DE112007003060T5

DE112007003060T5 - Differentielle Filter zum Aufhalten von Wasser während der Ölförderung

Info

Publication number: DE112007003060T5
Application number: DE112007003060T
Authority: DE
Inventors: Paul Sugar Land Howard; Philip F. Bellaire Sullivan; Timothy Lesko
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2009-10-29
Also published as: GB0909860D0; GB2457197B; MX2009006436A; RU2009127803A; US7637320B2; CA2671944A1; GB2457197A; AU2007335838B2; CO6190628A2; RU2452554C2; US20080142222A1; WO2008075237A2; WO2008075237A3; AU2007335838A1; AR064382A1

Abstract

Differentieller Filter, der ein quellfähiges Polymer umfasst, das nach einem Kontakt mit Wasser aufquillt, so dass die Durchlässigkeit des differentiellen Filters abnimmt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Reduzieren der Wasserförderung eines durch unterirdische Formationen gebohrten Kohlenwasserstoffbohrlochs. Insbesondere bezieht sie sich auf jene Verfahren zum wahlweisen bzw. selektiven Reduzieren des Flusses unterirdischer, wässriger Fluide in ein Bohrloch unter Aufrechterhaltung seiner Kohlenwasserstoffförderung.
Hintergrund
Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich mit der vorliegenden Offenbarung zusammenhängende Hintergrundinformationen und stellen möglicherweise nicht Stand der Technik dar.
Während der Lebensdauer eines Kohlenwasserstoff (Öl und Gas) fördernden Bohrlochs wird zusammen mit den Kohlenwasserstoffen oft Wasser gefördert. Zumeist nimmt die Menge von aus einem Bohrloch gefördertem Wasser mit der Zeit zu, während gleichzeitig die Kohlenwasserstoffförderung abnimmt. Häufig nimmt die Förderung von Wasser so überhand, dass Abhilfsmaßnahmen ergriffen werden müssen, um das Wasser-Kohlenwasserstoff-Förderverhältnis zu verkleinern. Die Folge einer ungesteuerten Wasserförderung kann das Aufgeben des Bohrlochs sein.
Bevor Kohlenwasserstoffe aus unterirdischen Formationen gefördert werden können, muss eine Förderzone hergestellt werden, damit das Bohrloch mit der (den) kohlenwasserstoffhaltigen Zone(n) kommuniziert. Idealerweise kommuniziert die Kohlenwasserstoffförderzone nicht mit dem (den) wasserhaltigen Abschnitt(en). Jedoch können manche Kohlenwasserstoffförderzonen unabsichtlich mit einer wasserhaltigen Zone kommunizieren. Beispielsweise kann ein Wassereinbruch vorkommen, wenn eine Bruchstelle ihre Zone verlässt und in eine Wasserzone übergreift. Selbst dann, wenn zwischen der Kohlenwasserstoffförderzone und den wasserhaltigen Zonen der Formation keine gegenwärtige Fluidkommunikation besteht, kann während der Förderung von Kohlenwasserstoff eine solche Kommunikation entstehen. Beispielsweise kann in einem Prozess, der als Wasserauftrieb bekannt ist, Wasser aus dem wasserhaltigen Abschnitt nach oben gezogen werden.
Die Förderung von Wasser in Kohlenwasserstoffbohrlöchern ist ein kostspieliges Problem. Dieses ist bei unverschalten, horizontalen Bohrlöchern, wo es keine einfache Möglichkeit gibt, die Wasserförderung zu isolieren und zu stoppen und dabei anderen Teilen des Bohrlochs das Fördern von Kohlenwasserstoffen zu erlauben, besonders schwer zu behandeln. Dieses Problem ist besonders ärgerlich, wenn Wasser am Fuß des Bohrlochs einbricht und die Förderung von Öl an weiter unten im Bohrloch liegenden Stellen stört.
Eine weitere Komplikation auf Grund des Wasserzuflusses in Bohrlöcher hängt mit der Ungewissheit darüber, welche Zonen oder Bereiche des Bohrlochs Wasser fördern, zusammen. Erwünscht sind Techniken zum Erfassen der Wasser fördernden Zonen, damit die geeignete Maßnahme ergriffen werden kann.
Manchmal kann ohne einen kostspieligen Eingriff, um Zement in Perforationen zu drücken oder Anpassungsgele in die Matrix zu drücken, die Förderung von Wasser nicht isoliert oder gestoppt werden. Dies erfordert das Setzen von Packern bzw. Dichtungsstücken und/oder das Platzieren von solchen mit einer Rohrwendel (coiled tubing). Diese Prozeduren sind zeit- und kostenaufwändig.
Um den Wasserzufluss und/oder den Wasserauftrieb zu beheben, offenbart das US-Patent Nr. 3,719,228 ein Verfahren zum Behandeln einer unterirdischen Formation, die Kohlenwasserstoffe und Sole enthält, um die Förderung von Kohlenwasserstoffen zu stimulieren. Gemäß diesem Verfahren wird eine Vorspülzusammensetzung, die eine wässerige Lösung aus Harzseife und Fettsäureseife umfasst, in die Formation injiziert. Die Vorspülung reagiert mit der fossilen Grundsole, um ein Präzipitat zu erzeugen, das die solenhaltigen Durchgänge versperrt. Die Vorspülzusammensetzung reagiert nicht mit Kohlenwasserstoffen, wodurch das Offenbleiben kohlenwasserstoffhaltiger Durchgänge ermöglicht wird.
