DE1533608C

DE1533608C - Method for producing a liquid for sealing earth formations

Info

Publication number: DE1533608C
Authority: DE
Inventors: Homer Charles Ramos Jo seph Koch Ronney Ray Duncan OkIa McLaughhn (V St A )
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Publication date: 1971-05-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Flüssigkeit zum Abdichten von Erdformationen aus einer wäßrigen Silikatlösung von geringer Viskosität und einer Säure.The invention relates to a method for producing a liquid for sealing earth formations from an aqueous silicate solution of low viscosity and an acid.

Es ist bekannt, die zum Abdichten von Erdformationen verwendete Flüssigkeit durch Eingießen einer wäßrigen Natrium-Silikat-Lösung in eine mit Wasser verdünnte Säure herzustellen, wobei die Säuremenge größer ist als zur Neutralisation des Natrium-Silikats notwendig ist. Die abdichtende Wirkung einer solchen Flüssigkeit beruht darauf, daß Natrium-Silikat beim Ansäuern, wobei der pH-Wert unter 10 oder 11 fällt, fast vollständig in Kieselsäure übergeht, die als schwache Säure bei diesen alkalischen pH-Werten beständig ist. Kieselsäure ist aber nicht stabil, neigt zur Abspaltung von Wasser und polymerisiert zu Siliziumoxyd, z. B. zu Quarz, Glas und Sand. Anstatt auszufallen und SiO₂ zu bilden, bleibt die Kieselsäure hydriert und bildet ein dreidimensionales Netz, in welchem Lösungswasser eingeschlossen ist. Dieses Netz stellt ein Gel dar, da beide Phasen kontinuierlich sind.It is known that the liquid used for sealing earth formations can be prepared by pouring an aqueous sodium silicate solution into an acid diluted with water, the amount of acid being greater than that required to neutralize the sodium silicate. The sealing effect of such a liquid is based on the fact that sodium silicate, when acidified, with the pH value falling below 10 or 11, is almost completely converted into silica, which, as a weak acid, is stable at these alkaline pH values. However, silica is not stable, tends to split off water and polymerizes to silicon oxide, e.g. B. to quartz, glass and sand. Instead of precipitating and _{forming SiO 2} , the silica remains hydrated and forms a three-dimensional network in which water of solution is enclosed. This network represents a gel because both phases are continuous.

Durch Änderung des Mengenverhältnisses der verschiedenen Substanzen wird der pH-Wert verändert, wodurch sich die Gel-Zeit grundlegend ändert, die schwierig zu beeinflussen ist.By changing the proportions of the various substances, the pH value is changed, which fundamentally changes the gel time, which is difficult to influence.

Beim Mischen großer Mengen bilden sich oft Klumpen von örtlichen Säurekonzentrationen. Bei der plötzlichen Mischung durch Rühren mittels Schaufel oder Propeller entstehen relativ ruhige Teile, aus denen frische Säure nicht austritt. Infolgedessen gewinnt der pH-Wert des Natriumsilikats örtlichen Einfluß, und vorzeitige Gelierung setzt ein, die in größeren oder kleineren Bereichen erfolgt und örtliche Ausflockungen darstellt.When large quantities are mixed, clumps of local acid concentrations often form. at the sudden mixing by stirring with a shovel or propeller results in relatively calm parts, from which fresh acid does not leak. As a result, the pH of the sodium silicate gains localized Influence, and premature gelation sets in, which occurs in larger or smaller areas and local Represents flocculation.

Solche Ausflockungen verstopfen sowohl Filter als auch geologische Formationen und verhindern den Eintritt von Kieselsäure mit niedrigem pH-Wert. Eine Behandlung zur Überführung der Kieselsäure vor der Gelierung in die Formation führt zu einem Ansteigen des Druckes vor der verstopften Formation, bis ein hydraulischer Riß in der Formation eintritt. In diesen Riß strömt dann Kieselsäure ungenützt ein und ist fast so unwirksam wie Portland-Zement.Such flocculations clog filters as well as geological formations and prevent the Ingress of silica with a low pH value. A treatment to transfer the silica before Gelation in the formation leads to an increase in pressure in front of the clogged formation until a hydraulic fracture occurs in the formation. Silica then flows into this crack and is unused almost as ineffective as portland cement.

Kieselsäure ionisiert trotz ihrer verhältnismäßigen Schwachheit merklich und kann nach Berührung mit Salzsolen von Öllagerstätten zu einer vorzeitigen Gelbildung führen. Insbesondere rufen Salzsolen mit mehrwertigen Ionen, wie Kalzium, eine vorzeitige Gelbildung hervor. Alkalische Kieselsäureansätze sind schlammig und neigen dazu, bei einsetzender Gelbildung noch dicker zu werden; das Gel opalisiert. Der Schlamm dringt außerdem schlecht in die Kapillaren der abzudichtenden Erdformationen.Silica ionizes noticeably despite its relative weakness and can after contact with Brines from oil deposits lead to premature gel formation. In particular, call brines with polyvalent ions, such as calcium, result in premature gel formation. Alkaline silicic acid approaches are muddy and tend to get thicker as gel starts to form; the gel is opalescent. The mud also penetrates poorly into the capillaries of the earth formations to be sealed.

