycji boranowej.

Usieciowany boranami, żelowy płyn roboczy, zwłaszcza do operacji studziennych według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawarty w nim środek żelujący stanowi najkorzystniej uwodnioną żywicę guar w ilości około 0,3% wagowo zawartej w nim wody, natomiast zawarta w nim kompozycja boranowa do buforowania płynu roboczego i do sieciowania uwodnionej żywicy guar zawiera prócz wody i rozpuszczalnego źródła boru alkanoloaminę lub alkiloaminę, przy czym zawartość kompozycji boranowej w płynie roboczym wynosi około 0,2% zawartej w nim wody, przy czym zawartość wody w kompozycji boranowej wynosi około 60% wagowo masy tej kompozycji, zaś źródłem boru w kompozycji boranowej jest kwas borowy w ilości około 30% wagowo masy tej kompozycji. Natomiast zawartość alkanoloaminy, korzystnie w postaci monoetanoloaminy w kompozycji boranowej wynosi około 10% wagowo masy tej kompozycji.

Sposób obróbki strefy podziemnej penetrowanej przez odwiert studni według wynalazku charakteryzuje się kolejnością następujących etapów:

- przygotowanie płynu roboczego złożonego z wody, z uwodnionego galaktomannowego środka żelującego oraz z kompozycji boranowej do buforowania płynu roboczego i sieciowania uwodnionego galaktomannowego środka żelującego, przy czym kompozycja boranowa składa się z wody, z rozpuszczalnego źródła boru w ilości odpowiadającej nadmiarowi boru, wynoszącemu około 4,5% wagowo kompozycji boranowej, oraz z alkanoloaminy lub z alkiloaminy, a następnie

- przepompowanie płynu roboczego do strefy podziemnej, przy czym w sposobie tym galaktomannowy środek żelujący należy do grupy środków obejmującej żywicę guar, hydroksyetyloguar, hydroksypropyloguar, karboksymetyloguar, karboksymetylohydroksyetyloguar, karboksymetylohydroksypropyloguar oraz ich mieszaniny, a jego zawartość w płynie roboczym wynosi od około 0,06% do około 0,72% wagowo zawartej w tym płynie wody, przy czym najkorzystniej galaktomannowy środek żelujący jest żywicą guar.

PL 191 498 B1

Zawartość kompozycji boranowej w płynie roboczym stosowanym w opisanym wyżej sposobie obróbki strefy podziemnej wynosi od około 0,05% do około 0,8% wagowo zawartej w tym płynie wody, przy czym kompozycja boranowa złożona jest z wody w ilości od około 5% do około 96% wagowo masy kompozycji, ze źródła boru przeliczonego na kwas borowy w ilości od około 3% do około 82% wagowo kompozycji oraz z alkanoloaminy, korzystnie w postaci etanoloaminy w ilości od około 1% do około 13% wagowo masy kompozycji, zaś korzystnie jest ona złożona z wody w ilości około 60% wagowo kompozycji, kwasu borowego w ilości około 30% wagowo kompozycji oraz z monoetanoloaminy w ilości około 10% wagowo kompozycji.

Sposób przerywania ciągłości podziemnej formacji geologicznej według wynalazku charakteryzuje się tym, że obejmuje następujące etapy:

- przygotowanie żelowego płynu wodnego złożonego z wody i z galaktomannowego środka żelującego,

- uwadnianie galaktomannowego środka żelującego w wodzie,

- zmieszanie otrzymanego żelowego płynu wodnego z kompozycją boranowa, buforującą i sieciującą, która zawiera od około 1% do około 13% wagowo alkanoloaminy lub alkiloaminy w stosunku do masy kompozycji, od około 26% do około 82% wagowo boru (w przeliczeniu na kwas borowy) w stosunku do masy kompozycji, od około 5% do około 73% wagowo wody w stosunku do masy kompozycji oraz ewentualnie środki obniżające temperaturę zamarzania, przy czym żelowy płyn wodny poddaje się buforowaniu do stężenia jonów wodorowych pH od około 8,4 do około 9, bez potrzeby dodawania dodatkowych środków buforujących, a następnie poddaje się go sieciowaniu za pomocą obecnych jonów boranowych,

- wprowadzenie buforowanego, zawierającego środek sieciujący płynu żelowego do podziemnej formacji geologicznej z szybkością i pod ciśnieniem zapewniającymi tworzenie się przełomów w tej formacji,

