<Desc/Clms Page number 1>
"ONDERZOEK VAN ONDERGRONDSE WATERSTROMINGEN"
<Desc/Clms Page number 2>
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het onderzoek van de stroming van ondergronds water en in het bijzonder van water dat gebruikt is voor de secundaire winning van aardolie uit onder de oppervlakte gelegen oliehoudende formaties. De uitvinding heeft meer in het bijzonder betrekking op het onderzoeken van de stroming van water dat door een injectieput in een oliehoudende formatie wordt geperst om de hierin aanwezige olie te verplaatsen en deze naar een of meer produktieputten te drijven. Door de controle op de stroming van het water kan worden ontdekt of het water de te produceren olie passeert zonder deze te verplaatsen, zodat het mogelijk is maatregelen te nemen teneinde de produktie tot een maximum op te voeren.
Ofschoon reeds eerder is voorgesteld voor het onderzoek van de stroming van ondergronds water, bijv. water dat voor het opstuwen van olie in een ondergrondse formatie wordt gebruikt, indicatoren toe te passen, is tot op heden geen stof gevonden, welke de eigenschappen bezit welke aan een indicator dienen te worden gesteld.
Om als indicator geschikt te zijn, dient de toegepaste verbinding niet alleen in water oplosbaar te zijn in de concentraties waarin het in de formatie wordt gebezigd, doch tevens zeer goed oplosbaar in water te zijn, zodat sterk geconcentreerde voorraadoplossingen kunnen worden bereid, daar dan een betrekkelijk gering opslagvolume vereist is en tevens met betrekkelijk lage doserings- snelheden kan worden volstaan. De indicator moet tevens gemakkelijk herkenbaar en kwantitatief meetbaar zi jn,
<Desc/Clms Page number 3>
zelfs indien in zeer geringe concentraties aanwezig.
De indicator mag voorts niet geadsorbeerd worden door het zand en gesteente van de formatie, noch uit zijn oplossing worden neergeslagen door in het natuurlijke ondergrondse water of pekel aanwezige ionen. Bovendien moet de indicator zelden of in het geheel niet in onder- gronds water voorkomen, en voorts dient zij gemakkelijk verkrijgbaar en betrekkelijk gcedkoop te zijn. Opgemerkt wordt dat alle tot dusverre voorgestelde indicatoren in een of meer van de bovenstaande belangrijke en/of nood- zakelijke eigenschappen tekortschieten.
Een doel van de onderhavige uitvinding is de te- kortkomingen, welke uit de toepassing van de tot dusverre bekende indiceren ontstonden, te vermijden. Een ander doel van de uitvinding bestaat uit het verschaffen van een effectieve, doeltreffende en economische methode voor het controleren van de ondergrondse stroming van water en in het bijzonder van water dat wordt toegepast bij de secundaire winning van aardolie uit ondergrondse oliehoudende formaties.
Thans is gevonden, dat zeer goede resultaten kun- nen worden verkregen door het gebruik van de'nitraat- ion als indicator voor het controleren of bepalen van de ondergrondse beweging van water. Met andere woorden: er is gevonden, dat de ondergrondse beweging van water, in het bijzonder van water dat via één of meer injectie- putten in een oliehoudende formatie wordt geperst om de
<Desc/Clms Page number 4>
daarin aanwezige olie naar één of meer produktieputten te stuwen, kan worden nagegaan en bepaald door aan dat water één of meer in water oplosbare nitraten, zoals natriumnitraat of ammoniumnitraat, toe te voegen.
In een van zijn meer specifieke uitvoeringsvormen bestaat de uitvinding uit het controleren van de onder- grondse beweging van water in een formatie, door een anorganisch in water oplosbaar nitraat aan het water toe te 'voegen, het genoemde water via een put in de formatie te injecteren en de stroming van het de indica- tor bevattende water door de formatie te bepalen door uit aangrenzende putten in de genoemde formatie verkregen monsters water te analyseren, waarbij de analyse wordt verkregen door elk bekend systeem dat betrekking heeft op aanwezigheid van nitraat-ionen in een monster water.