Aufgabe der Erfindung ist es, die zum Abdichten von Erdformationen dienende, aus einer wäßrigen Silikatlösung von geringer Viskosität und einer Säure bestehende Flüssigkeit so herzustellen, daß die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden. Gemäß der Erfindung wird die Silikat-Lösung in solcher Bemessung der Säure zugesetzt, daß die Abdichtflüssigkeit einen pH-Wert von etwa 1,5 oder weniger aufweist. Beim Einbringen der in dieser Weise hergestellten Abdichtflüssigkeit in die Erdformation wird die Gelbildung soweit verzögert, bis die Abdichtflüssigkeit vollständig in die Erdformation eingedrungen ist, was eine gewisse Zeit erfordert. Mittels der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Abdichtflüssigkeit wird eine allen praktischen Erforderungen genügende Gelbildung erhalten, wobei die in die abzudichtende Endformation eingebrachte Flüssigkeit zu einer festen, undurchlässigen Masse abbindet, die die Formation sicher abdichtet.The object of the invention is to provide the sealing of earth formations from an aqueous one Silicate solution of low viscosity and an acid existing liquid so that the disadvantages the known method can be avoided. According to the invention, the silicate solution is in such dimensioning of the acid added that the sealing liquid has a pH of about 1.5 or has less. When the sealing liquid produced in this way is introduced into the earth formation the gel formation is delayed until the sealing liquid has completely penetrated into the earth formation is what takes a certain amount of time. By means of the produced by the process according to the invention Sealing liquid will obtain a gel formation which satisfies all practical requirements, the Liquid introduced into the end formation to be sealed to form a solid, impermeable mass sets, which securely seals the formation.

Die Abdichtflüssigkeit hat bei pH-Werten von 1,5 oder weniger verschiedene interessante und nützliche Eigenschaften, sie klärt sich nach dem Mischen auf und bleibt klar, bis sie sich zu einem klaren, leicht inThe sealing liquid has various interesting and useful ones at pH values of 1.5 or less Properties, it clears up after mixing and stays clear until clear, light in

ίο die Formation eindringenden Gel absetzt. Der Gelansatz hat die für schnelles Einpressen bei niedrigem Druck in das geologische Kapillarsystem erforderliche geringe Viskosität. Ein Kieselsäurezusatz mit einem pH-Wert von 1,5 oder weniger geliert ebenfalls gut in karbonathaltigen Formationen, welche eher die Gelierung beschleunigen.ίο the formation settles penetrating gel. The gel approach has the necessary for rapid injection at low pressure into the geological capillary system low viscosity. A silica additive with a pH of 1.5 or less will also gel well in formations containing carbonate, which tend to accelerate gelation.

Kieselsäure vom pH-Wert 1,5 oder weniger hat folgende Vorteile: Leicht steuerbare Gelzeit, Unempfindlichkeit gegen Salzsole, niedrige Viskosität, kein anfängliches Verstopfen von kapillaren Eingängen und wirksame Gelierung in Gegenwart von karbonathaltigen Formationen.Silicic acid with a pH value of 1.5 or less has the following advantages: Easily controllable gel time, insensitivity against brine, low viscosity, no initial clogging of capillary entrances and effective gelation in the presence of carbonate-containing formations.

Das zum Herstellen der Abdichtflüssigkeit erforderliche Silikat kann aus der Gruppe der Natrium-, Kalium-, Guanidin- und Tetramethylammonium-Silikate ausgewählt werden. Die Säure kann aus der Gruppe der Salz-, Schwefel-, Salpeter-, Phosphor-, Trichloressig- und Trinitrobenzoesäuren ausgewählt werden.The silicate required to produce the sealing liquid can be selected from the group of sodium, Potassium, guanidine and tetramethylammonium silicates can be selected. The acid can come from the Group of hydrochloric, sulfuric, nitric, phosphoric, trichloroacetic and trinitrobenzoic acids selected will.

Das Abdichten einer Verlustzone u. dgl. in einer Wassereinpreßbohrung kann unter Verwendung der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Abdichtflüssigkeit in der Weise durchgeführt werden, daß die wäßrige Kieselsäurelösung von geringer Viskosität und kleinerem pH-Wert als 1,5 mit dem Wasserflutungs-Injektionsdruck oder einem niedrigeren Druck in die Wassereinpreßbohrung und in die zu verstopfende Verlustzone eingebracht wird, worauf in die Verlustzone Wasser zum Verdrängen der Kieselsäure-Lösung eingeführt und die Injektionsbohrung bis zu ihrem statischen Flüssigkeitsspiegel mit Wasser gefüllt wird.The sealing of a loss zone and the like in a water injection bore can be carried out using the sealing liquid produced by the method according to the invention are carried out in such a way, that the aqueous silica solution of low viscosity and lower pH than 1.5 with the Water flooding injection pressure or a lower pressure in the water injection bore and in the to be blocked loss zone is introduced, whereupon in the loss zone water to displace the Silica solution introduced and the injection hole up to its static liquid level is filled with water.

