DD268493A1

DD268493A1 - MEDIUM FOR REGULATING / BLOCKING FLUIDS OR GAS FLOWS IN DRILLING STORAGE STORES

Info

Publication number: DD268493A1
Application number: DD31258188A
Authority: DD
Inventors: Istvan Lakatos; Jozsef Toth; Julianna Lakatos; Istvan Munkacsi; Sandor Tromboczky; Kristof Miklos; H-Juergen Kretzschmar; Peter Czolbe; Peter Bittkow; Peter Thulke
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1988-02-01
Publication date: 1989-05-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Medium zur Regulierung/Blockierung von Fluessigkeits- oder Gasstroemungen zu Bohrungen, insbesondere zu Bohrungen von Erdgaslagerstaetten, Erdoellagerstaetten, Untergrundspeichern und sonstigen Wasserbohrungen. Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der Nachteile bekannter Verfahren und Medien. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Medium auf der Basis ionogener Polymere zu schaffen, dessen wirksame Konsistenz einfach eingestellt werden kann. Erfindungsgemaess besteht das Medium aus zwei nacheinander zu verpressenden Stopfen, wobei der erste aus einem anionogenen Polymer und Alkali-Silikat und der zweite aus einer Vernetzerloesung aus einem kationogenen Polymer, einem multivalenten Kation und HCl besteht.The invention relates to a medium for regulating / blocking of liquid or gas flows to boreholes, in particular to boreholes of natural gas storage facilities, oil storage facilities, underground storage facilities and other water boreholes. The aim of the invention is to avoid the disadvantages of known methods and media. The invention has for its object to provide a medium based on ionic polymers, the effective consistency can be easily adjusted. According to the invention, the medium consists of two plugs to be pressed in succession, the first consisting of an anionogenic polymer and alkali silicate and the second consisting of a crosslinker solution of a cationogenic polymer, a multivalent cation and HCl.

Description

Die Erfindung betrifft ein Medium zur Regulierung/Blockierung von Flüssigkeits- oder Gasströmungen zu Bohrungen, insbesondere zu Bohrungen von Erdgaslagerstätten, Erdöllagerstätten, Untergrundspeichern und sonstigen Wasserbohrungen.The invention relates to a medium for regulating / blocking of liquid or gas flows to holes, in particular to holes of natural gas deposits, oil reservoirs, underground reservoirs and other water bores.

Characteristic of the known technical solutions

Bekanntlich werden in durch Bohrungen aufgeschlossenen Erdöl- und/oder Erdgaslagerstätten sowie in Untergrundspeichern Flüssigkeits- und/oder Gasströmungen durch Polymer-Silikat-Injektionen reguliert/blockiert.As is known, liquid and / or gas flows are regulated / blocked by polymer-silicate injections in petroleum and / or natural gas deposits digested by drilling and in underground reservoirs.

Derartige Abdichtungsmaßnahmen werden gemäß dem ungarischen Patent 186.866 (1982) als in situ-Vernetzungsprozeß durchgeführt, indem nacheinander ein Stopfen Polyacrylamid-Wasserglas-Lösung und ein Stopfen Alaun-Calziumchlorid-Lösung eingepreßt werden. Die Vernetzung/Gelbildung setzt dann ein, wenn sich beide Stopfen vermischen Die Lösungen beider Stopfen weisen eine stärk unterschiedliche Viskosität auf. Das ist von Nachteil auf die Vermischungsfähigkeit der Stopfen infolge der hydrodynamischen Dispersionsbedingungen. Die Vernetzerlösung durchdringt die Polymer-Wasserglas-Lösung nur kanal- oder fingerartig. Dadurch bleibt der größere Teil der Stopfenlösungen unvermischt und weist keine Regulierungs- oder biockierungseigenschaften auf. Weiterhin wirkt sich nachteilig aus, daß nur eine weichplastische Gelbildung ohne Festigkeitseigenschaften entsteht und keine Steuerung des Blockiercgsgrades, also der Permeabilitätsreduzierung im porösen Stoff, möglich ist. Eine totale Blockierung zur völligen Abdichtung ist m -ht erreichbar.Such sealing measures are carried out according to Hungarian Patent 186,866 (1982) as an in-situ crosslinking process by successively pressing a plug of polyacrylamide-water glass solution and a plug of alum-calcium chloride solution. Crosslinking / gelation starts when both plugs mix. The solutions of both plugs have a different viscosity. This is disadvantageous to the mixing ability of the plugs due to the hydrodynamic dispersion conditions. The crosslinker solution penetrates the polymer-waterglass solution only channel or finger-like. As a result, the majority of the plug solutions remain unmixed and have no regulatory or bio-blocking properties. Furthermore, it is disadvantageous that only a soft plastic gel formation without strength properties arises and no control of the Blockiercgsgrades, so the permeability reduction in the porous material, is possible. A total blockage for complete sealing is m -ht reachable.

