DD155444A1 - Verfahren des hydraulischen aufbrechens von unterirdischen formationen - Google Patents

Abstract

Verfahren des hydraulischen Aufbrechens von unterirdischen Formationen unter Verwendung von hochmolekularen vernetzten hydrophilen Stoffen zur temporaeren Blockierung verschieden permeabler Bereiche, insbesondere bei der Stimulation von Erdoel- und Erdgasspeichern, Untergrundspeichern sowie Injektions- und Wasserentnahmesonden. Ziel der Erfindung ist es, durch Herabsetzen des Fluessigkeitsverlustes, den Materialverlust zu senken und den Wirkungsfaktor bei der hydraulischen Druckuebertragung zu erhoehen. Ausserdem zeichnet sich die Anwendung der Polymere durch einfache Technologie, unbedeutenden Aufwand an Zeit, Material und Operationskosten, durch einfache Handhabbarkeit, umweltfreundlichen Charakter und physiologische Unbedenklichkeit der Polymere aus. Im Unterschied zu bekannten Blockierungsverfahren sind die erfindungsgemaessen Polymere thermisch oder in Saeure abbaubar. Das Wesen der Erfindung besteht im hydraulischen Aufbrechen unterirdischer Formationen unter Anwendung der temporaeren Blockierung verschieden permeabler Bereiche, indem den Fracfluessigkeiten erfindungsgemaesse temperarblockierende Stoffe als Puffer vorangepresst werden, wodurch die temporaere Blockierung einmalig oder intervallmaessig mehrfach durchfuehrbar ist.

Description

a) Titel der Erfindung

Verfahren de3 hydraulischen Aufbrechens von unterirdischen Formationen

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren des hydraulischen Aufbrechens von unterirdischen Formationen unter Verwendung von hochmolekularen, vernetzten, hydrophilen Stoffen zur temporären Blockierung verschieden permeabler Bereiche, insbesondere bei der Stimulation von Erdöl- und Erdgasspeichern, Untergrundspeichern sowie Injektions- und V/asserentnahmesonden.

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bekanntlich wird zur Stimulation von unterirdischen Formationen das Verfahren der hydraulischen Rißbildung (Frac) angewendet, bei denen Fracflüssigkeiten zur Erzeugung von Rissen und Klüften eingesetzt werden.' Es ist auch bekannt, mit Hilfe von "temporärblockierenden Stoffen den Flüssigkeitsverlust an der Grenzfläche Kluft-I.Iatrix zu senken.

Nach dem US-PS 4.100.079 können säure-, salz- und hitzebeständige Polymere hergestellt werden. Diese sind Copolymere von Dimethyldiallylamoniuinchlorid und einem Monomer, das fähig ist, nach der Polymerisation nachzu-

reagieren und Verzweigungen und teilweise Vernetzungen zu schaffen. Sie werden als Verdicker für teilweise verdünnte Säurelösungen benutzt, welche als Bohrflüssigkeiten und als Fracflüssigkeiten zur Stimulation von Produktionssonden verwendet werden.

Diese Polymere haben den Nachteil, daß sie sehr hitze- und säurestabil sind und deshalb nach erfolgter Stimulationsbehandlung nicht abgebaut und nicht in leicht entfernbare, lösliche Produkte überführt werden können.

d) Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den Flüssigkeitsverlust bei einer Fracbehandlung herabzusetzen und damit den Materialverlust zu senken und den Y/irkungsfaktor bei der hydraulischen Druckübertragung zu erhöhen. Die Förderleistung der Sonde soll durch die hydraulische Rißbildung gesteigert werden. Gleichzeitig sollen folgende Kriterien erfüllt werden:

- einfache Technologie der Anwendung der Polymere unbedeutender Aufwand an Zeit, Material -und Operationskosten

einfache Handhabbarkeit, umweltfreundlicher Charakter und physiologische Unbedenklichkeit der Polymeren.

e) Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, hydraulische Fracbehandlungen unter Verwendung eines temporärblockierenden Puffers, der den Flüssigkeitsverlust der nachfolgenden Fracflüssigkeit herabsetzt und dairit den Haterialverlust senkt und damit einen hohen 7/irkungsfaktor bei der hydraulischen Druckübertragung gewährleistet, druchzufuhren.