Tot dergelijke systemen behoren de spectrografische of spectrofotometrische analyse-methoden, bijvoorbeeld de spectrofotometrische techniek, waarbij de aanwezigheid van nitraat-ion in het monster wordt bepaald door middel van golflengten van ongeveer 5.000 ngstrom.
De onderhavige uitvinding is in het bijzonder van toepassing bij olievelden waar, ofschoon de formatie nog een belangrijk gedeelte van de olie bevat die oorspronke- lijk aanwezig was, het moment is gekomen waarop de olie niet langer in voldoende hoeveelheden naar de put stroomt om daaruit economisch te worden gewonnen. In dit geval wordt via een of meer putten water in de formatie geperst teneinde de formatie door te spoelen en de olie naar an- dere putten op te drijven, uit welke laatste putten de
<Desc/Clms Page number 5>
olie door middel van een der bekende methoden, bijvoor- beeld door pompen, kan worden gewonnen. Daar de formatie- structuur geen uniforme permeabiliteit bezit (bijvoorbeeld ten gevolge van breuken) beweegt het water zich niet op uniforme wijze van de waterinjectieputten naar olieproduk- tieputten.
Tenzij voorzichtig tewerk wordt gegaan, doet zich in sommige gevallen een waterdoorbraak naar de pro- duktieput- of -putten voor, waarbij het water aanzienlijke hoeveelheden olie passeert zonder deze te verplaatsen.
Daar de aldus gepasseerde olie niet meer gewonnen kan worden, is het over het algemeen raadzaam, zo niet noodzakelijk, deze doorbraken tot een minimum te reduceren. Dit kan wor- den bereikt door regeling van de waterinjectiesnelheden in de diverse inlaatputten. Derhalve is de hoeveelheid olie die door middel van waterinjectie kan worden gewon- nen grotendeels afhankelijk van de juiste keuze van water- injectieputten en de hoeveelheid water die erdoor wordt geinjecteerd. Bekendheid met de desbetreffende permeabili- teit van de diverse gedeelten van de te behandelen formatie maakt regeling van de injectiesnelheid mogelijk, hetgeen de olieopbrengst uit de formatie weer kan verhogen.
Zoals reeds gezegd, kan de bovengenoemde kennis volgens de werkwijze van de onderhavige uitvinding worden verkregen door het water dat de olieproduktieput of -putten bereikt te analyseren op de indicator (n.l. het in water oplosbare anorganische nitraat) welke aan het water is toe- gevoegd dat via de injectieput (ten) de formatie is ge- leid. Door het water uit het olie-water mengsel dat door
<Desc/Clms Page number 6>
de produktieput(ten) uit de formatie is gewonnen te scheiden, en door dit water te analyseren is het mogelijk om te bepalen of dit water reeds in de olie aanwezig was of dat het nitraathoudend water is dat ten behoeve van de wa- terdoorspoeling door de injectieput(ten) is geïnjecteerd.
Ofschoon als indicator elk in water oplosbaar ni- traat kan worden toegepast, genieten voor toepassing bij de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding de meer gebruikelijke anorganische nitraten, zoals natriumnitraat of ammoniumnitraat, de voorkeur.
De hoeveelheid in water oplosbaar nitraat die bij de onderhavige werkwijze kan worden toegepast, kan tussen zeer ruime grenzen variëren. Over het algemeen is de mi- nimum-hoeveelheid nitraat, bijvoorbeeld natriumnitraat, die aan het injectiewater dient te woraen toegevoegd, af- hankelijk van de hoeveelheid natriumniatraat die in het adhesie-water van de formatie waarin het injectiewater moet worden ingebracht, aanwezig is ; door deze twee ver- schillende natriumnitraat-concentraties kunnen de twee soorten water, namelijk het adhesie-water en het injectie- water, gemakkelijk worden onderscheiden.