Ein weiteres Verfahren ist im US-Patent Nr. 4,617,132 offenbart. Gemäß diesem Verfahren wird eine Sandsteinformation zuerst mit einer wässerigen Lösung in Kontakt gebracht, die ein wasserlösliches anionisches Polymer mit einem Molekulargewicht von mehr als 100.000 enthält. Danach wird das anionische Polymer mit einem Fluid in Kontakt gebracht, das ein wasserlösliches kationisches Polymer mit einem Molekulargewicht von mehr als 1.000 enthält. Infolge des Kontakts des anionischen Polymers mit dem kationischen Polymer tritt zwischen den zwei Polymeren eine Koazervation ein, die die Menge des anionischen Polymers, das aus der Formation durch von dieser erzeugte Fluide entfernt wird, verringert. Die Gegenwart von stabilisiertem Polymer in der Formation verkleinert das Wasser-Öl-Verhältnis, indem die Durchlässigkeit der Formation für Wasser im Bohrlochbereich verringert wird,
Das US-Patent Nr. 5,146,986 offenbart ein weiteres Verfahren zum wahlweisen Reduzieren der Durchlässigkeit einer unterirdischen Formation. Die Formation wird mit einer Kohlenwasserstoffträgerflüssigkeit in Kontakt gebracht, die einen grenzflächenaktiven Stoff enthält. Es wird geglaubt, dass sich der grenzflächenaktive Stoff an den Wänden der interstitiellen Durchgänge in der Formation anlagert, als dessen Ergebnis sich der Fluss von Wasser durch die Durchgänge verringert.
Das US-Patent Nr. 5,150,754 offenbart ein Verfahren zum wahlweisen Injizieren einer Erdölmischung in eine kohlenwasserstoffhaltige Zone, die fähig ist, ein festes Gel zu bilden, das sich innerhalb einer bestimmten Zeitperiode zersetzt. Danach wird eine wässerige, gelbildende Mischung in eine Wassereinbruchszone der Formation injiziert. Nach der Zersetzung des ersten Gels kann die Förderung von Kohlenwasserstoffen weitergehen.
Ein weiteres Verfahren, das im US-Patent Nr. 5,203,834 offenbart ist, umfasst die Schritte, in denen ein Gas in ein Bohrloch eingeblasen wird, mit dem Gas eine Polymerzusammensetzung, die fähig ist, ein Schaumgel zu bilden, und ein das Zersetzen des Gels verzögerndes Mittel, das fähig ist, Pfade im Gel zu öffnen.
Ferner veröffentlichten K. E. Thomson und H. S. Fogler in SPE Production and Facilities, Mai 1995, S. 130–137, ein vorgeschlagenes Verfahren, das eine Injektionsrückfluss- und -einschlussprozedur sowie ein langsam reagierendes, silikatisches Ableitungsmittel verwendet. Der Rückflussschritt wird als Mischphasenverdrängung des Mittels vor dem Einsetzen oder der Vollendung der Gelatinierung beschrieben.
Das an Jones u. a. erteilte US-Patent Nr. 6,803,348 und das an Davies u. a. erteilte US-Patent Nr. 6,920,928 offenbaren hydrophob modifizierte Polymere zur Wassersteuerung und Verfahren zum Verwenden dieser Polymere bei der Wassersteuerung. Die in diesen Patenten offenbarten Polymere basieren auf Polymeren mit Seitenketten, die mit Chrom(III), Zirkon(IV) oder organischen Vernetzern (z. B. Hexanal) in wässerigen Umgebungen, jedoch nicht in Kohlenwasserstoffumgebungen, vernetzt werden können.
Obwohl diese Verfahren des Standes der Technik erfolgreich angewendet wurden, um die Wasserförderung zu steuern, besteht noch immer ein Bedarf an einfacheren und zweckdienlicheren Verfahren zum Steuern der Wasserförderung in einem Bohrloch.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf differentielle Filter. Ein differentieller Filter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein quellfähiges Polymer, das nach einem Kontakt mit Wasser aufquillt, so dass die Durchlässigkeit des differentiellen Filters abnimmt.
In einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren zum Steuern der Wasserförderung in einem Bohrloch. Ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Entfalten bzw. Einsetzen eines differentiellen Filters untertage und das Durchführen einer Untertageoperation, wobei der differentielle Filter ein quellfähiges Polymer umfasst, das nach einem Kontakt mit Wasser aufquillt, so dass die Durchlässigkeit des differentiellen Filters abnimmt.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen deutlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines fördernden Bohrlochs mit drei Zonen, wobei ein Fluid gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nach unten in das Bohrloch gepumpt wird, um die Wasserförderung zu blockieren.
2 zeigt einen Ablaufplan, der ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zum Verhindern der Wasserförderung in einem Bohrloch erläutert.
GENAUE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf differentielle Filter, die für Wasser und für Kohlenwasserstoffe differentielle bzw. unterschiedliche Durch lässigkeiten besitzen. Diese Filter können poröse Partikelfilter bzw. Teilchenfilter sein. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung verändern sich die Durchlässigkeiten dieser Filter nach einem Kontakt mit Wasser. Genauer werden diese Teilchenfilter nach dem Kontakt mit Wasser weniger durchlässig, womit der Durchgang von Wasser reduziert oder verhindert wird. Andererseits nehmen die Durchlässigkeiten dieser Filter im Wesentlichen nicht ab, wenn sie Kohlenwasserstoffen (Öl oder Gas) begegnen. Daher behindern diese Teilchenfilter nicht den Durchgang der Kohlenwasserstoffe. Diese Filter, die wahlweise den Durchgang von Kohlenwasserstoffen erlauben und den Durchgang von Wasser verzögern können, können als ”differentielle Filter” bezeichnet werden.
