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Bohrlochbehandlungsflüssigkeit Zur Behandlung von Erdbohrungen sind
Flüssigkeiten bekannt, in denen Salzsäure und wasserlöslicher Gummi enthalten sind.
Der Säureanteil dient dabei zur Fraktionierung unterirdischer Gesteinsschichten,
d. h. zur Auflösung oder zur Rißbildung der zu durchdringenden Gesteinsarten. Dem
wasserlöslichen Gummi, z. B. Karayagummi, kommt die Aufgabe zu, die Viskosität der
Behandlungsflüssigkeit wenigstens so weit zu erhöhen, daß sie erst dann in das das
Bohrloch umgebende Erdreich versickert, wenn die Behandlungssäure ihre Aufgabe erfüllt
hat und verbraucht ist. Ferner ist es bekannt, derartigen Flüssigkeiten wasserunlösliche
feste Bestandteile zuzufügen, die als sogenannte Absteifungsmittel wirken und sich
in den durch die Säurewirkung geschaffenen Gesteinsrissen absetzen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, derartige Bohrlochbehandlungsflüssigkeiten
in einem weiten Bereich der jeweils anzuwendenden Säurekonzentrationen hinsichtlich
der erwünschten Herabsetzung von Flüssigkeitsverlusten einfacher und besser regulieren
zu können, als dies bisher möglich war. Diese Aufgabe wird bei einer Bohrlochbehandlungsfiüssigkeit
zur Säure- und/oder Frac-Behandlung auf Wasserbasis mit geringem Flüssigkeitsverlust
und einem Zusatz von wasserlöslichem Gummi zur Regulierung desselben sowie Salzsäure
in einer Konzentration zwischen 1 und 15% erfindungsgemäß dadurch gelöst, da.ß zum
Einstellen einer gewünschten Viskosität, die unter 30 cP, vorzugsweise unter 15
cP liegt, der an sich bekannte Zusatz von wasserlöslichem Gummi teilweise durch
inerten, in Wasser und Salzsäure unlöslichen Feststoff mit einer Korngröße von kleiner
als 0,07 mm, vorzugsweise im Größenbereich von 0,04 bis 10 Mikron, ersetzt wird
und das Mischungsverhältnis je nach den Lagerstättenverhältnissen 20 Teile Gummi
und 10 bis 80 Teile Feststoff beträgt.
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Als wasserunlösliche Feststoffe können dabei Bariumsulfat, Kalziumsulfat,
Kalziumsilikat oder Siliziumoxyd dienen. Zweckmäßigerweise beträgt das Gewichtsverhältnis
von Gummi und festen Bestandteilen in der Flüssigkeit 1: 1. Die Behandlungsflüssigkeit
kann darüber hinaus als zusätzlichen Bestandteil einen Zusatz an sich bekannter,
relativ großer, abstandshaltender und stützender Feststoffe, z. B. Sand, enthalten.
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In einer bevorzugten Arbeitsweise wird der Zusatz zur Verminderung
der Flüssigkeitsverluste durch Mischung von gleichen Mengen pulverisierten Krayagummis
und feinsten Siliziumoxydteilchen zubereitet. Danach wird eine flüssige Zusammensetzung
geringer Viskosität zur Herabsetzung der Flüssigkeitsverluste in Bohrlöchern hergestellt,
indem in einer wässerigen Lösung von Salzsäure nur solch eine Menge des Zusatzes
aufgeschlemmt wird, um die gewünschte Herabsetzung der Flüssigkeitsverlusteigenschaften
zu erreichen. Die Bearbeitungsflüssigkeit kann als eine kombinierte, durch Säure
erschließende und fraktionierende Flüssigkeit oder für andere Zwecke verwendet werden,
in denen eine Anwendung einer den Flüssigkeitsverlust vermindernden flüssigen Zusammensetzung
geringer Viskosität mit einer bearbeitenden Säure zweckmäßig ist.