De aan het in- jectiewater toe te voegen hoeveelheid natriumnitraat dient ook groter te zijn dan de hoeveelheid nitraat die wort afgebroken door de werkzaamheid van nitraatreducerende bacteriën, indien deze in het in de formatie aanwezige water aanwezig zijn. Onder gewone omstandigheden is bij de toe te passen nitraatconcentraties en gedurende de tijd dat het de indicator bevattende water in de te behandelen formatie verblijft, het verbruik aan natrium-
<Desc/Clms Page number 7>
nitraat door deze bacteriën betrekkelijk onbelangrijk.
Ofschoon bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding zoveel natriumnitraat (of andere in water oplosbare anorganische nitraten) aan het injectiewater kan worden toegevoegd dat een nitraatconcentratie in het water wordt verkregen van slechts 0,0005 - 0,01% kunnen met het óog op de geringe prijs van de verbinding doeltref- fend grotere hoeveelheden worden gebruikt zonder afbreuk te doen aan de economische voordelen van de onderhavige werkwijze.
Ofschoon het natriumnitraat op dezelfde wijze aan het injectiewater kan worden toegevoegd als eerder voorgesteld voor andere indicatoren, bijvoorbeeld borax, verdient het vanwege de veel grotere oplosbaarheid van natriumnitraat in water, over het algemeen de voorkeur eerst een sterk geconcentreerde voorraadoplossing te be- reiden (die dus een relatief geringer opslagvolume vergt) en deze geconcentreerde oplossing vervolgens met een lage snelheid aan het injectiewater toe te voegen. Over het algemeen vormt de hoeveelheid in water oplosbaar nitraat in het inlaatwater een fractie van 1 gew.%.
Als een voorbeeld moge het volgende dienen.
Aan een opslagtank werd natriumnitraat in een hoeveelheid van 0,57 kg per liter water (200 lbs. per barrel) toe- gevoegd. De verkregen oplossing had een soortelijk gewicht van 1,28 en een concentratie van 36,4 gew.% natriumnitraat (26,5 gew.% nitraat-ion). Door toevoeging van het nitraat aan het water nam het volume van de voorraadoplossing toe tot 1,23 liter per aanvankelijk aanwezige liter water.
<Desc/Clms Page number 8>
Deze voorraadoplossing werd vervolgens toegevoerd, bij- voorbeeld door middel van een doseerpomp en een filter, met een snelheid van één liter van deze oplossing per
199 liter door naar de injectieput gevoerd injectiewater.
De verkregen nitraatconcentratie aan de put bedroeg 0,17 gew.%.
Het injecteren van de indicator bevattend water wordt (door een of meer injectieputten) gedurende be- paalde ti.jd, bijvoorbeeld een week, voortgezet en het. verdient gewoonlijk aanbeveling onmiddellijk een aanvang te maken met het trekken van monsters uit de omringende produktieputten. Dit geschiedt door met geschikte tussen- pozen monsters van het water te nemen, dat is afgescheiden van de uit de produktieput of -putten gewonnen olie-, en door deze monsters op hun nitraatgehalte te analyseren.
Gewoonlijk kunnen aanvankelijk ongeveer eenmaal per week monsters worden getrokken uit de olieproduktie- put of -putten; deze frequentie kan geleidelijk worden opgevoerd totdat dagelijks monsters kunnen worden genomen.
Door deze methode kan het tijdstip, waarop de doorbraak bij elke put zal plaatsvinden, gemakkelijk worden bepaald terwijl de onkosten, verbonden aan het vroegtijdig te veel .monsters nemen, tot een minimum worden beperkt.