Die Erfindung soll im einzelnen an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the drawing. It shows

F i g. 1 ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen Gelzeit von Kieselsäure und dem pH-Wert darstellt, F i g. 2 den schematischen Querschnitt einer Injektionsbohrung und einer Förderbohrung, wobei das dazwischenliegende Gebirge eine durchlässige Zone enthält,F i g. 1 is a graph showing the relationship between the gel time of silica and the pH value, F i g. 2 shows the schematic cross section of an injection well and a production well, wherein the mountains in between contains a permeable zone,

F i g. 3 eine Ansicht entsprechend F i g. 2, worin die durchlässige Zone abgedichtet ist,F i g. 3 is a view corresponding to FIG. 2, in which the permeable zone is sealed,

F i g. 4 den schematischen Querschnitt einer unter- ^' irdischen Formation, die von einer Injektionsbohrung durchsetzt ist und bei der eine Kieselsäurelösung angewendet wird,F i g. 4 is a schematic cross-section of an underground formation produced by an injection well is permeated and where a silica solution is used,

F i g. 5 die Ansicht entsprechend F i g. 4, wobei die Kieselsäurelösung nach dem Einbringen in die Durchlaßzone dargestellt ist,F i g. 5 shows the view corresponding to FIG. 4, the silica solution after being introduced into the passage zone is shown

F i g. 6 den schematischen Querschnitt einer unterirdischen Formation, die von einer Injektionsbohrung durchzogen ist und ein Anwendungsbeispiel von Natriumsilikatlösung darstellt,
Fig. 7 die Ansicht entsprechend Fig. 6, in der ein anderes Verfahren zur Anwendung von Natriumsilikatlösung dargestellt ist undF i g. 6 shows the schematic cross section of a subterranean formation, which is traversed by an injection well and represents an application example of sodium silicate solution,
FIG. 7 is the view corresponding to FIG. 6, in which another method for using sodium silicate solution is shown and FIG

F i g. 8 den schematischen Querschnitt einer unterirdischen Formation, die von einem Bohrloch durch-F i g. 8 is a schematic cross-section of a subterranean formation carried by a borehole.

zogen ist, das noch keine besondere Injektionsausrüstung aufweist und worin noch ein anderes Verfahren zur Anwendung von Natriumsilikatlösung dargestellt ist.is drawn, which does not yet have any special injection equipment and in which still another method for the application of sodium silicate solution is shown.

In F i g. 1 ist zu erkennen, daß die Gelzeit einer Silikatlösung bei einem pH-Wert von ca. 7,5 ihren Mindestwert erreicht und sich nach Durchgang durch den neutralen Bereich verlängert, wenn der pH-Wert sauer wird. In dem für die Erfindung interessanten Bereich 20 der Gel-Zeitkurve verringert sich die Gelzeit bei einem pH-Wert von 1,5 und weniger wieder mit zunehmender Säuremenge. Auf Grund des logarithmischen Charakters des pH-Wertes sind jedoch zur Veränderung der Gelzeit für die Abdichtflüssigkeit beträchtliche Säuremengen erforderlich. Außerdem ist die Ionisierung von Kieselsäure in diesem Bereich durch starke Acidität derart gehemmt, daß sie gegenüber Berührungen mit Salzsole unempfindlich ist. Daher ruft die Berührung mit Salzsole in einer Öllagerstätte keine plötzliche vorzeitige Gelierung hervor.In Fig. 1 it can be seen that the gel time of a silicate solution at a pH of about 7.5 is its The minimum value is reached and, after passing through the neutral range, increases when the pH value gets angry. The gel time is reduced in the region 20 of the gel-time curve which is of interest for the invention at a pH value of 1.5 and less again with an increasing amount of acid. Due to the logarithmic However, the pH value changes the gel time for the sealing liquid considerable amounts of acid required. Also, the ionization of silica is in this area so inhibited by strong acidity that they are insensitive to contact with brine is. Therefore, contact with brine in an oil reservoir does not cause sudden premature gelation emerged.

Die Kieselsäurelösung muß besonders sorgfältig hergestellt werden. Aus F i g. 1 ist zu ersehen, daß das Natriumsilikat vom pH-Wert 11,5 oder mehr auf einen pH-Wert von 1,5 oder weniger, angesäuert werden muß. Jede Verzögerung im Bereich zwischen den pH-Werten 3 bis 8 hat unweigerlich eine vorzeitige Gelierung zur Folge, da in diesem Gebiet die Gelzeit nur wenige Sekunden beträgt. Der pH-Wert von 11,5 oder mehr muß daher so schnell wie möglich auf 1,5 oder weniger gebracht werden.The silica solution must be prepared with particular care. From Fig. 1 it can be seen that the Sodium silicate from pH 11.5 or more to pH 1.5 or less, acidified must become. Any delay in the range between pH levels 3 to 8 inevitably has a premature one Gelation results, since the gel time in this area is only a few seconds. The pH therefore, from 11.5 or more must be brought down to 1.5 or less as quickly as possible.

Bei der Bereitung einer Kieselsäurelösung mit einem pH-Wert von 1,5 und weniger ist die Mischung eine kritische Operation. Das Natriumsilikat muß immer in die Säure gegeben werden, und die Säure muß in genügender Menge vorhanden sein, um stets gegenüber dem Natriumsilikat zu überwiegen.When preparing a silica solution with a pH of 1.5 and less, the mixture is one critical operation. The sodium silicate must always be added to the acid, and the acid must be in sufficient amount must be available to always outweigh the sodium silicate.

