AT252135B

AT252135B - Verfahren zur Behandlung von Teilen durchlässiger geologischer Formationen

Info

Publication number: AT252135B
Application number: AT267665A
Authority: AT
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1964-03-26
Filing date: 1965-03-24
Publication date: 1967-02-10

Description

Verfahren zur Behandlung von Teilen durchlässiger geologischer Formationen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Teilen von durchlässigen Bodenschichten, insbesondere von Bodenformationen, in welche Bohrlöcher eingetrieben werden sollen. Beim erfindungsgemässen Verfahren wird von einer harzbildenden Masse und einer metallorganischen Verbindung Gebrauch gemacht, welche Masse beim Erhärten entweder den Porenraum der durchlässigen Bodenschicht mit einem gehärteten Harz ausfüllt oder einen Film aus einem harten Harz bildet, der die Wände des Porenraumes der Formation überdeckt.

Eine Verfahrensweise, bei welcher die Poren einer durchlässigen Bodenschicht durch gehärtetes Harz ausgefüllt werden, kann zum Abdichten angewendet werden, z. B. wenn der Innenraum der in die Schicht eingetriebenen Bohrung gegenüber der öl-und wasserhaltigen unterirdischen Schicht abgeschlossen werden soll. Eine solche Arbeitsweise ist in der USA-Patentschrift Nr. 2,274, 297 beschrieben.

Die andere Ausführungsform, bei welcher das gehärtete Harz einen Film bildet, der die Wände des Porenraumes der durchlässigen unterirdischen Schicht bedeckt, wird mit Vorteil dann angewendet, wenn es sich darum handelt, die Festigkeit einer nicht oder ungenügend verfestigten, in ihrem Porenraum Öl und Wasser enthaltenden Schicht zu erhöhen.

Da bei der letzterwähnten Methode, bei welcher das gehärtete Harz nur einen Film an den Wänden des Porenraumes bildet, die ursprüngliche Durchlässigkeit der unterirdischen Schicht im wesentlichen erhalten bleibt, ist diese Methode insbesondere anwendbar, wenn es sich darum handelt, ein Abbinden zwischen den losen Körnern der eine Förder- oder Injektionsbohrung umgebenden Schicht zu erreichen.

Bei einer Förderbohrung, durch welche aus der unterirdischen Formation Öl und Wasser an die Oberfläche gefördert wird, kann an der Produktionsausrüstung beträchtlicher Schaden angerichtet werden durch Feststoffteil, die durch die Flüssigkeit zum oberen Ende der Bohrung heraufgespült werden. Die grösseren Teile, die nicht durch den Flüssigkeitsstrom nach oben kommen, sammeln sich im unteren Abschnitt des Bohrloches an und vermindern auf diese Weise die Zuflussgeschwindigkeit. Wird der Zufluss zu langsam, so muss das Bohrloch vor Beginn eines neuen Produktionszyklus'gereinigt werden. In manchen Fällen dringen die Körner (z. B. die Sandkörner) in das Bohrloch in so grosser Menge ein, dass die Bohrung überhaupt nicht mehr wirtschaftlich betrieben werden kann.

Beim Verfestigen der die Förderbohrungen umgebenden Teile der Formation muss selbstverständlich in den behandelten Teilen der Schicht eine merkliche Durchlässigkeit für Öl, Gas oder Wasser aufrechterhalten bleiben, da es sonst schwierig (wenn nicht unmöglich) werden würde, wertvolle Produkte aus der unterirdischen Lagerstätte zu gewinnen. Gleiches gilt auch für diejenigen Teile der Formation, von denen die Injektionsbohrungen umgeben sind ; derartige Bohrungen werden benutzt, um eine Flüssigkeit in die unterirdische Formation einzuspritzen, die entweder dort abgelagert oder als Treibmittel benutzt wird, mit dessen Hilfe man wertvolle Produkte aus der porösen Formation in Richtung auf die eigentlichen Förderbohrungen abdrängt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Teilen durchlässiger geologischer Formatio-

nen. die in ihrem Porenraum Wasser und Öl enthalten und in die ein oder mehrere Bohrlöchereingetrieben sind, mittels einer harzbildenden Masse und einer metallorganischen Verbindung ; Zweck der Behandlung ist es, der betreffenden Schicht eine hohe Druckfestigkeit zu verleihen.