De monsters kunnen ter plaatse worden geanalyseerd, bijvoorbeeld door middel van de hieronder weergegeven methode, die bestaat uit een modificatie van een bekende colorimetrische proef voor nitraat, waarin als reagens brucine wordt toegepast. (Zie "Photometric Chemical Analy- sis", door J.H. Yoe, Deel I, blz. 318). Bijeen gemakkelijke
<Desc/Clms Page number 9>
methode voor het veldlaboratorium (een modificatie van de techniek van Yoe) wordt al volgt tewerk gegaan: een hoeveelheid van 5 milliliter gewonnen water die moet worden onderzocht wordt in een maatglas met 10-milliliter verdeling gebracht, waarna precies 10 druppels brucine- reagens onder toepassing van een druppelbuisje worden toe- gevoegd ; vervolgens wordt langzaam 10 milliliter gecon- centreerd zwavelzuur in kleine porties toegevoegd.
Men laat het mengsel precies vijf minuten staan, waarna 10 milliliter gedestilleerd water wordt toegevoegd en goe wordt geroerd.
Desgewenst kan het mengsel in het maatglas worden gekoeld door het glas in koud water te dompelen. Het mengel in het maatglas heeft dan een gele kleur, waarbij de diepte van de kleur afhankelijk is van het nitraatge- halte. Het nitraatgehalte (in gew.%) kan derhalve worden bepaald door het monster met een bekende standaardreeks te vergelijken.
Een andere methode voor het analyseren van gewon- nen water op het nitraatgehalte is de zogenaamde spectro- fotometrische methode. Een bevredigende werkwijze is als volgt: Een hoeveelheid van 5 milliliter geconcentreerd zwavelzuur en 2 milliliter geconcentreerd zoutzuur wordt aan een mengsel van 10 milliliter pekel (=gewonnen water) en 5 milliliter van een 1%-ige resorcinoloplossing toege- voegd. Het reactiemengsel wordt gedurende 30 minuten in een bad kokend water geplaatst, waarna men het gedurende een nacht laat bezinken en het vervolgens gedurende 30
<Desc/Clms Page number 10>
minuten bij een snelheid van 1500 omwentelingen/minuut wordt gecentrifugeerd. Van de zich aan de oppervlakte bevindende oplossing wordt een monster genomen en wordt de transmissie van licht met een golflengte van 5.000 ngstrom bepaald.
Deze tweede analyse verschaft niet alleen een controle, doch is vooral nuttig en geschikt voor het be- palen van nitraatconcentraties van minder dan 0,0005 %, die door de veldanalyses slechts als sporen worden aan- gegeven.
Door het water dat uit de diverse, een injectieput omringende, produktieputten wordt gewonnen herhaaldelijk te onderzoeken, is het mogelijk naast de optredende water- doorbraken tevens de snelheid van het water tussen een bepaalde injectieput en produktieput te bepalen. Door derhalve vast te stellen wanneer het nitraathoudende in- jectiewater een bepaalde put voor het eerst bereikt, kan de snelheid van de stroom door de formatie berekend worden.
Wanneer bijvoorbeeld zou worden gevonden, dat het 46,4 dagen duurde vóór een hoeveelheid van de indicator bevat- tend water van een injectieput naar een 75 meter (250 voet) verder gelegen produktieput was gestroomd, dan valt gemak- kelijk té berekenen, dat de gemiddelde snelheid van het olie-watermengsel tussen de genoemde punten 75/46,4 = 1,66 meter per dag zou bedragen. Deze gegevens kunnen ook van andere putten worden bepaald, waardoor het bedienend per- soneel kan bepalen in welke richting de stroom zich eventueel sneller beweegt (wat mogelijk een gevolg is van een toegenomen
<Desc/Clms Page number 11>
aantal breuken of een grotere permeabiliteit van de formatie).
Deze inlichting kan vervolgens geredelijk worden gebezigd bij het regelen van de injectie, de tegendrukken enz., om het langs de olie heenstromen van het water tegen te gaan en daardoor de hoeveelheid geproduceerde olie te doen toenemen.
Alhoewel ter toelichting van de uitvinding na.- triumnitraat als indicator is toegepast, kunnen andere in water oplosbare nitraatzouten, bijvoorbeeld ammonium- nitraat, voor het verkrijgen van net zelf de resultaat in dezelfde reeks concentraties worden toegepast.