Das Folgende beschreibt Ausführungsformen der Erfindung mit gewisser Ausführlichkeit, was lediglich zur Veranschaulichung gedacht ist, und nicht dazu gedacht ist, den Umfang der Erfindung zu beschränken. Außerdem soll wohlgemerkt in der gesamten Patentbeschreibung dann, wenn ein Konzentrations- oder Mengenbereich als nützlich, geeignet oder dergleichen beschrieben wird, gelten, dass damit jede beliebige Konzentration oder Menge innerhalb des angeführten Bereichs einschließlich der Endpunkte gemeint ist. Ferner sollte jeder numerische Wert einmal als durch den Begriff ”etwa” näher bestimmt gelesen werden (sofern er diesbezüglich nicht bereits ausdrücklich näher bestimmt worden ist) und dann wiederum als nicht in dieser Weise näher bestimmt gelesen werden, sofern dies im Kontext nicht anderweitig festgelegt wird. Beispielsweise ist ”ein Bereich von 1 bis 10” so zu lesen, dass er jede mögliche Zahl längs des Kontinuums zwischen etwa 1 und etwa 10 angibt. Mit anderen Worten, wenn ein bestimmter Bereich ausgedrückt wird, ist selbst dann, wenn nur einige wenige spezifische Datenpunkte explizit als innerhalb des Bereichs ausgewiesen oder bezeichnet werden, oder auch dann, wenn keine Datenpunkte als innerhalb des Bereichs bezeichnet werden, dies so zu verstehen, dass die Erfinder Wert darauf legen und darunter verstehen, dass sämtliche Datenpunkte innerhalb des Bereichs als spezifiziert gelten sollen, und dass der Erfinder im Besitz des gesamten Bereichs und aller Punkte innerhalb des Bereichs ist.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung können die differen tiellen Filter eine Mischung aus festen, ”matrixartigen” Teilchen, gemischt mit quellfähigen Polymerteilchen, umfassen. Die quellfähigen Teilchen können sogar in den Pack bzw. Versatz (Mischung) gemischt sein. Wenn Öl durch das Filtermedium hindurch gefördert wird, ergibt sich keine Reduktion der Filterdurchlässigkeit. Wenn Wasser durch den Filter hindurch gefördert wird, dehnen sich die in Wasser quellfähigen Kügelchen aus, um die Filterdurchlässigkeit zu reduzieren. Folglich können die Filter so arbeiten, dass sie die Wasserförderung im Bohrloch blockieren oder begrenzen.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung sind die Matrixteilchen inert gegen Öl, Gas oder Wasser. Es können irgendwelche inerten Teilchen, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, verwendet werden. Beispielsweise können die Matrixteilchen normal- oder leichtgewichtige Kiesteilchen, Glaskügelchen, keramische Teilchen, Walnussschalen oder dergleichen sein. Die Matrixteilchen können auch irgendein Typ harzbeschichteter Kiesteilchen oder harzbeschichteter Stützmittel oder polymere Kügelchen (nichtquellend) sein. Beispiele polymerer Matrixmaterialien können beispielsweise halbkristalline Polymere wie etwa Polyethylen, Polypropylen, vernetzte Duroplaste oder vernetzte Thermoplaste sein.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung können die inerten Matrixteilchen Polymerteilchen umfassen, die ”zusammengeschweißt” werden können, indem sie einem weiteren Reagens ausgesetzt werden. Beispiele solcher Polymerteilchen können Poly(L-Lactid)-Kügelchen (PLA-Kügelchen) und Polystyrolkügelchen oder -teilchen umfassen. Diese Polymerkügelchen können zusammengeschweißt (oder agglomeriert) werden, indem sie einem organischen Lösungsmittel ausgesetzt werden. Die Agglomerate dieser Polymerteilchen können der Struktur eines Filters der Erfindung eine gewisse Festigkeit verschaffen. Im Betrieb kann eine Mischung, die eine solche Polymermatrix umfasst, in ein Bohrloch hinab gepumpt werden, um entweder im Bohrloch oder in den Perforationen einen Untertagepack bzw. -versatz zu bilden. Diesem würde ein nachträgliches Spülen mit einem Lösungsmittel folgen. Das nachträgliche Spülen würde den Teilchenpack zu einem porösen Filter aus einem Stück chemisch ”punktschweißen”. Dies wird weiter unten in den Beispielen besprochen.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung können die differentiellen Filter mit quellfähigem Polymer beschichtete, matrixartige Teilchen umfassen. Die quellfähige Polymerbeschichtung dehnt sich aus und reduziert die Durchlässigkeit der Filter, was zu einem verringerten Durchgang von Wasser (und daher zu einer reduzierten Förderung von Wasser) führt. Andererseits können Kohlenwasserstoffe die quellfähige Polymerbeschichtung im Wesentlichen nicht ausdehnen. Folglich können Kohlenwasserstoffe durch die Filter hindurchgehen, weshalb die Förderung von Kohlenwasserstoffen im Wesentlichen nicht beeinträchtigt wird. Demgemäß können diese Filter im Bohrloch so arbeiten, dass sie die Wasserförderung im Bohrloch blockieren oder begrenzen.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung können die differentiellen Filter in Wasser quellfähige Polymere umfassen. Diese in Wasser quellfähigen Polymere können allein oder in Kombination mit anderen bei Operationen im Bohrloch gewöhnlich verwendeten Mitteln verwendet werden. Beispielsweise können diese in Wasser quellfähigen Polymere mit Stützmitteln in einem Zerklüftungsfluid oder mit Kies für Kiespackungsvorgänge gemischt werden.