Das Verfahren nach der Erfindung besteht aus folgenden Schritten : a) Einspritzen eines ersten Flüssigkeitsschubes über das Bohrloch in den zu behandelnden Teil der Formation, wobei dieser erste Flüssigkeitsschub geeignet ist, das Wasser zu verdrängen, und wenigstens ein Lösungsmittel enthält, in welchem die metallorganische Verbindung gelöst ist, welche Verbindung mindestens eine zur Reaktion mit den Teilchen der zu behandelnden Masse geeignete funktionelle Gruppe und mindestens eine andere zur Reaktion mit einer der Komponenten des harzbildenden Systems oder dem hiebei gebildeten Produkt geeignete funktionelle Gruppe enthält : b) Einspritzen eines zweiten Flüssigkeitsschubes über das Bohrloch in den erwähnten Teil der Formation ;

dieser zweite Flüssigkeitsschub enthält mindestens ein zweites Lösungsmittel, in welchem die harzbildende Masse gelöst ist und das geeignet sein muss, das erste Lösungsmittel zu verdrängen, mit der Massgabe, dass mindestens einer der Flüssigkeitsschübe die Fähigkeit hat, Öl zu verdrängen.

Beim Verfahren nach der Erfindung werden demnach Flüssigkeiten verwendet, die geeignet sind, das Wasser und das Öl, die eine gleichmässige Verteilung der harzbildenden Masse innerhalb des Porenraumes verhindern würden, aus dem Porenraum des zu behandelnden Teiles der Formation zu verdrängen. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich das aus der Reaktion zwischen den Bestandteilen der harzbildenden Masse im zweiten Lösungsmittel entstehende Produkt in einem Porenraum abscheidet, der schon frei von Wasser und Öl ist. Dieses Harzprodukt ist daher gleichmässig über die Oberfläche der Teile der Formation verteilt, was sich in der Entstehung einer einheitlichen Druckfestigkeit über den gesamten behandelten Teil der Schicht auswirkt. Ausserdem bewirkt die Verwendung einer metallorganischen Verbindung, dass diese Druckfestigkeit besonders hoch ist.

Im Rahmen der Erfindung wird Silicium zu den Metallen gerechnet und der Ausdruck"metallorga- nische Verbindung" bezeichnet eine organische Substanz mit mindestens einem Metallatom, mindestens einer funktionellen Gruppe, die mit den Teilchen der zu behandelnden Formation reagieren kann, und mindestens einer andern funktionellen Gruppe, die sich zur Reaktion mit einem der Bestandteile der harzbildenden Masse oder mit dem harzartigen Zwischenprodukt eignet.

Da die metallorganische Verbindung mit den einzelnen Teilchen der zu behandelnden Formation reagieren muss, müssen die ursprünglich in der Formation enthaltenen Flüssigkeiten, die die Körner der zu behandelnden Schicht benetzen, daraus entfernt werden, damit ein enger Kontakt zwischen der Kornoberfläche und dem ersten Lösungsmittel, in dem die metallorganische Verbindung gelöst ist, erreicht wird.

Wenn also die Körner der Schicht mit Wasser benetzt sind, wie dies gewöhnlich der Fall ist, muss dieses Wasser aus dem zu behandelnden Teil der Formation durch den ersten Flüssigkeitsschub verdrängt werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass man als erstes Lösungsmittel (d. h. als Lösungsmittel für die metallorganische Verbindung) eine Flüssigkeit wählt, in welcher Wasser ebenfalls löslich ist. Auf andere Weise kann das Wasser dadurch verdrängt werden, dass man eine Vorspülflüssigkeit anwendet, die als Teil des ersten Flüssigkeitsschubes anzusehen ist, jedoch eingespritzt wird, bevor das erste Lösungsmittel, das die metallorganische Verbindung enthält, zur Anwendung kommt ; diese Vorspülflüssigkeit muss das Wasser entweder lösen oder emulgieren.

Vorzugsweise besteht die Flüssigkeit zur Lösung des Wassers im wesentlichen aus einer oder mehreren organischen Substanzen mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen, die eine oder mehrere Keto-Sauerstoffgruppe (n) oder Hydroxylgruppen enthält. So kann für diesen Zweck Aceton oder ein Alkohol, wie Methanol, Äthanol oder Isopropylalkohol, oder auch ein Gemisch aus zwei oder mehreren dieser Flüssigkeiten benutzt werden. Beim Einspritzen des ersten Flüssigkeitsschubes in die Formation wird das an den Körnern haftende Wasser verdrängt und die Flüssigkeit kommt in engen Kontakt mit der Oberfläche der Körner. Damit kann die in dem ersten Lösungsmittel gelöste metallorganische Verbindung mit den Körnern reagieren und wird gleichmässig über ihre Oberfläche verteilt.

Verwendet man für den ersten Flüssigkeitsschub die oben erwähnten bevorzugten Flüssigkeiten, so wird auch das im Porenraum vorhandene Öl zusammen mit dem Wasser daraus verdrängt, da die bevorzugten Flüssigkeiten auch Lösungsmittel für Öl darstellen. Da somit der zweite Flüssigkeitsschub - der nach dem ersten eingespritzt wird-einen Porenraum vorfindet, der frei von Wasser und dem ursprünglich darin anwesenden Öl ist, wird auch diese zweite Flüssigkeit gleichmässig in dem zu behandelnden Porenraum verteilt.

