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Verfahren zur Abdichtung und Verfestigung von Erdöl-und Erdgaslagerstätten
Zur Verbesserung der Produktionsverhältnisse in Erdöl- und, Erdgasbohrungen stind
im Laufe der ZeIt Behandlungsmethoden entwi#clc(dt worden, um diie von Natur aus
unterschiedliche Durchlässigkeit und Festigkeit der Trägersteine beeinflussen zu
können.
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Die Unterschiede in der Durchlässigkeit bewirken vor allem bei der
Förderung von Erdöl ein früheres oder späteres Einbrechen des Randwassers in die
Bohrung, was zu einem unerwünschten Wasser-Öl-Verhältnis führt. Außerdem kann ein
unerwünschtes Gas-Öl-Verhältnis entstehen, wenn das im C51 gelöste Gas in zunehmendem
Maße entlöst wird und nun im hochdurchlässigen Teil des Trägers dem Bohrloch zuströmt.
Allgemein bewirkt die unterschiedliche Durchlässigkeit, daß der Träger nicht gleichmäßig
ausgebeutet wird und mehr oder weniger hohe Ausbeuteverluste entstehen.
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Wenig verfestigte Träger oder solche, die aus lockeren Sanden bestehen,
führen außerdem zu Förderschwierigkeiten durch Sandzufluß oder ähnliche Störungen.
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Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, hat man bisher die verschiedensten
Zementationsverfahren entwickelt und auch vorgeschlagen, anorganische und organische
Gelkörper zur Abdichtung und Verfestigung zu verwenden. Diese Verfahren haben aber
den grundsätzlichen Nachteil, daß die in den Träger eingeführte Masse sich ein für
allemal verfestigt und dann praktisch nicht mehr entfernt werden kann. Dieser Nachteil
macht sich besonders dann bemerkbar, wenn die erste Behandlung nicht zum Ziele geführt
hat und deshalb eine Nachbehandlung erforderlich wird. Darüber hinaus haben alle
bekannten Behandlungsmethoden den weiteren Nachteil, daß infolge der sehr großen
Erhärtungsgeschwin.digkeit meistens nur eine geringe Eindringtiefe der Masse in
den Träger erreicht wird, so daß diese zur Abdichtung gegen Wasser und Gas nicht
ausreicht.
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Deshalb wurde bereits vorgeschlagen, Erd- und Sandformationen mit
Hilfe von Natriumalginat zu verfestigen. Dies soll derart geschehen, daß Ca-Ionen
aus Ca C 03 durch Erniedrigung des p11-Wertes einer langsam verlaufenden Harnstoff-Formaldehyd-Kondensation
frei gemacht werden, die eine Fällung von Alginsäure bewirken. Die Bildung von Ca-Ionen
soll auch aus mit Chelatbildnern blockiertem Ca C12 erfolgen, indem diese ebenfalls
durch H-Ionen aus der Bildung des Harnstoffharzes freigemacht werden. Durch diese
Steuerung des pH-Wertes sollen Härtungszeiten für die sich ausscheidende Alginsäure
von wenigen Minuten bis zu mehreren Tagen erreicht werden. Dies ist jedoch praktisch
nur dann möglich, wenn keine Ca-Ionen und andere zwei- und dreiwertige Elektrolyte
eine Ausfällung des gelösten Natriumalginates bewirken können.
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Für die Abdichtung von Erdöl- und Erdgaslagerstätten ist dieser Vorschlag
deshalb nicht geeignet, weil das Lagerstättenwasser praktisch stets Elektrolyte
enthält, die eine sofortige Ausfällung bewirken. Für die Abdichtung und Verfestigung
von Lagerstätten ist es also praktisch gar nicht möglich, die Ausscheidung des Alginkörpers
allmählich durchzuführen. Es wird deshalb für das erfindungsgemäße Verfahren gerade
die Gegenwart dieser Elektrolyten zur Ausfällung ausgenutzt.
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Für die Festigkeit der ausgeschiedenen Alginsäure ist es weiter nachteilig,
daß sich ein erst langsam bildendes Makromolekül aus dem sich kondensierenden Harnstoffharz
für einen Umhüllungsschutz der sich aus dem Lösungswasser ausscheidenden Alginsäure
nicht eignet. Es ist ferner nachteilig, Ca-Ionen zusammen mit der die Abdichtung
bewirkenden Mischung zur Ausfällung aufwenden zu müssen, obwohl im Lagerstättenwasser
genügend Elektrolyte für diesen Zweck zur Verfügung stehen.