Nach erfolgter Sondenbehandlung soll das blockierende Mittel des Puffers vollständig entfernbar und durch Ver-

besserung der Permeabilität durch die hydraulische Rißbildung die Förderleistung der Sonde insgesamt gesteigert werden.

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelost wird, beinhaltet

- die temporäre Blockierung einzelner Speicherhorizonte

- das Herabsetzen des Flüssigkeitsverlustes an der Grenzfläche Kluft-Matrix

- das Umlenken des Flüssigkeitsstromes von hochpermeablen zu geringer permeablen Schichten

Erfindungsgercäß wird die Aufgabe gelöst, daß als temporärblockierende Stoffe hochmolekulare, vernetzte hydrophile Gele verwendet werden.

Geeignete Gele erhält man bei Copolymerisation von DialkyldiallylatEinoniumverbindungen mit mindestens difunktionellen Comonomeren, in dem 10 - 70 %ige Lösungen eines Dialkyldiallylammoniumsalzes der allgemeinen Formel

-f-

	/	N	\	С	ц
с I		С	= CHZ
CH2
/	R
	2.

in welcher R- und R_? gleich oder verschiedene Alkylreste, welche auch zum Ring geschlossen sein können, R-, und R. kurzkettige Alkylreste oder H und X~ Anionen wie Chlorid, Broüiid, l.ethosulfat, Acetat oder ein Äquivalent Sulfat bedeutet, im pH-Bereich von 6,7 - 10,3 und im Temperatur-

bereich von 10 - 80 ⁰C.

Bevorzugt werden strukturstabile Gele eingesetzt, die bei einem hohen Quellungsvermögen in verschiedenen Korngrößen hergestellt werden können. Quellungsgrad, Temperatur- und Säurebeständigkeit der Gele können durch Art und Menge des Comonomeren, durch Wahl des Temperaturbereiches und durch Steuerung des Polymerisationsgrades gezielt beeinflußt werden. Gering vernetzte und leichter abbaubare hydrophile Gele werden z. B. bei niederen Polyrnerisationstemperaturen und niedrigerem Comonomeren-Einsatz erhalten, wie im DD-V/P C08F/210855 vorgeschlagen wurde. Als vernetzende mindestens difunktionelle Comonomere sind u. a. bekannt:

Oxal-, Ыаіоп-, Bernstein-, Pumar-, Malein- und Adipinsäurediallylester, Athylenglykolbisacrylate, Triallylcyanurat, Alkyltriallylammoniumsalze, Tetraallylammoniumsalse, Alkylenbisacrylamide und ungesättigte Äther mehrwertiger Alkohole, z. B. Pentaerythrittriallyläther, die für sich allein oder auch als Gemische eingesetzt werden können.

Zur Modifizierung der Eigenschaften der Polymere, beispielsweise der Quellbarkeit oder der Hydrolysestabilität, können neben den mindestens difunktionellen vernetzenden ungesättigten Comonomeren auch nicht vernetzende monofunktionelle Comonomere, wie z. B. Acrylsäure gleichzeitig copolymerisiert werden. Zur Erzielung" einer ausreichenden Quellbarkeit sind Vernetzungsgrade anzustreben, wie sie durch Verwendung von 0,1-3 Mo 1-$ eines mindestens difunktionellen Сошопо-шегеп erzielt werden.

Mit fallender Comonomerenmenge (Typ A > Typ B > Typ C) erhöht sich die Quellbarkeit der hydrophilen Stoffe bei gleichzeitiger Abnahme der Hydrolysestabilität. Die erhaltenen hydrophilen Gele können durch Trocknung in

wasserarme Gele überführt v/erden, die ala Granulate verarbeitet, gemischt, transportiert und gelagert werden können.