Infolgedessen wird das Produkt, das sich durch Reaktion der Bestandteile der harzbildenden Masse im zweiten Flüssigkeitsschub gebildet hat (dieses Produkt wird hier auch als harzartiges Zwischen-

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die Verbindung und das erste Lösungsmittel gebildeten Lösung ; gewöhnlich beträgt diese Menge etwa 0, 25% des Lösungsvolumens.

Die erfindungsgemäss zu benutzende"harzbildende Masse"kann aus einem ungehärteten Harz und einem Härtemittel bestehen ; vorzugsweise ist das ungehärtete Harz eine Epoxyverbindung.
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lässt. Als Beispiel sei das unter der geschützten Bezeichnung"EPICOTE 828"erhältliche Handelsprodukt genannt.

Das Verfahren ist nicht auf die Verwendung irgendeines bestimmten Härtemittels beschränkt. Ist das ungehärtete Harz eine Epoxyverbindung, so verwendet man vorzugsweise Polyaminverbindungen mit min-
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dere Aceton, zur Beeinflussung der B. H. A.-Zeit benutzen. Besteht das zweite Lösungsmittel aus einem aromatischen Kohlenwasserstoff, so kann man zur Steuerung der Reaktionszeit auch Phenol anwenden.

Wenn das zweite Lösungsmittel ein Alkohol ist, kann Wasser zugefügt werden, um die Reaktionszeit zu steuern.

Wendet man für die in einem wässerigen Lösungsmittel gelöste harzbildende Masse eine Hydroxyarylverbindung und einen Aldehyd an, so kann man als geeignete Mittel zur Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit Alkaliverbindungen, wie Natrium- oder Kaliumhydroxyd oder Natrium- oder Kaliumcarbonat, anwenden.

Vorzugsweise werden die geeignetsten Prozentsätze an harzbildender Masse, metallorganischer Verbindung, Lösungsmittel, Mittel zur Beeinflussung der Reaktionszeit, Vorspülflüssigkeit und Trennflüssigkeit durch Laboratoriumsversuche ermittelt, mit deren Hilfe man feststellen kann, welche Stoffe unter den in der zu behandelnden Bodenformation herrschenden Bedingungen (z. B. Temperatur, Schichttiefe und Porosität) die besten Resultate erwarten lassen.

Diese Experimente müssen so durchgeführt werden, dass sie die Ermittlung der Druckfestigkeit einer Masse von Teilchen (wie Sandkörner) ermöglichen, wenn diese Masse nach ihrer Behandlung über längere Zeit mit entweder Gasöl oder Wasser durchgespült wird. Die Versuchsbedingungen sollen so genau wie möglich den in der zu behandelnden Formation herrschenden Bedingungen entsprechen.

Nachfolgend werden einige Beispiele für derartige Versuche angeführt :
Beispiel 1 :
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<tb>
<tb> Erster <SEP> Schub <SEP> : <SEP>
<tb> Erstes <SEP> Lösungsmittel <SEP> : <SEP> Isopropylalkohol
<tb> Metallorganische <SEP> Verbindung <SEP> : <SEP> Aminopropyltriäthoxysilan <SEP>
<tb> Zweiter <SEP> Schub <SEP> : <SEP>
<tb> Zweites <SEP> Lösungsmittel <SEP> : <SEP> Isopropylalkohol <SEP>
<tb> Harzbildende <SEP> Masse <SEP> : <SEP> Epoxyverbindung <SEP> bis- <SEP> (4- <SEP> Aminophenyl) <SEP> -methan. <SEP>
<tb>

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des Volumens der Lösung. Wenn man den Effekt des Verfahrens nach der Erfindung auf eine Masse aus losem Sand prüfen will, wobei die Durchlässigkeit dieser Masse nicht wesentlich verringert werden soll, beginnt man vorzugsweise mit einer 15 vol.-% eigen Lösung der harzbildenden Masse.

Bei der Ausführung der Versuche wird trockener Sand in ein Rohr gefüllt und diese Sandpackung mit einer Salzlösung (z. B. einer 5% eigen wässerigen Lösung von Natriumchlorid) gesättigt. Dann wird der Porenraum der Packung bis zur Sättigung mit Rohöl durchgespült so dass der Gehalt an Wasser und Öl im Porenraum der Beschaffenheit einer Bodenformation in der Umgebung einer Förderbohrung entspricht. Die Temperatur der Sandpackung wird der Temperatur der zu behandelnden Formation angeglichen, ebenso der Druck im Porenraum. Nun wird zunächst der erste Flüssigkeitsschub eingespritzt, dem der zweite Schub folgt. Dieser bleibt so lange in dem zu behandelnden Porenraum, bis ein hartes vernetztes Harz gebildet ist. Dann wird die Sandpackung in mehrere Partien aufgeteilt.