In einfacher Weise werden Natriumsilikat und Säure in einem mechanischen Schaufel- oder Bandmischer gemischt. .In a simple way, sodium silicate and acid mixed in a mechanical paddle or ribbon mixer. .

Das Mischen von Natriumsilikatlösung und Säure kann auch durch Entspannung komprimierter Luft durch einen Diffusor bewirkt werden, der die gesamte Mischung während ihres Entstehens in Bewegung bringt. Eine andere Methode der Mischung kann durch eine Strahlpumpe bewerkstelligt werden. .Mixing the sodium silicate solution and acid can also be done by releasing compressed air caused by a diffuser that keeps the entire mixture in motion as it is being formed brings. Another method of mixing can be accomplished by a jet pump. .

Ferner kann eine Natriumsilikatlösung mit einer Salzsäure- oder anderen geeigneten Säurelösung mittels einer Sprengleranlage gemischt werden. Auch ein Düsenrohr kann zur Bereitung der Kieselsäurelösung dienen. ■ ■ . ' .Furthermore, a sodium silicate solution can be mixed with a hydrochloric acid or other suitable acid solution be mixed by means of a sprinkler system. A nozzle pipe can also be used to prepare the silica solution serve. ■ ■. '.

Die angegebenen Verfahren stellen Beispiele für genügend schnelle Mischvorgänge dar, die auch auf andere Weise erzielt werden können.The specified procedures are examples of sufficiently fast mixing processes that also occur other ways can be achieved.

Verlust-Zonen benötigen meist viel größere Mengen Abdichtflüssigkeit als produzierende Zonen, ebenso wie eine ausreichende Steuerung der Gelzeiten, um eine Überdosierung der Behandlungsflüssigkeit zu verhindern. Der relativ geringe Preis einer Kieselsäurelösung niedrigen pH-Wertes und die ausgezeichnete Regelbarkeit ihrer Gelzeit machen diese ideal zur Behandlung von Verlust-Zonen, insbesondere im Hinblick auf das Fließbestreben von der Bohrung in die Verlust-Zone. Ein geringfügiges Abfließen in die Verlust-Zone ist im allgemeinen zulässig, deshalb ist ein Schwinden (Einschrumpfen) der Synärese nicht besonders unvorteilhaft. Auch wird eine Säureabscheidung aus dem Kieselsäuregel niedrigen pH-Wertes in die Formation verteilt und korrodiert nicht wertvolle Metalle in der Bohrung.Loss zones usually require much larger amounts of sealing liquid than producing zones, as well such as sufficient control of the gel times to prevent overdosing of the treatment liquid impede. The relatively low price of a low pH silica solution and the excellent The controllability of their gel time make them ideal for treating loss zones, in particular in terms of the tendency to flow from the well to the loss zone. A minor drain in the loss zone is generally permissible, therefore a shrinkage (shrinkage) of the Syneresis not particularly disadvantageous. Acid deposition from the silica gel will also be low pH value in the formation and does not corrode valuable metals in the well.

Ein Verfahren zum Abdichten einer Verlust-Zone in einer Wassereinpreßbohrung unter Verwendung einer Abdichtfiüssigkeit, die nach der Lehre der Erfindung hergestellt wird, soll an Hand der F i g. 2 und 3 näher erläutert werden, in denen ein mit Wasser gefülltes Injektionsbohrloch dargestellt ist, um öl aus der Bohrung 72 zu produzieren. Derartige Förderverfahren sind beispielsweise im Kapitel 12 des Buches von Morris Muscat »Physical Principles of Oil Production« McGraw-Hill Book Company, Inc.,'1949,A method of sealing a loss zone in a water injection well using a sealing liquid, which is produced according to the teaching of the invention, should be based on FIG. 2 and 3 are explained in more detail, in which a water-filled injection borehole is shown to remove oil the bore 72 to produce. Such funding procedures are, for example, in Chapter 12 of the Morris Muscat's book "Physical Principles of Oil Production" McGraw-Hill Book Company, Inc., '1949,

beschrieben. ' .described. '.

Die Injektionsbohrung 71 enthält eine' Verlust-?Zone 73, die zu Beginn der Wasserfüllung unbemerkt bleiben kann. Sobald das eingepreßte Wasser (Pfeil 74) jedoch bei Pfeil 75 in die produzierende Bohrung 72 durchbricht, entsteht meist ein Druckabfall des zum Eindrücken in die Verlust-Zone notwendigen Druckes, da dort nur Wasser niedriger Viskosität zu bewegen ist. Der Druckanfall kann dazu führen, daß die Wassereinpressung in die Zonen 76 und 77 auf einen geringen Prozentsatz absinkt oder völlig aufhört.Injection well 71 contains a "loss" zone 73, which can go unnoticed at the beginning of the water filling. As soon as the injected water (arrow 74) but breaks through at arrow 75 in the producing bore 72, there is usually a pressure drop of the to Press in the loss zone of the necessary pressure, since only water of low viscosity can move there is. The pressure build-up can lead to the fact that the water injection into the zones 76 and 77 to one low percentage drops or ceases completely.

