DE1262187B

DE1262187B - Method for consolidating soil formations

Info

Publication number: DE1262187B
Application number: DEH51813A
Authority: DE
Inventors: Bill M Young
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1963-02-25
Filing date: 1964-02-24
Publication date: 1968-03-07

Description

Verfahren zur Verfestigung von Bodenformationen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verfestigung von Bodenformationen zu einem durchlässigen, porösen Körper durch Einbringung eines säurehärtbaren Harzes in den Boden, insbesondere zur Verfestigung der von einem Bohrloch durchsetzten Sandlagerstätten unter anschließender Einwirkung eines Katalysators, wobei nach dem Harz in die Formation eine ölspüllösung eingebracht wird, die nur unwesentlich mit dem Harz vermischbar ist.Method for consolidating soil formations The invention relates to a process for consolidating soil formations into a permeable, porous one Body by introducing an acid-curable resin into the soil, in particular to consolidate the sand deposits penetrated by a borehole with subsequent Action of a catalyst, after the resin in the formation an oil flushing solution is introduced, which is only slightly miscible with the resin.

Zur Verhinderung von Sandbewegungen bei der Rohölförderung hat man eine Abstützung durch Kies vorgenommen, verschiedene filternde Stoffe in die Formation eingeführt oder mechanische Filter und Siebe verwendet.To prevent sand movements in crude oil production, one has a support made by gravel, various filtering substances into the formation introduced or used mechanical filters and sieves.

Unter Ausnutzung chemischer Effekte sind weitere Verfahren bekannt, wie z. B. abschnittsweise Zementationen, Abdichtung der Formation mit gemahlenen, harzüberzogenen Walnußschalen, Benetzung des unverfestigten Sandes mit einem klebenden Harz und Einbringung eines mit Harz behandelten Sandes zwischen die losen Sandschichten und die Bohrung oder Einbringung eines flüssigen, mit Härter versetzten Harzes in die entstandenen Risse und nachfolgende Verdrängung überschüssigen Harzes durch eine Flüssigkeit von geringer Netzfähigkeit und Viskosität. Mit diesen Verfahren wurden unterschiedliche Erfolge erreicht.Using chemical effects, further processes are known, such as B. cementations in sections, sealing the formation with ground, resin-coated walnut shells, wetting the unconsolidated sand with an adhesive Resin and placing a resin-treated sand between the loose sand layers and the drilling or introduction of a liquid, hardened resin in the resulting cracks and subsequent displacement of excess resin through a liquid with low wetting properties and viscosity. With these procedures different successes were achieved.

Beim Einbringen von harzigen Flüssigkeiten in unverfestigte Formationen besteht ein besonderes Problem darin, daß derartige Flüssigkeiten über Tage oder auf der Oberfläche des Bohrloches katalysiert werden müssen. Damit können sich bei derartigen, beispielsweise aus der österreichischen Patentschrift 201013 bekannten Verfahren leicht an unerwünschten Stellen des Bohrloches mit Härter versehene Harzmengen absetzen und aushärten.A particular problem with the introduction of resinous fluids into unconsolidated formations is that such fluids must be catalyzed above ground or on the surface of the borehole. With such methods, for example known from Austrian patent specification 201 013 , quantities of resin provided with hardener can easily settle and harden at undesired locations of the borehole.

Aus der französischen Patentschrift 1248 651 ist es ferner bekannt, ein Phenolharz in eine Formation einzubringen und anschließend durch einen Katalysator auszuhärten, wodurch eine mörtelähnlich dichte, verfestigte Formation erhalten wird.From the French patent specification 1 248 651 it is also known to introduce a phenolic resin into a formation and then to harden it by means of a catalyst, whereby a solidified formation that is similar to a mortar is obtained.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere eine vorbestimmte, an eine Bohrlochwand angrenzende unverfestigte Bodenformation zu einem durchlässigen, porösen Körper zu verfestigen, um auf diese Weise eine von Feststoffen freie Flüssigkeitsförderung aus der Formation zu erreichen.The invention is based on the object, in particular a predetermined, unconsolidated soil formation adjacent to a borehole wall to form a permeable, to solidify porous body, in order in this way a solids-free liquid pumping to get out of the formation.