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Eine Mischreihenfolge wird nicht als wesentlich betrachtet, und das
vorbeschriebene Verfahren kann auf verschiedene Weise abgeändert werden. Zum Beispiel
können die Bestandteile des Zusatzes zunächst mit reinem Wasser und danach mit der
erforderlichen Menge der konzentrierten Säurelösung gemischt werden, wenn eine Bearbeitungsflüssigkeit
mit der erforderlichen Säurenstärke hergestellt werden soll. In jedem Falle sollten
die trockenen oder festen Bestandteile vollkommen und gleichmäßig in der sauren
Lösung aufgeschlemmt sein. Zu diesem Zweck wird empfohlen, daß die Bearbeitungsflüssigkeit
dauernd gerührt oder in anderer Weise während des endgültigen Mischvorganges der
verschiedenen Bestandteile bewegt wird.
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Es kann z. B. an einem entfernten Ort ein mechanischer Rührer oder
ein pneumatischer Mischer benutzt
werden, um eine Vormischung der
Zusatzbestandteile vorzunehmen, bevor die Flüssigkeit zur Bohrlochstelle gebracht
wird. Wenn diese Bestandteile mit der Säurelösung z. B. an der Bohrlochstelle vermischt
werden, so kann ein geeigneter Mischungsregler verwendet werden: Wenn weitere Wirkungsmittel
zugefügt werden sollen, so können diese zu jeder passenden Zeit entsprechend den
üblichen Verfahren zugefügt werden.
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Wenn eine der anderen Substanzen zugemischt wird, kann es wünschenswert
sein, ein ausgewähltes Benetzungs- oder Oberflächenentspannungsmittel zuzufügen,
um die Dispergierfähigkeit der Bestandteile des Zusatzes zur Flüssigkeitsverlustverminderung
in der Säurelösung zu erhöhen. Es läßt sich außerdem ein Mittel zusetzen, um die
Wirksamkeit der Bearbeitungsflüssigkeit im Bohrloch zu erhöhen, sei es zur Auflösung
von Gesteinen oder zur Verhinderung von Emulsionsbildung und/oder zur Erleichterung
des Eindringens der flüssigen Phase in die zu erschließende Formation. Gemäß üblichen
Arbeitsverfahren können ebenso geeignete Säure- und Korrosionsinhibitoren zugesetzt
werden.
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Wenn harte Abstands- oder Stützmittel, wie z. B. Sand oder andere
relativ große Teile, der Bearbeitungsflüssigkeit zugesetzt werden müssen, so geschieht
dies üblicherweise während des Mischens des Zusatzes mit der Säurelösung. Erfolgreiche
Ergebnisse wurden dadurch erzielt, däß die vorgemischten und kombinierten einzelnen
Bestandteile des Flüssigkeitsverlust vermindernden Zusatzes direkt in den Umwälzbehälter
einer Meß- und Mischvorrichtung ausgeleert wurden, während die Absteifungsmittel,
Wasser und konzentrierte Säurelösung kurz vor dem Einpumpen der Bearbeitungsflüssigkeit
in ein Bohrloch abgemessen und miteinander vermischt werden.
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ES ist ein ziemlich überraschendes Merkmal des flüssigkeitsverlustvermindernden
Zusatzes, daß relativ geringe Mengen von Gummi und feinverteilten Festkörpern benötigt
werden, um eine sehr wesentliche Herabsetzung der Flüssigkeitsverlusteigenschaften
der Säurelösung zu erreichen.
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Es wurden Laboratoriumsversuche durchgeführt, um die Flüssigkeitsverlusteigenachaften
von Säurelösungen zu vergleichen, die unterschiedliche Mengen von Einzelbestandteilen
des Zusatzes enthielten. Für diese Versuche wurde der in jeder Probe enthaltene
Zusatz durch ein Vormischen von zugegebenen Mengen feingemahlenen Siliziumoxyds
und Karayagummis zubereitet. Das verwendete Siliziumoxyd ist handelsmäßig unter
der Warenbezeichnung »Microsil (Super X) « erhältlich. Der verwendete Gummi wird
handelsüblich unter dem Namen »Karaya TDX-681-1 H« verkauft.
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Bei der Vorbereitung der Versuche wurden die Zusatzbestandteile in
jedem Falle zunächst mit Alkohol angefeuchtet und danach einer abgemessenen Menge
von reinem Wasser zugegeben. Darauf wurde genügend konzentrierte Salzsäurelösung
zugegeben, um eine Probe von 350 ml mit einer vorgegebenen Säuredichte herzustellen.