Die Injektion von Polyacrylamid Wasserglas-Lösungen gemäß DD-WP 228003 und DD-WP 237866 führt über einen bereits Übertage vor Injektion eingeleiteten Polymerisationsprozeß zu einer hartplastischen Gelbildung in der gesamten Injektionslösung.The injection of polyacrylamide water glass solutions according to DD-WP 228003 and DD-WP 237866 leads to a hard-plastic gel formation in the entire injection solution via a polymerization process which has already been initiated over a few days prior to injection.

Von Nachteil ist dabei, daß ein selektiver Blockierungsgrad nicht einstellbar ist, sondern der Abdichtungseffekt total ist. Ein weiterer Nachteil besteht in der relativ geringen Eindringtiefe der Injektionslösung in den porösen Stoff um die Bohrungen, der einerseits durch das relativ hohe Molekulargewicht und die hohe Viskosität der Lösung, andererseits durch die mit der Injektion einsetzende Gelbildung hervorgerufen wird.The disadvantage here is that a selective degree of blocking is not adjustable, but the sealing effect is total. Another disadvantage is the relatively low penetration depth of the injection solution in the porous material around the holes, which is caused on the one hand by the relatively high molecular weight and the high viscosity of the solution, on the other hand by the onset of injection gelation.

Die Herstellung einer Polymerverbindung nach DD-WP 231606 aus Polymerkationen und Polymeranionen bei Anwesenheit von Natriumsilikat zu einer Totpumpflüssigkeit in zu reparierenden Bohrungen führt nur zu einer Filterkuchenbildung an der freien Bohrlochwand. Die so hergestellte Polymerlösung kann und soll infolge der durch die übertägigen Vermischung aller Substanzen sofort einsetzenden Gelbildung nicht in das Speichergestein eindringen, um die initiale Speicherpermeabilität nicht zu verändern. Bei einer Flüssigkeits- oder Gasströmung aus dem Speichergestein in die Bohrung löst sich der Polymer-Filterkuchen unmittelbar von der Bohrlochwand ab, ohne irgendaino Regulierung/Blockierung des Zuflusses zu bewirken. Die nach den genannten Patentschriften hergestellten Medien sind wenig für eine jeweils an die spezifischen geologischen Bedingungen anpaßbare Regulierung von Flüssigkeits- oder Gasströmungen zu Bohrungen, insbesondere von Erdöl- oder Erdgasbohrungen, von Untergrundspeicherbohrungen und sonstige Wasserbohrungen geeignet, weil eine gezielte Permeabilitätsreduzierung für die auftretende Flüssigkeit- oder Gasströmung über die Zusammensetzung der Injektionslösungen nicht einstellbar ist.The preparation of a polymer compound according to DD-WP 231606 from polymer cations and polymer anions in the presence of sodium silicate to a dead pump liquid in holes to be repaired only leads to a filter cake formation on the free borehole wall. The polymer solution prepared in this way can not and should not penetrate into the storage rock as a result of the gel formation occurring immediately on account of the superficial mixing of all substances in order not to change the initial storage permeability. If there is a flow of liquid or gas from the reservoir into the well, the polymer filter cake will dislodge directly from the well wall without causing any regulation / blockage of the influent. The media produced according to the cited patents are less suitable for a respectively adaptable to the specific geological conditions regulation of liquid or gas flows to drilling, especially oil or gas wells, underground storage wells and other water wells, because a targeted reduction in permeability for the occurring liquid or gas flow is not adjustable over the composition of the injection solutions.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist, bei der Erdölförderung die Wassereinströmung in Erdölbohrungen, bei der Gasproduktion den Wassereinfluß in Erdgasbohrungen oder Bohrungen von Untergrundgasspeichern zu reduzieren, zu blockieren oder in Wasserbohrungen die Wasserströmung zu kontrollieren oder Gasmigrationen in Bohrungen zu verhindern, wobei die vorgenannten Verfahrensnachteile vermieden werden.The object of the invention is to reduce the oil flow in oil wells in the production of oil, in gas production or reduce the influence of water in natural gas wells or underground gas storage holes, or to control water flow in water boreholes or prevent gas migrations in holes, the aforementioned procedural disadvantages are avoided ,