Gemäß der Erfindung wird das eingangs erwähnte Verfahren in der Weise durchgeführt, daß die Ölspüllösung den Katalysator zur Aushärtung des Harzes enthält.According to the invention, the aforementioned method is in the manner carried out that the oil flushing solution contains the catalyst for curing the resin.

Hierbei wirken die Säure oder säurebildenden Komponente der ölspüllösung als Katalysator und erhärten den auf den Sand- oder Gesteinspartikeln der Formation verbliebenen Harzfilm. Dadurch bildet sich an den Berührungsstellen der Sandkörner ein festes Gefüge, dessen Porenvolumen gegen den harzfreien unverfestigten Zustand nur wenig geändert ist. Als Katalysator eignen sich besonders Benzotrichlorid, Hexachloraceton oder Trichloressigsäure, um die harzige Verfestigungsflüssigkeit sowohl in kalkhaltiger als auch in nicht kalkhaltiger Umgebung zu erhärten. Benzotrichlorid ergibt bei Berührung mit Wasser eine verzögert säurebildende Chemikalie, indem Salzsäure und benzoische Säure nach der Gleichung C6H5CC13 -I- 2 H20 -> C@HSCOOH -I- 3 HCl freigesetzt werden.The acid or acid-forming components of the oil rinsing solution act here as a catalyst and harden on the sand or rock particles of the formation remaining resin film. This causes the grains of sand to form at the points of contact a solid structure, the pore volume of which is against the resin-free, unconsolidated state little has changed. Benzotrichloride and hexachloroacetone are particularly suitable as catalysts or trichloroacetic acid to make the resinous solidifying liquid in both calcareous as well as in a non-calcareous environment. Benzotrichloride results in Contact with water a delayed acid forming chemical by adding hydrochloric acid and Benzoic acid released according to the equation C6H5CC13 -I- 2 H20 -> C @ HSCOOH -I- 3 HCl will.

In der Anwendung von Benzotrichlorid-Öl-Spülungen bei durch Säure abbindenden Harzsystemen, wie z. B. Harnstoff-Formaldehyd, Furfurylalkohol, Hydroxyaryl-Aldehyd, leitet die Bildung der genannten Säuren den zur Erhärtung führenden Prozeß ein. Die Berührung der Wasseranteile der Bindeflüssigkeiten mit der säurebildenden Verbindung oder der Benzotrichloridspülung fördert die zur Freisetzung der Säuren führenden Hydrolysen. In den Verfestigungsflüssigkeiten vorhandenes Wasser ist entweder auf eine Wasseraufnahme von feuchten Oberflächen der zu verfestigenden Stoffe zurückzuführen, oder es ist von vornherein Wasser als Bestandteil der Verfestigungsflüssigkeit zugegeben worden. Durch die verzögerte Freisetzung der Säuren wird eine vorzeitige Harzerhärtung vor dem Erreichen einer ausreichenden Durchlässigkeit weitgehend vermieden.In the application of benzotrichloride oil rinses with acid setting resin systems, such as. B. urea formaldehyde, furfuryl alcohol, hydroxyaryl aldehyde, the formation of the acids mentioned initiates the hardening process. The contact of the water in the binding liquids with the acid-forming compound or the benzotrichloride rinse promotes the release of the acids Hydrolyses. Water present in the solidification liquids is either on due to the absorption of water by moist surfaces of the substances to be consolidated, or water is added from the outset as a constituent of the solidifying liquid been. Due to the delayed release of the acids, a premature release occurs Resin hardening largely avoided before sufficient permeability is achieved.

Benzotrichlorid ergibt besonders bei Ölspülungen ausreichend starke Säuren, um auch Harzsysteme, die eine relativ geringe pH-Umgebung erfordern, zur Erhärtung zu bringen.Benzotrichloride produces sufficiently strong, especially when flushing with oil Acids to resin systems that require a relatively low pH environment To bring hardening.

Ein weiterer Vorteil des Benzotrichlorids liegt in dem beträchtlich geringeren Risiko der Verwendung auf dem Ölfeld gegenüber starken Wasser-Säure-Lösungen.Another advantage of benzotrichloride is that it is considerable lower risk of use in the oil field compared to strong water-acid solutions.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Sand- oder Erdformationsverfestigungen, sondern kann immer dann Anwendung finden, wenn die Erhärtung eines durch Säure abbindenden Harzes erwünscht ist.The invention is not limited to sand or earth formation consolidation, but can always be used when the hardening of an acid-setting Resin is desired.