Die Bestandteile sämtlicher Proben wurden danach eine bestimmte Zeit mit einem Luftmischer
durchgemischt. Darauf wurde an jeder Probe ein 30 Minuten langer Flüssgkeitsverlustversuch
durchgeführt gemäß einem angegebenen Verfuhren nach der API-Code 29 (American Petroleum
Institute). Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der Tabelle aufgeführt.
| Probe Zusatz Silizium- Säure- Misch- Flüssigkeits- |
| Nr. Gummi oxyd Lösung dauer verlust nach |
| 30 Minuten |
| g g °/o Minuten ml |
| 1 0,59 0,0 5 10 95 |
| 2 1,0 0,0 5 10 52 |
| 3 0,2 0,2 5 10 79 |
| 4 0,25 0,75 5 10 70 |
| 5 0;3 0,3 5 10, 49 |
| 6 0,4 0,4 5 10 44 |
| 7 0,5 0,5 5 10 40 |
| 8 0,75 0,25 5 10 39 |
| 9 0,5 0,5 1 1 45 |
| 10 0,5 0,5 1 30 40 |
| 11 0,5 0,5 5 1 33 |
| 12 0,5 0,5 5 30 43 |
| 13 0,5 0,5 15 1 49 |
| 14 0,5 0,5 15 30 44 |
Wie die Tabelle zeigt, ergibt in einer Probe von 350 ml eine Zugabe von nur 0,4
g eines aus gleichen Mengen Gummi und Siliziumoxyd bestehenden Zusatzes gemäß Probe
Nr. 3 in 30 Minuten einen geringeren Flüssigkeitsverlust (79 ml) als in der Probe
Nr. 1 (95 ml), der 0,59 g Gummi allein als Zusatz zugegeben wurde. Es zeigt sich
ferner, daß eine Zumischung eines Zusatzes von nur 0,6 g, bestehend aus gleichen
Mengen Gummi und Siliziumoxyd, wie in Probe Nr. 5, einen geringeren Flüssigkeitsverlust
(49 ml) zur Folge hat als die 52 ml, welche bei der Probe Nr. 2 entstanden, der
nur 1,0 g Gummi allein als Zusatz zugegeben wurde.
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Beim Vergleich der Versuchsergebnisse der Probe Nr. 4 mit der Probe
Nr. 8 zeigt sich, daß der Flüssigkeitsverlust (39 ml), der bei der Verwendung von
1,0 g Zusatz mit einem Beimischungsverhältnis von Gummi und Silizium von 3:1 beträchtlich
niedriger war als der Flüssigkeitsverlust (70 ml), der bei Verwendung derselben
Gesamtmenge des Zusatzes, jedoch mit umgekehrtem Zumischungsverhältnis Gummi und
Siliziumoxyd im Verhältnis von 1 :3 entstand. Jedoch hatte die Zugabemenge von 1,0
g eines Zusatzes, bestehend aus gleichen Teilen Gummi und Siliziumoxyd wie in Probe
Nr. 7, einen Flüssigkeitsverlust (40 ml) zur Folge, der fast so niedrig lag wie
derjenige der Probe Nr. 8 (39 ml), die 1,0 g Zusatz, bestehend aus Gummi und Silizium
im Verhältnis von 3: 1, enthielt.
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Auf der Grundlage dieser Versuche und unter Bctrachtziehung relativer
Kosten und anderer Faktoren wird empfohlen, daß der den Flüssigkeitsverlust vermindernde
Zusatz durch Verwendung etwa gleicher Mengen Gummi und Siliziumoxyd hergestellt
wird. Es wird angenommen, daß eine Gesamtmenge von wenigstens 0,5 g eines auf diese
Art hergestellten Zusatzes normalerweise für jeweils 350 ml einer zu behandelnden
Säurelösung erforderlich ist, während die allgemeine Praxis etwa 1,0 g oder die
doppelte Menge dieser empfohlenen Mindestgesamtmenge des Zusatzes verwenden sollte.