- wprowadzenie do utworzonych przełomów podziemnej formacji geologicznej środka osłonowego, zwłaszcza piasku, zawieszonego w buforowanym, zawierającym środek sieciujący, roboczym płynie żelowym oraz

- odłożenie przynajmniej części środka osłonowego w utworzonych przełomach, przy czym w sposobie tym galaktomannowy środek żelujący należy do grupy środków obejmującej żywicę guar, hydroksyetyloguar, hydroksypropyloguar, karboksymetyloguar, karboksymetylohydroksyetyloguar, karboksymetylohydroksypropyloguar oraz ich mieszaniny, przy czym najkorzystniej stanowi go żywica guar. Natomiast alkanoloamina lub alkiloamina są wybrane z grupy obejmującej monoetyloaminę, dwuetanoloaminę, 1-amino-2-propanol, 1-amino-2-butanol, etylenodwuaminę, 1,2-dwuaminopropan, dwuetylenotrójaminę, trójetylenoczteroaminę i czteroetylenopięcioaminę, przy czym najkorzystniej alkanoloamina stanowi etanoloaminę.

Odmiana sposobu przerywania ciągłości podziemnej formacji geologicznej charakteryzuje się tym, że obejmuje następujące etapy:

- uwadnianie galaktomannowego środka żelującego w wodzie przy stężeniu jonów wodorowych pH wynoszącym od około 6 do około 8,5,

- zmieszanie otrzymanego żelowego płynu wodnego z kompozycją boranową, buforującą i sieciującą, zawierającą od około 1% do około 13% wagowo alkanoloaminy lub alkiloaminy w stosunku do masy kompozycji, przynajmniej jeden składnik wybrany z grupy obejmującej monoetyloaminę, dwuetanoloaminę, 1-amino-2-propanol, etylenodwuaminę, dwuetylenotrójaminę i 1,2-dwuaminopropan, a także od około 26% do około 82% wagowo boru (w przeliczeniu na kwas borowy) w stosunku do masy kompozycji, oraz od około 5% do około 73% wagowo wody oraz ewentualnie środek obniżający temperaturę zamarzania, przy czym żelowy płyn wodny poddaje się buforowaniu do pH od około 8,4 do około 9, bez potrzeby dodawania dodatkowych środków buforujących, a następnie poddaje się go sieciowaniu za pomocą obecnych jonów boranowych,

- wprowadzenie buforowanego żelowego płynu wodnego, w którym zachodzi sieciowanie, do podziemnej formacji geologicznej z szybkością i pod ciśnieniem zapewniającymi wytworzenie w niej przynajmniej jednego przełomu oraz

- rozszerzenie utworzonego przełomu w podziemnej formacji geologicznej przez ciągłe pompowanie buforowanego, żelowego płynu wodnego,

PL 191 498 B1 przy czym w sposobie tym stosuje się galaktomannowy środek żelujący, który należy do grupy obejmującej żywicę guar, hydroksyetyloguar, hydroksypropyloguar, karboksymetyloguar, karboksymetylohydroksyetyloguar, karboksymetylohydroksypropyloguar oraz ich mieszaniny, zaś najkorzystniej stanowi go żywica guar. Natomiast alkanoloamina stanowi najkorzystniej etanoloaminę.

Jeszcze inna odmiana sposobu przerywania ciągłości podziemnej formacji geologicznej charakteryzuje się tym, że obejmuje następujące etapy:

- przygotowanie żelowego płynu wodnego złożonego z wody oraz z galaktomannowego środka żelującego,

- zmieszanie otrzymanego żelowego płynu wodnego z kompozycją boranową, buforującą i sieciującą, zawierającą około 10% wagowo monoetanoloaminy w stosunku do masy kompozycji, około 30% wagowo boru (w przeliczeniu na kwas borowy) w stosunku do masy kompozycji, oraz około 60% wagowo wody i ewentualnie środek obniżający temperaturę zamarzania, przy czym żelowy płyn wodny poddaje się buforowaniu przy pH od około 8,4 do około 9, bez potrzeby dodawania dodatkowych środków buforujących, a następnie poddaje się go sieciowaniu za pomocą obecnych w nim jonów boranowych,

- wprowadzenie buforowanego płynu do podziemnej formacji geologicznej z szybkością i pod ciśnieniem zapewniającymi wytworzenie w nim przynajmniej jednego przełomu,

- zmieszanie buforowanego płynu ze środkiem osłonowym, zwłaszcza piaskiem,

- wprowadzenie przynajmniej części środka osłonowego, zawieszonego w buforowanym płynie do przełomu utworzonego w podziemnej formacji geologicznej oraz

- rozbicie żelu w buforowanym płynie i odłożenie przynajmniej części zawieszonego w nim środka osłonowego w utworzonym przełomie.