Außer der obengenannten Trichloressigsäure sind als weitere Säuren dieser Gruppe Chloressigsäure, Dichloressigsäure, Bromessigsäure, Jodessigsäure, Trifluoressigsäure, Monochlorodifluoressigsäure, 2-chlorpropionische, 2-fluorpropionische, perchlorpropionische, perfluorpropionische und monochloracetische Säure für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet.In addition to the above-mentioned trichloroacetic acid, there are other acids this group chloroacetic acid, dichloroacetic acid, bromoacetic acid, iodoacetic acid, Trifluoroacetic acid, monochlorodifluoroacetic acid, 2-chloropropionic, 2-fluoropropionic, perchlorpropionic, perfluoropropionic and monochloroacetic acid for that Process according to the invention suitable.

Bei Verwendung von Benzotrichlorid und Harnstoff-Formaldehyd-Harz wird zunächst die Harnstoff-Formaldehyd-Verfestigungsflüssigkeit in die zu stabilisierende Sandformation eingebracht und anschließend eine Spüllösung mit einem Öl eingepumpt, das das aufgelöste, verzögert säurebildende Benzotrichlorid enthält.When using benzotrichloride and urea-formaldehyde resin is first the urea-formaldehyde solidification liquid in the to be stabilized Introduced sand formation and then pumped in a rinsing solution with an oil, which contains the dissolved, delayed acid-forming benzotrichloride.

Die Spüllösung beseitigt die überschüssige Verfestigungsflüssigkeit aus den Poren des Sandes oder der Formation. Das in der Harnstoff-Formaldehyd-Mischung befindliche Wasser hydrolysiert das Benzotrichlorid, wodurch Salzsäure gebildet wird. Im Anschluß daran polymerisiert die Salzsäure das Binde-oder Verfestigungsmittel. Dadurch entsteht eine verfestigte und doch durchlässige Sandbarriere, welche den beweglichen Sand zurückhält.The rinse solution removes the excess solidification liquid from the pores of the sand or formation. That in the urea-formaldehyde mixture Any water present hydrolyzes the benzotrichloride, thereby forming hydrochloric acid will. The hydrochloric acid then polymerizes the binding or solidifying agent. This creates a solidified and yet permeable sand barrier, which the holds back moving sand.

Zweckmäßig wird die Formation mit einer Salzlösung, einem Mineralöl oder einem Bohrschlamm-Reinigungsmittel vosgespült.The formation is expedient with a salt solution, a mineral oil or a drilling mud cleaner.

Das Verfahren nach der Erfindung wurde an einer Reihe von praktischen und labormäßigen Untersuchungen geprüft. Dabei wurden folgende Stoffe benutzt: Eine flüssige chemische Mischung von Harnstoff und Formaldehyd, welche zu etwa 25 % aus Harnstoff, 60 % Formaldehyd und 15 % Wasser besteht: Das Mengenverhältnis zwischen Harnstoff und Formaldehyd beträgt dabei 1: 4,8.The method of the invention has been found to be practical on a number of occasions and laboratory tests. The following substances were used: One liquid chemical mixture of urea and formaldehyde, which is about 25% off Urea, 60% formaldehyde and 15% water consists: The quantitative ratio between Urea and formaldehyde are 1: 4.8.

Eine handelsübliche Harnstoffqualität.A commercial grade of urea.

Eine handelsübliche Benzotrichloridqualität, welche als öllösliche Chemikalie klassifiziert ist.A commercial grade of benzotrichloride, which is classified as oil-soluble Chemical is classified.

Eine durchschnittliche, auf dem Ölfeld verwendete Salzlösung, bestehend aus 240: 18 :1,34: 1 Gewichtsteilen H20, NaC1, CaC12 bzw. MgCl2 * 6H20.An average saline solution used on the oilfield, consisting of from 240: 18: 1.34: 1 parts by weight of H20, NaCl, CaC12 or MgCl2 * 6H20.

Ein handelsübliches Dieselöl.A commercially available diesel oil.

Rohöl aus dem Eala-Feld in Pauls Valley, Oklahoma.Crude oil from the Eala field in Pauls Valley, Oklahoma.