Mindestens eine dieser Partien wird längere Zeit mit Wasser durchgespült, während eine andere Partie mit Öl durchgespült wird. Zum Schluss wird die Druckfestigkeit der einzelnen Partien und eines nicht durchgespülten Teiles bestimmt, u. zw. vorzugsweise bei der Behandlungstemperatur, bei der auch die Spülung vorgenommen wurde. Variationen hinsichtlich der Mengen und der Natur der Bestandteile der harzbildenden Masse sowie der metallorganischen Verbindung ermöglichen die Bestimmung derjenigen Behandlungsart, die eine ausreichende Druckfestigkeit nach dem Durchspülen mit Öl und Wasser ergibt.

Unter den zahlreichen Mitteln, die sich zum Härten der Epoxyverbindung in der harzbildenden Masse eignen, werden erfindungsgemäss vorzugsweise Polyaminverbindungen mit mindestens drei Aminowasserstoffatomen gewählt, z. B. Verbindungen, die mindestens drei
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aufweisen, wie ausser dem bereits erwähnten Mittel bis- (4-Aminophenyl)-methan das l, 3-Diaminobenzol. das bis- (4-Aminophenyl)-sulfon, das l-Cyclohexylamino-3-aminopropan, das bis- (3-Methyl-4-ami- nocyclohexyl)-methan oder Gemische aus diesen Verbindungen.

Zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit, die wünschenswert ist, um eine innerhalb gewisser Grenzen variable B. H. A.-Zeit zu erhalten, können dem zweiten Lösungsmittel Wasser, ein aromatischer Kohlenwasserstoff und ein Aldehyd oder ein Keton, wie Aceton, zugefügt werden.

An Stelle des aminofunktionellen Silans, wie in Beispiel 1, kann ein epoxyfunktionelles Silan, z. B. das Glycidoxypropyltrimethoxysilan oder das 3, 4-Epoxycyclohexyläthyltrimethoxysilan, verwendet werden. Ein anderes Beispiel für ein aminofunktionelles Silan ist das N-Aminoäthylaminopropyltriäthoxysilan.

Statt in Isopropylalkohol oder einem andern Alkohol als zweitem Lösungsmittel kann die harzbildende Masse, die aus einer Epoxyverbindung und einem Härtemittel oder einem Addukt besteht, auch in einem aromatischen Kohlenwasserstoff gelöst sein, wie er unter der Handelsbezeichnung"SHELLSOL N" bekannt ist. Gegebenenfalls kann zwischen dem ersten Lösungsmittel und dem zweiten Lösungsmittel eine Trennflüssigkeit eingeschaltet werden.

Ein Beispiel für die bei einer derartigen Behandlung angewendeten Flüssigkeitsschübe wird in Beispiel 2 gegeben :
Beispiel 2 :
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<tb>
<tb> Erster <SEP> Schub <SEP> : <SEP>
<tb> Erstes <SEP> Lösungsmittel <SEP> : <SEP> Isopropylalkohol
<tb> Metallorganische <SEP> Verbindung <SEP> : <SEP> Aminopropyltriäthoxysilan <SEP>
<tb> Zweiter <SEP> Schub <SEP> : <SEP>
<tb> Ftillflüssigkeit <SEP> : <SEP> aromatischer <SEP> Kohlenwasserstoff,
<tb> z. <SEP> B."SHELLSOL"N
<tb> Zweites <SEP> Lösungsmittel <SEP> : <SEP> aromatischer <SEP> Kohlenwasserstoff,
<tb> z. <SEP> B."SHELLSOL"N
<tb> Harzbildende <SEP> Masse <SEP> : <SEP> Epoxyverbindung, <SEP> wie"EPIKOTE"828
<tb> bis- <SEP> (3-Methyl-4-aminocyclohexyl)-
<tb> - <SEP> methan. <SEP>
<tb>

Dem zweiten Lösungsmittel kann zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit ein tertiäres Amin, ein aromatischer Alkohol, wie Phenol, oder ein Keton (z. B. Aceton) zugefügt werden.

Es können natürlich Abwandlungen der einzelnen Substanzen vorgenommen werden, wie dies auch in Beispiel 1 angegeben ist.

Die Menge der im ersten Lösungsmittel gelösten metallorganischen Verbindung beträgt vorzugsweise weniger als oder höchstens 1 Vol.-% der Lösung. Will man diese metallorganische Verbindung besonders gut ausnutzen, so kann sowohl in Beispiel 1 wie im Beispiel 2 vor dem Einspritzen des ersten Lösungsmittels mit einer Vorspülflüssigkeit durchgespült werden ; man benutzt hiezu vorzugsweise das erste Lösungsmittel allein, ohne die metallorganische Verbindung. Falls dieses erste Lösungsmittel nicht die Fähigkeit hat, Wasser zu verdrängen, muss eine andere, wasserverdrängende Vorspülflüssigkeit angewendet werden.

In Beispiel 3 wird ein Injektionsschema für die Flüssigkeiten gegeben, die zur Imprägnierung einer geologischen Formation mit einer Hydroxyarylverbindung und einem Aldehyd als harzbildende Masse verwendet werden können.