W sposobie tym stosowany w płynie roboczym galaktomannowy środek żelujący zawarty jest w ilości od około 0,06% do około 0,72% wagowo zawartej w nim wody, przy czym najkorzystniej środek ten stanowi żywica guar.

Żelowy płyn wodny stosowany w powyższym sposobie zawiera korzystnie buforującą i sieciującą kompozycję w ilości od około 0,12% do około 0,36% wagowo zawartej w nim wody, przy czym kompozycja ta zawiera ewentualnie środek obniżający temperaturę zamarzania w ilości do 30% wagowo masy tej kompozycji, przy czym środek ten wybrany jest z grupy obejmującej glikol etylenowy, glikol propylenowy i alkohol.

Usieciowany boranami żelowy płyn roboczy według wynalazku, zwłaszcza do operacji studziennych, może być stosunkowo tanio wytwarzany, przy czym mieszanie i pompowanie płynu można wykonywać zarówno przy niskich, jak i wysokich temperaturach, bez potrzeby stosowania jego dodatkowych składników. Mieszanie składników płynu roboczego można wykonać zarówno w mieszarkach stacjonarnych, jak i w mieszarkach ruchowych (podobnych do betoniarek samochodowych), przy czym płyn ten charakteryzuje się niższym poziomem stężenia jonów wodorowych pH i mniejszą ilością zawartego w nim polimeru w porównaniu do stosowanych dotychczas boranowych, usieciowanych płynów do operacji studziennych. Niskie stężenie pH płynu roboczego jest zgodne ze środkami niszczącymi enzymy, a niska zawartość polimerów w płynie roboczym umożliwia jego lepszy powrót z formacji podziemnych. Ponadto płyn roboczy według wynalazku zapewnia lepszą lepkość oraz większą zdolność transportowania środków osłonowych w porównaniu do stosowanych dotychczas boranowych, usieciowanych płynów roboczych.

Usieciowany, boranowy, żelowy, wodny płyn roboczy według niniejszego wynalazku składa się głównie z wody, z uwodnionego galaktomannowego środka żelującego oraz z kompozycji boranowej do buforowania płynów roboczych i sieciowania zawartego w nich uwodnionego galaktomannowego środka żelującego. Kompozycja boranowa buforująca i sieciująca składa się z wody, źródła boru oraz z alkanoloaminy lub alkiloaminy.

Woda stosowana do wytworzenia boranowych, usieciowanych płynów roboczych według wynalazku, zwłaszcza do operacji studziennych, może być zarówno wodą słodką, jak i słoną, a także wodą morską, solanką lub jakimkolwiek innym płynem wodnym, który nie reaguje szkodliwie z innymi składnikami płynu roboczego. Woda stosowana w płynach roboczych do operacji studziennych zawiera przynajmniej jedną z soli dla zahamowania pęcznienia glin w formacjach podziemnych lub w strefach podziemnych poddawanych operacjom studziennym. Najczęściej stosowaną solą zapobiegającą pęcznieniu gliny jest chlorek potasowy. Jednakże można również stosować i inne sole. Wartość pH

PL 191 498 B1 wody, w celu ułatwienia uwodnienia stosowanego galaktomannowego środka żelującego, wynosi korzystnie od około 6,0 do około 8,5.

Galaktomannowe środki żelujące, które można stosować jako składniki płynu roboczego według wynalazku są naturalnie występującymi gumami i ich pochodnymi, takimi jak żywica guar, wytworzonymi z nasienia grochodrzewu, tary, drzewa świętojańskiego, tamaryndy lub karaya, a także guma tragakantowa, karagenina i tym podobne. Takie gumy zawierają liniowy szkielet składający się z jednostek mannozowych z różnymi ilościami przyłączonych do niego jednostek galaktozowych i charakteryzują się tym, że mają jedną lub więcej grup funkcyjnych, takich jak grupy cis-hydroksylowe, hydroksylowe, karboksylowe, siarczanowe, sulfonianowe, aminowe i amidowe. Z różnych galaktomannowych środków żelujących, jakie można stosować do wytwarzania płynu roboczego według wynalazku, korzystne są środki wybrane z grupy obejmującej żywicę guar, hydroksyetyloguar, hydroksypropyloguar, karboksymetyloguar, karboksymetylohydroksyetyloguar oraz karboksymetylohydroksypropyloguar. Spośród nich najkorzystniejszy jest guar.