Die getrockneten Polymergele können reversibel ein Mehrfaches ihres Volumens an Flüssigkeit aufnehmen. Die Produkte sind quellbar in Wasser und in Wassermischbaren Lösungsmitteln oder deren wäßrigen Lösungen und sowohl in trockener als auch in gequollener Gelform in organischen Flüssigkeiten su3pendierbar. Die hochmolekularen hydrophilen Stoffe können im Konzentrationsbereich von 1 bis 100 kg/m , vorzugsweise von 10 bis 40 kg/m , eingesetzt werden. Übertage sind diese Stoffe als Trockenprodukte oder in Wasser vorgequollen unbegrenzt· haltbar. Die technisch-Ökonomischen Auswirkungen der Erfindung bestehen in der temporären Blockierung, in der Ablenkung des Flüssigkeitsstromes zu geringpermeableren Speicherschichten, in der Verbesserung der Fließvaege, in der Vermeidung von Speicherschädigungen und in der erzielbaren höheren Förderleistung nach erfolgter Frac be hand1ung.

f) Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Die blockierende Wirkung des in Wasser gequollenen Polymers ist anhand von Filterpressentesten über die Ermittlung des Flüssigkeitskoeffizienten nachgewiesen worden.

Das in Wasser vorgequollene Polymer wurde auf einen Quellungsgrad von 23 gebracht und mit V/asser in verschiedenen Verhältnissen weiter verdünnt. Die Filterpressenteste wurden bei Raumtemperatur und einen Differenzdruck von 7 i.Ta durchgeführt.

Das Meßverfahren zur Bestimmung des Flüssigkeitskoeffizienten wurde in Anlehnung an das Standardverfahren zum Testen von Fracflüssigkeiten (Recommended Practice Standard Procedure for the Evalution of Hydraulic Fracturing Fluids) API RP 39, Dallas, Texas, Sep. 1966 durchgeführt

Es bedeuten:

S = Anfangsverlust in ml

Q«c = kumulatives Filtratvolumen nach 25 min in ml C s Flüssigkeitsabgabekoeffizient in m/ η/ min'

Tabelle 1

Änderung des Piltrationskoeffizienten C in Abhängigkeit von der Polymer-Konzentration in Wasser

Lfd.	Polymer-Konz.	S _	Q25	G . 103
Kr.	in p/l	ml	ml	та/ Vrnin'
1	22	11	30	0,83
2	14,5	34	48	0,65
3	11	41	60	-0,83
4	8,8	56	72	0,73
5	7,3	74	84	0,44

Mit steigender Verdünnung verbessert sich der Filtrationskoeffizient, da das Polymer besser ausgequollen und geschmeidiger vorliegt, jedoch verschlechtern sich der Anfangsverlust und die kumulative FiItratmenge.

Beispiel 2

Die Stabilitätsteste wurden bei 120 ⁰C in Abhängigkeit von der Polymerkonzentration in V/asser und der Zeit durchgeführt, s. Tabelle 2.

Tabelle 2

Lfd. Polymer-Konz. Abbau in % nach Nr. g/l 3 h 1 d 2 d 4 d 5 d 8 й 21 d

1 44 13 46 69

2 22 58 98

3 14,5 10 99 -----

Mit steigender Verdünnung verkürzt sich die Stabilität der Polymere.

Beispiel 3

Zur Stimulation einer Erdgasfördersonde vmrde eine Fracbehandlung durchgeführt.

Die Formation lag in einer Teufe von 3600 m mit einer Lagerstättentemperatur von 123 ⁰C. Es handelte sich um ein primär geklüftetes, geringpermeables, silikatisches Speichergestein.

Als Aufbrechmedium wurden 20 m Fracflüssigkeit eingesetzt, der errechnete Aufbrechdruck stellte sich nicht ein, da der Filtrationsverlust zu hoch war.· Durch Einbringen eines temporärblockierenden Puffers von

3 5 m erfindungsgemäß beschriebenen Stoffes konnte der Filtrationsverlust verringert, der Aufbrechdruck erzeugt und die Fracbehandlung erfolgreich mit 350 m Fracflüssigkeit und 80 t Stützmaterial realisiert werden.

Beispiel 4

Mittels einer Fracbehandlung sollte eine mehrschichtige Speicherformation bearbeitet werden, um den Erdgaszufluß zu stimulieren.