Darlegung das Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Medium auf Basis ionogener Polymere zur Regulierung/Blockierung von Flüssigkeit^- oder Gasströmungen zu schaffen, welches regulierende oder blockierende Eigenschaften im Porenraum von Speichergesteinen besitzt und nach herkömmlichen Methoden eingepreßt werden kann und dessen wirksame Konsistenz der Gele im Porenraum einfach eingestellt werden kann.The invention has for its object to provide a medium based on ionogenic polymers for regulating / blocking liquid ^ - or gas flows, which has regulating or blocking properties in the pore space of storage rocks and can be pressed by conventional methods and its effective consistency of gels in Pore space can be easily adjusted.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß wäßrigen Lösungen ei ies anionogenen Polymers geringen Molekulargewichts als hydrolysiertes Polyacrylamid in 0,1 bis 50g dm"³, bevorzugt in 1 bis 5g dm~³ Konzentration und ein Alkalisilikat, bevorzugt Natrium-Orthosilikat in 1 b'\. lOOgdrrT³, meistens 5 bis 50g dm"⁹ Konzentration einerseits in einem Stopfen, andererseits ein Stopfen enthaltend ein Kationogenes Polymer als Dimethyl-Diallyl-Ammoniumchlorid in 0,1 bis 50g dm'"³, bevorzugt 1 bis 5g dm"³ Konzentration ein multivalentes Kation, vorzugsweise ein Ca²⁺-lon in 0,1 bis 50g dm"³, bevorzugt 1 bis 5g dm"³ Konzentration außerhalb der Bohrung angesetzt und in den Stopfen nacheinander in die Bohrung eingepreßt werden, wobei während der Vermischung beider Stopfen im porösen Stoff der Formation oder Bohrung die Abdichtung einsetzt. Nach Injektion beider Stopfen, wobei sich das Einpressen beider Stopfen zyklisch wiederholen läßt, setzt überraschend eine synergetische Wirkung durch Vernetzung eines geringmolekularen anionogenen Polymers mit einem geringmolekularen kationogenen Polymer bei gleichzeitiger Gelierung des Silikates durch bivalente Kationen, bevorzugt im CaCI₂, im durch die Salzsäure erzeugenden neutralen Milieu ein. Die Vernetzung der ionogenen Polymere ist durch folgende Strukturformel darstellbar:The object is achieved in that aqueous solutions ei ies anionic polymer low molecular weight as hydrolyzed polyacrylamide in 0.1 to 50g dm " ³ , preferably in 1 to 5g dm ~ ³ concentration and an alkali metal silicate, preferably sodium orthosilicate in 1 b '\ . lOOgdrrT ^3, usually 5 to 50 g dm ^"9 concentration on the one hand in a plug, on the other hand, a plug containing a Kationogenes polymer as dimethyl diallyl ammonium chloride in 0.1 to 50 g dm '" ^3, preferably 1 a to 5 g dm ^"3 concentration multivalent cation, preferably a Ca ²⁺ -lon in 0.1 to 50g dm " ³ , preferably 1 to 5g dm" ³ concentration set outside the bore and pressed into the plug successively into the hole, wherein during mixing of the two plugs in porous material of the formation or bore which uses the seal. After injection of both plugs, wherein the pressing in of both plugs can be cyclically repeated, surprisingly a synergetic effect by crosslinking of a low molecular weight anionogenic polymer with a low molecular weight cationogenic polymer with simultaneous gelation of the silicate by bivalent cations, preferably in CaCl ₂ , in by the hydrochloric acid generating neutral milieu. The crosslinking of the ionogenic polymers can be represented by the following structural formula:

β 0 β 0

„I ""I"

CU.CU.