In F i g. 3 ist die Verlust-Zone im Bereich 78 mit der erfindungsgemäßen Kieselsäurelösung mit einem pH-Wert von 1,5 und weniger abgedichtet worden. Das Injektionswasser 74 tritt nun in die Zonen 76 und 77 und drückt Öl in die fördernde Bohrung 72, und die Kieselsäurelösung kann in den Kapillaren, Rissen, Spalten usw. der Verlust-Zone ein diese verstopfendes Gel bilden^ .In Fig. 3 is the loss zone in area 78 with the silica solution according to the invention with a pH 1.5 and below have been sealed. The injection water 74 now enters the zones 76 and 77 and presses oil into the producing bore 72, and the silica solution can in the capillaries, cracks, Columns, etc., of the loss zone form a gel which clogs them ^.

Bei Einbringung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Abdichtungsflüssigkeit kann die übliche Isolierung der abzudichtenden Zone erspart werden, ebenso die bei Bohrungen mit Sekundärgewinnung bislang notwendigen Hindernisse, wie .Injektionsverrohrungen und -packungen, indem die 'Eindrück- oder Injektionswasserleitungen dazu benutzt werden, die Kieselsäurelösung niedrigen pH-Wertes in die Verlustzone einzubringen, was auch eine Verstopfung der Leitungen oder der übrigen geologischen Formationen vermeidet. Ebenso wird eine Über-.dimensionierung der Kieselsäure oder ihrer Lösung in der Verlustzone vermieden.When the sealing liquid produced by the method according to the invention is introduced, the usual insulation of the zone to be sealed off can be saved, as well as that for boreholes with secondary extraction hitherto necessary obstacles, such as injection piping and packings, by removing the '' Press-in or injection water lines are used to keep the silica solution at a low pH to bring into the loss zone, which also clogged the lines or the rest of the geological Avoids formations. Over-dimensioning will also occur the silica or its solution in the loss zone avoided.

. Eine Verlustzone zeigt eine ungewöhnlich große Wasseraufnahme und verbraucht meist mehr Wasser als alle Zonen zusammen.. A loss zone shows an unusually large amount of water uptake and usually uses more water than all zones together.

Zur Verteilung des Abdichtmittels gemäß dem injektionsprofil ist die Kenntnis einer Reihe von Faktoren wesentlich.To distribute the sealant according to the injection profile, knowledge of a number of Factors essential.

1. Bei der Aufnahme von Injektionsprofilen wird zusätzlich zur normalen Flutung Wasser zum Anpassen der Empfindlichkeit der Instrumente zugesetzt. Durch den Druckanstieg beginnen bisher ruhende Zonen Wasser aufzunehmen, und der Anteil des in andere Zonen eindringenden Wassers steigt. Dadurch sinkt der Prozentsatz der in die Verlustzone eindringenden Wassermenge ab, so daß sich über die wirklich von dieser Zone aufgenommene Wassermenge kein klares Bild gewinnen läßt.1. When recording injection profiles, water is used for adjustment in addition to normal flooding added to the sensitivity of the instruments. Due to the increase in pressure so far begin dormant zones absorb water, and the proportion of that penetrating into other zones Water rises. This reduces the percentage of water entering the loss zone so that there is no clear information about the amount of water actually taken up by this zone Lets gain image.

2. Üblicherweise ist in der Nachbarschaft der Bohrung die geologische Formation durch vertikale Risse und Spalten, die vom Bohren, Zementieren, Perforieren, Stimulieren und sogar durch Sekundärflutung hervorgerufen wurden, unterbrochen. Wenn das Abdichtmittel nicht tief genug eindringt,2. Usually in the vicinity of the borehole the geological formation is vertical Cracks and crevices caused by drilling, cementing, perforating, stimulating and even by secondary flooding were caused, interrupted. If the sealant does not penetrate deep enough,

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verhindern die örtlichen Unterbrechungen eine eingepreßte Wasser zugesetzt. Die Kieselsäure 81 istThe local interruptions prevent an injected water from being added. The silica 81 is

ausreichende Verstopfung zur Änderung der bei Eintritt in die Verlustzone 82 dargestellt. Diesufficient clogging to change the shown upon entry into the loss zone 82. the

Injektionsfähigkeit dieser Zone. Dies ist einer der anderen Zonen 83 a, 83 b und 83 c nehmen die LösungInjectability of this zone. This is one of the other zones 83 a, 83 b and 83 c taking the solution

Gründe für die Notwendigkeit großer Volumen nicht an. Sobald das gesamte Volumen der KieselsäureReasons for the need for large volumes are not given. Once the entire volume of the silica

von Stopfmitteln für wirksame Abdichtungen und 5 in der Verlustzone 82 und in dem Injektionswasser-of stuffing agents for effective seals and 5 in the loss zone 82 and in the injection water

warum Oberflächenstopfmittel so oft versagen. kreis 84 aufgenommen ist, wird nur so viel Wasser 85why surface stuffing agents fail so often. circle 84 is included, there is only so much water 85

3. Die Eigenschaften des Stopfungsmittels. zugefügt daß es gerade in die Verlustzone 82 eindringt3. The properties of the constipation agent. added that it just penetrates into the loss zone 82

a) Kieselsäure mit einem pH-Wert von 1,5 oder ?^{nd den} ^ti^kreis 84 bis zum statischen Flussig-a) Silica with a pH of 1.5 or? ^{nd the} ^ ti ^ circle 84 to the static liquid