Beispiel 3 :
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<tb>
<tb> Erster <SEP> Schub <SEP> : <SEP>
<tb> Erstes <SEP> Lösungsmittel <SEP> : <SEP> Wasser
<tb> Metallorganische <SEP> Verbindung <SEP> : <SEP> N-Aminoäthylaminopropyl- <SEP>
<tb> triäthoxysilan
<tb> Zweiter <SEP> Schub <SEP> : <SEP>
<tb> Füllflüssigkeit <SEP> : <SEP> Isopropylalkohol <SEP>
<tb> Zweites <SEP> Lösungsmittel <SEP> : <SEP> Wasser
<tb> Harzbildende <SEP> Masse <SEP> : <SEP> Phenol
<tb> Formaldehyd
<tb>

Zwecks Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit, d. h. zur Erreichung der entsprechenden B. H. A.-Zeit, kann eine Alkaliverbindung, wie Kaliumhydroxyd oder Kaliumcarbonat, zugefügt werden.

Da das erste Lösungsmittel lediglich das ursprünglich in der Formation enthaltene Wasser aus dem

Porenraum verdrängen kann, muss das in den Poren der zu behandelnden Formation zurückgebliebene Öl durch den zweiten Flüssigkeitsschub entfernt werden. Da aber das Lösungsmittel für diesen zweiten Schub von wässeriger Natur ist, wird das Öl vorher durch eine Trennflüssigkeit verdrängt, die im vorliegenden Fall Isopropylalkohol ist.

Gegebenenfalls kann vor dem Einspritzen des wässerigen ersten Lösungsmittels eine Vorspülflüssigkeit eingeführt werden ; dies wird notwendig, wenn das in der ursprünglichen Formation den Körnern anhaftende Wasser nicht durch das erste wässerige Lösungsmittel allein verdrängt werden kann. Als Vorspülflüssigkeit kann eine wasserverdrängende Flüssigkeit mit einem Gehalt an einem oberflächenaktiven Mittel verwendet werden, welch letztere vorzugsweise eine Verbindung der Formel
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ist, worin R eine von Kokosöl, Sojabohnenöl oder Talg stammende Alkylgruppe bedeutet. Als wasserverdrängende Flüssigkeit können auch organische Flüssigkeiten, wie Kohlenwasserstoff-Sauerstoffverbindun- gen mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen und mindestens einer Keto-Sauerstoff- oder Hydroxylgruppe verwendet werden, wie z. B.

Aceton oder ein Alkohol. Beispiele für derartige Flüssigkeiten sind Methanol, Äthanol oder Isopropylalkohol.

In Beispiel 4 ist ein Schema für die Flüssigkeitsinjektion gegeben, das angewendet wird, wenn als Vorspülflüssigkeit ein Alkohol benutzt wird. Da in diesem Beispiel schon die Vorspülflüssigkeit sowohl das Wasser als auch das Öl verdrängt, besteht keine Notwendigkeit, für den zweiten Flüssigkeitsschub ein Lösungsmittel zu verwenden, das geeignet ist, auch Öl zu verdrängen.

Beispiel 4 :
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<tb>
<tb> Erster <SEP> Schub <SEP> : <SEP>
<tb> Vorspülflüssigkeit <SEP> : <SEP> Äthanol
<tb> Erstes <SEP> Lösungsmittel <SEP> : <SEP> Wasser
<tb> Metallorganische <SEP> Verbindung <SEP> : <SEP> Aminopropyltriäthoxysilan <SEP>
<tb> Zweiter <SEP> Schub <SEP> : <SEP>
<tb> Zweites <SEP> Lösungsmittel <SEP> : <SEP> Wasser
<tb> Harzbildende <SEP> Masse <SEP> : <SEP> Phenol
<tb> Formaldehyd.
<tb>

Auch in diesem Falle können selbstverständlich die einzelnen Bestandteile durch andere geeignete Stoffe ersetzt werden, ähnlich wie dies bei den vorhergehenden Beispielen der Fall ist. Es ist jedoch dar-
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zweite Schub geeignet sein muss, das erste Lösungsmittel zu verdrängen ; ausserdem muss entweder der erste oder der zweite Flüssigkeitsschub fähig sein, Öl aus den Poren in dem zu behandelnden Teil der Schicht zu verdrängen.

Im übrigen ist besonders darauf zu achten, dass sämtliche erfindungsgemäss verwendeten Lösungen und Flüssigkeiten klar sind, d. h. dass sie nicht irgendwelche Feststoffteilchen oder Niederschläge enthalten, die während des Einspritzens die Poren der zu behandelnden Schicht verstopfen könnten.

Es sei nunmehr ein praktisches Beispiel zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wiedergegeben, bei dem es sich um die Behandlung einer geologischen Formation handelt.