Die in Wasser quellfähigen Polymere gemäß Ausführungsformen der Erfindung können beispielsweise Polyacrylsäure (PAA), Polymethacrylsäure (PMA), Polymaleinsäureanhydrid, Polyvinylalkohol (PVOH), niedrigviskosen Latex oder ein diesen Typen ähnliches, bei quellfähigen Baumwollgeweben verwendetes Polymer umfassen. Außerdem können die Kügelchen Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polyoxymethylen, Polyvinylmethylether, Polyethylenimid, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenimin, Polyethylensulfonsäure, Polykieselsäure, Polyphosphorsäure, Polystyrolsulfonsäure, Polyvinylamin, natürliche, in Wasser lösliche Polymere, Guarderivate, Cellulosederivate, Xanthan, Chitosan, Diutan und alle geeigneten Copolymere oder Mischungen davon umfassen. Diese Typen von Kügelchen umfassen Polymere, die vernetzt sind, um zu verhindern, dass sie sich im Wasser zersetzen. Diese Polymere fallen in eine Klasse von Polymeren, die als Polyelektrolyte bekannt sind. Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung können auch nichtpolymere quellfähige Kügelchen, beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, anorganische Materialien wie etwa Natriumbentonit oder auch Silikagel, verwendet werden. Ferner könnten die quellfähigen Teilchen auch aus einem inerten (keramischen, metallischen oder polymeren) Teilchen mit einer Überzugsschicht aus vernetztem quellfähigem polymerem Material (z. B. PAA, PMA und dergleichen) gebildet sein. Mechanistisch würden die quellfähigen Kügelchen anschwellen und die Poren der Filter, wenn Wasser durch sie hindurch gefördert wird, versperren.
In manchen Ausführungsformen können die quellfähigen Kügelchen Polymere umfassen, die Funktionsgruppen umfassen können, die durch Wasser hydrolysiert werden können, wobei das Hydrolyseprodukt in Wasser aufquellen kann. Beispiele solcher Polymere können vernetztes Polyvinylacetat oder andere Polymere mit hydrolysierbaren Funktionsgruppen (wie etwa Lactone, Lactame, Imide, Anhydride, Thiolactone, Thioanhydride usw.) umfassen. In Gegenwart von Wasser würden die Esterfunktionsgruppen des Polyvinylacetats hydrolysieren, um Polyvinylalkohol (PVOH) zu bilden, der im Wasser aufquellen würde. Ein anderer, modifizierter PVOH könnte Copolymere von PVOH und andere Ester wie etwa Methylmethacrylat umfassen. Beispiele solcher modifizierter PVOH-Polymere sind in dem an Marten u. a. erteilten US-Patent Nr. 5,137,969 (Spalte 5, Zeilen 1–11) beschrieben. Einige dieser modifizierten PVOH werden durch Celanese Chemicals (Dallas, Texas, USA) unter dem Handelsnamen Vytek^TM vertrieben.
Quellfähige Kügelchen, die auf Polymeren mit hydrolysierbaren Funktionsgruppen basieren, können außer auf PVOH auf anderen Polymeren wie etwa Polyamiden, Polyestern, Latex oder dergleichen basieren. Latexe, die für solche Zwecke geeignet sind, (z. B. niedrigviskose Latexe) sind von Hexion Specialty Chemicals (Columbus, OH, USA) erhältlich. Latex kann synthetisch hergestellt werden, indem ein Monomer polymerisiert wird, das mit grenzflächenaktiven Stoffen emulgiert worden ist. Beispielsweise offenbart das US-Patent 5.175.205 die Herstellung von niedrigviskosem Latex. Der in diesem Patent offenbarte Latex wird aus einem copolymerisierbaren Monomer mit wenigstens einer abschließen den Alken-Gruppe ((CH₂=C<)-Gruppe) synthetisiert. Solche Monomere sind vorzugsweise Alkylester der Akryl- oder Methacrylsäure, wobei der Latex aus einem Monomer oder Kombinationen von Monomeren synthetisiert werden kann. Nach der Polymerisation kann das Polymer so wie es ist verwendet werden, oder die Estergruppen am Polymer können teilweise hydrolysiert werden, um carboxylierte Polymere zu ergeben, die niedrigviskosem Latex entsprechen. Die Hydrolyse der Ester kann zu jedem gewünschten Maß (z. B. zu 10% oder 20%) gesteuert werden, so dass der Latex noch hydrolysierbare Estergruppen besitzt, die dann durch Wasser hydrolysiert werden. Auf die Hydrolyse hin besitzt der Latex carboxylische Seitenketten, die wie die Polyelektrolyte wirken können.
Die Teilchengrößen der Matrixkügelchen und der quellfähigen Kügelchen können irgendwelche Größen sein, die für die beabsichtigte Verwendung geeignet sind. Wenn beispielsweise beabsichtigt ist, diese Kügelchen in Zerklüftungen bzw. Bruchgefügen zu platzieren, werden kleinere Teilchengrößen bevorzugt. Andererseits können dann, wenn diese Kügelchen Filter im Bohrloch bilden sollen, größere Teilchengrößen verwendet werden. Im Allgemeinen können die Filterkügelchen oder -teilchen der Erfindung Größen (auch als mittlere Durchmesser bekannt), die von einer Siebweite von etwa 10 (mittlere Größe von etwa 2 mm oder weniger) bis zu einer Siebweite von etwa 1000 (mittlere Größe von etwa 10 Mikrometern oder weniger) gehen, beispielsweise eine Siebweite von etwa 20 (mittlere Größe von etwa 940 Mikrometern oder weniger), eine Siebweite von etwa 40 (mittlere Größe von etwa 350 Mikrometern oder weniger), eine Siebweite von etwa 60 (mittlere Größe von etwa 250 Mikrometern oder weniger), eine Siebweite von etwa 80 (mittlere Größe von etwa 160 Mikrometern oder weniger), eine Siebweite von etwa 100 (mittlere Größe von etwa 1200 Mikrometern oder weniger), eine Siebweite von etwa 200 (mittlere Größe von etwa 60 Mikrometern oder weniger) und dergleichen besitzen. Jedoch können auch Teilchen verwendet werden, die außerhalb dieses Bereichs liegen. Ein gewöhnlicher Fachmann wird wissen, welche Größen für die vorgegebenen Aufgaben richtig sind. Beispielsweise besitzen Kügelchenpackfilter zur Verwendung bei einer Kiespackung vorzugsweise ähnliche Größen wie Kiespackmaterialien, die beispielsweise Sieb weite 24, 40 oder 60 sein können. Das Verwenden größer bemessener Teilchen kann dazu beitragen, die Kapillarkräfte, die in gemischten Wasser-Öl-Flüssen oder dann, wenn Wasser in eine Formation, die Öl gefördert hat, zurückströmt, auftreten, zu reduzieren. Andererseits können bei Untertagewerkzeugen wie etwa dem MDT^® kleinere Maschengrößen verwendet werden.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung können die Teilchenfilter weiter Merkmale aufweisen, um Informationen über die Wasserförderung in einem Bohrloch zu verschaffen. Beispielsweise können die quellfähigen Kügelchen vor der Verwendung mit einem chemischen Tracer geladen werden, der aus den Kügelchen ausdiffundiert und freigesetzt wird, wenn die Kügelchen auf Wasser treffen. In den Kügelchen können verschiedene Tracer platziert werden, die in vorgepackten Sieben verteilt werden. Tracer in den Kügelchen geben an, welche Zonen des Bohrlochs einen Wasserzufluss erfahren. Aus dem Bohrloch gesammelte Wasser- oder Ölproben können weiter analysiert werden, um die Quelle des Wassers zu ermitteln, ohne ein Untertagewerkzeug einfahren zu müssen.