: weniger ist sehr sauer, so daß sich bei nicht keitsspiegel 86 tullt ..·,,,: less is very acidic, so that not keitsspiegel 86 tullt .. · ,,,

sorgfältiger Filterung des Flutungswassers Ab- " . . In F ι g. 5 ist die Kieselsaure m die Verlustzone 82careful filtering of the flooding water waste ".. In FIG. 5, the silicic acid is the loss zone 82

lagerungen auf der Oberfläche der wasseranneh- eingedrungen. Diese Bedingung muß vor dem EndeDeposits on the surface of the water penetration. This condition must come to an end

menden Formationen ansammeln. Die Verlust- ^der 9^Q}^zf erreicht sein. Das Verdrangungswasser 85accumulate in the formations. The loss of ^the 9 ^Q } ^z f will be reached. The Displacement Water 85

zone, die mehr Wasser aufnimmt, sammelt auch ^{hat slch du},^r^ ^{sem Ge},^WIcI" ^{auf den} statischen Flussig-zone that absorbs more water also collects ^{has slch du} , ^r ^ ^{sem Ge} , ^WIcI " ^{on the} static liquid

mehr Ablagerungen an, so daß ein Ausgleich der keitsspiegel 86 verteilt. Nur das Volumen diesesmore deposits, so that an equalization of the keitsspiegel 86 distributed. Just the volume of this

den einzelnen Zonen zufließenden Anteile ent- ¹^ Wassers 85 füllt die Injektionsleitungen 84 bis zumeach of the zones shares incoming corresponds ^ ¹ 85 water 84 fills the injection pipes to the

steht. Die Ablagerung ist sehr säureempfindlich Flüssigkeitsspiegel 86 und ergibt bei 87 Überschuß-stands. The deposit is very sensitive to acids. Fluid level 86 and at 87 it results in excess

und säurelöslich, wie Eisenhydroxyd, oder säure- ^f ^seJ ,^m einer Menge von ca. 163 1 und weniger.and soluble in acid, such as ferric hydroxide, or acid ^ f ^se J, ^m an amount of about 163 1 and less.

■ schrumpfend, wie wasserquellender Ton. Die Oberhalb des Spiegels 86 ist in den Zufuhrungs-■ shrinking, like clay swelling in water. The above the mirror 86 is in the supply

Wirkung der sehr sauren Kieselsäure auf die leitungen nur Gas oder Luft, häufig unter vermmder-Effect of the very acidic silica on the pipes only gas or air, often with spoiled

.·. Ablagerung besteht darin, daß die Kieselsäure in ²⁰ tem Druck, enthalten.. ·. Deposition consists in the fact that the silica contained in ²⁰ tem pressure.

.. eine Verlustzone mit einem höheren Prozentsatz ^Die Gelzeit der Kieselsaure von niedrigem pH-Wert.. a loss zone with a higher percentage ^The gel time of the silica of low pH

eindringt, als es nach dem Injektionsprofil zu verringert sich mit steigender Saurekonzentration undpenetrates than it decreases with increasing acid concentration and according to the injection profile

erwarten wäre steigender Temperatur. Da die unterirdische Tem-would expect a rising temperature. Since the underground temperature

- b) Kieselsäure ist ein Polymer. Polymere in peratur mit der Tiefe ansteigt ebenso wie die benötigte- b) Silicic acid is a polymer. Polymers in temperature with depth increases as well as the required

. ·: Lösung zeigen das Phänomen der Schmiermittel- ²^ Versatzzeit muß die Saurekonzentraüon auf eine. ·: Solution show the phenomenon of the lubricant ² ^ offset time, the acid concentration must be on a

wirkung durch Verringerung der Fließreibung. geeignete Gelzeit eingestellt werden. Die Gelzeiteffect by reducing the flow friction. suitable gel time can be set. The gel time

Diese wird beispielsweise zum kurzzeitigen Pum- sollte lang genug sein, um die Kieselsaure mit genugen-This is used, for example, for short-term pumping, it should be long enough to supply the silica with sufficient

pen großer Volumina beim hydraulischen Auf- ^der Sicherheitszeit einbringen zu können Beispiele derpen of large volumes when hydraulic on ^the safety time to be able to bring examples of

brechen von Bohrungen benutzt. Die Schmier- hierfür geeigneten Leitungen sind in den Fig. 6 7used to break holes. The lines suitable for lubrication are shown in FIGS. 6 7

eigenschaften begünstigen den Eintritt der Be- ³° und 8 dargestellt. In F ι g. 6 ist eine die Kieselsaure 94properties favor the occurrence of loading ³ ° and 8 shown. In FIG. 6 is a silica 94

handlungsflüssigkeit in Verlustzonen gegenüber [f^vff^e .^^η8 ⁹¹ durch eme Packung 93 von demtreatment liquid in loss zones opposite [f ^v ff ^e . ^ ^η 8 ⁹¹ by eme packing 93 of the

: dem Eintritt in andere Zonen. Mantelrohr 92 getrennt Die durch die Leitung 91: entry into other zones. Jacket pipe 92 separated by the line 91

hinunterfließende Kieselsaure tritt m die FormationSilicic acid flowing down enters the formation