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Es ist weiter bekannt, Kunststoffemulsionen, z. B. aus Melamin und
Formaldehyd oder Furfurol, in einer Zwischenphase herzustellen, die noch nicht auskondensiert
ist, aber eine über kurze Zeit stabile Emulsion mit Wasser bildet. Diese Suspension
soll dann in die Lagerstätte eingeführt werden und durch deren Wärme zur Ausscheidung
eines abdichtenden Harzes führen. Mit einer solchen Suspension kann ebenfalls keine
Eindringtiefe für den sich ausscheidenden Harzkörper
erreicht werden,
der den Drücken der Lagerstätte widerstehen kann.
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Die Verwendung von Kunstharzen, wie Polymethacrylate ohne Anwesenheit
von Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat ist auch bereits bekannt. Diese Harze müssen
jedoch in organischen Lösungsmitteln gelöst angewendet werden und benötigen zu ihrerAusfällung
besondere organische Reagenzien, wie Essigsäure, Pälmitinsäure und andere, die als
anionische Reagenzien bezeichnet werden. Außerdem sind diese ausgefällten Kunstharze
praktisch nicht wieder auflösbar.
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Dagegen benötigt das Verfahren gemäß der Erfindung keine organischen
Lösungsmittel und nutzt die Anwesenheit von zwei- und dreiwertigen Elektrolyten
in der Lagerstätte zur Ausscheidung des reversibel lösbaren Körpers aus.
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Es ist auch schon bekannt, harzbildende Flüssigkeiten, wie Harnstoff-Fortnaldehyd,
für sich allein zu verwenden. Die Abdichtung kann jedoch auf diese Weise nicht befriedigend
gelöst werden, weil dieses Kunstharz wasserlöslich ist und deshalb die gewünschte
Abdichtung und Verfestigung nur unvollkommen erreicht wird, insbesondere weil die
Polymerisation dieses Kunstharzes nicht beherrscht werden kann. Außerdem sind ebenfalls
besondere Zusätze erforderlich, um die Kondensation einzuleiten. Dagegen wird erfindungsgemäß
ein bereits auskondensiertes Harnstoff-Formaldehyd-Harz verwendet, mit dem in Kombination
mit Alginsäure und/oder hochpolymerem Polyacry lat ein zusammenhängender elastischer
Film entsteht, der zur Abdichtung der Lagerstätte praktisch gut geeignet ist.
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Bei niedrigen Teufen ist auch nicht die erforderli:che Wärme vorhanden,
um ein Ans polymerisieren des Harzes zu gewährleisten; eine Fremdzuführung von Wärme
wäre unwirtschaftlich. Diese Vorschläge haben sich bisher nicht in die Praxis einführen
können.
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Wie bereits erwähnt, erfolgt die Ausfällung von Alginsäure aus deren
wasserlöslichen Salzen, wie z. B. Natriumalginat, durch die Elektrolyte des Lagerstättenwassers.
Die ausgeschiedene Alginsäure ist von grießiger Struktur und bildet deshalb keinen
zusammenhängenden Film. Bereits durch Anwendung eines leichten Druckes, z. B. mit
einem stumpfen Gegenstand, zerfällt die allein ausgeschiedene Alginsäure; diese
ist deshalb zur Abdichtung der Lagerstätte in dieser Struktur nicht geeignet.
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Es können z. B. 50 Teile Natriumalginat mit 45 Teilen wasserlöslichem
Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat zur Ausfällung mit Lagerstättenwasser verwendet
werden. Diese Masse hat den Vorteil, daß ihr Volumen um etwa 30% größer ist als
wenn die gleiche Menge Alginsäure für sich allein aus Natriumalginat ausgefällt
wird. Gibt man zu der Mischung vor der Fällung noch 5 Teile Natriumarsenat, so entsteht
ein Film mit um 20% größerer Dehnfähigkeit als ohne Zusatz des Arsenates. Dieser
so entstehende Quellkörper kann durch die Verschiebung des Konzentrationsverhältnisses
der Ausgangsstoffe mit vorher gewünschter Festigkeit hergestellt werden, so daß
es z. B. möglich ist, ihn durch höhere Drücke wieder aufzubrechen. Außerdem ist
er durch Chemikalien verschiedener Art wieder auflösbar.
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Der wieder lösbare Körper aus Alginsäure, der mit Harnstoff-Formaldehyd-Harz
umhüllt ist, besitzt außerdem einen niedrigeren Penetrationswert als die allein
ausgeschiedene Alginsäure. Der Penetrationswert beträgt für die beispielsweise Mischung
210 bis 220° C gegenüber 290 bis 310° C für die allein ausgeschiedene Alginsäure.