Wie oben besprochen worden ist, gibt es einige Mechanismen, die das Fördern von Wasser in einem Bohrloch veranlassen können. Ausführungsformen der Erfindung können dazu verwendet werden, die Wasserförderung ungeachtet der Mechanismen, die die Wasserförderung veranlassen, zu reduzieren oder zu beschränken. 1 veranschaulicht ein solches Szenario. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein förderndes Bohrloch 10 einen Bohrlochkopf 11 und eine Bohrlochbohrung 12. Die Bohrlochbohrung 12 durchdringt drei durchlässige Schichten 13, 14, 15 in den Formationen. Unter diesen Schichten fördern die Schichten 13, 15 Kohlenwasserstoffe, während die Schicht 14 Wasser fördert.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann ein Behandlungsfluid 16 zusammen mit einer mechanischen Isolierung (Packern) oder ohne eine solche von der Oberfläche aus gepumpt werden. Das Behandlungsfluid 16 kann ein nicht wässriges Fluid sein, das ein oder mehrere Teilchenfilter der Erfindung umfasst. Alternativ kann das Behandlungsfluid 16 ein wässriges Fluid sein, in dem die Teilchen der Erfindung als verkapselte Teilchen suspendiert sein können. Die Verkapselung kann sich unter Untertagebedingungen (z. B. bei hohen Temperaturen oder hohen Drücken) auflösen oder zersetzen. Das Behandlungsfluid 16 kann sich, sobald es in das Bohrloch hinab gepumpt worden ist, in alle offenen Zonen (z. B. die Schichten 13, 14, 15) ausbreiten. Die Teilchenfilter im Behandlungsfluid 16 treffen in verschiedenen Zonen auf Öl oder Wasser. Wenn diese Teilchenfilter (z. B. in der Schicht 14) auf Wasser treffen, dehnt sich das quellfähige Polymer in den Filtern aus, was zu einer reduzierten Durchlässigkeit der Filter führt. Als Folge wird die Wasserförderung von der Schicht 14 reduziert oder verhindert.
Andererseits treffen diese Teilchenfilter, die in die Schichten 13 und 15 eindringen, auf Kohlenwasserstoffe. Das in Wasser quellfähige Polymer dehnt sich nicht so stark (oder überhaupt nicht) aus, wenn es den Kohlenwasserstoffen begegnet. Folglich bewahren die Teilchenfilter in den Schichten 13 und 15 im Wesentlichen ihre ursprüngliche Durchlässigkeit. Daher wird die Förderung von Kohlenwasserstoffen nicht behindert.
In der obigen Beschreibung werden die Teilchenfilter der Erfindung in einem Fluid 16 in das Bohrloch hinab gepumpt. Alternative Verfahren der Entfaltung von Teilchenfiltern der Erfindung können das Einsickernlassen der Teilchenfilter als Tabletten, Stäbe oder andere feste Formen umfassen. Diese Teilchenfilterkügelchen können mit einem Material wie etwa Polymilchsäure, Polygluconsäure, Copolymeren der Polymilchsäure und der Polygluconsäure oder gar mit einem Wachs mit niedrigem Schmelzpunkt wie etwa Parafin-, Montan-, Kampfer- oder Polyethylenwachsen verkapselt sein, wobei die Wachse bei Bohrlochtemperaturen, denen das quellfähige Teilchen ausgesetzt ist, oder irgendeine geeignete Mischung aus den oben erwähnten Materialien schmelzen würden, so dass sich das Material (die Materialien) unter Bohrlochbedingungen (z. B. bei hoher Temperatur) oder durch Zugabe eines weiteren Reagens ohne weiteres zersetzen kann (können). Viele dieser Verkapselungsmaterialien, wie es beispielsweise bei Kampfer der Fall ist, sind nicht notwendigerweise wasserlöslich, sondern eher öllöslich. Durch Verwenden der Teilchen in Verbindung mit öllöslichen Materialien, können die verkapselten Teilchen durch ein wasserbasiertes Trägerfluid in das Bohrloch gepumpt werden, wobei während der Erdölförderung die Teilchen durch Beseitigung des öllöslichen Verkapselungsstoffs aktiviert werden.
Die oben beschriebenen Prozeduren veranschaulichen eine Anwendung unter vielen möglichen Anwendungen von Ausführungsformen der Erfindung. Andere Anwendungen können beispielsweise das Folgende umfassen.