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Sowohl die Proben Nr. 9 bis einschließlich Nr. 14 als auch die Probe
Nr. 7 wurden jeweils mit Verwendung der allgemein empfohlenen Verhältnisse und Mengen
der Bestandtele eines flüssigkeitsverlustvermindernden Zusatzes zubereitet. Jedoch
unterscheiden sich alle diese Proben sowohl in der Dichte der Säurelösung als auch
in der Mischzeit für die einzelnen Bestandteile
von den übrigen.
In all diesen Fällen war der Flüssigkeitsverlust zufriedenstellend niedrig, obwohl
die Säuredichte von einem unteren Wert von 1% wie in Probe Nr. 9 und Nr. 10 bis
zu einem Höchstwert von 15 % in den Proben Nr. 13 und Nr. 14 differierte und die
Mischdauer sich von einer Minute bei den Proben Nr. 9, Nr. 11 und Nr. 13 bis zu
30 Minuten bei den Proben Nr. 10, Nr. 12 und Nr. 14 unterschied.
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Es sei darauf hingewiesen, daß größere oder kleinere der zuvor empfohlenen
Mengen und Verhältnisse der verschiedenen Einzelbestandteile zur Erzielung guter
Erfolge bei besonderen Aufgaben benötigt werden können.
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Bei der Durchführung eines typischen Böhrlocherschließungsverfahrens,
bei dem die Bearbeitungsflüssigkeit der vorliegenden Erfindung angewendet wird,
wird die übliche Arbeitsweise befolgt. Bei der Durchführung einer kombinierten,
durch Säure lösenden und fraktionierenden Arbeitsweise wird die Bearbeitungsflüssigkeit
in das Bohrloch gepumpt oder auf eine andere Weise eingeführt und unter Druck bei
den Gesteinsschichten an der erforderlichen Stelle angewendet. In einigen Fällen
werden zunächst Bohrlochpacker od. dgl. eingesetzt oder innerhalb der Bohrung sowohl
oberhalb als auch unterhalb der zu bearbeitenden Zone aufgeweitet. Diese dienen
zur Einschließung der Bearbeitungsflüssigkeit und erleichtern die Druckerzeugung
innerhalb des Bohrloches.
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Wenn das Hineinpumpen der Bearbeitungsflüssigkeit fortgesetzt wird,
baut sich an der gewünschten Stelle innerhalb des Bohrloches ein ausreichender Druck
auf, um in dem angrenzenden Bohrlochgestein Brüche zu erzeugen oder bereits bestehende
Brüche zu öffnen oder zu erweitern. Während dieser Zeit kann die Säure in' der Bearbeitungsflüssigkeit
in dem Gestein enthaltene Substanzen oder andere Schichten in dem Bohrloch angreifen.
Zum Beispiel kann Salzsäure durch chemische Reaktion in starkem Maße Kalkstein-
oder Betonitteile entfernen, welche die Porenräume oder Kanäle in dem Bohrlochgestein
verstopfen oder blockieren.
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Das genaue Verhalten der gesamten Bearbeitungsflüssigkeit innerhalb
des Bohrloches läßt sich nicht mit Bestimmtheit erkennen, und es ist selbstverständlich,
daß die Erfindung nicht auf irgendeine besondere Theorie ihres Verhaltens beschränkt
ist. Mit Hinblick auf die Funktion des Flüssigkeitsverlust vermindernden Zusatzes
besteht jedoch die Ansicht, daß beste Ergebnisse bei Zumischung von geringen Mengen
zweier sich unterschiedlich verhaltender Mittel in die Bearbeitungsflüssigkeit erreicht
werden, deren Kombination die gewünschten geringen Flüssigkeitsverlusteigenschaften
gewährleistet, ohne daß dadurch eine schädliche Zunahme der Viskosität hervorgerufen
würde.