Um die Verlustzone abzudichten und andere Zonen oder in die zu versiegelnde Verlustzone 95 ein.
relativ unbeeinflußt zu lassen, wird Kieselsäure 35 F i g. 7 zeigt eine übliche Trennung zweier Gruppen niedrigen pH-Wertes mit einem vorzugsweise nicht von Formationen durch einen Packer 103. Hierbei den Injektionsdruck überschreitenden und unter dem sind zwei Leitungen in Betrieb, nämlich die Leitung 101 .'Aufbrechdruck liegenden Druck eingepumpt, wobei und der Ringraum 106 zwischen der Leitung 101 und die Einflutungsmenge nicht überschritten wird. dem Mantelrohr 102. In diesem Fall wird die Verlust-. Zur Vermeidung von Verstopfungen des Injektions- 40 zone 105 in der Betriebszone durch den Ringraum 106 systems werden die Gelzeit, das zu verdrängende gespeist, über den die Kieselsäure 104 zwischen der Volumen und das Maß der Verdrängung sorgfältig Leitung 101 und dem Mantelrohr 102 in die Verlustkoordiniert. Das gesamte Volumen der Kieselsäure zone 105 eingebracht wird.To seal the loss zone and other zones or in the loss zone 95 to be sealed.
To leave relatively unaffected, silica 35 F i g. 7 shows a customary separation of two groups with a low pH value, preferably not of formations, by a packer 103. In this case, two lines in operation, namely line 101 106 between the line 101 and the flow rate is not exceeded. the jacket pipe 102. In this case, the loss. To avoid clogging of the injection zone 105 in the operating zone by the annular space 106 system, the gel time, the one to be displaced, is fed through which the silica 104 is carefully coordinated between the volume and the degree of displacement, line 101 and the jacket tube 102 in the loss . The entire volume of the silica zone 105 is introduced.

muß vor dem Ende der Gelzeit in der Verlustzone In F i g. 8 ist ein anderer üblicher Fall dargestellt,must be in the loss zone before the end of the gel time. 8 another common case is shown,

sein. Dies bedingt eine leichte Uberschichtung mit 45 bei dem keine besondere Einbringungsausstattung inbeing. This requires a slight overlay of 45 with no special introduction equipment in

Wasser, so daß kein Gel in dem Bohrloch verbleibt. der Leitung 116 angeordnet ist, die aus dem Mantel-Water so that no gel remains in the borehole. the line 116 is arranged, which consists of the jacket

Eine übermäßige Zuführung von Kieselsäure kann rohr 112 besteht. Die Kieselsäure 104 niedrigen pH-Excessive supply of silica can result in tube 112 . The silica 104 low pH

vermieden werden, indem man den statischen Flüssig- Wertes wird unmittelbar durch das Mantelrohr 112 can be avoided by setting the static liquid value directly through the jacket tube 112

keitsspiegel der Bohrung ermittelt. Einige nützliche in die Verlustzone 115 gepumpt.determination of the borehole. Some useful ones pumped into the 115 loss zone.

Informationen sind: 5° Die in den Fi g. 7 und 8 dargestellten BedingungenInformation is: 5 ° The in the fi g. 7 and 8 shown conditions

erfordern große Mengen von Behandlungsflüssig-require large amounts of treatment liquid

1. Injektionsgeschwindigkeit, Druck und Tempera- keiten, und es stellt daher einen großen wirtschaft^tur» liehen Vorteil dar, die Kieselsäure niedrigen pH-1. injection speed, pressure and temperature speeds, and therefore it represents a major economic ^tur "loaned advantage silica low pH

2. Bestimmung der Zeit zur Erreichung hydro- Wertes gemäß der Erfindung zu verwenden. Die in statischen Gleichgewichts, 55 den Fig. 4 und 5 beschriebenen Verfahren können2. Determination of the time to achieve hydro value to use according to the invention. In the static equilibrium, 55 FIGS. 4 and 5 described method

„ _. r , . , _,...,· . , leicht jeder der in den Fi g. 6, 7 und 8 dargestellten"_. r,. , _, ..., ·. , easily any of those in the fi g. 6, 7 and 8 shown

3. Teufe des statischen Flüssigkeitsspiegel, Bedingungen angepaßt werden.3. Depth of static liquid level, conditions to be adjusted.

4. Größe der benutzten Leistung (zur Kalkulation Außer Natriumsilikatlösungen mit einem pH-Wert des Wasservolumens in der Leitung beim stati- von 1,5 oder weniger sind Lösungen mit stark alkaschen Flüssigkeitsspiegel). 60 lischem Kation an Stelle von Natrium verwendbar,4. Size of the power used (for calculation, except for sodium silicate solutions with a pH value of the water volume in the line at static of 1.5 or less are solutions with strongly alkali Liquid level). 60 lischem cation can be used instead of sodium,

» . z. B. Kalzium, . Guanidin, Tetramethylammonium.». z. B. Calcium,. Guanidine, tetramethylammonium.