Die Teilchenfilter der Erfindung können beispielsweise zusammen mit Kiespackmischungen verwendet werden. Die Kiespackmischungen können in unverschalten Bohrlöchern verwendet werden. Bei einer solchen Anwendung kann ein quellfähiges Polymer (Kügelchen oder Teilchen) wie bei einem normalen Kiespackungsvorgang zusammen mit Kies oder leichtgewichtigem Kies gepumpt werden. Die quellfähigen Polymerkügelchen können als verkapselte Teilchen bereitgestellt sein. Die Verkapselung löst sich im Bohrloch auf oder zersetzt sich in diesem. Bei dieser Anwendung muss das quellfähige Polymer vor der Verwendung nicht mit Matrixteilchen gemischt sein, da die Kiesteilchen wie die Matrixteilchen wirken können. Jedoch können auch im Voraus mit anderen Matrixteilchen gemischte quellfähige Polymere verwendet werden.
Bei der Kiespackungsanwendung schwellen dann, wenn das Bohrloch an einer Stelle wie etwa dem Fuß Wasser zu fördern beginnt, die quellfähigen Kügelchen an und stoppen die Wasserförderung. Andere Stellen längs der Bohrlochbohrung würden weiterhin Öl oder Gas durch den Kiespack hindurch fördern. Dies würde kostenaufwändige Eingriffe zum Stoppen der Wasserförderung vermeiden.
In ähnlicher Weise können die Teilchenfilter der Erfindung auch mit vorgepackten Sieben (z. B. Sandsteuersieben), die eine Mischung aus normalen Kiesteilchen oder harzbeschichteten Kiesteilchen und quellfähigen Polymerkügelchen enthalten, verwendet werden. Die Vorteile der Verwendung dieser Filter bei solchen Anwendungen gleichen jenen, die oben für den Kiespackungsvorgang beschrieben worden sind.
Bei einer anderen Anwendung können Mischungen aus normalen und in Wasser quellfähigen Kügelchen das Bohrloch hinab in Perforationen gepumpt werden. Danach werden diese Kügelchen durch eine Überspülung mit einem Lösungsmittel, um die normalen Polymerkügelchen an ihrem Ort ”punktzuschweißen”, an ihren Ort gebracht. Bei dieser Anwendung entsprechen die Kügelchen jenen, die durch ein Lösungsmittel wie etwa PLA und Polystyrol, die oben beschrieben worden sind, verschweißt werden können.
Teilchenfilter der Erfindung können auch mit Zerklüftungsmischungen, die Stützmittel umfassen, verwendet werden. Bei dieser Anwendung können quellfähige Kügelchen, die verkapselt sein können, mit den Stützmitteln in die Bruchgefüge eindringen. Die quellfähigen Kügelchen in den Bruchgefügen verhindern die Förderung von Wasser aus Zonen, die das Bruchgefüge durchschneidet. Wasserzonen, die die Förderzone durchschneiden, könnten auftreten, wenn in der Förderzone keine Bruchgefüge enthalten sind oder wenn sich eine Zone entwässert. Andere Zonen, die das Bruchgefüge durchschneiden und Gas oder Öl fördern, würden normal fördern.
Teilchenfilter der Erfindung können auch als temporäre Filter untertage, die den Durchgang der Förderung von Gas und Öl zulassen, verwendet werden. Jedoch verhindern die temporären Filter, wenn Wasser durch sie hindurch gefördert wird, dass Wasser in die Förderleitung eindringt. Die temporären Filter können aus einer Mischung aus in Wasser quellfähigen Kügelchen und PLA-Kügelchen hergestellt sein. Die PLA-Kügelchen können zusammengeschweißt oder zusammengesintert sein, so dass sie eine Agglomerat-Stützstruktur bilden. Das PLA-Agglomerat kann sich im Bohrloch mit der Zeit zersetzen. Alternativ kann ein geeignetes Reagens (wie etwa Kalziumkarbonat, Magnesiumoxid, Natriumhydroxid oder dergleichen, als nicht einschränkende Beispiele) hinzugefügt sein, um die Zersetzung des PLA-Agglomerats zu beschleunigen, wenn der temporäre Filter nicht mehr benötigt wird.
Teilchenfilter der Erfindung können auch als permanente Filter untertage verwendet werden, die den Durchgang des geförderten Gases und Öls zulassen, jedoch nicht zulassen, dass Wasser durch sie hindurch gefördert wird. Diese Filter können inerte Kügelchen (harzbeschichtete Stützmittel oder andere Materialien, Sinterkeramik oder Kunststoffkügelchen), die mit in Wasser quellfähigen Kügelchen gemischt sind, umfassen. Diese Untertagefilter, ob nun temporär oder permanent, können in Untertagewerkzeuge (wie etwa das multi-dynamische Fluidtestwerkzeug (MDT^®) von Schlumberger), Untertagemotoren, Pumpen oder gar in Packerelemente installiert werden.
Das Folgende beschreibt einige Beispiele zum Erläutern von Ausführungsformen der Erfindung. Diese Beispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung. Ein gewöhnlicher Fachmann wird erkennen, dass diese Beispiele nicht erschöpfend sind und dass sie nicht dazu gedacht sind, den Umfang der Erfindung zu beschränken.
BEISPIELE
Die Fähigkeit differentieller Filter der Erfindung in differentieller bzw. unterschiedlicher Weise Kohlenwasserstoffe durchzulassen und den Wasserdurchgang zu versperren, wird in den folgenden Experimenten erläutert. Beim ersten Experiment wurden Poly(L-Lactid)-Kügelchen (PLA-Kügelchen) mit einer Siebweite von etwa 20 mit superabsorbierenden Teilchen (wie etwa ”Terra-sorb”-Teilchen mit einer Siebweite von etwa 40) in einem Gewichtsverhältnis von 5:1 gemischt. Terra-sorb, ein vernetztes Kalium-Polyacrylamid-Acrylat-Copolymer, wird gewöhnlich beim Gartenbau zur Bodenbehandlung verwendet und ist von vielen Lieferanten erhältlich. Die resultierende Kügelchenmischung wurde in den Stiel eines Glastrichters geschüttet und mit einer Acetonspülung, die PLA-Kügelchen agglomeriert, verfestigt (d. h., dass die PLA-Kügelchen punktgeschweißt wurden). Dieser Prozess wurde für zwei verschiedene Trichter getrennt abgewickelt. Bei einem dritten Trichter wurde der Prozess mit Ausnahme, dass der Kügelchenpack nur PLA-Kügelchen enthielt, d. h. ohne irgendwelche superabsorbierende Teilchen, wiederholt.