Powyższe galaktomannowe środki żelujące na ogół dobrze rozpuszczają się w wodzie, wskutek czego uwadniają się tworząc lepki żel wodny. Zgodnie z niniejszym wynalazkiem stosowany galaktomannowy środek żelujący rozpuszcza się w wodzie w ilości od około 0,06% do około 0,72%, korzystnie w ilości od około 0,12% do około 0,36% masy wody, a zwłaszcza korzystnie w około 0,30% wagowo masy wody.

Kompozycja boranowa do buforowania płynu roboczego i sieciowania uwodnionego, galaktomannowego środka żelującego jest ciekłym roztworem złożonym z wody, z rozpuszczalnego źródła boru, takiego jak kwas borowy, oraz z alkanoloaminy lub alkiloaminy. Woda stosowana do tworzenia kompozycji boranowej jest korzystnie wodą słodką, jednakże można również stosować inne płyny wodne, o ile nie reagują one niekorzystnie z innymi składnikami kompozycji boranowej lub na utworzony z nimi płyn roboczy.

Woda zawarta jest korzystnie w ilości od około 5% do około 96%, a zwłaszcza około 60% wagowo kompozycji boranowej.

Woda może zawierać środek lub środki obniżające temperaturę zamarzania, takie jak: glikol etylenowy, glikol propylenowy lub alkohole, które zapobiegają zamarzaniu kompozycji boranowej w niskich temperaturach otoczenia. Glikol etylenowy łączy się z wodą w ilości około 50% wagowo w stosunku do otrzymanego roztworu, obniżając temperaturę zamarzania kompozycji boranowej do -6,7°C.

Źródłem boru może być każdy związek zawierający bór, zdolny do tworzenia boranów w roztworze utrzymywanym przy pH powyżej około 7, na przykład kwas borowy, tlenek boru, kwas piroborowy, kwas metaborowy, boraks, czteroboran sodowy i tym podobne. W dalszym ciągu niniejszego opisu zawartość boru lub boranu jest odniesiona do kwasu borowego lub równoważników kwasu borowego, co oznacza, że jeśli procent wagowy jest odniesiony do zawartości boru w postaci kwasu borowego, to rozumie się, że może być ona zastąpiona przez chemicznie równoważną ilość na przykład boraksu lub czteroboranu sodowego.

Źródło boru winno być zawarte w kompozycji buforującej i sieciującej jako kwas borowy w ilości od około 3% do około 82%, zwłaszcza około 30% wagowo masy kompozycji boranowej.

W boranowej buforującej i sieciującej kompozycji można stosować szereg alkanoloamin lub alkiloamin, przy czym ilość boru w kompozycji zmniejsza się, gdy wzrasta ciężar molowy zawartej w niej aminy. Zatem korzystne jest, jeżeli stosuje się alkanoloaminę o stosunkowo niskim ciężarze cząsteczkowym, na przykład etanoloaminę. Najkorzystniejszą alkanoloaminą o niskim ciężarze cząsteczkowym jest monoetanoloamina.

Zawartość w kompozycji boranowej alkanoloaminy o niskim ciężarze cząsteczkowym nadaje jej odpowiednio dużą trwałość, nawet w warunkach niskich temperatur otoczenia (do około -15°C), bez konieczności stosowania w tej kompozycji środków obniżających temperaturę zamarzania. Do innych odpowiednich alkanoloamin, jako składników kompozycji, należy dwuetanoloamina, 1-amino-2-propanol, 1-amino-2-butanol i tym podobne związki. Alkiloaminy mogą obejmować również alifatyczne poliaminy, takie jak na przykład etylenodwuamina, dwuetylenotrójamina, trójetylenoczteroamina, 1,2-dwuaminopropan, czteroetylenopięcioamina i tym podobne.

Zawartość alkanoloaminy lub alkiloaminy w kompozycji buforującej i sieciującej według wynalazku wynosi od około 1% do około 13% wagowo masy kompozycji, natomiast w przypadku stosowania monoetyloaminy jej zawartość wynosi korzystnie około 10% wagowo masy kompozycji.