In einer Ölbohrung, in welcher die ölführende Schicht aus nicht verfestigtem Sand besteht, werden die in der Formation herrschenden Bedingungen, wie die Temperatur und die Einspritzbarkeit, gemessen, und man nimmt Sandproben aus der Schicht, an denen unter anderem der Sättigungsgrad an Wasser und Öl bestimmt wird.

Auf Grund der Kapazität der Pumpeinrichtung sowie der Dicke der Bodenformation und der für die Injektion massgebenden Bedingungen kann die geringste, zu Beginn der Harzabscheidung notwendige Zeitspanne (B. H. A. -Zeit) berechnet werden. Diese Zeitspanne ist mindestens gleich der Zeit, die notwendig ist, um das zweite Lösungsmittel mit der harzbildenden Masse in die Bodenformation hinunterzupumpen.

Auf Grund von Laboratoriumsversuchen kann man schon vorher gewisse Arbeitsbedingungen festlegen, z. B. Menge und Art des ersten und des zweiten Lösungsmittels, der metallorganischen Verbindung und der harzbildenden Masse, sowie der Vorspülflüssigkeit (falls eine solche benutzt wird), der Trennflüssigkeit und der zur Steuerung der Reaktion zugesetzten Mittel, mit denen man bei den in der Formation

herrschenden Temperatur- und Druckverhältnissen die beste Druckfestigkeit erhält ; auch die am besten geeignete B. H. A. -Zeit, die praktisch immer etwas länger ist als die zum Hinabpumpen der Lösung in die Formation notwendige Zeit, lässt sich durch Versuche vorherbestimmen.

Bei Durchführung des Verfahrens pumpt man dann die notwendigen Mengen an erstem und zweitem Lösungsmittel mit den entsprechenden Anteilen an metallorganischer Verbindung bzw. an harzbildender Masse und gegebenenfalls an Mitteln zum Steuern der Reaktionsgeschwindigkeit in die Bodenformation nacheinander hinunter.

Wird eine Vorspülflüssigkeit verwendet, so wird diese vor der Injektion des ersten Lösungsmittels eingeführt. Erweist sich eine Trennflüssigkeit als notwendig, so wird diese unmittelbar nach dem ersten Lösungsmittel und vor dem zweiten Lösungsmittel injiziert. Die mengenmässigen Anteile dieser Hilfsflüssigkeiten werden auf das Volumen des zu verfestigenden Teiles der Schicht abgestimmt.

Zur Förderung der Flüssigkeiten im Bohrloch und von dort in die Formation wird eine Treibflüssigkeit verwendet.

Während des Durchganges des ersten Flüssigkeitsschubes durch die Formation reagiert die darin gelöste metallorganische Verbindung mit der Oberfläche der Körner und haftet an ihnen.

Da das zweite Lösungsmittel in dem zu verfestigenden Teil der Schicht zurückbleiben soll, bis die Reaktion völlig abgelaufen ist, soll die Zufuhr der Treibflüssigkeit unterbrochen werden, sobald die Gesamtmenge des zweiten Lösungsmittels in die Formation eingespritzt ist. Es muss darauf geachtet werden, dass das zweite Lösungsmittel nicht zum Teil im Bohrloch zurückbleibt, da sich sonst eine undurchdringliche Harzhaut an der Wand der Schicht bildet, die den Durchgang von Flüssigkeiten aus der Schicht in das Bohrloch und umgekehrt verhindert. Ausserdem soll das zweite Lösungsmittel nicht allzu weit in die Bodenformation hineingedrückt werden, da sonst gerade diejenigen Teile der Formation, die unmittelbar das Bohrloch umgeben, nicht verfestigt werden.

Man verwendet daher als Treibmedium vorzugsweise eine Flüssigkeit, die mörtel-oder gipsartige Eigenschaften hat (z. B. eine Schlickaufschlämmung), da eine derartige Flüssigkeit an der Wand der Formation unmittelbar nach Einspritzen des zweiten Lösungsmittels eine im wesentlichen undurchdringliche Schicht bildet, so dass jede weitere Verschiebung des zweiten Lösungsmittels innerhalb der Formation verhindert wird.

Auf Grund der innerhalb des zweiten Lösungsmittels stattfindenden Reaktion wird ein harzartiges Zwischenprodukt aus dem Lösungsmittel aus-und auf der Oberfläche der Sandkörner abgeschieden, das beim Erhärten ein an die einzelnen Körner fest gebundenes, hartes, vernetztes Harz bildet, so dass als Ganzes eine verfestigte Masse erhalten wird. Bereits bei einem verhältnismässig geringen Anteil an harzbildender Masse im zweiten Lösungsmittel sammelt sich das harte Harz um die Berührungsstellen der Körner herum an und verklebt diese. Bei einem verhältnismässig hohen Anteil an harzbildender Masse füllt das harte, vernetzte Harz den Porenraum völlig aus und verstopft jede Durchgangsmöglichkeit.