Ein weißer Oklahoma-Sand, der im wesentlichen frei von säurelöslichen Stoffen und wasserquellenden Tonen äst. Er besteht zu 99 % aus Sandkörnern mit einer Korngröße von 60 bis 20 mesh (US. Standard).A white Oklahoma sand that is essentially free of acid-soluble Fabrics and water-swelling clays. It consists of 99% sand grains with a Grain size from 60 to 20 mesh (US. Standard).

Als Harnstoff-Formaldehyd-Sandverfestigungsflüssigkeit eine zu 70 0/0 feste Lösung aus 132: 44,6 : 47,5 Gewichtsteilen UF-85-Konzentrat, Harnstoff und Wasser. Bei 27,7° C hatte die Flüssigkeit ein spezifisches Gewicht von 1,28. Diese harzbildende Mischung erhärtet auch durch Wärme, eine gewisse Polymerisation findet selbst bei niedrigen Temperaturen und ohne chemische Katalysatoren statt.As urea-formaldehyde sand solidifying liquid one to 70 0/0 solid solution of 132: 44.6: 47.5 parts by weight of UF-85 concentrate, urea and water. At 27.7 ° C the liquid had a specific gravity of 1.28. This resin-forming mixture also hardens with heat, a certain amount of polymerization takes place even at low temperatures and without chemical catalysts.

Spüllösung - 1 bis 12 Volumteile Benzotrichlorid auf 100 Volumteile Dieselöl, je nach Versuchsdurchführung.Rinse solution - 1 to 12 parts by volume of benzotrichloride to 100 parts by volume Diesel oil, depending on how the experiment was carried out.

Die Ergebnisse der Untersuchungen bestätigen, daß eine Druckfestigkeit bis zu 60 kg/cm2 bei entsprechender Durchlässigkeit der Formation zu erzielen ist und daß Verfestigungen des Oklahoma-Sandes ohne Gegenwart eines Katalysators bei 60° C in weniger als 120 Stunden und bei 82,2° G in weniger als 36 Stunden erreicht werden konnten.The results of the investigations confirm that a compressive strength up to 60 kg / cm2 can be achieved with the corresponding permeability of the formation and that solidification of the Oklahoma sand in the absence of a catalyst Reached 60 ° C in less than 120 hours and at 82.2 ° G in less than 36 hours could become.

Kommt die den Katalysator enthaltende Spüllösung nicht überall mit der eingebrachten Verfestigungsflüssigkeit in Kontakt, so tritt für diese Bereiche bei 60° C und darüber eine Sandverfestigung innerhalb der oben angegebenen Zeitgrenzen ein. Die auf diese Weise erreichten Verfestigungen haben eine geringe Durchlässigkeit, da die Spüllösung nicht das überschüssige Material aus den zwischen den Sandkörnern vorhandenen Poren beseitigt.The rinsing solution containing the catalyst does not come with you everywhere the introduced solidification liquid in contact, occurs for these areas at 60 ° C and above sand solidification within the time limits given above a. The consolidations achieved in this way have a low permeability, because the rinse solution does not remove the excess material from between the grains of sand eliminates existing pores.

Die Versuche zeigen fernes, daß etwa das dreifache Volumen,an Spüllösung gegenüber dem der Verfestigungsflüssigkeit erforderlich ist, um die Durchlässigkeit in den äußeren Bereichen der verfestigten Zone zu erhöhen.The experiments also show that about three times the volume of rinsing solution compared to that of the solidification liquid is required to ensure permeability to increase in the outer areas of the solidified zone.