Nach Ermittlung dieser Daten kann die Menge des Kalziumsilikat ist im Handel erhältlich. 41°-Be-Na-After determining this data the amount of calcium silicate that is available commercially. 41 ° -Be-Na-

nachzupumpenden Wassers so gehalten werden, daß triumsilikatlösung (z. B. Diamond Alkali Sorte 40 oderThe water to be re-pumped must be kept in such a way that trium silicate solution (e.g. Diamond Alkali Type 40 or

die Kieselsäurelösung nur etwas weiter als üblich Pennsylvania Quartz N Brand) wird bevorzugt. Es verdrängt wird, wenn der statische Flüssigkeitsspiegel 65 können auch andere Silikatlösungen verwendet wer-the silica solution only slightly wider than the usual Pennsylvania Quartz N Brand) is preferred. It is displaced when the static liquid level 65, other silicate solutions can also be used

erreicht ist. den, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.is reached. without departing from the scope of the invention.

In F i g. 4 wird eine Kieselsäurelösung 81 Vorzugs- Außer Salzsäure sind andere starke Säuren, wieIn Fig. 4, a silicic acid solution 81 is preferred Besides hydrochloric acid, other strong acids are like

weise mit der gleichen oder geringeren Menge als das Schwefelsäure, Salpetersäure, Trichloressigsäure, Tri-wise with the same or less amount than the sulfuric acid, nitric acid, trichloroacetic acid, tri-

nitrobenzoesäure usw. für die Abdichtungsflüssigkeit geeignet. Vorzugsweise wird 20°-Be-Salzsäure verwendet, auch andere Schwefelsäurelösungen sind geeinget.nitrobenzoic acid, etc. for the sealing liquid suitable. Preferably 20 ° Be-hydrochloric acid is used, other sulfuric acid solutions are also used approved.

Die Kieselsäurelösung wird zweckmäßig einer gleichen Säuremenge zugesetzt, wobei das Silikat mit Wasser verdünnt sein muß, um die Viskosität zu vermindern, bevor es der Säure zugesetzt wird.The silicic acid solution is expediently added to an equal amount of acid, the silicate with Water must be diluted to reduce viscosity before adding it to the acid.

Eine bevorzugte Natriumsilikatlösung wird folgendermaßen hergestellt: 10 bis 25 Volumteile 4Γ-Β6-Natriumsilikatlösung mit einem Verhältnis des Na₂O zu SiO₂ von 1:3,22 und so viel Wasser, bis sich 50 Volumteile ergeben. Ein Gemisch mit 16,6 Volumenteilen 41°-Be-Natriumsilikatlösung wird bevorzugt. A preferred sodium silicate solution is prepared as follows: 10 to 25 parts by volume 4Γ-Β6 sodium silicate solution with a ratio of Na ₂ O to SiO ₂ of 1: 3.22 and so much water until 50 parts by volume are obtained. A mixture with 16.6 parts by volume of 41 ° -be sodium silicate solution is preferred.

Eine bevorzugte Säurelösung kann folgendermaßen hergestellt werden: 7 bis 50 Volumteile 20°-Be-Salzsäure werden mit Wasser auf ein Gesamtvolumen von 50 Volumteilen gebracht. Die Menge an Salzsäure verändert sich mit der Konzentration der Natriumsilikatlösung. Wenn die Natriumsilikatlösung aus 16,6 Volumteilen 41°-Be-Natriumsi]ikatlösung mit einem Verhältnis von Na₂O: SiO₂ von 1:3,22 mit 33,4 Teilen Wasser verdünnt wird, um die Natriumsilikatlösung »A« herzustellen, beträgt die Menge der Säurelösung »B« 8 bis 30 Volumteile 20°-Be-Salzsäure. A preferred acid solution can be prepared as follows: 7 to 50 parts by volume of 20 ° Be-hydrochloric acid are brought to a total volume of 50 parts by volume with water. The amount of hydrochloric acid changes with the concentration of the sodium silicate solution. If the sodium silicate solution of 16.6 parts by volume of 41 ° -be sodium silicate solution with a ratio of Na ₂ O: SiO ₂ of 1: 3.22 is diluted with 33.4 parts of water to produce the sodium silicate solution "A" the amount of acid solution "B" is 8 to 30 parts by volume of 20 ° Be-hydrochloric acid.

Die Natriumsilikatlösung wird immer der Säurelösung »B« zugefügt, niemals umgekehrt.The sodium silicate solution is always added to the acid solution "B", never the other way around.

Die Kieselsäurelösung der Erfindung hat eine Viskosität von ca. 1,5 cP.The silica solution of the invention has a viscosity of about 1.5 cP.

Claims

Patent claims:

1. A method of making a liquid for sealing earth formations from a aqueous silicate solution of low viscosity and an acid, characterized in that that the silicate solution is added to the acid in such an amount that the sealing liquid has a pH of about 1.5 or less.

2. The method according to claim 1, characterized in that the silicate from the group of Sodium, potassium, guanidine and tetramethylammonium silicates is selected.

3. The method according to claim 1, characterized in that that the acid from the group of salt, sulfur, nitric, phosphorus, trichloroacetic and trinitrobenzoic acids is selected.

4. Using a method of sealing a leakage zone and the like in a water injection bore a sealing liquid produced by the method according to any one of claims 1 to 3 is, characterized in that the aqueous silica solution of low viscosity and pH lower than 1.5 with the water flooding injection pressure or a lower pressure is introduced into the water injection bore and into the loss zone to be clogged, whereupon water is introduced into the loss zone to displace the silica solution and the injection borehole up to its static liquid level is filled with water.

1 sheet of drawings 009 543/100