Die zu behandelnden Bodenschichten bestehen manchmal aus Kieselsäure in Form von Sandkörnern, auf denen sich Carbonate, etwa als Film oder Deckschicht, abgelagert haben ; in solchen Fällen ist es zweckmässig, die betreffende Schicht vorzubehandeln, um die Carbonate zu entfernen, insbesondere wenn man metallorganische Verbindungen benutzt, deren funktionelle Gruppen direkt mit der kieselsäurehaltigen Sandoberfläche reagieren sollen. Zu diesem Zweck wird die Oberfläche der Sandkörner zweckmässigerweise mit einer Säure vorbehandelt, so dass die Carbonate von den Flächen entfernt werden, an welchen die metallorganischen Verbindungen abgelagert werden sollen.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich insbesondere auf die Behandlung von durchlässigen Bodenschichten, deren Poren mit Wasser und Öl gefüllt sind ; es sind die Massnahmen angegeben, die man ergreifen muss, um das Wasser und das Öl aus dem Porenraum zu verdrängen, so dass diese Flüssigkeiten die einheitliche Verteilung der harzbildenden Masse innerhalb des Porenraumes nicht ungünstig beeinflussen.

Selbstverständlich lässt sich aber das Verfahren nach der Erfindung auch dort anwenden, wo beispielsweise das Öl fehlt und nur Wasser im Porenraum vorhanden ist. Dieses Wasser kann die Poren der zu behandelnden Schicht völlig oder teilweise ausfüllen und die betreffenden Schichten müssen nicht notwendigerweise unterhalb der Oberfläche liegen. Auch Gase können im Porenzwischenraum vorhanden sein und das Wasser kann in Form von Einschlüssen vorliegen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Behandlung von Teilen durchlässiger geologischer Formationen, in welche ein oder mehrere Bohrlöcher eingebracht sind, mittels einer harzbildenden Masse und einer metallorganischen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, dass man <Desc/Clms Page number 10> a) in den zu behandelnden Teil der Formation über das Bohrloch einen ersten Flüssigkeitsschub injiziert, der geeignet ist, das Wasser zu verdrängen, und der wenigstens ein Lösungsmittel enthält, in welchem die metallorganische Verbindung gelöst ist, welche Verbindung mindestens'eine zur Reaktion mit den Teilchen der zu behandelnden Masse geeignete funktionelle Gruppe und mindestens eine andere zur Reaktion mit einer der Komponenten des harzbildenden Systems oder dem hiebei gebildeten Produkt geeignete funktionelle Gruppe enthält, worauf man b)

in den betreffenden Teil der Formation über das Bohrloch einen weiteren Flüssigkeitsschub injiziert, der wenigstens ein Lösungsmittel enthält, in dem die harzbildende Masse gelöst ist und der fähig ist, das erste Lösungsmittel zu verdrängen, mit der Massgabe, dass mindestens einer der injizierten Flüssigkeitsschübe die Fähigkeit hat, Öl zu verdrängen.

2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass man als erstes, die metallorganische Verbindung enthaltendes Lösungsmittel ein solches verwendet, das fähig ist, Wasser zu verdrängen. EMI10.1 metallorganische Verbindung enthaltendes Lösungsmittel ein solches verwendet, das fähig ist, Öl zu verdrängen. EMI10.2 Flüssigkeitsschubes eine Vorspülflüssigkeit verwendet, die in den zu behandelnden Teil der Formation vor Zuführung des ersten Lösungsmittels eingespritzt wird und mindestens wasserverdrängende Eigenschaften aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man eine solche Vorspülflüssigkeit verwendet, die auch ölverdrängende Eigenschaften aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als erstes, die metallorganische Verbindung enthaltendes Lösungsmittel ein solches verwendet, das fähig ist, die Vorspülflüssigkeit zu verdrängen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als Vorspülflüssigkeit eine im wesentlichen aus mindestens einer organischen Verbindung mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen bestehende verwendet, die eine oder mehrere Keto-Sauerstoffgruppen und bzw. oder Hydroxylgruppen enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Vorspülflüssigkeit verwendet, die zumindest teilweise aus einer ein oberflächenaktives Mittel enthaltenden Flüssigkeit besteht. EMI10.3 Flüssigkeit eine Verbindung der allgemeinen Formel EMI10.4 verwendet, worin R eine aus Kokosöl, Sojabohnenöl oder Talg stammende Alkylgruppe ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass man im zweiten Flüssigkeitsschub eine Trennflüssigkeit verwendet, die vor Zuführung des zweiten Lösungsmittels injiziert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekehnzeichnet, dass man eine Trennflüssigkeit mit ölverdrängenden Eigenschaften verwendet. EMI10.5 bildende Masse enthaltendes Lösungsmittel ein solches verwendet, das die Fähigkeit hat, die Trennflüssigkeit zu verdrängen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Trennflüssigkeit verwendet, die im wesentlichen aus mindestens einer organischen Verbindung mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen besteht, welche eine oder mehrere Keto-Sauerstoffgruppen und bzw. oder Hydroxylgruppen enthält.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Trennflüssigkeit verwendet, die im wesentlichen aus Kohlenwasserstoff besteht.