Auch größere Mengen einer mittels schnellerem Pumpen eingebrachten Spüllösung sind nach den Ergebnissen zulässig.Even larger amounts of one brought in by means of faster pumping Rinse solutions are allowed according to the results.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann; etwa in folgender Weise auf dem Ölfeld durchgeführt werden. Wie bei allen Sandverfestigungsverfahren muß das Bohrloch zunächst von allen die Perforation und den Formationssand verstopfenden Stoffen, wie Bohrspülungen und anderen Fremdstoffen, gereinigt werden. Dies geschieht z. B. durch Spülung des Bohrloches mit Salzlösung, Öl oder anderen Reinigungsmitteln für Bohrschlamm. Die schweren Rohöle müssen von der eigentlichen Perforation weggedrückt werden. Dazu kann Dieselöl von niedriger Viskosität benutzt werden. Dann wird ein Vorspülungsmittel, das ein oberflächenaktives Mittel enthält, mit Dieselöl gemischt eingebracht, damit der Formationssand vorwiegend wasserfeucht gemacht wird. Die Vorspülungs-, Verfestigungs- und Spüllösungen werden in die gewünschten Abschnitte der Bohrung gepreßt, indem diese Abschnitte durch entsprechende Packer wie bei bekannten Verfahren der ölfeldtechnik isoliert werden.The method according to the invention can; roughly in the following way the oil field. As with all sand consolidation processes, it must Borehole first of all clogging the perforation and the formation sand Substances such as drilling fluids and other foreign substances are cleaned. this happens z. B. by flushing the borehole with saline solution, oil or other cleaning agents for drilling mud. The heavy crude oils have to be pushed away from the actual perforation will. Diesel oil of low viscosity can be used for this purpose. Then a Pre-wash containing a surfactant mixed with diesel oil introduced so that the formation sand is mainly made water-moist. the Prewash, solidify and rinse solutions are divided into the desired sections the bore pressed by these sections by appropriate packers as in known Process of the oil field technology are isolated.

Die Verfestigungslösung ist sehr dünnflüssig, so daß sich mit dieser Lösung Formationen veränderlicher Durchlässigkeit mit größerer Gleichmäßigkeit behandeln lassen als mit dickeren, schweren Flüssigkeiten. Auch stellt sich bei Anwendung dieser Lösung an den schwierigeren Stellen der Formation ein geringerer Widerstand ein. Zwecl=äßig werden zweistufige Behandlungen vorgenommen, um eine gleichmäßige Eindringtiefe der Verfestigungsflüssigkeit sicherzustellen.The solidifying solution is very fluid, so that it can deal with this Solution Treat formations of variable permeability with greater uniformity than with thicker, heavier liquids. Also arises when applied With this solution, there is less resistance at the more difficult parts of the formation a. Two-stage treatments are used to ensure an even treatment Ensure penetration depth of the solidification liquid.

Nachdem die Spüllösung mit Öl zur Perforation hin verdrängt wurde, soll die Bohrung für eine bestimmte Zeit zur Vorbereitung einer zweiten Behandlung abgesperrt werden.After the rinsing solution has been displaced towards the perforation with oil, is intended to drill the hole for a certain time in preparation for a second treatment be locked.

Der Erfolg einer Sandverfestigung hängt in hohem Maße von der-Fähigkeit des Harzes bderHarzsystems zur schnellen Herausziehung eines Katalysators aus einer sich bewegenden Öllösung ab und ändert sich je nach den verschiedenen Kombinationen solcher Harze und Katalysatoren.The success of a sand consolidation depends to a large extent on the ability of the resin or the resin system for quick extraction of a catalyst from a moving oil solution and changes according to the different Combinations of such resins and catalysts.

Zweckmäßig werden kleinere Katalysatormengen (im öl verteilt) verwendet, weil das Harz-Absorptionsvermögen des Katalysators festliegt und somit größere Mengen keinen Vorteil bringen.Smaller amounts of catalyst ( distributed in the oil ) are expediently used because the resin absorption capacity of the catalyst is fixed and therefore larger amounts are of no advantage.

Bei den zur Erzielung durchlässiger Verfestigungen loser oder unerwünschter Sande benutzten Harzen mit geringer Viskosität ist es lediglich erforderlich, daß der Katalysator die Oberfläche des Harzes auf den Sandkörnern bzw. sonstigen Stützmitteln berührt, um das Harz zu erhärten und in seine endgültige Form zu bringen.Loose or undesirable for those used to achieve permeable consolidations Sands used resins with low viscosity, it is only necessary that the catalyst the surface of the resin on the sand grains or other proppants touches to harden the resin and bring it into its final shape.

Claims

Claims: 1. Method for consolidating soil formations to a permeable, porous body by introducing an acid-curable resin into the soil, on which a catalyst is then brought into action and in which, after the resin, a CO rinse solution is introduced into the formation, which can only be mixed with the resin insignificantly, d a d u r c h g e - indicates, that the oil rinsing solution contains the catalyst for curing the resin.

2. Procedure according to claim 1, characterized in that the catalyst used is benzotrichloride, hexachloroacetone or trichloroacetic acid is used.

3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the formation with a salt solution, a mineral oil or a drilling mud cleaner. Considered publications: French Patent No. 1248 651; Austrian patent specification No. 201013.