Szczególnie korzystna, stężona, trwale usieciowana i buforująca kompozycja boranowa według wynalazku składa się z wody w ilości około 60% wagowo masy kompozycji, z boru przeliczonego na

PL 191 498 B1 kwas borowy w ilości około 30% wagowo masy kompozycji oraz z monoetylenoaminy w ilości około 10% wagowo masy kompozycji. Kompozycja ta łatwo pompuje się i dozuje w niskich temperaturach otoczenia. Stężenie jonów boranowych jest w niej bardzo wysokie, dzięki czemu ma ona zdolność do buforowania otrzymanego płynu do pH od 8,4 do 9, bez potrzeby stosowania innych chemikaliów, na przykład sody kaustycznej, węglanu sodowego lub innego buforu. Ponieważ stężenie jonów wodorowych pH w płynie roboczym jest niższe od 9,2 - zawarte w nim sole wapniowe i magnezowe nie krystalizują się i pozostają w roztworze.

Nadmiar boru wynosi w tej kompozycji korzystnie od około 4,5% wagowo do około 6% wagowo masy kompozycji, przy czym pH kompozycji pozostaje niższe od 13.

Zawartość kompozycji sieciującej i buforującej w płynie roboczym według wynalazku, stosowanym do operacji studziennych, wynosi od około 0,05% do około 0,8%, a korzystnie od około 0,15% do około 0,4% wagowo zawartości wody w tym płynie.

Szczególnie korzystny, trwały, żelowy, wodny płyn roboczy o wysokiej lepkości, usieciowany boranami według wynalazku, przystosowany do operacji studziennych, składa się z wody, z uwodnionej żywicy guar w ilości około 0,30% wagowo masy wody oraz z opisanej wyżej kompozycji boranowej do buforowania płynu roboczego i sieciowania uwodnionej żywicy guar, a złożonej z wody, kwasu borowego i monoetanoloaminy w ilości około 0,2% wagowo masy wody zawartej w płynie roboczym.

Dla specjalistów jest oczywiste, że do studziennych płynów roboczych według wynalazku można wprowadzić szereg konwencjonalnych dodatków, takich jak stabilizatory żelu, środki rozbijające żel, stabilizatory gliny, środki bakteriobójcze, dodatki zapobiegające utracie płynu i tym podobne, które nie reagują z płynami roboczymi.

Sposób obróbki strefy podziemnej penetrowanej przez odwiert według wynalazku obejmuje następujące etapy: przygotowanie żelowego, wodnego płynu roboczego o wysokiej lepkości, sieciowanego jonami boranowymi, a następnie przepompowanie tego płynu do strefy podziemnej.

Płyn roboczy według wynalazku można stosować do wykonywania każdej z różnorodnych operacji studziennych, jak również do operacji stymulacji przełomów w formacjach geologicznych. W tej ostatniej operacji płyn roboczy jest pompowany z wysoką prędkością i pod wysokim ciśnieniem przez wykonany uprzednio odwiert do podziemnej strefy lub formacji geologicznej, w której dokonuje przełomu. W wyniku tego w strefie podziemnej lub w formacji geologicznej tworzy się przełom lub przełomy. Następnie pompuje się do tych przełomów płyn roboczy wraz z zawieszonym w nim środkiem osłonowym, stanowiącym zwykle piasek. Przeniesiony wraz z płynem roboczym, zawieszony w nim piasek odkłada się w przełomach formacji geologicznej. Następnie dokonuje się rozbicia płynu roboczego, który przekształca się w płyn o niskiej lepkości, który wypływa z przełomów pozostawiając w nich osłonę piaskową.

Wytwarzanie trwałych, żelowych, wodnych płynów o wysokiej lepkości, sieciowanych jonami boranowymi według wynalazku polega na rozpuszczaniu galaktomannowego środka żelującego w wodzie i tworzeniu żelowego płynu wodnego, a następnie łączeniu go z przygotowaną oddzielnie boranową kompozycją buforującą i sieciującą według wynalazku. Galaktomannowy środek żelujący rozpuszcza się w wodzie w trakcie mieszania, tworząc żelowy płyn wodny, stanowiący roztwór wodny uwodnionego środka żelującego. Następnie z płynem tym łączy się dozowaną ciekłą kompozycję boranową dodawaną w trakcie mieszania do płynu żelowego, po czym gotowy płyn roboczy pompowany jest do odwiertu.