15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Trennflüssigkeit verwendet, die im wesentlichen aus Wasser besteht.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als zweites, die harzbildende Masse enthaltendes Lösungsmittel ein solches verwendet, das die Fähigkeit <Desc/Clms Page number 11> hat, Öl zu verdrängen.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass man als erstes Lösungsmittel ein zumindest teilweise aus Wasser bestehendes verwendet.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass man als erstes Lösungsmittel ein im wesentlichen aus mindestens einer organischen Verbindung bestehendes verwendet, die weniger als 6 Kohlenstoffatome aufweist und eine oder mehrere Keto-Sauerstoffgruppen und bzw. oder Hydroxylgruppen enthält.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass man als harzbildende Masse eine solche verwendet, die sich aus einem ungehärteten Harz und einem Härtemittel zusammensetzt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass man als harzbildende Masse eine solche verwendet, die sich aus einem ungehärteten Harz und einem Addukt zusammensetzt.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass man als ungehärtetes Harz eine Epoxyverbindung verwendet.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass man als Härtemittel ein Polyamin mit mindestens 3 Aminowasserstoffatomen verwendet.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass man als zweites Lösungsmittel ein zumindest teilweise aus einem aromatischen Kohlenwasserstoff bestehendes verwendet. EMI11.1 Lösungsmittel ein im wesentlichen aus einem Alkohol bestehendes verwendet.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 7,13 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass man als organische Verbindung einen Alkohol verwendet. EMI11.2 Methanol, Äthanol, Isopropylalkohol oder ein Gemisch aus mindestens zweien dieser Flüssigkeiten verwendet.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass man eine harzbildende Masse verwendet, die eine Hydroxylarylverbindung und einen Aldehyd enthält.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass man eine harzbildende Masse verwendet, die als Hydroxyarylverbindung ein Phenol, ein Kresol, ein Xylenol oder ein Gemisch aus diesen enthält.

29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass man eine harzbildende Masse verwendet, die als Aldehyd Formaldehyd enthält. EMI11.3 als zweites Lösungsmittel ein solches verwendet, das im wesentlichen aus Wasser besteht.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass man im zweiten Lösungsmittel eine Gesamtmenge an harzbildender Masse einsetzt, die 3 - 500/0 des Lösungsvo - lumens ausmacht.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Gesamtmenge an harzbildender Masse einsetzt, die etwa 15% des Lösungsvolumens ausmacht. EMI11.4 zweites Lösungsmittel verwendet, in dem ein Mittel zur Steuerung der Geschwindigkeit der Reaktion zwischen den Bestandteilen der harzbildenden Masse gelöst ist. EMI11.5 net, dass man dem zweiten Lösungsmittel zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit Wasser zufügt.

35. Verfahren nach Anspruch 4 oder einem der Ansprüche 5 bis 34, d gekennzeichnet, dass man ein Volumen der Vorspülflüssigkeit anwendet, das im wesentlichen demjenigen des ersten Lösungsmittels gleich ist.

36. Verfahren nach Anspruch 10 oder einem der Ansprüche 11 bis 15 oder 17 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Volumen der Trennflüssigkeit anwendet, das im wesentlichen gleich dem Volumen des zweiten Lösungsmittels ist. EMI11.6 Volumen des ersten Lösungsmittels anwendet, das im wesentlichen gleich demjenigen des zweiten Lösungsmittels ist.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass man als <Desc/Clms Page number 12> metallorganische Verbindung ein organofunktionelles Silan einsetzt.

39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass man als organofunktionel- les Silan ein aminofunktionelles Silan einsetzt.

40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass man als aminofunktionelles Silan N-Aminoäthylaminopropyltriäthoxysilan einsetzt.

41. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass man als aminofunktionelles Silan Aminopropyltriäthoxysilan einsetzt.

42. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dassmanalsorganofunktionel- les Silan ein epoxyfunktionelles Silan einsetzt.

43. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass man als epoxyfunktionelles Silan Glycidoxypropyltrimethoxysilan einsetzt. EMI12.1 Menge an metallorganischer Verbindung so abstimmt, dass sie höchstens 1 Vol. -0/0 der durch das erste Lösungsmittel und die Verbindung gebildeten Lösung beträgt.

46. Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass man die Menge an metallorganischer Verbindung so abstimmt, dass sie etwa 1/4 Vol.-% der Lösung beträgt. EMI12.2 Treibmittel, welches den zweiten Flüssigkeitsschub durch das Bohrloch treibt und ihn in die zu behandelnde Formation hineindrückt, eine Flüssigkeit mit mörtelartigen Eigenschaften benutzt.