Beim dritten Trichter wurde dann, wenn dem Trichter oberhalb des agglomerierten PLA-Kügelchenpacks Wasser hinzugesetzt wurde, festgestellt, dass Wasser frei durch den Pack hindurch abzog, was angab, dass der Pack für Wasserfluss durchlässig und offen war. Beim zweiten Trichter wurde oberhalb des Kügelchenpacks ein leichtes Mineralöl mit einer Viskosität von etwa 5 cP hinzugesetzt. Es wurde festgestellt, dass dieses Öl ebenfalls durch den Kügelchenpack hindurch floss, was angab, dass der Pack für Öl durchlässig war, obwohl der Pack mit superabsorbierendem Material durchsetzt war. Beim ersten Trichter wurde oberhalb des PLA-Kügelchen und superabsorbierende Teilchen enthaltenden Kügelchenpacks Wasser hinzugesetzt. Es war selbst nach mehr als 24 Stunden nicht zu sehen, dass Wasser durch den Kügelchenpack floss. Das superabsorbierende Material im Kügelchenpack quoll nach einem Kontakt mit Wasser auf und hob die Durchlässigkeit des Packs auf.
Ein ähnliches Experiment wurde unter Verwendung von Spritzen anstatt Trichtern durchgeführt. In drei Spritzen wurden dieselben Kügelchenpackmischungen vorbereitet. Es wurde festgestellt, dass der Kügelchenpack mit superabsorbierendem Material selbst bei einem gewissen, durch den Plunger ausgeübten leichten Druck (von etwa 10 psi) kein Wasser durchließ. Diese Experimente zeigten deutlich, dass mit superabsorbierendem Material hergestellte Filter im Kügelchenpack selektive Filter waren, die Öl durchließen, jedoch kein Wasser.
Die obigen Beispiele zeigen auf, dass die differentiellen Filter der Erfindung einen wahlweise durchlässigen Pack schaffen können, der gefördertes Wasser steuert, indem er wenigstens im Wesentlichen die Fluidförderung abstellt, wenn der Pegel geförderten Wassers unerwünscht wird. Da diese differentiellen Filter bei vielen verschiedenen Anwendungen verwendbar sind, hängt die genaue Weise, wie diese verwendet werden sollten, gewiss von den spezifischen Anwendungen ab. 2 zeigt einen Ablaufplan, der einen allgemeinen Prozess, wie die Filter der Erfindung angewendet werden können, erläutert.
Wie in 2 gezeigt ist, werden bei einer typischen Anwendung differentielle Filter der Erfindung untertage eingesetzt (Schritt 21). In Abhängigkeit von den Typen der im Bohrloch durchzuführenden Operationen können die Filter beispielsweise mit dem Fluid, das gepumpt wird, entfaltet werden. Andere Verfahren der Entfaltung können den Einschluss der Filter an einem Werkzeug, das im Bohrloch entfaltet bzw. eingesetzt werden soll, umfassen. Es sei angemerkt, dass differentielle Filter der Erfindung lösliche Polymere in einer relativen Menge, die im Bereich von etwa 1% bis etwa 100% in Bezug auf das Gesamtgewicht der Teilchen (d. h. die Summe aus den Matrixteilchen und den quellfähigen Teilchen) liegt, umfassen kann. Als Nächstes kann optional für eine Dauer gewartet werden, damit die Filter mit Wasser reagieren (Schritt 22). Dieses Warten ist in Abhängigkeit von den Untertageoperationen und außerdem von den Typen quellfähiger Materialien gegebenenfalls nicht notwendig. Beispielsweise ist bei einem quellfähigen Material, das auf das Begegnen von Wasser hin, aufquillt, kein Warten erforderlich. Andererseits kann dann, wenn das Aufquellen von der Hydrolyse bestimmter Funktionsgruppen abhängt (z. B. Anhydrid, Ester usw.), eine gewisse Zeit notwendig sein, damit die Hydrolyse Wirkung zeigt. Nachdem sich die Filter an ihrem Ort befinden, kann die Untertageoperation durchgeführt werden oder weitergehen (Schritt 23).
Ausführungsformen der Erfindung können einen oder mehrere der folgenden Vorteile besitzen. Die differentiellen Filter der Erfindung sind wirksam beim Verhindern des Durchgangs von Wasser, verhindern jedoch nicht den Durchgang von Kohlenwasserstoffen. Daher können sie in einem Bohrloch verwendet werden, um die Wasserförderung zu reduzieren oder zu verhindern. Im Hinblick darauf, wo Wasser gefördert wird, ist keine A-priori-Kenntnis erforderlich. Diese Filter können in einfacher Weise entfaltet werden; es ist keine spezielle Ausrüstung erforderlich. Diese Filter können ohne Unterbrechung normaler Bohrlochoperationen entfaltet werden, womit Zeit und Kosten eingespart werden. Diese Filter können Tracer (Markierungen) umfassen, um darüber zu informieren, welche Zonen in einem Bohrloch Wasser fördern.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, erkennen Fachleute, die einen Nutzen aus dieser Offenbarung ziehen, dass weitere Ausführungsformen ersonnen werden können, die nicht vom Umfang der Erfindung, wie sie hier offenbart worden ist, abweichen. Demgemäß soll der Umfang der Erfindung nur durch die angehängten Ansprüche begrenzt sein.