Die Zugabe der Salzsäure bewirkt erfindungsgemäß neben der Sicherung des neutralen Milieus des Mediums weitere Vorteile. Die Säuremenge stellt eine gute Möglichkeit zur Steuerung der Silikat-Gelbildung dar. Die Reaktion kann von einfacher Ausfällung bis zur Gelierung verschoben werden. Weiterhin beeinflußt die Wachselwirkung der Säure mit dem Reservoir-Gestein, zum Beispiel die Auflösung der mineralischen Komponenten im sauren Medium, die Gleichgewichtskonzentration der Ca⁺ und MgNonon. Das führt zum Keimbildungsprozeß vor der Ausfällung oder der Gel-Bildung des Silikats. Weiterhin wird eine Stabilisierung der Vernetzerlösung erreicht, falls Aluminium-Ionen eingebracht werden, die bei pH-Werten über 7 der Hydrolyse unterliegen. Damit kann ein Druckanstieg während der Injektion durch Bildung des ebenfalls gelartigen Aluminiumhydroxids vermieden werden. Die Zeit und Rate der Strömungskontrollierenden Gelierung in Minuten bis Tagen ist durch die Konzentration, das Molekulargewicht, den Hydrolysegrad, das Stopfenvolumen, die Zykluszahl der Stopfen und durch Verzögerer- oder Beschleuniger-Substanzen so einstellbar, daß die gewünschte Permeabilitätsreduzierung im Regulierungs/ Blockierungs-Bereich erreicht wird.The addition of hydrochloric acid causes according to the invention in addition to securing the neutral environment of the medium further advantages. The amount of acid is a good way to control silicate gel formation. The reaction can be shifted from simple precipitation to gelling. Furthermore, the waxy action of the acid with the reservoir rock, for example the dissolution of the mineral components in the acid medium, influences the equilibrium concentration of the Ca ⁺ and MgNonon. This results in the nucleation process prior to precipitation or gelation of the silicate. Furthermore, stabilization of the crosslinker solution is achieved if aluminum ions are introduced, which undergo hydrolysis at pH values above 7. Thus, a pressure increase during the injection by formation of the likewise gel-like aluminum hydroxide can be avoided. The time and rate of flow controlling gelation in minutes to days is adjustable by concentration, molecular weight, degree of hydrolysis, stopper volume, number of stoppers, and retarder or accelerator substances such that the desired permeability reduction in the regulation / blocking range is reached.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, bei denen entweder nur eine weichvernetzte oder nur eine hartvernetzte Gelierung erreicht wird, kann patentgemäß in der Regulierungs/Blockierungszcne die gewünschte Gelsiruktur und die Permeabilitätsverringerung des porösen Stoffes hergestellt werden.In contrast to conventional methods, in which either only a soft-crosslinked or only a hard-crosslinked gelation is achieved, the desired gel structure and the permeability reduction of the porous material can be produced according to the patent in the regulation / blocking zone.

Beispielsweise läßt sich zufließendes Formationswassor in Erdölbohrungen selektiv abdichten durch eine weichvernetzte Gelstrukiur, einströmendes Wasser oder Gas in Untergrundspeicher-Bohrungen total-permanent durch e>~ hartvernetzes Gel sperren.For example, inflowing formation water in oil wells can be selectively sealed off by a soft cross-linked gel structure, inflowing water, or gas in subsurface reservoir wells totally permanently by gel.

Die entstandenen Gele sind von hoher chemischer, thermischer und mikrobiologisc her Stabilität. Die Injektion der gelierenden Lösungen ist mit geringem technischen Aufwand unter Nutzung bekannter Einpreßtechnologien möglich. Die besondere Eignung des genannten Mediums beruht auf der viskos einheitlichen Eindringmobilität der Injektionslösungen in hoch- bis geringpermeable Formationszonen, der Intensität der Permeabilitätsreduzierung durch Einstellbarkeit der Gelstruktur und Gelierunoszeit und der Stabilität der blockierenden Gele.The resulting gels are of high chemical, thermal and microbiological stability. The injection of the gelling solutions is possible with little technical effort using known Einpreßtechnologien. The particular suitability of the said medium is based on the viscous uniform Eindringmobilität the injection solutions in high to low permeable formation zones, the intensity of the permeability reduction by adjustability of the gel structure and Gelierunoszeit and the stability of the blocking gels.