W celu dalszej ilustracji usieciowanego boranami żelowego płynu roboczego według wynalazku i jego zastosowania podane są następujące przykłady:

Przykład 1

1. W laboratorium przygotowano kompozycję boranową o wysokim stężeniu, zawierającą 1,24 mole wody (5% wagowo), 6 moli kwasu borowego (82% wagowo) oraz 1 mol monoetanoloaminy (13% wagowo) w ten sposób, że do monoetanoloaminy dodano wodę i mieszano w ciągu 1 godziny, po czym dodano kwas borowy mieszając w takim czasie, w którym wzrasta temperatura mieszaniny (reakcja egzotermiczna).

Otrzymana ciekła kompozycja o zawartości boru wynoszącej około 15% wagowo charakteryzowała się wysoką trwałością i temperaturą krzepnięcia wynoszącą -15°C.

2. W przypadku zastąpienia wody wodnym roztworem zawierającym 50% wagowo glikolu etylenowego, uzyskano kompozycję boranową o temperaturze zamarzania wynoszącej poniżej -17,8°C.

PL 191 498 B1

3. Następnie przygotowano inną stężoną kompozycję boranową zawierającą 30% wagowo kwasu borowego, 10% wagowo monoetanoloaminy i 60% wagowo wodnego roztworu zawierającego 50% wagowo glikolu etylenowego.

Otrzymana ciekła kompozycja boranowa, zawierająca około 6% wagowo boru, charakteryzowała się bardzo wysoką trwałością i temperaturą krzepnięcia wynoszącą poniżej -31,7°C.

P r zyk ł a d 2

Operację stymulacyjną obróbki przełomu formacji geologicznej przeprowadzono stosując płyn roboczy według wynalazku, złożony ze słodkiej wody zawierającej 1% wagowo chlorku potasowego, ze środka żelującego na bazie żywicy guar w ilości 0,003 kg/l wody (tzn. 0,30% wagowo masy wody) oraz z kompozycji boranowej otrzymanej w przykładzie 1,3 do buforowania płynu roboczego i sieciowania środka żelującego, w ilości 2 litry kompozycji na 1000 litrów wody (0,2% wagowo masy wody).

Poddawana operacji formacja geologiczna miała na głębokościach od 742,5 do 768 m temperaturę 32,2°C.

Obróbka stymulacyjna obejmowała perforację obszaru produkcyjnego, zakwaszenie tej perforacji, a następnie przerwanie ciągłości formacji geologicznej przez wpompowywanie do niej 223 000 litrów płynu roboczego, przy czym w przełomach umieszczono zawarty w nim jako środek osłonowy piasek w ilości 2000 worków (45,36 kg/worek) piasku Brady 12/20.

Operacja zakończyła się powodzeniem, przy czym stwierdzono następującą charakterystykę stosowanego płynu roboczego:

- płyn roboczy był klarowny i trwały,

- miał doskonałe właściwości tworzenia zawiesiny środka osłonowego, bowiem próbka płynu roboczego zawierającego 1,2 kg piasku 12/20 Brady na 11 płynu nie wykazywała wytrącania się piasku,

- przygotowanie płynu roboczego było bardzo proste w porównaniu z płynami sieciowanymi boranami uprzednio stosowanymi w tym obszarze, bowiem nie wymagało użycia tak znacznej ilości chemikaliów, na przykład sody kaustycznej i buforów,

- lepkość płynu roboczego była wyższa w porównaniu z płynami o takim samym stężeniu środka żelującego uprzednio stosowanymi w tym obszarze.

Wynika stąd, że zarówno płyn roboczy, jak i sposób jego stosowania według niniejszego wynalazku umożliwiają uzyskanie wymienionych uprzednio korzyści.

Claims

1. Usieciowany boranami, żelowy płyn roboczy zwłaszcza do operacji studziennych, składający się z wody, z uwodnionego galaktomannowego środka żelującego oraz z zawierającej wodę i rozpuszczalne źródło boru kompozycji boranowej do buforowania płynu roboczego i do sieciowania uwodnionego galaktomannowego środka żelującego, znamienny tym, że ilość źródła boru w kompozycji boranowej winna odpowiadać zawartości rozpuszczalnego boru, wynoszącej około 2,6% wagowo masy kompozycji boranowej przy stężeniu jonów wodorowych pH wynoszącym od około 7 do około 13, a ponadto kompozycja boranowa zawiera alkanoloaminę lub alkiloaminę.

2. Płyn według zastrz. 1, znamienny tym, że galaktomannowy środek żelujący jest wybrany z grupy środków obejmującej żywicę guar, hydroksyetyloguar, hydroksypropyloguar, karboksymetyloguar, karboksymetylohydroksyetyloguar, karboksymetylohydroksy propyloguar oraz ich mieszaniny.