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In diesem Sinn verhält sich der Gummi etwa wie ein gelierendes oder
dickendes Mittel, jedoch wird er nicht in ausreichend großen Mengen zugegeben, um
ein tatsächliches Gelieren der Flüssigkeit bewirken zu können. Auf der anderen Seite
verhalten sich die feinverteilten Festkörperteilchen etwas als verstopfende oder
Brücken bildende Mittel, die in der Bohrflüssig-keit vollkommen dispergiert
sind und durch sie in Berührung mit den porösen Bohrlochschichten gelangen. Diese
abdichtenden Teilchen relativ kleiner Größe und von relativ kleinem Gewicht im Vergleich
zu Sand oder anderen Füllstoffen oder Abdichtsubstanzen, die ebenso verwendet werden
können, setzen sich nicht eher ab, als bis sie durch die Trägerflüssigkeit in die
Risse oder Aushöhlungen getragen werden, um sich danach in die Poren und andere
kleinere öffnungen in den Bohrlochschichten abzulagern und diese abzudichten. Dadurch
wird erreicht, daß der Zusatz zur Verminderung der Flüssigkeitsverluste eine kombinierte
Abdicht- und Quellwirkung erzeugt, die den Flüssigkeitsverlust in den Gesteinsschichten
herabsetzt und bewirkt, daß die Sand führende Säurelösung in dem erforderlichen
Bohrlochabschnitt erhalten bleibt. Es wird angenommen, daß die niedrige Viskosität
der Bohrflüssigkeit größere Pumpdurchsatzmengen ermöglicht sowie eine vergrößerte
Flüssigkeitsdurchdringung der Gesteinszonen, die durch die Bohrflüssigkeit angegriffen
werden.
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Zusätzlich zu den oben gemachten Ausführungen wird der Zusatz zur
Verminderung der Flüssigkeitsverluste als eine Steuersubstanz wirken, die die Wirksamkeit
der Säure im Bohrloch erhöht. Das heißt, daß bei Herabsetzung der allgemeinen Flüssigkeitsverluste
innerhalb der Gesteinsschicht der Zusatz verhindern wird, daß sich die Säure vorzeitig
verbraucht, wodurch eine größere Menge unverbrauch= barer Säure erhalten bleibt,
um Substanzen in der Zone der Gesteinsschicht anzugreifen, in denen eine Lösung
als höchst erwünscht betrachtet wird.
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Nachdem die Gesteinsschicht im Bohrloch gebrochen und aufgelöst ist,
kann es zweckmäßig sein, den Umlauf der Bohrflüssigkeit stillzulegen und das Bohrloch
eine Zeitlang abzuschließen, in der die Säure weiterhin die Gesteinsschicht des
Bohrloches angreift. In einigen Fällen kann es notwendig oder wünschenswert sein,
nachfolgend eine oder mehrere zusätzliche Säurebehandlungen durchzuführen. Zu diesem
Zweck läßt sich eine übliche Säure verwendende Arbeitsweise anwenden, nachdem die
Bohrflüssigkeit mit den geringen Flüssigkeitsverlusten aus dem Bohrloch entfernt
worden ist. Andererseits kann die Bohrflüssigkeit mit geringen Flüssigkeitsverlusten,
deren Säure stark verbraucht ist, ausgepumpt oder auf andere Weise aus dem Bohrloch
entfernt werden und durch eine gleiche Bohrflüssigkeit mit frischer, unverbrauchter
Säure ersetzt werden.
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In jedem Fall wird die Bohrflüssigkeit in üblicher Weise aus dem Bohrloch
entfernt, nachdem die kombinierte Arbeitsweise beendet worden ist. Infolge der geringen
Viskosität der Bohrflüssigket läßt sich dies jederzeit leicht durchführen, indem
die Flüssigkeit aus dem Bohrloch herausgepumpt oder auf andere Weise herausgeführt
wird.
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Wenn die bei einem erzeugten oder erweiterten Gesteinsbruch in das
Bohrloch hineingepumpte Bohrflüssigkeit Sand oder andere Füllstoffe oder Abdichtsubstanzen
enthält, werden diese harten Teilchen üblicherweise in Aushöhlungen od. dgl. innerhalb
der gebrochenen Zone hineingedrückt, in denen wenigstens einige nach dem Entfernen
der Bohrflüssigkeit haftenbleiben. Demgemäß sorgen die Füllstoffe oder Abdichtsubstanzen
dafür, daß die Risse oder anderen Öffnungen sich infolge der auf ihnen lastenden
Gesteinsschichten nicht schließen, nachdem der künstliche Druck herabgesetzt oder
ganz entfernt wird.