Die Formation lag in einer Teufe von 3200 m, die Lagerstättentemperatur betrug 117 ⁰C, der silikatische Spei-

Claims (8)

1. Erfindungsanspructi

   Verfahren zum hydraulischen Aufbrechen von unterirdischen Formationen unter Anwendung der temporären Blockierung verschieden регшеаЫег Bereiche, insbesondere bei der Stimulation von Erdöl- und Erdgasspeichern, Untergrundspeichern, Injektions- und Wasserentnahmesonden, gekennzeichnet dadurch, daß den Pracflüssigkeiten temporärblockierende Stoffe als Puffer vorangepreßt werden, durch die die temporäre Blockierung einmalig oder intervallmäßig mehrfach durchführbar sind und die aus hydrophilen Gelen bestehen, · welche durch Copolymerisation von Dialkyldiallylammoniumverbindungen der Formel

   си_г

   = Ch₂

   CH

   in welcher

   und

   L. iAiiu ^2 gleiche oder verschiedene Aklylreste, welche auch zum Ring geschlossen sein können, R-, und R, kurzkettige Alkylreste oder V/asserstoff und X~-Anionen bedeuten mit vernetzend wirkenden, mindestens difunktionellen ungesättigten Comonomeren und gegebenenfalls gleichzeitig mit nicht vernetzenden Comonomeren zu quellbaren, strukturstabilen, hydrophilen Verbindungen copolymer!- siert werden, welche unter Anwendungsbedingungen durch gezielten Abbau aufgelöst werden können.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß X" Anionen wie Chlorid, Bromid, fciethosulfat, Acetat oder 1 Äquivalent Sulfat bedeutet.

   2262 U

   eher war durch Tonsteine in mehrere Intervalle getrennt, das gesamte Intervall war perforiert. Nach dem Einbringen von 30 % der Pracflüssigkeit wurden 5 et eines temporärblockierenden Puffers eingebracht, um den bislang geschaffenen Riß zu blockieren und ein weiteres Intervall hydraulisch zu öffnen. Die sich einstellende Kopfdruckerhöhung bewies die Wirksamkeit des Puffers.

   Bei der Pracbehändlung wurden in ihrer Weiterführung noch weitere zweimal temporärblockierende Stoffe angewendet und insgesamt 15 и Puffervolumen, 450 m^ Pracflüssigkeit und 150 t Stützmaterial eingebracht. Nachfolgende Flowmetermeasungen bewiesen, daß alle Intervalle der Formation sich an der Produktion von Erdgas beteiligen.

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3. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als vernetzend wirkende, mindestens difunktionelle ungesättigte Comonomere Allylester polyfunktioneller Säuren, wie &* B. Oxal-, Halon-, Bernstein-, Fumar-, I¹.-alein-, Adipin- und Terßphthalsäurediallylester, Acrylate di- oder polyfunktioneller Alkohole,Triallylcyanurat, Alkyltriallylammoniumsalze, Tetraallylammoniumsalze, Alkylenbisacrylamide und ungesättigte Äther mehrwertiger Alkohole, z. P. Pentaerythrittriallyläther, für sich allein oder auch als Gemische eingesetzt werden können.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß gegebenenfalls gleichseitig als nicht vernetzende Comonomere einfach ungesättigte Ilonomere wie Acrylsäure, deren Ester, Acrylamide, Acrylnitril, Vinylverbindungen, wie z. B. Vinylacetat oder Styrol oder Allylverbindungen wie z. B. Allylsulfonsäure, verwendet werden.
5. 5· Verfahren nach Punkt 1 und 3₅ gekennzeichnet dadurch, daß die als mindestens difunktionellen ungesättigten Comonomeren in Mengen von 0,1 bis 10 Molprozent, vorzugsweise 0,3 bis 3 Molprozent, eingesetzt werden.
6. 6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß als nicht vernetzende Comonomere 0,1 bis 50 Molprozent eingesetzt werden.
7. 7. Verfahren.nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch,

   .daß die temporäreblockierenden Stoffe in polaren Flüssigkeiten wie z. B. V/asser oder Alkoholen zu strukturstabilen Gelen quellen, welche bis zum Siedepunkt der polaren Flüssigkeiten, gegebenenfalls auch unter Druck, ihre Eigenschaften behalten.

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8. 8· Verfahren nach Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß als temporärblockierende Stoffe solche verwendet werden, welche in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Komponenten, in Abhängigkeit vom Vernetzungsgrad und in - · Abhängigkeit von der jeweils gegebenen Temperatur gezielt in lösliche Verbindungen übergeführt werden können.