3. Płyn według zastrz. 1, znamienny tym, że galaktomannowy środek żelujący jest żywicą guar.

4. Płyn według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość galaktomannowego środka żelującego w płynie roboczym wynosi od około 0,06% do około 0,72% wagowo zawartej w tym płynie wody.

5. Płyn według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość kompozycji boranowej w płynie roboczym wynosi od około 0,1% do około 0,8% wagowo zawartej w tym płynie wody.

6. Płyn według zastrz. 1, znamienny tym, że alkanoloamina lub alkiloamina są wybrane z grupy obejmującej monoetyloaminę, dwuetanoloaminę, 1-amino-2-propanol, 1-amino-2-butanol, etylenodwuaminę, 1,2-dwuaminopropan, dwuetylenotrójaminę, trójetylenoczteroaminę i czteroetylenopięcioamnę.

7. Płyn według zastrz. 1, znamienny tym, że alkanoloamina stanowi monoetanoloaminę.

8. Płyn według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość wody w kompozycji boranowej wynosi od około 5% do około 96% wagowo masy kompozycji boranowej.

PL 191 498 B1

9. Płyn według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość źródła boru w przeliczeniu na kwas borowy w kompozycji boranowej wynosi od około 3% do około 82% wagowo kompozycji boranowej.

10. Płyn według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość alkanoloaminy lub alkiloaminy w kompozycji boranowej wynosi od około 1% do około 13% wagowo kompozycji boranowej.

11. Usieciowany boranami, żelowy płyn roboczy zwłaszcza do operacji studziennych, składający się z wody, z uwodnionego galaktomannowego środka żelującego oraz z zawierającej wodę i rozpuszczalne źródło boru kompozycji boranowej do buforowania płynu roboczego i do sieciowania uwodnionego galaktomannowego środka żelującego, znamienny tym, że zawarty w płynie roboczym uwodniony galaktomannowy środek żelujący stanowi uwodnioną żywicę guar w ilości około 0,3% wagowo zawartej w nim wody, natomiast zawarta w nim kompozycja boranowa do buforowania płynu roboczego i do sieciowania uwodnionej żywicy guar zawiera prócz wody i rozpuszczalnego źródła boru alkanoloaminę lub alkiloaminę, przy czym zawartość kompozycji boranowej w płynie roboczym wynosi około 0,2% zawartej w nim wody.

12. Płyn według zastrz. 11, znamienny tym, że zawartość wody w kompozycji boranowej wynosi około 60% wagowo masy tej kompozycji.

13. Płyn według zastrz. 12, znamienny tym, że źródłem boru w kompozycji boranowej jest kwas borowy w ilości około 30% wagowo masy tej kompozycji.

14. Płyn według zastrz. 13, znamienny tym, że zawartość alkanoloaminy, korzystnie w postaci monoetanoloaminy w kompozycji boranowej wynosi około 10% wagowo masy tej kompozycji.

15. Sposób obróbki strefy podziemnej penetrowanej przez odwiert studni, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy:

- przygotowanie płynu roboczego złożonego z wody, z uwodnionego galaktomannowego środka żelującego oraz z kompozycji boranowej do buforowania płynu roboczego i sieciowania uwodnionego galaktomannowego środka żelującego, przy czym kompozycja boranowa składa się z wody, z rozpuszczalnego źródła boru w ilości odpowiadającej nadmiarowi boru, wynoszącemu około 4,5% wagowo kompozycji boranowej, oraz z alkanoloaminy lub z alkiloaminy, a następnie:

- przepompowanie płynu roboczego do strefy podziemnej.

16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że galaktomannowy środek żelujący należy do grupy środków obejmującej żywicę guar, hydroksyetyloguar, hydroksypropyloguar, karboksymetyloguar, karboksymetylohydroksyetyloguar, karboksymetylohydroksypropyloguar oraz ich mieszaniny.

17. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że galaktomannowy środek żelujący jest żywicą guar.

18. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że zawartość galaktomannowego środka żelującego w płynie roboczym wynosi od około 0,06% do około 0,72% wagowo zawartej w tym płynie wody.

19. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że zawartość kompozycji boranowej w płynie roboczym wynosi od około 0,05% do około 0,8% wagowo zawartej w tym płynie wody.

20. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że kompozycja boranowa złożona jest z wody w ilości od około 5% do około 96% wagowo masy kompozycji, ze źródła boru przeliczonego na kwas borowy w ilości od około 3% do około 82% wagowo kompozycji oraz z alkanoloaminy, korzystnie w postaci etanoloaminy w ilości od około 1% do około 13% wagowo masy kompozycji.

21. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że kompozycja boranowa złożona jest z wody w ilości około 60% wagowo kompozycji, kwasu borowego w ilości około 30% wagowo kompozycji oraz z monoetanoloaminy w ilości około 10% wagowo kompozycji.

22. Sposób przerywania ciągłości podziemnej formacji geologicznej, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy:

- uwadnianie galaktomannowego środka żelującego w wodzie, zmieszanie otrzymanego żelowego płynu wodnego z kompozycją boranową, buforującą i sieciującą, która zawiera od około 1% do około 13% wagowo alkanoloaminy lub alkiloaminy w stosunku do masy kompozycji, od około 26% do około 82% wagowo boru (w przeliczeniu na kwas borowy) w stosunku do masy kompozycji, od około 5% do około 73% wagowo wody w stosunku do masy kompozycji oraz ewentualnie środki obniżające temperaturę zamarzania, przy czym żelowy płyn wodny poddaje się buforowaniu do stężenia jonów wodorowych pH od około 8,4 do około 9, bez potrzeby dodawania dodatkowych środków buforujących, a następnie poddaje się go sieciowaniu za pomocą obecnych jonów boranowych,

PL 191 498 B1

- odłożenie przynajmniej części środka osłonowego w utworzonych przełomach.

23. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że galaktomannowy środek żelujący należy do grupy środków obejmującej żywicę guar, hydroksyetyloguar, hydroksypropyloguar, karboksymetyloguar, karboksymetylohydroksyetyloguar, karboksymetylohydroksypropyloguar oraz ich mieszaniny.

24. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że galaktomannowy środek żelujący jest żywicą guar.

25. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że alkanoloamina lub alkiloamina są wybrane z grupy obejmującej monoetyloaminę, dwuetanoloaminę, 1-amino-2-propanol, 1-amino-2-butanol, etylenodwuaminę, 1,2-dwuaminopropan, dwuetylenotrójaminę, trójetylenoczteroaminę i czteroetylenopięcioaminę.

26. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że alkanoloamina jest etanoloaminą.

27. Sposób przerywania ciągłości podziemnej formacji geologicznej, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy:

- rozszerzenie utworzonego przełomu w podziemnej formacji geologicznej przez ciągłe pompowanie buforowanego, żelowego płynu wodnego.

28. Sposób według zastrz. 27, znamienny tym, że galaktomannowy środek żelujący należy do grupy obejmującej żywicę guar, hydroksyetyloguar, hydroksypropyloguar, karboksymetyloguar, karboksymetylohydroksyetyloguar, karboksymetylohydroksypropyloguar oraz ich mieszaniny.

29. Sposób według zastrz. 27, znamienny tym, że galaktomannowy środek żelujący jest żywicą guar.

30. Sposób według zastrz. 27, znamienny tym, że alkanoloamina stanowi etanoloaminę.

31. Sposób przerywania ciągłości podziemnej formacji geologicznej, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy:

PL 191 498 B1

- zmieszanie buforowanego płynu ze środkiem osłonowym, zwłaszcza piaskiem,

- wprowadzenie przynajmniej części środka osłonowego, zawieszonego w buforowanym płynie do przełomu utworzonego w podziemnej formacji geologicznej oraz - rozbicie żelu w buforowanym płynie i odłożenie przynajmniej części zawieszonego w nim środka osłonowego w utworzonym przełomie.

32. Sposób według zastrz. 31, znamienny tym, że stosowany płyn roboczy zawiera galaktomannowy środek żelujący w ilości od około 0,06% do około 0,72% wagowo zawartej w nim wody.

33. Sposób według zastrz. 31, znamienny tym, że galaktomannowy środek żelujący jest żywicą guar.

34. Sposób według zastrz. 31, znamienny tym, że żelowy płyn wodny zawiera buforującą i sieciującą kompozycję w ilości od około 0,12% do około 0,36% wagowo zawartej w nim wody.

35. Sposób według zastrz. 31, znamienny tym, że kompozycja buforująca i sieciująca zawiera środek obniżający temperaturę zamarzania w ilości do 30% wagowo masy tej kompozycji.

36. Sposób według zastrz. 35, znamienny tym, że środek obniżający temperaturę zamarzania jest wybrany z grupy obejmującej glikol etylenowy, glikol propylenowy i alkohol.