Der niedrigere Wert zeigt also, daß die mechanische Festigkeit der mit Kunstharz
umhüllten Alginsäure größer ist.
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Es sind auch andere Stoffe zur wieder auflösbaren Abdichtung von Lagerstätten
geeignet. Beispielsweise können 50 Teile eines wasserlöslichen, hochpolymeren, Amidgruppen
enthaltenden Natriumsaizes der Polyacrylsäure mit 40 Teilen wasserlöslichem Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat
zur Ausfällung mit Lagerstättenwasser verwendet werden, wobei ein zusammenhängender
elastischer Film gebildet wird.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, der Mischung vor der Fällung 10
Teile eines wasserlöslichen Metaacrylsäureesters zuzugeben, wodurch der ausgeschiedene
Feststoff überraschend eine etwa 150% größere Dehnfähigkeit erreicht und der Penetrationswert
auf 150 bis 160° C erniedrigt wird. Wenn an Stelle des N atriumsalzes das Ammoniumsalz
der hochpolymeren Acrylsäure bei sonst gleichen 1@lischungsverhältnissen angewendet
wird, so entsteht ein gummiartiger, nähelastischer Film. der bei schwierigen Lagerstättenbedingungen
besonders geeignet ist. Dieser zeigt einen Penetrationswert von 170 bis 180° C.
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Alle diese durch die Elektrolyte des Lagerstätten-Wassers ausgefällten
Feststoffe ergeben eine wieder lösbare Abdichtung der Lagerstätte, die nach beliebiger
Zeit durch Spülen mit alkalischen Lösungen wieder aufgehoben werden kann. Sofern
es praktisch notwendig ist, können die Poren der Lagerstätte zusätzlich durch feinkörnige
anorganische und organische Füllstoffe, z. B. Holzmehl, gegebenenfalls auch Sägemehl,
Ton, gemahlene Kuntstharze u. dgl., verstopft werden. Diese Füllkörper werden zweckmäßig
in Form einer Suspension in der wäßrigen Lösung der auszufällenden Stoffe angewendet.
Diese billigen Füllstoffe bieten den Vorteil, daß die Menge des auszuscheidenden
Festkörpers verringert werden kann. Wenn auch diese Füllstoffe an sich nicht wieder
löslich sind, so wirken diese bei der Auflösung der Abdichtung dennoch nicht störend,
weil sie wegen ihrer Feinteiligkeit dem Lagerstättendruck nicht Wiederstehen können.
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Ferner wurde gefunden, daß die Festigkeit des abdichtenden Festkörpers
durch Zusatz geringer Mengen wasserlöslicher Formiate von Schwermetallen; z. B:
0,2 bis 1% Nick elformi.at, erhöht werden kann, Bei Berührung mit den Elektrolyten
des Lagerstätten-Wassers scheidet sich das Formiat in feiner Verteilung aus, und
das Schwermetallion übt eine katalytische Wirkung auf die Ausscheidung des Festkörpers
aus, so daß dieser geschlossener und fester wird.
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Ein wesentlicher Vorteil für das neue Verfahren gemäß der Erfindung
besteht auch darin, daß durch die Anwendung dieser Stoffe zur Behandlung von Lagerstätten,
insbesondere zu deren Abdichtung und Verfestigung, eine stufenweise Behandlung des
Trägers möglich ist, so daß der abdichtende Festkörper in genügender Entfernung
vom Bohrloch in die Masse des Trägers eingebracht werden kann.
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Bei der Anwendung von Plastikkörpern auf Kunstharzbasis ist die Ausscheidungsgeschwindigkeit
im allgemeinen zu hoch, und es kann die Konzentration einer Lösung dieser Stoffe
nicht in beliebigen Grenzen gehalten werden. Auch die Anwendung von Zement gestattet
praktisch keine stufenweise Behandlung, weil eine zu dünne Suspension ausfiltriert
und eine breiartig dicke den Träger verstopft. Dagegen kann eine wasserlösliche
Mischung von Salzen der Alginsäure und/oder von hochpolymeren Polyacrylaten und
deren Derivaten mit wasserlöslichere auskondsiertem
Harnstoff-Formaldehyd-Harz
in der Konzentration weitgehend eingestellt werden, so daß der sich daraus ausscheidende
Festkörper mit den Elektrolyten des Lagerstättenwassers sich verschieden schnell
ausscheidet, und zwar in genügender Tiefe dies Trägers, und einen niedrigeren Penetrationswert
erreicht als mit Alginsäure allein.