Zusammenfassung
Ein differentieller Filter umfasst ein quellfähiges Polymer, das nach einem Kontakt mit Wasser aufquillt, so dass die Durchlässigkeit des differentiellen Filters abnimmt. Ein Verfahren zum Steuern der Wasserförderung in einem Bohrloch umfasst das Einsetzen eines differentiellen Filters untertage und das Durchführen einer Untertageoperation, wobei der differentielle Filter ein quellfähiges Polymer umfasst, das nach einem Kontakt mit Wasser aufquillt, so dass die Durchlässigkeit des differentiellen Filters abnimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 3719228 [0008]
- US 4617132 [0009]
- US 5146986 [0010]
- US 5150754 [0011]
- US 5203834 [0012]
- US 6803348 [0014]
- US 6920928 [0014]
- US 5137969 [0029]
- US 5175205 [0030]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- K. E. Thomson und H. S. Fogler in SPE Production and Facilities, Mai 1995, S. 130–137 [0013]

Claims

Differentieller Filter, der ein quellfähiges Polymer umfasst, das nach einem Kontakt mit Wasser aufquillt, so dass die Durchlässigkeit des differentiellen Filters abnimmt.
Differentieller Filter nach Anspruch 1, bei dem das quellfähige Polymer wenigstens eines umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Polymaleinsäureanhydrid, Polyacrylamid, Polyvinylalkohol, Latex, Polyamid, Polyester, Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polyoxymethylen, Polyvinylmethylether, Polyethylenimid, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenimin, Polyethylensulfonsäure, Kieselsäure, Phosphorsäure, Styrolsulfonsäure, Polyvinylamin, natürlichen, in Wasser löslichen Polymeren, Guarderivaten, Cellulosederivaten, Xanthan, Chitosan, Diutan und allen geeigneten Copolymeren oder Mischungen davon besteht.
Differentieller Filter nach Anspruch 1, bei dem das quellfähige Polymer ein Polymer mit einer Funktionsgruppe umfasst, die durch Wasser hydrolysiert werden kann.
Differentieller Filter nach Anspruch 1, der ferner Matrixteilchen umfasst.
Differentieller Filter nach Anspruch 4, bei dem die Matrixteilchen wenigstens eines umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kiesteilchen, Glaskügelchen, keramischen Teilchen, Walnussschalen, harzbeschichteten Kiesteilchen, harzbeschichteten Stützmitteln und polymeren Kügelchen besteht.
Differentieller Filter nach Anspruch 4, bei dem das quellfähige Polymer an den Matrixteilchen angeschichtet ist.
Differentieller Filter nach Anspruch 4, bei dem die Matrixteilchen wenigstens eines umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Poly(L-Lactid), Polystyrol, vernetzten Duroplasten und vernetzten Thermoplasten besteht.
Differentieller Filter nach Anspruch 1, der ferner eine Markierung umfasst, die vom differentiellen Filter, wenn es Wasser begegnet, freigesetzt wird.
Differentieller Filter nach Anspruch 1, wobei der differentielle Filter in ein Fluid für Untertageverwendung gemischt ist.
Differentieller Filter nach Anspruch 9, bei dem das Fluid für Untertageverwendung eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Kiespackungsfluid und einem Zerklüftungsfluid besteht.
Differentieller Filter nach Anspruch 1, wobei der differentielle Filter an einer Vorrichtung für Einsatz untertage angeordnet ist.
Differentieller Filter nach Anspruch 11, bei dem die Vorrichtung für Einsatz untertage eine ist, die entweder als Sieb für Sandsteuerung, als Packer, als Komplettierungsstrang oder als Wartungswerkzeug gewählt ist.
Verfahren zum Steuern der Wasserförderung in einem Bohrloch, das umfasst: Einsetzen eines differentiellen Filters im Bohrloch; und Durchführen einer Untertageoperation, wobei der differentielle Filter ein quellfähiges Polymer umfasst, das nach einem Kontakt mit Wasser aufquillt, so dass die Durchlässigkeit des differentiellen Filters abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das quellfähige Polymer wenigstens eines umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Polymaleinsäureanhydrid, Polyacrylamid, Polyvinylalkohol, Latex, Polyamid, Polyester und einem Copolymer davon besteht.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das quellfähige Polymer ein Polymer mit einer Funktionsgruppe umfasst, die durch Wasser hydrolysiert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der differentielle Filter ferner Matrixteilchen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Matrixteilchen wenigstens eines umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kiesteilchen, Glaskügelchen, keramischen Teilchen, Walnussschalen, harzbeschichteten Kiesteilchen, harzbeschichteten Stützmitteln und polymeren Kügelchen besteht.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das quellfähige Polymer an den Matrixteilchen angeschichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Matrixteilchen wenigstens eines umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Poly(L-Lactid), Polystyrol, vernetzten Duroplasten und vernetzten Thermoplasten besteht.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner das Leiten eines Lösungsmittels durch die Matrixteilchen, um die Matrixteilchen zu agglomerieren, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der differentielle Filter ferner eine Markierung umfasst, die vom differentiellen Filter, wenn es Wasser begegnet, freigesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Einsetzen des differentiellen Filters untertage in der Weise geschieht, dass der differentielle Filter zusammen mit einem Fluid in das Bohrloch hinab gepumpt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Untertageoperation eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Kiespackung, einer Zerklüftung, einer Komplettierung und einer Förderung besteht.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Einsetzen des differentiellen Filters untertage in der Weise geschieht, dass der differentielle Filter an einer Vorrichtung für Einsatz untertage angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Vorrichtung für Einsatz untertage eine ist, die entweder als Sieb für Sandsteuerung, als Packer, als Komplettierungsstrang oder als Wartungswerkzeug gewählt ist.