Ausführungsbeispielembodiment

Gas- und Wasserabdichtung in einer GasbohrungGas and water sealing in a gas well

In einer Laborsimulation wird die Abdichtung einer wasserführenden Gasbohrung eines Untergrundgasspeichers abgestuft untersucht, um die selektive und totale Gas- und Wasserabdichtung für eine Zuflußreduzierung bis hin zur Verwahrung der Bohrung nachzuweisen.In a laboratory simulation, the sealing of a water-bearing gas well of an underground gas storage facility is graded in order to prove the selective and total gas and water sealing for a flow reduction up to the custody of the well.

Das Volumen der injizierten Stopfen beträgt 47% des abzudichtenden Porenvolumens.The volume of the injected plugs is 47% of the pore volume to be sealed.

Die Konzentration der Lösungskornponenten in den Stopfen und die Permeabiluätsreduzierung nach der Gelierung ist in nachfolgender Tabelle aufgeführt.The concentration of solution component in the plug and the reduction in permeability after gelation are listed in the following table.

Komponentencomponents HartvernetzteNetworked hard Mittelvernetztemeans Networked Weichvernetztesoft Networked Gelstrukturgel structure Gelstrukturgel structure Gelstrukturgel structure 1. Stopfen1st stopper Polyacrylamid [gdrrT³]Polyacrylamide [gdrrT ³ ] 55 33 22 Na-Silikiit [gdrrT³]Na-Silikiite [gdrrT ³ ] 5050 2525 1010 Formaldehyd Vol.-%Formaldehyde Vol .-% 0,10.1 0,10.1 0,10.1 2. Stopfen2nd stopper Dimethyl-DiaMyl- [gdm"³]Dimethyl DiaMyl [gdm " ³ ] 55 55 22 Ammoniumchloridammonium chloride CaCI₂ [gdiTT³]CaCl ₂ [gdiTT ³ ] 55 55 22 HCI Vol.-%HCI Vol .-% 66 44 22 Formaldehyd Vol.-%Formaldehyde Vol .-% 0,10.1 0,10.1 0,10.1 PermeabilitätsreduziarungPermeabilitätsreduziarung [% vom Initialwert][% of initial value] fürGasfürGas 1,111.11 12,4812.48 75,3675.36 für Wasserfor water 1,061.06 17,6417.64 71,6371.63 (Toiaiblockierung)(Toiaiblockierung) (Selektiv·(Selectively· blockierung)blocking)

In der Totalblockierung ist die Bohrung gas- und wasserdicht verwahrt. Die Selektivblockierung reduziert den Wasserzufluß und ermöglicht eine Gasförderung mit geringerem förderproblematischen Wasseranteil.In the total blockage, the bore is gas-tight and watertight. Selective blocking reduces the flow of water and allows for gas production with less problematic water content.

Claims

Medium for regulating / blocking liquid or gas flows in storage reservoirs based on ionogenic polymers, characterized in that the medium to be pressed into two plugs into storage or bore zones leading to water or hydrocarbons in the first plug consists of an aqueous solution of a hydrolyzed polyacrylamide as anionogenic polymer in υ, 1 to bOg dm " ³ , preferably 1 to 5dm" ³ concentration and an alkali silicate, preferably sodium orthosilicate in 1 to 1000g dnrT ³ , preferably 5 to 50g dm " ³ concentration, in the second stopper from a crosslinking solution containing Dimethyl diallyl ammonium chloride as a water-soluble cationogenic polymer in 0.1 to 50 g dm " ³ , preferably 1 to 5 g dm" ³ concentration, a multivalent cation, preferably a calcium component in 0.1 to 50g dm " ³ , preferably 1 to 5g dm " ³ Ca ²⁺ concentration and HCI in 1 to 6g dm" ³ concentration.

Field of application of the invention